储气库生产过程中气井安全控制系统反窜天然气研究分析及处置

李国强

摘要：气井安全控制系统用于储气库气井井下安全阀（SCSSV）的控制，在气井发生天然气超压、泄漏、火灾、爆炸等异常情况下，可触发气井安全控制系统连锁关断泄压，从而关闭井下安全阀，为气井口提供安全保护。井下安全阀作为其控制设备，是生产过程中及其重要的安全防线。本文从储气库井下安全阀出现异常故障，导致控制系统内有天然气窜入进行研究分析 ，判斷确认渗漏位置，并进行前期处置，实现削减消除隐患目的，以供参考。

关键词： 气井安全控制系统 井下安全阀 渗漏 窜气 削减消除隐患

一、引言：

气井安全控制系统能在井场出现火灾、井喷等重大事故，中控室进行全场关断或者远程关断。发生集气管线爆管事故，管线压力降低到1000psi以下，低压关断。实现保护功能

井下安全阀安装于井下生产管柱上，通过液控管线将液压油传至两个密封盘根之间的传压孔到活塞上，推动活塞向下移动，并压缩弹簧，将活瓣打开，从而打开井下安全阀;地面控制系统释放液控管线压力，依靠弹簧张力，使阀关闭。储气库分某生产井在注、采生产过程中，发现某生产井气井安全控制系统内存在天然气，怀疑井下安全阀存在故障。

二、现状调查：

2020年4月20日，储气库某气井安全控制系统压力不稳定，现象是井下安全阀压力下降，下降至和油压持平。值班人员赶至现场，对气井安全控制系统通过手动泵进行补压，将控制压力补至5000psi以上，稳压一段时间后，压力继续下降。现场管理人员对气井安全控制系统进行检查，拆检过程中发现液压阀后端卡套接头渗漏天然气，用可燃气体检测仪检测，天然气浓度100%，怀疑井下安全阀故障。进行现场检测，与井边针阀断开，测试气井安全控制系统，地面部分功能正常，无问题，将井边针阀打开进行泄放，仍有部分天然气出现，判断为井下部分故障。

三、原因排查：

经过进行研究分析，判断天然气渗漏的可能位置有几点：

第一、井边针阀后端终端卡套接头出存在渗漏，采气树大四通内的气体渗入控制系统。第二、油管挂液压管线穿越处存在漏气。第三、井下安全阀本体卡套接头处存在渗漏，A环空压力侵入。第四、井下安全阀活塞密封处损坏不密封，油管内气体压力侵入控制管线。

由于井边针阀通过一终端接头与井下安全阀液压管线进行连接，为判断连接情况，将采气树大四通通过放空口进行泄压，泄放彻底后，打开井边针阀，仍存在天然气泄漏，同时对卡套连接处进行检查，发现卡套连接完好，判断该处无问题。

油管挂处经查阅资料，发现油管挂穿越液压管线采用整体穿越式，井边针阀与井下安全阀之间不存在卡套接头，因此排除第一和第二可疑点。

井下安全阀控制系统是由一根液压管线连接至井口井边针阀处，液压管线与阀体处通过卡套固定，整根液压管线位于油套环空内，如果液压管线出现渗漏（管线本体或者卡套），则井下安全阀压力与套压接近，如果生产管柱内的井下安全阀密封损坏则井下安全阀压力与油压接近。为了判断第三与第四处可疑点，在井边针阀处加装压力表一块，观察压力变化情况。

（1）若P监测=P套压，故障原因：井下安全阀本体卡套密封失效或崩脱。（2）若P监测=P油压，故障原因：井下安全阀活塞密封失效。 该井口监测压力2900psi，油压20MPa （2900psi），基本持平，后反复进行泄压操作，压力仍与油压持平，判断原因井下安全阀密封故障。

四、制定方案：

由于井下安全阀位于井内生产管柱上，如果安全阀失效，不能继续使用，则需要对其进行修井作业，将生产管柱从井内提出，将井下安全阀拆下进行更换，该项施工作业成本高、工期长，对储气库生产影响较大，现场管理人员从故障现象及问题重新进行研究分析，提出优先级解决方案，并进行现场操作。

由于该气井安全控制系统在压力下降后，经过现场补压能过保持压力稳定一段时间，证明气体替换液压油速度并不快，同时在现场拆检过程中，随有天然气泄漏，但气量较小，此外经过分析已经判断为井下安全阀工作桶内密封存在问题，分析其内部密封可能有较小磨损，制定出处置方案：

第一、将气井安全开工至系统与井下安全阀在井边针阀处切断，在井边针阀处外接手动注油泵，加注新液压油，用手动注油泵对井下安全阀进行反复开关操作，同时将手动注油泵内新更换的液压油最大程度的与井下安全阀控制管线内液压油进行替换，通过柱塞反复活动，使井下安全阀工作桶内密封归位，消除渗漏故障。

第二、如上述操作并不能消除故障隐患，则只能进行停产操作，进行修井作业，消除气体通过井下安全阀反窜至井口控制柜内故障。

现场管理人员依据第一方案进行操作，每隔3日，用手动泵对井下安全法进行开关动作，在4月29日再次进行开关测试过程中，渗漏量不明显，基本消失。

判断为井下安全阀活塞密封发生的渗漏，但是经过反复活动后，密封未完全损坏，经过反复活动，消除有渗漏，后期继续对该井进行关注，防止再次出现气体反窜故障。

五、结束语：

井下安全阀是生产井在注、采气过程中最重要的安全屏障，而气井安全控制系统则为井下安全阀提供动力，二者是相辅相成的。如控制系统出现故障则不能实现对井下安全阀的逻辑控制，造成应急情况下无法及时有效的关井。同样，井下安全阀如存在故障，在应急关井时不能完全起到截断气源的作用，容易引发安全事故。因此我们必须重视井下安全阀存在问题，通过及时有效的处置，将问题消除，降低损失，节约成本，实现储气库安全平稳生产。