高温高压井下测试工具橡胶密封材料的优选

高温高压井下测试工具的主要技术指标为耐温耐压,要实现这两个指标的提升关键点是解决测试工具橡胶密封件的耐温耐压。文章从工作介质、工作时间等总结了高温高压井下测试工具密封可靠性面临的严苛挑战,介绍了高温高压井下测试工具常用两种密封结构,分析了高温高压井下测试工具常用3种橡胶材料的使用特性和存在的技术短板,最后对高温高压井下工具橡胶密封件使用、研发以及试验标准提出了建议。     

NiTi形状记忆合金封隔器密封件的研制

提出了用NiTi形状记忆合金制造井下封隔器的密封件替代传统橡胶密封件,完成了形状记忆合金密封件的结构设计,进行了形状记忆合金密封件的性能实验,并对实验结果进行了具体分析。实验证明,NiTi形状记忆合金密封件承压能力高,坐封力大,解封力较小,密封效果良好,可以代替传统的橡胶密封。     

动态平衡式流变填料光杆密封器

动态平衡式流变填料光杆密封器具有密封件性能高、防喷效果好、设有液压补偿装置、能够三维调偏4个特点。密封器主要技术参数:静态密封压力≤20 MPa;工作压力≤6.0MPa;工作温度在-40～230℃之间;用丝扣连接,适用光杆25 mm、36 mm。动态平衡式流变填料光杆密封器在辽河油田共试验25井次,密封件平均使用寿命223天,最长运行时间达到368天。     

井下封隔器气体密封性能试验研究

针对通过液体介质来模拟封隔器对气体密封性这一方法的不足,设计了封隔器气体密封性能试验。将试验用模拟封隔器安装于高压筒中,高压筒置于恒温箱内,将高压筒和恒温箱通过试压管线、坐封管线和气体泄漏收集管线与密封性能试验系统连接,再由高压气源生成装置供气模拟井下高压注气过程,来验证井下封隔器对气体的密封性能,其结果更符合实际工作状况。结果表明:室内模拟试验能够为注气封隔器密封件的结构优化和材质优选做出指导方案,为注气驱油技术的推广应用提供参考。     

YJMF-2型注抽两用保洁式井口密封装置的研制

针对以往所使用的注蒸汽热采油井井口密封装置存在操作维护困难，容易失效、造成泄漏的实际情况，研制了YJMF-2型注抽两用保洁式井口密封装置。该装置采用了3级密封结构，一、二级密封只在油井注汽时使用，可承受25MPa的高压，三级密封在油井抽油时使用。该装置一、二级密封使用改性石墨橡胶密封件，可耐450℃高温。第三级密封使用了环块拉簧式软金属密封件，可大大减少摩擦阻力，起到节能的作用，同时也大大延长了密封件的使用寿命，从而大幅度地提高了注抽两用井口密封装置的使用寿命和可靠性。该装置带有保洁机构，即使在抽油过程中出现渗漏，也不会对环境造成污染。     

钻柱接头高压密封研究

超高压喷射钻井技术是今后提高中硬地层机械钻速最有效的手段之一。实施该技术最大问题是钻柱接头因泄漏而损坏,其中钻铤接头尤为严重。泄漏的主要原因是钻铤的弯曲,弯曲在钻井过程中是不可避免的。因此,仅靠目前接头台肩密封方法已不能适应超高压喷射钻井的需要。新研制成功的钻柱接头高压密封系统,与现有接头台扇压紧密封相比,有很大不同,新系统采用自封式密封件,同时保存了螺纹接头的API标准全部规定。接头台扇不再承担密封任务,而主要用来传递扭矩。试验证明,新系统能承受100MPa的液体压力而不发生泄漏。     

水平井注蒸汽测试井口防喷密封装置

为解决水平井注蒸汽测试中高温高压下动密封和连续管注入头超温问题,成功研制了水平井注蒸汽测试井口防喷密封装置。该装置采用二级密封及长密封段自密封方式,采用耐高温氟橡胶、碳纤维及钢垫的组合形式做密封件,采用耐350℃高温导热油自动控制加压密封件,采用水循环冷却管给连续管、密封系统降温,可确保起下时注入头不超温和施工安全。在测试起下过程中,2口水平井井口注汽压力均在13 MPa以上,井口防喷密封装置未发生蒸汽泄漏,注入头处温度低于120℃,完全可以满足高温高压下用连续管测试施工要求。     

海上耐高温深水式井下安全阀的设计与试验

海上油田注采一体化工艺要求井下安全阀耐温350℃、下深不低于1 330 m,然而现有的井下安全阀无法达到该指标要求。为此,研制了海上耐高温深水式井下安全阀,并开展了样机加工和室内试验,同时就其关键部件——压缩弹簧进行了有限元应力分析。研究结果表明:海上耐高温深水式井下安全阀的结构简单可靠,泄漏点数量少,采用全金属结构密封,能在常温至350℃高温下正常工作,其最大下入深度达1 330 m,阀板与整体耐压达35 MPa。所得结论可为耐高温深水式井下安全阀的现场应用提供参考。     

天然气井试油完井过程中快速泄压对井下工具密封性的影响

压控式井下工具空气室的密封元件不仅受到天然气、二氧化碳、酸碱井液等介质的侵蚀,还要承受井下温度和压力变化带来的影响。在川渝地区天然气井的试油完井中, 压控式井下工具多次出现因“ 气体快速减压（RGD） ”效应影响而造成密封元件的密封性能降低,高压天然气渗入空气室形成了圈闭压力,致使工具不能正常工作的情况。 为了降低RGD效应对试油完井井下工具密封性的影响,以可控封堵阀为例,开展了在井下工况条件下空气室渗入高压天然气的模拟实验,验证特定的井况条件下会产生RGD效应,使橡胶密封元件的密封性能降低;同时通过模拟实验对比,优选了能耐RGD效应的“O”型密封圈,该密封圈在现场应用了4口井,均未出现空气室渗入天然气的现象。天然气的快速泄压对井下工具密封性的影响可以通过控制压降速率、减少开井关井次数和使用耐RGD效应的“O”型密封圈进行防治。为了提高井下工具密封的可靠性,提出了优化设计空气室的密封结构、减小空气室“O”型密封圈承受的密封压差的建议。 该防治天然气快速泄压影响井下工具密封性的技术,为试油完井井下工具的设计和密封件的选择提供了借鉴。     

深层气井油套环空泄漏点关键参数地面诊断技术

深层气井开发过程中存在油管柱泄漏失效导致的油套环空异常带压现象,易造成气体泄漏、井口顶升和管柱损坏等事故,威胁井筒安全。与传统井下测井方法相比,采用地面诊断技术可快速判断油管泄漏程度,精准定位井下泄漏点,避免生产管柱扰动,实现对井筒潜在风险的“早发现,早识别”。首先根据压力平衡原理建立泄漏点深度求解模型,其次采用小孔模型描述气体泄漏过程,构建基于环空体积相容性原则的气体聚集增压模型,应用控制变量法对环空带压敏感性因素进行定量分析,并根据泄漏点深度和当量尺寸差异,结合环空泄压恢复测试曲线特征,将油套环空起压规律划分为4类典型模式。以案例井参数为例,油管柱泄漏失效条件下引发的油套环空带压按物理过程划分为管柱小孔泄漏、气液两相运移和气穴聚集增压3个阶段,随着时间推移,油套环空压力和气体体积逐步上升,泄漏速率逐渐降低,直至泄漏点内外侧压力平衡时趋于稳定,其中“浅部大孔、高压快升”的起压模型风险等级最高;经过反演计算,案例井油套环空压力值26.1 MPa,泄漏点当量尺寸2.1 mm,最大泄漏速率0.20 m3/min,井筒安全风险相对较高,建议采用机械修补、化学堵剂等方式进行密封堵漏。     

井下工具高温高压实验装置研制

针对目前高温高压试验装置不能满足井下工具研制的问题,介绍了静密封条件下最大压力210 MPa、动密封条件下最大压力105 MPa、最大温度200℃、可稳定工作时间15 d井下工具高温高压实验装置研制过程。所研制的实验装置采用液缸加载,热风加热,三路压力系统独立加压,在高温高压条件下可对井筒内部的井下工具进行加载、扭动,能完整模拟井下全过程的工况,使实验装置能更贴近现场实际,确保井下工具试验更真实、可靠。     

全氟聚醚橡胶防护脂的制备及性能

汽车车门,天窗等重要部位的密封橡胶在使用过程中会逐渐老化,在橡胶表面涂抹防护剂可以抑制橡胶的老化。用直链全氟聚醚基础油,聚四氟乙烯和特定的咪唑啉衍生物添加剂制备了全氟聚醚橡胶防护脂。制备的全氟聚醚橡胶防护脂与橡胶的相容性好,吸附力强,涂覆在橡胶密封件上能够增加橡胶的拉伸强度和硬度,可有效地抑制橡胶的老化,对橡胶密封件具有良好的保护作用。     

35 MPa环空放气阀设计及试验

环空放气阀是油气井中控制油管和套管环空通道的主要工具。研制了一种新型环空放气阀,密封面为球面金属密封。通过理论计算、有限元分析、室内试验,对环空放气阀进行设计分析和验证。结果表明,内部/外部压力产生的轴向力始终使金属密封面压紧,且内部/外部压力越大,密封面的压紧力越大; 在额定工作压力35 MPa条件下,最大应力为193.36 MPa,最大接触压力为194.25 MPa,满足强度要求; 环空放气阀开关压力稳定,满足35 MPa密封要求。     

细调层气举找水装置的研制

针对吉林油田以往找水分层开关换向不易控制致使找水可靠性低,工艺复杂和占井时间长等缺点,研制出一种灵活可靠的细调层气举找水装置。这种装置是通过开关启动器开启井下分层开关,实现气举诱喷,一次工艺管柱实现多层位反复调层找水,不受层位限制,调层操作方便,找水工艺有效率高。地面试验表明,这种装置的开关启动器支撑臂动作灵活,收缩自如,启动器活塞固定时气压在15MPa下20min不泄漏;分层开关密封试验时液压力达到20MPa下20min不泄漏;开关启动器启动分层开关可靠,换向灵活。     

深水生产滑套密封设计及试验

目前常规生产滑套的密封元件大多采用橡胶制造,在滑套开启和关闭过程中,随关闭套一起移动,因而容易磨损,使用寿命短。论述了深水生产滑套对密封件的基本要求、常用几种密封材料的性能对比以及常用密封形式(V形密封组、T形密封圈和U形密封圈)。针对深水生产滑套面临的复杂工况,结合各种密封圈的密封特点设计了密封组合,并介绍了密封组合的特点。分别对每个密封单件进行压力测试,并对密封组合反复进行承压能力测试。测试结果表明,在温度150℃、压力60 MPa的工况下,V形密封组、U形密封圈及T形密封圈单件承压稳定,密封性能良好;在同样工况下长达300 h的介质浸润过程中,密封组合能正常运动50次并密封住60 MPa的压力。因此,密封结构设计合理,能满足深水生产滑套的工况要求。     

威德福TerraForm裸眼封隔器

<正>威德福公司研发的TerraForm裸眼封隔器采用皮碗密封封隔技术,能够在全井生命周期内动态匹配井眼几何形状,有效保障井下密封的完整性。TerraForm裸眼封隔器弹性密封件的外围有24个独立的坐封装置,能产生极强的膨胀力。TerraForm封隔器系统中有一个独特的离合机构,不管是何种不规则的井眼,都能将工具伤害储层或产生微裂缝的可能性降到最低。TerraForm封隔器在0.84 MPa的压力下就可以实现     

带压作业闸板防喷器胶芯密封性能分析

利用三维建模SolidWords软件及有限元分析软件ABAQUS,建立了带压作业闸板防喷器胶芯与管柱密封结构的三维简化模型。该密封结构属于组合式密封结构,由丁腈类橡胶(NBR)组成的橡胶基体和超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)组成的耐磨块构成。研究了3种不同封井压力作用下胶芯与管柱之间的应力分布规律。结果表明:在液压封井力为20 MPa时,该闸板防喷器胶芯可用于密封井底压力不超过35 MPa的带压作业环空; 胶芯失效位置主要集中在橡胶基体与上下垫板接触区域及耐磨块圆弧面上靠近中线位置区域,与现场实际应用中胶芯的失效位置基本相符,验证了分析的正确性。     

SC35—120A型井下安全阀的研制

针对浅海油田开发和安全环保的要求,研制了SC35—120A型井下安全阀。该型阀由控制总成、蝶阀总成及锁定总成等3部分组成,其打开压力133～154MPa,关闭压力48～52MPa,液压系统和阀板密封严密,能承受513～539MPa内压,安全控制可靠,各项指标均达到设计要求,并符合APISpec14A中1级阀标准。该型阀已在胜利浅海油田的10余口油井中做了现场应用,除1口井内的安全阀因地质原因起出外,其余都在正常使用。现场应用证明,SC35—120A型井下安全阀的各项性能指标均能满足浅海及海洋油田油井井控要求。     

井下低频脉动注水技术分析

针对稳压注水会导致水驱采收率低的问题,提出了井下低频脉动注水技术。分析了井下低频脉动注水技术提高水驱采收率机理,介绍了国外几种典型的井下低频脉冲注水工具及其推广应用情况,阐述了胜利油田JMZ5/25型井下低频脉动注水工具样机研制和室内试验情况,得出试验结论:(1)增压器换向可靠,增压比达到1.8∶1的设计要求;(2)蓄能器密封良好,30MPa压力无泄漏;(3)脉冲控制阀密封可靠且动作符合设计要求。最后就低频脉动注水技术提出了几点认识和建议。     

锅炉给水泵密封结构的改造

DG45.59单吸分段式多级锅炉给水泵,输送介质为脱氧水,其进口压力尸l=2MPa,出口压力P2=8MPa。其轴密封结构如图1(a)。 一、存在问题 1.泵在试车运行中,常由于密封垫片3处泄漏而被迫停车检修。 2.轴封为填料密封,填料为lO×10ram的石棉类盘根。每隔约一个月时间即出现泄漏。旧填料磨损严重,尤其近压盖端成丝粉状。 二、原因分析 1.填料箱的平面密封 泵填料箱位于高压侧,与泵体之间为平面密封结构,属静密封。是利用螺栓预紧时产生的压紧力,通过法兰作用于垫片,使之发生弹、塑性变形,填满密封面间隙,阻止泄漏;当泵开车后,内压升高作用于法兰…