井下工具密封件的维护和使用

尹金东

（钻井工程技术研究院，黑龙江大庆163413）

1 概述

GT密封件和O形密封圈安装在配合接头上，专为承受作用在MWD仪器串上的钻井液压力而设计。GT密封件提供主要保护，额定压力为20000psi。O形密封圈提供次级保护，可承受4000psi压力。此区域的密封件故障可能导致部分工具浸水，或整个仪器串浸水。

安装在固定螺栓上的密封件和标准脉冲发生器的泄流口定位器承受的额定压差均不超过4000psi。这是标准脉冲发生器在环空和内部钻柱之间的最大工作压差极限。

在脉冲发生器主体内也安装了密封件，目的是为了保护内部组件，使其不被钻井液冲蚀或被钻井液中的固体颗粒侵蚀。密封件的另一个重要作用是，隔离脉冲发生器主体内的液压油，防止钻井液的进入。

2 密封件检查

2.1 GT密封件检查

GT密封件专为提供重要的密封功能而设计。对重要封接面的任何损伤都会损害其性能，并需要更换密封件。对与实际“密封”功能不直接相关的表面区域的损伤，可以放宽表面光洁度方面的要求。图1显示了GT密封件的横截面，可将其分为3个区域检查。

区域1，此区域是金属配件的直接接触密封面，不应该有任何缺陷。表面光洁度应满足最高的质量要求。虽然一些非常小的瑕疵是可以接受的，但是由于尺寸太小，难以测量，因此，如果密封件情况可疑，必须立即更换。区域1中可以有模缝线和溢料，但必须符合严格的大小限制，这在普通的MWD车间环境中是无法测量的。区域1不能有去除毛刺的涂污、粗糙的修整和任何磨损。针孔穿孔是可以接受的，但各缺陷间的距离不得小于0.060″，受影响的总面积不得超过密封件的10%。

区域2，此区域是密封件的功能性部分，直接关系到（垫衬）密封圈支撑环的正常使用。不能出现“气泡”类缺陷，这会使弹性体在操作期间滑离密封面区域（区域1），从而降低密封效果。根据区域2中的瑕疵判断是否丢弃GT密封件的原则与区域1类似，但稍微宽松些。

图1 封接面——待检查区域

区域3，此区域从密封件凸缘的外边缘延伸到动态半径的切点。凸条也是可以接受的，在距圆周不超过360°的范围内，环向每侧允许出现一个凸条。“模具沉积物/未充满”是一类形状不规则的表面凹陷，其质地粗糙，是由于模具腔内粘结了隆起的硬化沉积物所导致的。区域3中此类缺陷的数目不受限制，但是它们必须满足严格的大小限制。区域3中的磨损区域可以占密封区域的10%。有掺杂物和壳状色素的应丢弃。在所有区域中，有材料缺陷（包括硬化/软化、易碎、疏松和不完全处理）的应丢弃。

2.2 GT密封重复使用的标准

除了表面材料缺陷、凹陷和凸出外，GT密封件剖面必须与图2所示的完美剖面相同，不得出现任何部分或永久变形及任何其他变化。

图2 密封件剖面——重复使用的标准

2.3 O型密封圈——重复使用的标准

O形密封圈可以再次使用，但MWD操作员要对其进行彻底的检查。检查时必须考虑O形密封圈过去、现在和将来所处的状态。

如果对O形密封圈的质量有任何怀疑，则应更换。O形密封圈比较便宜，但O形密封圈故障可能会带来巨大损失。如果O形密封圈在钻井过程中经历过很高的井下温度和压力，则有必要更换。同GT密封件一样，O形密封圈如果出现永久变形或受到挤压（见图2），则必须予以更换。

O形密封圈的检查方法与GT密封件相同。上面不能有任何切伤、磨损、裂纹或任何材料损伤的迹象。如果O形密封圈出现永久变形、受到挤压或拉伸，则必须予以更换。

2.4 化学侵蚀

如果密封件（GT密封圈和O形密封圈）与酸接触，或接触任何可与弹性体反应而导致未知结果或副作用的化学物质，则应立即予以更换。

这类化学物质所致损害可能很难通过肉眼察觉。

3 密封件处理

3.1 检查

所有密封件（无论是新的还是已使用的）在使用前都要经过彻底的检查。在车间里，最好使用带有照明装置的放大镜进行检查。而在野外，一个小型放大镜或眼镜就足够了。MWD技术人员应当检查密封件上有无刻痕、切伤、形变、粗糙表面或任何其他损伤的迹象。

在检查前，必须用纸巾将所有O-lube润滑脂和钻井液擦拭干净。检查可以分为5大类：

（1）凸出。这类缺陷包括模缝线凸出和毛刺，多为加工过程中的缺陷导致。

（2）凹陷。在安装过程中，密封件与受磨损或带毛刺的金属表面接触时，表面可能出现裂纹。凹陷也可能来自加工过程，如模具沉积物凹陷或模缝线凹陷。然而，此类情况非常罕见，多数凹陷都是在安装过程中与粗糙金属表面接触造成的。

（3）表面可见缺陷。这类缺陷包括多种情形（包括磨损、针孔穿孔和掺杂物）它们可能是在加工过程中产生的。

（4）几何偏差。GT密封件可能出现明显的几何偏差，例如，2个半环间的剖面半径不匹配。也可能出现2个半环的不对称结合，这是在加工过程中，模具的一半相对于另一半侧向滑动造成的。

（5）材料缺陷。包括易碎或疏松。如果该密封件曾经在井下的高温状态下过度使用，并且/或者未使用O-lube润滑脂对其进行充分的保护，则可能表现出易碎性。还有一些不多见的加工缺陷，包括弹性体（橡胶）的软化或硬化或处理不完全（不完全硫化），从而导致表面疏松或易碎。

MWD技术人员未必会看到此类缺陷，但应该知道它们可能存在。井下使用后，拉伸或压平可能导致封接面部分出现永久变形。

必须仔细检查与GT密封件一起使用的支撑圈上是否有损伤、裂缝和拉伸的迹象。如果支撑圈被拉伸过，导致安装时两端不能相接，则可能很难装配工具部分。支撑圈由热塑性材料制成，有极高的抗压强度和抗拉强度，可以耐受高温并抵抗化学侵蚀。

每一个支撑圈都有一个开口端，使之可以（轻轻）嵌入到GT密封件的相邻位置。开口端很尖锐，也很容易损坏，应当小心处理。如果将开口端过度地分开，支撑圈会受损坏。

3.2 清洁

使用纸巾轻轻擦拭来清洁密封件。如果有干钻井液，可以使用少量水冲洗，但在密封件涂覆O-lube润滑脂和安装到工具上前，必须将剩余的水分清除。

不要使用化学清洁喷雾剂或去污剂——这些物质可能会损伤弹性体，或在密封件表面残留沉积膜。这些沉积物在高温和高压下可能转化为具有腐蚀性的物质。

3.3 润滑

O-lube润滑脂是一种特殊的非压缩性硅润滑脂，可在很大的温度范围内润滑。所有密封件在安装前都必须涂上一层O-lube润滑脂。O-lube润滑脂的主要作用是在安装时减轻因摩擦、切割和箍缩而对密封件造成的损伤。O-lube润滑脂还有助于使密封件正确固定，并在使用中提供保护。

3.4 密封件的存放

应始终将密封件存放在没有灰尘和沙粒的地方，最好放在可以密封并贴上标签的塑料袋中。必须避免阳光直接照射，远离极冷和极热的环境。应避免密封件接触尖锐的金属物品。损坏的密封件必须用刀子割断并予以丢弃，以避免误用。

3.5 密封件的安装

密封件的情况下相互配合。同时，也要检查作为密封面的金属表面是否有磨损，以确保良好的密封。密封件在安装过程中所需经过的所有表面都不得有尖锐的棱边或金属毛刺，以免在首次装配时损伤密封件。

在尝试安装密封件之前，使用金刚砂布或锉刀来去除或打磨掉所有尖锐棱边或毛刺。清洁并重新检查。用O-lube润滑脂轻度润滑密封部位，以使密封件安装更加容易。

尽量不能扭曲和拉伸。不能使用螺丝刀或其他尖锐的金属工具将密封件撬入沟槽。尽量避免密封件过螺纹丝扣造成损坏。安装完成后，MWD技术人员应确保密封件已正确固定，而且在安装过程中没有造成损伤。

安装带有支撑圈的GT密封件时，确保先安装密封件。在GT密封件上，每个支撑圈的曲面应面向密封件安装，而断面间应分开180°放置。支撑圈上也涂覆了一层O-lube润滑脂薄膜。检查它们是否已经正确固定，并确保开口端没有交叉或被勾住。支撑圈的开口端非常尖锐，会损坏GT密封件。

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