FPSO单点滑环密封失效原因及更换技术分析

2021-10-26张静浩

工程技术研究 2021年13期

张静浩

中海石油（中国）有限公司蓬勃作业公司，天津 300459

单点滑环作为油田生产中十分重要的一项关键部件，其作用主要体现在为油气介质转换期间的运输工作提供支持。目前，我国在应用单点滑环时，却经常出现因密封失效而影响后续油气顺利生产工作的情况。此时，针对该密封失效问题进行分析，并就其出现原因进行整理和总结，必然能够为后续的设备正常生产提供帮助。

1 案例分析

文章以某油气田生产FPSO单点滑环堆栈中，第三层所含有的气液滑环为例展开论述。其中，FPSO单点滑环的作用主要是为了解决自身与平台之间的天然气原油介质混输问题。该油气田在生产过程中出现了原油混输情况，发现点为滑环底部位置的测漏系统内，即重油罐之中，技术人员发现该滑环底部区域的第一道主要密封环已经失效，而滑环仍旧保持正常运行状态，是高度依赖于第二道辅助密封环的结果。经技术人员推测，未来第二道密封环在长期的磨损下，也会出现密封失效的情况，将使原油泄漏问题更加严重。

2 FPSO单点滑环密封失效原因分析

技术人员对出现的滑环密封失效问题进行了对应的原因分析及总结，发现原因可以分为正常磨损失效和非正常磨损失效两类。前者主要是指，密封使用寿命已经达到了最初设计之时的使用时限，后者则主要是指一段时间之内所出现的异常的密封失效问题。此次油田FPSO单点滑环密封失效属于非正常磨损失效，而造成失效的具体原因主要是以下五点。

2.1 表面粗糙度过高

密封沟槽表面粗糙度超标，沟槽表面机加工质量不符合生产标准，进一步致使表面的粗糙程度高于设计标准参数值，出现密封夹套与滑环之间的动静接触面异常的磨损问题，最终导致原油介质泄漏。

2.2 轴承磨损不均匀

轴承磨损度不均匀也会在一定程度上导致本体偏离中心的问题显现，而此现象的产生，会诱发后续滑环旋转位置与其上固定位置之间出现咬合间隙分布不均的问题，进而导致密封的唇边位置与滑环的动静接触面之间无法紧密贴合，最终造成原油介质泄露问题出现。

2.3 异物磨损

通常情况下，滑环腔体内的原油往往会含有一定量的金属残渣，或是其他材质的固体颗粒，而此类颗粒在介质流体的带动下，经常出现反复刮磨滑环动静环密封面唇口的情况，从而出现一系列滑环密封划伤的磨损失效问题。

2.4 腐蚀磨损

在该油田FPSO单点滑环处理过程中，滑环腔体中的原油在介质构成方面，并非最初就具有腐蚀性能力的物质，随着长时间采油方式的更改和变化，或是一些意外因素的存在，导致油品本身的性质及构成发生变化，从而出现诸如硫化氢等具有酸性特征的物质进入油品。上述物质会导致密封组件上的蓄能弹簧受到腐蚀，从而不能为密封夹套撑开提供必要的弹力，造成密封失效问，并随之出现原油泄露问题。

2.5 背压冲击

在滑环第一道主密封圈中，为预防出现背压问题，虽然设定了相应的承压环，但是在系统运行中，密封圈背部可能会在重油注入后因无法承受压力，而出现瞬时压力大于系统介质压力的情况，从而导致密封圈向上跳出，并进一步造成滑环动静接触面的唇口产生间隙，最终造成原油介质泄露。

3 FPSO非限位状态下滑环密封更换可能性分析

此次FPSO单点滑环密封失效更换处理主要是开展滑环底部主道和辅道的两处密封更换处理工作，操作过程中需避免滑环外环与内环处于相对运动状态。对FPSO非限位状态下滑环密封更换的可能性进行分析，具体内容如下。

（1）滑环密封更换处理之前，需要进行单点外框架、滑环外环分离与滑环驱动臂之间的分离工作，目的在于将单点外框架与滑环外环之间的转动路径切断，使得其内外之间处于相对静止的运行状态，当完成密封更换技术操作后，再将滑环驱动臂安装上去。

（2）当滑环驱动臂处于分离状态时，技术人员需要选择一个吊点作为受力点，用于控制滑环本体及外环，还可利用吊带及倒链两种工具，对滑环外环的旋转情况加以控制，最终促使后续的滑环泄漏实验顺利完成。

4 FPSO单点滑环密封失效更换技术应用

该油田技术人员针对FPSO单点滑环进行密封失效更换技术处理时，重点开展了如下工作。

（1）设计了滑环驱动分离更换技术操作方案。方案中，滑环驱动臂在形状上，与三角形具有一定的相似性，内侧通过销轴直接与滑环外环之上的开放式卡槽连接，而外侧两端面则通过法兰连接方式与单点外框架相连，连接角度呈5°倾斜角。具体的连接形式如图1所示。在选择FPSO单点滑环更换工具时，需选用倒链和吊带索具，悬空将滑环驱动臂进行固定，将驱动臂外侧位置的法兰螺栓进行预松处理，首先执行拆卸难度较低的螺栓，然后做好法兰盘调整间隙片的拆卸处理，这是为了提前预留出一定活动空间给滑环驱动臂。随着拆卸工作的完成，螺栓数量会随之缩减，此时技术人员需将倒链拉紧，并实时调整其受力，确保倒链在持续增加重量的状态下承接滑环驱动臂的重量，最终完成FPSO单点滑环驱动比的分离处理。

图1 滑环驱动臂连接图

（2）拆装密封支撑环。此过程需在上述流程完毕后方可执行，具体的拆装步骤主要包括以下内容。①在A3中位置处，将沿着圆周120°分布的3根顶双头螺栓拆除掉，随后将3个引导销安装其上。②在A2位置处，首先将沿着圆周120°分布的3条双头螺栓拆除掉，然后安装全螺纹长攻丝，构成上主要有止推轴承、六角螺母、垫片。③在A1位置处，将沿着圆周120°分布的3根顶丝拆除掉，此时技术人员还需同步进行A1周边所分布的其他双头螺栓的拆除工作。④更换处理时，当密封支撑环的下降高度下降至150～200mm后，技术人员开始停止下降，并随即开展主道以及辅道两方面的密封失效处理工作，包括拆装以及更换两方面。密封支撑环分离前后示意图如图2所示。