盘根盒密封失效分析与结构改进1

盘根盒密封失效分析与结构改进

引言

随着全球经济的日益发展,世界对石油的需求量迅猛增长,经过上个世纪对常规油资源的大规模的开发后,稠油资源以其丰富的储量吸引了世人的注意,因而稠油油藏的开发技术也备受关注。世界上稠油资源蕴藏最丰富的国家是加拿大,其次为委内瑞拉,前苏联,中东地区,美国,中国等。目前我国已经在12个盆地发现了70多个稠油油田,稠油储量最多的是东北的辽河油区,其次是东部的胜利油区和西北的克拉玛依油区。稠油由于粘度高和流动性差,用常规方法很难开采。国内外自50年代投入开发以来,历经60年的开发,已经形成了以热动力为主的各种开发方式,其中蒸汽吞吐是使用范围最广泛的开发手段。蒸汽吞吐开采稠油是一项行之有效的方法。早在几十年前,世界上就开始应用蒸汽吞吐方法开采稠油油藏,并且取得了很好的效果。我国自20世纪80年代以来,先后在辽河、新疆和河南等稠油油田推广应用了蒸汽吞吐开采技术,取得了显著的经济效益和社会效益。

克拉玛依油田风城油田浅层稠油油藏是呈西北向东南缓倾、边底水不活跃的单斜油藏, 埋深约300m, 主要分布在侏罗系齐古组, 油层岩性以泥质胶结的灰- 灰褐色细砂岩为主。地层条件下原油粘滞阻力大, 流动性能差。原油中的胶质是影响原油粘度的主要物质, 胶质含量越高原油粘度越大。随着原油粘度的增大, 原油的表面张力就大幅度提高, 表面张力的提高, 使其粘结性提高, 回压阻力增加, 泄漏

率增大, 被密封性能下降。

克拉玛依浅层稠油的开采方式基本上是蒸汽吞吐和面积汽驱。在稠油开发过程中, 热采井井口原油泄漏一直困扰着现场工程技术人员和采油工人,已成为治理环境污染的一个老大难问题。热采井井口跑油不仅造成油田污染, 同时还因频繁更换盘根,影响抽油机采油时率, 造成人力、物力、资源的浪费。

一、稠油热采井口泄漏原因分析

1. 1偏磨

偏磨在现场工况中占95% 。在光杆往复运动中, 磨损达1~ 3万次后形成缝隙跑油。偏磨原因如下:

(1) 井斜、采油树斜、盘根盒斜等, 均可造成光杆的偏磨, 三者倾斜度的叠加加重了偏磨;

(2) 抽油机的前倾、后倾、左右偏斜及毛辫子、悬绳器未调好均可引起偏磨;

(3) 光杆的直线度误差直接引起偏磨;

(4) 热采井井口光杆本身属单支承( 仅盘根处) 梁结构, 上、下自由度较大, 在往复运行中交变振动负荷很大, 引起偏磨。

1. 2安装及工况的问题

(1) 新井安装、修井或井口螺栓未紧固好时致使盘根盒盖直接刮

削破坏光杆。

(2) 在长时间生产中, 光杆在盘根盒盖、填料盒上下体内孔及金属压圈上摩擦, 破坏其原来较光洁的表面。

(3) 修井、碰泵、调参等作业打光杆卡子时, 用力过猛, 致使卡子咬伤光杆, 作业完毕, 必须用锉刀修磨, 否则卡子咬出的压痕深度达1~ 2mm, 割坏盘根而形成原油泄漏。

(4) 井底出砂, 随着原油带入盘根, 严重磨损光杆, 使其表面变粗糙; 戈壁风沙粘附于光杆表面, 形成砂磨。

1. 3密封材料的问题

密封材料的材质及几何形状不能满足现场需要。如橡胶盘根弹性好, 但不耐高温; 石墨盘根耐高温, 但无弹性; 它们圆环状的定型尺寸结构, 致使内孔磨损、刮削后只能废弃, 造成大量材料浪费。

1. 4密封盘根盒结构问题

现场使用的盘根盒一部分不能调偏心, 能调偏心的大部分是注采两用盘根盒, 所调偏心轨迹仅限于在一个以O 为圆心、以偏心距e= 11. 5mm 为半径的线形圆周上, 不能在平面坐标X- Y 内任意调偏,其对中是静态对中, 不能达到动态对中。

1. 5原油粘度大

随着原油粘度的增大, 原油回压高、阻力大也是造成原油泄漏的

一个主要原因。

二、常规井口密封装置工作原理及缺陷

2. 1常规式井口密封装置

常规式井口密封装置结构如图1 所示。

该装置的工作原理是: 盘根4是依靠压盖2 用压盖螺栓1 轴向压紧, 使盘根轴向和径向变形, 间隙被填塞而达到密封的目的。

该装置主要存在以下缺陷:（1）密封圈的形状不合理, 抗挤压、抗磨损的能力较差, 其密封效果不甚理想。（2）密封圈的材质一般采用丁腈橡胶, 耐热性较差, 弹性补偿性能不好, 易老化, 其工作性能不理想。（3）密封圈安装和拆卸不方便。（4）光杆上下往复运动时对井口中心产生一定的随机性和定向性偏摆, 由于没有调偏调斜机构, 导致光杆对密封装置中的盘根产生偏磨, 使盘根早期受损, 降低了盘根的使用寿命。(5)没有防喷机构, 在出现井喷时, 没有有效的应对措施, 会导致原油损失和环境污染。

1—压盖螺栓; 2—压盖; 3—主体; 4—盘根; 5—衬套

图1常规式井口密封装置结构简图

2.2 改良型井口密封装置一

改良型井口密封装置结构如图2 所示。

该装置的工作原理是: 主体4 下部与井口装置连接; 主体4 上部是圆柱形密封腔, 压帽1 通过压套2压紧一组矩形密封圈3 来达到密封井口的目的; 主体4 中部有两个调节丝杆5, 用来调节两个半圆形密封圈, 使其卡到光杆上, 用以控制井喷。

该装置主要存在以下缺陷:(1) 密封圈的形状不合理, 密封效果不理想。(2)密封圈的材质选用不合理, 工作性能不理想。(3)密封圈

安装和拆卸不方便。(4)密封盒采用圆柱形, 密封圈在光杆周围分布

不均, 受挤压偏磨, 降

低其使用寿命。(5) 没有调偏调斜机构, 降低密封装置

1—压帽; 2—压套; 3—密封圈; 4—主体; 5—调节丝杠;

6—半圆密封圈

图2改良型井口密封装置结构简图

2.3 改良型井口密封装置二

改良型井口密封装置结构如图3 所示。

1—压帽; 2—上压套; 3—锥形密封圈; 4—主体; 5—下压套;

6—○形密封圈; 7—密封圈; 8—连接体

图3改良型井口密封装置结构简图

该装置的工作原理是: 连接体8 下部与井口装置用卡箍连接; 主体4 上部是圆锥形密封腔, 压帽1通过压套2 压紧一组锥形密封圈3 来达到密封井口的目的; 通过旋紧主体4 的下部螺纹挤压圆柱形防喷密封圈7, 来控制井喷。

该密封装置主要存在以下缺陷: (1)密封圈的材质选用不合理,