《井口裝置發(fā)展》

1、.,井口裝置研發(fā)方向,采油裝備研究所 2007年12月,.,概述,井口裝置由套管頭、油管頭和采油樹(shù)三部分組成,主要用于監(jiān)控生產(chǎn)井口的壓力和調(diào)節(jié)油(氣)水井的流量；也可以用于酸化壓裂、注水、測(cè)試等各種措施作業(yè),能滿(mǎn)足不同工況,密封可靠,工作安全。,.,井口裝置發(fā)展現(xiàn)狀,國(guó)內(nèi)井口裝置發(fā)展現(xiàn)狀 采油(氣)井口裝置已是我國(guó)的較成熟產(chǎn)品。在井口裝置研制方面，國(guó)內(nèi)已有數(shù)十個(gè)廠家，并形成一定生產(chǎn)規(guī)模，均已取得API會(huì)標(biāo)使用權(quán)。但大多只能生產(chǎn)級(jí)別較低非酸性環(huán)境的井口裝置，能?chē)?yán)格按標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)高級(jí)別抗硫化氫井口的廠家僅有四川慧劍石油機(jī)械廠、金湖石油機(jī)械有限公司等幾家，生產(chǎn)的單油管采油井口裝置最高壓力可達(dá)105MPa

2、，雙油管采油井口裝置最高壓力可達(dá)70MPa。,.,井口裝置發(fā)展現(xiàn)狀,在電潛泵井口裝置及整體采油樹(shù)開(kāi)發(fā)生產(chǎn)方面，原上海第二石油機(jī)械廠引進(jìn)美國(guó)技術(shù)，生產(chǎn)單油管電潛泵井口裝置和整體式采油樹(shù)，并在渤海油田投入使用，這種井口裝置及采油樹(shù)具有結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、性能好的特點(diǎn)，是井口裝置及采油樹(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。他們的產(chǎn)品占有國(guó)內(nèi)大多油田市場(chǎng)，同時(shí)部分產(chǎn)品已打入國(guó)際市場(chǎng)，推動(dòng)了井口裝置的進(jìn)一步發(fā)展。,.,井口裝置發(fā)展現(xiàn)狀,對(duì)于閘閥系列，已由楔式閘閥擴(kuò)展到平板閥，規(guī)格從2-4-1/16，35Mpa以下閘閥為鑄件，35Mpa以上閘閥多數(shù)采用自由鍛件。,平板閘閥,.,井口裝置發(fā)展現(xiàn)狀,套管頭系列產(chǎn)品已基本滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)油氣井開(kāi)

3、發(fā)的需要。到目前，國(guó)內(nèi)已能生產(chǎn)套管頭最大工作壓力為1035MPa(單層)，多層套管程序的套管頭裝置最大工作壓力為69MPa，套管頭與表層套管的連接形式也由螺紋式、焊接式發(fā)展為卡瓦式。,螺紋式連接,焊接式連接,卡瓦式連接,.,井口裝置發(fā)展現(xiàn)狀,國(guó)外井口裝置發(fā)展現(xiàn)狀 目前,國(guó)外生產(chǎn)采油樹(shù)最大工作壓力是140MPa,組成采油樹(shù)的法蘭式連接閘閥最大額定工作壓力達(dá)210MPa。國(guó)外許多公司都在不斷開(kāi)發(fā)并完善電潛泵井口裝置及整體采油樹(shù),生產(chǎn)有單油管電潛泵井口裝置、雙油管井口裝置及雙通徑的整體式采油樹(shù),還能根據(jù)油(氣)田的工況和井內(nèi)滯留流體來(lái)生產(chǎn)陸上(包括海洋平臺(tái)用)的井口設(shè)備及水下井口裝置。目前主要生產(chǎn)國(guó)

4、家有美國(guó)、英國(guó)、意大利等十幾個(gè)國(guó)家。,.,井口裝置發(fā)展現(xiàn)狀,美國(guó)的產(chǎn)品技術(shù)和生產(chǎn)能力處于世界領(lǐng)先地位。已能生產(chǎn)出壓力高達(dá)140Mpa、最高材料級(jí)別為HH，產(chǎn)品規(guī)范級(jí)為PSL4,的陸地和海洋用井口裝置，著名的制造廠商有Cameron、F.M.C、Vetco、Gray等公司,Cameron公司采油樹(shù)性能質(zhì)量最好, 加工手段先進(jìn)，鑄鍛質(zhì)量精良，但其成本較高，設(shè)計(jì)和生產(chǎn)周期長(zhǎng)，供不應(yīng)求，滿(mǎn)足不了市場(chǎng)需求。,.,井口裝置發(fā)展現(xiàn)狀,閘閥作為井口裝置中的主要部件,國(guó)外主要發(fā)展平板閘閥結(jié)構(gòu),其中暗桿式平板閥占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。規(guī)格從2-9。35Mpa以上采用的是多向模鍛承壓閥體。英國(guó)研制了用于油氣井自噴設(shè)備的閘閥(

5、專(zhuān)利產(chǎn)品)。 主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：這種閘閥有一個(gè)彈簧加載的閥板和側(cè)板,側(cè)板上有與潤(rùn)滑器活塞連通的潤(rùn)滑環(huán)槽,潤(rùn)滑槽與閥孔沿供給槽道方向有一偏心。潤(rùn)滑環(huán)槽的截面積沿遠(yuǎn)離潤(rùn)滑點(diǎn)的方向逐漸增大,以保證對(duì)閥板的下部提供可靠的密封。一旦閘閥關(guān)閉,潤(rùn)滑劑供給槽道便通過(guò)閘板上的油槽與潤(rùn)滑環(huán)槽連通。這種閘閥的密封性能較好。,.,發(fā)展趨勢(shì),對(duì)于閘閥系列，主要趨向于特殊防腐材料的應(yīng)用，以滿(mǎn)足高含H2S、C02工況的油氣井需要，另外在結(jié)構(gòu)上應(yīng)多樣化發(fā)展，以達(dá)到密封性能好(有自動(dòng)補(bǔ)償)，且開(kāi)啟靈活等，另外,在密封材料上不斷改進(jìn),使其性能不斷提高。以滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)各類(lèi)油氣田開(kāi)發(fā)需要。近年來(lái),套管頭結(jié)構(gòu)不斷得到改進(jìn),主要向操作簡(jiǎn)便、密

6、封性能好(自動(dòng)密封)、適用于深井和多種環(huán)境且性能較高的多層套管、以及整體化方向發(fā)展。,.,發(fā)展趨勢(shì),采油(氣)樹(shù)主要發(fā)展整體式結(jié)構(gòu),海洋平臺(tái)采油作業(yè),由于受平臺(tái)面積及鉆井成本等的限制一般首先選用整體式結(jié)構(gòu)。同時(shí)井口裝置往功能多用化方向發(fā)展。如：高溫井口，最高溫度可高達(dá)370，低溫井口，最低溫度可達(dá)到-60，雙管井口裝置，采用雙油管采油，可以對(duì)不同地層同時(shí)開(kāi)采，水下井口裝置，這種井口不是安裝在海底,而是在海水中,像自升式鉆井船一樣,用幾個(gè)樁腿支撐在海水中,而在海底泥面上有一個(gè)簡(jiǎn)單的關(guān)閉裝置。用這種井口裝置作業(yè)工藝較為簡(jiǎn)單,且遇到井涌時(shí)可以較安全地進(jìn)行井口操作。,整體式采油樹(shù),.,發(fā)展趨勢(shì),防火井

7、口裝置，特點(diǎn)是從油管四通的下卡箍直到上主閥共同形成一個(gè)殼層,在油管掛(一直延伸到油管掛頸部)和主閥體之間,在油管掛體和油管頭四通之間,以及在油層套管掛和油管頭四通之間,均有金屬對(duì)金屬的防火密封。油管頭四通與防火環(huán)形閥做成一個(gè)整體以減少連接件的數(shù)目。主截?cái)嚅y到油管頭四通以及油管頭四通到套管頭四通間的連接均采用重型防火卡箍。這種卡箍具有厚壁結(jié)構(gòu),在著火時(shí),可起到“冷源”作用。螺栓組合凹入到卡箍凸緣的螺孔內(nèi),這樣可避免溫度升高時(shí),直接暴露在火焰中的螺栓和螺帽的連接作用因著火而削弱。防火的上主閥和下主閥上都包括一種易熔材料,這種易熔材料僅在規(guī)定的溫度時(shí)熔化。,.,發(fā)展趨勢(shì),水下采油樹(shù)，用于鉆井平臺(tái)或淺

8、水浮動(dòng)鉆井裝置,水深一般小于90m,配有人井工具和修井工具,油管掛、井口及防噴器組無(wú)需定向,鉆桿柱及油管上接立管無(wú)需專(zhuān)用的定向立管,固定關(guān)閉環(huán)形單流閥無(wú)需電纜環(huán)形堵頭,組合式閥體使得連接增強(qiáng),減少密封,生產(chǎn)管線(xiàn)連接及修井控制連接由操作工人進(jìn)行,井口連接和閥門(mén)可進(jìn)行遠(yuǎn)程液控系統(tǒng)操作。此外，對(duì)高腐蝕、高沖蝕的特殊工況，閥體內(nèi)部可鑲嵌一層極具抗腐蝕、抗沖蝕的特殊材料。隨著國(guó)內(nèi)海上油田的快速發(fā)展，國(guó)內(nèi)在水下的井口裝置的生產(chǎn)能力不足，缺乏競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力，應(yīng)加大這方面的研制力度。,.,本行業(yè)技術(shù)問(wèn)題,我廠自1964年開(kāi)始生產(chǎn)各類(lèi)簡(jiǎn)易井口，1970年正式生產(chǎn)250型采油井口，具有40多年250以下井口的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)

9、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，井口裝置生產(chǎn)數(shù)量曾占全國(guó)井口生產(chǎn)總量的一半以上。隨著各油田開(kāi)采到了中后期，對(duì)老井口的需求也在逐漸萎縮。在2001年，原總機(jī)械廠取得了井口API許可證，在設(shè)計(jì)和加工生產(chǎn)方面積累了一些經(jīng)驗(yàn)。2003年開(kāi)始，陸續(xù)出口API標(biāo)準(zhǔn)井口，但只限于最低級(jí)別的井口；為滿(mǎn)足慶深氣田市場(chǎng)需求，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了70 Mpa高壓防腐井口裝置（套管頭、油管頭）和高壓防腐采油（氣）樹(shù)，70 Mpa高壓節(jié)流、壓井管匯，和70 Mpa材料級(jí)別為FF制造級(jí)別最高為PSL3抗硫井口裝置樣機(jī)，使得我們的設(shè)計(jì)加工能力有所提高，但只處于樣機(jī)試制階段，要批量生產(chǎn)70 Mpa以上井口加工能力、水平還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。,.,本行業(yè)技術(shù)問(wèn)題,對(duì)于

10、多數(shù)含硫化氫中等濃度、高濃度二氧化碳、及硫化氫和二氧化碳共存的井況、低溫含硫井況、高溫?zé)岵珊蚓疀r，我們沒(méi)有這方面的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)加工經(jīng)驗(yàn)，氣井沒(méi)有氣密試驗(yàn)裝置做質(zhì)量保證，只能放棄訂單，同時(shí)，35Mpa以下的井口裝置，大多采用手工木模鑄造，鑄造水平和能力非常有限，表面質(zhì)量不好，鑄造缺陷較多；套管卡瓦的C-N共滲和后序線(xiàn)切割、閘板閥座表面處理高頻或氮化還需要外協(xié)；35Mpa以上的井口裝置，多數(shù)采用自由鍛造，使得毛胚肥頭大耳，增加了大量的機(jī)械加工時(shí)間，成本增加。,.,本行業(yè)技術(shù)問(wèn)題,對(duì)閥體關(guān)鍵零部件閘板、閥座表面處理技術(shù)上，多數(shù)采用手工噴焊技術(shù)，技術(shù)不夠穩(wěn)定，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，效率低，材料的熱處理技術(shù)還

11、需加強(qiáng)，尤其是特殊工況的特殊材料的熱處理還需加快研究；井口裝置所需的金屬材料和非金屬材料能否在高溫下或低溫下可靠工作，缺少基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和最終型式試驗(yàn)手段。尤其是高級(jí)別井口的材料熱處理問(wèn)題、閘板和閥座表面噴焊問(wèn)題我們才開(kāi)始探索，距國(guó)外生產(chǎn)出壓力高達(dá)140Mpa、最高材料級(jí)別為HH，產(chǎn)品規(guī)范級(jí)為PSL4,的陸地和海洋用井口裝置及閥體腔體噴焊特殊耐磨材料等技術(shù)還差距甚遠(yuǎn)。雖然，目前國(guó)內(nèi)對(duì)抗硫化氫腐蝕有所研究，但實(shí)驗(yàn)手段還需完善，尤其是模擬工況實(shí)驗(yàn)，對(duì)二氧化碳腐蝕的研究還較少，特別是高含量二氧化碳腐蝕及與硫化氫共存井況。,.,技術(shù)主攻方向和研究課題,材料研究方面 研究耐高溫工況和耐低溫工況以及含硫化氫

12、中等濃度、高濃度二氧化碳、及硫化氫和二氧化碳共存的井況的金屬和非金屬材料，尤其是特殊金屬材料和在特殊工況條件下的熱處理工藝的研究，提高材料的防腐性能，來(lái)滿(mǎn)足特殊工況條件的使用要求。,.,技術(shù)主攻方向和研究課題,結(jié)構(gòu)型式方面 閘閥系列重點(diǎn)研究暗桿閥的結(jié)構(gòu)型式，使其密封性能好，有自動(dòng)補(bǔ)償功能，減小開(kāi)關(guān)力矩，同時(shí)開(kāi)發(fā)規(guī)格為5-9的平板閥，密封處盡可能采用全金屬密封。 井口和采油樹(shù)方面研究單油管電潛泵井口裝置、雙油管井口裝置及雙通徑的整體式采油樹(shù)和整體套管頭，重點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、性能好、功能全、能實(shí)現(xiàn)智能控制，可以對(duì)開(kāi)、關(guān)井所需要的各種功能、狀態(tài)實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)控，在壓力高、低超出規(guī)定范圍、現(xiàn)場(chǎng)起火或有

13、害氣體泄漏時(shí)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)緊急關(guān)井等多功能方向發(fā)展。,雙通徑整體式 采油樹(shù),.,技術(shù)主攻方向和研究課題,在油管掛上研制一種特殊的螺紋，并研究結(jié)構(gòu)緊湊、密封可靠、帶有特殊背壓螺紋的單向閥，在必要時(shí)，可將背壓閥安裝在油管掛上，實(shí)現(xiàn)不壓井作業(yè)，或當(dāng)井口閥失效時(shí)，可防止井涌。 電潛泵井口裝置主要研究電纜穿越器的結(jié)構(gòu)和密封形式的研究，絕緣密封材料的研究，特殊螺紋的研制，使其便于電纜的連接、安裝和密封 。,油管懸掛器,.,技術(shù)主攻方向和研究課題,加工工藝方面 研究高壓力級(jí)別閘閥的模鍛加工技術(shù)，解決整體式采油樹(shù)和整體套管頭的加工難題；攻克閘板和閥座表面噴焊產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)難題，同時(shí)開(kāi)展閥體內(nèi)腔腔體噴焊特殊耐磨材料的研究，以適應(yīng)特殊工況條件。,