井口裝置在設(shè)計(jì)審查中的常見(jiàn)問(wèn)題分析

(重慶新泰機(jī)械有限責(zé)任公司，重慶402160)

0 引言

金屬閥門是井口裝置及采油樹設(shè)備中的重要組成元件。在石油開采過(guò)程中，由于采油環(huán)境不同、油井壓力不同等因素，井口在裝置及采油樹設(shè)備的閥門設(shè)置也會(huì)變化。最多設(shè)置為15個(gè)，最少則設(shè)置為3個(gè)。而節(jié)流井管匯系統(tǒng)是油井壓力控制的關(guān)鍵設(shè)備。在油井開采的過(guò)程中，井口裝置及采油樹故障、節(jié)流井管匯系統(tǒng)問(wèn)題很大程度上影響了開采施工進(jìn)度。所以對(duì)于這3個(gè)設(shè)備的相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行設(shè)計(jì)和審查相當(dāng)重要。

1 井口裝置在設(shè)計(jì)審查中的常見(jiàn)問(wèn)題

1.1 井口裝置和采油樹設(shè)計(jì)審查中的問(wèn)題

井口裝置和采油樹設(shè)備是油井井口位置上非常重要的采油裝置。對(duì)于油氣通路起著密封、接通、截?cái)嗟茸饔?，并且還具有調(diào)節(jié)流量和壓力的功能。井口裝置和采油樹及其金屬閥門的設(shè)計(jì)審查工作中經(jīng)常出現(xiàn)以下問(wèn)題。

1.1.1 金屬閥體或殼體壁厚設(shè)計(jì)計(jì)算不完整

對(duì)于閥體本身或殼體壁厚的計(jì)算通常使用4種方法，其一是《ASME鍋爐和壓力容器規(guī)范》中所提到的設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)分析方法；最后是通過(guò)靜水壓實(shí)驗(yàn)來(lái)確定工作壓力設(shè)計(jì)鑒定的方法。在4種計(jì)算壁厚的方法中，后2種方法是在設(shè)計(jì)審查中比較常用的方法，但是在生產(chǎn)企業(yè)對(duì)采油樹閥門的閥體進(jìn)行厚度計(jì)算時(shí)，經(jīng)常錯(cuò)用計(jì)算方法的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，而在凈水壓力試驗(yàn)中，對(duì)水壓強(qiáng)度也缺乏合理的控制，這就導(dǎo)致厚度計(jì)算不準(zhǔn)確現(xiàn)象發(fā)生。

1.1.2 油管頭四通設(shè)計(jì)不合理

在對(duì)井口裝置以及采油樹的油管頭四通設(shè)計(jì)審查中，一般會(huì)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(cè)試。而在油管頭四通設(shè)計(jì)審查計(jì)算中，很多企業(yè)對(duì)于實(shí)驗(yàn)工況不是非常明確，沒(méi)有按照實(shí)際工況進(jìn)行計(jì)算，造成設(shè)計(jì)審查問(wèn)題。

1.1.3 焊接工藝評(píng)定項(xiàng)目不全

井口裝置和采油樹的閥門焊接工藝是井口裝置設(shè)計(jì)審查工作中的重要內(nèi)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(huán)槽堆焊和承壓件內(nèi)部表面堆焊。這些焊接工藝都要進(jìn)行嚴(yán)格的審查，以免引發(fā)設(shè)備故障，但是在實(shí)際的審查過(guò)程中，生產(chǎn)企業(yè)對(duì)于焊接工藝的設(shè)計(jì)校驗(yàn)沒(méi)有科學(xué)的方法，驗(yàn)證后的樣本保存也缺乏有效的措施，影響設(shè)計(jì)審查工作效率。

1.1.4 井口裝置采油樹熱處理工藝不標(biāo)準(zhǔn)

井口裝置和采油樹的部分裝置材料要經(jīng)過(guò)熱處理工藝加工，而在材料熱處理工藝的設(shè)計(jì)審查中出現(xiàn)了問(wèn)題。首先，在進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)，審查的科學(xué)性受到影響；其次，熱處理材料的審查類型沒(méi)有細(xì)致劃分，材料類別不同、材料厚度不同以及材料規(guī)格不同都要有不同的審查評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，否則材料熱處理工藝的審查將會(huì)混亂。

1.1.5 酸性環(huán)境的材料選擇不達(dá)標(biāo)

在采油樹材料的審查設(shè)計(jì)過(guò)程中，材料在酸性環(huán)境的分壓沒(méi)有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，也沒(méi)有在不同分壓環(huán)境下進(jìn)行材料選擇，很多材料生產(chǎn)標(biāo)牌上沒(méi)有標(biāo)注相關(guān)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 節(jié)流井管匯常見(jiàn)問(wèn)題

節(jié)流井管匯系統(tǒng)是油井開采中控制壓力的重要設(shè)備，節(jié)流井管匯系統(tǒng)能夠有效控制井涌現(xiàn)象，在井口裝置的設(shè)計(jì)審查中，節(jié)流井管匯系統(tǒng)的審查工作也非常重要，出現(xiàn)問(wèn)題一般有以下幾個(gè)方面：首先是節(jié)流壓管匯設(shè)備的磨損問(wèn)題，節(jié)流壓管匯在工作過(guò)程中，液體流動(dòng)速度超過(guò)一定標(biāo)準(zhǔn)之后，對(duì)節(jié)流管匯的沖擊力度也就隨之增強(qiáng)，對(duì)節(jié)流管匯的沖擊面積也會(huì)增加；而在節(jié)流井管匯長(zhǎng)時(shí)間工作時(shí)，就會(huì)對(duì)系統(tǒng)的相關(guān)硬件裝置造成磨損問(wèn)題，影響系統(tǒng)良好運(yùn)行。

2 井口裝置設(shè)計(jì)審查問(wèn)題的解決辦法

2.1 井口裝置和采油樹審查問(wèn)題解決辦法

2.1.1 壁厚設(shè)計(jì)要符合2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)

壁厚設(shè)計(jì)計(jì)算不完整，是井口裝置審查環(huán)節(jié)中的重要問(wèn)題，而要想解決閥體的壁厚設(shè)計(jì)問(wèn)題，就要規(guī)范審查標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格把控審查過(guò)程方法的有效實(shí)施[2]。靜水壓力測(cè)試是計(jì)算閥體壁厚設(shè)計(jì)的主要方法，在靜水強(qiáng)度壓力測(cè)試中計(jì)算結(jié)果要分別滿足2個(gè)公式；St=5/6Sy和Sm=2/3Sy。其中St為靜水壓最大應(yīng)力輕度，Sy為材料最小強(qiáng)度，Sm為額定壓力的應(yīng)力強(qiáng)度。厚壁計(jì)算結(jié)果要滿足這2個(gè)公式才算符合審查標(biāo)準(zhǔn)。

2.1.2 計(jì)算油管頭四通的實(shí)際工況

油管頭四通的材料壁厚計(jì)算不合實(shí)際工況會(huì)給審查工作帶來(lái)問(wèn)題。所以，在油管頭四通的計(jì)算過(guò)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(cè)量中，要采用St=5/6Sy的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，保證油管頭四通的壁厚計(jì)算符合公式；第二種工況是在額定工作壓力下，計(jì)算油管頭懸掛器與四通內(nèi)徑的應(yīng)力強(qiáng)度，再計(jì)算油管頭四通錐形支撐臺(tái)面的應(yīng)力輕度，并通過(guò)2種計(jì)算結(jié)果算出壁厚。

2.1.3 焊接評(píng)定項(xiàng)目要按照要求進(jìn)行

焊接過(guò)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(nèi)部表面焊接。而在進(jìn)行焊接審查過(guò)程中，要按照以下標(biāo)準(zhǔn)：①在進(jìn)行承壓件坡口審查過(guò)程中，要進(jìn)行表面質(zhì)量檢查、滲透性檢查、硬度測(cè)試、拉伸彎曲測(cè)試以及沖擊測(cè)試等，這些測(cè)試都符合標(biāo)準(zhǔn)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(zhì)量檢測(cè)、硬度監(jiān)測(cè)、侵蝕監(jiān)測(cè)以及堆焊監(jiān)測(cè)等，滿足各項(xiàng)要求后審查工作完成。③承壓件內(nèi)表面審查評(píng)定中，要進(jìn)行表面質(zhì)量、硬度測(cè)試以及彎曲測(cè)試等實(shí)驗(yàn)，各項(xiàng)測(cè)試要按照制造商規(guī)定方法進(jìn)行。

2.1.4 熱處理工藝審查評(píng)定

材料熱處理工藝審查評(píng)定要遵守以下評(píng)定內(nèi)容和流程:①對(duì)熱處理材料OTC的幾何尺寸和鍛造比進(jìn)行確認(rèn)，熱處理材料審查樣本可以使材料廢棄零部件或者生產(chǎn)剩品。②對(duì)材料熱處理工藝的進(jìn)行過(guò)程嚴(yán)格監(jiān)控和記錄。③對(duì)熱處理材料OTC進(jìn)行截取，截取出拉伸樣本以及沖擊樣本。④對(duì)于OTC截取樣本進(jìn)行拉伸測(cè)試和沖擊測(cè)試。⑤在熱處理工藝完成后要進(jìn)行材料硬度試驗(yàn)，一般可以采用洛式硬度測(cè)試或者布式硬度測(cè)試。⑥要進(jìn)行不同材料和不同厚度材料熱處理審查，保證審查結(jié)果的科學(xué)性。

2.1.5 按照標(biāo)準(zhǔn)要求選擇材料標(biāo)志

首先，要確定材料選擇的標(biāo)準(zhǔn)，要根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)條件和腐蝕程度選擇材料。酸性環(huán)境材料標(biāo)志要包括H2S分壓值和CO2分壓值[3]。其次，審查產(chǎn)品標(biāo)牌，產(chǎn)品標(biāo)牌上一定不要出現(xiàn)與產(chǎn)品規(guī)格質(zhì)量不相符的參數(shù)，例如某些產(chǎn)品并不具備PR2性能但是卻進(jìn)行標(biāo)注，影響產(chǎn)品審查以及使用。最后，靠近連接裝置的產(chǎn)品標(biāo)牌是上應(yīng)該有3個(gè)標(biāo)志，例如額定壓力、墊環(huán)型號(hào)以及標(biāo)志。

2.2 流壓井管匯問(wèn)題的解決辦法

節(jié)流壓井管匯要解決管道設(shè)備的磨損問(wèn)題。首先對(duì)節(jié)流管內(nèi)的閥芯和閥門進(jìn)行檢查；其次，打開節(jié)流閥閥蓋，進(jìn)行閥芯和閥門的二次檢查；最后，對(duì)節(jié)流管內(nèi)的閥門、閥座以及管道內(nèi)部進(jìn)行必要的清洗。

3 結(jié)語(yǔ)

井口裝置和采油樹的設(shè)計(jì)審查工作有利于油井開采的合理進(jìn)行，希望本文能夠?qū)鉀Q井口裝置在設(shè)計(jì)審查中的常見(jiàn)問(wèn)題有所幫助。