WE套管悬挂器螺钉防松装置的研制与应用

摘 要：WE套管悬挂器是塔河油田广泛使用的一种套管悬挂器，该种类型悬挂器依靠卡瓦悬挂套管，通过拧紧上部环周内六角螺钉激发方形橡胶而实现密封，结构简单，安装方便，但在使用过程中时常出现悬挂器密封失效问题，影响了完井时效，造成了较大井控风险。经过多井次对比、总结和分析，WE套管悬挂器密封失效主要是因钻井过程中井口震动导致螺钉松动，方形橡胶预压力不足，二次试压时压力将橡胶刺穿造成。为彻底解决WE套管悬挂器因螺钉松动造成的密封失效问题，设计加工螺钉防松装置。

关键词：套管悬挂器;密封失效;防松装置

1 现状问题

WE套管悬挂器是塔河油田广泛使用的一种套管悬挂器，经不完全统计，2010年-2016年，WE套管悬挂器出现密封失效问题平均每年约12井次，套管悬挂器密封失效造成了较大井控风险，影响了完井时效，经过多井次对比、总结和分析，WE套管悬挂器密封失效主要是因钻井过程中井口震动导致螺钉松动，方形橡胶预压力不足，当有压力时将橡胶刺穿造成。为彻底解決WE套管悬挂器因螺钉松动造成的密封失效问题，设计加工螺钉防松装置。

2 装置设计

从不改变WE套管悬挂器结构、密封方式和安装方法入手，设计外加防松装置，要求：①原理上通过对压紧螺钉进行固定，防止螺钉回转松动;②安装上尽量操作方便，实现了WE套管悬挂器密封正常。

2.1 设计思路

WE套管悬挂器主要由悬挂器本体、卡瓦、压板、方形橡胶和内六角螺钉组成（见图1），为保证螺钉不发生转动，需在螺钉上部设计加装防松装置，因单个螺钉加装防转装置无支撑点，三个或多个螺钉同时加装防松装置，不便于装置的设计和安装，因此研究采用两个螺钉同时加装防松装置，并采用“螃蟹效应”，互相牵制，防止螺钉发生回转松动。

2.2 产品设计

WE套管悬挂器安装后，套管和套管头间间隙仅约45mm（安装宽度），套管头上法兰和压板距离约75mm（安装深度），因空间限制，装置设计时除了需考虑达到螺钉防松的目的，同时还需重点考虑结构简单和安装方便。

2.2.1 螺钉套设计

螺钉套由两个圆柱筒和连接轴组成，“连接轴”通过螺纹将两个“圆柱筒”连接，可通过旋转调节圆柱筒间距离;圆柱筒内径与悬挂器螺钉外径紧密配合，圆柱筒上端“防跳轴销孔”与连接轴平行，用于安装“防跳轴销”;“防转轴销槽”与防跳轴销孔呈30°角，用于安装锁钉;两个圆柱筒上“防转轴销槽”呈120°，预留操作空间便于安装锁钉。

2.2.2 锁钉设计

锁钉由外六方和防转轴销组成，“外六方”上设计“防转轴销孔”，防转轴销孔中心线与外六方对边平齐;“防转轴销”穿入防转轴销孔，通过焊接方式与外六方固定连接，防转轴销伸出外六方外部长度相同，焊接时保证防转轴销与外六方对边平齐;防转轴销与螺钉套圆柱筒上“防转轴销槽”配合，外六方与悬挂器螺钉上部内六方配合。

2.3 工作原理

“防转轴销”与“防转轴销槽”配合、外六方与悬挂器螺钉上部内六方配合实现“防转”。当悬挂器螺钉A出现回转松动倾向时，回转扭矩通过悬挂器螺钉内六方传递至锁钉外六方，后扭矩依次传递至防转轴销，圆柱筒和连接轴，当传递至另一个圆柱筒时，悬挂器螺钉B提供反向扭矩，防止悬挂器螺钉A转动。“防跳轴销”穿过“防跳轴销孔”实现“防跳”，当井口震动锁钉出现上跳倾向时，防跳轴销可阻止锁钉上跳。

3 成果及应用

2016年WE套管悬挂器螺钉防松装置开始试验使用，至2019年在油田工区共使用80余井次，有效彻底解决了螺钉松动造成的密封失效问题，能够保证井口装置经过反复多次井筒作业仍试压合格，消除了井控风险，安全效益巨大。同时该装置具有结构简单，安装快捷方便，可靠性高、成本低的特点，可广泛推广使用。

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。