套管悬挂器密封失效统计分析及防治对策研究

张鹏 崔龙兵 刘银雷 杨耀辉 张朋

摘 要：套管悬挂器是采油（气）井口标准配置组件，密封失效会对钻井、完井、采油阶段造成较大井控风险，同时造成严重的时效延误和额外的成本投入。通过对失效事件总结、统计和对典型案例分析，查找出了造成密封失效的根本原因。经过逐年创新探索实践，西北油田分公司逐渐形成了一套成熟的、标准化的密封失效治理技术，同时为从根本上预防密封失效进行了专项研究和应用。“防治结合”降成本、创效益，2016-2018年，新钻井悬挂器密封失效问题得到了有效遏制，措施井密封失效也得到了快速有效处理，从根本上保证了井筒完整性，保障了井控安全。

关键词：套管;悬挂器密封;失效治理;失效预防

套管悬挂器是采油（气）井口标准配置组件，它是安装于套管头内，通过楔形卡瓦夹持或通过螺纹连接套管达到悬挂套管目的的重要井口装置。常用套管悬挂器均设计有密封机构，该密封机构与套管副密封、法兰连接垫环组成环形密闭空间而实现连接部位的试压检测作业，悬挂器密封机构的可靠性和有效性对井口装置的安全使用至关重要，反之，当套管悬挂器密封失效时，会对钻井、完井、采油阶段造成较大井控风险，密封失效整改更是造成严重的时效延误和额外的成本投入。通过多年的探索实践，西北油田分公司逐渐形成了一套成熟的、标准化的套管悬挂器密封失效治理技术，同时为从根本上预防和解决套管悬挂器密封失效问题提出了解决方案。

1 套管悬挂器类型

西北油田分公司常用套管悬挂器包括W型套管悬挂器、WE型套管悬挂器、芯轴式套管悬挂器三种。

1.1 W型套管悬挂器

技术、油层套管可采用W型套管悬挂器，在西北油田分公司多用于采油井。此种悬挂器（见图1）依靠单锥面卡瓦②悬挂套管，依靠套管自重激发悬挂器密封⑤，悬挂器为剖分式、自锁结构，密封位于悬挂器下部，属于自激式密封悬挂器，安装快捷方便。

1.2 WE型套管悬挂器

技术、油层套管可采用WE型套管悬挂器，在西北油田分公司多用于采油井。此种悬挂器依靠单锥面卡瓦②悬挂套管，依靠人工手动激发悬挂器密封⑤，悬挂器为剖分式、自锁结构，密封位于悬挂器顶部，属于手动激发式密封悬挂器，安装快捷方便。

1.3 芯轴式套管悬挂器

技术、油层套管可采用芯轴式悬挂器，在西北油田分公司多用于采气井。此种悬挂器依靠下端套管螺纹连接和悬挂套管，根据结构设计不同可分为依靠套管自重激发和顶丝激发两种，密封性能可靠。

2 套管悬挂器密封失效统计分析

经不完全统计，2014年至2018年6月，西北油田分公司作业工区新钻井和采油厂措施井共发生套管悬挂器密封失效32井次，其中W型套管悬挂器13井次，占比40.6%;WE套管悬挂器19井次，占比59.4%，平均每年悬挂器失效约7井次。平均每年发生悬挂器密封失效事件井数占钻井总数5%左右[1]，失效比例看似不高，但密封失效处理造成较大的成本投入和巨大井控风险。经现场施工总结，新钻井阶段密封失效处理平均需时2天，单井额外投入成本约16万元;采油阶段密封失效需上修作业一次，单井额外投入成本约20万元，造成较大经济损失，同时，密封失效还可能造成油气无控制外流，无法保证井筒完整性。通过多井次现场跟踪统计取样分析，造成W型套管悬挂器密封失效的主要原因为密封橡胶长时间服役老化，造成WE型套管悬挂器密封失效的主要原因为安装错误、螺钉松动和密封橡胶老化。

3 悬挂器密封失效防治对策研究

3.1 悬挂器密封失效治理技术

当套管悬挂器出现密封失效时，根据悬挂器类型采用不同的治理措施，如WE型套管悬挂器密封失效可采用密封更换、加装螺钉防松装置等方式解决，W型套管悬挂器密封失效可采用安装辅助密封套的方式临时解决，另外，还可采用更换套管头、悬挂器的方式进行彻底治理。

3.1.1 WE型套管悬挂器密封失效治理

①WE型套管悬挂器因其结构特殊性，可采用更换悬挂器密封方式对失效进行处理。同时，为防止因井口震动螺钉松动造成的密封失效情况出现，可在原悬挂器基础上加装螺钉防松装置;②当套管出现严重偏斜，WE型套管悬挂器压板无法正常取出，无法更换密封时，可采用在悬挂器上部安装辅助密封套的方式临时解决（与3.1.2W型套管悬挂器密封失效治理方式相同）。

3.1.2 W型套管悬挂器密封失效治理

W型套管悬挂器因其结构限制，无法采用常规更换密封的方式解决失效问题。可采用在悬挂器上部安装辅助密封套的方式临时解决。辅助密封套内通孔设计O型密封与套管外周配合实现密封，外周设计0型密封与套管头内通孔配合实现密封，上部设计螺孔实现取送功能，当套管出现偏斜时，辅助密封套还可进行偏斜加工满足安装密封要求。

3.1.3 悬挂器密封失效通用“终极治理”

因施工方案需要，可采用彻底更换套管头和悬挂器的方式对失效问题进行“终极治理”，即“最后一招”。采用内捞矛上提套管，若悬挂器能随套管上移，则直接更换原悬挂器;若上提套管至最大允许吨位悬挂器无法取出，则可采用切割套管头的方式更换悬挂器和套管头。

3.2 悬挂器密封失效预防技术研究

3.2.1 设备技术革新

因W型套管悬挂器无法采用更换密封方式对失效进行有效治理，从2014年开始西北油田分公司逐渐淘汰该种悬挂器，常规油井均采用WE型套管悬挂器。为有效预防WE型套管悬挂器密封失效，至2015年开始，在WE型套管悬挂器上部设计和安装专用金属密封套，实现悬挂器密封“双关卡”，同时为防止因螺钉松动造成密封失效，对套管头顶丝与悬挂器相对位置进行改进设计，保证顶丝能够对悬挂器提供压紧力。

3.2.2 完善操作规程

为保证WE型套管悬挂器安装到位，除严格按照安装说明书操作外，还应根据其悬挂器和套管头结构设计采取目视观察和辅助测量手段。如江苏金石生产悬挂器安装完成后，目视观察压板平面是否低于套管头内通孔第一个台肩，若未低于，说明悬挂器未坐落到位;同时测量压板平面四个方向距套管头上法兰面高度，保证高度值在规定范围内和高度基本一致。

4 效果评价

①通过对多井次套管悬挂器密封失效问题进行统计分析，找出了密封失效原因，同时针对性的提出了密封失效治理措施，在密封失效后第一时间能够及时处理，保证了井控安全、提高了作业时效;②治理不是根本目的，为彻底解决悬挂器失效问题，对设备进行了探索性革新改进并完善了安装操作规程。至2016年开始，新钻井套管悬挂器未出现密封失效问题，基本杜绝因螺钉松动、人员误操作造成的密封失效情况出现;③按照套管悬挂器密封失效平均每年约7井次，单井时效延误约2天（48h），钻机作业日费8万元/天/井次计算，密封失效每年可造成约112万元的额外成本投入。2016年-2018年技术革新后新钻井基本杜绝了密封失效问题，为分公司节约成本投入为336万元。

參考文献：

[1]张梦华.套管悬挂器密封失效原因及对策分析[J].油气井测试，2011，20（3）：47-48.

作者简介：

张鹏（1986- ），男，本科，工程师，2009年获西南石油大学石油工程学士学位，主要从事完井测试技术和井控装备管理工作。