地面新工藝技術在塔里木油田庫車超高壓井的應用

姚建江 曹建剛

中國石油西部鉆探工程有限公司試油公司測試分公司 新疆克拉瑪依 841000

一、前言

塔里木油田庫車坳陷山前構造帶存在大量埋深超過7000m，最大氣層埋深甚至超過8000m，關井井口壓力在95MPa以上的高溫高壓高產氣井。對于這類超高壓氣井，傳統的105MPa流程及一級節流設備技術在工藝、安全等方面已不能完全滿足地面測試的需要，并且由于超高壓帶壓作業勞動強度極高，對作業人員身體健康帶來不利影響。

為此，塔里木測試分公司不斷尋求改進設備、工藝、技術。

1.針對105MPa一類高壓設備逐漸不能滿足超高壓氣井作業要求的情況，分公司在塔里木市場首先引進兩套140MPa超一類高壓設備，不僅提前占領了超高壓市場，而且在兩年多的現場應用中，不斷改進完善，將設備能力、技術工藝遠遠超越同類競爭隊伍，確立了塔里木油田超高壓作業首選隊伍的地位。

2.針對超高壓施工作業人員工作強度巨大、作業風險高的情況，分公司積極同設備廠家溝通聯系，引進液控閘閥配套設備及電動閘閥開關執行機構，分別通過氣動液壓及電動軸承傳遞完成開關閘閥動作，有效較低了操作風險和作業強度，帶動了地面作業的技術發展。

3.針對超高壓地面測試過程中，地層流體經過節流管匯時壓力非常高，鑒于節流管匯上下游壓差超過70MPa有可能導致節流閥閥桿切斷、本體刺壞的情況，分公司緊跟國際先進石油理念，近年來在塔里木市場首創多級節流造回壓保護應對超高壓井節流壓差過高的工藝，并在塔里木多口超高壓井成功應用，通過現場應用改進，逐漸將多級節流閥實現節流回壓保護的工藝推向成熟。

二、新工藝技術介紹

1.140MPa超一類高壓設備的引入：2010年以來，隨著現代石油勘探試油水平的進步，小規模小產量油氣井已不能滿足現代社會對油氣資源的需求，“向深處挖油、向海洋要油”已然成為現代油氣勘探的共識。以往由于設備能力、工藝水平不夠無法開采的超深超高壓油氣井逐漸引起人們的重視。常規的105MPa一類高壓設備由于接近作業能力極限甚至超越額定壓力，設備能力、工藝水平、安全要求均不能滿足超高壓氣井作業需求。由此140MPa超高壓地面流程的引入，順利滿足超高壓作業的生產安全要求。

2.液控閘閥配套設備及電動閘閥開關執行機構：在帶壓作業過程中，由于流體進入地面設備，通過閘閥閘閥、閥桿時造成單向擠壓，使得閘閥開關動作克服磨阻增大。作業人員不僅作業強度大，對人員身體健康造成影響。且存在猛發力折斷閥桿、閥桿銷子等情況，而一旦閥桿、閥桿銷子折斷在帶壓情況下現場維修整改相對麻煩很多。為此，分公司與四機廠合作完成的液壓管匯及液控柜、與航空十八所共同研制的WOM進口板閥電動開關執行機構陸續登上了塔里木油田超高壓作業舞臺。液控柜通過打氣泵對氣瓶充壓，在執行開關操作時，由氣瓶提供壓力推動液壓管匯對應閘閥完成開關動作；電動開關執行機構則針對WOM板閥研制，通過接入電源，帶動執行機構軸承運作，從而快速開關井操作。

3.多級節流是通過可調式油嘴的串聯實現降低節流壓差、降低內部流體流速、產生下游回壓緩解流體對閘閥內部結構的沖擊剪切、緩解水化物形成。一般我們對高壓井采用四到六級節流，逐級分擔減低流壓，效果明顯。

降低節流壓差的意義：一、通過節流回壓原理，降低紊流震動，從而降低流體沖刷流速及沖擊力，降低油嘴套螺紋及本體沖蝕刺穿的風險，有效保障設備的完好性，并使得油嘴損傷面呈均勻擴散，延長油嘴使用壽命，二、通過降低節流閥上下游壓差，從而降低可調油嘴、閘閥的轉動阻力，降低作業人員工作強度；三、降低上下游壓差，減緩流體流速，使節流管匯因低溫流體流動吸熱減少，有效緩解冰堵現象；四、控制節流壓力平穩，節流曲線更合理，有利于滿足生產控制需求；五、通過多級節流，逐級節流共同分擔壓力，通過節流產生的回壓降低生產壓差，保護閥桿，杜絕高壓剪斷閥桿現象，保障設備的完好可靠。

三、新工藝在塔里木庫車山前超高壓井的應用

庫車山前地區地面計量作業對象多為超深超高壓井，以前的105MPa地面流程達不到施工要求，為克服這一難題，塔測試分公司急甲方之所急，果斷決策，在2012年中率先引進140MPa地面流程，投入到庫車山前超高壓市場進行應用，并配套齊相應設備、設施，進行工藝攻關。2013年由于庫車山前地區超高壓地面計量工作非常飽滿，140MPa超高壓地面流程成為分公司2013年產值目標跨越式發展的重點突破口，創造良好的經濟效益，2套140MPa超高壓地面共計完成產值1900萬，約占全年產值60%。特別是在大北302井地面地量工作時，關井最高壓力達到102MPa，創造了塔里木油田地面計量的最高關井壓力記錄，而140MPa超高壓地面流程最大限度保障了人員和設備的安全，經受住極其嚴格的考驗，最終獲得甲方市場認可成為庫車山前超高壓井標桿配置。2014年下達地面中隊產值目標進一步提升，由3200萬上升到4150萬，年初塔里木分公司再次組織了1套140MPa地面流程，共計完成14井次地面計量工作，預計產值3100萬，約占總產值75%，140MPa超高壓地面流程目前已成為分公司經營產值主要貢獻點。

液控閘閥配套設備及電動閘閥開關執行機構的推廣應用，不僅降低了作業風險及勞動強度，并且降低作業對人員數量的要求，使得公司規模、隊伍作業人員配置基本維持不變的前提下，通過科技助力生產，完成了兩年來工作量提升達50%的壯舉。

2011年塔里木測試分公司參與集團公司一號重點井烏參一井地面測試作業，同時參與施工的隊伍還有Topwell、Cudd等掌握最先進石油技術的國外石油技術服務公司，在和他們的工作交流中，初次接觸到多級節流理念。2012年起，分公司陸續在庫車山前超高壓井引入多級節流閥作業30余井次，取得良好經濟效益和發展進步。

①克深2-2-4井完井測試，2013年2月14日23:00-2月16日18:31用多級節流閥控制放噴，油壓97.4↘66.8↗73.0MPa，放噴順利，設備無損傷。

②克深9井中途測試，2013年10月21日11:08用6mm油嘴放噴排液，油壓90.7↘57.1MPa，刺壞油嘴管匯本體2處，關井整改油壓↗101.7MPa～15:46改用多級節流閥排液，油壓:82.9-87.6MPa，節流平穩未出現刺壞現象。

③克深9井完井測試，2013年12月19-21日，進主測試流程分別用6mm、8mm、10mm油嘴系統求產，油壓分別是103.4MPa、100.7MPa、96.2MPa，通過下游管匯節流控制下游回壓20MPa，設備本體完好，僅油嘴內徑稍微刺大，且呈均勻擴散。

圖1 未采取多級節流回壓保護出現的設備、配件損毀

通過多井次的多級節流閥運用對比，我們可以清晰地看到，多級節流閥相對傳統的一級節流具有頗多優勢，通過多級節流降低生產壓差、提供回壓緩沖保護，施工中未出現油嘴套嚴重刺漏刺壞及設備本體損傷現象，避免了節流閥桿高壓剪切折斷及因壓力太高板閥銷子承受超強磨阻開關閘門時受力超限折斷，并且有效地保護了多級節流針閥組，提高了整套設備的可靠性，大幅度降低了生產成本，保障了人員、設備的安全。這也從根本上改變了我們習慣于一級節流的控制理念。

四、新工藝技術的特點、現場遇到問題及改進

140MPa超高壓地面流程在目前塔里木超高壓市場應對現有作業壓力顯得游刃有余，目前塔里木最高關井地面壓力僅達140MPa地面流程的額定作業壓力的75%，不會對設備、人員造成危害，作業安全系數得到提高。由于材質的加強，造成設備部件重量的增強。如油嘴管匯更換油嘴油壬，由105MPa的30 KG上升到140MPa的60 KG，使得原本每個作業人員都能動的油壬，現在只能由班組里比較強壯的三四個人抱動。

液控柜優點：氣瓶的在使用過程中可以通過氣瓶儲能，一次充氣可以實現多次開關動作。缺點：不能掌握開關度，只能實現一次性開關到位；液控管線眾多，接線時需小心接錯。

電動閘閥開關執行機構的優點：可以設定開關度比例，到位完成開關動作，也可以手動點擊同步開關。缺點：對電源依賴高，斷電情況下只能手動操作，執行機構手輪與WOM板閥轉動比例為8：1，WOM閥通常為105圈左右，手動轉電動執行機構手輪需操作800余圈，勞動強度大。

多級節流閥在現場應用遇到的問題：①目前塔里木市場使用的多級節流閥在節流控制中，無法獲知各節流閥上下游壓力及差值，只能憑作業人員經驗來判斷，在操作不當的情況下，有可能導致其中某一級節流閥上下游壓差過大，導致節流閥閥桿刺壞；②目前的液控節流閥技術不夠完善，液控技術無法精確實現節流開關度及存在一定不可靠性的可能；③通過控制針閥開關度來實現過流面積控制，無法直接量化折算成固定油嘴大小，不方便正確計算流體臨界流速，需通過對比同狀態下固定油嘴過流壓力來確定針閥開關度對應油嘴大小。

改進：①分公司員工各類可調式固定支架將逐步應用到現場，降低作業工作強度和風險。②逐步實現測試流程遠程控制，從根本上避免作業人員處于高壓風險區作業，保障人員安全；③針對目前多級節流閥模糊控制的現狀，我們考慮在多級節流閥中間每隔兩個節流閥加裝一只壓力表或數據采集探頭，這樣可以有效、正確地判定多級節流各級壓差，有利于更好操作節流，保障設備的安全；③目前常使用的多級節流閥為四級節流，節流級別可以加強，改為六級節流，這樣各級節流閥分擔的壓力相應減小，可以更好地起到保護設備的作用。④將原排污流程使用楔形閥更改為固定油嘴節流閥，將設備損壞從楔形閥桿轉移到固定油嘴，從而降低設備耗費成本，并且可以通過節流回壓更好地保護設備。