勝利淺海井下安全控制系統(tǒng)應(yīng)用

文/陳國(guó)珍

針對(duì)勝利淺海井下安全控制系統(tǒng)在使用、維修中存在的問題，開展設(shè)備技術(shù)改進(jìn)與系統(tǒng)功能完善，不斷提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，為海上生產(chǎn)井控安全提供保障。

海洋采油廠是中國(guó)石化集團(tuán)公司勝利油田唯一一家從事淺海區(qū)域油氣開發(fā)的生產(chǎn)單位，所管轄的主要有埕島和新北兩個(gè)油田，海域水深2 ～15 m，共有平臺(tái)109 座，油井567 口，水井279 口。根據(jù)原國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局令第25 號(hào)《海洋石油安全管理細(xì)則》以及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 6321-2016《淺海采油與井下作業(yè)安全規(guī)程》等法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)要求，海上油氣水井均需安裝并投用井下安全控制系統(tǒng)。井下安全控制系統(tǒng)是海上石油安全生產(chǎn)的必不可少的重要裝置，起到防止井噴及突發(fā)性事故發(fā)生，避免環(huán)境污染，保證油氣井安全生產(chǎn)的作用。為保證油水井安全和海洋環(huán)境保護(hù)，勝利淺海自開發(fā)以來，所有生產(chǎn)井均按要求安裝了井下安全控制系統(tǒng)。

井下安全控制系統(tǒng)原理與改進(jìn)

勝利淺海在用的井下安全控制系統(tǒng)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(shí)現(xiàn)本地開啟關(guān)閉以及遠(yuǎn)程關(guān)閉控制。

圖1 勝利淺海井下安全控制系統(tǒng)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(tài)）

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(guān)來打開或關(guān)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(bǔ)充至3 500 ～4 500 PSI，液控壓力推動(dòng)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(dāng)液控壓力泄壓后，桿式活塞、閥瓣均在彈簧作用下恢復(fù)原位，油管通道關(guān)閉。

井下安全閥的改進(jìn)：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(shè)有平衡孔，即可自動(dòng)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(yōu)化內(nèi)部結(jié)構(gòu)，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(jìn)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(cè)面和底面的2 個(gè)連接點(diǎn)，降低滲漏發(fā)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(huán)空氣體可以通過它排出。

排氣閥的改進(jìn)：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(jié)構(gòu)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(qū)動(dòng)器組成，有液控管線與安全閥控制柜相連。

通過對(duì)40 口停產(chǎn)井的井口安全閥現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)的故障主要為密封圈失效和彈簧故障。

井口安全閥的改進(jìn)：一是采用雙彈簧結(jié)構(gòu)，增加彈簧的預(yù)緊力，縮短安全閥關(guān)閉的時(shí)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(guó)產(chǎn)丁腈橡膠換成進(jìn)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(dú)立結(jié)構(gòu)，避免卡阻現(xiàn)象的發(fā)生。

4.安全閥控制柜（見圖4）

圖4 進(jìn)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(shè)備，并可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)補(bǔ)壓、手動(dòng)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(qū)動(dòng)，通過液控管線與各油水井相連，可根據(jù)井控設(shè)備需求提供3 個(gè)等級(jí)的液控壓力。

遇到異常情況時(shí)，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(yuǎn)程遙控泄壓；二是現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)按下控制面板上的緊急關(guān)斷閥；三是在安全出口位置，按下ESD 手動(dòng)站的按鈕；四是發(fā)生火災(zāi)時(shí)，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(jìn)（見圖5）：前期安全閥控制柜內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊湊，并且各單井控制模塊均為一體，不便于維修；同時(shí)，還存在井下安全閥壓力無法單獨(dú)調(diào)節(jié)、無法實(shí)現(xiàn)井口安全閥單獨(dú)關(guān)斷的不便。

圖5 改進(jìn)后的安全閥控制柜（左圖：一井一模塊；右圖：增強(qiáng)控制功能）

改進(jìn)建議：一是將各井控制模塊獨(dú)立出來，實(shí)現(xiàn)“一井一模塊”。若一口井的控制模塊發(fā)生故障，可以將該模塊進(jìn)出閥門關(guān)閉，將該模塊單獨(dú)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(dú)調(diào)節(jié)功能，可以按需調(diào)節(jié)井下安全閥的控制壓力。三是增加井口安全閥單獨(dú)關(guān)閉功能，可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況選擇單獨(dú)關(guān)閉各井的井口安全閥。

風(fēng)險(xiǎn)控制建議

目前，勝利淺海井下安全控制系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)基本可控。其中，5 口停產(chǎn)井排氣閥故障以及9 臺(tái)安全閥控制柜故障的風(fēng)險(xiǎn)較高，需要加強(qiáng)巡檢，并盡快采取措施，恢復(fù)井下安全控制系統(tǒng)完好。

隨著埕島油田油藏壓力的逐步恢復(fù)以及古生界、潛山區(qū)塊的開發(fā)，生產(chǎn)井控的風(fēng)險(xiǎn)逐步變大，目前井下安全控制系統(tǒng)存在的問題需要盡快解決，繼續(xù)開展設(shè)備技術(shù)改進(jìn)研究，提高井控設(shè)備穩(wěn)定性，降低維護(hù)頻次與費(fèi)用，保證生產(chǎn)井控設(shè)備設(shè)施完好率達(dá)到100%。

筆者建議：

一是井下安全閥。對(duì)于油井可加強(qiáng)巡檢，及時(shí)補(bǔ)充系統(tǒng)壓力，保證油井正常生產(chǎn)；對(duì)于水井，可優(yōu)先考慮安排水井檢修。對(duì)廠家提出設(shè)備修復(fù)率的要求，以降低作業(yè)成本。

二是排氣閥。建議對(duì)具有自噴自溢能力的5 口停產(chǎn)井進(jìn)行封井，根本解決潛在的井控風(fēng)險(xiǎn)；實(shí)施封井前，要對(duì)高風(fēng)險(xiǎn)油井加裝雙套管閥門，每周進(jìn)行巡護(hù)，并根據(jù)壓力情況組織油輪進(jìn)行放壓。

三是安全閥控制柜。9 臺(tái)故障的安全閥控制柜建議立即進(jìn)行更換。安全閥控制柜內(nèi)部管路密集、復(fù)雜，對(duì)檢修人員要求較高，進(jìn)口配件進(jìn)貨周期長(zhǎng)，建議引進(jìn)專業(yè)安全閥控制柜維修隊(duì)伍，定期組織安全閥控制柜的檢修、維護(hù)；另外，組織人員到安全閥控制柜生產(chǎn)工廠進(jìn)行學(xué)習(xí)，培養(yǎng)內(nèi)部檢修隊(duì)伍。

四是井口安全閥未投用。綜合對(duì)比國(guó)外各公司井口安全閥的質(zhì)量、安全、價(jià)格等條件，選擇適合勝利淺海的產(chǎn)品，開展進(jìn)口安全閥與采油樹配套試驗(yàn)，加快辦理采購(gòu)手續(xù)，盡快應(yīng)用于海上油井。注水井相比油井來說，總數(shù)較少、檢修頻率較高，可嘗試應(yīng)用國(guó)產(chǎn)高質(zhì)量的井口安全閥，保證井控安全的同時(shí)降低成本。

五是根據(jù)《中國(guó)石化海（水）上石油重大安全風(fēng)險(xiǎn)作業(yè)管理規(guī)定》要求，定期開展井下安全控制系統(tǒng)試驗(yàn)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)存在的問題，并積極整改。

六是完善、宣貫生產(chǎn)井控應(yīng)急預(yù)案、海上溢油應(yīng)急預(yù)案，并每年組織海上實(shí)戰(zhàn)演習(xí)，能夠做到迅速調(diào)配壓井船、布置圍油欄、處置失控現(xiàn)場(chǎng)。（本文作者單位系中國(guó)石化勝利油田海洋采油廠）