用于气举采油的可投捞式气举阀.pdf

任 爽 用于气举采油的可投捞式气举阀 用于气举采油的可投捞式气举阀木 I 军 国 油 吐 哈 油 田 公 司 工 程 技 术 研 究 院 摘要气举阀是控制气举井注气量和注气压力的核心工具，广泛应用于气举采油领域。中国石油吐哈油田公司工程 技术研究院自 主研发的可投捞式气举阀， 通过钢丝投捞作业可从偏心工作筒内 投入或捞出，克服 了 现有气举井更换气举阀 必须起下管柱的缺点，在不动管柱的情况下实现气举井产能调配和故障排除。由于该项技术无需起出管柱，所以缩短了作 业时间， 避免了作业液对地层造成伤害。该工具结构简单，阀孔尺寸丰富， 性能可靠，加工成本低， 具有抗 H S 和C O 腐 蚀的特点， 在国内外具有明显的竞争优势。 关键词气举采油可投捞式气举阀 D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 2 - 3 0 2 x ． 2 0 1 t ． 0 6 ． 0 1 5 目前 ，在气举采油领域，注气的控制一般采用 固 定式气举 阀，即气举阀与工作筒通过螺纹固定连接 。 采用固定式连接的气举 阀有一定的缺点 ，具体为 当 油井产能发生变化或配产要求发生改变 ，原有的气举 阀工作参数 如阀孔尺寸、调试压力 与油井工作情 况不相匹配时，或气举阀出现故障时，必须起出管柱 才能实现气举 阀更换 。起出管柱作业 占用生产 时间 长 ，井筒内的作业液必然对地层造成严重的伤害。针 对上述情况 ，中国石油吐哈油田公司工程技术研究院 研制了用于气举采油的可投捞式气举阀。该工具设计 了可解除锁定的内置式锁定机构及气密封、动密封垫 圈组 ，改变了气举阀安装连接方式和密封方式 ；配套 设计 了气举 阀打捞头，实现了通过钢丝作业进行气举 阀的安装和更换 ，在不动管柱的情况下实现气举井产 能调配和故障排除 ，大大缩短 了气举井修井作业时 间，同时不需压井 ，作用费用低 。 1 用途 气举阀是气举井控制注气量和注气压力的核心工 具。吐哈油 田研制的可投捞式气举阀，是通过钢丝作 业实现对井下任意一级气举阀进行投捞更换 ，完成气 举阀阀孔尺寸 、调试压力等工艺参数调整 ，满足对油 井产量 的有效调控 ，以适应油井产能、配产变化的需 求 ，实现油井不动管柱更换井下故障气举阀、排除油 井故障 、迅速恢复油井生产的 目的。 该产品采用特殊防腐材料 ，可在 H S 、C O 环境 下正常工作 ，被广泛应用于连续气举采油 、问歇气 举采油 、气井排水采气 、油井快速返排作业 等油气 田开发技术领域 ，在腐蚀性油气藏开发领域也得 到 推 广 应 用 。 2 结构 用于气举采油的可投捞式气举阀主要 由尾堵总 成 、上密封垫圈组、上阀体 、波纹管总成 、阀头、阀 座、下阀体 、下密封垫圈组 、单流总成组成 图 1 o 尾堵总成通过螺纹连接于上阀体上端 ，上阀体下端的 外螺纹连接到波纹管总成套筒上端 ，同时上阀体下端 焊有波纹管总成 ，波纹管总成下端连接阀头 ，波纹管 中国石油天然气集团公司2 0 1 0 年度 自主创新重要产品。 基金项目“ 气体强化采油系列技术研究及规模应用”2 0 0 8 年获中国石油天然气集团公司科技进步三等奖。 获专利情况“ 用于气举采油的可投捞式气拳阀” 专利号Z L 2 0 0 7 2 0 1 7 3 9 3 4 ． 0获国家实用新型专利。 第一作者简介任爽，1 9 8 3年生，2 0 0 6 年毕业于中国石油大学 华东 机 电学院机械设计制造及其 自动化专业，助理工程师， 现从事机械采油工作。E ma i l r e n s h u a n g p e t r o c h i n a ． c o m． c n 2 0 1 2年第 1期 石油科技 论坛5 9 1 0 图 1 气举阀装配示意图 1一尾堵总成 ；2一上密封垫圈组；3一上阀体 ； 4一波纹管总成 ；5一 阀头；6一进气孔；7一阀座 8一下阀体 ；9一下密封垫圈组 ；1 0一单流总成 总成套筒下端外螺纹连接到下阀体上 ，下阀体 中安装 有阀座 ，下阀体下端外螺纹连接单流阀总成 ，上密封 垫圈组和下密封垫圈组分别 固定于上阀体和下阀体的 外表面 ，在波纹管总成套筒上有进气孔。 阀头通过螺纹连接于波纹管总成上 ；阀座坐于下 阀体的限位台阶面上 ，其上端面通过卡人下阀体凹槽 的阀座卡簧来阻止阀座和下阀体发生相对运动，阀座 和下阀体通过 “ 0”型圈实现密封 ，阀座卡簧 、阀座 可通过专业夹子取出。阀头、阀座的安装方式决定了 阀头 、阀座的可更换性。 3 工作原理 气举阀内有波纹管加载元件，作用在波纹管有效 面积上的注气压力控制着气举阀在井下 的打开和关 闭，当注气压力高于波纹管充气压力时，波纹管被压 缩拉动阀头上行 阀孑 L 处于开启状态 ，气举阀开始工 作 ；当注气压力低于阀的调试关闭压力时，波纹管伸 长推动阀头下行 ，气举 阀关闭。 4技术参数指标 目前气举阀已配备多种尺寸规格的阀头 、阀座 ， 性能参数详见表 1 。 5，室 内实验 气举 阀工作性能好坏是气举井管柱设计 、工况 优化和故 障诊断的先决条件 ，它决定着气举采油工 艺的成败 。为此 ，在气举 阀人井前开展气举 阀性能 、 密封垫圈密封性等室内试验 ，以确保人井气举 阀的 可靠性。 1 性能试验。试验数据详见表 2 。 表 1 气举阀技术性能参数表 波纹 管有效 面积 A mm 1 9 3 阀孔 直 径 1713． m 2 _4 2 ． 8 3 -2 4 ．8 6 _4 8 ．0 阀孔 面积 A mm 4 ． 5 2 6 ． 1 6 8 ． 0 4 1 8 ． 1 3 2 ． 1 7 5 0 ．2 4 A p／ Ab 0 ． 0 2 3 0 ． 0 3 2 0．O 4 2 O ．0 9 4 0 ． 1 6 7 0- 2 6 1 一 』 4／ A 0 ． 9 7 7 0 ． 9 6 8 0．9 5 8 0 ．9 0 6 0 ． 8 3 3 0．7 4 油压效 应系 数 P 0 ． 0 2 4 0 ． 0 3 3 0 ．0 4 4 0 ． 1 0 4 O _ 2 o o 0 - 3 5 l 工作压力 MP a 3 5 最 高压 力 MPa 6 0 打开前始漏压力与打开压力差 MP a ≤O ． 2 5 关闭压力与关闭后停漏压力差 MP a ≤O ． 4 气举阀最大钢体外径 IT I m 2 5 ． 4 总长 min 2 6 0 适用偏心工作筒型号 K P X、K B MG、KB M及类似工作筒 6 0 石油科技论坛 2 0 1 2年第 1 期 | 一 瓣 t * 1 2 3 4 5 6 7 8 9 任爽 用于气 举采 油的可投捞 式气举 阀 表 2室 内性能试 验数 据表 试 验 项 目 试 验方法 试验 目的 结论 测量注入压力增加 降低 时阀杆精确行程 ， 探 针 测 距 根 据 测 试 结 果 绘 制 注 入 压 力 和 阀杆 行 程 关 系 试 验气举 阀有 效行程 为 5 ． 7 7 4 mm， 检测气举 阀波纹管性能 实验 曲线 ，其直线段斜率为气举阀波纹管承载率 ， 波纹管承载率为 1 0 3 ． 5 4 8 k P a ／ m m 图 2 拐 点 位 置 为 阀杆 最 大 有效 行 程 气 举 阀过 测量不 同尺寸 阀孔在不 同入 口压力 、出 口压 得 出不同阀孔尺寸的气举阀 ，在不同 得 出气 举 阀 实 际 过 流 能 力 流 量 试 验 力 条 件 下 的 过 流 量 压 差 下 的过 流量 图 3 _ J 一 增 加试验 压力曲 线 毒 l一减 小 试 验 压 力 曲 线 ／ ／ I 一 拟合曲线 茅乡，／ 二l／ 图 2 探针 测距试 验 实例分析 2 密封垫圈密封性试验 。将投捞式气举阀与气 举阀打捞头连接好 ，投入偏心工作筒内，用清水试压 3 5 MP a ，稳压 1 0 m i n ，不得渗漏。 3 老化试验。将调试好的投捞式气举阀放入老 化试验罐内，用清水试压 3 5 MP a ，稳压 5 mi n ，将压力 卸掉 ，反复升、卸压 3次后 ，再验证其打开压力 ，打 开压力与试压前打开压力差小于0 ． 1 0 MP a 。 将调试好的耐高压气举 阀放入老化试验罐内，用 清水试压 6 5 MP a ，稳压 5 m i n ， 将压力卸掉 ，反复升、卸 压 3次后 ，再验证其打开压力 ，打开压力与试压前打 开压力差小于 0 ． 1 0 M P a 。 6现场应用情况 可投捞式气举阀于 2 0 0 3 年在吐哈油 田应用成功 后 ，在 国内外一些油 田推广应用 ，目前 已累计应用 5 0 0 0多阀次 ，投产成功率达 1 0 0 ％。通过钢丝作业实现 了任意一级气举阀更换 ，达到了不动管柱进行气举阀 参数调整的目的，施工成功率达 9 1 ． 2 6 ％，至今未发生 井下事故。该技术适合油井的产能状况 ，为油气田的 开发提供了一项既经济又安全可靠的技术。该工具加 工成本低 ，在国内外油田有着广阔的推广应用前景。 ／ 一、 、 √ 皿 唧 蜊 2 ．4 m m 阀 孔 ／ 2 ．8 m m 阀 孔 ／ 3 ． 2 m m 阀 孔 ／ ， 4 ． 8 m m阀孔 * 一 6 ．4 m m 阀 孔 ／ 8 ．0 m m 阀 孔 ／ ， ■ * ／ * 一 一 一 ． ． ． ． ． 一． 一 耋 帮； H． 一 ’ ’ ’ ’ ’ 图3气举阀过气量 【 参考文献 】 【 1 ] 罗英俊， 万仁溥． 采油技术手册 第三版 上册【 M] ． 北 京 石 油工业 出版社 ，2 0 0 5 ． [ 2 ] 雷宇， 陈伟， 等． 用于气举采油的可投捞式气举阀[ P 】 ． 北 京 中华人 民共和国国家知识产权局， 2 0 0 8 ． [ 3 I A P I S p e c 1 1 V1 1 9 9 5 R2 0 0 0 一气举阀、孔板、回 流阀和隔板阀规范 第2 版 [ s 】 ． [ 4 ] A P I RP 1 1 V 7 1 9 9 9气举阀的修理、试验和鉴定推 荐作法 第 2 版 【 s 】 ． 【 5 ] S Y ／ T 6 4 0 0 1 9 9 9气举阀性能试验方法【 s ] ． 收稿日期 2 0 1 1 - 0 2 2 6 改回日期 2 0 1 2 0 1 3 0 O 2 0 1 2年第 1 期 石油科技论坛 6 1