高壓大通徑井下安全閥功能檢測

姚智翔，劉玉飛，邢洪憲，張春升

（中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術分公司，天津300452）

中海油能源發(fā)展股份有限公司鉆采工程研究院鉆采工藝實驗室是一家具有API Spec 14A 檢測能力的API認證機構，主要開展井下安全閥產(chǎn)品的驗證測試和功能檢測。客觀地通過試驗數(shù)據(jù)驗證井下安全閥產(chǎn)品是否達到了設計、制造的要求，保障油田的生產(chǎn)安全。鉆采工藝實驗室作為第三方獨立標準[5-6]實驗室，一直堅持“真實客觀、科學準確、公正高效、顧客滿意、持續(xù)改進”的方針為顧客服務。

本文論述的進行功能檢測的井下安全閥是由某單位設計制造的高壓大通徑井下安全閥，主要用于中海油南海某油田和伊朗的高油氣井。主要參數(shù)如下：規(guī)格為4～1/2 in，外徑5.969 in，內(nèi)通徑為92.25 mm（3.75 in），長度1 900 mm，額定工作壓力（RWP）為58.62 MPa，推薦開啟壓力（14.83±2.41）MPa，全開啟壓力（8.97±0.69）MPa，全關閉壓力3.45 MPa，最大液控壓力為75.86 MPa，最大不平衡開啟壓力為75.00 MPa。該閥因為壓力及通徑都比較大，為了減少大流量油氣對閥板和液控系統(tǒng)的沖擊，取消了常規(guī)井下安全閥的平衡孔設計，液控系統(tǒng)增加了一套彈簧系統(tǒng)。新的液控系統(tǒng)由主彈簧推動副彈簧，再由副彈簧推動開啟閥板。因此該閥的全開啟壓力要低于液控系統(tǒng)開啟過程的最大壓力（副彈簧開始啟動壓力）。對于特殊設計的全開啟壓力低于液控系統(tǒng)開啟過程的最大壓力的井下安全閥，為保證閥門能夠完全開啟，本實驗室認為該井下安全閥在進行液控開啟操作時，對于液控施加的壓力應該以生產(chǎn)廠家提供的推薦開啟壓力為參考，與常規(guī)井下安全閥采用生產(chǎn)廠家提供的全開啟壓力為參考是不一樣的。本文中的高壓大通徑井下安全閥的液控壓力特征曲線（圖1）和API Spec 14A 標準的液控壓力特征曲線也是不一致的。

圖1 高壓大通徑井下安全閥液控壓力特征曲線

1 功能檢測試驗前準備

1.1 記錄信息

當井下安全閥產(chǎn)品開始檢測前，需要根據(jù)被檢測井下安全閥的使用說明書詳細記錄相關信息，主要包含閥門生產(chǎn)廠家的名稱，地址，聯(lián)系人，閥的名稱、規(guī)格、型號、唯一序列號，額定工作壓力（RWP），液控全開啟壓力，液控管線最大承受壓力以及液控全關閉壓力，檢測機構檢測設備的型號，監(jiān)視測量器具（壓力[7]、流量[8]、溫度[9]）的有效性證明等信息。

測量核準生產(chǎn)廠家提供的閥的尺寸、型號和序列號，核查塞規(guī)檢驗報告是否一致，是否符合ANP Spec14A 的標準規(guī)定（塞規(guī)的外徑比閥門的最小規(guī)定內(nèi)徑小0.75 mm；塞規(guī)的長度以確保在產(chǎn)品的整段長度內(nèi)都能進行檢測；且選取長度應不小于該產(chǎn)品內(nèi)徑的4 倍，或直接取長度值610 mm，使用時以較高值為準）。

1.2 安裝井下安全閥

將井下安全閥垂直安裝在液體綜合實驗臺上，保持井下安全閥的安裝方向與入井的實際工作狀態(tài)一致。根據(jù)API Spec 14A 標準規(guī)定：安全閥置于油井中，油液首先流經(jīng)的方向稱為上游，即井底來液方向為上游；油液流經(jīng)安全閥閥板后，流體流出的方向稱為安全閥的下游；分割井下安全閥的上游和下游，實現(xiàn)井下安全閥開啟/關閉的重要零部件為閥板。

1.3 核實開啟/關閉壓力

在安全閥內(nèi)部壓力為零的情況下打開被檢測井下安全閥（SCSSV），打開V3流量測試系統(tǒng)，將整個安全閥閥腔內(nèi)充滿清水。泄放液控管線內(nèi)部的壓力，核查液控全關閉壓力是否和生產(chǎn)廠商提供的使用說明書標示的液控壓力特征曲線一致。

2 功能檢測過程

2.1 檢測液控管線

在安全閥內(nèi)部壓力為零的情況下打開SCSSV。調(diào)節(jié)液控壓力并將其穩(wěn)定在生產(chǎn)商建議的最大開啟壓力值（14.83+2.41=17.24 MPa）上。切斷液控壓力源。監(jiān)控液控壓力變化，時間不得小于5 min。在17.30 MPa 壓力穩(wěn)定后，監(jiān)測到液控壓力損失為0.30 MPa，低于初始壓力（17.30 MPa）的5%（0.86 MPa）,說明被檢測閥的液控管線腔體密封正常，通過本項功能測試。

2.2 測試全開啟/關閉壓力穩(wěn)定性

在安全閥內(nèi)部壓力值為零的情況下，關閉并打開SCSSV五次（圖2）。本項測試中標準規(guī)定記錄井下安全閥的全開啟壓力，盡管廠家提供的推薦開啟壓力（14.83±2.41）MPa 高于全開啟壓力（B 點），此時還是以生產(chǎn)廠家提供的開啟壓力范圍（14.83±2.41）MPa 為依據(jù)，不使用廠家提供的全開啟壓力范圍（8.97±0.691）MPa為參考依據(jù)。在實際使用過程中，該井下安全閥液控施加壓力必須高于副彈簧啟動壓力（A 點）才能全開啟，如果僅僅施加供應商提供的全開啟壓力值，則該閥處于關閉狀態(tài)，將影響油田安全生產(chǎn)。

圖2 井下安全閥5次全開啟/全關閉壓力變化

2.3 150%RWP密封性檢測

向安全閥內(nèi)部注入清水，對被檢測閥門外部進行徹底干燥。調(diào)節(jié)整個安全閥內(nèi)部的壓力為88.70 MPa（額定工作壓力58.62 MPa 的150%），將其穩(wěn)定在額定工作壓力(RWP)的150%±5%（85～90.86 MPa）。保持壓力穩(wěn)定5 min 后，將安全閥內(nèi)部的壓力泄壓至零，再重復進行一次測試。在液壓控制線路的端口或外部未檢測到泄漏，說明被檢測井下安全閥內(nèi)部腔體密封正常，通過本項功能檢測。

2.4 測試全開啟/全關閉壓力

當安全閥內(nèi)部壓力為零時，打開和關閉被檢測井下安全閥，記錄全開啟液控壓力值為9.53 MPa 和全關閉時的液控壓力值為3.50 MPa。

2.5 測試帶壓開啟/關閉性能

在安全閥內(nèi)部施加壓力值29.6 MPa（額定工作壓力58.62 MPa 的50%±5%），打開/關閉SCSSV 五次。由于液壓活塞差引起的容量差異，當閥門開啟時，安全閥內(nèi)部壓力出現(xiàn)上升；當閥門關閉時，安全閥內(nèi)部壓力下降。因此需要根據(jù)安全閥內(nèi)部的壓力變化，對全開（全關）時的液控壓力進行調(diào)節(jié)（調(diào)節(jié)后的控制壓力值為實際控制壓力值加上（減去）每次測量開啟（關閉）壓力值時記錄的基準壓力與實際安全閥內(nèi)部壓力的差值）。五次調(diào)整后的全開啟液控壓力值平均值為39.74 MPa，全關閉液控壓力平均值為32.56 MPa，均在其平均值10%或±0.7 MPa（取兩者中的較大值）的范圍內(nèi)，且閥體及液控管線均未檢測到任何泄漏，被檢測井下安全閥通過本項功能檢測試驗。

2.6 100%RWP密封性檢測

調(diào)節(jié)安全閥內(nèi)部壓力為58.80 MPa（額定工作壓力58.62 MPa 的100%±5%的范圍），將液控壓力釋放至零。調(diào)節(jié)安全閥內(nèi)部壓力穩(wěn)定在58.80 MPa，監(jiān)測液控管線端口處的泄漏情況，在5 min 監(jiān)測時間內(nèi)，未檢測到任何泄漏，且兩次測試閥體及液壓控制線路端口均無泄漏，井下安全閥通過本項功能測試。

2.7 閥板密封性能檢測

關閉井下安全閥，且將井下安全閥下游的壓力釋放至零，調(diào)節(jié)井下安全閥上游的壓力為57.30 MPa（100%±5% RWP范圍內(nèi)）。監(jiān)測液體泄漏情況，通過5 min的監(jiān)測，其閥板泄漏速率為零，滿足API 標準要求（≤10 mL/min），也未發(fā)現(xiàn)井下安全閥本體泄漏，則被檢測井下安全閥通過本次測試。

2.8 氮氣泄漏檢測

（1）氮氣（低壓）整體泄漏檢測

將井下安全閥從液體綜合試驗臺上拆下，排除里面殘留的液體后，垂直安裝到氣體綜合實驗臺上。打開井下安全閥，記錄全開時的液控壓力為8.97 MPa，用氮氣調(diào)節(jié)整個安全閥內(nèi)部的壓力為1.46 MPa，并將其穩(wěn)定在標準要求的（1.4 ± 0.07）MPa 范圍內(nèi)。關閉井下安全閥，并釋放液控壓力至零。用氮氣調(diào)節(jié)整個安全閥內(nèi)部的壓力為1.46 MPa，并將其穩(wěn)定在（1.4 ± 0.07）MPa。5 min 的監(jiān)測時間內(nèi)，沒有檢測到任何泄漏情況，說明被檢測井下安全閥整體密封性能良好，通過本項功能測試。

（2）氮氣（低壓）上游泄漏檢測

將井下安全閥下游的壓力釋放至零，用氣體調(diào)節(jié)井下安全閥上游的壓力為1.42 MPa，并將其穩(wěn)定在（1.4±0.07）MPa 范圍內(nèi)。5 min時間未監(jiān)測到泄漏情況，氣體泄漏速率為零，滿足標準規(guī)定的低于140 L/min 的泄漏速率，說明井下安全閥閥板密封性能良好，通過本項功能測試。

（3）氮氣（高壓）整體/上游泄漏檢測

將被檢測井下安全閥氮氣壓力調(diào)整為（8.3 ± 0.41）MPa，重復氮氣（低壓）泄漏檢測和氮氣（低壓）上游泄漏兩個檢測項目。該井下安全閥均未出現(xiàn)泄漏，符合標準要求。

2.9 通徑檢測

將井下安全閥從氣體綜合試驗臺上拆卸下來，并將井下安全閥進行垂直吊裝，打開井下安全閥，采用生產(chǎn)商提供的塞規(guī)從井下安全閥的最頂部放入（施加在塞規(guī)上的力不應大于塞規(guī)的重量），完全穿過閥門后到最底部取出。再將井下安全閥反向吊裝，重復一次通徑測試。整個通徑檢測過程中，兩次通徑測試均順利完成，說明井下安全閥內(nèi)通徑的設計、加工符合API 標準要求。

3 檢測結論

本文論述的高壓大通徑井下安全閥雖然全開啟壓力要低于液控系統(tǒng)整體開啟過程的最大壓力（副彈簧啟動壓力），但是其檢測過程及檢測數(shù)據(jù)均達到API Spec 14A 井下安全閥規(guī)范第12 版附錄C 的功能檢測要求的合格標準。對于此類特殊設計的全開啟壓力低于液控系統(tǒng)運行啟動壓力的井下安全閥，為了保證閥門能夠完全開啟，本實驗室認為該類型的井下安全閥在進行液控開啟操作時，應該以生產(chǎn)廠家提供的推薦開啟壓力為參考，與常規(guī)井下安全閥采用生產(chǎn)廠家提供的全開啟壓力為參考是不一致的。

雖然大部分井下安全閥廠家的產(chǎn)品設計、制造過程溯源性及規(guī)范化都達到了API Spec 14A標準，但由于生產(chǎn)原材料及加工工藝水平差異，可能出現(xiàn)產(chǎn)品性能不穩(wěn)定的情況。另外，井下安全閥因使用過程中發(fā)生了腐蝕、結垢及維修不善等原因，也容易導致產(chǎn)品質(zhì)量不合格。因此，建議井下安全閥的使用方加強對井下安全閥產(chǎn)品的功能檢測工作，確保其性能質(zhì)量安全可靠，保障油田安全生產(chǎn)。