2008年 第36卷 第7期 国外石油机械
石 油 机 械
CH I NA PETROLEU M M ACH I NERY
∀81∀
国外井下安全阀的技术现状
张梦婷 张 勇
1
2
(1 江汉油田分公司采油工艺研究院 2 长庆油田坪北经理部)
摘要 井下安全阀是一种用于防止井喷、保证生产安全的井下工具。系统调研了哈里伯顿、贝克休斯和威德福3家国外大型油田服务公司的井下安全阀技术, 具体介绍了其工作原理、特点、指
标等情况。综合分析结果表明, 哈里伯顿公司的井下安全阀耐压最为突出, 高达137 9MPa , 贝克休斯公司的产品耐温最高, 达到177 。各公司安全阀主密封基本都采用金属 金属密封方式。在选材方面, 低度、中度腐蚀环境中选用9C r 1M o 、13%Cr 等, 高度腐蚀环境选用镍合金I N COLOY 925和I N CONEL 718。从长远发展来看, 必须发展性能可靠、结构简单、智能化的井下安全阀系统。 关键词 井下安全阀 阀板 金属 金属密封 腐蚀环境 井下安全阀是一种防止井喷、保证生产安全的井下工具。在石油开采业中, 进行井下作业时经常出现由于开采设备发生故障等原因造成烃类流体流速增大的情况, 这时就需要及时关闭流体通道, 确保作业安全, 避免发生更大的事故。实际生产中, 通常使用井下安全阀来关闭流体通道, 在井内出现异常情况时实现油管内流体的阻断功能。
世界各国越来越重视环境保护和安全生产, 很多国家对油气井的安全生产都有详细的法律法规, 强调位于人口稠密地区、重要经济区、海洋和内陆水域的、可能发生自喷或外溢的油气井都要安装井下安全阀。目前, 国内海上有自喷能力的油气井都安装有井下安全阀, 陆上油田也越来越多地在油气井中使用安全阀。
哈里伯顿、贝克休斯和威德福3家国外大型油田服务公司都自主研发了各种井下安全阀, 笔者系统调研了各公司的井下安全阀技术, 拟具体介绍其产品的工作原理、特点、指标等情况。
[2]
[1]
的灵活性, 另外还能提供全自动系统装备。安全系统通过了API 14A 和16A 认证。
哈里伯顿公司的井下安全阀采用最先进的CAD /CAM技术, 不断对油田设备技术进行改革和创新, 同时还应用有限元分析和计算流体力学分析等分析工具。设计井下安全阀时, 在可靠性方面, 考虑因素包括密封件、杂质的隔离、材料选择和载荷的要求。主要采用了2种技术: 金属 金属挡板密封; ! 在充分应用弹簧力和柱塞面积的同时, 隔离液流管两端, 以减少杂质的影响。
为了确保产品可靠性, 除了API 标准测试以外, 还参照SI N TEF 的方法建立了扩大性能测试程序, 通过多级测试来验证产品的整体耐用性。例如, 砂浆环境下的扩大试验要在砂浆中快速关闭阀门120次, 而API 标准只要求关闭7次。哈里伯顿公司SP 系列无弹性件井下安全阀具有延长寿命的独特设计, 自1990年在全球应用以来, 至今未出现一例液压故障, 创造了井下安全阀的安全使用记录。
1 特有功能设计
(1) 等高线阀板设计 哈里伯顿公司借助其在球阀技术上的经验, 将球阀上的球形密封应用到阀板外形上, 设计出了等高线阀板(见图1) 。等高线阀板保留了球阀闭合时球形金属 金属密封的可靠性, 同时结合了阀板的操作便利性。球形密封的接合面在组装时经过打磨, 承压面积更大, 并且在关闭时更易保持居中。球形密封的宽度增加还使得上下阀板表面等高, 从而可以减小外径或增大内
哈里伯顿公司
哈里伯顿公司的井下安全阀系统在油井安全系统中既可用作总的控制系统, 又可作为其中一部分使用。该公司拥有全系列的地面控制油管可取式安全阀和钢丝可取式安全阀。哈里伯顿公司的辅助设备, 如地面控制板、引导操作装置、继动阀、易熔塞、应急切断阀等, 为安全系统的设计提供了更大
∀82∀
石 油 机 械2008年 第36卷 第7期
径。阀板采用双铰链和常规扭簧设计, 提高了稳定性和初始闭合力,
从而提高了可靠性。
安全阀能够适用于超高压环境, 其适用安装深度最深, 超过1200m, 并且安装了可选择性临时锁定
或打开装置。
图1 等高线阀板
(2) 临时锁定设计 临时锁定设计是SP 系列安全阀上特有的一种可选功能(见图2) 。它能通过机械方式使阀门保持全开, 使钢丝作业可以在安全阀以下进行。临时锁定套由内径光滑的单片滑套构成。滑套内部没有台肩, 钢丝通过打开的阀门时比较安全。当钢丝工具通过阀门起出时, 滑套外部有一个止行肩, 它能使作用于滑套上的任意载荷直
接传递到阀门的外体上。
图3 侧孔自平衡设计
贝克休斯公司
贝克休斯石油工具公司拥有井下安全阀全套系列, 包括钢丝可取式安全阀和油管可取式安全阀。
1 安全阀共同特点
贝克休斯石油工具公司首先推出了FV 系列安全阀。随着安全阀设计的优化, 又相继推出了T
TM
系列和se lec T 系列。这三大系列在结构上具有6种共同特点。
(1) 锁紧螺母连接 井下安全阀的危险漏失通道位于控制线和安全阀的连接处。这种锁紧螺母连接是该公司一流的全金属 金属控制线连接器, 适用于该公司所有油管可取式安全阀, 工作压力为68 96M Pa 。如图4所示, 连接器包括1个前金属环和1个后金属环, 以确保连接无漏失, 这对保持阀体和控制线间的可靠连接是至关重要的。锁紧螺母只用于维持机械连接, 前、后金属环起到保持压
TM
图2 临时锁定设计
力密封的作用。
(3) 自平衡设计 侧孔自平衡装置采用1个弹簧推动的硬质合金球, 合金球经过抛光, 并与位于阀座上的球形密封接合面相对应, 液流管启动时, 推动合金球沿径向外行, 打开阀板周围的平衡通道(见图3) 。阀座和弹簧罩之间增大了平衡面积, 并能够防止杂质运行进入金属 金属密封面内。平衡后, 液流管下行打开阀板, 并使液流管停在金属座上, 从而隔绝密封机构的流动通道。
2 安全阀产品
哈里伯顿公司的安全阀产品主要有三大系列:
TM TM
W ellStar 系列、NE 系列和SP 系列。三大系列安全阀产品在压力、温度、安装深度、腐蚀、适用油管、出砂、外平衡、整体平衡式及永久锁定等方面的性能指标非常类似, 不同之处在于SP 系列
T M
图4 锁紧螺母连接
锁紧螺母连接主要特点是:与常规连接相比较, 潜在漏失通道更小; 无需使用特氟龙带; 和接
头锁紧螺母具有相同的扭矩规格。
(2) 备用连通装置 研究表明, 25%的油管可取式安全阀故障是由水力控制线和过油管钢丝插入阀连通装置之间的漏失造成的。贝克休斯石油工
2008年 第36卷 第7期张梦婷等:国外井下安全阀的技术现状
∀83∀
具公司重新设计了备用连通装置, 在阀内不采用剪切套。该装置主要特点:无线性剪切套; 震击作用代替水力作用; 安全阀不添加其他零件。
(3) 楔型阀板和弧形阀板 安全阀有2类阀板:楔型阀板和弧形阀板。楔型阀板利用杠杆作用与流管接触的第1点远离折页处; 弧形阀板允许阀板与阀座衔接前侧面与流管接触, 因此阀座不会受到应力损害。2种阀板都采用了3点接触原理, 减小了开、关时折页销上的应力(接触点离折页越远, 弯曲或剪切折页的力就越低) 。折页选用特殊的高强度合金制成, 独特的折页设计完全消除了其他阀内常见的折页销弯曲故障。2种阀板的主要特点是:安装有耐损耗折页销和扭矩弹簧; 3点接触使折页和折页销上的载荷最小; 猛力关闭时, 是流管而非阀座吸收了冲击力; 双折页设计消除了弯曲。(4) RB T 高级螺纹连接 RB T 高级螺纹连接是两级螺纹连接, 外螺纹是金属 金属密封, 内螺纹带有一个中心定位台肩(见图5) 。该连接的主要特点是:两级设计分配的螺纹载荷更加有效, 强度更高; 具有抑制内、外压力和拉伸载荷的全金属 金属密封设计; 中心定位台肩能够有效防止井下装置滑扣, 精确控制上紧损失, 使密封不受过扭矩破坏, 内、外螺纹不会发生金属 金属干扰密封; 通过了API
功能测试。
TM
TM
阀, 不会干扰常规阀门操作。自平衡阀板主要特点包括:压降发生在远离入口处, 可以避免阀座腐蚀; 液流未经过阀座, 压降不会对金属 金属阀座带来伤害; 将产出液和固体保持在流管内; 柱塞由防腐材料制成; 满足二级防砂装置的要求; 阀开启、关闭时, 平衡孔均受到保护。
2 金属材料选择标准
根据作业环境不同, 使用不同的材料制造安全阀。例如, 作业环境为含少量CO 2, H 2S 和氯化物, 且pH 值、温度等均为安全使用范围时, 可选用9Cr1M o 、13%C r 等材料, 而在高C O 2、高H 2S 以及高氯化物和高温环境下, 可使用镍合金I N COLOY 925和I N CONEL 718。
威德福公司
威德福公司的油管式井下安全阀主要是Op iti m ax 系列, 能够应对灾难性井控问题, 井下累积使用寿命长, 产品有3种压力指标:34、69和103M Pa , 能用于 60 3~177 8mm (2/8~7英寸) 油管, 工作温度高达177 , 在多数井下环境中使用可靠, 并且通过了API 14A 和Q1AS M E SPPE 1认证。
1 安全阀附件
(1) 锁定工具 Op iti m ax 系列锁定工具采用钢丝下入, 用于永久锁定安全阀。该工具可防止提前锁定, 但必须严格按照程序操作。将锁定工具定位并固定到阀内, 循环使阀门处于全开位, 液流管下行进入阀座, 防止阀门重新闭合。
(2) 连通工具 Opiti m ax 系列连通工具用于在安装钢丝可取式插入阀前与油管式井下安全阀连通。可以采用钢丝、电缆或连续油管下入。该工具包括1个锁定装置、电动机、齿轮传动装置、磨铣头和
3
图5 RBT 优质螺纹连接
(5) 永久锁定再开启装置 活动套筒式永久锁定再开启装置会意外启动, 防碍常规阀关闭, 因此没有安装此装置, 而是在必需时使用膨胀套代替, 将其插入阀板, 通过压力控制连通工具实现控制线与油管的连通, 这样钢丝可取式安全阀就可以随控制线下入, 并通过控制线进行操作。该装置主要特点有:内部机械装置设计简单; 不会发生意外启动; 进入阀板空腔之前不会提前释放。
(6) 自平衡阀板 自平衡阀板使开启程序更加简单。关闭圆盘导翼阀, 控制线压力上升至标准开启压力, 平衡装置使阀板上下压力平衡打开安全
电池系统, 通过磨铣井下安全阀的内表面, 建立与油管式安全阀液压系统的连通。这一系统使得Op iti m ax 系列井下安全阀仅有2个潜在的漏失通道。
2 安全阀结构特征
(1) 阀板与阀座 Op iti m ax 系列井下安全阀采用了2种阀板 阀座设计。标准设计采用平面阀板 阀座界面, 周围使用备用软密封, 特别注意阀板铰链的几何设计, 以确保即使在含杂质环境下也能高效密封; 外径较小时(如用于小井眼中) 可采用完全金属 金属密封的等高阀板 阀座界面, 独特的界面几何结构确保了弹出闭合过程中和高压差下的高密封性和稳定性。
∀84∀
石 油 机 械2008年 第36卷 第7期
(2) 液压系统 Op iti m ax 系列的液压系统采用了多种结构设计, 只存在2处潜在的漏失通道∀∀∀活塞密封处和控制线连接处。液压腔有效延长了动密封的寿命; 动密封组件包括高能弹簧热塑性密封件(带有1个加强型氟聚合物二次密封系统); 独特的碳复合支撑件减小了间隙, 也减少了磨损; 碳复合轴承可有效防止动密封磨损。
在Opiti m ax 系列高级型号的安全阀中, 还开发应用了高级的活塞止封系统, 其主密封采用金属 金属方式, 次级密封采用非弹性材料, 在全开和全闭位时能提供静密封。这样可以卸载动密封并延长液压系统的寿命。
(3) 阀体接头设计 Op iti m ax 系列安全阀的阀体连接采用威德福高级螺纹结构(见图6) 。具有强度高、精确定位和应力低的特点。这是一种单步、高齿腹角、双金属密封螺纹, 其强度、密封性和耐弯曲性都极高。单步设计使得在壁厚很小的情况下强度也很高; 高齿腹角能在高张力载荷下减小环向应力; 双金属 金属密封能在高外压和内压下
实现承压密封。
高于控制管线自身的保压能力)
。
图8 控制管线连接
(6) 涂层 对内部零件采用适当的涂层可以减
少摩擦和延长使用寿命。Op iti m ax 系列安全阀采用了改进的特氟龙(聚四氟乙烯) 涂层, 在恶劣井况下能防止化学剂侵蚀和垢物沉积, 确保操作顺利。
结 论
(1) 3家公司中, 哈里伯顿公司的井下安全阀耐压最为突出, 高达137 9M Pa , 贝克休斯公司的产品耐温最高, 达到177 。
(2) 各公司安全阀主密封基本都采用金属 金属密封方式, 因此对部件加工精度要求比较高。
(3) 选材方面, 低度、中度腐蚀环境中选用9Cr1M o 、13%Cr 等, 高度腐蚀环境中选用镍合金I N C OLOY 925和I NCONEL 718。
(4) 从长远发展来看, 必须发展性能可靠、结构简单、智能化的井下安全阀系统。
(5) 国内对井下安全阀的研究处于起步阶段, 相关技术尚未成熟, 国内各研究机构应当借鉴国外公司的先进技术、经验, 加紧研制, 并进行市场开拓和推广。
图6 威德福高级螺纹
参 考 文 献
[1] 胡定清. 井下安全阀:中国,
10-25
[2] 谢梅波, 岳江河 各类井下安全阀系统的特点及安
装设计概述. 中国海上油气(工程), (4) :31-42
1995,
7
CN 2830637Y 2006-
(4) 平衡系统(见图7) Op iti m ax 系列安全阀的自平衡系统采用经现场验证的金属 金属、过阀板平衡技术。该系统提供了一个平衡流道, 防止流体直接从金属 金
属密封界面流过。
第一作者简介:张梦婷, 女, 助理工程师, 生于1982年, 2003年毕业于四川外语学院, 现从事采油工艺研究工作。地址:
图7 平衡系统
(433123) 湖北省潜江市。电话:
co m 。
2008-03-03
(本文编辑 南丽华)
(0728)
6571247。E-ma i:l z m t0215@163.
收稿日期:
(5) 控制管线连接 Op iti m ax 系列安全阀采用双箍异径接头, 插口直接与阀体整体加工成型(见图8) 。双箍设计确保了最大的保压能力(必须
2008年 第36卷 第7期 国外石油机械
石 油 机 械
CH I NA PETROLEU M M ACH I NERY
∀81∀
国外井下安全阀的技术现状
张梦婷 张 勇
1
2
(1 江汉油田分公司采油工艺研究院 2 长庆油田坪北经理部)
摘要 井下安全阀是一种用于防止井喷、保证生产安全的井下工具。系统调研了哈里伯顿、贝克休斯和威德福3家国外大型油田服务公司的井下安全阀技术, 具体介绍了其工作原理、特点、指
标等情况。综合分析结果表明, 哈里伯顿公司的井下安全阀耐压最为突出, 高达137 9MPa , 贝克休斯公司的产品耐温最高, 达到177 。各公司安全阀主密封基本都采用金属 金属密封方式。在选材方面, 低度、中度腐蚀环境中选用9C r 1M o 、13%Cr 等, 高度腐蚀环境选用镍合金I N COLOY 925和I N CONEL 718。从长远发展来看, 必须发展性能可靠、结构简单、智能化的井下安全阀系统。 关键词 井下安全阀 阀板 金属 金属密封 腐蚀环境 井下安全阀是一种防止井喷、保证生产安全的井下工具。在石油开采业中, 进行井下作业时经常出现由于开采设备发生故障等原因造成烃类流体流速增大的情况, 这时就需要及时关闭流体通道, 确保作业安全, 避免发生更大的事故。实际生产中, 通常使用井下安全阀来关闭流体通道, 在井内出现异常情况时实现油管内流体的阻断功能。
世界各国越来越重视环境保护和安全生产, 很多国家对油气井的安全生产都有详细的法律法规, 强调位于人口稠密地区、重要经济区、海洋和内陆水域的、可能发生自喷或外溢的油气井都要安装井下安全阀。目前, 国内海上有自喷能力的油气井都安装有井下安全阀, 陆上油田也越来越多地在油气井中使用安全阀。
哈里伯顿、贝克休斯和威德福3家国外大型油田服务公司都自主研发了各种井下安全阀, 笔者系统调研了各公司的井下安全阀技术, 拟具体介绍其产品的工作原理、特点、指标等情况。
[2]
[1]
的灵活性, 另外还能提供全自动系统装备。安全系统通过了API 14A 和16A 认证。
哈里伯顿公司的井下安全阀采用最先进的CAD /CAM技术, 不断对油田设备技术进行改革和创新, 同时还应用有限元分析和计算流体力学分析等分析工具。设计井下安全阀时, 在可靠性方面, 考虑因素包括密封件、杂质的隔离、材料选择和载荷的要求。主要采用了2种技术: 金属 金属挡板密封; ! 在充分应用弹簧力和柱塞面积的同时, 隔离液流管两端, 以减少杂质的影响。
为了确保产品可靠性, 除了API 标准测试以外, 还参照SI N TEF 的方法建立了扩大性能测试程序, 通过多级测试来验证产品的整体耐用性。例如, 砂浆环境下的扩大试验要在砂浆中快速关闭阀门120次, 而API 标准只要求关闭7次。哈里伯顿公司SP 系列无弹性件井下安全阀具有延长寿命的独特设计, 自1990年在全球应用以来, 至今未出现一例液压故障, 创造了井下安全阀的安全使用记录。
1 特有功能设计
(1) 等高线阀板设计 哈里伯顿公司借助其在球阀技术上的经验, 将球阀上的球形密封应用到阀板外形上, 设计出了等高线阀板(见图1) 。等高线阀板保留了球阀闭合时球形金属 金属密封的可靠性, 同时结合了阀板的操作便利性。球形密封的接合面在组装时经过打磨, 承压面积更大, 并且在关闭时更易保持居中。球形密封的宽度增加还使得上下阀板表面等高, 从而可以减小外径或增大内
哈里伯顿公司
哈里伯顿公司的井下安全阀系统在油井安全系统中既可用作总的控制系统, 又可作为其中一部分使用。该公司拥有全系列的地面控制油管可取式安全阀和钢丝可取式安全阀。哈里伯顿公司的辅助设备, 如地面控制板、引导操作装置、继动阀、易熔塞、应急切断阀等, 为安全系统的设计提供了更大
∀82∀
石 油 机 械2008年 第36卷 第7期
径。阀板采用双铰链和常规扭簧设计, 提高了稳定性和初始闭合力,
从而提高了可靠性。
安全阀能够适用于超高压环境, 其适用安装深度最深, 超过1200m, 并且安装了可选择性临时锁定
或打开装置。
图1 等高线阀板
(2) 临时锁定设计 临时锁定设计是SP 系列安全阀上特有的一种可选功能(见图2) 。它能通过机械方式使阀门保持全开, 使钢丝作业可以在安全阀以下进行。临时锁定套由内径光滑的单片滑套构成。滑套内部没有台肩, 钢丝通过打开的阀门时比较安全。当钢丝工具通过阀门起出时, 滑套外部有一个止行肩, 它能使作用于滑套上的任意载荷直
接传递到阀门的外体上。
图3 侧孔自平衡设计
贝克休斯公司
贝克休斯石油工具公司拥有井下安全阀全套系列, 包括钢丝可取式安全阀和油管可取式安全阀。
1 安全阀共同特点
贝克休斯石油工具公司首先推出了FV 系列安全阀。随着安全阀设计的优化, 又相继推出了T
TM
系列和se lec T 系列。这三大系列在结构上具有6种共同特点。
(1) 锁紧螺母连接 井下安全阀的危险漏失通道位于控制线和安全阀的连接处。这种锁紧螺母连接是该公司一流的全金属 金属控制线连接器, 适用于该公司所有油管可取式安全阀, 工作压力为68 96M Pa 。如图4所示, 连接器包括1个前金属环和1个后金属环, 以确保连接无漏失, 这对保持阀体和控制线间的可靠连接是至关重要的。锁紧螺母只用于维持机械连接, 前、后金属环起到保持压
TM
图2 临时锁定设计
力密封的作用。
(3) 自平衡设计 侧孔自平衡装置采用1个弹簧推动的硬质合金球, 合金球经过抛光, 并与位于阀座上的球形密封接合面相对应, 液流管启动时, 推动合金球沿径向外行, 打开阀板周围的平衡通道(见图3) 。阀座和弹簧罩之间增大了平衡面积, 并能够防止杂质运行进入金属 金属密封面内。平衡后, 液流管下行打开阀板, 并使液流管停在金属座上, 从而隔绝密封机构的流动通道。
2 安全阀产品
哈里伯顿公司的安全阀产品主要有三大系列:
TM TM
W ellStar 系列、NE 系列和SP 系列。三大系列安全阀产品在压力、温度、安装深度、腐蚀、适用油管、出砂、外平衡、整体平衡式及永久锁定等方面的性能指标非常类似, 不同之处在于SP 系列
T M
图4 锁紧螺母连接
锁紧螺母连接主要特点是:与常规连接相比较, 潜在漏失通道更小; 无需使用特氟龙带; 和接
头锁紧螺母具有相同的扭矩规格。
(2) 备用连通装置 研究表明, 25%的油管可取式安全阀故障是由水力控制线和过油管钢丝插入阀连通装置之间的漏失造成的。贝克休斯石油工
2008年 第36卷 第7期张梦婷等:国外井下安全阀的技术现状
∀83∀
具公司重新设计了备用连通装置, 在阀内不采用剪切套。该装置主要特点:无线性剪切套; 震击作用代替水力作用; 安全阀不添加其他零件。
(3) 楔型阀板和弧形阀板 安全阀有2类阀板:楔型阀板和弧形阀板。楔型阀板利用杠杆作用与流管接触的第1点远离折页处; 弧形阀板允许阀板与阀座衔接前侧面与流管接触, 因此阀座不会受到应力损害。2种阀板都采用了3点接触原理, 减小了开、关时折页销上的应力(接触点离折页越远, 弯曲或剪切折页的力就越低) 。折页选用特殊的高强度合金制成, 独特的折页设计完全消除了其他阀内常见的折页销弯曲故障。2种阀板的主要特点是:安装有耐损耗折页销和扭矩弹簧; 3点接触使折页和折页销上的载荷最小; 猛力关闭时, 是流管而非阀座吸收了冲击力; 双折页设计消除了弯曲。(4) RB T 高级螺纹连接 RB T 高级螺纹连接是两级螺纹连接, 外螺纹是金属 金属密封, 内螺纹带有一个中心定位台肩(见图5) 。该连接的主要特点是:两级设计分配的螺纹载荷更加有效, 强度更高; 具有抑制内、外压力和拉伸载荷的全金属 金属密封设计; 中心定位台肩能够有效防止井下装置滑扣, 精确控制上紧损失, 使密封不受过扭矩破坏, 内、外螺纹不会发生金属 金属干扰密封; 通过了API
功能测试。
TM
TM
阀, 不会干扰常规阀门操作。自平衡阀板主要特点包括:压降发生在远离入口处, 可以避免阀座腐蚀; 液流未经过阀座, 压降不会对金属 金属阀座带来伤害; 将产出液和固体保持在流管内; 柱塞由防腐材料制成; 满足二级防砂装置的要求; 阀开启、关闭时, 平衡孔均受到保护。
2 金属材料选择标准
根据作业环境不同, 使用不同的材料制造安全阀。例如, 作业环境为含少量CO 2, H 2S 和氯化物, 且pH 值、温度等均为安全使用范围时, 可选用9Cr1M o 、13%C r 等材料, 而在高C O 2、高H 2S 以及高氯化物和高温环境下, 可使用镍合金I N COLOY 925和I N CONEL 718。
威德福公司
威德福公司的油管式井下安全阀主要是Op iti m ax 系列, 能够应对灾难性井控问题, 井下累积使用寿命长, 产品有3种压力指标:34、69和103M Pa , 能用于 60 3~177 8mm (2/8~7英寸) 油管, 工作温度高达177 , 在多数井下环境中使用可靠, 并且通过了API 14A 和Q1AS M E SPPE 1认证。
1 安全阀附件
(1) 锁定工具 Op iti m ax 系列锁定工具采用钢丝下入, 用于永久锁定安全阀。该工具可防止提前锁定, 但必须严格按照程序操作。将锁定工具定位并固定到阀内, 循环使阀门处于全开位, 液流管下行进入阀座, 防止阀门重新闭合。
(2) 连通工具 Opiti m ax 系列连通工具用于在安装钢丝可取式插入阀前与油管式井下安全阀连通。可以采用钢丝、电缆或连续油管下入。该工具包括1个锁定装置、电动机、齿轮传动装置、磨铣头和
3
图5 RBT 优质螺纹连接
(5) 永久锁定再开启装置 活动套筒式永久锁定再开启装置会意外启动, 防碍常规阀关闭, 因此没有安装此装置, 而是在必需时使用膨胀套代替, 将其插入阀板, 通过压力控制连通工具实现控制线与油管的连通, 这样钢丝可取式安全阀就可以随控制线下入, 并通过控制线进行操作。该装置主要特点有:内部机械装置设计简单; 不会发生意外启动; 进入阀板空腔之前不会提前释放。
(6) 自平衡阀板 自平衡阀板使开启程序更加简单。关闭圆盘导翼阀, 控制线压力上升至标准开启压力, 平衡装置使阀板上下压力平衡打开安全
电池系统, 通过磨铣井下安全阀的内表面, 建立与油管式安全阀液压系统的连通。这一系统使得Op iti m ax 系列井下安全阀仅有2个潜在的漏失通道。
2 安全阀结构特征
(1) 阀板与阀座 Op iti m ax 系列井下安全阀采用了2种阀板 阀座设计。标准设计采用平面阀板 阀座界面, 周围使用备用软密封, 特别注意阀板铰链的几何设计, 以确保即使在含杂质环境下也能高效密封; 外径较小时(如用于小井眼中) 可采用完全金属 金属密封的等高阀板 阀座界面, 独特的界面几何结构确保了弹出闭合过程中和高压差下的高密封性和稳定性。
∀84∀
石 油 机 械2008年 第36卷 第7期
(2) 液压系统 Op iti m ax 系列的液压系统采用了多种结构设计, 只存在2处潜在的漏失通道∀∀∀活塞密封处和控制线连接处。液压腔有效延长了动密封的寿命; 动密封组件包括高能弹簧热塑性密封件(带有1个加强型氟聚合物二次密封系统); 独特的碳复合支撑件减小了间隙, 也减少了磨损; 碳复合轴承可有效防止动密封磨损。
在Opiti m ax 系列高级型号的安全阀中, 还开发应用了高级的活塞止封系统, 其主密封采用金属 金属方式, 次级密封采用非弹性材料, 在全开和全闭位时能提供静密封。这样可以卸载动密封并延长液压系统的寿命。
(3) 阀体接头设计 Op iti m ax 系列安全阀的阀体连接采用威德福高级螺纹结构(见图6) 。具有强度高、精确定位和应力低的特点。这是一种单步、高齿腹角、双金属密封螺纹, 其强度、密封性和耐弯曲性都极高。单步设计使得在壁厚很小的情况下强度也很高; 高齿腹角能在高张力载荷下减小环向应力; 双金属 金属密封能在高外压和内压下
实现承压密封。
高于控制管线自身的保压能力)
。
图8 控制管线连接
(6) 涂层 对内部零件采用适当的涂层可以减
少摩擦和延长使用寿命。Op iti m ax 系列安全阀采用了改进的特氟龙(聚四氟乙烯) 涂层, 在恶劣井况下能防止化学剂侵蚀和垢物沉积, 确保操作顺利。
结 论
(1) 3家公司中, 哈里伯顿公司的井下安全阀耐压最为突出, 高达137 9M Pa , 贝克休斯公司的产品耐温最高, 达到177 。
(2) 各公司安全阀主密封基本都采用金属 金属密封方式, 因此对部件加工精度要求比较高。
(3) 选材方面, 低度、中度腐蚀环境中选用9Cr1M o 、13%Cr 等, 高度腐蚀环境中选用镍合金I N C OLOY 925和I NCONEL 718。
(4) 从长远发展来看, 必须发展性能可靠、结构简单、智能化的井下安全阀系统。
(5) 国内对井下安全阀的研究处于起步阶段, 相关技术尚未成熟, 国内各研究机构应当借鉴国外公司的先进技术、经验, 加紧研制, 并进行市场开拓和推广。
图6 威德福高级螺纹
参 考 文 献
[1] 胡定清. 井下安全阀:中国,
10-25
[2] 谢梅波, 岳江河 各类井下安全阀系统的特点及安
装设计概述. 中国海上油气(工程), (4) :31-42
1995,
7
CN 2830637Y 2006-
(4) 平衡系统(见图7) Op iti m ax 系列安全阀的自平衡系统采用经现场验证的金属 金属、过阀板平衡技术。该系统提供了一个平衡流道, 防止流体直接从金属 金
属密封界面流过。
第一作者简介:张梦婷, 女, 助理工程师, 生于1982年, 2003年毕业于四川外语学院, 现从事采油工艺研究工作。地址:
图7 平衡系统
(433123) 湖北省潜江市。电话:
co m 。
2008-03-03
(本文编辑 南丽华)
(0728)
6571247。E-ma i:l z m t0215@163.
收稿日期:
(5) 控制管线连接 Op iti m ax 系列安全阀采用双箍异径接头, 插口直接与阀体整体加工成型(见图8) 。双箍设计确保了最大的保压能力(必须