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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
2、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,
3、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
4、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
5、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
6、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
7、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
