梁升平，李 垚，于繼林，馬永剛

（1.中石油長(zhǎng)慶油田分公司第六采油廠，陜西榆林 718606；2.渤海裝備鉆采裝備銷售公司，天津 300280；3.上海藍(lán)濱石化設(shè)備有限責(zé)任公司，上海 201518）

0 引言

氣舉采油是用人工舉升的方式提高油井產(chǎn)液量的一種方法，放大生產(chǎn)壓差的效果顯著。氣舉采油把一定量的高壓天然氣通過油套環(huán)空經(jīng)氣舉閥連續(xù)不斷地注入油管，在油管內(nèi)與井液充分混合形成混合流體，從而降低井液密度，能在較低的地層壓力條件下將混合井液舉出，達(dá)到舉升采油的目的。為做好我國自有的氣舉技術(shù)品牌，達(dá)到性能可靠、質(zhì)量?jī)?yōu)良、技術(shù)先進(jìn)，氣舉配套閥是非常重要的一環(huán)，而一項(xiàng)優(yōu)秀產(chǎn)品的開發(fā)，離不開對(duì)其各個(gè)性能指標(biāo)的試驗(yàn)和檢驗(yàn)。氣舉閥作為氣舉采油工藝流程中非常重要的執(zhí)行元件，作為主要過氣通道，由油套管環(huán)空將高壓氣體送進(jìn)油管，其使用性能及調(diào)節(jié)性能將直接決定整個(gè)氣舉采油工藝的優(yōu)劣與成敗。

1 試驗(yàn)系統(tǒng)建設(shè)方案

氣舉閥動(dòng)態(tài)特性研究需要專有的試驗(yàn)裝置和配套的數(shù)據(jù)采集評(píng)價(jià)系統(tǒng)，需要建立氣舉閥動(dòng)態(tài)特性測(cè)試系統(tǒng)，完成各類氣舉閥的性能測(cè)定，預(yù)測(cè)閥在井下的工作狀況，為提高氣舉設(shè)計(jì)精度提供理論支持。本試驗(yàn)系統(tǒng)可以完成的氣舉閥試驗(yàn)項(xiàng)目，見表1。

表1 氣舉閥特性試驗(yàn)系統(tǒng)試驗(yàn)項(xiàng)目

（1）氣舉閥流量系數(shù)試驗(yàn)。目的在于確定作為閥桿行程函數(shù)的氣舉閥流量，需要對(duì)閥作特定結(jié)構(gòu)的改造，改進(jìn)的閥包括使閥桿能相對(duì)于閥座準(zhǔn)確定位而不影響閥的內(nèi)部流道幾何形狀，閥桿可以準(zhǔn)確定位并在試驗(yàn)時(shí)鎖緊。這個(gè)試驗(yàn)閥放在固定裝置上，能使氣體類似于在井底時(shí)那樣流過閥。將幾種不同的壓差加在閥上并記錄下壓力和溫度。

（2）氣舉閥動(dòng)態(tài)特性試驗(yàn)。將氣舉閥放在模擬偏心工作筒的固定裝置上，要求有附加的固定裝置來控制和測(cè)量流過閥的壓力和氣體流量。

2 試驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)施方案

動(dòng)態(tài)流量試驗(yàn)臺(tái)作為氣舉閥流量系數(shù)試驗(yàn)和動(dòng)態(tài)特性試驗(yàn)裝置，設(shè)計(jì)實(shí)施原理如圖1 所示，其技術(shù)關(guān)鍵在于：①提供穩(wěn)定、準(zhǔn)確的試驗(yàn)筒進(jìn)、出口壓力；②為流量系數(shù)試驗(yàn)提供精確的閥桿行程定位；③保證流量測(cè)試精度在5%以內(nèi)，以符合SY/T 6400《氣舉閥性能試驗(yàn)方法》。

圖1 動(dòng)態(tài)流量試驗(yàn)臺(tái)原理

試驗(yàn)系統(tǒng)其他配置元器件包括：①試驗(yàn)筒進(jìn)、出口壓力采用TESCOM EMERSON 公司的ER3000 壓力控制器、26-20 減壓閥、26-12 大流量減壓閥和54-27 大流量背壓閥配合使用進(jìn)行控制；②閥桿行程定位采用自行設(shè)計(jì)的螺紋螺桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行；③流量計(jì)采用美國EMERSON 公司的質(zhì)量流量計(jì)，氣體流量的測(cè)量精度能保證在0.35%以內(nèi)。

3 試驗(yàn)系統(tǒng)關(guān)鍵元器件設(shè)計(jì)方案

流量系數(shù)試驗(yàn)和動(dòng)態(tài)特性試驗(yàn)（穩(wěn)定生產(chǎn)壓力試驗(yàn)及穩(wěn)定注入壓力試驗(yàn)），均需要在指定的試驗(yàn)筒進(jìn)出口壓力下進(jìn)行，試驗(yàn)具有高壓、大流量的特點(diǎn)，穩(wěn)定控制壓力是本試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)施的技術(shù)關(guān)鍵。

試驗(yàn)系統(tǒng)組合使用ER3000 壓力控制器、26-20 減壓閥、26-12 大流量減壓閥，降低制氮車輸送的高壓氮?dú)獾膲毫Γ@得指定的試驗(yàn)筒進(jìn)口壓力。制氮車的最大流量約為20 m3/min，動(dòng)態(tài)流量試驗(yàn)的最大壓力為20 MPa，26-12 大流量減壓閥的技術(shù)參數(shù)滿足此工況。26-12 大流量減壓閥的出口壓力由其氣室壓力控制，出口壓力與氣室壓力相等。若ER3000 壓力控制器直接給26-12 減壓閥的氣室供氣，ER3000 輸出的控制壓力太低，使26-12 減壓閥無法得到高壓的出口壓力。本設(shè)計(jì)方案采用26-20 減壓閥給26-12 大流量減壓閥的氣室供壓，由ER3000 壓力控制器控制26-20 減壓閥的出口壓力（即26-12減壓閥氣室壓力），從而間接控制26-12 減壓閥的出口壓力?？諌贺?fù)載式的26-20 減壓閥內(nèi)部有1 空壓比例閥，ER3000 壓力控制器輸入的控制壓力通過空壓比例閥進(jìn)行放大，作用于26-20 減壓閥閥芯上部，減壓閥節(jié)流孔的壓力則作用于閥芯下部。通過調(diào)整減壓閥節(jié)流孔面積，兩者達(dá)到平衡，這樣便獲得穩(wěn)定的26-20 減壓閥出口壓力，即26-12 減壓閥氣室壓力，這樣26-12 減壓閥輸出與氣室壓力相同的出口壓力。ER3000 控制壓力的方法是通過比較測(cè)點(diǎn)的壓力測(cè)試值和壓力設(shè)定值，采用比例微積分算法，計(jì)算獲得需調(diào)整的輸出控制壓力，使測(cè)點(diǎn)壓力盡量符合設(shè)定壓力，ER3000 的壓力控制精度能達(dá)到設(shè)定值的0.1%。

為獲得指定的試驗(yàn)筒出口壓力，試驗(yàn)系統(tǒng)組合使用ER3000 壓力控制器、26-20 減壓閥、54-27 大流量背壓閥。由于試驗(yàn)具有高壓、大流量的特點(diǎn)，一般的背壓閥無法滿足要求。54-27 大流量背壓閥的進(jìn)口壓力由其氣室壓力控制，閥的進(jìn)口壓力與氣室壓力相等。若采用ER3000 壓力控制器給54-27 背壓閥的氣室供氣，由于ER3000 輸出的控制壓力太低，使26-12 減壓閥無法得到高壓的進(jìn)口壓力。本設(shè)計(jì)方案采用26-20 減壓閥給54-27 背壓閥的氣室供壓，由ER3000 壓力控制器控制26-20 減壓閥的出口壓力（即54-27 背壓閥的氣室壓力），從而間接控制54-27 背壓閥的出口壓力。試驗(yàn)方案中2 個(gè)緩沖罐，可以對(duì)試驗(yàn)筒進(jìn)出口壓力起到穩(wěn)定作用。

4 氣舉閥測(cè)試過程

氣舉閥流量系數(shù)試驗(yàn)和動(dòng)態(tài)特性試驗(yàn)的進(jìn)出口壓力根據(jù)SY/T 6400《氣舉閥性能試驗(yàn)方法》設(shè)定，兩類試驗(yàn)操作過程基本相同，差別僅在于流量系數(shù)試驗(yàn)需事先調(diào)節(jié)閥桿位置，并測(cè)量記錄其固定的閥桿行程。氣舉閥流量系數(shù)試驗(yàn)和動(dòng)態(tài)特性試驗(yàn)的基本流程如下：①在試驗(yàn)筒中插入試驗(yàn)閥，在數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)控制界面上，設(shè)定試驗(yàn)筒的進(jìn)出口壓力，即氣舉閥的進(jìn)出口壓力；②開啟所有（3 個(gè)）大流量截止閥，關(guān)閉所有（4 個(gè)）小流量截止閥，啟動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，制氮車開始供氣；③數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集試驗(yàn)過程中所有壓力、溫度和流量信號(hào)；④當(dāng)進(jìn)出口壓力達(dá)到穩(wěn)定的設(shè)定值時(shí)，便可在計(jì)算機(jī)控制界面上設(shè)定另一對(duì)進(jìn)出口壓力，這樣重復(fù)直至完成所有工況；⑤試驗(yàn)結(jié)束后，制氮車停止供氣。

在數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)控制界面上，設(shè)置試驗(yàn)筒進(jìn)出口壓力為0 時(shí)，進(jìn)行初步壓力卸載。打開所有小流量截止閥，觀察數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制界面上的壓力顯示，所有壓力均為0 時(shí)即可取出試驗(yàn)閥。如遇停電，制氮車立即停止供氣，打開所有小流量截止閥，當(dāng)試驗(yàn)筒進(jìn)出口壓力表顯示的壓力均為0時(shí)，即可取出試驗(yàn)閥。

5 結(jié)束語

本試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)施完全依據(jù)SY/T 6400《氣舉閥性能試驗(yàn)方法》對(duì)氣舉閥流量系數(shù)試驗(yàn)和動(dòng)態(tài)特性試驗(yàn)要求，可完成標(biāo)準(zhǔn)要求的所有測(cè)試功能。試驗(yàn)系統(tǒng)的成功研制，為深入研究氣舉閥流量系數(shù)、動(dòng)態(tài)特性創(chuàng)造了研究條件，為提升氣舉閥產(chǎn)品性能等級(jí)，提供了技術(shù)保障依據(jù)。運(yùn)用本試驗(yàn)系統(tǒng)初步對(duì)KFT-25.4 氣舉閥流量系數(shù)、動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)了不同流量及壓力下閥門的流量系數(shù)變化，以及閥門工作動(dòng)態(tài)特性對(duì)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)井下的工作狀況和氣舉管柱設(shè)計(jì)的精度有著重要意義。