海上热采常开式高温排气阀研制与试验

针对海上热采用排气阀在高温高压下存在液控管线损坏导致无法正常开启关闭的问题,设计了常开式高温排气阀。常开式高温排气阀采用全金属密封,保证在常温到350℃高低温交变工况下密封可靠性,并通过高低温室内试验进行验证;通过常压开启、加压关闭的方式避免井下工具和管线长期高温承压,提高了排气阀启闭的可靠性;对开启和关闭2个状态下的阀体进行了受力分析,利用Hertz接触理论建立了阀体-下接头的球头-锥面接触力学理论模型,通过对球面半径、锥面锥角和液控端压力敏感性分析,优化了地面关闭压力和密封压力等工作性能参数,保证在应急状态下关闭的可靠性。通过理论模型优化设计,球面半径8.2 mm、锥面锥角4.6°时具备最佳的密封性能,并得到了不同环空压力下的关闭压力图版;常开式高温排气阀经过高低温试验,表明常开式高温排气阀开启关闭动作灵活可靠,在60~350℃下都具有可靠的密封性能,能够满足海上热采井长期注汽-采油需要。常开式高温排气阀适合海上热采井常开高低温交变工况下长期使用,建议在海上3轮次吞吐井及驱替井推广应用。

海上热采井下工具全金属密封结构设计及应用

随着海上稠油热采进入规模化开发阶段,配套工艺体系逐渐完善,现有的井下工具密封材料和结构不能满足井下工具高低温工况下长期密封的需求。为此本文提出了全金属密封结构设计,对于井下工具固定连接件之间的静密封采用弹性力学厚壁理论和Hertz接触理论建立了球-锥、锥-锥接触应力分布模型,设计了“内球外锥”的密封结构,并对锥角、球面直径等关键参数进行了优化设计;对于热采井下工具运动部件设计了采用金属密封环的全金属滑动密封结构形式,并使用室内试验的方法优化了配合尺寸。在高温排气阀中使用了全金属密封结构,室内多轮次高低温试验和现场试验结果表明,全金属密封结构动作可靠、在高低温工况下能够长效密封,适合在海上热采井下工具中推广使用。本文研究的全金属密封机构针对海上热采井下工具密封难题提供了完整的解决方案,为后续海上热采井下工具系列化标准化的发展奠定了基础,推动海上稠油热采规模化开发安全高效实施。