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1、2019年2月28日,1,井口装置及采油树讲座,钻井基础知识,2019年2月28日,2,井口装置及采油树讲座,一.井口装置的主要技术要求,二.井口装置,三.采油树,主要内容,2019年2月28日,3,井口装置及采油树讲座,一、井口装置的主要技术要求,目录（一）,1、井口装置的钢材特性,2、额定工作压力,3、材料,4、垂直通径,2019年2月28日,4,井口装置及采油树讲座,井口装置的主体及其配件大部分由钢制成,其钢材特性应等于或大于表1中的规定,应能够在规定的额定温度环境中使用,1、井口装置的钢材特性,2019年2月28日,5,井口装置及采油树讲座,表1 井口装置钢材特性,2019年2月28日
2、,6,井口装置及采油树讲座,1、2、3、4类这些名称是API井口设备和阀门标准化委员选定的命名方法，用以鉴别属于表列抗张强度范围的材料。,用4类钢制成的法兰认为是易于焊接的，然而经验证明，在各种情况下最好适当预热，而且在40F(4)以下的大气温度电焊时，必须预热。,指在这一规范中没有列出1、2、3类材料的化学分析数据是有意的，以使制造厂商有充分的自由去研制适合这一重要服务领域所遇到的多种要求的钢材。,表1 井口装置钢材特性的说明：,2019年2月28日,7,井口装置及采油树讲座,最大额定工作压力：,2、额定工作压力,是指设备运转时的最大操作压力,使用设备时，应避免设备承受的压力高于额定工作压力
3、,2019年2月28日,8,井口装置及采油树讲座,井口设备所采用的材料应符合表2 的材料要求,3、材料,*应按照NACE MR-0175标准确定 *应符合NACE MR-0175标准,表2 井口装置材料要求,2019年2月28日,9,井口装置及采油树讲座,垂直通经：,4、垂直通径,表3 本体最小垂直全开通径和套管最大尺寸,是指能够通过工具或井下没备的最小垂直孔径。,API 要求井口本体垂直通径应比本体上的套管通径约大0.8mm（1/32in）。,符合这个要求的井口本体称为全开孔径。,本体最小垂直全开通径与下部所接套管的最大尺寸应符合表3 的对应关系。,2019年2月28日,10,井口装置及采油
4、树讲座,表3 本体最小垂直全开通径和套管最大尺寸,注： 1、井口本体上部连接；2、套管的最大尺寸和最小重量根据孔径而定；3、能径按API Spec.5A规定。,2019年2月28日,11,井口装置及采油树讲座,图1 全开通径示意图,2019年2月28日,12,井口装置及采油树讲座,一.井口装置的主要技术要求,三.采油树,二.井口装置,井口装置及采油树,2019年2月28日,13,井口装置及采油树讲座,二、井口装置,目录（二）,1、套管头,2、套管悬挂器,3、油管头,4、油管悬挂器,5、转换连接和转换法兰,6、悬挂器的固定螺丝。,7、测试孔和控制管线入口,2019年2月28日,14,井口装置及采
5、油树讲座,图2 为典型的井口装置，其主要由套管头、油管头及其它配套部件构成。,图2 典型井口装置,2019年2月28日,15,井口装置及采油树讲座,1、套管头 2、套管悬挂器 3、油管头 4、油管悬挂器 5、转换连接和转换法兰 6、悬挂器的固定螺丝。 7、测试孔和控制管线入口,1、套管头,2019年2月28日,16,井口装置及采油树讲座,图3 套管头结构,套管头（图3）连接套管柱上端，由套管悬挂器及其锥座组成，用于支承下一层较小的套管柱并密封上下两层套管间的环形空间。套管头悬挂器座的上端通常与一个上法兰连接,下端与一个四通连接，而四通下部又焊接一个下法兰，具有上下法兰和两个环空出口，从而构成一
6、个套管头短节。 海上油田的井一般有多层套管及环形空间，由此有多个套管头。最下部套管头安装在隔水导管顶端，其上法兰与中间套管头的下法兰相连接，其下端是螺纹或焊接滑套。中间的套管头的上下法兰分别与上下套管头连接。最上部套管头的上下法兰分别与油管头的下法兰和下面一级的套管头的上法兰连接。图4 为海上某油田采用的套管头。其中339.7mm(13 3/8in) 套管头与508mm(20in)套管头合成一个整体,称为带卡瓦和预备焊接套的启动头。最下部套管头尺寸范围为179.4539.8mm (7 1/16 21 1/4in), 用来支承114.3406.4mm (4 1/216in) 的套管。中间套管头上
7、下法兰尺寸范围179.4539.8mm（7 1/1621 1/4in），用于支承114.3339.7mm（4 1/213 3/8in ）的套管。API 套管头及油管头法兰尺寸及其所支承的套管尺寸的匹配见表4。,2019年2月28日,17,井口装置及采油树讲座,表4 API套管头和油管头法兰尺寸（单位in）,2019年2月28日,18,井口装置及采油树讲座,图4 某海上油田使用的套管头,2019年2月28日,19,井口装置及采油树讲座,套管悬挂器是安装在套管头和套管四通的锥座中，用于牢固地悬挂下一级较小的套管柱，并在所悬挂的套管和套管头锥座之间提供密封的一种装置。,套管悬挂器,套管悬挂器的尺寸是
8、由公称外径决定的，它应与套管头法兰的公称尺寸相匹配。表5 为井口悬挂器最大外径与钻通设备相匹配的要求。,2019年2月28日,20,井口装置及采油树讲座,套管悬挂器应能承受所悬挂的套管柱重量，才不致于产生缩颈变形而影响井下工具的通过。,套管悬挂器,套管悬挂器所受到的载荷主要有锥形台肩作用的径向载荷、套管重量作用的拉伸载荷和井内压力载荷。,2019年2月28日,21,井口装置及采油树讲座,表5 套管悬挂器的最大外径,2019年2月28日,22,井口装置及采油树讲座,油管头(图5)安装在最上部套管头的上部，由油管悬挂器及其本体组成，用于悬挂油管柱，并密封油管与生产套管间的环形空间。,油管头,油管头
9、通常是一个有上下法兰连接的短节，并带有两个环空侧出口，构成一个四通，因此也叫油管四通。,2019年2月28日,23,井口装置及采油树讲座,油管头的连接：,下部带螺纹直接连接在生产套管的上端，上部为法兰。,上下都是带法兰的。,上法兰都带有锁紧螺丝，用来压紧油管悬挂器。,海上油田的油管头多数为上下都带法兰的 (图6)。,2019年2月28日,24,井口装置及采油树讲座,图5 油管头,2019年2月28日,25,井口装置及采油树讲座,图6 某油田使用的油管头,2019年2月28日,26,井口装置及采油树讲座,APl 标准系列中油管头的工作压力有：,油管头的压力等级,7.0 、13.8 、20.7 、
10、34.5 、69、103.4 、138Mpa （1000 、2000 、3000 、5000 、10000 、15000 和20000psi ）几种。,油管头最小工作压力等于井口关井压力。一般在完井时选择额定工作压力等于地层破裂压力的油管头。,油管头的额定工作压力应与油管悬挂器的额定工作压力相匹配。,2019年2月28日,27,井口装置及采油树讲座,油管悬挂器是坐在油管四通本体内的锥座中，用来悬挂油管柱，并在所悬挂的油管和油管四通本体之间提供密封的一种装置。,油管悬挂器,海上油气完井一般都安装井下安全阀，因此油管悬挂器要提供连接液压控制管线的通道，潜油电泵井还须备有井下放气阀和电缆穿越通道并密
11、封。,2019年2月28日,28,井口装置及采油树讲座,图7 为几种类型的油管悬挂器。,双油管悬挂器由两个半圆形悬挂器分别与对应尺寸的油管连接后构成一圆形整体，坐在双油管悬挂器座中，坐入时必须对准油管四通内的导向块（图8，图9 所示）。,2019年2月28日,29,井口装置及采油树讲座,图7 油管悬挂器的几种类型,2019年2月28日,30,井口装置及采油树讲座,图8 双油管悬挂器的油管四通,2019年2月28日,31,井口装置及采油树讲座,图9 双油管悬挂器的油管总成分解图,2019年2月28日,32,井口装置及采油树讲座,用于井口装置的转换连接，由一个转换法兰、一个转换短节和一个限制面积的
12、密封钢圈组成，或由一个转换短节和一个限制面积的封隔机构组成。它是一种可以从一个压力等级转换到另一个较高的压力等级的法兰式井口连接。图10 是几种带限制面积封隔机构的转换连接。,转换法兰,转换连接底部和上部 API 法兰式、APl 双头螺栓式或其他连接形式。带限制面积封隔机构的转换连接的公称尺寸和额定工作压力应符合表3-3-5 的API 标准。,2019年2月28日,33,井口装置及采油树讲座,图10 带限制面积封隔结构的转换连接,2019年2月28日,34,井口装置及采油树讲座,悬挂器的固定螺丝是安装在套管头和油管头上，用于压紧套管悬挂器或油管悬挂器的一种部件。图11 为固定螺丝压紧悬挂器的示
13、意图。,悬挂器的固定螺丝,悬挂器固定螺丝的密封填料用来防止环形空间流体泄漏并保护螺纹。悬挂器固定螺丝的强度应能承受四通的工作压力。,2019年2月28日,35,井口装置及采油树讲座,图11 固定螺丝压紧悬挂器示意图,2019年2月28日,36,井口装置及采油树讲座,带有二次密封或转换密封的套管头和油管头的底法兰上都应有测试孔。用于测试高压和低压之间的密封状况。,测试孔和控制管线入口,在采油树的底法兰上开有控制管线入口，用于连接井下安全阀液压控制管线或化学药剂注入管线。,测试孔和控制管线入口采用内螺纹连接，它应符合API 螺纹连接规范。,通常情况下，测试孔为1NPT、化学药剂注入口为3/4 NP
14、T、控制管线入口为1/2 NPT、毛细管入口为1/8 NPT母扣。,2019年2月28日,37,井口装置及采油树讲座,三、采 油 树,目录（三1）,1、海上平台采油树分类,1）、单油管采油树,2）、双油管采油树,2019年2月28日,38,井口装置及采油树讲座,采油树是由阀门、异径接头、油嘴及管路配件组成,采油树,是一种用于控制油气生产，并为钢丝、电缆、连续油管等修井作业提供条件的装置,2019年2月28日,39,井口装置及采油树讲座,按结构形式可分为：,海上平台采油树分类,分体式和整体式两种。,分体式是由一些阀门等独立部件组装而成。,整体式是将主阀、安全阀、清蜡阀和翼阀等制成一个整体部件，阀
15、与阀之间的距离较小，既省空间又耐高压，特别适用于海上平台的油气井（图12）。,按生产井类别和完井生产方式可分为：,自喷井、潜油电泵井、气举井、螺杆泵井和注水井、气井的采油树等（图13）。,2019年2月28日,40,井口装置及采油树讲座,采油树的额定工作压力等于组成采油树各部件中额定工作压力最小部件的额定工作压力,即额定工作压力最小的部件决定整个采油树的额定工作压力。,采油树工作压力及垂直通径,采油树总成的垂直通径,按API 标准应通过长106.7cm (42in) 的内径规。不同规格的油管所对应的内径规尺寸如表6 所示。,2019年2月28日,41,井口装置及采油树讲座,表6 采油树通径和内
16、径规尺寸,内径规直径应符合API Spec 5A套管、油管和钻杆关于外加厚油管的内径规的要求，但2-1/16（52。4mm）带整体接头内加厚的1-1/2in外加厚螺纹的油管除外。,2019年2月28日,42,井口装置及采油树讲座,单油管采油树安装在单油管完井的井口装置上，除了有分体式和整体式之外，它还有单翼和双翼之分。根据井的种类或油井生产方式的差别，可用阀门及短节组合成不同形式的单油管采油树，而其连接方式可以是法兰式、螺纹式或卡箍式。,1）、单油管采油树,2019年2月28日,43,井口装置及采油树讲座,双油管采油树安装在双油管完井的井口装置上，用于两个油层同时而又独立开采的生产控制。双油管完井是在同一个生产套管中下入两根平行油管柱(长油管柱和短油管柱)或两根同心油管柱，通过双管封隔器和单管封隔器对两个油（或气）层段进行分隔，（图14）,2）、双油管采油树,2019年2月28日,44,井口装置及采油树讲座,图14 FMC的双油管井口和采油树,2019年2月28日,45,井口装置及采油树讲座,三、采
