姚建江 曹建剛

中國(guó)石油西部鉆探工程有限公司試油公司測(cè)試分公司 新疆克拉瑪依 841000

一、前言

塔里木油田庫(kù)車坳陷山前構(gòu)造帶存在大量埋深超過(guò)7000m，最大氣層埋深甚至超過(guò)8000m，關(guān)井井口壓力在95MPa以上的高溫高壓高產(chǎn)氣井。對(duì)于這類超高壓氣井，傳統(tǒng)的105MPa流程及一級(jí)節(jié)流設(shè)備技術(shù)在工藝、安全等方面已不能完全滿足地面測(cè)試的需要，并且由于超高壓帶壓作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度極高，對(duì)作業(yè)人員身體健康帶來(lái)不利影響。

為此，塔里木測(cè)試分公司不斷尋求改進(jìn)設(shè)備、工藝、技術(shù)。

1.針對(duì)105MPa一類高壓設(shè)備逐漸不能滿足超高壓氣井作業(yè)要求的情況，分公司在塔里木市場(chǎng)首先引進(jìn)兩套140MPa超一類高壓設(shè)備，不僅提前占領(lǐng)了超高壓市場(chǎng)，而且在兩年多的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中，不斷改進(jìn)完善，將設(shè)備能力、技術(shù)工藝遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越同類競(jìng)爭(zhēng)隊(duì)伍，確立了塔里木油田超高壓作業(yè)首選隊(duì)伍的地位。

2.針對(duì)超高壓施工作業(yè)人員工作強(qiáng)度巨大、作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)高的情況，分公司積極同設(shè)備廠家溝通聯(lián)系，引進(jìn)液控閘閥配套設(shè)備及電動(dòng)閘閥開(kāi)關(guān)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，分別通過(guò)氣動(dòng)液壓及電動(dòng)軸承傳遞完成開(kāi)關(guān)閘閥動(dòng)作，有效較低了操作風(fēng)險(xiǎn)和作業(yè)強(qiáng)度，帶動(dòng)了地面作業(yè)的技術(shù)發(fā)展。

3.針對(duì)超高壓地面測(cè)試過(guò)程中，地層流體經(jīng)過(guò)節(jié)流管匯時(shí)壓力非常高，鑒于節(jié)流管匯上下游壓差超過(guò)70MPa有可能導(dǎo)致節(jié)流閥閥桿切斷、本體刺壞的情況，分公司緊跟國(guó)際先進(jìn)石油理念，近年來(lái)在塔里木市場(chǎng)首創(chuàng)多級(jí)節(jié)流造回壓保護(hù)應(yīng)對(duì)超高壓井節(jié)流壓差過(guò)高的工藝，并在塔里木多口超高壓井成功應(yīng)用，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用改進(jìn)，逐漸將多級(jí)節(jié)流閥實(shí)現(xiàn)節(jié)流回壓保護(hù)的工藝推向成熟。

二、新工藝技術(shù)介紹

1.140MPa超一類高壓設(shè)備的引入：2010年以來(lái)，隨著現(xiàn)代石油勘探試油水平的進(jìn)步，小規(guī)模小產(chǎn)量油氣井已不能滿足現(xiàn)代社會(huì)對(duì)油氣資源的需求，“向深處挖油、向海洋要油”已然成為現(xiàn)代油氣勘探的共識(shí)。以往由于設(shè)備能力、工藝水平不夠無(wú)法開(kāi)采的超深超高壓油氣井逐漸引起人們的重視。常規(guī)的105MPa一類高壓設(shè)備由于接近作業(yè)能力極限甚至超越額定壓力，設(shè)備能力、工藝水平、安全要求均不能滿足超高壓氣井作業(yè)需求。由此140MPa超高壓地面流程的引入，順利滿足超高壓作業(yè)的生產(chǎn)安全要求。

2.液控閘閥配套設(shè)備及電動(dòng)閘閥開(kāi)關(guān)執(zhí)行機(jī)構(gòu)：在帶壓作業(yè)過(guò)程中，由于流體進(jìn)入地面設(shè)備，通過(guò)閘閥閘閥、閥桿時(shí)造成單向擠壓，使得閘閥開(kāi)關(guān)動(dòng)作克服磨阻增大。作業(yè)人員不僅作業(yè)強(qiáng)度大，對(duì)人員身體健康造成影響。且存在猛發(fā)力折斷閥桿、閥桿銷子等情況，而一旦閥桿、閥桿銷子折斷在帶壓情況下現(xiàn)場(chǎng)維修整改相對(duì)麻煩很多。為此，分公司與四機(jī)廠合作完成的液壓管匯及液控柜、與航空十八所共同研制的WOM進(jìn)口板閥電動(dòng)開(kāi)關(guān)執(zhí)行機(jī)構(gòu)陸續(xù)登上了塔里木油田超高壓作業(yè)舞臺(tái)。液控柜通過(guò)打氣泵對(duì)氣瓶充壓，在執(zhí)行開(kāi)關(guān)操作時(shí)，由氣瓶提供壓力推動(dòng)液壓管匯對(duì)應(yīng)閘閥完成開(kāi)關(guān)動(dòng)作；電動(dòng)開(kāi)關(guān)執(zhí)行機(jī)構(gòu)則針對(duì)WOM板閥研制，通過(guò)接入電源，帶動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)軸承運(yùn)作，從而快速開(kāi)關(guān)井操作。

3.多級(jí)節(jié)流是通過(guò)可調(diào)式油嘴的串聯(lián)實(shí)現(xiàn)降低節(jié)流壓差、降低內(nèi)部流體流速、產(chǎn)生下游回壓緩解流體對(duì)閘閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)的沖擊剪切、緩解水化物形成。一般我們對(duì)高壓井采用四到六級(jí)節(jié)流，逐級(jí)分擔(dān)減低流壓，效果明顯。

降低節(jié)流壓差的意義：一、通過(guò)節(jié)流回壓原理，降低紊流震動(dòng)，從而降低流體沖刷流速及沖擊力，降低油嘴套螺紋及本體沖蝕刺穿的風(fēng)險(xiǎn)，有效保障設(shè)備的完好性，并使得油嘴損傷面呈均勻擴(kuò)散，延長(zhǎng)油嘴使用壽命，二、通過(guò)降低節(jié)流閥上下游壓差，從而降低可調(diào)油嘴、閘閥的轉(zhuǎn)動(dòng)阻力，降低作業(yè)人員工作強(qiáng)度；三、降低上下游壓差，減緩流體流速，使節(jié)流管匯因低溫流體流動(dòng)吸熱減少，有效緩解冰堵現(xiàn)象；四、控制節(jié)流壓力平穩(wěn)，節(jié)流曲線更合理，有利于滿足生產(chǎn)控制需求；五、通過(guò)多級(jí)節(jié)流，逐級(jí)節(jié)流共同分擔(dān)壓力，通過(guò)節(jié)流產(chǎn)生的回壓降低生產(chǎn)壓差，保護(hù)閥桿，杜絕高壓剪斷閥桿現(xiàn)象，保障設(shè)備的完好可靠。

三、新工藝在塔里木庫(kù)車山前超高壓井的應(yīng)用

庫(kù)車山前地區(qū)地面計(jì)量作業(yè)對(duì)象多為超深超高壓井，以前的105MPa地面流程達(dá)不到施工要求，為克服這一難題，塔測(cè)試分公司急甲方之所急，果斷決策，在2012年中率先引進(jìn)140MPa地面流程，投入到庫(kù)車山前超高壓市場(chǎng)進(jìn)行應(yīng)用，并配套齊相應(yīng)設(shè)備、設(shè)施，進(jìn)行工藝攻關(guān)。2013年由于庫(kù)車山前地區(qū)超高壓地面計(jì)量工作非常飽滿，140MPa超高壓地面流程成為分公司2013年產(chǎn)值目標(biāo)跨越式發(fā)展的重點(diǎn)突破口，創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益，2套140MPa超高壓地面共計(jì)完成產(chǎn)值1900萬(wàn)，約占全年產(chǎn)值60%。特別是在大北302井地面地量工作時(shí)，關(guān)井最高壓力達(dá)到102MPa，創(chuàng)造了塔里木油田地面計(jì)量的最高關(guān)井壓力記錄，而140MPa超高壓地面流程最大限度保障了人員和設(shè)備的安全，經(jīng)受住極其嚴(yán)格的考驗(yàn)，最終獲得甲方市場(chǎng)認(rèn)可成為庫(kù)車山前超高壓井標(biāo)桿配置。2014年下達(dá)地面中隊(duì)產(chǎn)值目標(biāo)進(jìn)一步提升，由3200萬(wàn)上升到4150萬(wàn)，年初塔里木分公司再次組織了1套140MPa地面流程，共計(jì)完成14井次地面計(jì)量工作，預(yù)計(jì)產(chǎn)值3100萬(wàn)，約占總產(chǎn)值75%，140MPa超高壓地面流程目前已成為分公司經(jīng)營(yíng)產(chǎn)值主要貢獻(xiàn)點(diǎn)。

液控閘閥配套設(shè)備及電動(dòng)閘閥開(kāi)關(guān)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的推廣應(yīng)用，不僅降低了作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)及勞動(dòng)強(qiáng)度，并且降低作業(yè)對(duì)人員數(shù)量的要求，使得公司規(guī)模、隊(duì)伍作業(yè)人員配置基本維持不變的前提下，通過(guò)科技助力生產(chǎn)，完成了兩年來(lái)工作量提升達(dá)50%的壯舉。

2011年塔里木測(cè)試分公司參與集團(tuán)公司一號(hào)重點(diǎn)井烏參一井地面測(cè)試作業(yè)，同時(shí)參與施工的隊(duì)伍還有Topwell、Cudd等掌握最先進(jìn)石油技術(shù)的國(guó)外石油技術(shù)服務(wù)公司，在和他們的工作交流中，初次接觸到多級(jí)節(jié)流理念。2012年起，分公司陸續(xù)在庫(kù)車山前超高壓井引入多級(jí)節(jié)流閥作業(yè)30余井次，取得良好經(jīng)濟(jì)效益和發(fā)展進(jìn)步。

①克深2-2-4井完井測(cè)試，2013年2月14日23:00-2月16日18:31用多級(jí)節(jié)流閥控制放噴，油壓97.4↘66.8↗73.0MPa，放噴順利，設(shè)備無(wú)損傷。

②克深9井中途測(cè)試，2013年10月21日11:08用6mm油嘴放噴排液，油壓90.7↘57.1MPa，刺壞油嘴管匯本體2處，關(guān)井整改油壓↗101.7MPa～15:46改用多級(jí)節(jié)流閥排液，油壓:82.9-87.6MPa，節(jié)流平穩(wěn)未出現(xiàn)刺壞現(xiàn)象。

③克深9井完井測(cè)試，2013年12月19-21日，進(jìn)主測(cè)試流程分別用6mm、8mm、10mm油嘴系統(tǒng)求產(chǎn)，油壓分別是103.4MPa、100.7MPa、96.2MPa，通過(guò)下游管匯節(jié)流控制下游回壓20MPa，設(shè)備本體完好，僅油嘴內(nèi)徑稍微刺大，且呈均勻擴(kuò)散。

圖1 未采取多級(jí)節(jié)流回壓保護(hù)出現(xiàn)的設(shè)備、配件損毀

通過(guò)多井次的多級(jí)節(jié)流閥運(yùn)用對(duì)比，我們可以清晰地看到，多級(jí)節(jié)流閥相對(duì)傳統(tǒng)的一級(jí)節(jié)流具有頗多優(yōu)勢(shì)，通過(guò)多級(jí)節(jié)流降低生產(chǎn)壓差、提供回壓緩沖保護(hù)，施工中未出現(xiàn)油嘴套嚴(yán)重刺漏刺壞及設(shè)備本體損傷現(xiàn)象，避免了節(jié)流閥桿高壓剪切折斷及因壓力太高板閥銷子承受超強(qiáng)磨阻開(kāi)關(guān)閘門時(shí)受力超限折斷，并且有效地保護(hù)了多級(jí)節(jié)流針閥組，提高了整套設(shè)備的可靠性，大幅度降低了生產(chǎn)成本，保障了人員、設(shè)備的安全。這也從根本上改變了我們習(xí)慣于一級(jí)節(jié)流的控制理念。

四、新工藝技術(shù)的特點(diǎn)、現(xiàn)場(chǎng)遇到問(wèn)題及改進(jìn)

140MPa超高壓地面流程在目前塔里木超高壓市場(chǎng)應(yīng)對(duì)現(xiàn)有作業(yè)壓力顯得游刃有余，目前塔里木最高關(guān)井地面壓力僅達(dá)140MPa地面流程的額定作業(yè)壓力的75%，不會(huì)對(duì)設(shè)備、人員造成危害，作業(yè)安全系數(shù)得到提高。由于材質(zhì)的加強(qiáng)，造成設(shè)備部件重量的增強(qiáng)。如油嘴管匯更換油嘴油壬，由105MPa的30 KG上升到140MPa的60 KG，使得原本每個(gè)作業(yè)人員都能動(dòng)的油壬，現(xiàn)在只能由班組里比較強(qiáng)壯的三四個(gè)人抱動(dòng)。

液控柜優(yōu)點(diǎn)：氣瓶的在使用過(guò)程中可以通過(guò)氣瓶?jī)?chǔ)能，一次充氣可以實(shí)現(xiàn)多次開(kāi)關(guān)動(dòng)作。缺點(diǎn)：不能掌握開(kāi)關(guān)度，只能實(shí)現(xiàn)一次性開(kāi)關(guān)到位；液控管線眾多，接線時(shí)需小心接錯(cuò)。

電動(dòng)閘閥開(kāi)關(guān)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)：可以設(shè)定開(kāi)關(guān)度比例，到位完成開(kāi)關(guān)動(dòng)作，也可以手動(dòng)點(diǎn)擊同步開(kāi)關(guān)。缺點(diǎn)：對(duì)電源依賴高，斷電情況下只能手動(dòng)操作，執(zhí)行機(jī)構(gòu)手輪與WOM板閥轉(zhuǎn)動(dòng)比例為8：1，WOM閥通常為105圈左右，手動(dòng)轉(zhuǎn)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)手輪需操作800余圈，勞動(dòng)強(qiáng)度大。

多級(jí)節(jié)流閥在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用遇到的問(wèn)題：①目前塔里木市場(chǎng)使用的多級(jí)節(jié)流閥在節(jié)流控制中，無(wú)法獲知各節(jié)流閥上下游壓力及差值，只能憑作業(yè)人員經(jīng)驗(yàn)來(lái)判斷，在操作不當(dāng)?shù)那闆r下，有可能導(dǎo)致其中某一級(jí)節(jié)流閥上下游壓差過(guò)大，導(dǎo)致節(jié)流閥閥桿刺壞；②目前的液控節(jié)流閥技術(shù)不夠完善，液控技術(shù)無(wú)法精確實(shí)現(xiàn)節(jié)流開(kāi)關(guān)度及存在一定不可靠性的可能；③通過(guò)控制針閥開(kāi)關(guān)度來(lái)實(shí)現(xiàn)過(guò)流面積控制，無(wú)法直接量化折算成固定油嘴大小，不方便正確計(jì)算流體臨界流速，需通過(guò)對(duì)比同狀態(tài)下固定油嘴過(guò)流壓力來(lái)確定針閥開(kāi)關(guān)度對(duì)應(yīng)油嘴大小。

改進(jìn)：①分公司員工各類可調(diào)式固定支架將逐步應(yīng)用到現(xiàn)場(chǎng)，降低作業(yè)工作強(qiáng)度和風(fēng)險(xiǎn)。②逐步實(shí)現(xiàn)測(cè)試流程遠(yuǎn)程控制，從根本上避免作業(yè)人員處于高壓風(fēng)險(xiǎn)區(qū)作業(yè)，保障人員安全；③針對(duì)目前多級(jí)節(jié)流閥模糊控制的現(xiàn)狀，我們考慮在多級(jí)節(jié)流閥中間每隔兩個(gè)節(jié)流閥加裝一只壓力表或數(shù)據(jù)采集探頭，這樣可以有效、正確地判定多級(jí)節(jié)流各級(jí)壓差，有利于更好操作節(jié)流，保障設(shè)備的安全；③目前常使用的多級(jí)節(jié)流閥為四級(jí)節(jié)流，節(jié)流級(jí)別可以加強(qiáng)，改為六級(jí)節(jié)流，這樣各級(jí)節(jié)流閥分擔(dān)的壓力相應(yīng)減小，可以更好地起到保護(hù)設(shè)備的作用。④將原排污流程使用楔形閥更改為固定油嘴節(jié)流閥，將設(shè)備損壞從楔形閥桿轉(zhuǎn)移到固定油嘴，從而降低設(shè)備耗費(fèi)成本，并且可以通過(guò)節(jié)流回壓更好地保護(hù)設(shè)備。