胜利油田海上双防采油树设计与安装

耿涛 中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司海洋采油厂

胜利油田海上双防采油树设计与安装

耿涛 中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司海洋采油厂

胜利油田海上桩海10区块流体中硫化氢和二氧化碳含量较高，地面配套的采油树井口必须采用防硫化氢、防二氧化碳的双防材质。设计要求油管头、采油气树本体均采用410不锈钢材质，主密封为全金属密封，完井时使用的悬挂器采用全金属密封、至少满足3个液控管线整体穿越孔，井口压力等级70 MPa，温度级别PU，执行API 6A设计标准制造。

双防；采油树；设计；安装；使用

干燥的硫化氢对金属材料无腐蚀破坏作用，硫化氢只有溶解在水中才具有腐蚀性。根据美国腐蚀工程师协会（NACE）《MR0175油田设备抗硫化物应力开裂金属材料》标准，气体总压≥0.4 MPa，并且硫化氢分压≥0.000 3 MPa的单相气体称为酸性气体系统；气相总压≥1.8 MPa，且硫化氢分压≥0.000 3 MPa、气相压力≤1.8 MPa，硫化氢分压≥0.07 MPa，或气相硫化氢含量超过15%，以上三个条件满足其中之一的多相系统称为酸性多相系统，是湿硫化氢环境。胜利油田海上桩海10区块的桩海102探井，试采发现该井产出气含硫化氢，取样分析硫化氢含量高达1 555.8 mg/L，二氧化碳含量6.52%，均超过腐蚀界限。根据NACE对分压计算的定义，按照桩海102井的气体成分和分压，桩海10区块气相总压为饱和压力，即28.9 MPa＞1.8 MPa，且硫化氢分压为饱和压力与硫化氢含量之积=（28.9×1 555.8×10-6）=0.045 MPa＞0.000 3 MPa，即属于湿硫化氢环境，必须考虑防硫化氢腐蚀问题。对于二氧化碳腐蚀问题，依据《含硫油气田安全钻井法（SY5087—93）》，如果二氧化碳的分压大于0.21 MPa，需采取防腐措施。虽然该区块的二氧化碳分压低于0.21 MPa，但是起出的生产油管存在明显的点蚀现象，因此采油树设计也需要考虑防二氧化碳腐蚀问题。根据该区块油气开采需求，对设计要求采油气树本体采用4 130不锈钢材质，主密封为全金属密封，完井时使用的悬挂器采用全金属密封、带2～3个液控管线整体穿越孔，井口压力等级70 MPa（10 000 psi），温度级别PU（-29～121℃），执行API 6A设计标准制造。

1 双防采油树设计

1.1 主要的技术指标

设计工作压力69 MPa，采油树主通径65 mm，旁通径65 mm，工作介质为天然气(含二氧化碳)、石油，工作温度-29～121℃，规范级别PSL3G，材料级别FF，强度试压105 MPa（22 000 psi），密封试压69 MPa（15 000 psi），联接型式为法兰联接。胜利海上双防采油树选择使用410不锈钢材质，是按照美国ASTM标准生产的不锈钢牌号，相当于国内的21Cr13不锈钢材。含碳0.01%，含铬0.13%，具有良好的耐蚀性、机械加工性。主要化学成分：C≤0.15%，Si≤1.00%，Mn≤1.00%，P≤0.035%，S≤0.03%，Cr=11.50%～13.50%。主要用途：本井口装置是按照API 6A设计制造的，安装在套管头的上面，其作用是密封套管与油管之间的环空，控制井口的压力，调节油（气）井的流量，把油（气）流输送到输油管线中去。

1.2 结构特点和工作原理

1.2.1 总体结构

双防采油树主要由油管头四通、悬挂器、上法兰、小四通、阀门、节流阀、截止阀、联结法兰、压力表等组成，阀门与各组件之间采用法兰连接，提高了紧固件之间的联接强度，增加了钢圈密封的可靠性。

1.2.2 主要部件的结构特点和工作原理

（2）压力表截止阀。压力表截止阀主要用来控制和保护压力表的，也作安装和调换压力表用。需要测油压和套压时，可先将泄压螺钉旋紧，然后打开小手轮，工作介质便进入压力表，从而测出压力，将小手轮关闭，松开泄压螺钉，放掉压力表和截止阀之间高压介质，便可使压力表处于休息状态。如需更换压力表，只需将手轮关闭，松开泄压螺钉，防去余压即可更换压力表，连接螺纹为的NPT接头。

（3）固定式节流阀。固定式节流阀根据需要可以更换油嘴的大小，从而控制气体的流量和压力，连接法兰为

（4）液动安全阀。胜利油田自主设计的液动安全阀是根据国外先进技术进行设计研发的，与以往的安全阀相比具有如下优点：①定位准确，开关动作快捷；②阀杆和活塞的密封件采用进口密封件，耐腐蚀能力强，使用寿命长；③行程的调节简单、方便。

（6）悬挂器。悬挂器采用金属与非金属材料二次密封的结构，它上端为EU扣，下端为EU扣，带有BIW电缆穿越孔和4个NPT液控管线穿越孔。

2 双防采油树安装

（1）油管头的安装。安装油管头四通前，先安装变径法兰，安装时将钢圈槽和钢圈擦拭干净，变径法兰和油管头垂直起吊，对称上紧连接螺栓。

（2）安装采油树。采油树由平板阀、节流阀、小四通、仪表法兰、截止阀及螺纹法兰等组成，出厂时已经全部按API标准进行安装试验，试验压力为10 000 psi。安装采油树时首先要平稳吊起采油树，对中油管挂颈部，缓慢坐入到油管头法兰面上（要特别注意不能损坏连接钢圈），对称上紧连接螺栓。

（3）使用注意事项。使用时需注意以下几点：①组装前，对产品零部件数量、外观等进行检查，然后进行安装；②组装前，一定要把钢圈及密封槽清洗干净，不得有脏物附着和划伤；③安装时，各紧固件应对称均匀上紧，不得少装或漏装；④井口装置的各手轮方向应一致，压力表表针背对井口；⑤操作阀门时，要使阀门处于全关或全开位置，绝对不允许处于半开半关状态；⑥在安装所用垫环时，均应抹上耐低温黄油，平稳的将法兰连接在一起，不要损坏垫环和垫环槽；⑦定期清洗阀腔，清除污物，使用6个月清洗一次。

（4）常见的故障及排除。超压使用或受压力冲击，关闭截止阀后更换，更换时截止阀关闭后，泄完压换下压力表；阀板和阀座密封不严，拆下阀门维修。阀杆盘根损坏或挤压较松，启动阀门倒密封，进行更换杆密封。

3 结论

胜利油田海上双防采油树已于2013年下半年完成了设计及生产，同时顺利通过了第三方全部性能指标的检测。油田自主设计的双防采油树可以满足桩海10区块含硫化氢、二氧化碳油气井开采需要，为了确保海上安全井控，双防采油树的主通道和生产两翼均采取了双控制通道，其中采油树主通道有总闸门和液动安全阀两道控制，可实现手动关井和远程液控关井。生产两翼采用2个闸阀实现双控制，手动控制开关。

（栏目主持张秀丽）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.2.029