超深井采注安全工具設(shè)計(jì)及應(yīng)用

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１環(huán)空安全控制裝置———環(huán)空液壓雙通道控制閥

同心雙管同井采注管柱具有管柱結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、風(fēng)險(xiǎn)低的優(yōu)點(diǎn)，但目前同心雙管同井采注技術(shù)因沒(méi)有環(huán)空安全控制技術(shù)及配套工具，無(wú)法滿足海上超深井完井作業(yè)要求。因此，需要一種具有雙通道的環(huán)空安全控制裝置來(lái)滿足深井及特殊作業(yè)安全需求，該工具要與生產(chǎn)油管之間形成環(huán)空出油通道，生產(chǎn)油管為注水通道，可通過(guò)地面控制液控管線加壓打開(kāi)控制閥，實(shí)現(xiàn)環(huán)空采油；當(dāng)需要關(guān)閉采油通道時(shí)，液控管線泄壓，控制閥自動(dòng)關(guān)閉，并實(shí)現(xiàn)正反向高壓密封。

１.１工具結(jié)構(gòu)

根據(jù)海上油田超深井安全生產(chǎn)要求，設(shè)計(jì)出適用于同心雙管同井采注管柱封隔環(huán)空通道的環(huán)空液壓雙通道控制閥，通過(guò)增加彈性套設(shè)計(jì)，解決了由于長(zhǎng)時(shí)間生產(chǎn)中出液孔雜質(zhì)堆積、無(wú)法正常關(guān)閉問(wèn)題。工具本體外設(shè)２道管線通道，一道可放置電泵的扁電纜；另一道可放置化學(xué)藥劑注入閥、放氣閥等液控管線，并通過(guò)綁帶固定在本體上，避免管柱起下過(guò)程中受損。

１.２工作原理

環(huán)空液壓雙通道控制閥是一種地面控制、井下安裝的裝置，通過(guò)油管下入和回收，由連接到地面控制系統(tǒng)的液壓管線進(jìn)行操作。其工作原理是將此控制閥下入到設(shè)計(jì)深度后，密封插桿隨油管下入到此環(huán)空安全控制裝置中的密封筒位置，通過(guò)密封插桿上設(shè)有的密封件密封。此時(shí)形成２個(gè)過(guò)液通道，密封插桿內(nèi)通道和密封插桿及環(huán)空液壓雙通道控制閥的環(huán)空通道，實(shí)現(xiàn)注水工藝與采油工藝兩用。油氣井正常生產(chǎn)時(shí)，地面控制系統(tǒng)通過(guò)泵給控制閥提供液壓油并使其自動(dòng)保持在設(shè)定的打開(kāi)壓力下，液壓力推動(dòng)活塞移動(dòng)，同時(shí)壓縮彈簧，活塞繼續(xù)下移，帶動(dòng)關(guān)門套移動(dòng)到彈性套上端，與彈性套接觸，關(guān)門套與內(nèi)襯套上的出液孔上下連通，內(nèi)襯套與９８.５ｍｍ（３.８８英寸）插入密封的環(huán)空通道導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)油井正常生產(chǎn)，如圖４所示。當(dāng)需要關(guān)閉密封插桿與控制閥的環(huán)空通道時(shí)，地面控制系統(tǒng)可泄掉控制管線內(nèi)的壓力。泄壓之后主軸和關(guān)門套在彈簧的作用下上移恢復(fù)到起始位置，關(guān)門套與內(nèi)襯套上的出液孔上下密封，封隔采油通道。

１.３主要性能及技術(shù)參數(shù)

１）采用滑套式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，與生產(chǎn)油管環(huán)空形成過(guò)流通道，實(shí)現(xiàn)同心雙管管柱之間環(huán)空的液氣隔斷控制。２）大通徑液控滑套，能夠?qū)崿F(xiàn)大尺寸中心管（２■8英寸ＮＵ油管）下入。３）操作簡(jiǎn)單、可靠，方法與常規(guī)井下安全閥一樣，無(wú)需配備特殊設(shè)備，易于推廣。

１.４性能試驗(yàn)

１）液壓腔密封與關(guān)閉、開(kāi)啟試驗(yàn)。液壓腔密封試驗(yàn)：穩(wěn)定液壓控制壓力１０ｍｉｎ，壓力從３５ＭＰａ降至３４.９ＭＰａ，穩(wěn)定后測(cè)得的壓力下降小于５％的施加壓力，試壓合格。關(guān)閉、開(kāi)啟性能測(cè)試：在推薦保持的開(kāi)啟壓力２０ＭＰａ下重復(fù)進(jìn)行５次全開(kāi)、全關(guān)控制閥閥門，其完全開(kāi)啟壓力的誤差均未超過(guò)平均值的±５％，符合ＡＰＩ１４Ａ標(biāo)準(zhǔn)要求，環(huán)空液壓雙通道控制閥開(kāi)關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表２。２）帶循環(huán)壓力關(guān)閉試驗(yàn)。控制閥循環(huán)壓力增加至２０ＭＰａ，關(guān)閉并打開(kāi)控制閥５次合格。３）密封試驗(yàn)。關(guān)閉控制閥，干燥整體表面，調(diào)整并穩(wěn)定整個(gè)試壓部分至５０ＭＰａ，穩(wěn)壓１５ｍｉｎ，整個(gè)液壓控制管線部分及控制閥外表面無(wú)泄漏。４）插入密封筒后密封性能測(cè)試。插入９８.５ｍｍ（３.８８英寸）密封筒，關(guān)閉控制閥，連接下端加壓。液體介質(zhì)狀態(tài)下加壓５０ＭＰａ，穩(wěn)壓１０ｍｉｎ試壓合格；氣體介質(zhì)狀態(tài)下加壓１.４ＭＰａ，穩(wěn)壓１０ｍｉｎ試壓合格。

２中心管控制裝置———小尺寸安全閥

同心雙管同井采注管柱中心管柱由于有大排量注入要求的注入通道，需要采用閥板式的井下安全閥來(lái)實(shí)現(xiàn)安全控制，閥板設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)克服了球閥在更換密封部件時(shí)必須將球體與配合的球座同時(shí)更換的缺點(diǎn)［１９］，其密封由閥板環(huán)形面與閥板座環(huán)形面之間的裝配關(guān)系來(lái)實(shí)現(xiàn)［２０］，在井口出現(xiàn)重大故障時(shí)能自動(dòng)關(guān)井，防止井噴事故的發(fā)生。

２.１工具結(jié)構(gòu)

根據(jù)海上油田同心雙管同井抽注管柱結(jié)構(gòu)特征，設(shè)計(jì)出了滿足大排量注入要求的小尺寸安全閥，工具結(jié)構(gòu)如圖５所示。該工具隨Ｙ接頭上部同心內(nèi)管柱下入井內(nèi)，在生產(chǎn)注入過(guò)程中，不僅滿足控制Ｙ接頭上部同心內(nèi)管大排量注入要求，同時(shí)也滿足Ｙ接頭上部同心內(nèi)、外管環(huán)空的采油過(guò)流要求。

２.２工作原理

當(dāng)油氣井需要開(kāi)啟進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)，地面液壓控制系統(tǒng)通過(guò)液壓控制管線向井下安全閥注入液壓油，液壓油產(chǎn)生的液壓力通過(guò)推動(dòng)安全閥內(nèi)的柱塞與中心管向下移動(dòng)，同時(shí)柱塞壓縮圓柱形彈簧，中心管逐漸推開(kāi)閥板，直到完全打開(kāi)。為保持井下安全閥處于常開(kāi)狀態(tài)，地面液壓控制系統(tǒng)控制管線內(nèi)的壓力需保持在額定的工作壓力之上，圖５所示為油氣井正常生產(chǎn)時(shí)井下安全閥工作狀態(tài)。當(dāng)出現(xiàn)緊急情況需要切斷生產(chǎn)通道時(shí)，通過(guò)地面控制系統(tǒng)泄掉液壓控制管線內(nèi)的液壓油壓力，中心管和柱塞在圓柱形彈簧回復(fù)力的作用下回到原位，閥板在扭簧的作用下關(guān)閉封隔住油管的液體通道，此時(shí)井下安全閥處于關(guān)閉狀態(tài)［２０］。

２.３主要技術(shù)參數(shù)

小尺寸安全閥主要技術(shù)參數(shù)。

２.４性能試驗(yàn)

１）整體密封試驗(yàn)。關(guān)閉安全閥，保持整體外表面干燥，調(diào)整并穩(wěn)定整個(gè)試壓部分至３５ＭＰａ，保壓１５ｍｉｎ，整個(gè)液壓控制管線部分及安全閥外表面無(wú)泄漏。２）閥板開(kāi)關(guān)試驗(yàn)。重復(fù)進(jìn)行５次全開(kāi)、全關(guān)安全閥閥門，其完全開(kāi)啟壓力的誤差均未超過(guò)平均值的±５％，符合ＡＰＩ１４Ａ標(biāo)準(zhǔn)要求，小尺寸安全閥閥板開(kāi)關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表４。３）流體漏失試驗(yàn)。打開(kāi)安全閥，液體介質(zhì)狀態(tài)下加壓３５ＭＰａ后關(guān)閉安全閥，穩(wěn)壓１０ｍｉｎ，測(cè)得泄漏率為０.５ｃｍ３／ｍｉｎ，滿足不大于１０ｃｍ３／ｍｉｎ的ＡＰＩ１４Ａ標(biāo)準(zhǔn)泄漏量要求。

３現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

海上某油田Ａ５井為一口采油井，井深３９８３ｍ，單采Ｗ２Ⅰ油組，由于Ｗ３Ⅰ油組能量不足，Ｗ３Ⅳ油組水驅(qū)不均，需要該井對(duì)Ｗ２Ⅰ油組采油的同時(shí)對(duì)Ｗ３Ⅰ、Ｗ３Ⅳ油組注水。考慮到平臺(tái)井槽有限，且再部署注水井成本較高，因此對(duì)該井進(jìn)行更換同井采注管柱作業(yè)。由于設(shè)計(jì)泵掛深度為２６５０ｍ，因此深井安全閥不適用，采用環(huán)空液壓雙通道控制閥控制Ｙ接頭上部同心內(nèi)管及下部電泵環(huán)空組成的采油通道，小尺寸安全閥則控制Ｙ接頭上部同心內(nèi)、外管環(huán)空與其下部的管柱組成的注入通道。生產(chǎn)通道組成：通過(guò)產(chǎn)液油套環(huán)空、電潛泵、?１１４.３ｍｍ（４■2英寸）油管與?７３ｍｍ（２■8英寸）油管環(huán)空、環(huán)空液壓雙通道控制閥、?１３９.７ｍｍ（５■2英寸）套管與?７３ｍｍ（２■8英寸）油管環(huán)空舉升至地面。注水通道組成：通過(guò)?７３ｍｍ（２■8英寸）油管、小尺寸安全閥、Ｙ管旁通管、測(cè)調(diào)工作筒注水至層位，由分層封隔器與測(cè)調(diào)工作筒實(shí)現(xiàn)分層。安全控制工具在入井前地面試壓開(kāi)關(guān)工作正常，下入過(guò)程中液壓控制管線壓力保持穩(wěn)定，工具性能滿足注水和采油通道的安全控制技術(shù)要求。經(jīng)過(guò)近２個(gè)月的生產(chǎn)跟蹤監(jiān)測(cè)，采油量６０ｍ３／ｄ，注水量３００ｍ３／ｄ，同井采注雙管工作正常，實(shí)現(xiàn)了超深井同井采注安全控制作業(yè)要求，充分體現(xiàn)了該配套安全控制工具的有效性、可靠性與實(shí)用性。

４結(jié)論

１）同心雙管同井采注工藝在超深井中使用時(shí)深井安全閥存在打不開(kāi)等不確定性安全風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)工藝改進(jìn)和完善，研制出了環(huán)空液壓雙通道控制閥、小尺寸安全閥等快速關(guān)斷工具，實(shí)現(xiàn)超深井及特殊井作業(yè)安全控制目的。２）該安全控制技術(shù)具有１個(gè)環(huán)空采油通道和１個(gè)同心大通徑（２■8英寸ＮＵ油管通徑）注水通道，滿足超深井同井采油及大排量分層注水需求。３）該安全控制工具通過(guò)地面功能試驗(yàn)，符合ＡＰＩ標(biāo)準(zhǔn)要求，滿足超深井現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)施工技術(shù)要求。４）通過(guò)在超深井中的成功應(yīng)用，驗(yàn)證了該配套安全控制工具的有效性、可靠性與實(shí)用性，為同井采注工藝技術(shù)在超深井的推廣應(yīng)用提供了技術(shù)支撐。

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作者:謝新華 冼甲豪 梁玉斌 李志達(dá) 馮殿閣 李曉軍 單位:中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司