不丢手带压更换三高气井井口主控阀优化技术

1.目的

气井井口装置阀门在气井处于高压高温高产并且产出流体含CO2、H2S等介质的工况下，被腐蚀、冲蚀的风险将会加剧，特别是1、2、3号主控阀一旦失效还将危害气井的本质安全。四川盆地川中龙王庙组、龙岗礁滩气藏在生产过程中发现井口装置部分阀门的阀杆螺母存在腐蚀和断裂的现象，需对井口进行整改以消除安全隐患。不丢手带压更换主控阀技术具有防止压井液对储层的伤害、保证气井的稳产、缩短作业时间、节约施工费用等优点，广泛应用于各大油气田。但是，不丢手带压换阀属于高风险作业，作业过程中一旦出现安全问题可能会带来灾难性后果；尤其是龙王庙、龙岗等气藏的“三高”气井，地层压力大于70 MPa，井口温度最高近100 ℃，最高日产气量超百万立方米，H2S最大含量为30 g/cm3, 对施工工艺、装置设备的安全可靠性、作业风险识别和管控措施提出了更高的要求。

2.方法

为了确保三高气井不丢手带压更换主控阀安全顺利进行，针对井口阀门隐患特性和整改风险，设计了不丢手带压换阀专用装置（图1），优化调整了施工工艺及配套措施，开展了风险识别并制订控制措施，以保障施工过程的安全可靠性。具体流程如下：

图1 不丢手带压换阀专用装置

（1）提高设备安全可靠性。针对龙王庙气藏高压高产含硫气井的大通径井口装置，选择性能优质的抗硫合金材料、采用合适的热处理工艺、选用高精度数控加工设备，设计加工对应的带压换阀设备。根据井工况，对选用的不丢手带压换阀工具主要受力部件传送杆、支撑螺杆、液缸、防喷管进行强度校核，安全系数均大于2.5，满足现场应用要求。

（2）提高部件密封可靠性。所有密封元件均采用优质航空密封件，氢化丁腈橡胶材质增加了抗硫性能，从而确保了密封件适应高压、高产、含硫气井的现场工况。

（3）改进工艺及零部件结构。如图2所示，安装带压换阀设备时，在1号阀的上端保留4号阀作为控制阀，以防1号阀因自身缺陷导致意外情况的发生，加强了风险管控手段（2、3号阀类似）；换1、4号阀时，送进液缸由初期的两侧各一根，变为在两侧各增加了两根辅助液缸，同时换2、3号阀时，送进液缸的缸径由145 mm增加到168 mm、活塞杆直径由39 mm增加至95 mm，增加了零部件的强度和整套设备的稳定性，进一步加强了施工过程的安全可靠性；所有带压换阀零部件进行了集成化安装，提高了设备的安装精度，减少了现场安装时间，提高了施工效率。

图2 不丢手带压更换1号阀

（4）改进配套措施。操作平台由简易脚手架改为固定式操作平台，更加稳定；现场施工过程中在井口设置统一的工具面板，避免工具随意地摆放；现场管线及电线安装于统一的管排盒中，提高施工效率的同时更加安全规范。

（5）逐步确认施工操作。对施工作业过程中可能出现的T型螺母断裂、阀门内漏、防喷管密封失效、天然气泄漏等问题开展风险识别并制订相应控制措施，形成了不丢手带压更换主控阀64步工序逐步确认单，识别出47步工序存在较大风险。操作过程必须进行逐步确认，同时针对堵塞器送进等关键步骤，在设备上设计了限位装置，操作者必须操作正确，否则无法进行下步操作，从而确保整个施工过程的安全可靠性，避免了人为操作失误导致的安全风险。

3.作用和效果

通过对不丢手带压更换主控阀技术的不断优化，目前已安全、高效完成了36口三高气井问题阀门的整改：①最高施工油压48 MPa、套压40 MPa，证实了设备、工艺安全可靠；②解决了龙王庙气藏WOM井口阀门阀杆螺母腐蚀断裂可能导致阀门无法开关的重大安全隐患，确保了气井的安全生产；作业后对产量无影响，累计恢复产能1 700×104m3/d；单井施工周期由传统压井作业所需的15天缩短至6天，利于生产组织；③形成了不丢手带压换阀逐步确认单，对风险进行提示并制订有效控制措施，提高了施工安全系数，确保施工全过程安全受控。