針對海洋油氣開發(fā)特點，總結(jié)了水下井口系統(tǒng)用主要密封裝置，介紹水下井口系統(tǒng)密封技術(shù)及裝置發(fā)展現(xiàn)狀，分析水下井口系統(tǒng)密封區(qū)別于常規(guī)密封的特點，總結(jié)水下井口系統(tǒng)密封的關(guān)鍵技術(shù)，得出海洋油氣發(fā)展方向決定了金屬密封技術(shù)是水下井口系統(tǒng)密封未來發(fā)展的主要趨勢的結(jié)論，并指出相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制訂將推動水下密封技術(shù)的發(fā)展。

　　世界海洋油氣資源豐富，海洋可采儲量占全球可采儲量的45%，近一半的待勘探油氣資源位于海上。近年來，世界范圍內(nèi)海洋油氣開發(fā)持續(xù)升溫，產(chǎn)量持續(xù)增長。但不少地區(qū)尚未勘探或充分勘探，海洋深水部分的油氣勘探開發(fā)還需要進一步拓展，海洋油氣的開發(fā)需要先進的技術(shù)裝備作為支撐。其中密封裝置在海洋油氣開發(fā)過程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，在水下井口系統(tǒng)中也是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是保證整個系統(tǒng)高效、安全、穩(wěn)定和長期運行必不可少的部分。

　　海洋油氣開發(fā)經(jīng)歷了從淺水到深水，從低壓到高壓的變化；密封裝置為了適應(yīng)這種變化的需要，也經(jīng)歷了從最初的彈性密封到彈性材料與復(fù)合材料密封，到目前廣泛使用的全金屬密封的轉(zhuǎn)變，其材料和結(jié)構(gòu)也在不斷改變。海洋油氣開發(fā)正在向更深海域邁進，所面臨的深水、高溫、高壓的問題將會更加嚴(yán)峻，水下井口系統(tǒng)密封裝置也必須不斷地發(fā)展和創(chuàng)新，以適應(yīng)環(huán)境的變化，滿足工況需求。

1、水下井口系統(tǒng)密封技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

　　海洋油氣不斷向更深的海域邁進，水下井口系統(tǒng)面臨著高溫、高壓、強腐蝕以及壓差范圍大等問題，給水下井口系統(tǒng)的密封帶來了更大的挑戰(zhàn)。常規(guī)的彈性密封技術(shù)成熟、成本較低，在開發(fā)初期應(yīng)用廣泛；但由于其密封材料自身的屬性問題，容易發(fā)生高溫降解、化學(xué)降解，循環(huán)載荷導(dǎo)致的疲勞、壓縮載荷突變失效和擠壓間隙的剪切失效等問題，已經(jīng)不能滿足現(xiàn)階段水下井口系統(tǒng)的密封要求，圖1 所示為南海某油田水下井口頭環(huán)形橡膠密封裝置失效后的狀態(tài)。

圖1 失效后的水下井口頭環(huán)形橡膠密封裝置

　　為了適應(yīng)海洋油氣開發(fā)工況的改變以及減少開發(fā)過程中的風(fēng)險和損失，科研人員不斷尋求新的密封技術(shù)和裝置。相對于彈性密封來講，金屬密封能夠很好地解決上述問題，因此，金屬密封技術(shù)在水下井口系統(tǒng)密封中得到了廣泛的應(yīng)用。同時，也推動海洋油氣鉆井朝著更深、壓力更大的方向邁進。

　　水下井口系統(tǒng)密封裝置主要存在于：(1) 水下采油樹/防噴器與水下井口頭連接密封；(2) 套管掛、油管掛與水下井口頭密封；(3) 油管掛與水下采油樹密封；(4) 水下采油樹與管線連接密封等，如圖2 所示。

圖2 水下井口系統(tǒng)主要密封部位

2、水下井口密封特點及關(guān)鍵技術(shù)

　　海洋油氣正在向深水時代邁入，面臨著深水、高溫、高壓、強腐蝕的惡劣環(huán)境，常規(guī)的彈性密封已經(jīng)難以滿足深水油氣開發(fā)的密封要求。金屬密封技術(shù)是采用適當(dāng)?shù)慕饘俨牧希�利用接觸面的壓力使金屬發(fā)生塑性變形與流動來填充接觸面之間的空隙，從而獲得密封能力。金屬密封已經(jīng)應(yīng)用到水下井口系統(tǒng)所有類型密封裝置，這也是今后水下井口系統(tǒng)密封裝置的主要發(fā)展趨勢。

　　2.1、水下井口系統(tǒng)密封特點

　　(1) 密封裝置需要在水下環(huán)境中進行遠(yuǎn)程操作安裝；

　　(2) 密封裝置下放至安裝位置時，無法檢查密封面是否光潔；

　　(3) 無法精準(zhǔn)地控制機具對密封裝置的激勵運動；

　　(4) 密封裝置必須能夠長期適應(yīng)水下油氣井的工作環(huán)境；

　　(5) 密封裝置失效后，其更換程序復(fù)雜、費用高昂。

　　2.2、水下井口密封關(guān)鍵技術(shù)

　　(1) 密封材料。由于水下井口系統(tǒng)長期處于高溫、高壓、強腐蝕的工況條件下，因而密封材料的選擇十分重要。要綜合考慮密封材料的密封強度、耐腐蝕性，金屬密封材料還需考慮材料的延伸性、屈服強度和硬度。

　　(2) 密封裝置結(jié)構(gòu)。合理的密封結(jié)構(gòu)是密封裝置可靠的前提和關(guān)鍵，在滿足密封要求的前提下，盡量簡化密封結(jié)構(gòu)，使得密封裝置能夠快速激勵、可靠密封。

　　(3) 密封裝置加工工藝。密封件表面粗糙度對密封效果有直接的影響( 主要針對金屬密封) ，對于金屬密封面，如果表面粗糙度大，密封表面的塑性變形不足以填滿泄漏通道，密封介質(zhì)就會順著泄漏通道泄漏出來。因此，加工工藝對密封裝置密封效果影響很大。

　　(4) 密封裝置安裝技術(shù)。水下井口系統(tǒng)密封裝置多數(shù)需要在水下進行安裝，因此，安裝技術(shù)在一定程度上決定了密封裝置最終的密封效果；下放安裝工藝需要與密封裝置的結(jié)構(gòu)相呼應(yīng)，緊密配合，減少誤差，提高密封效果。

3、總結(jié)

　　(1) 海洋油氣開發(fā)逐步向深海邁進，水下井口系統(tǒng)密封將面臨壓力更高、溫度更高的挑戰(zhàn)，密封技術(shù)的發(fā)展和油氣開發(fā)在一定程度上相輔相成，相互促進。

　　(2) 水下井口系統(tǒng)的工況條件決定了其密封裝置的密封要求，彈性密封由于其材料的局限性，應(yīng)用受限；金屬密封技術(shù)得到廣泛應(yīng)用。

　　(3) 水下井口系統(tǒng)密封技術(shù)的關(guān)鍵點在于密封材料選取、密封結(jié)構(gòu)設(shè)計、密封裝置加工以及密封裝置下放技術(shù)等。

　　(4) 需要編寫、制訂并完善水下密封裝置的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和檢測標(biāo)準(zhǔn)，使得水下密封技術(shù)得到更好的應(yīng)用和發(fā)展。