勝利油田海上雙防采油樹設計與安裝

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

勝利油田海上雙防采油樹設計與安裝

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。設計要求油管頭、采油氣樹本體均采用410不銹鋼材質，主密封為全金屬密封，完井時使用的懸掛器采用全金屬密封、至少滿足3個液控管線整體穿越孔，井口壓力等級70 MPa，溫度級別PU，執行API 6A設計標準制造。

雙防；采油樹；設計；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。根據美國腐蝕工程師協會（NACE）《MR0175油田設備抗硫化物應力開裂金屬材料》標準，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；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%，以上三個條件滿足其中之一的多相系統稱為酸性多相系統，是濕硫化氫環境。勝利油田海上樁海10區塊的樁海102探井，試采發現該井產出氣含硫化氫，取樣分析硫化氫含量高達1 555.8 mg/L，二氧化碳含量6.52%，均超過腐蝕界限。根據NACE對分壓計算的定義，按照樁海102井的氣體成分和分壓，樁海10區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《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。雖然該區塊的二氧化碳分壓低于0.21 MPa，但是起出的生產油管存在明顯的點蝕現象，因此采油樹設計也需要考慮防二氧化碳腐蝕問題。根據該區塊油氣開采需求，對設計要求采油氣樹本體采用4 130不銹鋼材質，主密封為全金屬密封，完井時使用的懸掛器采用全金屬密封、帶2～3個液控管線整體穿越孔，井口壓力等級70 MPa（10 000 psi），溫度級別PU（-29～121℃），執行API 6A設計標準制造。

1 雙防采油樹設計

1.1 主要的技術指標

設計工作壓力69 MPa，采油樹主通徑65 mm，旁通徑65 mm，工作介質為天然氣(含二氧化碳)、石油，工作溫度-29～121℃，規范級別PSL3G，材料級別FF，強度試壓105 MPa（22 000 psi），密封試壓69 MPa（15 000 psi），聯接型式為法蘭聯接。勝利海上雙防采油樹選擇使用410不銹鋼材質，是按照美國ASTM標準生產的不銹鋼牌號，相當于國內的21Cr13不銹鋼材。含碳0.01%，含鉻0.13%，具有良好的耐蝕性、機械加工性。主要化學成分：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設計制造的，安裝在套管頭的上面，其作用是密封套管與油管之間的環空，控制井口的壓力，調節油（氣）井的流量，把油（氣）流輸送到輸油管線中去。

1.2 結構特點和工作原理

1.2.1 總體結構

雙防采油樹主要由油管頭四通、懸掛器、上法蘭、小四通、閥門、節流閥、截止閥、聯結法蘭、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接強度，增加了鋼圈密封的可靠性。

1.2.2 主要部件的結構特點和工作原理

（2）壓力表截止閥。壓力表截止閥主要用來控制和保護壓力表的，也作安裝和調換壓力表用。需要測油壓和套壓時，可先將泄壓螺釘旋緊，然后打開小手輪，工作介質便進入壓力表，從而測出壓力，將小手輪關閉，松開泄壓螺釘，放掉壓力表和截止閥之間高壓介質，便可使壓力表處于休息狀態。如需更換壓力表，只需將手輪關閉，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）固定式節流閥。固定式節流閥根據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）液動安全閥。勝利油田自主設計的液動安全閥是根據國外先進技術進行設計研發的，與以往的安全閥相比具有如下優點：①定位準確，開關動作快捷；②閥桿和活塞的密封件采用進口密封件，耐腐蝕能力強，使用壽命長；③行程的調節簡單、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構，它上端為EU扣，下端為EU扣，帶有BIW電纜穿越孔和4個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、節流閥、小四通、儀表法蘭、截止閥及螺紋法蘭等組成，出廠時已經全部按API標準進行安裝試驗，試驗壓力為10 000 psi。安裝采油樹時首先要平穩吊起采油樹，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。使用時需注意以下幾點：①組裝前，對產品零部件數量、外觀等進行檢查，然后進行安裝；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，各緊固件應對稱均勻上緊，不得少裝或漏裝；④井口裝置的各手輪方向應一致，壓力表表針背對井口；⑤操作閥門時，要使閥門處于全關或全開位置，絕對不允許處于半開半關狀態；⑥在安裝所用墊環時，均應抹上耐低溫黃油，平穩的將法蘭連接在一起，不要損壞墊環和墊環槽；⑦定期清洗閥腔，清除污物，使用6個月清洗一次。

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

3 結論

勝利油田海上雙防采油樹已于2013年下半年完成了設計及生產，同時順利通過了第三方全部性能指標的檢測。油田自主設計的雙防采油樹可以滿足樁海10區塊含硫化氫、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安全閥兩道控制，可實現手動關井和遠程液控關井。生產兩翼采用2個閘閥實現雙控制，手動控制開關。

（欄目主持張秀麗）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.2.029