井口装置在设计审查中的常见问题分析

2020-03-02

技术与市场 2020年1期

(重庆新泰机械有限责任公司，重庆402160)

0 引言

金属阀门是井口装置及采油树设备中的重要组成元件。在石油开采过程中，由于采油环境不同、油井压力不同等因素，井口在装置及采油树设备的阀门设置也会变化。最多设置为15个，最少则设置为3个。而节流井管汇系统是油井压力控制的关键设备。在油井开采的过程中，井口装置及采油树故障、节流井管汇系统问题很大程度上影响了开采施工进度。所以对于这3个设备的相关问题进行设计和审查相当重要。

1 井口装置在设计审查中的常见问题

1.1 井口装置和采油树设计审查中的问题

井口装置和采油树设备是油井井口位置上非常重要的采油装置。对于油气通路起着密封、接通、截断等作用，并且还具有调节流量和压力的功能。井口装置和采油树及其金属阀门的设计审查工作中经常出现以下问题。

1.1.1 金属阀体或壳体壁厚设计计算不完整

对于阀体本身或壳体壁厚的计算通常使用4种方法，其一是《ASME锅炉和压力容器规范》中所提到的设计方法[1]；其二是Von Mises变形理论方法；第三种是ASME锅炉和压力容器实验分析方法；最后是通过静水压实验来确定工作压力设计鉴定的方法。在4种计算壁厚的方法中，后2种方法是在设计审查中比较常用的方法，但是在生产企业对采油树阀门的阀体进行厚度计算时，经常错用计算方法的计量标准，而在净水压力试验中，对水压强度也缺乏合理的控制，这就导致厚度计算不准确现象发生。

1.1.2 油管头四通设计不合理

在对井口装置以及采油树的油管头四通设计审查中，一般会使用2种审查方式，一种是主题承受静水压力控制，另外一种是本体与悬挂器之间在静水密封压力中的测试。而在油管头四通设计审查计算中，很多企业对于实验工况不是非常明确，没有按照实际工况进行计算，造成设计审查问题。

1.1.3 焊接工艺评定项目不全

井口装置和采油树的阀门焊接工艺是井口装置设计审查工作中的重要内容，而在井口和采油树阀门、控压件焊接中,一般要包括承压件坡口焊接、阀板以及阀座密封表面堆焊、垫环槽堆焊和承压件内部表面堆焊。这些焊接工艺都要进行严格的审查，以免引发设备故障，但是在实际的审查过程中，生产企业对于焊接工艺的设计校验没有科学的方法，验证后的样本保存也缺乏有效的措施，影响设计审查工作效率。

1.1.4 井口装置采油树热处理工艺不标准

井口装置和采油树的部分装置材料要经过热处理工艺加工，而在材料热处理工艺的设计审查中出现了问题。首先，在进行材料热处理工艺的审查中，审查材料的取样位置不符合标准，审查的科学性受到影响；其次，热处理材料的审查类型没有细致划分，材料类别不同、材料厚度不同以及材料规格不同都要有不同的审查评定标准，否则材料热处理工艺的审查将会混乱。

1.1.5 酸性环境的材料选择不达标

在采油树材料的审查设计过程中，材料在酸性环境的分压没有达到标准，也没有在不同分压环境下进行材料选择，很多材料生产标牌上没有标注相关的质量标准。

1.2 节流井管汇常见问题

节流井管汇系统是油井开采中控制压力的重要设备，节流井管汇系统能够有效控制井涌现象，在井口装置的设计审查中，节流井管汇系统的审查工作也非常重要，出现问题一般有以下几个方面：首先是节流压管汇设备的磨损问题，节流压管汇在工作过程中，液体流动速度超过一定标准之后，对节流管汇的冲击力度也就随之增强，对节流管汇的冲击面积也会增加；而在节流井管汇长时间工作时，就会对系统的相关硬件装置造成磨损问题，影响系统良好运行。

2 井口装置设计审查问题的解决办法

2.1 井口装置和采油树审查问题解决办法

2.1.1 壁厚设计要符合2个标准

壁厚设计计算不完整，是井口装置审查环节中的重要问题，而要想解决阀体的壁厚设计问题，就要规范审查标准，严格把控审查过程方法的有效实施[2]。静水压力测试是计算阀体壁厚设计的主要方法，在静水强度压力测试中计算结果要分别满足2个公式；St=5/6Sy和Sm=2/3Sy。其中St为静水压最大应力轻度，Sy为材料最小强度，Sm为额定压力的应力强度。厚壁计算结果要满足这2个公式才算符合审查标准。

2.1.2 计算油管头四通的实际工况

油管头四通的材料壁厚计算不合实际工况会给审查工作带来问题。所以，在油管头四通的计算过程中，要满足不同的工况。第一种工况，是在油管头四通静水压力测量中，要采用St=5/6Sy的计算标准，保证油管头四通的壁厚计算符合公式；第二种工况是在额定工作压力下，计算油管头悬挂器与四通内径的应力强度，再计算油管头四通锥形支撑台面的应力轻度，并通过2种计算结果算出壁厚。

2.1.3 焊接评定项目要按照要求进行

焊接过程包括承压件坡口焊接、阀板和阀座密封面焊接以及承压件内部表面焊接。而在进行焊接审查过程中，要按照以下标准：①在进行承压件坡口审查过程中，要进行表面质量检查、渗透性检查、硬度测试、拉伸弯曲测试以及冲击测试等，这些测试都符合标准承压件坡口焊接才算良好。②阀门和阀座封面焊接要包括表面质量检测、硬度监测、侵蚀监测以及堆焊监测等，满足各项要求后审查工作完成。③承压件内表面审查评定中，要进行表面质量、硬度测试以及弯曲测试等实验，各项测试要按照制造商规定方法进行。

2.1.4 热处理工艺审查评定

材料热处理工艺审查评定要遵守以下评定内容和流程:①对热处理材料OTC的几何尺寸和锻造比进行确认，热处理材料审查样本可以使材料废弃零部件或者生产剩品。②对材料热处理工艺的进行过程严格监控和记录。③对热处理材料OTC进行截取，截取出拉伸样本以及冲击样本。④对于OTC截取样本进行拉伸测试和冲击测试。⑤在热处理工艺完成后要进行材料硬度试验，一般可以采用洛式硬度测试或者布式硬度测试。⑥要进行不同材料和不同厚度材料热处理审查，保证审查结果的科学性。

2.1.5 按照标准要求选择材料标志

首先，要确定材料选择的标准，要根据生产现场条件和腐蚀程度选择材料。酸性环境材料标志要包括H2S分压值和CO2分压值[3]。其次，审查产品标牌，产品标牌上一定不要出现与产品规格质量不相符的参数，例如某些产品并不具备PR2性能但是却进行标注，影响产品审查以及使用。最后，靠近连接装置的产品标牌是上应该有3个标志，例如额定压力、垫环型号以及标志。