不丟手帶壓更換氣井主控閥門技術(shù)改進(jìn)與應(yīng)用

王 璐，付國(guó)維，惠寶平，陳 鵬，徐小建，樊自有

（中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第三采氣廠，陜西 西安 710018）

在蘇里格氣田大規(guī)模發(fā)展的同時(shí)，眾多氣井的采氣樹主控閥門由于地層礦物水腐蝕、砂等雜質(zhì)磨損及環(huán)境人為因素的綜合影響，出現(xiàn)主控閥門（1#、2#、3#閘閥）損壞。問題有開關(guān)不到位、閥體滲漏、密封件滲漏、部件銹蝕損壞等情況。這不但給管理操作造成極大的困難，而且是形成火災(zāi)和大氣污染的隱患，嚴(yán)重的會(huì)造成氣井失控[1]。

采氣樹主控閥門作為氣井最關(guān)鍵的屏障，檢修及維修極不易，也不能采用控制其他閥門來實(shí)施更換，只能采取特殊的方法進(jìn)行更換。常規(guī)主要通過壓井方法進(jìn)行更換，但存在動(dòng)用的設(shè)備多、使用的人員多、工期長(zhǎng)、費(fèi)用高，并對(duì)產(chǎn)層可能產(chǎn)生二次傷害，甚至將井壓死等風(fēng)險(xiǎn)[2]。

為節(jié)約成本和保護(hù)氣層，徹底解決氣井采氣樹主控閥門故障問題，蘇里格氣田采用帶壓更換采氣樹主控閥門技術(shù)。通過對(duì)S-A、S-C 等氣井累計(jì)成功更換井口主控閥門25 只，該技術(shù)做到堵塞工具不丟手，操作簡(jiǎn)單，高效可靠。

1 不丟手帶壓更換井口主控閥門原理

1.1 技術(shù)要求

成功更換采氣樹主控閥門最關(guān)鍵的技術(shù)要求在于：保證主控閥門處的壓力與大氣壓保持平衡，在作業(yè)過程中隔絕井筒內(nèi)壓力不到達(dá)閥門處。

不丟手帶壓更換井口主控閥門技術(shù)則依靠支架（框架）結(jié)構(gòu)支撐液壓缸活塞桿帶動(dòng)堵塞器克服井底壓力到達(dá)封隔位置并座封，確保主控閥門處壓力與大氣壓達(dá)到平衡[3]。

1.2 工藝原理

帶壓更換采氣樹主控閥門工藝原理為：利用液壓系統(tǒng)中的液壓將液缸活塞及傳送桿以液壓傳動(dòng)的方式，將堵塞器送到油管大四通轉(zhuǎn)換法蘭通道內(nèi)孔或側(cè)孔通道內(nèi)；工具到達(dá)預(yù)定座封位置后，利用機(jī)械錐度絲桿或液壓錐度桿或活塞桿使膠筒被壓縮，使膠筒周向膨脹，從而達(dá)到切斷流體通道的目的；然后泄除堵塞器以外的壓力，用缺口法蘭（不丟手）固定堵塞器，拆除舊閥門，安裝新閥門；最后取出工具，完成井口主控閥門更換。

1.3 堵塞器的種類（表1）

表1 更換井口主控閥門對(duì)比表

1.3.1 機(jī)械式堵塞器 堵塞器膠筒利用穿入膠筒內(nèi)錐度絲桿的機(jī)械活動(dòng)使膠筒周向膨脹來封堵環(huán)空空間，靠錐度絲桿來固定膠筒狀態(tài)。適用井底壓力小且壓力波動(dòng)小的采氣井口帶壓更換[4]。

1.3.2 液壓式堵塞器 堵塞器膠筒利用穿入膠筒內(nèi)錐度桿的液壓活動(dòng)使膠筒周向膨脹來封堵環(huán)空空間，靠錐度桿來固定膠筒狀態(tài)。適用井底壓力較大且壓力波動(dòng)小的采氣井口帶壓更換。

1.3.3 活塞式堵塞器 利用液壓讓堵塞器活塞和膠筒帶壓保持原始狀態(tài)，保證在井內(nèi)壓力情況下活塞和膠筒不被壓縮；再通過液壓系統(tǒng)中的液壓將液缸活塞及傳送桿以液壓傳動(dòng)的方式，把液壓堵塞器送到油管四通轉(zhuǎn)換法蘭通道內(nèi)孔或側(cè)孔通道內(nèi)；工具到達(dá)預(yù)定座封位置后，泄除堵塞器的壓力，利用井內(nèi)壓力的推力，讓活塞和膠筒被壓縮，使膠筒周向膨脹，從而達(dá)到切斷流體通道的目的；然后泄除堵塞器以外的壓力，用缺口法蘭（不丟手）固定堵塞器，拆除舊閥門，安裝新閥門；最后取出工具，完成井口主控閥門的更換。適用井底壓力大且壓力波動(dòng)大的采氣井口帶壓更換。

2 技術(shù)改進(jìn)及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

2.1 工藝技術(shù)與堵塞工具的改進(jìn)

傳統(tǒng)不丟手帶壓換閥工藝面臨著泄壓后堵塞器受壓時(shí)間長(zhǎng)、封堵承壓能力有限等問題。經(jīng)過技術(shù)升級(jí)、流程改進(jìn)后，原有技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)大大降低。一是增加預(yù)堵塞環(huán)節(jié)，測(cè)試閥門絲扣連接緊密度和承壓能力，同時(shí)測(cè)試同批次堵塞器的密封膠筒密封性。同時(shí)采用已申請(qǐng)專利的液壓控制臺(tái)及平衡移動(dòng)裝置，整體承壓等級(jí)達(dá)到70 MPa，完全滿足蘇里格氣田實(shí)際需求。二是采用的專利膠筒密封堵塞器和節(jié)流器、膠芯封隔器等設(shè)備密封原理相似，底部壓力越大，膠筒受力變形越大，密封性越好。在閥門更換過程中，膠筒密封堵塞器能夠有效支撐作業(yè)過程的密封緊固要求；在更換2/3#主控閥門時(shí)，還可以結(jié)合大四通預(yù)留維修螺紋依靠螺紋連接進(jìn)一步加強(qiáng)安全性能。

利用活塞式堵塞器與以往機(jī)械丟手式換閥門相比：（1）從施工流程上增設(shè)了月牙法蘭，有效頂住堵塞器；從安全上，進(jìn)一步減少堵塞器因密封不嚴(yán)可能存在的安全隱患[5]。（2）新改進(jìn)的堵塞器利用井底壓力推動(dòng)活塞使膠筒座封，相對(duì)于以往機(jī)械式座封模式更安全穩(wěn)定，井底壓力越高座封越嚴(yán)，且不受震動(dòng)影響。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)過程—S-A 井

S-A 井于2012年6月16日投產(chǎn)，采氣井口為KQ65-70 型下懸掛抗硫采氣井口，油/套壓6.5 MPa/6.2 MPa，采氣樹1#2#3#主控閥門內(nèi)漏。施工時(shí)間為2021年9月27日，利用不丟手帶壓更換主控閥門技術(shù)依次更換井口1#2#3#主控閥門。其施工步驟如下：

（1）預(yù)堵塞：通過液壓泵向堵塞器施加大于井底的液壓壓力，將控制閘閥（1#2#3#閥）完全打開，注入液壓油推動(dòng)活塞桿運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)堵塞器至油管法蘭蓋孔位置，堵塞器膠筒在井內(nèi)天然氣壓力的作用下脹開，密封住油管，連接固定月牙法蘭至井口，將堵塞器固定在對(duì)應(yīng)的井口連接螺栓上，打開高壓截止閥，卸掉裝置內(nèi)氣體，壓力0 MPa，保持30 min，證明堵塞器封堵成功。

（2）連接裝置：將更換閘閥裝置與控制閘閥上法蘭連接，連接過程中，連接筒上的放噴閥開關(guān)應(yīng)處于全開狀態(tài)，以泄掉內(nèi)漏氣體，螺栓連接好后，關(guān)閉放噴閥開關(guān)。

（3）下堵塞器：用液壓將堵塞器下至油管法蘭蓋設(shè)計(jì)位置，卸掉堵塞器內(nèi)活塞上部的液壓壓力，堵塞器膠皮在井內(nèi)天然氣壓力的作用下脹開，密封住天然氣通道。

（4）測(cè)試封堵效果：打開裝置上的高壓截止閥，卸掉裝置內(nèi)的氣體，用壓力表檢驗(yàn)封堵效果，若壓力表保持0 MPa，并能夠保持30 min，則堵塞器封堵成功。

（5）拆卸被更換閥門：將堵塞器用月牙法蘭盤固定，卸掉被更換閘閥與大四通之間的連接螺栓，然后，用液壓將被更換閘閥、控制閘閥向上（向左，向右）移動(dòng)，移動(dòng)一定距離后將卡盤梁卡在堵塞器的環(huán)形槽內(nèi)，卡盤梁通過固定螺母與支架梁固定在一起，旋轉(zhuǎn)活塞桿，并由接頭處卸開，再用液壓將活塞桿上部提升至高壓短節(jié)內(nèi)，將需更換的閘閥由控制閘閥處卸掉。

（6）更換閥門：將新更換的閘閥連接至控制閘閥下部，重新將活塞桿與堵塞器相連，卸去月牙法蘭。用液壓將高壓短節(jié)和新閘閥下行至大四通側(cè)面或油管法蘭蓋上部，連接好螺栓，將堵塞器膠皮收縮，并提出堵塞器。

（7）完全關(guān)閉新閘閥，打開截止閥，將裝置內(nèi)的天然氣泄掉，直至壓力為0 MPa，并保持15 min，證明新?lián)Q閘閥密封良好；則可卸下更換閘閥裝置系統(tǒng)，恢復(fù)井口流程。

2.3 現(xiàn)場(chǎng)效果分析評(píng)價(jià)

不丟手帶壓更換主控閥門技術(shù)升級(jí)后（表2），保證了整個(gè)液壓座封過程壓力受控，既能升壓穩(wěn)定推進(jìn)堵塞器就位密封，又能緩慢降壓退出液壓桿解鎖，換閥后平穩(wěn)摘取取出堵塞器[6]。對(duì)比原有的機(jī)械式封堵，壓力可控，試壓可視，井口升壓后仍能穩(wěn)定封堵，給整個(gè)作業(yè)過程提供了安全保障。

表2 更換井口主控閥門技術(shù)對(duì)比表

截至目前，已經(jīng)利用不丟手帶壓更換閥門技術(shù)對(duì)17 口氣井作業(yè)，累計(jì)更換井口主控閥門25 個(gè)，增產(chǎn)氣量8.5×104m3。

3 認(rèn)識(shí)與結(jié)論

（1）不丟手帶壓換閥施工周期短，成本較低，僅為傳統(tǒng)壓井更換閥門費(fèi)用的二分之一，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

（2）不丟手帶壓換閥作業(yè)過程中無需入井液、無氣體和壓井液排放，井筒無遺留，有效避免儲(chǔ)層污染和傷害。

（3）通過技術(shù)升級(jí)，不丟手帶壓換閥工藝改用活塞式暫堵器，適用壓力范圍擴(kuò)大，降低了舊工藝風(fēng)險(xiǎn)。

（4）現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用證明，不丟手帶壓更換井口主控閥門技術(shù)高效可靠，為氣井井口隱患治理提供了一條新的思路。