油气井井口装置

第十三章油气井井口装置第一节采油树及油管头第二节套管头第三节常用部件油气井井口装置的作用：悬挂井下油管柱、套管柱，密封油套管和两层套管之间的环形空间以控制油气井生产，回注(注蒸汽、注气、注水、酸化、压裂、注化学剂等)和安全生产的关键设备。石油井口装置主要包括：套管头、油管头和采油(气)树三大部分。井口装置包括套管头、油管头和采油（气）树三部分第一节采油树及油管头采油树是阀门和配件的组成总成，用于油气井的流体控制，并为生产管柱提供入口。它包括油管头上法兰以上的所有设备。可以对采油树总成进行多种不同的组合以满足任何一种特殊用途的需要。采油树按不同的作用可分为采油（自喷、人工举升）、采气、注水、热采、压裂、酸化等专用装置。并根据使用压力等级的不同而形成系列。油管头安装于采油树和套管头之间，其上法兰平面为计算油补距和井深数据的基准面。油管头的功用：①支撑井内油管的重力；②与油管悬挂器配合密封油管和套管的环形空间；③为下接套管头，上接采油树提供过渡；④通过油管头四通体上的两个侧口（接套管闸门），完成注平衡液及洗井等作业。一、采油井采油树及油管头1．自喷井采油树及油管头自喷井采油树及油管头是油井投入工业性生产，用以控制依靠天然能量生产的井的重要组成部分。(1)常用自喷井采油树及油管头(2)双管自喷并采油树及油管头套管内下入两根油管柱，分别开采上、下两组油层。油管分主管和副管两根，主管柱上有封隔器分隔上下油组，并开采下油组。用于双管柱自喷分层开采的自喷井采油树及油管头常见有两种；一种是双管采油树，见图9-3；另一种是美国维高格雷公司的双管整体采油树，见图9-4。2．人工举升井采油树及油管头人工举升井采油树及油管头是油井失去自喷能力而需要通过人工举升装置才能生产的油井所配套的井口装置。因措施不同而形成不同作用的采油树及油管头。(1)有杆泵井采油树及油管头1)常规有杆泵采油井采油树及油管头抽油井采油树及油管头的作用是悬接油管、密封油管和套管环形空间、密封光杆并起控制油井生产作用。由于它承受的压力较低，结构比较简单，可以利用原自喷井采油树及油管头加以改造。它的基本部分是油管头四通、油管三通、光杆密封器及相关阀门组成，结构见图9-5。图9-5抽油井采油树及油管头1—密封盒；2—胶皮阀门；3—生产阀门；4—油压表；5—套管阀门；6—套压表；7—三通；8—油管头上法兰；9—油管头；10—温度计光杆密封器装在油管三通的顶端，结构见图9-6。正常生产时，松开胶皮阀门，密封元件密封光杆；更换密封元件前，关闭胶皮阀门，更换密封元件后，松开胶皮阀门，转入正常生产。2)环形空间测试偏心油管头自喷井生产测试时，测试仪器可通过油管到达油层部位。而有杆泵抽油井因油管中有抽油杆，测试仪器无法通过油管，只能通过油套环形空间进行测试。该油管头可以偏心悬挂油管柱，形成环形空间测试通道。(2)电动潜油泵井采油树及油管头电动潜油泵井采油树及油管头与常规自喷井的采油树及油管头大同小异，只是增加了能密封入井电缆引出线和隔开油套环形空间的专用采油气井口控制设备。各厂家采用不同的方法来密封井口与电缆引出线。一般为穿膛式或侧开式两种。(3)水力活塞泵井采油树及油管头由于国内水力活塞泵井大多采用开式动力循环系统，其采油树及油管头多是用自喷井采油树改装而成，如单管水力活塞泵采油树及油管头。结构如图9-11所示。水力活塞泵(或射流泵)采油树及油管头的功能是：1)将动力液注入油管道行正循环，使水力活塞泵下入井中并运转，动力液与采出液混合采出；2)将动力液注入套管进行反循环，将水力活塞泵从并中起出；3)起下泵时，固定和捕捉水力活塞泵；4)关闭动力管线，拆卸泵时使油管泄压和排出油管中的气体。(4)气举采油井采油树及油管头气举采油是将加压的天然气注入井内，降低井筒液柱压力，减少对油层的回压，以便将井下流体举升至地面，这是人工举升采油的主要方法之一。气举采油可分连续气举和间隙气举两种方式。油层压力高、供液能力强的油井可采用连续气举，若油层压力低或供液能力不强的油井，则可采用间隙气举的方法。二、采气井采气树及油管头三、采油(气)井采油树及油管头技术要求采油(气)井采油树及油管头应符合SY5156-93标准的要求。1．主要零件本体、盖、法兰、卡箍、阀杆、阀板、阀座、金属垫环、顶丝、悬挂器本体、螺栓和螺母。2．材料(1)主要零件用金属材料1)本体、盖和法兰的材料力学性能应符合表9-3的规定。夏比V型缺口冲击要求应符合表9-4的规定，当采用较小尺寸的试样时，其试验数值乘以表9-5内相应的修正系数。选用材料应符合表9-6的规定，化学成分应符合表9-7和9-8的规定。2)油管挂本体、套管挂本体、阀杆、顶丝、阀板和阀座选用的材料应符合表9-7内有关材料的规定。3)金属垫环材料的硬度应符合表9-9的规定。4)不锈钢垫环槽堆焊的不锈钢厚度应不小于3.2mm，焊条材料应采用奥氏体不锈钢。5)采油(气)井井口装置用螺栓和螺母的材料应符合表9-10的规定。(2)非金属密封材料非金属密封件材料应能承受本体所承受的额定工作压力和工作温度。此外，当主要零件需要抗腐蚀和抗硫化物应力开裂时，密封件材料也需要具有用应的抗腐蚀和抗硫化物应力开裂的能力。四、油管头的统一要求1．油管头结构油管头通常是一个两端带法兰的大四通，它安装在套管头的上法兰上，用以悬挂油管柱，并密封油管柱和油层套管之间的环形空间。它由油管头四通及油管悬挂器组成。油管头一般有两种类型：1)上下带法兰的装置；2)上带法兰和下带螺纹的装置(图9-24和图9-25)。2．油管悬挂器油管悬挂器是支承油管柱并密封油管和套管之间环形中间的一种装置。第二节套管头套管头是连接套管和各种井油管头的一种部件，用以悬挂技术套管和生产套管并确保密封各层套管间的环形空间，为安装防喷器和油管头等上部井口装置提供过渡连接，并通过套管头本体上的两个侧口，可以进行补挤水泥和注平衡液等作业。一、型号表示方法套管头尺寸代号(包括连接套管和悬挂套管)是用套管外径的英寸值表示；本体间连接型式代号是用汉语拼音字母表示，F表示法兰连接，Q表示卡箍连接(图9-28)。2．双级套管头表示方法见图9-29。二、结构型式分类套管头由本体、套管悬挂器和密封组件组成。套管头按悬挂套管的层数分为单级套管头、双级套管头和三级套管头。按本体间的连接形式分为卡箍式和法兰式。技本体的组合型式分为：1)单体式：一个本体内装一个套管悬挂器。2)组合式：一个本体内装多个套管悬挂器。按套管悬挂器的结构型式分为卡瓦式和螺纹式。单级套管头示意图1—油管头；2—套管头；3—套管悬挂器（卡瓦式）；4—悬挂套管；5—连接套管（表层套管）双级套管头示意图1—上部套管头；2—下部套管头；3—油管头；4—上部套管悬挂器（卡瓦式）；5—上部悬挂套管；6—下部套管悬挂器（卡瓦式）；7—下部悬挂套管；8—连接套管（表层套管）三级套管头示意图1—油管头；2—上部套管头；3—中部套管头；4—下部套管头；5—上部套管悬挂器（卡瓦式）；6—上部悬挂套管；7—中部套管悬挂器（卡瓦式）；8—中部悬挂套管；9—下部套管悬挂器（卡瓦式）；10—下部悬挂套管；11—连接套管（表层套管）组合式三级套管头示意图1—油管头；2—上部组合式套管头；3—下部套管头；4—上部套管悬挂器（螺纹式）；5—上部悬挂套管；6—中部套管悬挂器（螺纹式）；7—中部悬挂套管；8—下部套管悬挂器（卡瓦式）；9—下部悬挂套管；10—连接套管（表层套管）独立螺纹式套管头示意图1—油管头；2—止动压盖3—套管头；4—套管悬挂器（螺纹式）；5—悬挂套管；6—连接套管TGA型双层套管头示意图1—油层套管；2—技术套管；3—表层套管；4—下四通；5，10，14，19—钢圈；6，15，16—侧法兰；7—下悬挂器；8，17—主密封；9，18—顶丝；10—钢圈；11—试压孔；12—下层副密封；13—上四通；20—上层副密封；21—转换法兰；22—试压孔；23—上接油管头三、基本参数单级套管头、双级套管头和三级套管头基本参数分别见表9-ll、表9-12和表9-13。第三节常用部件一、井口阀门井口所用阀门有平行板阀门和斜楔阀门。连接方式分为螺纹式、法兰式和卡箍式三种。二、节流阀节流器是用来控制产量的部件，型号表示方法与井口阀相同。有固定式和可调式两种。连接形式有卡箍、法兰和螺纹等方式。1．固定式节流器固定式节流器用于油井(采油树)上，有加热式和非加热式两种。非加热式节流器如图9-39所示。油嘴是节流元件，通过调换不同孔眼直径的油嘴，来控制油井的合理生产压差，油嘴的结构如图9-40所示，是用高碳合金钢经热处理制成的。孔眼直径有从2-20mm多种，每差0.5mm为一等级。2．可调式节流器可调式节流器(针阀)一段用于气井(采气树)上，调节开关大小可控制流量。可调式节流器属针阀，有手动和液动两种。三、三通和四通四、法兰用密封垫环及垫环槽1．适用范围石油井口装置法兰用密封垫环及垫环槽2．形式及尺寸1)按作用型式，密封垫环分为R型机械压紧式和RX、BX型压力自紧式两类。2)R型密封垫环有椭圆和八角形两种截面。3．技术要求08或10号钢用作采油井井口装置密封垫环时，垫环表面应镀0.005-0.013mm厚的镉或镉钛合金。密封垫环不应重复使用。五、法兰连接螺母法兰连接螺母的公称尺寸和允差应符合图9-49和表9-23。