井口装置发展

1、井口装置研发方向井口装置研发方向采油装备研究所 2007年12月概述概述 井口装置由套管头、油管头和采油树井口装置由套管头、油管头和采油树三部分组成三部分组成, ,主要用于监控生产井口主要用于监控生产井口的压力和调节油的压力和调节油( (气气) )水井的流量；也水井的流量；也可以用于酸化压裂、注水、测试等各可以用于酸化压裂、注水、测试等各种措施作业种措施作业, ,能满足不同工况能满足不同工况, ,密封可密封可靠靠, ,工作安全。工作安全。 井口装置发展现状井口装置发展现状 n国内井口装置发展现状国内井口装置发展现状 采油采油( (气气) )井口装置已是我国的较成熟产品。在井口装置研井口装置已是

2、我国的较成熟产品。在井口装置研制方面，国内已有数十个厂家，并形成一定生产规模，均已取制方面，国内已有数十个厂家，并形成一定生产规模，均已取得得APIAPI会标使用权。会标使用权。 但大多只能生产级别较低非酸性环境的井但大多只能生产级别较低非酸性环境的井口装置，能严格按标准生产高级别抗硫化氢井口的厂家仅有四口装置，能严格按标准生产高级别抗硫化氢井口的厂家仅有四川慧剑石油机械厂、金湖石油机械有限公司等几家，生产的单川慧剑石油机械厂、金湖石油机械有限公司等几家，生产的单油管采油井口装置最高压力可达油管采油井口装置最高压力可达105MPa105MPa，双油管采油井口装置，双油管采油井口装置最高压力可达

3、最高压力可达70MPa70MPa。井口装置发展现状井口装置发展现状 在电潜泵井口装置及整体采油树开发生产方面，原上在电潜泵井口装置及整体采油树开发生产方面，原上海第二石油机械厂引进美国技术，生产单油管电潜泵井海第二石油机械厂引进美国技术，生产单油管电潜泵井口装置和整体式采油树，并在渤海油田投入使用，这种口装置和整体式采油树，并在渤海油田投入使用，这种井口装置及采油树具有结构紧凑、重量轻、性能好的特井口装置及采油树具有结构紧凑、重量轻、性能好的特点，是井口装置及采油树的发展趋势。他们的产品占有点，是井口装置及采油树的发展趋势。他们的产品占有国内大多油田市场，同时部分产品已打入国际市场，推国内大多

4、油田市场，同时部分产品已打入国际市场，推动了井口装置的进一步发展。动了井口装置的进一步发展。 井口装置发展现状井口装置发展现状 对于闸阀系列，已由楔式闸对于闸阀系列，已由楔式闸阀扩展到平板阀，规格从阀扩展到平板阀，规格从2 2- -4-1/164-1/16，35Mpa35Mpa以下闸阀为以下闸阀为铸件，铸件，35Mpa35Mpa以上闸阀多数采以上闸阀多数采用自由锻件。用自由锻件。 平板闸阀井口装置发展现状井口装置发展现状 套管头系列产品已基本满足国内套管头系列产品已基本满足国内油气井开发的需要。到目前，国内已油气井开发的需要。到目前，国内已能 生 产 套 管 头 最 大 工 作 压 力 为能

5、生 产 套 管 头 最 大 工 作 压 力 为1031035MPa(5MPa(单层单层) )，多层套管程序的套，多层套管程序的套管头装置最大工作压力为管头装置最大工作压力为69MPa69MPa，套管，套管头与表层套管的连接形式也由螺纹式、头与表层套管的连接形式也由螺纹式、焊接式发展为卡瓦式。焊接式发展为卡瓦式。螺纹式连接焊接式连接卡瓦式连接井口装置发展现状井口装置发展现状n国外井口装置发展现状国外井口装置发展现状 目前目前, ,国外生产采油树最大工作压力是国外生产采油树最大工作压力是140MPa,140MPa,组成采油组成采油树的法兰式连接闸阀最大额定工作压力达树的法兰式连接闸阀最大额定工作压

6、力达210MPa210MPa。国外许多。国外许多公司都在不断开发并完善电潜泵井口装置及整体采油树公司都在不断开发并完善电潜泵井口装置及整体采油树, ,生生产有单油管电潜泵井口装置、双油管井口装置及双通径的整产有单油管电潜泵井口装置、双油管井口装置及双通径的整体式采油树体式采油树, ,还能根据油还能根据油( (气气) )田的工况和井内滞留流体来生田的工况和井内滞留流体来生产陆上产陆上( (包括海洋平台用包括海洋平台用) )的井口设备及水下井口装置。目前的井口设备及水下井口装置。目前主要生产国家有美国、英国、意大利等十几个国家。主要生产国家有美国、英国、意大利等十几个国家。 井口装置发展现状井口装

7、置发展现状 美国的产品技术和生产能力处于世界领先地位。已能生产出美国的产品技术和生产能力处于世界领先地位。已能生产出压力高达压力高达140Mpa140Mpa、最高材料级别为、最高材料级别为HHHH，产品规范级为，产品规范级为PSL4,PSL4,的陆的陆地和海洋用井口装置，著名的制造厂商有地和海洋用井口装置，著名的制造厂商有CameronCameron、F.M.CF.M.C、VetcoVetco、GrayGray等公司等公司,Cameron,Cameron公司采油树性能质量最好公司采油树性能质量最好, , 加工手加工手段先进，铸锻质量精良，但其成本较高，设计和生产周期长，供段先进，铸锻质量精良，

8、但其成本较高，设计和生产周期长，供不应求，满足不了市场需求。不应求，满足不了市场需求。井口装置发展现状井口装置发展现状 闸阀作为井口装置中的主要部件闸阀作为井口装置中的主要部件, ,国外主要发展平板闸阀结国外主要发展平板闸阀结构构, ,其中暗杆式平板阀占有绝对优势。其中暗杆式平板阀占有绝对优势。 规格从规格从2 2-9-9。35Mpa35Mpa以以上采用的是多向模锻承压阀体。英国研制了用于油气井自喷设上采用的是多向模锻承压阀体。英国研制了用于油气井自喷设备的闸阀备的闸阀( (专利产品专利产品) )。 主要结构特点：这种闸阀有一个弹簧加主要结构特点：这种闸阀有一个弹簧加载的阀板和侧板载的阀板和侧

9、板, ,侧板上有与润滑器活塞连通的润滑环槽侧板上有与润滑器活塞连通的润滑环槽, ,润滑润滑槽与阀孔沿供给槽道方向有一偏心。润滑环槽的截面积沿远离槽与阀孔沿供给槽道方向有一偏心。润滑环槽的截面积沿远离润滑点的方向逐渐增大润滑点的方向逐渐增大, ,以保证对阀板的下部提供可靠的密封。以保证对阀板的下部提供可靠的密封。一旦闸阀关闭一旦闸阀关闭, ,润滑剂供给槽道便通过闸板上的油槽与润滑环槽润滑剂供给槽道便通过闸板上的油槽与润滑环槽连通。这种闸阀的密封性能较好。连通。这种闸阀的密封性能较好。 发展趋势发展趋势 对于闸阀系列，主要趋向于特殊防腐材料的应用，以满对于闸阀系列，主要趋向于特殊防腐材料的应用，以

10、满足高含足高含H2SH2S、C02C02工况的油气井需要，另外在结构上应多样化工况的油气井需要，另外在结构上应多样化发展，以达到密封性能好发展，以达到密封性能好( (有自动补偿有自动补偿) )，且开启灵活等，另，且开启灵活等，另外外, ,在密封材料上不断改进在密封材料上不断改进, ,使其性能不断提高。使其性能不断提高。 以满足国以满足国内各类油气田开发需要。近年来内各类油气田开发需要。近年来, ,套管头结构不断得到改进套管头结构不断得到改进, ,主要向操作简便、密封性能好主要向操作简便、密封性能好( (自动密封自动密封) )、适用于深井和多、适用于深井和多种环境且性能较高的多层套管、以及整体化

11、方向发展。种环境且性能较高的多层套管、以及整体化方向发展。 发展趋势发展趋势 采油采油( (气气) )树树主要发展整体式结构主要发展整体式结构, ,海洋平海洋平台采油作业台采油作业, ,由于受平台面积及钻井成本等的由于受平台面积及钻井成本等的限制一般首先选用整体式结构。同时井口装限制一般首先选用整体式结构。同时井口装置往功能多用化方向发展。如：高温井口，置往功能多用化方向发展。如：高温井口，最高温度可高达最高温度可高达370370，低温井口，最低温度，低温井口，最低温度可达到可达到-60-60，双管井口装置，采用双油管采，双管井口装置，采用双油管采油，可以对不同地层同时开采，水下井口装油，可以

12、对不同地层同时开采，水下井口装置，这种井口不是安装在海底置，这种井口不是安装在海底, ,而是在海水中而是在海水中, ,像自升式钻井船一样像自升式钻井船一样, ,用几个桩腿支撑在海水用几个桩腿支撑在海水中中, ,而在海底泥面上有一个简单的关闭装置。而在海底泥面上有一个简单的关闭装置。用这种井口装置作业工艺较为简单用这种井口装置作业工艺较为简单, ,且遇到井且遇到井涌时可以较安全地进行井口操作。涌时可以较安全地进行井口操作。 整体式采油树发展趋势发展趋势 防火井口装置防火井口装置，特点是从油管四通的下卡箍直到上主阀共同，特点是从油管四通的下卡箍直到上主阀共同形成一个壳层形成一个壳层, ,在油管挂在

13、油管挂( (一直延伸到油管挂颈部一直延伸到油管挂颈部) )和主阀体之间和主阀体之间, ,在油管挂体和油管头四通之间在油管挂体和油管头四通之间, ,以及在油层套管挂和油管头四通以及在油层套管挂和油管头四通之间之间, ,均有金属对金属的防火密封。油管头四通与防火环形阀做均有金属对金属的防火密封。油管头四通与防火环形阀做成一个整体以减少连接件的数目。主截断阀到油管头四通以及油成一个整体以减少连接件的数目。主截断阀到油管头四通以及油管头四通到套管头四通间的连接均采用重型防火卡箍。这种卡箍管头四通到套管头四通间的连接均采用重型防火卡箍。这种卡箍具有厚壁结构具有厚壁结构, ,在着火时在着火时, ,可起到可

14、起到“冷源冷源”作用。螺栓组合凹入到作用。螺栓组合凹入到卡箍凸缘的螺孔内卡箍凸缘的螺孔内, ,这样可避免温度升高时这样可避免温度升高时, ,直接暴露在火焰中的直接暴露在火焰中的螺栓和螺帽的连接作用因着火而削弱。防火的上主阀和下主阀上螺栓和螺帽的连接作用因着火而削弱。防火的上主阀和下主阀上都包括一种易熔材料都包括一种易熔材料, ,这种易熔材料仅在规定的温度时熔化。这种易熔材料仅在规定的温度时熔化。 发展趋势发展趋势 水下采油树水下采油树 ，用于钻井平台或浅水浮动钻井装置，用于钻井平台或浅水浮动钻井装置, ,水深一般小水深一般小于于90m,90m,配有人井工具和修井工具配有人井工具和修井工具, ,

15、油管挂、井口及防喷器组无需定油管挂、井口及防喷器组无需定向向, ,钻杆柱及油管上接立管无需专用的定向立管钻杆柱及油管上接立管无需专用的定向立管, ,固定关闭环形单固定关闭环形单流阀无需电缆环形堵头流阀无需电缆环形堵头, ,组合式阀体使得连接增强组合式阀体使得连接增强, ,减少密封减少密封, ,生产生产管线连接及修井控制连接由操作工人进行管线连接及修井控制连接由操作工人进行, ,井口连接和阀门可进行井口连接和阀门可进行远程液控系统操作。此外，对高腐蚀、高冲蚀的特殊工况，阀体远程液控系统操作。此外，对高腐蚀、高冲蚀的特殊工况，阀体内部可镶嵌一层极具抗腐蚀、抗冲蚀的特殊材料。随着国内海上内部可镶嵌一

16、层极具抗腐蚀、抗冲蚀的特殊材料。随着国内海上油田的快速发展，国内在水下的井口装置的生产能力不足，缺乏油田的快速发展，国内在水下的井口装置的生产能力不足，缺乏竞争实力，应加大这方面的研制力度。竞争实力，应加大这方面的研制力度。本行业技术问题本行业技术问题 我厂自我厂自19641964年开始生产各类简易井口，年开始生产各类简易井口，19701970年正式生产年正式生产250250型采油井口，具有型采油井口，具有4040多年多年250250以下井口的设计和生产实践经验，以下井口的设计和生产实践经验，井口装置生产数量曾占全国井口生产总量的一半以上。随着各油井口装置生产数量曾占全国井口生产总量的一半以上

17、。随着各油田开采到了中后期，对老井口的需求也在逐渐萎缩。在田开采到了中后期，对老井口的需求也在逐渐萎缩。在20012001年，年，原总机械厂取得了井口原总机械厂取得了井口APIAPI许可证，在设计和加工生产方面积累许可证，在设计和加工生产方面积累了一些经验。了一些经验。20032003年开始，陆续出口年开始，陆续出口APIAPI标准井口，但只限于最标准井口，但只限于最低级别的井口；为满足庆深气田市场需求，设计开发了低级别的井口；为满足庆深气田市场需求，设计开发了70 Mpa70 Mpa高高压防腐井口装置（套管头、油管头）和高压防腐采油（气）树，压防腐井口装置（套管头、油管头）和高压防腐采油（气

18、）树，70 Mpa70 Mpa高压节流、压井管汇，和高压节流、压井管汇，和70 Mpa70 Mpa材料级别为材料级别为FFFF制造级别最制造级别最高为高为PSL3PSL3抗硫井口装置样机，使得我们的设计加工能力有所提高，抗硫井口装置样机，使得我们的设计加工能力有所提高，但只处于样机试制阶段，要批量生产但只处于样机试制阶段，要批量生产70 Mpa70 Mpa以上井口加工能力、以上井口加工能力、水平还远远不够。水平还远远不够。本行业技术问题本行业技术问题 对于多数含硫化氢中等浓度、高浓度二氧化碳、及硫化氢和对于多数含硫化氢中等浓度、高浓度二氧化碳、及硫化氢和二氧化碳共存的井况、低温含硫井况、高温热

19、采含硫井况，我们二氧化碳共存的井况、低温含硫井况、高温热采含硫井况，我们没有这方面的设计和生产加工经验，气井没有气密试验装置做质没有这方面的设计和生产加工经验，气井没有气密试验装置做质量保证，只能放弃订单，同时，量保证，只能放弃订单，同时，35Mpa35Mpa以下的井口装置，大多采用以下的井口装置，大多采用手工木模铸造，铸造水平和能力非常有限，表面质量不好，铸造手工木模铸造，铸造水平和能力非常有限，表面质量不好，铸造缺陷较多；套管卡瓦的缺陷较多；套管卡瓦的C-NC-N共渗和后序线切割、闸板阀座表面处理共渗和后序线切割、闸板阀座表面处理高频或氮化还需要外协；高频或氮化还需要外协；35Mpa35M

20、pa以上的井口装置，多数采用自由锻以上的井口装置，多数采用自由锻造，使得毛胚肥头大耳，增加了大量的机械加工时间，成本增加。造，使得毛胚肥头大耳，增加了大量的机械加工时间，成本增加。 本行业技术问题本行业技术问题 对阀体关键零部件闸板、阀座表面处理技术上，多数采用手工喷焊对阀体关键零部件闸板、阀座表面处理技术上，多数采用手工喷焊技术，技术不够稳定，工人劳动强度大，效率低，材料的热处理技术还技术，技术不够稳定，工人劳动强度大，效率低，材料的热处理技术还需加强，尤其是特殊工况的特殊材料的热处理还需加快研究；井口装置需加强，尤其是特殊工况的特殊材料的热处理还需加快研究；井口装置所需的金属材料和非金属材

21、料能否在高温下或低温下可靠工作，缺少基所需的金属材料和非金属材料能否在高温下或低温下可靠工作，缺少基础实验数据和最终型式试验手段。尤其是高级别井口的材料热处理问题、础实验数据和最终型式试验手段。尤其是高级别井口的材料热处理问题、闸板和阀座表面喷焊问题我们才开始探索，距国外生产出压力高达闸板和阀座表面喷焊问题我们才开始探索，距国外生产出压力高达140Mpa140Mpa、最高材料级别为、最高材料级别为HHHH，产品规范级为，产品规范级为PSL4,PSL4,的陆地和海洋用井口装的陆地和海洋用井口装置及阀体腔体喷焊特殊耐磨材料等技术还差距甚远。虽然，目前国内对置及阀体腔体喷焊特殊耐磨材料等技术还差距甚

22、远。虽然，目前国内对抗硫化氢腐蚀有所研究，但实验手段还需完善，尤其是模拟工况实验，抗硫化氢腐蚀有所研究，但实验手段还需完善，尤其是模拟工况实验，对二氧化碳腐蚀的研究还较少，特别是高含量二氧化碳腐蚀及与硫化氢对二氧化碳腐蚀的研究还较少，特别是高含量二氧化碳腐蚀及与硫化氢共存井况。共存井况。技术主攻方向和研究课题技术主攻方向和研究课题 材料研究方面材料研究方面 研究耐高温工况和耐低温工况以及含硫化氢中等浓度、研究耐高温工况和耐低温工况以及含硫化氢中等浓度、高浓度二氧化碳、及硫化氢和二氧化碳共存的井况的金属和高浓度二氧化碳、及硫化氢和二氧化碳共存的井况的金属和非金属材料，尤其是特殊金属材料和在特殊工

23、况条件下的热非金属材料，尤其是特殊金属材料和在特殊工况条件下的热处理工艺的研究，提高材料的防腐性能，来满足特殊工况条处理工艺的研究，提高材料的防腐性能，来满足特殊工况条件的使用要求。件的使用要求。 技术主攻方向和研究课题技术主攻方向和研究课题结构型式方面结构型式方面 闸阀系列重点研究暗杆阀的结构型式，使闸阀系列重点研究暗杆阀的结构型式，使其密封性能好，有自动补偿功能，减小开关其密封性能好，有自动补偿功能，减小开关力矩，同时开发规格为力矩，同时开发规格为5 5-9-9的平板阀，密的平板阀，密封处尽可能采用全金属密封。封处尽可能采用全金属密封。井口和采油树方面研究单油管电潜泵井口井口和采油树方面研

24、究单油管电潜泵井口装置、双油管井口装置及双通径的整体式采装置、双油管井口装置及双通径的整体式采油树和整体套管头，重点是结构紧凑、重量油树和整体套管头，重点是结构紧凑、重量轻、性能好、功能全、能实现智能控制，可轻、性能好、功能全、能实现智能控制，可以对开、关井所需要的各种功能、状态实时以对开、关井所需要的各种功能、状态实时自动监控，在压力高、低超出规定范围、现自动监控，在压力高、低超出规定范围、现场起火或有害气体泄漏时可实现自动紧急关场起火或有害气体泄漏时可实现自动紧急关井等多功能方向发展。井等多功能方向发展。双通径整体式采油树技术主攻方向和研究课题技术主攻方向和研究课题 在油管挂上研制一种特殊的螺纹，并研在油管挂上研制一种特殊的螺纹，并研究结构紧凑、密封可靠、带有特殊背压螺纹究结构紧凑、密封可靠、带有特殊背压螺纹的单向阀，在必要时，可将背压阀安