鉆井基礎知識井口裝置及采油樹講座課件

1、2022年10月6日1井口裝置及采油樹講座鉆井基礎知識2022年10月6日2井口裝置及采油樹講座一.井口裝置的主要技術要求二.井口裝置 三.采油樹 主要內容2022年10月6日3井口裝置及采油樹講座一、井口裝置的主要技術要求 目錄（一）1、井口裝置的鋼材特性2、額定工作壓力 3、材料 4、垂直通徑2022年10月6日4井口裝置及采油樹講座井口裝置的主體及其配件大部分由鋼制成其鋼材特性應等于或大于表1中的規(guī)定應能夠在規(guī)定的額定溫度環(huán)境中使用1、井口裝置的鋼材特性2022年10月6日5井口裝置及采油樹講座項目1類2類3類4類最低抗張強度 psi (Mpa)70000(483)90000(621)1

2、00000(690)70000(483)最低屈服強度 psi (Mpa)36000(248)60000(414)75000(517)45000(310)2in 最小伸長 %22181719最小收縮面積 %30353532最高含碳量 %0.35最高含錳量 %0.90最高含硫量 %0.05最高含磷量 %0.05表1 井口裝置鋼材特性2022年10月6日6井口裝置及采油樹講座1、2、3、4類這些名稱是API井口設備和閥門標準化委員選定的命名方法，用以鑒別屬于表列抗張強度范圍的材料。用4類鋼制成的法蘭認為是易于焊接的，然而經(jīng)驗證明，在各種情況下最好適當預熱，而且在40F(4)以下的大氣溫度電焊時，必須

3、預熱。指在這一規(guī)范中沒有列出1、2、3類材料的化學分析數(shù)據(jù)是有意的，以使制造廠商有充分的自由去研制適合這一重要服務領域所遇到的多種要求的鋼材。表1 井口裝置鋼材特性的說明：2022年10月6日7井口裝置及采油樹講座最大額定工作壓力：2、額定工作壓力是指設備運轉時的最大操作壓力使用設備時，應避免設備承受的壓力高于額定工作壓力2022年10月6日8井口裝置及采油樹講座井口設備所采用的材料應符合表2 的材料要求3、材料*應按照NACE MR-0175標準確定 *應符合NACE MR-0175標準表2 井口裝置材料要求材料級別材料最低要求本體、蓋和法蘭壓力控制件、閥桿和心軸式懸掛器AA一般工況碳鋼和低

4、合金鋼碳鋼和低合金鋼BB一般工況碳鋼和低合金鋼不銹鋼CC一般工況不銹鋼不銹鋼DD酸性工況碳鋼和低合金鋼*碳鋼和低合金鋼*EE酸性工況碳鋼和低合金鋼*不銹鋼*FF酸性工況不銹鋼*不銹鋼*HH酸性工況抗腐蝕合金*碳鋼和低合金鋼*2022年10月6日9井口裝置及采油樹講座垂直通經(jīng)：4、垂直通徑表3 本體最小垂直全開通徑和套管最大尺寸是指能夠通過工具或井下沒備的最小垂直孔徑。API 要求井口本體垂直通徑應比本體上的套管通徑約大（1/32in）。符合這個要求的井口本體稱為全開孔徑。 本體最小垂直全開通徑與下部所接套管的最大尺寸應符合表3 的對應關系。2022年10月6日10井口裝置及采油樹講座表3 本體

5、最小垂直全開通徑和套管最大尺寸注： 1、井口本體上部連接；2、套管的最大尺寸和最小重量根據(jù)孔徑而定；3、能徑按規(guī)定。公稱連接器主體下部套管井口主體最小垂直全開通徑 in連接器公稱尺寸和通徑 in額定工作壓力 psi尺寸 外徑 in公稱重量 lb/ft規(guī)定通徑直徑 in7-1/1620007176.4136.457-1/1630007206.3316.367-1/1650007236.2416.287-1/16100007296.0596.097-1/16150007385.7955.837-1/16200007385.7955.83920008-5/8247.9728.00930008-5/8

6、327.7967.83950008-5/8367.7007.739100008-5/8407.6007.629150008-5/8497.3867.4111200010-3/440.59.8949.9211300010-3/440.59.8949.9211500010-3/451.09.6949.7311100009-5/853.58.3799.4111150009-5/853.58.3799.4113-5/8200013-3/854.512.45912.5013-5/8300013-3/861.012.35912.3913-5/8500013-3/872.012.19112.2213-5/8

7、1000011-3/460.010.61610.6616-3/42000166515.06215.0916-3/43000168414.82214.8616-3/45000168414.82214.8616-3/410000168414.82214.8618-3/4500018-5/887.517.56717.5918-3/41000018-5/887.517.56717.5921-1/42000209418.93618.9720-3/43000209418.93618.9721-1/45000209418.93618.9721-1/410000209418.93618.972022年10月6

8、日11井口裝置及采油樹講座圖1 全開通徑示意圖 2022年10月6日12井口裝置及采油樹講座一.井口裝置的主要技術要求三.采油樹二.井口裝置井口裝置及采油樹2022年10月6日13井口裝置及采油樹講座二、井口裝置目錄（二）1、套管頭2、套管懸掛器 3、油管頭4、油管懸掛器5、轉換連接和轉換法蘭6、懸掛器的固定螺絲。7、測試孔和控制管線入口2022年10月6日14井口裝置及采油樹講座 圖2 為典型的井口裝置，其主要由套管頭、油管頭及其它配套部件構成。 圖2 典型井口裝置 2022年10月6日15井口裝置及采油樹講座1、套管頭 2、套管懸掛器 3、油管頭4、油管懸掛器 5、轉換連接和轉換法蘭6、懸

9、掛器的固定螺絲。7、測試孔和控制管線入口1、套管頭2022年10月6日16井口裝置及采油樹講座圖3 套管頭結構 套管頭（圖3）連接套管柱上端，由套管懸掛器及其錐座組成，用于支承下一層較小的套管柱并密封上下兩層套管間的環(huán)形空間。套管頭懸掛器座的上端通常與一個上法蘭連接,下端與一個四通連接，而四通下部又焊接一個下法蘭，具有上下法蘭和兩個環(huán)空出口，從而構成一個套管頭短節(jié)。海上油田的井一般有多層套管及環(huán)形空間，由此有多個套管頭。最下部套管頭安裝在隔水導管頂端，其上法蘭與中間套管頭的下法蘭相連接，其下端是螺紋或焊接滑套。中間的套管頭的上下法蘭分別與上下套管頭連接。最上部套管頭的上下法蘭分別與油管頭的下法

10、蘭和下面一級的套管頭的上法蘭連接。圖4 為海上某油田采用的套管頭。其中339.7mm(13 3/8in) 套管頭與508mm(20in)套管頭合成一個整體,稱為帶卡瓦和預備焊接套的啟動頭。最下部套管頭尺寸范圍為179.4539.8mm (7 1/16 21 1/4in), 用來支承114.3406.4mm (4 1/216in) 的套管。中間套管頭上下法蘭尺寸范圍（7 1/1621 1/4in），用于支承（4 1/213 3/8in ）的套管。API 套管頭及油管頭法蘭尺寸及其所支承的套管尺寸的匹配見表4。2022年10月6日17井口裝置及采油樹講座表層套管支承套管套管頭上法蘭第一中間套管頭法

11、蘭第二中間套管頭法蘭油管頭法蘭下上支承套管下上支承套管下上74-1/2、57-1/168-5/84-1/25-1/299-5/84-1/27910-3/45-1/27-5/81111-3/45-1/27-5/813-5/811-3/47-5/813-5/813-5/811或94-1/2、511-3/48-5/813-5/813-5/811或94-1/25-1/213-3/88-5/813-5/813-5/811或94-1/25-1/213-3/89-5/813-5/813-5/8115-1/27168-5/816-3/416-3/411或94-1/2、5-1/2169-5/816-3/416-

12、3/4115-1/271610-3/416-3/416-3/413-5/8或115-1/27-5/81610-3/416-3/416-3/413-5/8或117-5/813-5/8或1111或94-1/2、511或97-1/161613-3/816-3/416-3/413-5/88-5/813-5/811或94-1/2、5-1/211或97-1/161613-3/816-3/416-3/413-5/89-5/813-5/8114-1/27117-1/162013-3/821-1/421-1/413-5/88-5/813-5/8114-1/2、5-1/2117-1/162013-3/821-1/

13、421-1/413-5/89-5/813-5/8114-1/27117-1/16201621-1/421-1/416-3/410-3/416-3/4115-1/2、7117-1/16201621-1/421-1/420-3/413-3/820-3/413-5/88-5/8、9-5/813-3/411表4 API套管頭和油管頭法蘭尺寸（單位in）2022年10月6日18井口裝置及采油樹講座圖4 某海上油田使用的套管頭2022年10月6日19井口裝置及采油樹講座 套管懸掛器是安裝在套管頭和套管四通的錐座中，用于牢固地懸掛下一級較小的套管柱，并在所懸掛的套管和套管頭錐座之間提供密封的一種裝置。套管懸

14、掛器 套管懸掛器的尺寸是由公稱外徑?jīng)Q定的，它應與套管頭法蘭的公稱尺寸相匹配。表5 為井口懸掛器最大外徑與鉆通設備相匹配的要求。2022年10月6日20井口裝置及采油樹講座 套管懸掛器應能承受所懸掛的套管柱重量，才不致于產生縮頸變形而影響井下工具的通過。套管懸掛器 套管懸掛器所受到的載荷主要有錐形臺肩作用的徑向載荷、套管重量作用的拉伸載荷和井內壓力載荷。2022年10月6日21井口裝置及采油樹講座表5 套管懸掛器的最大外徑套管頭上法蘭公稱尺寸和最小通徑 in額定工作壓力 kpsi懸掛器的最大外徑 in7-1/162、3、5、10、15、207.01092、3、5、10、158.933112、3、

15、5、10、1510.91813-5/82、3、5、1013.52316-3/42、3、5、1016.62518-3/45、1018.62520-3/4320.62521-1/42、5、1021.1242022年10月6日22井口裝置及采油樹講座 油管頭(圖5)安裝在最上部套管頭的上部，由油管懸掛器及其本體組成，用于懸掛油管柱，并密封油管與生產套管間的環(huán)形空間。 油管頭 油管頭通常是一個有上下法蘭連接的短節(jié)，并帶有兩個環(huán)空側出口，構成一個四通，因此也叫油管四通。2022年10月6日23井口裝置及采油樹講座油管頭的連接：下部帶螺紋直接連接在生產套管的上端，上部為法蘭。上下都是帶法蘭的。上法蘭都帶有

16、鎖緊螺絲，用來壓緊油管懸掛器。海上油田的油管頭多數(shù)為上下都帶法蘭的 (圖6)。2022年10月6日24井口裝置及采油樹講座圖5 油管頭 2022年10月6日25井口裝置及采油樹講座圖6 某油田使用的油管頭 2022年10月6日26井口裝置及采油樹講座APl 標準系列中油管頭的工作壓力有：油管頭的壓力等級7.0 、13.8 、20.7 、34.5 、69、103.4 、138Mpa （1000 、2000 、3000 、5000 、10000 、15000 和20000psi ）幾種。油管頭最小工作壓力等于井口關井壓力。一般在完井時選擇額定工作壓力等于地層破裂壓力的油管頭。油管頭的額定工作壓力應

17、與油管懸掛器的額定工作壓力相匹配。 2022年10月6日27井口裝置及采油樹講座 油管懸掛器是坐在油管四通本體內的錐座中，用來懸掛油管柱，并在所懸掛的油管和油管四通本體之間提供密封的一種裝置。油管懸掛器 海上油氣完井一般都安裝井下安全閥，因此油管懸掛器要提供連接液壓控制管線的通道，潛油電泵井還須備有井下放氣閥和電纜穿越通道并密封。2022年10月6日28井口裝置及采油樹講座圖7 為幾種類型的油管懸掛器。 雙油管懸掛器由兩個半圓形懸掛器分別與對應尺寸的油管連接后構成一圓形整體，坐在雙油管懸掛器座中，坐入時必須對準油管四通內的導向塊（圖8，圖9 所示）。2022年10月6日29井口裝置及采油樹講座

18、圖7 油管懸掛器的幾種類型 2022年10月6日30井口裝置及采油樹講座圖8 雙油管懸掛器的油管四通 2022年10月6日31井口裝置及采油樹講座圖9 雙油管懸掛器的油管總成分解圖 2022年10月6日32井口裝置及采油樹講座 用于井口裝置的轉換連接，由一個轉換法蘭、一個轉換短節(jié)和一個限制面積的密封鋼圈組成，或由一個轉換短節(jié)和一個限制面積的封隔機構組成。它是一種可以從一個壓力等級轉換到另一個較高的壓力等級的法蘭式井口連接。圖10 是幾種帶限制面積封隔機構的轉換連接。 轉換法蘭 轉換連接底部和上部 API 法蘭式、APl 雙頭螺栓式或其他連接形式。帶限制面積封隔機構的轉換連接的公稱尺寸和額定工作

19、壓力應符合表3-3-5 的API 標準。 2022年10月6日33井口裝置及采油樹講座圖10 帶限制面積封隔結構的轉換連接 2022年10月6日34井口裝置及采油樹講座 懸掛器的固定螺絲是安裝在套管頭和油管頭上，用于壓緊套管懸掛器或油管懸掛器的一種部件。圖11 為固定螺絲壓緊懸掛器的示意圖。懸掛器的固定螺絲 懸掛器固定螺絲的密封填料用來防止環(huán)形空間流體泄漏并保護螺紋。懸掛器固定螺絲的強度應能承受四通的工作壓力。2022年10月6日35井口裝置及采油樹講座圖11 固定螺絲壓緊懸掛器示意圖 2022年10月6日36井口裝置及采油樹講座 帶有二次密封或轉換密封的套管頭和油管頭的底法蘭上都應有測試孔。

20、用于測試高壓和低壓之間的密封狀況。 測試孔和控制管線入口 在采油樹的底法蘭上開有控制管線入口，用于連接井下安全閥液壓控制管線或化學藥劑注入管線。 測試孔和控制管線入口采用內螺紋連接，它應符合API 螺紋連接規(guī)范。 通常情況下，測試孔為1NPT、化學藥劑注入口為3/4 NPT、控制管線入口為1/2 NPT、毛細管入口為1/8 NPT母扣。2022年10月6日37井口裝置及采油樹講座三、采 油 樹 目錄（三1）1、海上平臺采油樹分類1）、單油管采油樹2）、雙油管采油樹2022年10月6日38井口裝置及采油樹講座 采油樹是由閥門、異徑接頭、油嘴及管路配件組成采油樹 是一種用于控制油氣生產，并為鋼絲、

21、電纜、連續(xù)油管等修井作業(yè)提供條件的裝置2022年10月6日39井口裝置及采油樹講座按結構形式可分為：海上平臺采油樹分類分體式和整體式兩種。分體式是由一些閥門等獨立部件組裝而成。整體式是將主閥、安全閥、清蠟閥和翼閥等制成一個整體部件，閥與閥之間的距離較小，既省空間又耐高壓，特別適用于海上平臺的油氣井（圖12）。 按生產井類別和完井生產方式可分為：自噴井、潛油電泵井、氣舉井、螺桿泵井和注水井、氣井的采油樹等（圖13）。2022年10月6日40井口裝置及采油樹講座 采油樹的額定工作壓力等于組成采油樹各部件中額定工作壓力最小部件的額定工作壓力,即額定工作壓力最小的部件決定整個采油樹的額定工作壓力。采油

22、樹工作壓力及垂直通徑 采油樹總成的垂直通徑,按API 標準應通過長106.7cm (42in) 的內徑規(guī)。不同規(guī)格的油管所對應的內徑規(guī)尺寸如表6 所示。 2022年10月6日41井口裝置及采油樹講座表6 采油樹通徑和內徑規(guī)尺寸 法蘭或卡箍連接最小垂直通徑 in (mm)油秋規(guī)格內徑規(guī)直徑 in (mm)公稱尺寸和直徑 in (mm)舊的公稱尺寸 in工作壓力等級 kpsi外徑 in (mm)重量 lb/ft1660（42。2）241286（32。52）1-13/16(46.0)1-1/22、3、51-13/16（42。9）1900（48。3）291516（38。52）2-1/16(52.4)2

23、2、3、52-1/16（65。1）2-3/8（60。3）471901（48。22）2-9/16(65.1)2-1/22、3、52-9/16（52。6）2-7/8（73。0）652347（59。62）3-1/8(79.4)32、3、53-1/8（79。4）3-1/2（88。9）932867（72。82）4000（101。6）1103351（85。12）4-1/16(103.2)42、3、54-1/16（103。2）4-1/2（114。3）12753833（97。32）1-11/16(42.9)1-11/1610、151-1/16（42。9）1900（48。3）291516（38。52）1-13/

24、16(46.0)1-13/1610、151-13/16（46。0）2063（52。4）3251657（42。12）2-1/16(52.4)2-1/1610、152-1/16（52。4）2-3/8（60。3）471901（48。22）2-9/16(65.1)2-9/1610、152-9/16（52。6）2-7/8（73。0）652347（59。62）3-1/16(77.8)3-1/1610、153-1/8（79。4）3-1/2（88。9）932867（72。82）4-1/16(103.2)4-1/16104-1/16（103。2）4-1/2（114。3）12753833（97。32）內徑規(guī)直徑應

25、符合API Spec 5A套管、油管和鉆桿關于外加厚油管的內徑規(guī)的要求，但2-1/16（52。4mm）帶整體接頭內加厚的1-1/2in外加厚螺紋的油管除外。 2022年10月6日42井口裝置及采油樹講座 單油管采油樹安裝在單油管完井的井口裝置上，除了有分體式和整體式之外，它還有單翼和雙翼之分。根據(jù)井的種類或油井生產方式的差別，可用閥門及短節(jié)組合成不同形式的單油管采油樹，而其連接方式可以是法蘭式、螺紋式或卡箍式。 1）、單油管采油樹2022年10月6日43井口裝置及采油樹講座 雙油管采油樹安裝在雙油管完井的井口裝置上，用于兩個油層同時而又獨立開采的生產控制。雙油管完井是在同一個生產套管中下入兩根

26、平行油管柱(長油管柱和短油管柱)或兩根同心油管柱，通過雙管封隔器和單管封隔器對兩個油（或氣）層段進行分隔，（圖14）2）、雙油管采油樹 2022年10月6日44井口裝置及采油樹講座圖14 FMC的雙油管井口和采油樹 2022年10月6日45井口裝置及采油樹講座三、采 油 樹 目錄（三2）2、采油樹的相關部件6）、API螺栓、螺母 7）、背壓閥 （BPV） 8）、采油樹帽 9）、防磨襯套、試壓塞 及送入/取出工具10）、注脂工具11）、VR塞1）、油管四通和三通 2）、閘閥與旋塞閥 3）、油嘴 4）、API法蘭 5）、API鋼圈2022年10月6日46井口裝置及采油樹講座 采油樹的油管四通和三通

27、與主閥、清蠟閥和翼閥相連接，常見的四通和三通有法蘭式和法蘭雙頭螺栓式。采用四通的采油樹為雙翼采油樹，采用三通的采油樹為單翼采油樹。有些平臺采油樹的三通與清蠟閥和主閥或井口安全閥組成體，則成為整體式采油樹。 采油樹的油管四通和三通的尺寸、額定工作壓力材料的選擇，應與相連接的部件：按APl 標準相匹配。表7 和表8 分別為上述兩種形式油管四通和三通的APl 額定工作壓力所對應的尺寸。1）、油管四通和三通2022年10月6日47井口裝置及采油樹講座 閘閥是一種關閉部件(閘板)的移動方向垂直于流體流動方向的閥。旋塞閥是一種關閉部件(旋塞)旋轉的閥，而旋塞可以是圓柱形、圓錐形或球形。起井口控制的作用。

28、閘閥和旋塞閥的尺寸、額定工作壓力和材料的選擇，應與相連接的部件按API 標準相匹配。APl 標準中閘閥的材料為高強度合金剛。表9，表10 為閘閥和旋塞閥APl 額定工作壓力所對應的尺寸。2）、閘閥與旋塞閥2022年10月6日48井口裝置及采油樹講座油嘴是采油樹上用于控制油井流量的部件3）、油嘴 它安裝在翼閥與出油管線之間油嘴也可以用來控制氣舉井的注氣量和注水井的注水量2022年10月6日49井口裝置及采油樹講座油嘴有固定式和可調式兩種3）、油嘴 固定式油嘴(圖15)內裝有可更換的油嘴，它有固定的通孔，用來節(jié)流?？烧{式油嘴(圖16)有一個由外部控制的可變面積的通孔和一個與之對應的通孔面積指示機構

29、。2022年10月6日50井口裝置及采油樹講座油嘴通孔尺寸按0.4mm(1/64in) 遞增3）、油嘴 油嘴的尺寸、額定工作壓力和材料的選擇，應與相連接的部件按API 標準相匹配。 如油嘴通孔不是單一小孔時，其最大過流面積應折算成圓形，并用該圓的直徑來表示尺寸，這個尺寸同樣按0.4mm(1/64in) 遞增。2022年10月6日51井口裝置及采油樹講座圖16 可調式油嘴圖15 固定式油嘴 固定式和可調式油嘴2022年10月6日52井口裝置及采油樹講座 法蘭是帶有螺栓孔的凸緣并用于連接承壓設備的密封結構的端部連接。符合APl 規(guī)范的法蘭即為API 法蘭。 盲法蘭沒有中心通孔，用于完全封閉法蘭端面

30、或出口連接。盲法蘭與所要封閉的出口法蘭應具有相同的壓力等級并可配相同的密封元件。 按連接方式不同，法蘭可分為螺紋式法蘭和焊頸式法蘭。螺紋式法蘭的一側為密封面，另側為內螺紋。焊頸式法蘭的一側為密封面，另一側為焊接坡口。 用于井口裝置和采油樹的API 法蘭常見的有6B 型、6BX 型和扇形法蘭。表11 為這三種法蘭的額定工作壓力和尺寸范圍。4）、API法蘭 2022年10月6日53井口裝置及采油樹講座表11 API法蘭的額定工作壓力和尺寸范圍 2022年10月6日54井口裝置及采油樹講座 API 鋼圈是用于API 法蘭連接的密封元件。常用的API 鋼圈有R 型、RX 型和BX 型，如圖17 所示。

31、 R 型和RX 型鋼圈可以在6B 型法蘭中互換使用。BX 型鋼圈只能用于6BX 型法蘭。RX 型和BX 型鋼圈具有壓力自緊密封的性能，但不能互換。 R 型和RX 型鋼圈的所有23表面粗糙度不應低于63RMS，BX 型鋼圈的所有23表面粗糙度不應低于32RMS 。RX 型和BX 型鋼圈有一個壓力通孔，鉆通鋼圈的整個高度。 5）、API鋼圈 鋼圈不能重復使用。這是因為鋼圈裝入鋼圈槽時具有一定的正向過盈量，這種正向過盈保證法蘭鋼圈連接的密封性能。2022年10月6日55井口裝置及采油樹講座鋼圈材料：相對較軟的金屬。 API對最大硬度規(guī)定如下： 軟鐵HRB56 碳鋼和低合金鋼RHB68 不銹鋼RHB8

32、3注意事項：在制造、運輸、倉儲中要妥善保管，在安裝之時必須確認鋼圈的密封面是光潔完好的才可以進行安裝5）、API鋼圈 2022年10月6日56井口裝置及采油樹講座圖17 API鋼圈與API法蘭 表12 API 鋼圈的材料及識別標志 2022年10月6日57井口裝置及采油樹講座 API 螺栓、螺母是用于連接API 法蘭和卡箍的元件。API 螺栓、螺母的螺紋應符合API 螺紋規(guī)范API Std 5B 。API 螺栓推薦的拉力和扭矩 如表13 所示。API 法蘭、螺栓和鋼圈的相關數(shù)據(jù) 如表14 所示。 6）、API螺栓、螺母 2022年10月6日58井口裝置及采油樹講座1-3/823157表13 法

33、蘭螺栓的推薦扭矩 2022年10月6日59井口裝置及采油樹講座API 法蘭 螺栓 鋼圈2022年10月6日60井口裝置及采油樹講座API 法蘭 螺栓 鋼圈2022年10月6日61井口裝置及采油樹講座 背壓閥是安裝在油管懸掛器中，在拆卸防噴器或安裝、拆卸采油樹時，需要采用背壓閥以密封油管內孔；在對主閥進行維修7）、背壓閥 背壓閥一般有兩種類型，一種是由螺紋固定位置的，另一種是用膨脹式鎖緊機構固定的，見圖18a 和18b 。 更換時，也需要采 用背壓閥密封油管內孔。2022年10月6日62井口裝置及采油樹講座H BACK PRESSURE VALVE AND H AND HM TWO-WAY CH

34、ECK VALVE PART NUMBERS NOMINAL SIZEMAXIMUM ODPART NUMBERTUBING HANGERCHRISTMAS TREEH BACK PRESSURE VALVE H TWO-WAY CHECK VALVEHM TWO-WAY CHECK VALVETUBING ODMINMUN BORE BPV THREADSMINIMUM VERTICAL BORECHRISTMAS TREE MINIMUM DRIFT DIAMETER1-1/41.35630426-0841612-01-1.6601.286-1-1/2160530426-0241612-0

35、2-1.9001.5251-5/81.6101-3/41.77530426-0641612-036097612.0631.6951-13/161.79522.02030426-0141612-046400182.3751.9402-1/162.0302-1/22.48530426-0341612-05-2.8752.4052-9/162.50033.03030426-0441612-066401563.5002.9503-1/83.0603-1/23.53030426-0741612-07-4.0003.4504-1/163.58043.98030426-0541612-08-4.5003.9

36、004-1/164.020表15 “H”型背壓閥和“H” “HM”雙向止回閥 2022年10月6日63井口裝置及采油樹講座 采油樹帽安裝于采油樹頂部清蠟閥門之上，用于提供從縱向快速進入油管空間的入口。如果要進行鋼絲繩作業(yè)、連續(xù)油管作業(yè)、生產測試、開關滑套、裝卸背壓閥等作業(yè)，必須先卸去采油樹帽。 采油樹帽底部為APl 法蘭或螺紋，上部為梯形螺紋接頭。有些采油樹帽帶有法蘭連接或螺紋連接的三通或四通。采油樹帽 (圖19)8）、采油樹帽 2022年10月6日64井口裝置及采油樹講座在下入油管串之前的井下作業(yè)中為防止油管四通密封面被磨損或意外損傷，在油管掛坐封位置而安裝的一個裝置，由油管四通上法蘭的鎖緊

37、螺絲固定。外形如同一節(jié)管子，帶有吊耳機構。外徑稍小于油管四通的內徑，其內徑稍大于最小垂直內徑。 9）、防磨襯套 2022年10月6日65井口裝置及采油樹講座有手動和液壓兩種，手動工具如圖22：10）、注脂工具 連接螺紋注脂槍本體注脂絲扛手動注脂工具是采用擰轉絲扛，將前端的密封脂擠入密封腔內。液壓注脂工具是由液壓驅動一個活塞將裝在前面的密封脂擠入密封腔內。2022年10月6日66井口裝置及采油樹講座用作四通上閥門修理的專用裝置。如閥門需要修理，先用專用工具將VR閥安裝在四通本體上的母扣內，起到阻斷環(huán)空流體外泄，這樣就可以將待修的閥門拆下。閥門修好后，再將閥門復位，然后用專用工具將VR塞取出。（其

38、實質就是一個單流閥）11）、VR塞 2022年10月6日67井口裝置及采油樹講座三、采 油 樹 目錄（三3）3、井口安全控制設備 1)、井口安全閥（SSV） 2)、井下安全閥（SSSV）3)、井下安全閥結構及工作原理 （1）、鋼絲可回收井下安全閥（2）、油管攜帶安全閥 （3）、套管環(huán)空安全閥（4）、井下自動控制安全閥a、注入式b、速度式4)、安全閥主要技術參數(shù)2022年10月6日68井口裝置及采油樹講座 井口安全控制設備指的是自動關井系統(tǒng)。當油井或平臺處理設施出現(xiàn)異常情況時，自動關井系統(tǒng)應能及時自動關閉油氣井并停止油氣處理，以防止發(fā)生危及安全和造成環(huán)境污染的事故。 平臺生產中容易發(fā)生的險情有：

39、處理容器液位過高或壓力過高、管線或容器破裂使油氣泄漏、火情或氣情等。對不同級別的險情，關閉油井及其他設備的程度也不同。3、井口安全控制設備2022年10月6日69井口裝置及采油樹講座自動關井系統(tǒng)包括安全閥、探測裝置、井口控制柜和控制管線自動關井系統(tǒng)安全閥有井口安全閥和地面控制的井下安全閥。井口安全閥可以是氣動控制的也可是液壓控制的井下安全閥一般都是液壓控制的井口安全閥一般都安裝在采油樹上。對于壓力較高的油井或氣井，可安裝兩個井口安全閥，一個在主閥上游或下游，另一個在翼閥上游或下游。圖23 為自動關井系統(tǒng)示意圖。2022年10月6日70井口裝置及采油樹講座圖23 自動關井系統(tǒng)示意圖 2022年1

40、0月6日71井口裝置及采油樹講座圖24 單井控制模塊 2022年10月6日72井口裝置及采油樹講座 井口安全閥多數(shù)是帶有活塞式執(zhí)行機構的逆向動作的閘閥。閘閥的開與關由執(zhí)行機構完成(見圖25) 。執(zhí)行機構內有帶動閥桿的活塞，活塞的一端為充氣或充液室，另一端為彈簧。當活塞受氣壓或液壓推動壓縮彈簧，閘閥被打開；當氣壓或液壓卸去，彈簧伸展，閘閥被關閉。1）、井口安全閥 圖25 氣動和液動安全閥 2022年10月6日73井口裝置及采油樹講座 井下安全閥是井中流體非正常流動的控制裝置，生產設施一旦發(fā)生火災，管線破裂等非正常情況時，能自動關閉，實現(xiàn)井中流體的流動控制，是海上完井生產管柱的重要組成部分。一般要

41、求至少要下在海底泥線以下20 m ，雙管完井長管的井下安全閥要比短管深20 m 以上。 井下安全閥按其控制方式分地面液壓控制和井下流體自動控制兩類，地面液壓控制分鋼絲回收式、油管攜帶式和環(huán)空安全閥。 2）、井下安全閥 2022年10月6日74井口裝置及采油樹講座 （1）、鋼絲可回收井下安全閥鋼絲可回收井下安全閥，采用鋼絲下入，坐在預先隨完井生產管柱下入的安全閥工作筒內，也可坐在其它工作筒內作二次安全閥。鋼絲可回收安全閥如圖26 所示，主要由下列幾部分組成：閥體、密封盤根、鎖定頭、傳壓通道、活塞、彈簧及活瓣等組成，其中鎖定頭是將安全閥鎖定在工作筒內的主要部件。3）、井下安全閥結構及工作原理 圖2

42、6 鋼絲回收式安全閥2022年10月6日75井口裝置及采油樹講座工作原理： 安全閥坐到工作筒內后，通過地面加壓，壓力經(jīng)液控管線傳至兩個密封盤根之間的傳壓孔到活塞上，推動活塞向下移動，并壓縮彈簧，將活瓣打開，如果保持控制管線壓力，安全閥處于打開位置；釋放控制管線壓力，依靠彈簧張力推動活塞上移，使閥關閉。 鋼絲可回收安全閥選用時應注意安全閥的鎖定與工作筒的配合，工作筒結構如圖27 所示 3）、井下安全閥結構及工作原理 圖27 安全閥工作筒2022年10月6日76井口裝置及采油樹講座 油管攜帶安全閥與可回收安全閥的最大差別是，安全閥與工作筒制成一體，隨管柱一起下入，兼有二次安全閥的功能，即如果安全閥

43、失去作用時，可通過鋼絲作業(yè)方法，使其處在常開狀態(tài)，再下入相應尺寸的鋼絲可回收安全閥，使其再次工作。結構如圖28 所示，由控制管線連接口、活塞、活塞接頭、彈簧、流動管、活瓣等組成，這類安全閥通常帶有永久打開鎖定滑塊，也可按需要選擇同時帶有臨時打開鎖定滑塊。（2）、油管攜帶安全閥 2022年10月6日77井口裝置及采油樹講座工作原理： 油管攜帶安全閥工作原理與鋼絲可回收安全閥相似。不同點在于，如果安全閥失去作用，可下入永久鎖定打開工具，通過地面加壓或向下振擊，剪斷常開鎖定滑塊的銷釘，使滑塊向下移動推動活塞，使安全閥處于永久打開位置，此時相當于工作筒，再通過鋼絲下入可回收式安全閥，形成新的安全閥系統(tǒng)

44、；如果要保證在安全閥以下進行鋼絲作業(yè)，通過鋼絲下入臨時打開工具，向上振擊，使臨時鎖定滑塊向上移動與活塞底部鎖定在一起，安全閥處于臨時打開位置，鋼絲作業(yè)完成后，液控管線加壓，安全閥重新處于正常工作狀態(tài)。 （2）、油管攜帶安全閥 2022年10月6日78井口裝置及采油樹講座（2）、油管攜帶安全閥 圖28 油管攜帶式安全閥 1、上短節(jié)3、動力密封總成2、密封筒螺帽5、活塞4、分體式軸承6、密封筒24、控制管線鎖緊螺母23、彈性密封27、絲扣保護器26、前密封25、后密封22、法蘭面空間21、活瓣（平衡或非平衡）20、扭轉彈簧19、活瓣銷釘18、活瓣閥座密封總成17、彈簧腔室16、活瓣底座15、活瓣座

45、14、C環(huán)13、彈簧止動塊12、流動管11、動力彈簧10、連接器9、固定螺釘8、軸承7、閥體2022年10月6日79井口裝置及采油樹講座套管環(huán)空安全閥，如圖29 ，從結構上看，通常叫油管懸掛器安全閥。適用于需要同時控制油管和套管環(huán)空流動的完井生產管柱。如：氣舉：除提供氣舉通道外，還能保證油井環(huán)空的流動控制。雙油層完井：與其它封隔器配合，實現(xiàn)雙油層隔離和生產。結構：套管環(huán)空安全閥的結構如圖29 所示，由油管懸掛封隔器和安全閥組成，下部是油管懸掛封隔器，上部是安全閥。安全閥部分由傳壓通道、控制管線連接口、彈簧、活塞及流動通道組成，油管懸掛封隔器坐封，既可以與安全閥采用同一控制管線，也可以使用單獨的

46、控制管線。（3）、套管環(huán)空安全閥 圖29 套管環(huán)空安全閥 2022年10月6日80井口裝置及采油樹講座特點：內徑大：懸掛封隔器內徑與油管內徑一致；環(huán)空流動面積大：大于油管流動面積；緊急情況下壓井容易；作業(yè)簡單：懸掛封隔器通過控制管線坐封，釋放油管張力載荷解封。工作原理：通過地面加壓，壓力經(jīng)控制管線傳到傳壓通道，向上推動活塞壓縮彈簧，使流動通道與環(huán)空連通，安全閥處于打開位置，釋放控制管線壓力，彈簧向下推動活塞使流動通道與環(huán)空隔斷，安全閥處于關閉位置。由于套管環(huán)空安全閥的流動通道在懸掛封隔器中心管外部，與安全閥傳壓通道可連通，因此還要考慮懸掛封隔器的坐封方式，一般有油管液壓坐封和控制管線壓力坐封兩

47、種，如果選用控制管線坐封方式，則要考慮安全閥的工作壓力與懸掛封隔器坐封壓力差，防止懸掛封隔器提前坐封。（3）、套管環(huán)空安全閥2022年10月6日81井口裝置及采油樹講座 井下自動控制安全閥指安全閥的開關由井內壓力、流速變化控制，按操作方式，這類安全閥可歸類于鋼絲回收安全閥，由于其開關控制方式不同，故另分一類。 結構如圖30 所示，由閥體，定位頭、密封圈、節(jié)流嘴(Orifice)、彈簧、活塞及活瓣等組成。一般有注入式和速度式兩類。4）、井下自動控制安全閥 圖30 井下自動控制安全 2022年10月6日82井口裝置及采油樹講座作用原理及適用條件：注入式注入式安全閥是常閉閥，正常注入時打開，當注入停

48、止或井內回流時自動關閉。地面注入流體時，注入壓力在節(jié)流嘴處產生壓差，使彈簧壓縮，向下推動活塞，使活瓣處于打開位置；注入停止，靠彈簧張力，使活塞向上移動，活瓣處于關閉位置，安全閥關閉。這類安全閥多用于注水井、注蒸氣井，額定工作壓力為41.4MPa 和69MPa ，工作溫度在-7135 。特點：內徑大，流動不受限制，保護密封和活瓣不直接受流體沖蝕；通過常規(guī)鋼絲作業(yè)，帶壓下入和打撈；坐在無開孔(NonPorted Nipple) 工作筒內；活瓣采用楔型不規(guī)則結構，易密封。4）、井下自動控制安全閥2022年10月6日83井口裝置及采油樹講座速度式速度式安全閥是常開閥。當井中流體流速超過安全閥預先設定的

49、關閉流速時，在節(jié)流嘴處產生壓差，向上推動活塞使彈簧壓縮活瓣關閉，實現(xiàn)井下關井，活瓣處壓力達到平衡后，靠彈簧張力向下推動活塞，使活瓣打開。通過改變節(jié)流嘴尺寸和彈簧張力強度，可調節(jié)閥的關閉能力，但要求充分掌握油井數(shù)據(jù)。速度式安全閥適用于：地面不能正?？刂朴途畷r，實現(xiàn)井下自動關井，如管線破裂等非正常情況；地面控制井下安全閥的控制管線損壞，或安全閥本身損壞失去作用，而又不便修井時，可用鋼絲作業(yè)下入速度式安全閥坐在工作筒內，作二次安全閥。特點：帶壓下入或打撈；適用范圍廣，可用于多種不同鎖定方式的工作筒，如“F”或“R”型工作筒；下入深度不受限制，可下在生產管柱任何深度；采用不規(guī)則楔型活瓣，密封性好。訂購

50、時除了注明尺寸、工作參數(shù)外，還需注明節(jié)流嘴尺寸、彈簧強度及調節(jié)范圍。 4）、井下自動控制安全閥2022年10月6日84井口裝置及采油樹講座安全閥主要技術參數(shù)：5）、安全閥主要技術參數(shù) 尺寸型號 工作壓力溫度工作環(huán)境下入深度2022年10月6日85井口裝置及采油樹講座三、采 油 樹 目錄（三4、5）4、化學藥劑注入系統(tǒng)5、采油樹的防腐 1)、內腐蝕 (1)、質量損失腐蝕(2)、硫化氫或氯化物應力裂紋腐蝕2)、外腐蝕 (1)、氧腐蝕(2)、電化學腐蝕2022年10月6日86井口裝置及采油樹講座圖31 化學藥劑注入示意圖 海上油田向油井注入化學藥劑，可根據(jù)需要注入到井下一定深度或注入到地面油嘴下游。

51、所注化學藥劑包括防腐劑、防蠟劑、防垢劑等。 4、化學藥劑注入系統(tǒng) 2022年10月6日87井口裝置及采油樹講座 化學藥劑由平臺上的化學藥劑罐經(jīng)過化學藥劑注入泵泵送到井口。化學藥劑注入泵可以是各種類型的小排量泵，泵速可調。如圖31所示，與井口裝置相連的采油樹下端法蘭上有一個12.7mm (1/2in) 的螺紋連接口，接上一個閥門?；瘜W藥劑到井口后，經(jīng)此閥門進入法蘭內的通道，再經(jīng)油管懸掛器上的通道進入環(huán)空的井下注入管線，到達一定深度后，從管柱工作筒上的注入閥再注入到油管里。注入管線可采用6.4mm (1/4in)或3/8in 的不銹鋼管線。4、化學藥劑注入系統(tǒng) 2022年10月6日88井口裝置及采

52、油樹講座腐蝕的定義：5、采油樹的防腐 金屬與其環(huán)境發(fā)生化學反應或電化學作用而造成的金屬破壞。腐蝕可能是內部的、也可能是外部的。內部腐蝕常常是由于有機酸、二氧化碳、氯化物或硫化氫等電解質引起的腐蝕。外部腐蝕常常是由于金屬表面與氧接觸或微電流流動使金屬失電子而引起的腐蝕。 2022年10月6日89井口裝置及采油樹講座采油樹和井口設備的防腐方法：5、采油樹的防腐 a 使用各種特殊抗腐蝕合金b 注入某種有效的防腐劑c 應用有效的涂層d 陰極保護 （根據(jù)腐蝕的類型和經(jīng)濟效益可以采用一種或幾種方法來防腐）2022年10月6日90井口裝置及采油樹講座 要測試流體對采油樹的腐蝕情況，可在采油樹或出油管線上可安

53、裝腐蝕掛片，定期檢查對比腐蝕掛片情況，就可知道腐蝕快慢并采取相應的防腐措施。 腐蝕掛片更換時要記錄其質量和更換的時間。 5、采油樹的防腐 2022年10月6日91井口裝置及采油樹講座 質量損失腐蝕是由二氧化碳和有機酸引起的(沒有硫化鐵腐蝕產物或硫化氫出現(xiàn))。當二氧化碳溶解于水而產生碳酸，由于其作用引起的腐蝕。1）、內腐蝕(1) 質量損失腐蝕采油樹防止質量損失腐蝕的防腐方法：a. 當二氧化碳分壓在井底條件下超過207kPa(30psi) 時，一般需要應用一種有效防腐劑、防腐涂層或特殊合金設備；b. 當二氧化碳分壓在井底條件下超過689kPa(100psi) 時，一般需用特殊合金設備。2022年1

54、0月6日92井口裝置及采油樹講座(2) 硫化氫或氯化物應力裂紋腐蝕1）、內腐蝕 硫化氫或氯化物對采油樹的腐蝕稱為硫化氫或氯化物應力裂紋腐蝕。當硫化氫溶解于水呈酸性，產生腐蝕并形成硫化鐵時，硫化鐵附著在鋼的表面形成電解電池。硫化鐵對鋼是陰極，進而加速了局部腐蝕。硫化氫釋放出的氫進入鋼晶體結構，減小了其延展性，增加了其脆性，從而形成氫脆裂。2022年10月6日93井口裝置及采油樹講座(2) 硫化氫或氯化物應力裂紋腐蝕1）、內腐蝕硫化氫或氯化物應力裂紋腐蝕，采油樹防腐的方法有：1）當壓力超過448kPa (65psi) ( 絕對)，硫化氫分壓超過0.34kPa (0.05psi) ( 絕對)時，一般

55、需用特殊合金設備；2）適當注入一種有效的防腐劑；3） 碳鋼和低合金鋼的硬度不能超過洛氏硬度R22。2022年10月6日94井口裝置及采油樹講座1）、內腐蝕 當井內流體同時含有二氧化碳和硫化氫時，既需要防止金屬的質量損失腐蝕，又需要防止硫化物應力裂紋腐蝕。一般可采用不銹鋼、蒙乃爾合金或其他非鐵物質。API 規(guī)范6A 指出，NACE 的標準MR-01-75 可作為防止硫化物應力裂紋腐蝕材料的基本標準。2022年10月6日95井口裝置及采油樹講座(1) 氧腐蝕2）、外腐蝕 鋼暴露在大氣氧中或有腐蝕性的大氣中時，由于氧化作用而產生氧腐蝕。腐蝕的嚴重程度決定于溫度、金屬表面的侵蝕、腐蝕產物的性質、表面薄

56、膜、電解質的存在和類型。鹽水可使腐蝕速度急劇加快。海上油田平臺設備的腐蝕尤其明顯。氧腐蝕的采油樹防腐方法：a.應用特殊合金設備b.應用金屬或非金屬物質的有效的外部防腐涂層c.在水下應用陰極保護法防腐。 2022年10月6日96井口裝置及采油樹講座 (2) 電化學腐蝕2）、外腐蝕 電化學腐蝕有兩種主要形式*由于產生金屬原電池而引起的腐蝕*金屬暴露于某種濕土壤時產生的電化學腐蝕電化學腐蝕采油樹的防腐方法：a.適當?shù)厥褂煤捅３株帢O保護裝置b.應用有效的外部涂層c.避免使用不同的金屬d.采油樹的地面管線進行電絕緣2022年10月6日97井口裝置及采油樹講座三、采 油 樹 目錄（三6）6、采油樹的選用 1)、井的類別2)、地質條件 3)、溫度因素4)、安裝采油樹的平臺井口條件 5)、安全要求6)、特殊作業(yè)的要求 7)、經(jīng)濟效益2022年10月6日98井口裝置及采油樹講座選擇采油樹的基本要求：6、采油樹的選用安全、經(jīng)濟和便于操作安全經(jīng)濟便于操作強度足夠大，能承受正常工作壓力和一些特殊作業(yè)的壓力