液壓開井閥的研制

石陳梅

（中國石化江漢石油工程有限公司井下測試公司，湖北 武漢430040）

油氣井試油（氣）測試過程中，一般都需要設計有替液作業(yè)程序，即:將測試管柱下鉆到井下測試目的層以上后，在替液閥關閉的情況下坐封封隔器，隔開地層和油套的連通，再用清水替出井筒油、套內(nèi)高密度泥漿。替液結(jié)束后，打開替液閥，通過替液閥上下壓差進行測試開井求產(chǎn)。在試油（氣）測試中，目前常用的有兩種類型的井下替液工具可供選擇，分別是OMNI閥（美國哈利伯頓公司）及常閉閥。

OMNI閥操作時，靠環(huán)空加壓、泄壓實現(xiàn)動作。該工具在替液時，下部球閥關閉，這樣在替液過程中，替液壓力不會作用到下部管柱內(nèi)和地層，避免了替液過程將射孔槍引爆。但該工具結(jié)構(gòu)及操作工藝復雜，成本高，維護保養(yǎng)難度大，并且在深井、高溫、高壓下操作困難，現(xiàn)場使用并不可靠。

國內(nèi)常用的常閉閥雖然結(jié)構(gòu)簡單，但因操作時使用投球要在油管內(nèi)打壓的方式下進行操作，故對井下管柱通徑要求較高，且沒有對下部管柱進行封閉，有替液過程引爆射孔槍的風險，在現(xiàn)場使用有局限性。為此，井下測試公司發(fā)明了一種用于試油（氣）測試中進行井下管柱臨時封閉，操作靈活方便，密封可靠的環(huán)空壓力操作的井下封閉－開井裝置。

1 液壓開井閥的結(jié)構(gòu)原理

1.1 液壓開井閥的結(jié)構(gòu)

液壓開井閥結(jié)構(gòu)主要由球閥操作機構(gòu)、動力機構(gòu)及常壓腔部分組成（見圖1）。球閥操作機構(gòu)由上接頭、球籠、球體、操作臂、連接套、彈性爪組成；動力機構(gòu)由減震墊、破裂盤、動力芯軸、下接頭組成。破裂盤外筒與動力芯軸之間在組裝后形成一個空腔，其壓力基本保持與組裝時的大氣壓相同，成為常壓腔。

圖1 液壓開井閥結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 液壓開井閥的結(jié)構(gòu)原理

動力芯軸與球閥操作機構(gòu)中的彈簧爪嚙合在一起。當環(huán)空加壓打破破裂盤時，環(huán)空壓力作用到動力芯軸中部的臺肩上，臺肩另一側(cè)是常壓腔，因而在臺肩兩側(cè)產(chǎn)生很大壓差，這個壓差對動力芯軸產(chǎn)生向上的推力，通過彈簧爪推動球閥操作機構(gòu)向上運動，撥動球體轉(zhuǎn)動到開啟位置。

球體轉(zhuǎn)動到開啟位置后，彈簧爪將移動到破裂盤外筒上端大內(nèi)徑處，彈簧爪的開口端可漲大，與動力芯軸不再嚙合，動力芯軸繼續(xù)上行，不再推動球閥操作機構(gòu)以保護球體和球閥操作機構(gòu)不受損（因動力芯軸向上的推力很大），最后動力芯軸擠壓減震墊，減震墊的緩沖作用可降低工具的震動（因動力芯軸運動速度很快），在減震墊的緩沖作用下動力芯軸逐漸減速停止運動，完成整個井下開井動作。

1.3 液壓開井閥的結(jié)構(gòu)特點

此閥耐溫170℃，工作壓差70MPa，抗外擠壓力150MPa。其結(jié)構(gòu)特點如下:

1）無氮氣腔，不需充注高壓氮氣，不存在高壓氮氣在混氧條件下爆炸的危險；無換位機構(gòu)，不需活動測試管柱，不需投球，采用套管環(huán)空加壓操作，實現(xiàn)閥在井下開啟動作，密封可靠。

2）閥開啟的動力直接來源于環(huán)空壓力，不需轉(zhuǎn)換，無能量損失，因而力量大，關閉動作可靠迅速。

3）球閥的上下球座均墊有碟型簧，確保球與球座始終同步運動，不出現(xiàn)滲漏。

2 液壓開井閥的工作原理

液壓開井閥工作原理是:在下鉆過程中液壓開井閥的球閥處于關閉狀態(tài)，保證液壓開井閥上下測試管柱處于關斷狀態(tài)。當測試管柱下到位后，循環(huán)替液，替液結(jié)束后，環(huán)空打壓，打破液壓開井閥上安裝的破裂盤，從而打開液壓開井閥球閥，實現(xiàn)地層流動，滿足測試需要。

3 現(xiàn)場應用

液壓開井閥在目前高溫高壓油氣井試油（氣）測試中，解決了現(xiàn)有井下替液不可靠，操作復雜的問題，為高溫高壓油氣井的油氣井試油（氣）測試提供了一種結(jié)構(gòu)簡單，動作可靠，密封嚴密的井下封閉——開井裝置。

液壓開井閥在理論上已經(jīng)經(jīng)過多次論證，完全符合設計的要求，并在JS×井現(xiàn)場得到了應用，具有極大的經(jīng)濟效益和推廣應用價值。

JS×井位于湖北省與重慶市交界的一口區(qū)域探井。根據(jù)地質(zhì)鉆井設計及錄、測井解釋資料，決定采用先油管傳輸射孔，后壓裂－APR測試聯(lián)作管柱試氣工藝，確定該段儲層流體性質(zhì)及產(chǎn)能；取全取準儲層段的相關資料，驗證巖電關系。

本次測試采用壓裂－APR測試聯(lián)作試氣工藝（見圖2），測試工作制度一開一關，總測試時間645.0h。施工過程包括坐封、替液、加砂壓裂、放噴排液、連續(xù)油管注氮氣舉、放噴求產(chǎn)、地面關井、井下關井、循環(huán)壓井及解封起鉆等。根據(jù)現(xiàn)場資料和電子壓力計數(shù)據(jù)對本次測試進行工藝評價，取得了產(chǎn)能、溫度和壓力特征的資料，達到了儲層認識和測試目的?，F(xiàn)場應用證明液壓開井閥在井下開關可靠，替液順利。

圖2 JS×井管柱

4 結(jié)論

1）井下測試公司研制的液壓開井閥不需在裝置中充注高壓氮氣，能在高溫高壓環(huán)境下可靠地封閉地層進行油管替液作業(yè)，并用簡單的操作實現(xiàn)可靠的開井。該液壓開井閥還可以代替在一開一關APR測試工具施工中的選擇測試閥或LPR－N閥的作用，但其施工成本卻遠遠低于選擇測試閥和LPR－N閥。

2）此閥和井下關井閥配件通用，解決了井下測試公司在川東北的施工難題，具有極大的經(jīng)濟效益和推廣應用價值。

3）此閥的研制成功使APR測試工具系列更加完善。

［1］吳軒，哈里巴頓.APR測試工具在高溫高壓井中的應用［J］.科技資訊，2010（18）:116.

［2］李發(fā)全，龍學，吳建軍.APR工具在川東北高含硫超深氣井測試中的應用［J］.天然氣勘探與開發(fā)，2009，32（1）:51－53.