高壓帶壓密封技術(shù)在石油天然氣采輸生產(chǎn)中的應(yīng)用

高壓帶壓密封技術(shù)在石油天然氣采輸生產(chǎn)中的應(yīng)用

一、帶壓密封技術(shù)方面原油長距離輸送過程中，介質(zhì)中獨特的高壓、多相、強腐蝕性容易導(dǎo)致設(shè)備和管道的泄漏。一旦泄漏，輕者造成生產(chǎn)生活環(huán)境污染，還加速設(shè)備泄漏部位的腐蝕，使設(shè)備提前結(jié)束使用壽命；重者引發(fā)中毒、著火、爆炸等事故災(zāi)害。因此，泄漏治理已被中油集團列為重大安全環(huán)保隱患治理，著力實施。帶壓密封技術(shù)是在壓力容器、壓力管道發(fā)生介質(zhì)泄漏事故的情況下，迅速在泄漏缺陷部位建立起新的密封結(jié)構(gòu)的維修技術(shù)。由于不停產(chǎn)、不降壓、不降溫保障了流程生產(chǎn)的正常進行，具有很高的實用價值和綜合效益。該項技術(shù)在上個世紀(jì)80年代初從國外引進和研究，經(jīng)石油、石化、冶金、電力等系統(tǒng)多年現(xiàn)場應(yīng)用，已經(jīng)積累了較豐富的實踐經(jīng)驗。二、封閉空腔的形成密封生產(chǎn)裝置中的設(shè)備、管道、閥門等各種部位，因某種原因造成泄漏時，泄漏介質(zhì)處于帶溫、帶壓和向外噴射流動狀態(tài)，人們利用泄漏部位原來的封閉空腔，或者在泄漏部位上建立一個封閉空腔，采用大于介質(zhì)系統(tǒng)內(nèi)壓力的外部推力，將具有塑性、固化性、能耐泄漏介質(zhì)和溫度的密封劑注入并充滿封閉空間，堵塞泄漏空洞和通道，密封劑在一定的條件下，迅速固化，在泄漏部位上建立起一個固定的新的密封結(jié)構(gòu)，消除了介質(zhì)的泄漏。三、帶壓密封技術(shù)的應(yīng)用（一）泄漏壓力和密度監(jiān)測首先對油氣井的基本情況進行調(diào)研，了解井身結(jié)構(gòu)及井內(nèi)油（套）管串；然后詳細了解井口裝置基本情況；對泄漏介質(zhì)的組份分析，明確氣體性質(zhì)和地層水理化性質(zhì)；仔細判斷泄漏部位，觀察泄漏壓力和計算泄漏當(dāng)量。完整、正確的現(xiàn)場勘察資料是帶壓密封技術(shù)成功應(yīng)用的關(guān)鍵。（二）繪制泄漏法蘭的外圓直徑和連接螺栓的最小距離以遂8井井口裝置泄漏為例，其油管頭下法蘭與密封鋼圈之間泄漏，測繪泄漏法蘭的外圓直徑、泄漏法蘭的連接間隙、泄漏法蘭副的錯口量、泄漏法蘭外邊緣到其連接螺栓的最小距離（每個螺栓到法蘭外邊緣的距離可能不一樣）、泄漏法蘭副的寬度、泄漏法蘭連接螺栓的個數(shù)和規(guī)格。（三）更換螺栓的安全性分析檢查法蘭螺栓的完好情況，要求將腐蝕嚴(yán)重的螺栓全部更換。在更換螺栓的過程中，根據(jù)密封結(jié)構(gòu)及其尺寸，計算油管頭墊環(huán)預(yù)緊狀態(tài)載荷和操作狀態(tài)載荷；計算油管頭與采氣樹連接螺栓預(yù)緊狀態(tài)載荷和操作狀態(tài)螺栓載荷；更換螺栓的安全性分析；螺栓扭矩的計算。（四）夾具的結(jié)構(gòu)分析根據(jù)泄漏介質(zhì)的溫度和腐蝕性能選擇夾具的材料。結(jié)構(gòu)設(shè)計。針對現(xiàn)場實際情況和加工、制作、裝配等方面的因素，采用分成2塊的結(jié)構(gòu)形式。力學(xué)分析。選用《鋼制壓力容器》（GB150）所規(guī)定的壁厚強度計算公式，完成夾具厚度的設(shè)計。Pc：設(shè)計壓力；D：夾具內(nèi)徑；[σ]：溫度作用下的許用應(yīng)力；Ф：焊接系數(shù)；C：壁厚附加量。公式中的壓力值，還必須考慮在向密封空腔注入密封劑過程，密封劑在空腔內(nèi)流動、填滿、壓實所產(chǎn)生的擠壓力特殊規(guī)律予以修正。（五）密封劑的選擇以泄漏點的系統(tǒng)溫度和介質(zhì)特性作為選擇密封劑的依據(jù)，遂8井選用TXY-8#填充型密封劑，其性能特點是工藝流動性好，耐介質(zhì)性能廣泛。（六）泄漏氣體夾具的安裝安裝夾具。高溫高壓、易燃易爆及有毒有害物質(zhì)泄漏時，如泄漏比較嚴(yán)重、作業(yè)空間狹小，夾具的安裝是很困難的，操作人員要穿戴好防護用品，站在上風(fēng)方向，必要時要用鼓風(fēng)機或壓縮空氣把泄漏氣體吹向一邊。安裝時要避免機具的激烈敲擊，絕對禁止出現(xiàn)火花。夾具上應(yīng)預(yù)先接好注射接頭，以利于泄漏氣體的排放。密封劑的注入。在注射接頭上安裝高壓注射槍，槍內(nèi)裝上密封劑，把注射槍和手撳油泵連接起來，注射時從遠離泄漏點的地方開始。如果有兩點泄漏，應(yīng)從中間開始，逐步向泄漏點移動，一個注射點注射完畢，立即關(guān)閉該注射點上的閥門，把注射槍移至下一個注射點上，直至泄漏點被消除為止。注射后應(yīng)保持一定的壓力，注射完畢后保持15分鐘，即可完成堵漏。四、應(yīng)在使用中注意的問題（一）密封比壓的確定其安全風(fēng)險主要是原來的螺栓是否受到損壞和螺栓所能承受的注劑壓力是否滿足帶壓密封消除泄漏的密封比壓要求。采取注劑式密封施工前，對所有的螺栓進行更換，并進行密封比壓計算，確定螺栓的擰緊力矩。（二）帶壓密封消除設(shè)備和管道失穩(wěn)和進入臨界壓力的風(fēng)險設(shè)備和管道在外壓的作用下，管器壁內(nèi)將產(chǎn)生環(huán)向壓縮應(yīng)力，當(dāng)外壓增大到某一數(shù)值時，管器壁會逐步變形被壓癟，這個現(xiàn)象稱為設(shè)備和管道的失穩(wěn)。導(dǎo)致失穩(wěn)的外壓，稱為臨界壓力。設(shè)備和管道允許工作外壓（即外壓與內(nèi)壓之差），不能超過或接近臨界壓力。帶壓密封消除設(shè)備管道上的泄漏正是通過注劑壓力（外壓）產(chǎn)生足夠的密封比壓來實現(xiàn)的，其風(fēng)險因素是密封比壓是否超過或接近臨界壓力。設(shè)備管道在未受損，壁厚未見明顯減薄的情況下，對該泄漏部位進行帶壓密封，才能保證安全。（三）泄漏介質(zhì)的泄漏施工操作風(fēng)險因素是由于操作者與泄漏介質(zhì)最近距離的接觸，極易受到泄漏介質(zhì)的各種傷害和由泄漏介質(zhì)引起的各種事故（包括火災(zāi)和爆炸事故、中毒事故等）。針對上述風(fēng)險因素，在施工現(xiàn)場嚴(yán)格執(zhí)行安全操作規(guī)程和安全防護工作。五、該技術(shù)的經(jīng)濟效益和推廣應(yīng)用前景的分析（一）油氣井關(guān)井排放損失對于流程設(shè)備（壓力容器、閥門）及壓力管道出現(xiàn)泄漏，按照常規(guī)工藝，需要停產(chǎn)放空，介質(zhì)置換，更換流程設(shè)備或換管。其放空損失、停產(chǎn)損失、設(shè)備及材料費用、施工費用都較高。如采用帶壓密封施工，可不停產(chǎn)、不降壓、不放空，用有限的施工費用就可以確保安全生產(chǎn)，并減少了因放空停產(chǎn)連鎖反應(yīng)損失。如達臥線、臥渝線帶壓密封施工的費用為數(shù)萬元，而管線放空天然氣量42萬，停輸損失為140萬。對于石油天然氣的高壓系統(tǒng)（采油、氣樹）出現(xiàn)泄漏，按照常規(guī)工藝，需要關(guān)井停產(chǎn)，動用修井設(shè)備壓井更換井口裝置。修井作業(yè)工程量大、對井站設(shè)施需做部分拆除及恢復(fù)、設(shè)備及資金動用大、壓井液對油氣產(chǎn)層會造成一定傷害、壓井液的排放是較大的環(huán)保問題、低壓井復(fù)產(chǎn)困難。如采用帶壓密封施工，可不停產(chǎn)、不降壓，制止泄漏。修井作業(yè)費用一般都在百萬左右，油氣井關(guān)井停產(chǎn)損失從幾萬到百萬不等，而帶壓密封施工費用相比大幅減少。例1、流程設(shè)備及壓力管道帶壓密封經(jīng)濟效益計算：（以臥渝線為例）A、常規(guī)停產(chǎn)放空搶險：施工費15萬，放空損失60×104m3×0.7=42萬，停產(chǎn)損失100×104m3/d×2d×0.7=140萬B、帶壓密封：材料及施工費用10萬(下轉(zhuǎn)76頁)(上接75頁)（二）推廣應(yīng)用前景為油氣田建設(shè)作出更大貢獻。經(jīng)濟效益∑A-∑B=15+42+140-10=187萬例2、采油、氣樹帶壓密封經(jīng)濟效益計算:(以張2井為例)A、常規(guī)停產(chǎn)壓井法:修井作業(yè)70萬,設(shè)施拆除及恢復(fù)費用5萬,停產(chǎn)損失1×104m3/d×30d×0.7=21萬B、帶壓密封:材料及施工費用11萬經(jīng)濟效益∑1-∑2=70+5+21-11=85萬(二)川西大川地區(qū)工業(yè)泄漏的現(xiàn)狀石油天然氣勘探、開發(fā)和輸送過程中,設(shè)備和管道的數(shù)量龐大,例如:一個單井站的承壓系統(tǒng)所用鋼材上百噸,動靜密封點上千個,隨著生產(chǎn)工藝向高壓、高含硫、高速、高溫方向發(fā)展,出現(xiàn)泄漏的機率越來越多,發(fā)生事故的危險越來越大,造成的經(jīng)濟損失也越來越大。隨著能源建設(shè)的步伐加快,四川油氣田的管網(wǎng)已建有各類管線上萬公里,各類站場上千座,出現(xiàn)的工業(yè)泄漏為數(shù)眾多。因此,持續(xù)改進、推廣和應(yīng)用高壓帶壓密封技術(shù)是石油天然氣生產(chǎn)所急需,勢必能為油氣田建設(shè)作出更大貢獻。帶壓密封的新材料、新