Выбор правильного уплотнения подвески обсадной колонны является важной частью проектирования или обслуживания устьевого оборудования нефтяной и газовой скважины. Уплотнение должно обеспечивать целостность давления между обсадной колонной и компонентами устьевого оборудования, учитывая фактические размеры, состояние поверхности, давление, температуру и используемые скважинные флюиды.

Уплотнение, соответствующее номинальному размеру обсадной колонны, не обязательно будет правильным выбором. На практике размеры обсадной колонны, зазор уплотнения, качество обработки поверхности, давление, температура и совместимость эластомера влияют на эффективность уплотнения.

Итак, как выбрать правильное уплотнение подвески обсадной колонны для устьевого оборудования нефтяной и газовой скважины?

Что должно делать уплотнение подвески обсадной колонны?

Уплотнение подвески обсадной колонны создает барьер давления между обсадной колонной и окружающими компонентами устьевого оборудования. Его основное назначение — помогать изолировать кольцевое пространство обсадной колонны и предотвращать прохождение давления или скважинных флюидов через границу уплотнения.

Точная конструкция уплотнения зависит от конфигурации устьевого оборудования. FS Seals, P Seals, S Seals, эластомерные уплотнения и металлические системы уплотнения могут использоваться в различных конструкциях подвесок обсадных колонн или насосно-компрессорных труб.

Именно поэтому выбор уплотнения подвески обсадной колонны следует начинать с оборудования и места уплотнения, а не просто выбирать уплотнение по его названию или номинальному размеру.

1. Начните с размеров обсадной колонны и устьевого оборудования

Первый шаг — определить размеры существующего оборудования.

Важная информация включает:

·Наружный диаметр обсадной колонны

·Внутренний и наружный диаметр уплотнения

·Размеры канавки уплотнения

·Радиальный зазор

·Глубина и ширина канавки

·Допуски размеров обсадной колонны

·Размеры существующего уплотнения

Эти параметры определяют, сможет ли уплотнение обеспечить достаточный контакт с обсадной колонной и корпусом устьевого оборудования.

Для случаев замены полагаться только на номинальный размер обсадной колонны может быть рискованно. Чертеж или образец существующего уплотнения предоставляют гораздо более полезную информацию для подтверждения фактической геометрии уплотнения.

2. Учитывайте состояние поверхности обсадной колонны

Обсадная колонна не всегда является идеальной уплотняющей поверхностью.

В зависимости от оборудования и условий монтажа обсадная колонна может иметь:

·Относительно грубую обработку поверхности

·Изменение размеров

·Некруглые участки

·Большие геометрические допуски

·Изменения зазоров между сопрягаемыми компонентами

Эти условия могут влиять на то, насколько стабильно эластомер сохраняет контакт с обсадной колонной.

Это одна из причин, по которой некоторые конструкции уплотнений подвески обсадной колонны специально разрабатываются для применения в устьевом оборудовании с грубыми поверхностями обсадной колонны и более широкими размерными или геометрическими допусками.

Например, FS Seals разработаны как статические уплотнения подвесок обсадных колонн и насосно-компрессорных труб для устьевого оборудования и специально предназначены для работы с грубыми поверхностями обсадных колонн и большими зазорами.

3. Проверьте рабочее давление

Давление является еще одним важным фактором при выборе уплотнения подвески обсадной колонны.

Не смотрите только на номинальное значение давления оборудования. Учитывайте фактические условия герметизации, включая:

·Нормальное рабочее давление

·Максимальный перепад давления

·Циклические изменения давления

·Колебания давления

·Направление давления

·Зазор вокруг уплотнения

Высокий перепад давления может увеличить риск выдавливания эластомера, особенно при наличии большего зазора между уплотняющими поверхностями.

По этой причине конструкцию защиты уплотнения от выдавливания следует оценивать вместе с давлением и зазором.

Например, FS Seals используют встроенные пружины защиты от выдавливания, предназначенные для защиты эластомера в условиях эксплуатации устьевого оборудования высокого давления.

4. Подберите материал уплотнения в соответствии с температурой и пластовыми жидкостями

Материал уплотнения следует выбирать в соответствии с полной рабочей средой, а не только с температурой.

Типичные варианты эластомеров для герметизации устьевого оборудования в нефтегазовой отрасли включают:

NBR

Распространённый выбор для стандартных нефтегазовых применений, где давление, температура и условия воздействия среды находятся в подходящем диапазоне эксплуатации.

HNBR

Часто рассматривается для более сложных условий по температуре, механическим нагрузкам и эксплуатации на нефтяных месторождениях.

FKM

Может рассматриваться, когда требуются эксплуатационные характеристики при более высоких температурах и химическая стойкость.

FFKM

Используется для особенно сложных химических и температурных условий, когда оправдано применение эластомера с более высокими эксплуатационными характеристиками.

Фактический выбор зависит от таких факторов, как:

·Рабочая температура

·Состав нефти и газа

·Воздействие воды

·Воздействие H₂S или CO₂

·Химические добавки

·Давление

·Требуемый срок службы

Совместимость материала поэтому следует оценивать вместе с геометрией уплотнения.

5. Оцените конструкцию защиты от выдавливания

Уплотнение подвески обсадной колонны, работающее под высоким давлением, должно обладать достаточной устойчивостью к выдавливанию.

Когда перепад давления воздействует на эластомер, материал может быть вытеснен в сторону зазора между сопрягаемыми компонентами. Если зазор достаточно большой, повторяющиеся циклы давления со временем могут повредить уплотнение.

В зависимости от конструкции уплотнения защита от выдавливания может обеспечиваться за счёт:

·Встроенных пружин

·Опорных колец

·Усиленных уплотняющих конструкций

·Металлических опорных компонентов

Например, в уплотнении FS Seal используются встроенные пружины в качестве элементов защиты от выдавливания. С другой стороны, в P Seal могут использоваться опорные кольца для поддержки эластомера под давлением. Конструкция P Seal компании JST использует опорные кольца, доступные из сетчатой нержавеющей стали или цельной углеродистой стали.

Подходящая конфигурация зависит от конструкции устьевого оборудования, зазора, давления и требований к герметизации.

6. Выберите конструкцию уплотнения в соответствии с конфигурацией устья скважины

Не существует универсального уплотнения подвески обсадной колонны, подходящего для каждого устья скважины.

Различные конструкции могут выбираться в зависимости от конфигурации оборудования.

Уплотнение FS

Уплотнение FS представляет собой статическое уплотнение с пружинным поджатием, разработанное для применения с подвесками обсадных колонн и насосно-компрессорных труб. Его конструкция особенно подходит для устьевых узлов, где необходимо учитывать шероховатые поверхности обсадных колонн, большие зазоры или более широкие размерные и геометрические допуски.

Уплотнение P

Уплотнение P использует эластомерный уплотнительный элемент с опорными кольцами против выдавливания. В конструкции JST уплотнение активируется за счет нагнетаемого герметика и используется в нижней зоне уплотнения обсадных катушек или трубных головок.

Его можно рассматривать в случаях, когда оборудование требует решения для герметизации с активацией герметиком и поддержкой против выдавливания.

Уплотнение S и другие конструкции

Другие конструкции уплотнений подвесок обсадных колонн или насосно-компрессорных труб также могут использоваться в зависимости от исходной конфигурации оборудования.

Важно, что один профиль уплотнения не следует заменять другим только потому, что их размеры кажутся похожими.

Канавка, сжатие, зазор, направление давления и механизм активации должны быть совместимы с оборудованием.

7. Учитывайте метод установки

Требования к установке также могут влиять на выбор уплотнения.

Перед выбором замены определите:

·Как устанавливается уплотнение

·Требует ли уплотнение закачки герметика

·Являются ли опорные компоненты отдельными или интегрированными

·Проходит ли обсадная колонна через уплотнение при установке

·Требуются ли специальные установочные инструменты

·Можно ли заменить уплотнение без значительной модификации оборудования

Например, конструкции уплотнений FS могут использовать интегрированную противовыдавливающую структуру, что позволяет избежать отдельных свободных противовыдавливающих компонентов во время установки. Отраслевые источники также описывают уплотнения FS как цельные конструкции, не требующие последующих операций герметизации после установки.

Это может быть важным фактором при замене существующего уплотнения на месте эксплуатации.

8. Когда следует рассматривать индивидуальное уплотнение подвески обсадной колонны?

Стандартного уплотнения может быть достаточно, если оборудование соответствует установленной конфигурации, а рабочие условия находятся в пределах расчетного диапазона.

Индивидуальное уплотнение подвески обсадной колонны может быть целесообразно рассмотреть, когда:

·Размеры обсадной колонны нестандартные

·Существующее уплотнение устарело

·Исходное уплотнение больше недоступно

·Размеры канавки необычны

·Поверхность обсадной колонны особенно шероховатая

·Зазор больше ожидаемого

·Требования по давлению или температуре являются высокими

·Требуется определенный состав эластомера

·Существующее уплотнение подвергалось утечкам или выдавливанию

Для таких применений индивидуализация не обязательно означает создание полностью нового профиля уплотнения. Она может включать выбор подходящих размеров, эластомера, конфигурации пружины или опорных элементов, а также геометрии уплотнения для данного оборудования.

Какая информация необходима для выбора уплотнения подвески обсадной колонны?

При обращении к производителю уплотнений полезно предоставить следующую информацию:

Информация об оборудовании

·Головка обсадной колонны или трубная головка

·Тип подвески обсадной колонны

·Модель устьевого оборудования или OEM

·Место уплотнения

Размерная информация

·Наружный диаметр обсадной колонны

·Внутренний/наружный диаметр уплотнения

·Размеры канавки

·Зазор

·Существующий чертёж уплотнения или образец

Условия эксплуатации

·Рабочее давление

·Максимальное давление

·Рабочая температура

·Циклическое изменение давления

Среда

·Нефть

·Газ

·Вода

·Воздействие H₂S / CO₂

·Другие химические вещества

Существующие проблемы

·Утечка

·Выдавливание

·Повреждение уплотнения

·Сложность установки

·Короткий срок службы

Чертёж уплотнения или физический образец особенно полезен для разработки индивидуального решения, поскольку позволяет производителю оценить исходную геометрию уплотнения, а не делать предположения на основе номинального размера обсадной колонны.

Контрольный список выбора уплотнения подвески обсадной колонны

Перед заказом уплотнения проверьте следующие ключевые параметры:

Заключение

Выбор подходящего уплотнения подвески обсадной колонны для устья нефтяной и газовой скважины требует большего, чем просто соответствие уплотнения номинальному размеру обсадной колонны.

Наиболее важными факторами являются место уплотнения, размеры обсадной колонны, состояние поверхности, зазор, давление, температура, скважинные жидкости, совместимость материалов и конструкция защиты от выдавливания.

Для применения на устьевом оборудовании, связанного с шероховатыми поверхностями обсадной колонны или большими размерными допусками, такие конструкции, как FS Seals, могут иметь преимущества. Другие конфигурации могут требовать P Seals, S Seals или других технологий уплотнения в зависимости от конструкции оборудования.

Самый надёжный подход — выбирать уплотнение в соответствии с исходной конфигурацией устьевого оборудования и фактическими условиями эксплуатации, а не предполагать, что похожее на вид уплотнение обеспечит такие же характеристики.

Если применение связано с нестандартными размерами или существующей проблемой уплотнения, предоставление чертежа или образца уплотнения вместе с данными о давлении, температуре, среде и обсадной колонне даёт производителю уплотнений наилучшую исходную информацию для разработки подходящего решения.