不丟手帶壓更換氣井主控閥門技術改進與應用

王 璐，付國維，惠寶平，陳 鵬，徐小建，樊自有

（中國石油長慶油田分公司第三采氣廠，陜西 西安 710018）

在蘇里格氣田大規(guī)模發(fā)展的同時，眾多氣井的采氣樹主控閥門由于地層礦物水腐蝕、砂等雜質磨損及環(huán)境人為因素的綜合影響，出現(xiàn)主控閥門（1#、2#、3#閘閥）損壞。問題有開關不到位、閥體滲漏、密封件滲漏、部件銹蝕損壞等情況。這不但給管理操作造成極大的困難，而且是形成火災和大氣污染的隱患，嚴重的會造成氣井失控[1]。

采氣樹主控閥門作為氣井最關鍵的屏障，檢修及維修極不易，也不能采用控制其他閥門來實施更換，只能采取特殊的方法進行更換。常規(guī)主要通過壓井方法進行更換，但存在動用的設備多、使用的人員多、工期長、費用高，并對產層可能產生二次傷害，甚至將井壓死等風險[2]。

為節(jié)約成本和保護氣層，徹底解決氣井采氣樹主控閥門故障問題，蘇里格氣田采用帶壓更換采氣樹主控閥門技術。通過對S-A、S-C 等氣井累計成功更換井口主控閥門25 只，該技術做到堵塞工具不丟手，操作簡單，高效可靠。

1 不丟手帶壓更換井口主控閥門原理

1.1 技術要求

成功更換采氣樹主控閥門最關鍵的技術要求在于：保證主控閥門處的壓力與大氣壓保持平衡，在作業(yè)過程中隔絕井筒內壓力不到達閥門處。

不丟手帶壓更換井口主控閥門技術則依靠支架（框架）結構支撐液壓缸活塞桿帶動堵塞器克服井底壓力到達封隔位置并座封，確保主控閥門處壓力與大氣壓達到平衡[3]。

1.2 工藝原理

帶壓更換采氣樹主控閥門工藝原理為：利用液壓系統(tǒng)中的液壓將液缸活塞及傳送桿以液壓傳動的方式，將堵塞器送到油管大四通轉換法蘭通道內孔或側孔通道內；工具到達預定座封位置后，利用機械錐度絲桿或液壓錐度桿或活塞桿使膠筒被壓縮，使膠筒周向膨脹，從而達到切斷流體通道的目的；然后泄除堵塞器以外的壓力，用缺口法蘭（不丟手）固定堵塞器，拆除舊閥門，安裝新閥門；最后取出工具，完成井口主控閥門更換。

1.3 堵塞器的種類（表1）

表1 更換井口主控閥門對比表

1.3.1 機械式堵塞器 堵塞器膠筒利用穿入膠筒內錐度絲桿的機械活動使膠筒周向膨脹來封堵環(huán)空空間，靠錐度絲桿來固定膠筒狀態(tài)。適用井底壓力小且壓力波動小的采氣井口帶壓更換[4]。

1.3.2 液壓式堵塞器 堵塞器膠筒利用穿入膠筒內錐度桿的液壓活動使膠筒周向膨脹來封堵環(huán)空空間，靠錐度桿來固定膠筒狀態(tài)。適用井底壓力較大且壓力波動小的采氣井口帶壓更換。

1.3.3 活塞式堵塞器 利用液壓讓堵塞器活塞和膠筒帶壓保持原始狀態(tài)，保證在井內壓力情況下活塞和膠筒不被壓縮；再通過液壓系統(tǒng)中的液壓將液缸活塞及傳送桿以液壓傳動的方式，把液壓堵塞器送到油管四通轉換法蘭通道內孔或側孔通道內；工具到達預定座封位置后，泄除堵塞器的壓力，利用井內壓力的推力，讓活塞和膠筒被壓縮，使膠筒周向膨脹，從而達到切斷流體通道的目的；然后泄除堵塞器以外的壓力，用缺口法蘭（不丟手）固定堵塞器，拆除舊閥門，安裝新閥門；最后取出工具，完成井口主控閥門的更換。適用井底壓力大且壓力波動大的采氣井口帶壓更換。

2 技術改進及現(xiàn)場應用效果

2.1 工藝技術與堵塞工具的改進

傳統(tǒng)不丟手帶壓換閥工藝面臨著泄壓后堵塞器受壓時間長、封堵承壓能力有限等問題。經過技術升級、流程改進后，原有技術風險大大降低。一是增加預堵塞環(huán)節(jié)，測試閥門絲扣連接緊密度和承壓能力，同時測試同批次堵塞器的密封膠筒密封性。同時采用已申請專利的液壓控制臺及平衡移動裝置，整體承壓等級達到70 MPa，完全滿足蘇里格氣田實際需求。二是采用的專利膠筒密封堵塞器和節(jié)流器、膠芯封隔器等設備密封原理相似，底部壓力越大，膠筒受力變形越大，密封性越好。在閥門更換過程中，膠筒密封堵塞器能夠有效支撐作業(yè)過程的密封緊固要求；在更換2/3#主控閥門時，還可以結合大四通預留維修螺紋依靠螺紋連接進一步加強安全性能。

利用活塞式堵塞器與以往機械丟手式換閥門相比：（1）從施工流程上增設了月牙法蘭，有效頂住堵塞器；從安全上，進一步減少堵塞器因密封不嚴可能存在的安全隱患[5]。（2）新改進的堵塞器利用井底壓力推動活塞使膠筒座封，相對于以往機械式座封模式更安全穩(wěn)定，井底壓力越高座封越嚴，且不受震動影響。

2.2 現(xiàn)場作業(yè)過程—S-A 井

S-A 井于2012年6月16日投產，采氣井口為KQ65-70 型下懸掛抗硫采氣井口，油/套壓6.5 MPa/6.2 MPa，采氣樹1#2#3#主控閥門內漏。施工時間為2021年9月27日，利用不丟手帶壓更換主控閥門技術依次更換井口1#2#3#主控閥門。其施工步驟如下：

（1）預堵塞：通過液壓泵向堵塞器施加大于井底的液壓壓力，將控制閘閥（1#2#3#閥）完全打開，注入液壓油推動活塞桿運動，帶動堵塞器至油管法蘭蓋孔位置，堵塞器膠筒在井內天然氣壓力的作用下脹開，密封住油管，連接固定月牙法蘭至井口，將堵塞器固定在對應的井口連接螺栓上，打開高壓截止閥，卸掉裝置內氣體，壓力0 MPa，保持30 min，證明堵塞器封堵成功。

（2）連接裝置：將更換閘閥裝置與控制閘閥上法蘭連接，連接過程中，連接筒上的放噴閥開關應處于全開狀態(tài)，以泄掉內漏氣體，螺栓連接好后，關閉放噴閥開關。

（3）下堵塞器：用液壓將堵塞器下至油管法蘭蓋設計位置，卸掉堵塞器內活塞上部的液壓壓力，堵塞器膠皮在井內天然氣壓力的作用下脹開，密封住天然氣通道。

（4）測試封堵效果：打開裝置上的高壓截止閥，卸掉裝置內的氣體，用壓力表檢驗封堵效果，若壓力表保持0 MPa，并能夠保持30 min，則堵塞器封堵成功。

（5）拆卸被更換閥門：將堵塞器用月牙法蘭盤固定，卸掉被更換閘閥與大四通之間的連接螺栓，然后，用液壓將被更換閘閥、控制閘閥向上（向左，向右）移動，移動一定距離后將卡盤梁卡在堵塞器的環(huán)形槽內，卡盤梁通過固定螺母與支架梁固定在一起，旋轉活塞桿，并由接頭處卸開，再用液壓將活塞桿上部提升至高壓短節(jié)內，將需更換的閘閥由控制閘閥處卸掉。

（6）更換閥門：將新更換的閘閥連接至控制閘閥下部，重新將活塞桿與堵塞器相連，卸去月牙法蘭。用液壓將高壓短節(jié)和新閘閥下行至大四通側面或油管法蘭蓋上部，連接好螺栓，將堵塞器膠皮收縮，并提出堵塞器。

（7）完全關閉新閘閥，打開截止閥，將裝置內的天然氣泄掉，直至壓力為0 MPa，并保持15 min，證明新?lián)Q閘閥密封良好；則可卸下更換閘閥裝置系統(tǒng)，恢復井口流程。

2.3 現(xiàn)場效果分析評價

不丟手帶壓更換主控閥門技術升級后（表2），保證了整個液壓座封過程壓力受控，既能升壓穩(wěn)定推進堵塞器就位密封，又能緩慢降壓退出液壓桿解鎖，換閥后平穩(wěn)摘取取出堵塞器[6]。對比原有的機械式封堵，壓力可控，試壓可視，井口升壓后仍能穩(wěn)定封堵，給整個作業(yè)過程提供了安全保障。

表2 更換井口主控閥門技術對比表

截至目前，已經利用不丟手帶壓更換閥門技術對17 口氣井作業(yè)，累計更換井口主控閥門25 個，增產氣量8.5×104m3。

3 認識與結論

（1）不丟手帶壓換閥施工周期短，成本較低，僅為傳統(tǒng)壓井更換閥門費用的二分之一，具有顯著的經濟效益。

（2）不丟手帶壓換閥作業(yè)過程中無需入井液、無氣體和壓井液排放，井筒無遺留，有效避免儲層污染和傷害。

（3）通過技術升級，不丟手帶壓換閥工藝改用活塞式暫堵器，適用壓力范圍擴大，降低了舊工藝風險。

（4）現(xiàn)場應用證明，不丟手帶壓更換井口主控閥門技術高效可靠，為氣井井口隱患治理提供了一條新的思路。