郭玉杰，王 力，李先兵，呂抒桓，郝 潔，劉 銳，孫 彧，張海均，韓江南

（中國石油長慶油田分公司第五采氣廠，內(nèi)蒙古烏審旗 017300）

天然氣一般采用管網(wǎng)輸送，由于接入新井等需求，需要在老管線上實施焊接動火作業(yè)。目前，蘇東氣田主要采用“氮?dú)?封堵隔離”工藝，先采用氮?dú)庵脫Q天然氣，使動火管線內(nèi)的可燃介質(zhì)濃度低于爆炸極限，之后采用“饅頭+黃油”、隔離球或冷凍封堵工藝封堵[1-9]，而蘇東氣田主要采用“饅頭+黃油”封堵工藝。

上述方法操作規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)、指標(biāo)控制嚴(yán)格、安全等級高，但存在以下不足：（1）工序多；（2）重復(fù)關(guān)井、開井操作強(qiáng)度大；（3）來回井場檢測頻繁、次數(shù)多；（4）氮?dú)庵芷陂L、氮?dú)庥昧看螅唬?）停產(chǎn)時間長、經(jīng)濟(jì)損失大。僅以2018 年為例，共計動火20 次，平均動用氮?dú)廛?.9 輛/次，平均置換時間10 h～15 h，單次平均動火氮?dú)馐褂昧?0.4 t，平均單次動火置換費(fèi)用19.1 萬元，平均單次動火檢測點17 個。以上缺點增加了新井投產(chǎn)周期、經(jīng)濟(jì)損失和安全隱患，尤其給“新增天然氣生產(chǎn)能力9 億立方米、當(dāng)年新井投產(chǎn)率100 %”的產(chǎn)建任務(wù)的完成帶來巨大挑戰(zhàn)（見圖1）。

圖1 第五采氣廠2018 年各作業(yè)區(qū)動火次數(shù)及氮?dú)馐褂昧?/p>

為加快投產(chǎn)進(jìn)度、降本增效，蘇東氣田引進(jìn)新型水溶性暫堵器工藝，截止目前已先后組織實施過15 次動火，取得了初步成效。本文將主要從水溶性封堵器工藝的封堵原理、工藝特點入手，結(jié)合蘇東氣田的應(yīng)用實例進(jìn)行綜合評價。

1 新型水溶性封堵器原理

圖2 新型水溶性封堵器產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及封堵過程示意圖

水溶性封堵器主要由圓形封堵板、支撐板、水溶密封膠等組成[10，11]，結(jié)構(gòu)（見圖2）。其主要依靠承壓部的倒刺結(jié)構(gòu)及密封膠實現(xiàn)承壓及密封性能，在經(jīng)過短時間的氮?dú)獯狄汉?，待天然氣鋼管?nèi)壓力泄壓為0 MPa后，即可實施封堵，經(jīng)檢測合格后，可進(jìn)行動火連頭，而后經(jīng)過開井沖壓和管道中積液的作用，水溶性封堵器自行分解溶于水中。

2 水溶性封堵器工藝性能測試

2.1 封堵器密封性能測試

現(xiàn)場性能測試：為驗證水溶管道封堵器適用于蘇里格氣田工況，采用小型模擬試驗進(jìn)行現(xiàn)場測試（見圖3），其模擬液體為高含凝析油的管道液體，模擬的管道規(guī)格為長4 m、管徑φ114×5 的常用動火管道。主要測試性能內(nèi)容如下：

圖3 小型水溶性封堵器密封性能測試示意圖

（1）有殘留凝析油工況下的水溶性封堵器的承壓和密封性能；

（2）含殘留凝析油并伴有≤1/3D（D 管道直徑）積液工況下水溶性封堵器的承壓和密封性能；

（3）含殘留凝析油并伴有＞1/3D（D 管道直徑）積液工況下水溶性封堵器的承壓和密封性能。

測試結(jié)果：

（1）將試驗管段充入天然氣并緩慢增壓至0.5 MPa。觀察壓力表數(shù)值以及可燃?xì)怏w檢測儀上的數(shù)值，試驗持續(xù)4 h，壓力表數(shù)值恒定不變，管道內(nèi)壓力穩(wěn)定，可燃?xì)怏w檢測結(jié)果始終為0，密封性良好。

（2）將試驗管段內(nèi)注入≤1/3D 高度的井液，再充入可燃?xì)怏w并緩慢增壓至0.5 MPa，觀察壓力表數(shù)值以及可燃?xì)怏w檢測儀上的數(shù)值，試驗持續(xù)4 h，壓力表數(shù)值無變化，管道內(nèi)壓力穩(wěn)定，可燃?xì)怏w檢測結(jié)果始終為0，密封性良好。

（3）將試驗管段內(nèi)注入1/3D～1/2D 高度的井液，再充入可燃?xì)怏w并緩慢增壓至0.9 MPa，觀察壓力表數(shù)值以及可燃?xì)怏w檢測儀上的數(shù)值，壓力表示數(shù)不穩(wěn)定，由0.5 MPa 逐漸變小，可燃?xì)怏w濃度增加，并出現(xiàn)可燃?xì)怏w超標(biāo)報警，說明水溶性封堵器出現(xiàn)溶解，密封性不好。

2.2 水溶性性能測試

取蘇東氣田2～8 干管內(nèi)的管道積液40 L 作為溶解介質(zhì)，將水溶性封堵器放入玻璃杯中，觀察溶解情況（見圖4），15 min 后水溶性封堵器物理形態(tài)分解后松軟的固液混合物質(zhì)、整體較為柔軟；1.5 h 后固液混合物中的固體由大塊溶解為較小固體，未發(fā)現(xiàn)大型不溶解物質(zhì)；2.5 h 后進(jìn)一步分解，變成可溶于水的液體物質(zhì)。由此可知，水溶性封堵器在蘇東氣田氣井采出液的溶解效果較好。

圖4 水溶性封堵器在蘇東氣田中的采出液溶解性能

2.3 水溶性封堵工藝流程

圖5 蘇東氣田單井管道新型水溶性封堵器動火工藝流程圖

水溶性管道封堵工藝與常規(guī)動火工藝流程相似，不同之處在于只需短時間氮?dú)獯狄海?.5 h～1.5 h），無需對站內(nèi)、井場的所有檢測點進(jìn)行檢測，只檢測動火點處安裝水溶性封堵器后的可燃?xì)怏w濃度。待封堵完成后檢測可燃?xì)鈿怏w濃度低于爆炸極限，30 min 內(nèi)管內(nèi)壓力或可燃?xì)怏w濃度無上升趨勢，即可進(jìn)行動火連頭。其操作步驟（見圖5）如下：

（1）關(guān)井放空：將涉及氣源的井場進(jìn)行關(guān)井、天然氣進(jìn)行放空；

（2）氮?dú)獯狄海焊鶕?jù)現(xiàn)場情況選擇氮?dú)獾淖⑷肟诤团欧趴冢瑥墓芫€上游處用氮?dú)獯祾?，主要目的是吹掃管道?nèi)的可燃?xì)怏w和積液；

（3）卡開隔離：根據(jù)動火計劃書進(jìn)行卡開隔離，上鎖掛簽，確保動火管線內(nèi)無壓力；

（4）切割：確認(rèn)動火管道壓力為零后，采用冷切割方式切割動火部位處；

（5）封堵：將與管道內(nèi)徑相符的管道封堵器分別安裝在動火部位的上、下兩端，對焊接熱影響區(qū)外的管線進(jìn)行封堵；

（6）測試：安裝完成后，使用可燃?xì)怏w測試儀檢測可燃?xì)怏w濃度低于10 %后，方可動火；

（7）動火焊接：按動火方案組織管線動火作業(yè)，動火結(jié)束后，按操作規(guī)程對焊接好的管線進(jìn)行投產(chǎn)，生產(chǎn)過程中水溶管道封堵器會遇液自行溶解進(jìn)入下游。

3 礦場先導(dǎo)試驗研究

為研究水溶性封堵器工藝實際工況的可行性，進(jìn)行了10 次先導(dǎo)試驗，分別選取了不同管徑、不同長度、不同井?dāng)?shù)、動火點高低位置的動火點，研究液氮用量、管道含液量、壓力對水溶性封堵工藝的影響（見表1）。從表1 中的SD36-66C4/SD51-59C2/SD55-30C1 可知，隨著液氮吹液量的增加，動火點封堵前的可燃?xì)怏w濃度Xbefore逐漸下降，這一結(jié)論與常規(guī)工藝的氮?dú)庵脫Q結(jié)論一致。

表1 水溶性封堵器工藝試驗氮?dú)獯祾邊?shù)

為進(jìn)一步研究含液量對水溶性封堵器的影響，選取了蘇東8 站SD34-64C1/SD35-65、蘇東2 站SD40-65C2、蘇東2 站統(tǒng)104 等三個液量較大的管線作為試驗對象。試驗初期切割動火點管線后，出現(xiàn)噴液，無法滿足封堵要求，通過敞放30 min 左右，管道內(nèi)液體排放干凈，壓力泄為0。對蘇東8 站SD34-64C1/SD35-65和蘇東2 站SD40-65C2 采取直接水溶性封堵器封堵，對蘇東2 站統(tǒng)104 采取先用饅頭阻水，之后再用水溶性封堵器封堵，管內(nèi)壓力無上升趨勢，3 個研究對象均達(dá)到動火條件。上述研究表明：對于含液量較大的干管，通過充分敞放排液，再進(jìn)行水溶性封堵是可行的（為安全起見，排液后建議先用饅頭阻水再封堵）。

表2 水溶性工藝與常規(guī)工藝使用液氮量對比

為研究管道內(nèi)壓力對水溶性封堵器的影響，以蘇東SD12 站同一干管的SD19-30C4/SD20-30C1 作為試驗對象：（1）試驗初期在達(dá)到封堵器封堵條件下進(jìn)行封堵，檢測可燃?xì)怏w濃度為0，達(dá)到動火條件；（2）恢復(fù)該干管的若干卡開點和隔離點，發(fā)現(xiàn)壓力逐漸回升，可燃?xì)怏w濃度由0 升為100 %，水溶性封堵器封堵失敗；（3）通過重新卡開、隔離、泄壓、敞放，確定壓力為0 后，再次封堵，檢測可燃?xì)怏w濃度為0，達(dá)到動火條件。研究表明：壓力是影響水溶性封堵工藝的關(guān)鍵因素，卡開、隔離是必要的安全措施。

為了與常規(guī)工藝做對比，采用2018 年的114 mm和159 mm 的氮?dú)庵脫Q數(shù)據(jù)做擬合，得到氮?dú)庵脫Q量與管徑D、管線長度L、井?dāng)?shù)（檢查點）N 的公式：

根據(jù)式（1），可以分別計算得到采用常規(guī)工藝的液氮使用量，從表2 可知，采用水溶性管道封堵器可大量節(jié)省液氮使用量。

4 綜合評價

4.1 影響關(guān)井時間

水溶管道封堵器與傳統(tǒng)封堵工藝相比關(guān)井時間較短，具體時間對比（見表3、表4），由表3、表4 可知，干管涉及井?dāng)?shù)、管線越長，節(jié)省時間效果越顯著，可省時1 d～3.5 d。

表3 傳統(tǒng)封堵工藝和水溶管道封堵器工藝對比

4.2 增產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益

根據(jù)不同封堵工藝影響的關(guān)井時間計算增產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益，以蘇東2 站2#～8#干管為例，節(jié)省停產(chǎn)損失9.28萬元；以蘇東4 站7#干管為例，節(jié)省5.78 萬元；研究表明在管徑規(guī)格相同的情況下，隨著長度和配產(chǎn)的增加而增加（見表5）。

4.3 不同封堵工藝直接成本

以蘇東2 站2#～8#干管為例，可節(jié)省40.6 萬元；以蘇東4 站7#干管為例，可節(jié)省氮?dú)赓M(fèi)用5.56 萬元。由此可知，節(jié)省的氮?dú)赓M(fèi)用隨著干管長度、井?dāng)?shù)的增加而增加（見表6）。

5 結(jié)論

（1）小型測試和礦場先導(dǎo)試驗表明新型水溶性封堵器的承壓性和密封性較良好，可滿足在不同情況下的封堵要求，且水溶效果良好。

表4 傳統(tǒng)封堵工藝和水溶管道封堵器工藝對比

表5 傳統(tǒng)封堵工藝和水溶管道封堵器工藝停產(chǎn)影響費(fèi)用對比

表6 傳統(tǒng)封堵工藝和水溶管道封器工藝成本費(fèi)用對比

（2）水溶性封堵器工藝與常規(guī)工藝大致相同，但只需短時間吹液置換，無需到各個檢測點檢測可燃?xì)怏w濃度，確定管道內(nèi)壓力為0 后，即可進(jìn)行封堵，工藝流程簡化，可降低來回井場檢測次數(shù)和人工成本。

（3）礦場先導(dǎo)試驗表明管道內(nèi)含液量、壓力是影響水溶性管道封堵工藝的關(guān)鍵因素，采取排液、敞放、泄壓、卡開、隔離措施是保證安全施工的必要條件。

（4）水溶性管道封堵工藝相比常規(guī)工藝可縮短液氮置換時間，節(jié)省大量液氮，降低直接成本費(fèi)用和停產(chǎn)經(jīng)濟(jì)損失，提速和降本增效效果明顯。