摘要：针对当前海上油井存在部分安全阀液控能力失效的问题，在本研究中针对安全阀板自动关闭之后采用下入安全阀强开工具，但由于安全阀强开工具在下入过程中管柱内径减小，无法进行打捞Y堵、测试等相关环节，将从一定程度上增加开采成本。因此在本研究中提出有必要设计新型安全阀强开工具，且不减小管柱内通径，且不会影响后期的测试，打捞Y堵、测试等环节具有良好的兼容性，能够进一步为海上油田安全阀强开拓展业务，提高油田企业在增产增注技术上的竞争优势。
关键字：安全阀；强开；工艺技术；研究
从目前市场情况来看井下安全阀强开工具在国内相关研究较少，虽然在井下安全阀相关研制比较成功，但仍然没有实现规模化应用，在井下安全阀使用过程中需要采用多种配合工具完成作业，因此有必要针对这种配合工作进行深入分析。
1国内外研究水平
从目前国内外对于安全阀强开工具的研发水平上来看，国内当安全阀故障之后无法顺利打开，通常采用下入安全阀强开工具的方式，这种情况下能够确保油田实现正常生产，等到管柱出现其他故障，再起出原井管柱，再更换安全阀，进一步延长油井的生产时间，减少油井管柱作业次数，节约成本。国内所生产的安全阀强开工具在结构上基本相似，然而在打捞头位置有一定的结构差别，其原理均采用较小内径的管材插入安全阀，从安全阀内部顶开阀板后，利用安全阀内台阶，进而实现定位，而国外公司通过在安全阀液压腔进行打孔，构建液压通道，然后下入内径较小的安全阀装置，能够取得良好的井控效果，然而这种方式成本较高且会破坏安全阀结构，同时下入小直径安全阀之后会减小液流通道，影响油井产量。此外还有将安全阀内壁破坏之后下入特殊工具，进一步推动液压缸向下移动，顶开安全阀板，这种方式虽不减小安全阀内通径，但同样会对安全阀产生破坏，使用成本也是比较高的。基于这种情况，有必要研究一种强开后不会减小管柱内通径的强开工具，在投放强开工具期间仍然能够实现打捞Y堵、测试等相关环节，且不影响油井的正常生产。
2井下安全阀强开工具的相关概述
首先针对井下安全阀工具可将其分为液压连通，强开工具，二级安全阀，管线保护器等共同构成，从井下安全阀工具的使用顺序上来看，当阀板无法正常开启时可能是由于油管内压力较大，此时应当确保油管内加压平衡，目前的安全阀都自带压力平衡机构，可能性较小，如果仍无法打开则需要下入强开工具，利用震击力强制其打开之后再次下入液压连通工具中，将原安全阀的液压通道沟通之后再下入安全阀，延续其原有的安全阀功能。从液压联连通工具来看，在安全阀板阀座密封失效之后，无法将管柱提出并及时进行更换，再加入二次安全阀前需要将原有阀门有控压力，导入二次安全阀，并将其作为开关二次安全阀。
3安全阀强开工具研发背景
近年来，随着海上油田开发技术的深入，部分油水井由于井下安全阀相应的控制管线出现失压问题，导致安全阀的阀板自动关闭，目前做法是下入安全阀强开工具，待检泵作业起出原井管柱时，附带着更换安全阀，但目前使用的安全阀强开工具在下入期间，管柱内通径减小，不能进行捞Y堵、测试等作业，缩短了更换管柱周期，影响油井正常生产，增加了油田开采成本。
通过查询历年的安全阀开启作业记录得知，每年作业量大致为8井次左右，因下入目前的强开工具后不能捞Y堵，缩短了管柱正常生产周期，而更换一次油井管柱产生的作业成本大致为200万元，同时在作业期间油井无法正常生产，影响油井产量，单井开采成本年至少增加250万元，因此开发一种新型安全阀强开工具十分必要。
4新型井下安全阀强开工具
在油气田完成钢丝作业过程中井下安全阀强开工具是由两个部分，即投放辅助工具和卡簧共同构成的，总长为1400mm，整个工具外部是投放辅助工具，最大外径为73mm，最小外径为70mm，辅助投放工具内部安装有卡簧，卡簧自由状态时外径为100mm，当入井时外径压缩至68mm，安装于辅助投放工具内部，可顺利通过井下安全阀，辅助投放工具顶部为快速接头，可与钢丝作业工具串连接。卡簧装入投放辅助工具后，投放辅助工具与钢丝作业工具串通过快速接头连接，钢丝作业工具串加装加重杆、震击器，由钢丝作业设备将工具串下放至安全阀深度，通过投放辅助工具73mm与70mm处变径台阶，坐于安全阀内部台阶上，实现工具串定位，通过钢丝设备带动工具串的震击器上下震击，利用震击力剪断投放辅助工具上的剪切销钉，从而释放安装于投放辅助工具中的卡簧，卡簧利用自身弹力，扩大外径，从而支撑安全阀阀板，使其保持常开状态不能关闭。剪切销钉释放完卡簧后，上提钢丝作业工具串，作业完成。目前安全阀液压筒壁厚是4mm，因而卡簧壁厚不得大于4mm，通过卡簧壁厚填充安全阀液压筒壁厚空间，不占用安全阀内通径空间，所以卡簧顶开安全阀阀板后不会减小安全阀内通径。
此套工具的核心部件是卡簧，由于压缩比较大，所以对卡簧的结构与力学性能要求较高，本方案卡簧设计成圆筒状结构，表面开有齿状槽，筒长80mm，材质选用60Si2Mn，结构示意展开图如下：
对卡簧进行力学模拟计算，可构筑下列模型：
由上式可看出，卡簧厚度取0.7mm时，能够满足本方案的形变要求，实际应用中可根据需要，将若干片卡簧叠加使用，以满足卡簧外张弹力的需求。
在现场使用过程中，对某油田作业井进行现场施工时采用新型研制的安全阀强开工具获得良好效果，通过上述我们可以发现采用新型的安全阀强开工具操作比较便捷性，较高的安全性而且开启便捷。采用该装置之后可解决井下安全阀失效，下入普通强开工具后安全阀内通径减小的问题，确保油水井作业正常施工，能够为企业获取良好的环境效益和经济效益。
小结
总之在本研究中研制了新型安全阀相关工具，在不减小安全阀案内通径的过程中，相比现有的安全阀强开工具来说内通径不变，不会影响管柱的正常作业，能够显著提升作业效率，真正实现降本增效的效果。
参考文献
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论文作者:张伦玮,李孟超,郗文博,姜雨省,黎崇昌,李登
论文发表刊物:《基层建设》2019年第26期
论文发表时间:2019/12/16
标签：安全阀论文; 卡簧论文; 作业论文; 管柱论文; 工具论文; 井下论文; 油井论文; 《基层建设》2019年第26期论文;