國(guó)外井口裝置發(fā)展現(xiàn)狀

胤旭機(jī)電 >> 國(guó)外井口裝置發(fā)展現(xiàn)狀 : 井口裝置由套管頭、油管頭和采油樹三部分組成，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)，能滿足不同工況，密封可靠

井口裝置由套管頭、油管頭和采油樹三部分組成，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)，能滿足不同工況，密封可靠，工作安全。


(一)井口裝置發(fā)展趨勢(shì)

國(guó)外許多公司都在不斷開發(fā)并完善電潛泵井口裝置及整體采油樹，生產(chǎn)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是井口裝置發(fā)展的主要趨勢(shì)。在國(guó)內(nèi)將油管頭、采油樹統(tǒng)一稱為“井口裝置”，井口裝置已是我國(guó)的成熟產(chǎn)品。具有結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、性能好的特點(diǎn)，是井口裝置的發(fā)展趨勢(shì)。總體來(lái)講閘閥系列，主要趨向特殊防腐材料應(yīng)用，結(jié)構(gòu)上發(fā)展多樣化。

(二)國(guó)外井口裝置發(fā)展現(xiàn)狀

目前，國(guó)外生產(chǎn)采油樹比較大工作壓力是140MPa，組成采油樹的法蘭式連接閘閥比較大額定工作壓力達(dá)210MPa。國(guó)外許多公司都在不斷開發(fā)并完善電潛泵井口裝置及整體采油樹，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，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)家有美國(guó)、英國(guó)、意大利等十幾個(gè)國(guó)家，美國(guó)的產(chǎn)品技術(shù)和生產(chǎn)能力處于世界優(yōu)質(zhì)地位。知名的制造廠商有Cameron、F.M.C、Vetco、Gray等公司，Cameron公司采油樹性能質(zhì)量比較好，但價(jià)格較高。

1.閘閥系列

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)。

(1)Cameron公司閘閥

①FL和FLS型閘閥。

Cameron公司新生產(chǎn)的閘閥有FL和FIS型兩種，工作壓力13.79～34.5MPa。

主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：采用整體式閘板結(jié)構(gòu)，可防止管線中的沉淀物進(jìn)入閥體內(nèi)腔。高承載能力的兩個(gè)止推軸承用來(lái)吸收閘板開啟和關(guān)閉時(shí)的載荷，從而將手輪旋轉(zhuǎn)力減至比較小。特殊惰性材料彈簧承載的唇型密封，既能保護(hù)金屬密封面又能加強(qiáng)低壓密封性能。FL型閘閥在每個(gè)閥座上使用的是單個(gè)唇形密封。

②JS型閘閥。

主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：Cameron公司JS型閘閥主要特點(diǎn)是具有一回轉(zhuǎn)孔口的閘板，可在不考慮閥桿位置的情況下把閥板推向開啟位置，使JS型閘閥特別適合于作采油樹裝置的底閥。此外，該型閘閥采用閥座和閘板、閥體金屬對(duì)金屬的密封，特殊外徑、內(nèi)徑的唇型密封既加強(qiáng)。了低壓密封又保護(hù)了閥座、閥板及閥體的金屬密封面。

(2)Vetco、Gray公司閘閥

Vetco、Gray公司新生產(chǎn)的閘閥系列有VG一300和VG一200。

①VG一300高壓系列閘閥。

VG一300高壓系列閘閥工作壓力從34.5~103MPa，規(guī)格從50～228.6mm。

主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：這種閘閥采用的是多向模鍛承壓閥體、閥帽，UV型具有熱塑并充填的特氟隆(TEE)復(fù)合閥桿盤根，配備有多用途的接頭，用于注入閥體潤(rùn)滑劑和閥桿密封劑。

VG-300FR型具有后座自動(dòng)密封防火功能。

②VG-200低壓系列閘閥。

VG-200低壓系列閘閥工作壓力從13.79～34.5MPa，規(guī)格從50.8～101.6mm。

主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：這種閘閥結(jié)構(gòu)采用的是低合金鋼承壓鑄件殼體、平行閥板結(jié)構(gòu)、非橡膠唇形閥桿盤根并采用精密滾針軸承承受閥桿載荷，具有安全剪切銷的功能。

VG-300LMV型具有遠(yuǎn)距離控制快速防火功能。
VG-230SE型為分合式閥板，伸長(zhǎng)式閥蓋，適合于高溫工況。
VG-600適合于地?zé)峋r。

(3)意大利Breda公司閘閥

意大利Breda公司閘閥有SDS和SD兩種類型，其共同特點(diǎn)是：浮動(dòng)閥座密封，平板閘板結(jié)構(gòu)，特氟隆復(fù)合人字形閥桿密封盤根。

①SDS型閘閥。

SDS型閘閥適用于68.9～138MPa的高壓力場(chǎng)合，閥座內(nèi)徑、外徑均預(yù)加U型密封，以確保高壓力優(yōu)質(zhì)別下施加在閥座上的載荷和閥板、閥座同壓密封的要求。

②SD型閘閥。

SD型閘閥適合于13.79-34.5MPa的低壓力范圍，通徑從52.4~181mm，閥座外徑上采用U型預(yù)加載結(jié)構(gòu)，確保閥板與閥座金屬對(duì)金屬的低壓密封。

(4)美國(guó)F.M.C公司閘閥

美國(guó)F.M.C公司FMCl00系列閘閥采用鍛造承壓閥體結(jié)構(gòu)、雙滾針滑動(dòng)軸承、安全剪切銷和Teflon UV型閥桿填料(**產(chǎn)品)，可耐H2S、C02和氯化物的腐蝕，工作溫度為-24~177?C，工作壓力在138MPa以上。

FMCl20型閘閥的工作壓力從13.79—34.5MPa，規(guī)格從53～181mm。130型的工作壓力從68.9～103MPa，規(guī)格從49～168mm。

(5)英國(guó)公司閘閥

英國(guó)研制了用于油氣井自噴設(shè)備的閘閥(**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。

總之，國(guó)外閘閥的發(fā)展主要是應(yīng)用特殊防腐材料，以滿足高含H2S、C02物質(zhì)的油氣井需要；在結(jié)構(gòu)上開展多樣化研究，來(lái)達(dá)到密封性能好(有自動(dòng)補(bǔ)償)，且開啟靈活；另外，在密封材料上不斷改進(jìn)，使其性能不斷提高。

2.套管頭系列

套管頭包括套管頭四通、套管懸掛器、盤根裝置、頂絲、閘閥和壓力表組成。

是裝在整個(gè)井口裝置比較下端的一個(gè)裝置。作用是連接井內(nèi)各層套管并密封套管間的環(huán)形空間。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、密封性能好(自動(dòng)密封)、適用于深井多層套管以及整體化方向發(fā)展。
(1)Cameron公司產(chǎn)品

①緊湊式套管頭。

Cameron公司緊湊式套管頭，是將多層套管頭的殼體制成一體，內(nèi)部各層懸掛器通過(guò)相互承載傳遞重量，體積小，節(jié)約材料和連接件，減輕自身重量。

②套管掛。

Cameron公司生產(chǎn)的套管掛主要有AW、WC、JM、CA、CAM、FR、BRX一2等類型，可根據(jù)不同油井情況和套管與Cameron WF型套管頭殼體和WF型套管四通相配合。

AW型套管掛是中等容量的整體式套管掛，具有雙唇型的密封環(huán)，通過(guò)擰緊內(nèi)六角螺栓可實(shí)現(xiàn)人力增能。

WC型和FR型套管掛也是中等容量的套管掛，二者的卡瓦都圍繞著套管而鎖緊并座入套管頭殼體內(nèi)，密封件則是在卡瓦座入和套管被切斷后才裝配到套管上方的。WC型套管掛密封件的內(nèi)部有夾層式的套管密封，可通過(guò)擰緊內(nèi)六角螺栓而實(shí)現(xiàn)人力增能，而FR型套管掛的“O”形套管密封圈則是自動(dòng)增能的。

JM型套管掛可安全可靠地懸掛長(zhǎng)套管柱，其環(huán)形密封可封住高達(dá)68.9MPa的壓力，即使在高溫下也是一樣。JM型套管掛上的“有帽螺栓增能式”環(huán)形密封(Cap Energized Annulus Seal)可把測(cè)試壓力載荷與套管壓力載荷相互隔開。JM卡瓦和密封總成的外圓錐面加工成齒形則是為了通過(guò)限制套管向下運(yùn)動(dòng)來(lái)防止套管管端的頸縮過(guò)大。JM型套管掛的卡瓦和密封總成是整體環(huán)繞式的，環(huán)形密封很容易安裝，只需很小的力即可達(dá)到完全增能密封的效果。

CA和CAM型套管掛都是環(huán)繞式整體卡瓦和密封組合，二者的共同特點(diǎn)是具有環(huán)形密封，這種密封可由套管的重量作用而自動(dòng)增能；它們都有上、下卡瓦，并可把套管載荷分布到上、下卡瓦上以減小管子的偏斜。

CA型是一種高容量(hihg一capacity)套管掛，可用于279mm、346mm、425mm和1080mm的套管尺寸。
CAM型是帶有加強(qiáng)卡瓦座的高性能的套管掛，可承受極大的套管載荷而只有比較小的套管偏斜，可用于絕大多數(shù)的套管尺寸。
BRX-2型套管掛是螺紋懸掛式的管掛，使用時(shí)需用專用的BRX一2型工具。

(2)意大利Breda公司產(chǎn)

①套管頭。

意大利Breda公司套管頭分為NBS型和NSB型兩種。

NBS型是常規(guī)選用，帶有標(biāo)準(zhǔn)法蘭和兩個(gè)180。的對(duì)稱側(cè)口，底部采用螺紋與表層套管相連。

NSB型是典型的陸地套管頭，與NBS型所不同的是表層套管與NSB型套管頭采用的是焊接連接方式。

②套管掛。

Breda公司套管掛分為CMBNS型和CNBFNS型。

CMBNS型配套用于NSB型套管頭或四通，這種結(jié)構(gòu)通過(guò)抱合套管下放至殼體內(nèi)，采用鉸鏈插銷機(jī)構(gòu)原理，在現(xiàn)場(chǎng)安裝，需另加主副密封機(jī)構(gòu)。

CNBFNS型屬于自動(dòng)激發(fā)密封，通過(guò)懸掛套管重量，激發(fā)懸掛器內(nèi)密封元件，實(shí)現(xiàn)卡瓦與本體，套管頭與卡瓦間的密封。

(3)Vetco、Gray公司產(chǎn)品

①快速連接裝置——VG—LOC TM Connector卡瓦連接方式。

這種連接是當(dāng)表層套管固井候凝時(shí)，根據(jù)鉆井設(shè)計(jì)套管頭的安裝高度，切割表面套管，水平套入套管頭，通過(guò)上緊底部支承螺柱，壓緊卡瓦切入套管表層，從而達(dá)到連接作用。

②套管懸掛器。

Vetco、Gray公司公司套管懸掛器有Mandrel型、WE型和W型三種。這三種懸掛器可根據(jù)工況的不同而適用于不同的場(chǎng)合。

Mandrel型為心軸式懸掛器，其密封區(qū)域控制錐面與對(duì)應(yīng)的錐面接觸，強(qiáng)制金屬對(duì)金屬的密封，同時(shí)，懸掛器上端的加長(zhǎng)頸與井口部件底部的錐面，形成金屬對(duì)金屬密封。

WE型設(shè)有平動(dòng)密封，當(dāng)擰緊螺帽時(shí)，便把壓縮板拉到卡瓦座圈上，壓縮密封元件，從而形成卡座圈密封和懸掛器與套管之間的密封。

W型被公認(rèn)為是比較可靠的自動(dòng)重量坐定懸掛器，它可自由活動(dòng)，當(dāng)它承受套管重量時(shí)，就密封環(huán)形空間，一只正向金屬活動(dòng)器限制套管卡瓦座圈的移動(dòng)，并防止密封擠出。

3.油管頭系列

油管頭由油管頭四通、油管懸掛器、盤根裝置、頂絲、閘閥、壓力表和法蘭組成。裝在套管頭上面，主要承受油管柱內(nèi)的壓力、承受油管柱和采油(氣)樹以及其它裝置的負(fù)荷。

(1)F.M.C公司產(chǎn)品

F.M.C公司電潛泵油管頭裝置中油管掛內(nèi)的油管懸掛器，利用增加裝穿電纜裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)電潛泵的采油作業(yè)。這種形式的電纜接頭，根據(jù)電壓、電流、工作溫度分為多種優(yōu)質(zhì)別供用戶選擇，電壓從3000—5000V，電流分別為70、125、140、164A，工作溫度從－60~178?C。

1一G優(yōu)質(zhì)電潛系統(tǒng)，適用于標(biāo)準(zhǔn)F.M.C的TC型油管頭，用直徑178mm生產(chǎn)套管帶全壓和金屬密封技術(shù)，69mm的EUE油管×1#AWG接頭電纜，5kV一140A供電系統(tǒng)，上下Pigtail接頭可拆卸，優(yōu)質(zhì)加長(zhǎng)密封區(qū)域以保證Pigtail上下接頭的壓力及水密封。同時(shí)，配備壓縮型橡膠在特別的高溫情況下可靠工作，配備可調(diào)節(jié)的可調(diào)式內(nèi)部控制閥調(diào)節(jié)正常壓力。

1一M型，適用于F.M.C公司TCB型直徑為170ram生產(chǎn)套管(或更小)和直徑為69mm的EUE油管(或更小)。

F.M.C公司1一A、1一S電潛油管頭系統(tǒng)適用于API 6A工作壓力比較大至68.9MPa含H2S、C02的工況下，標(biāo)準(zhǔn)F.M.C的TC型或TCM型油管頭。

(2)意大利Breda公司產(chǎn)品

①油管頭。

意大利Breda公司油管頭有DP70、DP4、DP7三種類型。各種類型的法蘭規(guī)格均較齊全，側(cè)面均為法蘭栽絲連接形式，下法蘭的兩次密封采用Y形結(jié)構(gòu)。

DP70適合單油管懸掛。
DP4適合雙油管懸掛，其四通殼體增設(shè)緊頂螺釘，控制雙管懸掛的方向和位置。
DP7型適合多油管懸掛，在其四通殼體上有四只緊頂螺釘，以控制懸掛器的安裝方向和深度。

②懸掛器。

可分為DP4HS MS型、B8M型和DP4H5型。

DP4HS MS型油管懸掛器為潛油電泵作業(yè)使用，為井下潛油泵電纜提供了可靠的封隔裝置，懸掛器本體與油管連接，電纜心軸插入并固定，底部輸出端連接裝置與心軸連接，固定螺釘按位置鎖緊懸掛器。

B8M型為纏繞式懸掛器結(jié)構(gòu)，配備TSB型球形單向背壓閥，通過(guò)上緊上法蘭頂絲，減小盤根、密封與殼體及油管之間的間隙。DP4H5型為伸長(zhǎng)頸結(jié)構(gòu)，帶井下安全閥及控制管線接口。

(3)Cameron公司產(chǎn)品

①N型油管掛。

Cameron公司N型油管掛有N型心軸式和N—RFC式2種類型。

N型心軸油管掛的特點(diǎn)具有壓縮式環(huán)形密封，可通過(guò)油管柱的重量或鎖緊螺栓來(lái)增能，可帶有背壓閥，用來(lái)封閉油管，利用關(guān)井壓力完井。此外，它還帶有延伸的頸部，這種延伸頸部設(shè)計(jì)，提供了二次環(huán)形和一種進(jìn)行外部測(cè)試初始密封及連接的手段。延伸頸部共有3種類型：延伸平滑頸、延伸密封頸和帶有備用控制管道的延伸密封頸。

N型RFC油管掛是一種纏繞密封式懸掛器，這種密封可通過(guò)擰緊油管四通的鎖緊螺栓而增能，適用于工作壓力高達(dá)103MPa的工作條件。

②MTBS油管油管掛。

Cameron MTBS油管掛適用于工作壓力高達(dá)103 MPa的工作條件。它具有大通徑，其環(huán)形密封被徑向地?cái)D入密封部位，當(dāng)油管掛由與之配對(duì)的錐座內(nèi)提起時(shí)，環(huán)形密封就自動(dòng)地恢復(fù)到原狀。油管掛的上密封是一種壓力增強(qiáng)的金屬“U”形帽式的雙向密封，因而不再需要其它的輔助密封。油管掛的延伸頸部設(shè)計(jì)，可確保金屬“U”形帽式密封在安裝時(shí)對(duì)中可靠。

③CEVOY MS型油管掛。

MCEVOY MS型油管掛適用于138MPa和207MPa的工作條件，其延伸頸部設(shè)計(jì)為了便于安裝采油樹，采用可變形的支撐環(huán)而不再需要其它的測(cè)量和調(diào)試裝置。使用雙向密封，且不需要將密封環(huán)壓入接合密封面即可形成金屬對(duì)金屬的密封。當(dāng)重新使用油管掛時(shí)，只需將密封和支撐環(huán)更換即可。

④懸掛器。

Cameron公司DCP懸掛器有DCP雙油管懸掛器和DCP單油管懸掛器2種類型。

DCP雙油管懸掛器是帶有D型環(huán)形密封的拼合心軸式懸掛器，通過(guò)密封填料注入孔，把塑料密封注入四通的頂法蘭內(nèi)，從而使這些密封增能，有2個(gè)支撐銷支撐這兩部分并使之對(duì)中。

DCP單油管懸掛器是心軸式的懸掛器，適用于DCPS油管四通。二者配套，可用于雙層完井。

4.采油(氣)樹

指井口裝置總閘門以上的主體部分，外形像樹，所以叫采油(氣)樹，主要由套管閘門、總閘門、生產(chǎn)閘門、清蠟閘門、油管四通或三通、油嘴等部件組成。其作用是控制和調(diào)節(jié)油井的自噴生產(chǎn)，引導(dǎo)噴出的油氣進(jìn)入輸油管線，保證錄取油壓、套壓、計(jì)量油、氣產(chǎn)量、取樣及清蠟等工作。近年來(lái)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)。

意大利Breda公司生產(chǎn)的整體采油樹有S型和D型2種。

S型適用于單管井口裝置，S-1型為主閥+單閥+四通+清蠟閥組合結(jié)構(gòu)，S-2型為雙主閥+四通組合結(jié)構(gòu)，S-3型為雙主閥+四通+清蠟閥結(jié)構(gòu)。D-1、D-2、D-3和S型相似。

D型適用于雙管井口裝置。

5.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。

6.防火井口裝置

Cameron防火井口和采油樹裝置特點(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Cameron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。

7.水下采油樹

Vetco、Gray公司S型水下采油樹用于鉆井平臺(tái)或淺水浮動(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)管線連接及修井控制連接由操作工人進(jìn)行，井口連接和閥門可進(jìn)行遠(yuǎn)程液控系統(tǒng)操作。