一種送入回收一體化的背壓閥研制

李 偉

（中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300452）

0 引言

在石油天然氣勘探開發(fā)過程中，井口作業(yè)區(qū)作為安全重點監(jiān)控區(qū)，又是作業(yè)種類密集聚集區(qū)域，各種涉及油氣生產(chǎn)相關(guān)的設(shè)備、儀器儀表和安全檢測裝置也大部分匯聚于此，而且由于某種原因需要臨時封井時，就需要在油管內(nèi)部設(shè)置安裝控制油氣運移工具，因此油管做掛工具內(nèi)需要安裝背壓閥。背壓閥又稱單向閥，單向閥是流體只能沿進(jìn)水口流動，出水口介質(zhì)卻無法回流，俗稱單向閥。單向閥又稱止回閥或逆止閥。用于液壓系統(tǒng)中防止油流反向流動，或者用于氣動系統(tǒng)中防止壓縮空氣逆向流動。以隔絕井筒內(nèi)外壓力。當(dāng)背壓閥送入時，作業(yè)過程中需用到專門的送入工具；當(dāng)背壓閥回收時，作業(yè)過程中需用到專門的回收工具；2個作業(yè)過程，各需要1套工具，這樣造成現(xiàn)場工具十分雜亂。尤其當(dāng)新人操作時，送入和回收工具容易混淆。同時，在現(xiàn)場作業(yè)過程中，存在背壓閥無法回收的現(xiàn)象，針對這些問題，設(shè)計了1種送入/回收工具一體化的背壓閥。

1 送入/回收一體化的背壓閥結(jié)構(gòu)及原理

背壓閥又稱單向閥，單向閥是流體只能沿進(jìn)水口流動，出水口介質(zhì)卻無法回流，俗稱單向閥。單向閥又稱止回閥或逆止閥。止回閥是依靠介質(zhì)本身流動而自動開、閉閥瓣，用來防止介質(zhì)倒流的閥門。止回閥的作用主要有防止介質(zhì)倒流、防止泵及驅(qū)動電動機(jī)反轉(zhuǎn)等，以及容器介質(zhì)的泄放。石油工業(yè)中大量用于液壓系統(tǒng)中防止油流反向流動，或者用于氣動系統(tǒng)中防止壓縮空氣逆向流動。該文主要介紹的是應(yīng)用于油氣井井口內(nèi)部，隔絕井筒內(nèi)流體向井口流動的流動控制裝置的1種，由于油氣井井口有不同的配有手柄的手動閥門，當(dāng)這類閥門由于人為誤操作或其他不可抗力原因打開或損壞時，放置于井口下部中心位置的單流閥可以起到臨時屏蔽井筒的作用。常規(guī)的背壓閥在送人和取出的不同作業(yè)時，需要操作工程師使用兩種不同的服務(wù)作業(yè)工具，而且使用的備件同樣也是送人和取出2套，并且每次作業(yè)完成后，還需要對不同的服務(wù)作業(yè)工具進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，當(dāng)背壓閥送入時，在作業(yè)過程中需要用到專門的送入工具；當(dāng)背壓閥回收時，作業(yè)過程中需用到專門的回收工具；2個作業(yè)過程各需要1套工具，這樣導(dǎo)致現(xiàn)場工具十分雜亂。尤其當(dāng)新人操作時，送入和回收工具容易混淆。給物料準(zhǔn)備、工具維護(hù)、作業(yè)服務(wù)培訓(xùn)都帶來了較大的壓力，如何解決以上問題，能否將作業(yè)程序，作業(yè)工藝，作業(yè)工具進(jìn)行優(yōu)化。根據(jù)作業(yè)服務(wù)工具的使用特點，構(gòu)造原理，解決常規(guī)背壓閥送入工具和回收工具容易混淆現(xiàn)象和常規(guī)背壓閥存在無法回收現(xiàn)象的難題所采取的結(jié)構(gòu)及原理如下[2]。

送入/回收工具一體化的背壓閥，主要由J型槽、閥體、O型圈、螺紋、閥座、彈簧、推桿、定位銷及筋板等組成，分別如圖1和圖2所示，所述閥體設(shè)置J型槽用于連接送入/回收工具，實現(xiàn)背壓閥送入/回收工具一體化；所述O型圈主要用于密封；閥體上設(shè)置的螺紋用于背壓閥和油管掛連接；所述彈簧用于使閥座復(fù)位。當(dāng)送入作業(yè)時，送入/回收工具一體化背壓閥與送入/回收一體化工具連接，送入/回收工具一體化背壓閥下入位，先下壓送入/回收一體化工具1 t～2 t，順時針旋轉(zhuǎn)，直至螺紋擰緊，然后逆時針旋轉(zhuǎn)，上提鉆桿1 t～2 t，無法拉動送入/回收工具一體化背壓閥，說明其已安裝成功，反之，需要重新安裝。當(dāng)回收作業(yè)時，送入/回收工具一體化背壓閥送入/回收工具下入油管掛內(nèi)，逆時針旋轉(zhuǎn)，上提鉆桿1 t～2 t，接著繼續(xù)逆時針旋轉(zhuǎn)，當(dāng)扭矩突然消失后，說明送入/回收工具一體化背壓閥已回收成功，注意操作時按壓推桿閥帽泄壓，將可能存在的密閉圈閉高壓介質(zhì)釋放，如圖2所示[1]。

圖1 送入/回收工具一體化的背壓閥結(jié)構(gòu)示意圖

2 現(xiàn)場應(yīng)用

2.1 前期準(zhǔn)備

選擇適合作業(yè)的井口，從油氣井工作狀態(tài)可以分為在生產(chǎn)井，關(guān)停井。從油氣井開采產(chǎn)出物狀態(tài)可以分為油井、氣井和水井。根據(jù)井口壓力可以分為常壓井、高壓井以及異常高壓井等。鑒于該次作為送入/回收一體化的背壓閥該型工具的實驗驗證性測試使用，在選擇實驗測試的作業(yè)環(huán)境時，需要考慮在實驗測試時可能會出現(xiàn)的由于送入/回收一體化的背壓閥造成的突發(fā)情況而出現(xiàn)的一些不必要的不可預(yù)見的風(fēng)險，例如井筒流通通道的堵塞，送入/回收一體化的背壓閥工具的掉落丟失等事故直接影響正常的安全生產(chǎn)。以及由于正常的安全生產(chǎn)制度的調(diào)整，帶來臨時突發(fā)的關(guān)井，造成送入/回收一體化的背壓閥工具的實驗驗證性能測試滯后，造成工時超期，甚至整個作業(yè)實驗延誤取消。

圖2 送入/回收工具一體化的背壓閥A-A剖視圖

因此需要選擇關(guān)停井、低壓井以及水井。在出現(xiàn)復(fù)雜的情況時，可以及時采取措施，并將造成的損失，減少到可以接受的范圍。在工具實驗測試前，應(yīng)該召開實驗方與井口所有方在實驗作業(yè)期間技術(shù)工作方案交底溝通會，目的是讓井口所有方充分了解該次送入/回收一體化的背壓閥實驗測試的目的，實驗作業(yè)流程以及可能的風(fēng)險提示。同時，在現(xiàn)場組織該項實驗測試作業(yè)測試的領(lǐng)隊工程師，需要具有豐富的實際現(xiàn)場鉆完井作業(yè)經(jīng)驗，能夠處理一些簡單的技術(shù)類問題，協(xié)調(diào)一些與生產(chǎn)作業(yè)相關(guān)的組織管理問題，并且能夠?qū)F(xiàn)場出現(xiàn)的技術(shù)以及溝通協(xié)調(diào)問題清楚地向基地反饋，并提出解決問題的建議與意見，并盡快組織現(xiàn)場回復(fù)實驗測試，保證實驗順利安全高效地進(jìn)行。而且還要根據(jù)實驗測試反應(yīng)出的井下情況，分析產(chǎn)生的原因，組織技術(shù)人員提出改進(jìn)方案，對送入/回收一體化的背壓閥工具的功能進(jìn)行完善。

2.2 實驗測試現(xiàn)場作業(yè)準(zhǔn)備程序

由于該次作業(yè)為實驗測試作業(yè)，要求嚴(yán)格按照以下步驟操作。1） 鋼絲作業(yè)的設(shè)備應(yīng)該在坡道上就位。鉆臺正對鋼絲作業(yè)絞車方向上應(yīng)留有足夠的空間，以便于安裝固定滑輪，滑輪需用由專人固定崗位全程記錄檢測，保證現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。同時保證鋼絲作業(yè)絞車操作臺了望鉆臺井口時的視線不受影響。2） 在作業(yè)前，需要向現(xiàn)場的作業(yè)安全負(fù)責(zé)監(jiān)督申請取得作業(yè)許可證，并組織人員進(jìn)行作業(yè)前的安全風(fēng)險分析（JSA），與作業(yè)相關(guān)的人員進(jìn)行技術(shù)交底，同時隔離相關(guān)區(qū)域和廣播通知全船人員，在經(jīng)過高壓區(qū)域內(nèi)的通道，過人空間等醒目位置設(shè)立警示帶，提示非相關(guān)人員不要靠近，以免造成人身安全及財產(chǎn)損失。3） 在工作甲板上停止其他工作，清理場地。將鋼絲作業(yè)的輔助設(shè)施及工具在工作甲板就位。4） 作業(yè)服務(wù)設(shè)備及工具連接完畢后進(jìn)行試壓作業(yè)。

為了保證實驗測試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，減少系統(tǒng)干擾因素，要求執(zhí)行如下15個步驟：1） 地面管線通水并確認(rèn)地面管線的容積，直至通水干凈。2） 連接地面高壓測試硬管，管線使用安全鋼絲繩進(jìn)行固定。3） 升高立管通水，確認(rèn)升高立管的內(nèi)容積，直至通水干凈。4） 根據(jù)工作需要，在鉆臺確認(rèn)泵壓與泵速的關(guān)系。5） 連接防噴器和注入器到井口。6） 保持防噴盒（STRIPPER）打開狀態(tài)，慢慢通水（保持泵壓≤500 psi）至防噴盒有水流出。7） 關(guān)閉防噴盒，試壓500 psix 5 min，檢查地面管線及升高立管設(shè)備有無泄露。8） 繼續(xù)試壓至5000 psix 5 min（根據(jù)工作需要確定試壓壓力），檢查地面管線及升高立管設(shè)備有無泄露；如果有任何泄露，停泵，鉆臺放壓至0，維修后重新按照步驟5）～7）進(jìn)行操作。9） 鉆臺放壓至0。10） 保持防噴盒打開狀態(tài)，慢慢通水（保持泵壓≤500 psi）至防噴盒有水流出。11） 關(guān)閉放噴器（TBGRAMS）。12） 防噴器試壓500 psix 5 min，檢查地面管線及升高立管設(shè)備有無泄露。13） 繼續(xù)試壓至5000 psix 5 min（根據(jù)工作需要確定試壓壓力），檢查地面管線及升高立管設(shè)備有無泄露；如果有任何泄露，停泵，鉆臺放壓至0，維修后重新按照步驟10）～12）操作。14） 鉆臺放壓至0。15）試壓結(jié)束，準(zhǔn)備下入作業(yè)服務(wù)工具。

2.3 注意事項

鑒于存在高壓液體以及含油污水，可能會給作業(yè)技術(shù)人員及作業(yè)環(huán)境帶來安全隱患和污染，應(yīng)該注意以下12點：1） 相關(guān)的區(qū)域用隔離帶隔離，無關(guān)人員應(yīng)遠(yuǎn)離鋼絲，不能影響鋼絲作業(yè)。2） 鋼絲作業(yè)開始后，在鋼絲作業(yè)設(shè)備附近或上方嚴(yán)禁吊裝作業(yè)。3） 儀器在井內(nèi)上提或下放時應(yīng)有人在井口區(qū)域巡視觀察，有異常情況應(yīng)及時報告。4） 遇到8級以上大風(fēng)或暴雨、雷電以及大霧等惡劣天氣時應(yīng)暫停作業(yè)。5） 有時為了拔出堵頭或塞子等井下工具，要使勁向上提，此時所有人員必須確保處于安全位置后，再進(jìn)行操作，避免鋼絲斷掉飛出傷人。6） 在卸壓時，可能會有原油或混油液體，應(yīng)該對其收集并處理掉。7） 如用鋼絲作業(yè)進(jìn)行井眼打撈落物，應(yīng)注意井控問題，用計量灌進(jìn)行井眼監(jiān)控，配備鋼絲剪刀，以備緊急情況時使用。8） 任何時候都不要試圖從固井泵放壓，因為背壓閥帶有單流閥，以免壓扁油管。9） 如果發(fā)現(xiàn)任何泄露，不要試圖維修，通知作業(yè)服務(wù)主操或現(xiàn)場監(jiān)督，確認(rèn)鉆臺放壓為0后，才可以維修。10）鉆臺及升高立管的一切工作由作業(yè)服務(wù)主操負(fù)責(zé)指揮。11） 注意安全。工作人員必須穿工服、工鞋、安全帽以及戴防護(hù)眼鏡。12） 高空作業(yè)人員必須系安全帶。13） 在試壓作業(yè)時無關(guān)人員嚴(yán)禁進(jìn)入作業(yè)區(qū)域。

2.4 作業(yè)程序

該次作業(yè)為實驗測試作業(yè)，要求嚴(yán)格執(zhí)行如下14條作業(yè)實驗措施及步驟，如圖3所示。1）根據(jù)作業(yè)要求，將鋼絲作業(yè)的升高立管連接在采油樹的頂端或?qū)⒂凸軕覓炱魉腿牍ぞ邔釉谟凸軕覓炱魃稀?）協(xié)助組裝鋼絲作業(yè)的防噴管并將鋼絲穿好，接好送入工具。3）按作業(yè)要求協(xié)助組合鋼絲作業(yè)的防噴器組，用氣動絞車吊起防噴器組安裝在鋼絲作業(yè)的升高管或油管懸掛器送入工具的頂端，安裝固定滑輪。4）將防噴管吊起，協(xié)助組合鋼絲作業(yè)的井下工具，并與送入工具連接好，組合工具串。1-7/8"繩帽+1-7/8"x3"套栓加重桿+3.813"GR+送入/回收工具一體化背壓閥。5）繼續(xù)將防噴管吊起大致與防噴器組同高，對零。6）協(xié)助將防噴管與防噴器組連接在一起并上緊，連接防噴管（3根8"的防噴管）+三通+鋼絲防噴器。連接從固井到三通的試壓管線，對整個防噴系統(tǒng)試壓3000 psi。7）連接2"高壓閥和高壓軟管在防噴器組的三通上。8）關(guān)上防噴閥，在防噴管內(nèi)灌滿水，按作業(yè)要求對防噴管進(jìn)行試壓。9）試壓合格，打開防噴閥以及以下的相關(guān)閥門。10）送入作業(yè)，送入/回收工具一體化背壓閥與送入/回收一體化工具連接，送入/回收工具一體化背壓閥下入到指定位置，按設(shè)計程序完成相關(guān)的作業(yè)：先下壓送入/回收一體化工具1 t～2 t，順時針旋轉(zhuǎn)，直至螺紋擰緊，然后逆時針旋轉(zhuǎn)，上提鉆桿1 t～2 t，無法拉動送入/回收工具一體化背壓閥，說明其已經(jīng)安裝成功，反之，需要重新安裝。當(dāng)回收作業(yè)時，送入/回收工具一體化背壓閥送入/回收工具下入到油管掛內(nèi)，逆時針旋轉(zhuǎn)，上提鉆桿1 t～2 t，然后繼續(xù)逆時針旋轉(zhuǎn)，當(dāng)扭矩突然消失后，說明送入/回收工具一體化背壓閥已回收成功。在下井過程中要注意下放速度，注意上提下放懸重，并做好記錄，在工具快到位時，多測幾次上提下放懸重，確保作業(yè)安全。工具到位后，向下輕微震擊。測上提懸重，從懸重上判斷是否已經(jīng)到位。此處要注意，尤其針對長時間關(guān)井的作業(yè)，禁止在沒有探壓推桿頂帽的嘗試動作前，直接起出背壓閥工具。11）起出工具到防噴管內(nèi)，關(guān)掉防噴閥以下的相關(guān)閥門。打開防噴管上的卸壓閥，卸掉防噴管內(nèi)的壓力。12）卸掉防噴管、防噴器組以及升高管等。13）移走鋼絲作業(yè)設(shè)備。清理鉆臺，準(zhǔn)備下一步作業(yè)。14）關(guān)閉作業(yè)許可證，解除隔離。

圖3 送入/回收工具一體化的背壓閥送入取出作業(yè)示意圖

2.5 預(yù)案分析

如果現(xiàn)場作業(yè)出現(xiàn)以下情況，應(yīng)該嚴(yán)格按照所訴流程進(jìn)行操作，并取得完整、準(zhǔn)確的實驗數(shù)據(jù)。1）如果服務(wù)工具已經(jīng)抓住送入/回收工具一體化背壓閥，等待15 min～20 min，等待送入/回收工具一體化背壓閥上下壓力平衡，如果壓力一直沒有平衡，就更需要耐心等待，否則會發(fā)生鋼絲事故。如果不能一次成功回收送入/回收工具一體化背壓閥，就多次重復(fù)回收作業(yè)動作步驟，將向上震擊力控制在0.6 t以內(nèi)，如果多次震擊仍無法回收送入/回收工具一體化背壓閥，作業(yè)服務(wù)工程師應(yīng)及時報告現(xiàn)場作業(yè)負(fù)責(zé)人，并同步向基地匯報情況。2）送入/回收工具一體化背壓閥投送阻卡，則連接井下安全閥至手壓泵，打壓至4500 psi，井口安全閥戴背帽，井口閥門掛禁止操作警示牌。3）送入/回收工具一體化背壓閥投送過程懸重波動，連接2.2"通徑規(guī)，下入通井工具串，在下入過程中每5 m測一次上提拉力，通井至油管掛處。在通井時，如果發(fā)現(xiàn)上提拉力達(dá)到鋼絲抗拉強度的80%，停止下放，起出鋼絲工具串。

3 結(jié)語

對送入/回收一體化的背壓閥現(xiàn)場使用情況進(jìn)行分析，在石油開采鉆完井這項高風(fēng)險、高投入、各項專業(yè)高度復(fù)合集成的行業(yè)里，送入/回收一體化的背壓閥的出現(xiàn)，為減少作業(yè)時間，提高作業(yè)效率，避免作業(yè)風(fēng)險等方面做出了積極貢獻(xiàn)。現(xiàn)場作業(yè)程序較以往沒有明顯的變化，作業(yè)工程師在沒有額外專門培訓(xùn)的前提下，完全勝任并安全地將現(xiàn)場操作執(zhí)行完畢。同時，作業(yè)的效率明顯提高，對作業(yè)工程師工作量減負(fù)減低明顯，不需要作業(yè)工程師重復(fù)更換服務(wù)工具。維護(hù)保養(yǎng)檢查2套工具帶來的重復(fù)、煩瑣及不可預(yù)見的風(fēng)險，都顯著降低了。同時達(dá)到設(shè)計參數(shù)目標(biāo)，并通過后續(xù)優(yōu)化調(diào)整能夠滿足現(xiàn)場作業(yè)技術(shù)要求。常規(guī)背壓閥送入工具和回收工具容易混淆的現(xiàn)象和常規(guī)背壓閥無法回收的問題不僅得到了解決，而且這種送入/回收一體化的背壓閥工具還具有以下3個優(yōu)點：1） 背壓閥工具結(jié)構(gòu)簡單，加工方便。2） J型槽可以實現(xiàn)送入/回收工具一體化，減少工具數(shù)量，降低生產(chǎn)成本。3） 通用性強，適應(yīng)性廣。從而提高作業(yè)效率，降低修井作業(yè)成本。