摘? 要 在天然氣開發(fā)過程中,地面井口安全系統(tǒng)的實質(zhì)是在傳統(tǒng)壓力安全閥(壓力泄放)的基礎(chǔ)上，增加一級在意外和失控情況下緊急截斷井口氣源的保護(hù)，它在陸地高壓、高產(chǎn)、高危天然氣井及海上石油平臺天然氣的安全生產(chǎn)上發(fā)揮著重要的作用。API RP14C標(biāo)準(zhǔn)已成為陸上和海上安全系統(tǒng)的通用規(guī)范。通過對比國內(nèi)外井口安全系統(tǒng)的現(xiàn)狀，剖析國內(nèi)安全系統(tǒng)存在的問題，描述井口安全系統(tǒng)的基本功能和技術(shù)要點，為天然氣生產(chǎn)找到一個安全，可靠和經(jīng)濟(jì)的現(xiàn)場解決方案，即按照API RP 14C規(guī)范來分析、設(shè)計和生產(chǎn)井口安全系統(tǒng)。
??????? 主題詞：井口裝置 安全設(shè)備 地面 控制系統(tǒng) 安全閥
??????? 一、井口安全系統(tǒng)和API RP 14C標(biāo)準(zhǔn)
??????????? 美國石油協(xié)會和美國機(jī)械工程協(xié)會組織制定了API 和ASME標(biāo)準(zhǔn)，并被石油企業(yè)廣泛認(rèn)可。盡管石油公司都采用了API和ASME標(biāo)準(zhǔn)，但還是不斷發(fā)生意外事故。美國政府便積極推動建立和強制實施更安全的標(biāo)準(zhǔn)。
??????? 海上天然氣井較為密集地固定在海上平臺上。平臺上排列著生產(chǎn)井和生產(chǎn)設(shè)備，如分離器、壓縮機(jī)等，還有許多工作人員在平臺上工作和生活，設(shè)備和人員高度集中。如果沒有嚴(yán)格的安全防范措施，發(fā)生事故的造成的損失無法估量。因此，海上天然氣井的安全系統(tǒng)應(yīng)用發(fā)展比陸地領(lǐng)先。
??????? 初期防止天然氣匯泄漏是采用井口截斷閥和簡單的壓力傳感器來截斷采氣樹上的閥門。但由于這些系統(tǒng)的可靠性差、無法調(diào)校或調(diào)校精度低，不能有效地保護(hù)生產(chǎn)設(shè)備的安全，事故仍然不斷地發(fā)生。1960年后的10年中，墨西哥灣天然氣藏的開采速度加快，油公司和美國政府認(rèn)識到必須盡快設(shè)計和使用更為可靠的安全系統(tǒng)。
??????? 20世紀(jì)70年代初,作為監(jiān)察美國天然氣生產(chǎn)的美國政府責(zé)任部門------美國地質(zhì)勘探局（USGS）依據(jù)API-RP-14C（海上石油平臺地面安全系統(tǒng)的分析、設(shè)計、安裝和測試的推薦做法，簡稱14C）制定了相應(yīng)的法規(guī)，要求油公司必須遵循14C，其中包括應(yīng)安裝的地面控制的井下安全閥（SCSSV）等內(nèi)容。14C定義了海上平臺安全系統(tǒng)的最低要求。14C的目的是采用多級保護(hù)手段來預(yù)防天然氣泄漏事故。例如：14C要求的第一級保護(hù)PSH是壓力安全最高限保護(hù)，當(dāng)壓力安全變得不安全時，PSH將感應(yīng)壓力并動作，以截斷來自井口的流體；如果PSH失效或發(fā)生故障時，第二級保護(hù)將防止超壓，它是一個帶泄放功能的壓力安全閥（PSV）來實現(xiàn)的。
??????? 在1970年后的10年時，隨著14C在美國的強制實施，使得全世界海上石油平臺安全系統(tǒng)的設(shè)計得到了進(jìn)一步的改善，國際油公司在項目中均采用14C的體系作為其通用規(guī)范在世界各地實施。和其他API規(guī)范一樣，許多國家要求把14C作為一個天然氣井口安全系統(tǒng)的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，不僅把14C用在海上平臺，同樣也用于陸上的天然氣井口。
??????? API-RP-14C頒布以來，安全系統(tǒng)工業(yè)化得到了很好的發(fā)展。美國許多公司根據(jù)14C的要求來研制和生產(chǎn)用于安全系統(tǒng)的部件，壓力傳感器、液位開關(guān)、電磁閥、定時器和指示器等部件被開發(fā)和廣泛應(yīng)用，設(shè)計出了各種簡捷實用的操作面板，形成了專業(yè)的設(shè)計和制造安全系統(tǒng)控制屏的公司?？刂撇考膹S家或美國的BWB、SIGMA、VERSA和英國的Bifold Fluidpower公司，都有35年以上的歷史，并成為部件生產(chǎn)行業(yè)的領(lǐng)先者。生產(chǎn)井口控制屏的廠家則集中在美中的休斯頓和新奧爾良地區(qū)，而TEST、PETROTECH、API、W-INDUSTRY等是最大的制造商，也為哈里伯頓、卡麥隆、貝克公司做配套服務(wù)。
??????? 二、陸上井口安全系統(tǒng)的現(xiàn)狀和基本做法
??????? 在美國，地面安全閥（SSV）通常與井口閘閥一起被稱為“重鐵”，常與井口采油樹成套采購，控制系統(tǒng)則納入地面控制流程統(tǒng)一考慮，單獨采購便于安裝的控制柜和安裝部件。“9.11”后，美國墨西哥灣的天然氣開采由海上進(jìn)入了陸地，雖然產(chǎn)量低，但每口氣井都安裝了井口安全系統(tǒng)。
??????? API SPEC 6A對地面安全閥的定義：失去動力供給時即自動關(guān)閉的井口閥門總成。SSV閥應(yīng)包括地面安全閥和閥門執(zhí)行器；要求與采氣樹有同樣的材料等級、產(chǎn)品規(guī)范等級PSL和性能等級PR，要求有API 6A認(rèn)證。
??????? 我國在2005年以前只有一些高危氣井（高含硫或特高產(chǎn)量氣井）安裝了進(jìn)口的地面安全系統(tǒng)。隨著國家對安全和環(huán)境的高度重視，2005年頒布的國標(biāo)GB50350-2005（2005-09-01實施）的《天然氣集輸設(shè)計規(guī)范》中明確規(guī)定“氣井井口應(yīng)安裝井口高低壓緊急關(guān)斷閥”。
??????? 1．地面井口安全系統(tǒng)的基本功能和要求
??????? 地面井口安全系統(tǒng)的實質(zhì)是在傳統(tǒng)的壓力安全閥（壓力泄放）的基礎(chǔ)上，增加一級在意外和失控情況下緊急截斷井口氣源的保護(hù)（見圖1），其功能和要求如下。
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??????? 圖1實現(xiàn)WSSV、MSSV和SCSSV控制的系統(tǒng)圖
??????? （1）有序的對翼閥安全閥WSSV、主安全閥MSSV和井下安全閥SCSSV進(jìn)行關(guān)斷和開啟。
??????? （2）在以下地方實施人工緊急關(guān)斷：①井口控制盤上；②遠(yuǎn)程控制開關(guān)上；③RTU遠(yuǎn)程終端上；④ESD緊急關(guān)斷站上。
??????? （3）在以下情況下采用自動緊急關(guān)斷：①檢測點壓力因故超高限（檢測到安全壓力高）；②地面管線爆管泄漏事故（檢測到安全壓力低）；③井口發(fā)生火災(zāi)（易熔塞超過120゜C熔化）；④有毒氣體的泄漏及其他要求。
??????? 2．地面井口安全系統(tǒng)技術(shù)要點
??????? （1）井口安全系統(tǒng)是全天候使用的設(shè)備，對氣（液）管路部件的材料和工藝的要求較高，在溫差變化較大時，管路不能有泄漏。