張俊良 邵 勇 賈長青 聶政遠 肖朝洪 蘭 輝

（中國石油西南油氣田公司國際合作事業(yè)部，四川 成都 610051）

0 引言

油氣井生產(chǎn)過程中，為防止井噴、保證生產(chǎn)安全，一般在完井管柱上部位置安裝井下安全閥，當(dāng)井下流體、地面生產(chǎn)設(shè)施出現(xiàn)異常，可以通過地面控制裝置迅速關(guān)閉生產(chǎn)管柱的生產(chǎn)通道，防止井內(nèi)高壓流體涌出地面［1］。某天然氣項目的A井在準備打開井下安全閥，進行返排作業(yè)的過程中，遇到井下安全閥無法開啟的情況，在實施強行開啟、鋼絲作業(yè)強行打開閥板等作業(yè)后，仍無法開啟。通過分析該井的井史、歷次作業(yè)等資料后，找到了引起該異常情況的具體原因，即天然氣水合物生成的影響，于是針對性地采取降壓等削減天然氣水合物生成的措施，最終成功打開井下安全閥。

1 井下安全閥的結(jié)構(gòu)和工作原理

1.1 井下安全閥的結(jié)構(gòu)

井下安全閥在結(jié)構(gòu)上分為活塞運動部分、動力彈簧部分、自平衡部分和閥板開關(guān)部分（圖1）。

圖1 井下安全閥結(jié)構(gòu)示意圖

活塞運動部分主要由活塞和液壓控制管線組成，在液控壓力的作用下推動中心管［2］；動力彈簧部分主要包括彈簧和中心管，中心管預(yù)先壓縮彈簧，使彈簧在安裝后就有一定的預(yù)緊力，當(dāng)彈簧壓縮中心管時，中心管需要繼續(xù)壓縮彈簧；自平衡部分主要由鋼球和自平衡本體組成，在閥板上下壓力不相等的情況下可輕易實現(xiàn)閥板上下壓力平衡的功能；閥板開關(guān)部分主要由閥板、橡膠密封件和閥座組成，是安全閥的核心組件。

1.2 井下安全閥的工作原理

井下安全閥的開啟：當(dāng)油氣井進行正常生產(chǎn)時，地面的壓力控制系統(tǒng)通過液控管線將壓力傳遞給井下安全閥的活塞部分，活塞推動中心管，并繼續(xù)壓縮彈簧，隨著液控管線內(nèi)壓力的升高，中心管先推開自平衡機構(gòu)中的鋼球，使閥板上下壓力平衡，并最終推開閥板。地面液控壓力系統(tǒng)保持在設(shè)定的壓力下，讓井下安全閥保持在開啟的狀態(tài)［3］。

最大保持開啟壓力：① 油管壓力在0～27.58 MPa時，控制管線最大壓力＝安全閥額定工作壓力＋油管壓力；② 油管壓力在27.58 MPa以上時，控制管線最大壓力＝安全閥額定工作壓力＋27.58 MPa。

最小保持開啟壓力：控制管線最小壓力＝油管壓力＋開啟壓力。

推薦的保持開啟壓力：控制管線推薦壓力＝油管壓力＋開啟壓力＋3.45 MPa。

井下安全閥的關(guān)閉：當(dāng)井下流體的壓力出現(xiàn)異常時，則需要在地面通過液壓系統(tǒng)緊急切斷液控管線內(nèi)壓力，在井下安全閥彈簧回復(fù)力的作用下，安全閥將緊急關(guān)閉閥板，切斷生產(chǎn)通道，從而實現(xiàn)安全閥的防井噴功能［4］。

2 A井井下安全閥失效原因分析

A井是一口高含硫生產(chǎn)井，二次完井時，井下安全閥下至198 m處，在對該井進行返排作業(yè)時，對井下安全閥以上泄壓至1.37 MPa，觀察45 min后，井口油壓并未上漲，對井下安全閥控制管線加壓［5］，發(fā)現(xiàn)井口油壓仍未上漲，說明井下安全閥未開啟。隨即向井內(nèi)泵注乙二醇加壓，試圖通過井下安全閥的自平衡孔，向井下安全閥閥板以下傳遞壓力，借此來開啟井下安全閥，但未獲成功。

綜合已有資料分析，井下安全閥可能存在以下問題：① 該井從二次完井到啟動生產(chǎn)的時間間隔長達2年，存在井下安全閥以上井筒液體中的雜質(zhì)在井下安全閥閥板位置形成堵塞，造成閥板無法打開；② 井下安全閥閥板以上有堵塞，造成井內(nèi)壓力無法傳遞，導(dǎo)致井下安全閥無法借助壓差來開啟；③ 井下安全閥機械故障，導(dǎo)致閥板無法被中心管推開；④ 井下安全閥控制管線某個位置有堵塞，造成控制管線壓力未能傳遞給井下安全閥。

3 應(yīng)對策略及現(xiàn)場實踐

3.1 應(yīng)對策略

針對以上可能存在的問題，制定了以下3套方案及最終補救方案重新打開井下安全閥：① 強行加壓、打開閥板；② 強行加壓、鋼絲作業(yè)帶工具沖擊閥板。鋼絲作業(yè)進行通井，以此來判斷井下安全閥閥板以上的堵塞情況［6-8］，嘗試利用鋼絲作業(yè)工具串的自身重量來壓開閥板；③ 平衡孔泄壓，解除冰堵；④ 如果是機械原因，則只能采用連續(xù)油管磨銑井下安全閥閥板，重新下入內(nèi)徑更?。?8.75 mm）的鋼絲回收式井下安全閥，但此作業(yè)風(fēng)險很高，且會直接導(dǎo)致井口產(chǎn)能下降約40%。

3.2 現(xiàn)場實踐

1）分兩次向井筒內(nèi)緩慢泵注乙二醇，井內(nèi)壓力分別上漲至34.48 MPa和44.82 MPa，井下安全閥仍未開啟。通過查閱二次完井資料，發(fā)現(xiàn)完井時向井筒內(nèi)替入了24.68 m3清水，天然氣水合物生成曲線顯示（圖2），在壓力為27.58 MPa，溫度低于26°C時，有形成天然氣水合物的可能。井下安全閥位置的壓力為29.65 MPa，溫度為17°C（圖2中星標(biāo)位置），因此懷疑井下安全閥閥板以上存在冰堵。

圖2 天然氣水合物生成曲線圖

2）鋼絲作業(yè)采用通徑規(guī)進行通井，兩次作業(yè)均通井至井下安全閥頂部的臺階面位置（191 m），且通井過程中均未發(fā)生阻、卡等情況，表明井下安全閥以上沒有堵塞。接井下安全閥鎖開撈筒入井，在油管壓力保持在31.03 MPa的情況下，于192 m處探得井下安全閥閥板，對油管內(nèi)加壓至41.37 MPa，以55.17 MPa的控制管線壓力活動井下安全閥，井下安全閥未能開啟［9-10］。將自身重量為133.3 kg的鋼絲作業(yè)工具串靜置于井下安全閥閥板上3次，同時將油管壓力加壓至33.10 MPa，井下安全閥的控制管線壓力加壓至65.51 MPa，嘗試利用工具串自身重量壓開閥板，未獲成功后，采用地面手動控制鋼絲震擊器進行震擊，利用工具串重量震擊閥板25次，油管壓力始終保持在33.10 MPa，表明井下安全閥仍未能開啟。鋼絲作業(yè)下入帶傾倒筒的工具串，在192 m處（井下安全閥閥板位置）向下震擊3次，在接近井下安全閥閥板［11-13］以上位置傾倒85°C的乙二醇，嘗試利用閥板的熱傳導(dǎo)來消除閥板以下的冰堵，未獲成功。

3）通過仔細分析井下安全閥結(jié)構(gòu)及總結(jié)前兩次施工作業(yè)的成敗得失，結(jié)合前期“井口油壓泄壓至0 MPa后，在一段時間內(nèi)仍會上漲”的現(xiàn)象，分析認為井下安全閥雖然未能打開，但閥板上下能夠通過自平衡孔（圖3）有一定程度的溝通。同時考慮水合物生成的必要條件為“高壓、低溫、液態(tài)水”，嘗試通過自平衡孔不斷泄壓來降低已生成水合物的壓力，以此來破壞水合物的形成條件，最終達到“先消除閥板以下天然氣水合物，待閥板開啟后再解決剩余天然氣水合物”的目的。于是在井下安全閥保持開啟壓力的情況下，對閥板以上進行不斷的井口泄壓作業(yè)，經(jīng)過連續(xù)13 d不間斷的泄壓作業(yè)，在發(fā)現(xiàn)井口油壓上漲至30.34 MPa時，決定在井下安全閥關(guān)閉的情況下對油管實施加壓作業(yè)，當(dāng)壓力上漲至31.72 MPa時，壓力瞬間降為29.65 MPa，繼續(xù)加壓，仍保持不變，顯示井下安全閥閥板已被推開，通過對油管泄壓，井口油壓保持不變，說明井下安全閥已經(jīng)成功開啟。后經(jīng)井下安全閥完整性功能測試，顯示該井下安全閥運行狀態(tài)良好［14-15］。

圖3 井下安全閥自平衡孔示意圖

4 結(jié)論與認識

1）完井時替入井筒內(nèi)的清水，在高壓、低溫的環(huán)境下形成天然氣水合物，是導(dǎo)致井下安全閥無法正常開啟的直接原因，在以后的完井作業(yè)中，應(yīng)杜絕向井筒內(nèi)替入清水。

2）A井從二次完井到啟動生產(chǎn)的時間間隔長達2年，這2年時間中，僅活動過一次井下安全閥，未嚴格按照API標(biāo)準（API-RP-14B）中“每6個月活動一次井下安全閥”的要求進行，導(dǎo)致未能及時發(fā)現(xiàn)井下安全閥的異常。應(yīng)嚴格按照API標(biāo)準，每6個月對井下安全閥進行一次功能測試。

3）對水合物形成的認識不夠深刻，直到前兩套方案失敗后，才意識到可能是因為天然氣水合物的原因?qū)е戮掳踩y無法開啟。天然氣水合物是采氣過程中經(jīng)常遇到的一個重要問題，高含硫氣田的開采過程中，尤其應(yīng)重視這個問題，因此應(yīng)加強高含硫氣井天然氣水合物形成機理及防治的措施研究。

［1］時健，蘇國豐，魏方勛，等.NE型油管回收式井下安全閥［J］. 油氣田地面工程，2009，28（10）：125-136.

［2］劉鵬，杜峰.井下安全閥的工作原理及技術(shù)分析［J］.中國石油和化工標(biāo)準與質(zhì)量，2013，33（12）：78-78.

［3］胡定清.井下安全閥［P］.中國：CN2830637Y，2006.

［4］張夢婷，張勇.國外井下安全閥的技術(shù)現(xiàn)狀［J］.石油機械，2008，36（7）：81-84.

［5］蔡濤，魏忠華，蔡秀玲.井下安全閥的技術(shù)分析［J］.石油礦場機械，2003，32（6）：93-94.

［6］寧世品，唐亮，羅煜恒，等.井下安全閥技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀［J］. 新疆石油天然氣，2009，5（3）：83-86.

［7］李常友，孫寶全，董社霞，等.SC35-120A型井下安全閥的研制［J］. 石油機械，2005，33（1）：43-44.

［8］周大偉，鐘功祥，梁政.國內(nèi)外井下安全閥的技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢［J］. 石油礦場機械，2007，36（3）：14-16.

［9］王濤，張冬梅，尚春民.井下安全閥液壓控制試驗系統(tǒng)的設(shè)計［J］. 液壓與氣動，2011（3）：90-92.

［10］尚春民，吳迪，方波.井下安全閥綜合試驗系統(tǒng)泵閥柜的設(shè)計［J］. 產(chǎn)業(yè)與科技論壇，2011，10（20）：56-57.

［11］黎偉，宋偉，李乃禾，等.滑套式井下安全閥設(shè)計及動態(tài)特性分析［J］.中國安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2017，13（2）：159-163.

［12］李英松，董社霞，付強，等.井下安全閥啟閉閥板流場及應(yīng)力場有限元分析［J］.鉆采工藝，2017，40（1）：61-64.

［13］孔學(xué)云，李寶龍，齊海濤，等.88.9 mm油管攜帶式井下安全閥研制［J］. 石油礦場機械，2016，45（9）：49-52.

［14］貢雪冬.井下安全閥技術(shù)的應(yīng)用探析［J］.中國化工貿(mào)易，2013（5）：121-122.

［15］ Gary B，Hosli C，Luviano A，et al.Tubing Retrievable Surface Controlled Subsurface Safety Valve Floating Flapper Remediation［C］.SPE／CoTA Coiled Tubing&Well Intervention Conference&Exhibition.Society of Petroleum Engineers，2014.