井口裝置在設計審查中的常見問題分析

(重慶新泰機械有限責任公司，重慶402160)

0 引言

金屬閥門是井口裝置及采油樹設備中的重要組成元件。在石油開采過程中，由于采油環境不同、油井壓力不同等因素，井口在裝置及采油樹設備的閥門設置也會變化。最多設置為15個，最少則設置為3個。而節流井管匯系統是油井壓力控制的關鍵設備。在油井開采的過程中，井口裝置及采油樹故障、節流井管匯系統問題很大程度上影響了開采施工進度。所以對于這3個設備的相關問題進行設計和審查相當重要。

1 井口裝置在設計審查中的常見問題

1.1 井口裝置和采油樹設計審查中的問題

井口裝置和采油樹設備是油井井口位置上非常重要的采油裝置。對于油氣通路起著密封、接通、截斷等作用，并且還具有調節流量和壓力的功能。井口裝置和采油樹及其金屬閥門的設計審查工作中經常出現以下問題。

1.1.1 金屬閥體或殼體壁厚設計計算不完整

對于閥體本身或殼體壁厚的計算通常使用4種方法，其一是《ASME鍋爐和壓力容器規范》中所提到的設計方法[1]；其二是Von Mises變形理論方法；第三種是ASME鍋爐和壓力容器實驗分析方法；最后是通過靜水壓實驗來確定工作壓力設計鑒定的方法。在4種計算壁厚的方法中，后2種方法是在設計審查中比較常用的方法，但是在生產企業對采油樹閥門的閥體進行厚度計算時，經常錯用計算方法的計量標準，而在凈水壓力試驗中，對水壓強度也缺乏合理的控制，這就導致厚度計算不準確現象發生。

1.1.2 油管頭四通設計不合理

在對井口裝置以及采油樹的油管頭四通設計審查中，一般會使用2種審查方式，一種是主題承受靜水壓力控制，另外一種是本體與懸掛器之間在靜水密封壓力中的測試。而在油管頭四通設計審查計算中，很多企業對于實驗工況不是非常明確，沒有按照實際工況進行計算，造成設計審查問題。

1.1.3 焊接工藝評定項目不全

井口裝置和采油樹的閥門焊接工藝是井口裝置設計審查工作中的重要內容，而在井口和采油樹閥門、控壓件焊接中,一般要包括承壓件坡口焊接、閥板以及閥座密封表面堆焊、墊環槽堆焊和承壓件內部表面堆焊。這些焊接工藝都要進行嚴格的審查，以免引發設備故障，但是在實際的審查過程中，生產企業對于焊接工藝的設計校驗沒有科學的方法，驗證后的樣本保存也缺乏有效的措施，影響設計審查工作效率。

1.1.4 井口裝置采油樹熱處理工藝不標準

井口裝置和采油樹的部分裝置材料要經過熱處理工藝加工，而在材料熱處理工藝的設計審查中出現了問題。首先，在進行材料熱處理工藝的審查中，審查材料的取樣位置不符合標準，審查的科學性受到影響；其次，熱處理材料的審查類型沒有細致劃分，材料類別不同、材料厚度不同以及材料規格不同都要有不同的審查評定標準，否則材料熱處理工藝的審查將會混亂。

1.1.5 酸性環境的材料選擇不達標

在采油樹材料的審查設計過程中，材料在酸性環境的分壓沒有達到標準，也沒有在不同分壓環境下進行材料選擇，很多材料生產標牌上沒有標注相關的質量標準。

1.2 節流井管匯常見問題

節流井管匯系統是油井開采中控制壓力的重要設備，節流井管匯系統能夠有效控制井涌現象，在井口裝置的設計審查中，節流井管匯系統的審查工作也非常重要，出現問題一般有以下幾個方面：首先是節流壓管匯設備的磨損問題，節流壓管匯在工作過程中，液體流動速度超過一定標準之后，對節流管匯的沖擊力度也就隨之增強，對節流管匯的沖擊面積也會增加；而在節流井管匯長時間工作時，就會對系統的相關硬件裝置造成磨損問題，影響系統良好運行。

2 井口裝置設計審查問題的解決辦法

2.1 井口裝置和采油樹審查問題解決辦法

2.1.1 壁厚設計要符合2個標準

壁厚設計計算不完整，是井口裝置審查環節中的重要問題，而要想解決閥體的壁厚設計問題，就要規范審查標準，嚴格把控審查過程方法的有效實施[2]。靜水壓力測試是計算閥體壁厚設計的主要方法，在靜水強度壓力測試中計算結果要分別滿足2個公式；St=5/6Sy和Sm=2/3Sy。其中St為靜水壓最大應力輕度，Sy為材料最小強度，Sm為額定壓力的應力強度。厚壁計算結果要滿足這2個公式才算符合審查標準。

2.1.2 計算油管頭四通的實際工況

油管頭四通的材料壁厚計算不合實際工況會給審查工作帶來問題。所以，在油管頭四通的計算過程中，要滿足不同的工況。第一種工況，是在油管頭四通靜水壓力測量中，要采用St=5/6Sy的計算標準，保證油管頭四通的壁厚計算符合公式；第二種工況是在額定工作壓力下，計算油管頭懸掛器與四通內徑的應力強度，再計算油管頭四通錐形支撐臺面的應力輕度，并通過2種計算結果算出壁厚。

2.1.3 焊接評定項目要按照要求進行

焊接過程包括承壓件坡口焊接、閥板和閥座密封面焊接以及承壓件內部表面焊接。而在進行焊接審查過程中，要按照以下標準：①在進行承壓件坡口審查過程中，要進行表面質量檢查、滲透性檢查、硬度測試、拉伸彎曲測試以及沖擊測試等，這些測試都符合標準承壓件坡口焊接才算良好。②閥門和閥座封面焊接要包括表面質量檢測、硬度監測、侵蝕監測以及堆焊監測等，滿足各項要求后審查工作完成。③承壓件內表面審查評定中，要進行表面質量、硬度測試以及彎曲測試等實驗，各項測試要按照制造商規定方法進行。

2.1.4 熱處理工藝審查評定

材料熱處理工藝審查評定要遵守以下評定內容和流程:①對熱處理材料OTC的幾何尺寸和鍛造比進行確認，熱處理材料審查樣本可以使材料廢棄零部件或者生產剩品。②對材料熱處理工藝的進行過程嚴格監控和記錄。③對熱處理材料OTC進行截取，截取出拉伸樣本以及沖擊樣本。④對于OTC截取樣本進行拉伸測試和沖擊測試。⑤在熱處理工藝完成后要進行材料硬度試驗，一般可以采用洛式硬度測試或者布式硬度測試。⑥要進行不同材料和不同厚度材料熱處理審查，保證審查結果的科學性。

2.1.5 按照標準要求選擇材料標志

首先，要確定材料選擇的標準，要根據生產現場條件和腐蝕程度選擇材料。酸性環境材料標志要包括H2S分壓值和CO2分壓值[3]。其次，審查產品標牌，產品標牌上一定不要出現與產品規格質量不相符的參數，例如某些產品并不具備PR2性能但是卻進行標注，影響產品審查以及使用。最后，靠近連接裝置的產品標牌是上應該有3個標志，例如額定壓力、墊環型號以及標志。

2.2 流壓井管匯問題的解決辦法

節流壓井管匯要解決管道設備的磨損問題。首先對節流管內的閥芯和閥門進行檢查；其次，打開節流閥閥蓋，進行閥芯和閥門的二次檢查；最后，對節流管內的閥門、閥座以及管道內部進行必要的清洗。

3 結語

井口裝置和采油樹的設計審查工作有利于油井開采的合理進行，希望本文能夠對解決井口裝置在設計審查中的常見問題有所幫助。