防微杜漸—— 找出節(jié)流閥失效受損源
時間：2016-03-22 15:50
來源：
作者:張平
S Y 項目是典型的深井、 高溫、高酸性、高產(chǎn)氣 田項目，開發(fā)方案設(shè)計 采用 22 口井實現(xiàn)年產(chǎn) 100×108m 3 的單井產(chǎn)量目標(biāo)，但投 產(chǎn)以來井口籠套式節(jié)流閥先后多井、 多次失效。研究人員通過分析認(rèn)為 造成失效的原因可能是節(jié)流閥開度 過小、開井時產(chǎn)生水合物所致，或 因不恰當(dāng)開井操作引起。技師通過 總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)，研究出新的操控工 藝技術(shù)，避免同樣問題再次發(fā)生。
節(jié)流閥失效經(jīng)濟(jì)損失大
SY 項目屬于整裝碳酸鹽巖地 層，以單井日產(chǎn) 200×104m 3 為設(shè) 計目標(biāo)，采用雙翼生產(chǎn)，實際生產(chǎn) 井口流動壓力 32.7~43.9MPa，井 口 流 動 溫 度 100~130 ℃， 氯 根 含 量 1~5×10 4 ppm， 兩 翼 合 計 產(chǎn) 氣 100~225×10 4 m 3 /d，地層水 0~65 m 3 /d， 是典型的深井、 高溫、 高酸性、 高產(chǎn)氣田。21 口井 42 支節(jié)流閥共 有 8 井 14 次發(fā)生節(jié)流閥失效，失效 前最短工作時間 52 天，失效前最長 工作時間 199 天，失效前平均工作 時間 88 天，為非正常失效，部分井 伴有節(jié)流閥開度自動增大、校準(zhǔn)頭 自動脫落問題。
SY 項目的 22 口井均采用壓力 級別為 70MPa、主通徑為 4-1/16″ 的 采 氣 樹。4# 主 閥 以 下 采 用 HH-NL 級材料；4# 主閥以上采用 FF級材料；4#閥為地面液動安全閥； 溫度級別為 P-U，規(guī)范級別 PSL- 3G，性能級別為 PR2。井口兩支 節(jié)流閥采用 3-1/16″70MPa 入口 和 X 3-1/16″ 70MPa 出口的 FF 級 CHC2ME 外套式籠套節(jié)流閥，最大 孔徑 2cm，流量特性曲線為等百分 比型。2013 年 8 月 5 日開井投產(chǎn)， 工作 8 日后 SY221 井 N 公司的 FF 級 CHC2ME 籠套式節(jié)流閥左翼閥 門閥籠失效，有明顯坑蝕、未鉆平 衡孔的節(jié)流閥等因素，手動節(jié)流閥 （FF 級）損壞嚴(yán)重，累計損壞 18 只。 鑒于 N 公司的 FF 級 CHC2ME 外套式籠套節(jié)流閥出現(xiàn)的問題，決 定將 21 套井口 42 支節(jié)流閥全部更 換為 M 公司 HH 級 10K 外套式籠 套節(jié)流閥，在 2014 年 6 月陸續(xù)投 入使用后，先后有 14 支出現(xiàn)節(jié)流閥 籠套斷裂、沖蝕、手輪自動回轉(zhuǎn)、 校準(zhǔn)頭脫落等問題，給項目安全、 經(jīng)濟(jì)運(yùn)行帶來極大困難。
節(jié)流閥受損失效原因
SY 項目的 8 口井有 14 支節(jié)流 閥均表現(xiàn)閥籠斷裂，斷裂位置基本 一致，斷口位置主要表現(xiàn)為從碳化 鎢合金閥籠的拐角根部，靠近閥籠 下部小孔的附近；斷口形狀有較為 平坦的，有較為尖銳的，沒有縮徑 現(xiàn)象；外套內(nèi)層的碳化鎢硬質(zhì)合金 底板破損，表現(xiàn)為受高速撞擊破壞； SY221、228 井外套連接螺桿拉斷； 2 口井閥籠斷口整齊，內(nèi)外壁光滑； 多數(shù)斷口呈現(xiàn)一高一低，高邊外壁 有明顯“拉刮”痕跡和“咬痕槽”。 由于缺乏節(jié)流閥失效期間 SCADA 生產(chǎn)資料，如產(chǎn)量、油壓、溫度、 節(jié)流閥下游壓力等數(shù)據(jù)、曲線，給 失效的原因分析帶來了極大難度。
專家技師經(jīng)過分析總結(jié)出節(jié)流閥 失效的幾個方面。材質(zhì)分析方面，閥 籠及外套內(nèi)層材料為硬質(zhì)碳化鎢，粘 接 劑 含 量 為 5%，HRa93.5~94.5，密度 14.94~15.08g/cm 3 ，抗彎強(qiáng)度 2,068MPa， 抗壓強(qiáng)度 6,270MPa， 平均粒度 0.5µ，尚能滿足該氣田地 質(zhì)條件。沖蝕分析方面，外套內(nèi)層 的倒角設(shè)計也有利于減輕沖蝕，外 套采用的625耐蝕合金為韌性材料， 從閥籠、外套內(nèi)層的碳化鎢端面和 表面的水平方向沒有發(fā)現(xiàn)材料流失、 表面被沖刷成凹凸不平的現(xiàn)象，說 明粘結(jié)劑是具有較高強(qiáng)度的粘結(jié)劑。 機(jī)械雜質(zhì)撞擊閥籠引起破損可能性 非 常 小， 完 井 測 試 期 間 全 部 經(jīng) 過 20~32mm 油嘴超過 72 小時放噴， 出口沒有發(fā)現(xiàn)明顯機(jī)械雜質(zhì)。雜質(zhì) 方面，隨著時間的推移損壞情況應(yīng) 逐漸減小，而前期實測基本無機(jī)械 雜質(zhì)。選型不當(dāng)方面，閥門開度過 低，流量系數(shù)、流量特性曲線、噪 聲值是衡量節(jié)流閥選型是否合理的 三個重要指標(biāo)。國際上流量系數(shù)通 常用 Cv 值來表示節(jié)流閥的流通能 力。利用 HYSYS 軟件，模擬井口 節(jié)流閥節(jié)流降壓過程，計算節(jié)流后 溫度均低于 -30℃，個別甚至更低 至 -59℃，可能產(chǎn)生水合物，在超 低溫下也可能極大地影響碳化鎢的 抗拉性能，水合物把外套和閥籠“粘 接”在一起。如果繼續(xù)強(qiáng)制開啟閥 門（拉碳化鎢材料）就可能引起閥 籠或外套內(nèi)層的碳化鎢受到損害， 嚴(yán)重時直接導(dǎo)致斷裂。
高速氣流沖擊和震動引起的損 壞。SY221 井 和 SY228-1 井 外 套 連接螺桿為 718 韌性材料，屈服強(qiáng) 度為125Kpsi， 為一個懸臂梁運(yùn)動， 理論上拉伸方向不應(yīng)有較大阻力存 在，從斷口特征可以看出閥套受到 了橫向沖擊載荷， 可能造成此破壞。 這樣的現(xiàn)象可能同樣是碳化鎢材料 的閥套內(nèi)壁撞擊發(fā)生的。操作因素 方面，關(guān)井外套過度下放、開井操 作扭矩過大，如 SY215 井第 1 次、 SY228 井失效也可能是操作因素 所致。 專家技師總結(jié)出節(jié)流閥失效受 損原因，針對問題提出改良操作工 藝技術(shù)，以求避免事故再次發(fā)生。
專家技師建議，節(jié)流閥開度過小引 起震動破壞、開井時水合物產(chǎn)生后 拉斷碳化鎢閥籠以及不恰當(dāng)?shù)拈_井 沖擊引起的節(jié)流閥失效損壞問題， 應(yīng)將節(jié)流閥選型時根據(jù)單井配產(chǎn)的 最 大、 最 小 和 正 常 生 產(chǎn) 的 產(chǎn) 量、 壓 力、 溫 度 等 計 算 出 合 理 的 Cv 值， 使 得 節(jié) 流 閥 初 期 工 作 開 度 在 60%~70% 的范圍內(nèi)。針對 SY 項 目也可嘗試改用單翼生產(chǎn)以增加開 度，采用單翼生產(chǎn)開度可以提高到 40~50%。開井時，采取防凍保溫 措施，防止天然氣經(jīng)過節(jié)流閥后溫 度驟降形成水合物（尤其在冬季開 井期間）。利用節(jié)流閥調(diào)節(jié)流量時， 要求逐級調(diào)節(jié)，等待產(chǎn)量基本平穩(wěn)、 溫度上升后再調(diào)節(jié)下一級產(chǎn)量，嚴(yán) 格執(zhí)行采油樹開關(guān)井操作程序，特 別是節(jié)流閥不能當(dāng)截止閥使用，開 井時節(jié)流閥不能處于半開狀態(tài)，開 關(guān)井操作扭矩不能過大。通過以上 操作工藝的改進(jìn)，節(jié)流閥失效問題 或?qū)⒂行碌母纳啤?
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