耿濤 中國石油化工股份有限公司勝利油田分公司海洋采油廠

勝利油田海上雙防采油樹設(shè)計(jì)與安裝

耿濤 中國石油化工股份有限公司勝利油田分公司海洋采油廠

勝利油田海上樁海10區(qū)塊流體中硫化氫和二氧化碳含量較高，地面配套的采油樹井口必須采用防硫化氫、防二氧化碳的雙防材質(zhì)。設(shè)計(jì)要求油管頭、采油氣樹本體均采用410不銹鋼材質(zhì)，主密封為全金屬密封，完井時(shí)使用的懸掛器采用全金屬密封、至少滿足3個(gè)液控管線整體穿越孔，井口壓力等級(jí)70 MPa，溫度級(jí)別PU，執(zhí)行API 6A設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)制造。

雙防；采油樹；設(shè)計(jì)；安裝；使用

干燥的硫化氫對金屬材料無腐蝕破壞作用，硫化氫只有溶解在水中才具有腐蝕性。根據(jù)美國腐蝕工程師協(xié)會(huì)（NACE）《MR0175油田設(shè)備抗硫化物應(yīng)力開裂金屬材料》標(biāo)準(zhǔn)，氣體總壓≥0.4 MPa，并且硫化氫分壓≥0.000 3 MPa的單相氣體稱為酸性氣體系統(tǒng)；氣相總壓≥1.8 MPa，且硫化氫分壓≥0.000 3 MPa、氣相壓力≤1.8 MPa，硫化氫分壓≥0.07 MPa，或氣相硫化氫含量超過15%，以上三個(gè)條件滿足其中之一的多相系統(tǒng)稱為酸性多相系統(tǒng)，是濕硫化氫環(huán)境。勝利油田海上樁海10區(qū)塊的樁海102探井，試采發(fā)現(xiàn)該井產(chǎn)出氣含硫化氫，取樣分析硫化氫含量高達(dá)1 555.8 mg/L，二氧化碳含量6.52%，均超過腐蝕界限。根據(jù)NACE對分壓計(jì)算的定義，按照樁海102井的氣體成分和分壓，樁海10區(qū)塊氣相總壓為飽和壓力，即28.9 MPa＞1.8 MPa，且硫化氫分壓為飽和壓力與硫化氫含量之積=（28.9×1 555.8×10-6）=0.045 MPa＞0.000 3 MPa，即屬于濕硫化氫環(huán)境，必須考慮防硫化氫腐蝕問題。對于二氧化碳腐蝕問題，依據(jù)《含硫油氣田安全鉆井法（SY5087—93）》，如果二氧化碳的分壓大于0.21 MPa，需采取防腐措施。雖然該區(qū)塊的二氧化碳分壓低于0.21 MPa，但是起出的生產(chǎn)油管存在明顯的點(diǎn)蝕現(xiàn)象，因此采油樹設(shè)計(jì)也需要考慮防二氧化碳腐蝕問題。根據(jù)該區(qū)塊油氣開采需求，對設(shè)計(jì)要求采油氣樹本體采用4 130不銹鋼材質(zhì)，主密封為全金屬密封，完井時(shí)使用的懸掛器采用全金屬密封、帶2～3個(gè)液控管線整體穿越孔，井口壓力等級(jí)70 MPa（10 000 psi），溫度級(jí)別PU（-29～121℃），執(zhí)行API 6A設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)制造。

1 雙防采油樹設(shè)計(jì)

1.1 主要的技術(shù)指標(biāo)

設(shè)計(jì)工作壓力69 MPa，采油樹主通徑65 mm，旁通徑65 mm，工作介質(zhì)為天然氣(含二氧化碳)、石油，工作溫度-29～121℃，規(guī)范級(jí)別PSL3G，材料級(jí)別FF，強(qiáng)度試壓105 MPa（22 000 psi），密封試壓69 MPa（15 000 psi），聯(lián)接型式為法蘭聯(lián)接。勝利海上雙防采油樹選擇使用410不銹鋼材質(zhì)，是按照美國ASTM標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的不銹鋼牌號(hào)，相當(dāng)于國內(nèi)的21Cr13不銹鋼材。含碳0.01%，含鉻0.13%，具有良好的耐蝕性、機(jī)械加工性。主要化學(xué)成分：C≤0.15%，Si≤1.00%，Mn≤1.00%，P≤0.035%，S≤0.03%，Cr=11.50%～13.50%。主要用途：本井口裝置是按照API 6A設(shè)計(jì)制造的，安裝在套管頭的上面，其作用是密封套管與油管之間的環(huán)空，控制井口的壓力，調(diào)節(jié)油（氣）井的流量，把油（氣）流輸送到輸油管線中去。

1.2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理

1.2.1 總體結(jié)構(gòu)

雙防采油樹主要由油管頭四通、懸掛器、上法蘭、小四通、閥門、節(jié)流閥、截止閥、聯(lián)結(jié)法蘭、壓力表等組成，閥門與各組件之間采用法蘭連接，提高了緊固件之間的聯(lián)接強(qiáng)度，增加了鋼圈密封的可靠性。

1.2.2 主要部件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理

（2）壓力表截止閥。壓力表截止閥主要用來控制和保護(hù)壓力表的，也作安裝和調(diào)換壓力表用。需要測油壓和套壓時(shí)，可先將泄壓螺釘旋緊，然后打開小手輪，工作介質(zhì)便進(jìn)入壓力表，從而測出壓力，將小手輪關(guān)閉，松開泄壓螺釘，放掉壓力表和截止閥之間高壓介質(zhì)，便可使壓力表處于休息狀態(tài)。如需更換壓力表，只需將手輪關(guān)閉，松開泄壓螺釘，防去余壓即可更換壓力表，連接螺紋為的NPT接頭。

（3）固定式節(jié)流閥。固定式節(jié)流閥根據(jù)需要可以更換油嘴的大小，從而控制氣體的流量和壓力，連接法蘭為

（4）液動(dòng)安全閥。勝利油田自主設(shè)計(jì)的液動(dòng)安全閥是根據(jù)國外先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)研發(fā)的，與以往的安全閥相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：①定位準(zhǔn)確，開關(guān)動(dòng)作快捷；②閥桿和活塞的密封件采用進(jìn)口密封件，耐腐蝕能力強(qiáng)，使用壽命長；③行程的調(diào)節(jié)簡單、方便。

（6）懸掛器。懸掛器采用金屬與非金屬材料二次密封的結(jié)構(gòu)，它上端為EU扣，下端為EU扣，帶有BIW電纜穿越孔和4個(gè)NPT液控管線穿越孔。

2 雙防采油樹安裝

（1）油管頭的安裝。安裝油管頭四通前，先安裝變徑法蘭，安裝時(shí)將鋼圈槽和鋼圈擦拭干凈，變徑法蘭和油管頭垂直起吊，對稱上緊連接螺栓。

（2）安裝采油樹。采油樹由平板閥、節(jié)流閥、小四通、儀表法蘭、截止閥及螺紋法蘭等組成，出廠時(shí)已經(jīng)全部按API標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行安裝試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力為10 000 psi。安裝采油樹時(shí)首先要平穩(wěn)吊起采油樹，對中油管掛頸部，緩慢坐入到油管頭法蘭面上（要特別注意不能損壞連接鋼圈），對稱上緊連接螺栓。

（3）使用注意事項(xiàng)。使用時(shí)需注意以下幾點(diǎn)：①組裝前，對產(chǎn)品零部件數(shù)量、外觀等進(jìn)行檢查，然后進(jìn)行安裝；②組裝前，一定要把鋼圈及密封槽清洗干凈，不得有臟物附著和劃傷；③安裝時(shí)，各緊固件應(yīng)對稱均勻上緊，不得少裝或漏裝；④井口裝置的各手輪方向應(yīng)一致，壓力表表針背對井口；⑤操作閥門時(shí)，要使閥門處于全關(guān)或全開位置，絕對不允許處于半開半關(guān)狀態(tài)；⑥在安裝所用墊環(huán)時(shí)，均應(yīng)抹上耐低溫黃油，平穩(wěn)的將法蘭連接在一起，不要損壞墊環(huán)和墊環(huán)槽；⑦定期清洗閥腔，清除污物，使用6個(gè)月清洗一次。

（4）常見的故障及排除。超壓使用或受壓力沖擊，關(guān)閉截止閥后更換，更換時(shí)截止閥關(guān)閉后，泄完壓換下壓力表；閥板和閥座密封不嚴(yán)，拆下閥門維修。閥桿盤根損壞或擠壓較松，啟動(dòng)閥門倒密封，進(jìn)行更換桿密封。

3 結(jié)論

勝利油田海上雙防采油樹已于2013年下半年完成了設(shè)計(jì)及生產(chǎn)，同時(shí)順利通過了第三方全部性能指標(biāo)的檢測。油田自主設(shè)計(jì)的雙防采油樹可以滿足樁海10區(qū)塊含硫化氫、二氧化碳油氣井開采需要，為了確保海上安全井控，雙防采油樹的主通道和生產(chǎn)兩翼均采取了雙控制通道，其中采油樹主通道有總閘門和液動(dòng)安全閥兩道控制，可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)關(guān)井和遠(yuǎn)程液控關(guān)井。生產(chǎn)兩翼采用2個(gè)閘閥實(shí)現(xiàn)雙控制，手動(dòng)控制開關(guān)。

（欄目主持張秀麗）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.2.029