一种新型油管安全阀的研制和应用.pdf

3 64 石油天然气学报 江汉石油学院学 J PI 2 0 o 8 ． 月 2 0J o u r n a l o f Oi l a n d Ga s Te c h n o l o g y F e b 2 0 0一 。 i ．。 j j 上 j U V 6 u 一 种新型油管安全阀的研制和应用 董 霞 茎 耄 4山34东02 3东 营 5 。 。。 皇甫洁 ，吕芳蕾 胜利油田有限公司采油工 艺研究院， 山东东营2 5 7 0 0 0 [ 摘要]海上油 田开发对安全 生产 的要 求与陆地相 比更为 严格 ， 当遭 遇风暴 潮、火灾等 突发灾难 时，要求 能迅速 关闭油管生产通道 。针对 这种特殊要求 ，研制 了一种新 型井下 油管安 全 阀。该 型 阀 由液压 控制 总 成和碟 阀总成 组成 ，其各项 控制指标 均达到设计要求 ，并符合 AP I S p e c 1 4 A 中 1级 阀标 准。该安全 阀 已 在胜利埕 岛浅海油田投入应用 2 5井次 。现场应用证 明，该井下油管安 全阀的各 项性 能指标 能够满足 浅海 及海洋油井井控要求。 [ 关键词]油管安全 阀；安全控制 ；结构 ；浅海 油田 [ 中图分类号]TE 9 2 7 ． 7 [ 文献标识码]A [ 文章编号]1 0 0 0 9 7 5 2 2 0 0 8 0 1 0 3 6 4 0 3 海上油田开发多数采用卫星平 台加海底管线的方式 ，工作环境恶劣 ；在油井安全控制技术上的任何 失误都可能导致油井和人身事故 ，造成直接经济损失 ，而且可能污染海洋环境 ，其后果不可估量。确保 海上油井安全生产是海上油田开发工作 的首要 目标和重中之重。为有效地保证海上油井的安全生产 ，浅 海石油作业井控要求所有油井均应安装井控安全设备口 ] 。针对胜利浅海油田的井况 ，研制了一种适合于 5 i n套管的非平衡式井下油管安全阀，在胜利浅海油田应用了 2 5口井 ，为实现 “ 安全、经济 、高速、 高效”地开发海上油田提供了技术保障。 1 结构原理及主要技术参数 这种新型地面液压控制井下安全阀 以下简称安全 阀是一种油管连接 、非平衡式安全阀。它是参 照 AP I 标准并结合浅海油田实际情况开发设计的 引，适用于标准工况 的油井。该 阀属于常闭阀，从地 面液压操作可控制井下安全 阀的开关。其主要作用是在油井出现异常情况 如地震、火灾或者调节生 产参数需要关井时，能够实现油管内流体阻断。 、 1 结构组成这种新型井下安全阀主要 由要有活塞、弹簧、阀板、缸套等几部分组成 图 1 。 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 卜上接头 2 一 缸套 3 一 活塞 4 一 组合盘根 5 一 弹簧 6 一 卡环及组合盘根 7 一 阀座8 - T型盘根 9 一 扭簧 1 0 - 销轴 1 卜 阀板 l 2 一 下接头 圈 1安全阀结构 [ 收稿曰期]2 0 0 71 2 1 0 [ 作 者简介]董社霞 1 9 7 0_ ，女 ，1 9 9 3年大学毕业 ，高级工程师 ，硕士 生，现主要从事采油工艺技术研究工作。 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 0卷第 1 期 董社霞等 一种新型油管安全阀的研制和应用 2 工作原理这种新型井下安全 阀的地面控制管线压力经缸套传至活塞，推动活塞及中心管下行 ， 压缩弹簧并撑开阀板；稳定地面控制管线压力 ，则可保持油管通道畅通 。当地 面控制管线压力泄去后 ， 活塞及中心管在弹簧作用下复位，阀板失去支撑而在扭簧与液体流压作用下关闭，与阀座保持紧密接 从而达到对油管通道的安全控制作用 。 3 特点①安全阀为碟式结构 ，具有操作简单 、开关灵活可靠 、密封性好等特 点 。②组合式密 封结构使控制腔可长期承受高压 ，稳定性好 。③油井关 闭时，阀板与与阀座的接触为橡胶软接触 ，密封 可靠 ，并且可保护阀板 。 4 参数①最 大外 径 9 3 mm；②最 小 内径 4 6 mm③ 长度 1 8 0 0 mm；④碟 阀开 启压 差 1 6 MP a ； ⑤碟阀关闭压差 7 MP a ；⑥额定工作压差 3 5 MP a ⑦变形极限 9 2 MP a ⑧设计拉伸极 限载荷 1 1 2 6 k N； ⑨安全 系数 1 ． 2 5 ；⑩ 两 端螺 纹 2 UP T B G。 2 设计关键与室内试验 2 ． 1设计 关键 1 主弹簧的设计是安全阀设计 的关键 ，设计的主弹簧能承受 1 0 3 1 0 5次的频繁载荷 。 2 阀板是井下安全阀的核心部件 ，设计 时计算了阀板开关时的受力支点和接触强度。 3 井下安全阀在工作时 ，一直处于高压打开状态 ，设计时充分考虑 了采用的密封方式。螺纹两端 的静密封采用普通的 “ 0”型耐油橡胶圈；活塞内的动密封采用特殊的 “ V”型盘根 ，同时在材料上采 用金属 、硬聚合物和耐油橡胶相结合的方式 ] ，确保动密封长效可靠 ；阀板处的冲击密封采用先软接触 后线密封的办法 ，减小了阀板处的冲击载荷。 4 由于弹簧承受的力有限 ，在设计时，计算了井下安全 阀的最大下人深 度 。由井下安全 阀的工作 原理知，井下安全阀最大极 限下人深度条件为 P 液 控≤ P 弹 簧。 P 液 控为井下安全阀下人深度处控制管线 内 液体对活塞的作用力 ； P弹 簧为井下安全阀弹簧给活塞的作用力。 ． 主要参数计算 过程如 下 主 弹簧 自由高度 L 一 0 ． 6 3 9 m， 井 下 安全 阀关 闭 时主 弹簧高度 L c一 0 ． 5 3 9 m， 主弹簧刚度 k一 1 ． 5 31 0 4 N／ m， 活塞面积 A一 2 ． 3 81 0 f i r ， 海水密度 Df W 1 0 2 6 9 ． 7 N／ m。 ， 液压 油密度 Dfd一 8 0 0 0 ． 8 N／ m。 。 ’ 井 下 安 全 阀关 闭 时 的 主 弹 簧 力 [ 5 ] F s k L f L 一 1 5 3 0 N。 需 克 服 液 压 差 P 弹 簧 一 F s ／ A 一 6 4 1 1 3 3 1 N／ I l t 。 、 控制管线内为海水时最大失效下人深度 H ≤ P 弹 簧／ Diw 5 0 0 m。 控制管线 内为液压油时最大失效下人深度 Hd ≤ P 弹 簧 ／ D“ - - 6 4 0 m。 为了防止安全阀液压控制部分生锈 ，通常控制管线 内都用液压油 ，因此 ，该井下安全阀的最大下深 为 6 4 0 m。 2 ． 2 室 内试 验 由于井下安全阀是一种涉及海上油 田安全生产 的重要必备工具 ，为了检验液控可靠性 、长期密封 性 ，对每一套安全阀都进行 了严格的室内试验。 1 全开、全关压力试验分别检验井下安全 阀在空气中、清水 中、以及安全 阀经 过各种试验后 ， 在空气中的全开全关压力 。经过检验 ，每一套安全 阀的全开压力稳定在 1 4 ． 6 ～1 4 ． 8 MP a ，全关压力稳 定在 4 ． 8 5 ～5 ． O MP a ，说 明安全 阀开关稳定 、可靠 。 2 液压控制系统液体密封试验 井下安全阀在空气 中内腔压力为零的条件下 ，关 闭液控泄压 阀， 打开液压控制管线 阀，液控管线内加液压 3 5 MP a ，稳压 1 0 mi n ，检验没有任何泄漏 。 3 液压控制部位的氮气泄漏试验将井下安全阀内的压力放到零 ，接上氮气动力源，使井下安全 阀内压力达 1 ． 5 MP a ，等候 5 mi n ，再观察气泡 1 0 mi n ，观察时没有出现气泡 ，说 明液压控制部分气密性 可靠 。 一 ● 4 阀板处气密性试验井下安全阀处于关闭状态 ，将气体流量计总成接在上部泄压阀处的管线上 ， 使井下安全阀内压力达 j ． ． 5 0 。 1 MP a ，关闭平衡阀，打开上部泄压 阀，将井下安全 阀上部压力降至零， 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 石油天然气学报 江汉石油学院学报 2 0 0 8年 2 月 泄压速度小 于 0 ． 7 MP ／ mi n 。等候 5 mi n ，关 闭放气 阀，打开流量计 阀，用气 体流量计测气 体泄漏量 1 0 mi n ，泄漏量不超过 0 ． 0 5 m。 ／ mi n ，说明该项功能符合 AP I 标准 。 3 现场应用情况 为了验证井下安全阀液压控制系统在实际应用中的持久性 、稳定性以及井下安全阀在实际应用中碟 阀的密封性能 ，井下安全阀研制成功后 ，经过严格的室内试验 ，在浅海油 田应用 了 2 5井次。到 目前为 止 ，2 5 I I 井已安全生产近 3年 ，在生产过程中，液控系统压力稳定 ，只受季节温 度影响稍有升降 ，一 般每 5 ,- - 2 7 个月补压一次即可 。液控系统泄压后 ，在 5 0 ～8 5 s内，油管 内停止出液，说明该井下安全阀 安全控制的具有良好的可靠性 。 现场应用证明，该井下油管安全阀的各项性能指标均能满足浅海井控要求，当出现异常情况如输油 管线堵塞 、井 口倒塌时或因生产调节需要关井 时，可从地面控制盘泄压关 闭井下安全阀，避免油流外 溢 ，保护平台操作人员的生命安全和海洋环境 。 [ 参考文献] [ 1 3 S Y6 4 3 2 1 9 9 9，浅海石 油作业井控要求[ S ]． [ 2 3 AP I 1 4 A，井下安全 阀设备规范 I s ]． [ 3 ]周大伟 ，钟功祥，梁政 ．国内外井下安全阀的技术现状及发展趋势 [ 刀 ．石油矿场机械 ，2 0 0 7 ，3 6 3 1 4 ～1 6 ． [ 4 ]徐灏 ．机械设计手册 [ M]．北京 机械工业出版社 ，1 9 9 1 ． [ 5 ]冯久鸿，吴树林 ．滩海油 田井下安全控制系统 的研制和应用 [ 刀 ．中国海上油气工程 ，1 9 9 9 ，1 1 4 1 0 1 2 ． [ 编辑] 弘文 上接 第 3 6 3页 ． 开双泵测量时信号正常 ，信号滞后现象也不再 出现 ，但信号的可信程度是一个问题由于没有对照 数据 ，只能根据仪器本身测量值来判断。如果传输对测量值有影 响，那么同步脉 冲的译玛也会 出现错 误 ，而事实上 S 1或 S 8均译玛正常 ，这可以说明，仪器测量结果的传输准确性 有保障的。 4 结论与认识 1 负脉冲随钻测量系统在草古 1 0 0 一 平 5水平井泡沫钻井液 中的成功应用 ，证 明负脉冲随钻测量系 统在欠平衡钻井 中是可以使用的。 2 使用双泵钻进 ，提高泵压 ，有助于负脉冲随钻测量系统在泡沫钻井液体系中的正常使用 。由于 钻井液 中气泡含量并不均匀，气泡在不 同井段大小也不相同在地面气泡含量最大 ，这样钻井液泵达不到 真实的排量 ，其真实排量只有原来 的 1 ／ 3 ，井下压耗低，MWD无法正常工作 ，而开双泵则能保证仪器 进行测量。在这样的情况下，通过该方法 ，MWD测量在草古 i o o 一 平 5 水平井泡沫钻井液 中的试用，取 得 了 圆满成功 。 3 泵压低时 ，信号滞后现象等问题有待进一步研究解释。 [ 参考文献] [ 1 ]苏义脑 -窦修荣 随钻测量 ．随钻 测井 与录井 工具 [ J ]．石油钻 采工艺 ，2 0 0 5 ，2 7 1 7 4 ～7 8 ． [ 2 ]何成柱，张宏阜． 现场实践中的MWD配套应用技术 [ J ]． 西部探矿工程，2 0 0 4 ，1 6 1 1 9 4 9 5 [ 编辑] 苏开科 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m