勝利淺海井下安全控制系統應用

文/陳國珍

針對勝利淺海井下安全控制系統在使用、維修中存在的問題，開展設備技術改進與系統功能完善，不斷提高系統穩定性，為海上生產井控安全提供保障。

海洋采油廠是中國石化集團公司勝利油田唯一一家從事淺海區域油氣開發的生產單位，所管轄的主要有埕島和新北兩個油田，海域水深2 ～15 m，共有平臺109 座，油井567 口，水井279 口。根據原國家安全生產監督管理總局令第25 號《海洋石油安全管理細則》以及行業標準SY/T 6321-2016《淺海采油與井下作業安全規程》等法規標準要求，海上油氣水井均需安裝并投用井下安全控制系統。井下安全控制系統是海上石油安全生產的必不可少的重要裝置，起到防止井噴及突發性事故發生，避免環境污染，保證油氣井安全生產的作用。為保證油水井安全和海洋環境保護，勝利淺海自開發以來，所有生產井均按要求安裝了井下安全控制系統。

井下安全控制系統原理與改進

勝利淺海在用的井下安全控制系統由井下安全閥、排氣閥、井口安全閥、安全閥控制柜組成（見圖1），可以實現本地開啟關閉以及遠程關閉控制。

圖1 勝利淺海井下安全控制系統組成示意圖

1.井下安全閥（見圖2）

圖2 增加平衡孔的井下安全閥（左圖：閥瓣；右圖：閥瓣開啟狀態）

井下安全閥的工作原理：井下安全閥主要通過液控壓力控制閥瓣的開關來打開或關閉油管通道。

油井開井前，通過安全閥控制柜將井下安全閥的液控壓力補充至3 500 ～4 500 PSI，液控壓力推動桿式活塞下行并壓縮彈簧，從而使閥瓣向下開啟，打開油管通道。當液控壓力泄壓后，桿式活塞、閥瓣均在彈簧作用下恢復原位，油管通道關閉。

井下安全閥的改進：一是推廣使用自平衡式井下安全閥。將井下安全閥更換為自平衡式，閥瓣上無需設有平衡孔，即可自動平衡上下壓力，提供合適液控壓力便可輕松打開。

二是降低開啟壓力。通過優化內部結構，將井下安全閥開啟壓力由3 500 PSI 降至2 000 PSI，便于井下安全閥的開啟。

三是改進液控管線懸掛器穿越方式。采用液控管線直接穿越的方式，能夠減少懸掛器側面和底面的2 個連接點，降低滲漏發生概率。

2.排氣閥

排氣閥的工作原理：排氣閥是安裝在電泵井過電纜封隔器上的井下工具，過電纜封隔器以下環空氣體可以通過它排出。

排氣閥的改進：排氣閥增加平衡助推孔。建議所有排氣閥增加平衡助推孔，可以大大降低打開排氣閥的阻力。

3.井口安全閥（見圖3）

圖3 井口安全閥結構示意圖

井口安全閥的工作原理：井口安全閥是原油流出地面的最后一道防線，安裝在自噴井、無桿泵井、注水井的采油樹本體，由閥體、驅動器組成，有液控管線與安全閥控制柜相連。

通過對40 口停產井的井口安全閥現場試驗，發現出現的故障主要為密封圈失效和彈簧故障。

井口安全閥的改進：一是采用雙彈簧結構，增加彈簧的預緊力，縮短安全閥關閉的時間，減小彈簧失效的概率。二是油缸以及閥桿的密封圈由原來的國產丁腈橡膠換成進口的PEEK 密封圈，密封性能更加可靠。三是新式井口安全閥行程方向的各桿改為獨立結構，避免卡阻現象的發生。

4.安全閥控制柜（見圖4）

圖4 進口安全閥控制柜

安全閥控制柜的工作原理：安全閥控制柜是為井下安全閥、排氣閥、井口安全閥提供液控壓力的設備，并可實現自動補壓、手動泄壓、遙控泄壓、高溫泄壓的功能。安全閥控制柜主要采用電力驅動，通過液控管線與各油水井相連，可根據井控設備需求提供3 個等級的液控壓力。

遇到異常情況時，可以通過以下4 種方式使安全閥控制柜泄壓：一是中控室遠程遙控泄壓；二是現場手動按下控制面板上的緊急關斷閥；三是在安全出口位置，按下ESD 手動站的按鈕；四是發生火災時，易熔塞受高溫融化，可使安全閥控制柜整體泄壓。

安全閥控制柜的改進（見圖5）：前期安全閥控制柜內部結構緊湊，并且各單井控制模塊均為一體，不便于維修；同時，還存在井下安全閥壓力無法單獨調節、無法實現井口安全閥單獨關斷的不便。

圖5 改進后的安全閥控制柜（左圖：一井一模塊；右圖：增強控制功能）

改進建議：一是將各井控制模塊獨立出來，實現“一井一模塊”。若一口井的控制模塊發生故障，可以將該模塊進出閥門關閉，將該模塊單獨取出維修或更換，不影響其他井的控制。二是增加井下安全閥壓力單獨調節功能，可以按需調節井下安全閥的控制壓力。三是增加井口安全閥單獨關閉功能，可以根據現場情況選擇單獨關閉各井的井口安全閥。

風險控制建議

目前，勝利淺海井下安全控制系統風險基本可控。其中，5 口停產井排氣閥故障以及9 臺安全閥控制柜故障的風險較高，需要加強巡檢，并盡快采取措施，恢復井下安全控制系統完好。

隨著埕島油田油藏壓力的逐步恢復以及古生界、潛山區塊的開發，生產井控的風險逐步變大，目前井下安全控制系統存在的問題需要盡快解決，繼續開展設備技術改進研究，提高井控設備穩定性，降低維護頻次與費用，保證生產井控設備設施完好率達到100%。

筆者建議：

一是井下安全閥。對于油井可加強巡檢，及時補充系統壓力，保證油井正常生產；對于水井，可優先考慮安排水井檢修。對廠家提出設備修復率的要求，以降低作業成本。

二是排氣閥。建議對具有自噴自溢能力的5 口停產井進行封井，根本解決潛在的井控風險；實施封井前，要對高風險油井加裝雙套管閥門，每周進行巡護，并根據壓力情況組織油輪進行放壓。

三是安全閥控制柜。9 臺故障的安全閥控制柜建議立即進行更換。安全閥控制柜內部管路密集、復雜，對檢修人員要求較高，進口配件進貨周期長，建議引進專業安全閥控制柜維修隊伍，定期組織安全閥控制柜的檢修、維護；另外，組織人員到安全閥控制柜生產工廠進行學習，培養內部檢修隊伍。

四是井口安全閥未投用。綜合對比國外各公司井口安全閥的質量、安全、價格等條件，選擇適合勝利淺海的產品，開展進口安全閥與采油樹配套試驗，加快辦理采購手續，盡快應用于海上油井。注水井相比油井來說，總數較少、檢修頻率較高，可嘗試應用國產高質量的井口安全閥，保證井控安全的同時降低成本。

五是根據《中國石化海（水）上石油重大安全風險作業管理規定》要求，定期開展井下安全控制系統試驗，及時發現系統存在的問題，并積極整改。

六是完善、宣貫生產井控應急預案、海上溢油應急預案，并每年組織海上實戰演習，能夠做到迅速調配壓井船、布置圍油欄、處置失控現場。（本文作者單位系中國石化勝利油田海洋采油廠）