液压开井阀的研制

2014-12-23石陈梅

江汉石油职工大学学报 2014年1期

石陈梅

（中国石化江汉石油工程有限公司井下测试公司，湖北武汉430040）

油气井试油（气）测试过程中，一般都需要设计有替液作业程序，即:将测试管柱下钻到井下测试目的层以上后，在替液阀关闭的情况下坐封封隔器，隔开地层和油套的连通，再用清水替出井筒油、套内高密度泥浆。替液结束后，打开替液阀，通过替液阀上下压差进行测试开井求产。在试油（气）测试中，目前常用的有两种类型的井下替液工具可供选择，分别是OMNI阀（美国哈利伯顿公司）及常闭阀。

OMNI阀操作时，靠环空加压、泄压实现动作。该工具在替液时，下部球阀关闭，这样在替液过程中，替液压力不会作用到下部管柱内和地层，避免了替液过程将射孔枪引爆。但该工具结构及操作工艺复杂，成本高，维护保养难度大，并且在深井、高温、高压下操作困难，现场使用并不可靠。

国内常用的常闭阀虽然结构简单，但因操作时使用投球要在油管内打压的方式下进行操作，故对井下管柱通径要求较高，且没有对下部管柱进行封闭，有替液过程引爆射孔枪的风险，在现场使用有局限性。为此，井下测试公司发明了一种用于试油（气）测试中进行井下管柱临时封闭，操作灵活方便，密封可靠的环空压力操作的井下封闭－开井装置。

1 液压开井阀的结构原理

1.1 液压开井阀的结构

液压开井阀结构主要由球阀操作机构、动力机构及常压腔部分组成（见图1）。球阀操作机构由上接头、球笼、球体、操作臂、连接套、弹性爪组成；动力机构由减震垫、破裂盘、动力芯轴、下接头组成。破裂盘外筒与动力芯轴之间在组装后形成一个空腔，其压力基本保持与组装时的大气压相同，成为常压腔。

图1 液压开井阀结构示意图

1.2 液压开井阀的结构原理

动力芯轴与球阀操作机构中的弹簧爪啮合在一起。当环空加压打破破裂盘时，环空压力作用到动力芯轴中部的台肩上，台肩另一侧是常压腔，因而在台肩两侧产生很大压差，这个压差对动力芯轴产生向上的推力，通过弹簧爪推动球阀操作机构向上运动，拨动球体转动到开启位置。

球体转动到开启位置后，弹簧爪将移动到破裂盘外筒上端大内径处，弹簧爪的开口端可涨大，与动力芯轴不再啮合，动力芯轴继续上行，不再推动球阀操作机构以保护球体和球阀操作机构不受损（因动力芯轴向上的推力很大），最后动力芯轴挤压减震垫，减震垫的缓冲作用可降低工具的震动（因动力芯轴运动速度很快），在减震垫的缓冲作用下动力芯轴逐渐减速停止运动，完成整个井下开井动作。

1.3 液压开井阀的结构特点

此阀耐温170℃，工作压差70MPa，抗外挤压力150MPa。其结构特点如下:

1）无氮气腔，不需充注高压氮气，不存在高压氮气在混氧条件下爆炸的危险；无换位机构，不需活动测试管柱，不需投球，采用套管环空加压操作，实现阀在井下开启动作，密封可靠。

2）阀开启的动力直接来源于环空压力，不需转换，无能量损失，因而力量大，关闭动作可靠迅速。

3）球阀的上下球座均垫有碟型簧，确保球与球座始终同步运动，不出现渗漏。

2 液压开井阀的工作原理

液压开井阀工作原理是:在下钻过程中液压开井阀的球阀处于关闭状态，保证液压开井阀上下测试管柱处于关断状态。当测试管柱下到位后，循环替液，替液结束后，环空打压，打破液压开井阀上安装的破裂盘，从而打开液压开井阀球阀，实现地层流动，满足测试需要。

3 现场应用

液压开井阀在目前高温高压油气井试油（气）测试中，解决了现有井下替液不可靠，操作复杂的问题，为高温高压油气井的油气井试油（气）测试提供了一种结构简单，动作可靠，密封严密的井下封闭——开井装置。

液压开井阀在理论上已经经过多次论证，完全符合设计的要求，并在JS×井现场得到了应用，具有极大的经济效益和推广应用价值。

JS×井位于湖北省与重庆市交界的一口区域探井。根据地质钻井设计及录、测井解释资料，决定采用先油管传输射孔，后压裂－APR测试联作管柱试气工艺，确定该段储层流体性质及产能；取全取准储层段的相关资料，验证岩电关系。

本次测试采用压裂－APR测试联作试气工艺（见图2），测试工作制度一开一关，总测试时间645.0h。施工过程包括坐封、替液、加砂压裂、放喷排液、连续油管注氮气举、放喷求产、地面关井、井下关井、循环压井及解封起钻等。根据现场资料和电子压力计数据对本次测试进行工艺评价，取得了产能、温度和压力特征的资料，达到了储层认识和测试目的。现场应用证明液压开井阀在井下开关可靠，替液顺利。