新型水下井口装置

一体式水下井口系统海试应用成功

一体式水下井口系统海试应用成功
佚名
【期刊名称】《焊管》
【年(卷),期】2024(47)4
【摘要】近日,中国自主研发的一体式水下井口系统在海南文昌海域海试应用成功,该系统可使水下钻井时的表层建井阶段提速超40%,推动海上油田更加经济有效开发。

水下井口系统是深水油气勘探开发的关键设备,被安装在海底海床附近,向下与油井的油气生产管道连接,形成一个密闭的油气生产通道,向上与水下采油树、水下防喷器组等大型设备连接并支撑它们的重量,在海洋石油钻探和油气生产流程中起到承上启下的作用。

据悉,传统的海底水下井口需要先打一个承载重量的海底“地基”,然后建立一个可承受高温高压的油气生产通道,这个过程被称为海上钻完井表层建井作业。

传统的表层建井作业需要“钻两次井眼,下入两次套管和两种井口头”,工程难度大、施工程序多、耗时长、经济性差。

中国海油自主研发的一体式水下井口系统,攻克了井口稳定性研究、一体式井口头结构设计等多项技术难题,将两种不同尺寸功能的井口头和套管分别“合二为一”。

【总页数】1页(P31-31)
【正文语种】中文
【中图分类】TE9
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1.一种井口多级防喷器试压系统及其试压装置在高压气井中的安全应用
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炮系统海试4.我国自主研发的首套浅水水下采油树系统海试成功5.“海翼”水下滑翔机成功完成首次北极科考应用
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海上井口装置构成及配套设施

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采油树部件
套压表
高低压开关
回压表
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采油树部件----电缆穿透器
电潜泵动力电缆
电缆穿透器
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采油树部件----防腐挂片
防腐挂片装置
15
巡检注意事项
井口盘日常巡检中需注意检查各井口控制回路，尤其是液压回路的压力变化情况，确保压力始终保持在正常压力范围。如果有压力异常，及时通知仪表工进行处理。注意采油树各阀门状态以及各个压力表显示是否正常，有无渗漏。
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井口控制盘简介
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井口控制盘简介
仪表气压力导通充气按钮 ESD、易熔塞回路测试按钮
减压后的调整压力
控制盘压力
ESD回路压力井下安全阀总开关
易熔塞回路压力井上安全阀总开关
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井口控制盘简介
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井口控制盘简介
井下安全阀液压泵出口压力井上安全阀液压泵出口压力
液压泵出口压力调节旋钮
3.旋转压力调节手柄，将其起跳压力调至该井设定套压值处，稳定20分钟。如套压高于该井设定套压，继续开启放气阀。 4.如套压高于该井设定套压，开启放气阀半圈，否则关放气阀半圈，稳定20分钟。
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定压放气阀生产调试
5.如套压仍高于该井设定套压，重复第4步，当套压稳定在设定套压后，该井定压放气阀调节完毕。注意：因流程回压不同，或者各井套管气量大小不一，在设定套压相同情况下，各井压力调节杆开启圈数亦不同。 6.对于套压较高的井（套压>5Mpa）,调试时要分步调节。每次调节使套压下降0.5Mpa，稳定20分钟，待流程稳定后，继续进行。避免影响流程，尽量减少因套管放气产生压力波动，导致流程高
过电缆穿透器、定压放气阀、注脂单流阀等处有无渗漏。

海底井口集成通道的工作原理

海底井口集成通道的工作原理今天来聊聊海底井口集成通道的工作原理。

我最开始接触这个概念的时候，就感觉它特别神秘，就像深海里的一个神秘魔方。

大家可以想象一下，海底那么大压力，还有复杂的环境，就像我们在大风天里想稳稳地拿着一个复杂的拼图还不能让它散了一样难。

海底井口集成通道呢，简单来说，它就是连接海底井口和海面上各种设备的一个“桥梁”。

打个比方，这就有点像我们家里的水电管道连接各个房间和户外的水电网一样。

在海底，石油或者天然气从井口出来，需要通过这个集成通道运输到海面上去进行处理。

我在研究它的原理时，发现了一些很有趣的东西。

咱先说说这个管道的构造原理吧。

它得抗压，这就像我们给娇嫩的手机带上特别结实的手机壳防止摔坏。

它的管壁是由特殊的材料制成的，这些材料就像是一群紧密团结、训练有素的小卫士，不管外面的压力怎么大，只要它们紧紧地抱在一起，就能保证里面的油气安全运输。

说到这里，你可能会问，那油气怎么在这个通道里运输不会混乱呢？这就要说到内部的设计原理了。

就像马路分不同的车道一样，集成通道内部也有分区。

有专门让油气走的“车道”，还有一些用来监测油气状态、压力等信息的“小道”，这也类似于我们体检的时候，不同的项目在不同的科室进行。

再说说它的密封原理。

要知道海底可不是闹着玩的，要是密封不好，油气泄漏了那可就是大灾难。

这密封就像我们家里的密封罐头一样，不过比那个要精密得多。

特殊的密封材料和结构保证了油气只在规定的范围内流动。

从实用价值来说，在海洋油气开采中，海底井口集成通道的正常工作是保证产量的关键。

如果通道出了问题，就像动脉堵塞了一样，整个开采过程就会瘫痪。

实际应用案例很多，比如在北海的一些油气开采项目里，海底井口集成通道的稳定运行，确保了源源不断的油气供应。

老实说，我一开始也不明白这个通道在应对海流、海床波动等情况时是怎么保持稳定工作的。

后来才知道这里还有一些关于抗震防抖的理论和技术在支持。

它会根据周围环境的动态变化，有一些自动调节的机制，这个原理就有点像我们人在平衡木上的自我调节平衡的能力。

第十章海上钻井特殊工艺和装置

第十章海上钻井特殊工艺和装置第一节水下井口装置一、水下井口装置的功用组成1、功用隔绝海水、引入钻具、导出泥浆适应升沉、漂移和摇摆的工作环境控制井口2、组成导向装置套管头组防喷器组隔水管柱连接器其它二、水下井口装置各部的作用井口盘：其作用是固定海底井口位置，确定一个开钻基点，并承受井口的重量导引架：其作用是引导其它水下工具就位导引绳张紧器：其作用是保持导引绳的张力恒定，使其不受平台升沉的影响套管头组：其作用是悬持套管连接器：其作用是便于某些水下器具间的快速连接与拆卸防喷器组：其作用在于开启和封闭井口，以便处理和控制井内复杂情况，防止井喷球形、挠性接头：其作用是使隔水管适应钻井船的摇摆、漂移运动，防止隔水管弯曲隔水管: 其主要作用是隔绝海水、导引钻具，造成泥浆的回路.防止隔水管因自重压弯的四种方法：平衡锤法用漂浮材料装同心充气筒隔水管张紧器伸缩隔水管：其作用是适应钻井船的升沉运动，使水下器具不受钻井船上下升沉的影响。

第二节升沉补偿装置一、使用伸缩钻杆1、结构2、位置：安装于钻铤的上面3、原理4、使用伸缩钻杆的优缺点优：结构简单，维修方便，价格便宜，能基本满足钻井的要求缺：钻压不能调节，承载条件恶劣，增加防喷器的磨损，难以准确确定井深二、钻柱升沉补偿装置1、位置：在游车与大钩之间2、结构组成：液缸活塞（杆）储能器锁紧装置空气动力储罐3、工作原理当平台上升时，游车带动液缸上行，链条因液缸上行而放松，链条放松后，来自链轮及活塞杆的载荷减小，失去平衡，因而活塞下端液体压力大于活塞杆上外载荷，于是，液体压力推动活塞上行，固定在活塞杆上的链轮也随之上升，这样就可使链条继续保持张紧状态，大钩处于基本无运动。

从而不影响钻压变化，保持正常钻井。

平台下沉时，正与上述相反，原理相同。

4、钻压的调节正常钻井时，向上力=向下力w P PA b =+2即，则PA w P b 2−=则5、存在的问题大钩还有少许位移原因工作缸中液体的摩擦影响机械摩擦影响活塞下端液体压缩气罐中气体，使之压缩膨胀对压力的影响n n V P V P 2211=三、死绳恒张力装置1972年研制成功1、结构:主要由定滑轮组、动滑轮组、液缸、高低压储能器、控制台等组成2、死绳恒张力装置工作原理死绳自天车引出后，先经过一个传感滑轮，将拉力大小变成电信号，输送到电控系统和指重表。

井口装置简介

油管四通
电缆密封机构电缆孔密封堵头
采油树帽
1.采油树帽内带有提升螺纹,用于背压阀送入取出工具的连接,用于采油树的提升和井下作业管线连接。 2．当油管内含腊时，可卸去采油树帽顶盖，通过清蜡阀，主阀进行刮腊操作。
海上平台采油树的分类:
分体式
整体式
海上平台采油树的分类:
自喷井采油树电潜泵井采油树气举井采油树螺杆泵井采油树注水井采油树气井采油树
单油管采油树:
双油管采油树:
单油管采油树安装在单油管完井的井口装置上。
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或两根同心油管柱，通过双管封隔器或单管封隔器对两个油气层段进行分隔。
井口装置操作与使用
节流阀
节流阀按内部结构和使用方式可分为
固定式节流阀
工作原理
●可调式节流阀是利用调节手轮，使阀杆带动阀针
做上下运动，使阀针与阀座之间的间隙大小发生变化，进而控制通道内的石油、天然气、泥浆等可流动介质的流量的作用；
●固定式节流阀是通过改变
阀门内部通道的大小，进而控制通道内的石油、天然气、泥浆等可流动介质的流量的作用。
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井口装置的主要有各种阀门组成，用来远程和近程控制各种流动介质的切断、导通、流动方向、流量控制等，一般包括：手动平板阀、地面安全阀、节流阀等。
手动平板阀
工作原理：
地面安全阀
工作原理地面安全阀是利用远程动
力源控制系统的开关，控制阀门的驱动装置，带动驱动杆使阀板和阀座通孔的位置发生变化，用来切断和导通阀门的通道，进而控制通道内的石油、天然气、泥浆等可流动介质的截止和导通。

GB-T-21412.4-《水下井口装置和采油树设备》目录(等同于ISO-13628.4-1999)

GB/T21412《石油天然气工业水下生产系统的设计与操作》分为九个部分:---第1部分:总要求和建议;---第2部分:水下和海上用软管系统;---第3部分:过出油管(TFL)系统;---第4部分:水下井口装置和采油树设备;---第5部分:水下控制管缆;---第6部分:水下生产控制系统;---第7部分:修井和(或)完井立管系统;---第8部分:水下生产系统远程作业机器人(ROV)接口;---第9部分:远程作业工具(ROT)维修系统。

本部分为GB/T21412的第4部分,对应于ISO136284:1999《石油和天然气工业水下生产系统的设计与操作第4部分:水下井口装置和采油树设备》(英文第1版)。

本部分等同翻译ISO136284:1999,为了便于使用,本部分做了下列编辑性修改:---ISO13628的本部分改为GB/T21412的本部分或本部分;---用小数点.代替作为小数点的逗号,;---将ISO136284:1999中的ISO10423和ISO10423:1994统一为ISO10423:1994;---在第2章引用文件中,用ISO13533、ISO13625、ISO13628 3 分别代替APISpec16A、APISpec16R、APIRP17C 并增加了标准中文名称;---对表面粗糙度值进行了转换;---表7(A)中转换了螺栓直径并增加了螺栓孔直径公制尺寸值;表9(B)和表10(B)中增加了螺栓孔直径公制尺寸值;---表G.1中增加了螺栓直径和螺距公制尺寸值;---删除了ISO136284:1999的前言和引言;---增加了本部分的前言。

本部分的附录E、附录G 和附录H 为规范性附录,附录A、附录B、附录C、附录D、附录F和附录I为资料性附录。

本部分由全国石油钻采设备和工具标准化技术委员会(SAC/TC96)提出并归口。

本部分负责起草单位:宝鸡石油机械有限责任公司。

本部分参加起草单位:中国海洋石油总公司、石油工业井控装置质量监督检验中心。

海上钻井井口装置及各次开钻和井口安装

环空压力
万能防喷器的优缺点：
优点：万能防喷器可以抱紧任何尺寸的钻柱，可抱紧钻铤，钻杆本体或接头，套管，电缆，钢丝绳，甚至可以全封。
缺点：万能防喷器承受压力的能力有限（安全压力 60MPa），不能承受很高的压力。所以，万能防喷器仅仅在闸板防喷器不能起作用的时候使用。
2）半封闸板防喷器
在出现井喷溢流时，它可以抱紧钻杆本体，封闭钻杆外环形空间。
防喷器组
下部平台
水上井口装置与陆上井口装置的区别
（1）水上井口装置有一个长长的隔水管，穿过整个海水层，隔离海水、引导钻具；
（2）水上井口装的隔水导管上有一个泥线支撑器或泥线悬挂器、而陆上没有。
泥线支撑器
“泥线”的定义：就是海水与海底交界之处，即海底的表层处。此处乃是一层淤泥，所以称为泥线。
海陆钻井井口装置对比
防喷器组
防喷器组
陆上井口装置
海上井口装置（水上井口）
海上井口装置（水下井口）
与陆上井口装置相比，海上井口结构复杂，多了隔离海水和防止升降运动的设备
1 海上钻井井口装置
海上钻井井口装置的主要功用：
1、安装防喷器，控制井口，实现防喷、放喷和压井（与陆上井口相同的功能）；
泥线支撑器的作用：悬挂各层套管、减轻平台承重。
特点：泥线支撑器以上的套管延长到平台上。
泥线悬挂器
泥线悬挂器的作用：悬挂各层套管柱的重量。泥线悬挂器的特点：利用下一层套管的套管挂悬挂在上一层套管的座环上而不断加深。泥线悬挂器之上没有套管，是通过一个下入工具与钻柱连接，钻柱延长到平台上，在注水泥固井之后，将钻柱倒开并起出来，这样在是。钻完井后，平台可以移走，泥线以上的海水中没有套管。建立采油平台是从泥线悬挂器上将套管回接到采油平台上。

海洋深水钻井用水下井口装置[实用新型专利]

专利名称：海洋深水钻井用水下井口装置专利类型：实用新型专利
发明人：侯福祥,任荣权,王宏伟,王雪
申请号：CN201120194683.0
申请日：20110610
公开号：CN202108460U
公开日：
20120111
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：海洋深水钻井用水下井口装置，应用于支撑各层套管的悬挂和水下采油树，是海洋深水浮式钻井和水下完井的关键设备。

在表层套管头内有高压井口头；在高压井口头外壁上套有环形支撑圈，支撑圈上端面压紧高压井口头的上台肩下端面；支撑圈的圆锥面台肩压在表层套管头的支撑内锥面上；支撑圈的下端面在上弹性挡圈上；在高压井口头外壁上套有居中挡圈，居中挡圈上端面压紧高压井口头的下台肩下端面；在高压井口头的下环槽内有下弹性挡圈。

效果是：表层套管头与高压井口头的锁紧采用了弹性挡圈结构，安全可靠，操作方便。

申请人：中国石油天然气集团公司,中国石油集团钻井工程技术研究院
地址：100007 北京市东城区东直门北大街9号中国石油大厦
国籍：CN
代理机构：北京市中实友知识产权代理有限责任公司
代理人：李玉明
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水下井口系统用密封总成试验装置[实用新型专利]

专利名称：水下井口系统用密封总成试验装置专利类型：实用新型专利
发明人：弓大为,王海滨,樊霞,迈克·汀·弗洛伊德申请号：CN201721613060.6
申请日：20171128
公开号：CN207636287U
公开日：
20180720
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型涉及石油勘探技术领域，特别涉及水下井口系统用密封总成试验装置，包括有试验本体、试验芯轴、试验用套管挂、密封总成、送入套筒、试压密封活塞、第一锁环、第二锁环和锁紧盘，本设计中的结构锁紧装置采用锁环，锁紧方便安全，同时也可以检测试验本体锁环槽的承载能力。

本实用新型提供了一种可实现对密封总成的密封本体、下入安装和送入回收工具过程中的压力试验，降低整个产品研发过程中的成本。

为井口头的设计提供依据。

申请人：上海霞为石油设备技术服务有限公司
地址：201499 上海市奉贤区青村镇浦星公路6996号第24幢1321室
国籍：CN
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4海上钻井井口装置及各次开钻和井口安装

第二步，钻导管井段的井眼。
通过临时导引绳，下入带有钻头的钻柱，准确进入井口盘的内孔，并向海底钻进。钻进时采用海水作洗井液，有进无出，打进的海水带着钻屑返回到海底，钻达预定深度即可起钻。
第三步，下导管并注水泥。
通过临时导引绳，将导管下入，导管的上面接导管头，并装上导引架，导管头内接上送入工具，再接钻杆，用钻杆将导管及导引架送入到海底，导管进入井眼，导引架坐在井口盘上。在钻台上通过钻柱向井内打入泥浆并循环洗井，然后即可注水泥固井，不仅封固导管，而且多余的水泥浆返至海底，将井口盘和导引架牢牢地固定于海底。退出送入工具并起钻，并割断临时导引绳。
水上井口装置与陆上井口的异同
与陆上钻井平台相似之处用隔水管将陆上井口装置的防喷器组支撑到水面以上（钻井平台上），方便各种操作。
防喷器组
下部钻井平台
隔水导管
水上井口装置与陆上井口装置的区别
（1）水上井口装置有一个长长的隔水管，穿过整个海水层，隔离海水、引导钻具；（2）水上井口装的隔水导管上有一个泥线支撑器或泥线悬挂器、而陆上没有。
一步法施工可以省去井口盘。当海底地层较软时，可是用喷射法。在导管的最下端接有喷射头。当导管的最下端接近海底时，即可开泵用海水进行喷射，冲出导管井段的井眼。
表层套管井段的施工
对底撑式平台，导管井段施工之后，导管延长到平台上并起到隔水管的作用，以后各次开钻的施工基本上与陆上钻井相同。
对浮动平台钻井，表层井段的施工具有很大的特点，可分为两种情况：一种是在表层地层中没有浅气层；一种是有浅气层。
使用浮动钻井平台钻井时，导管井段的施工要复杂得多，也有两种做法。第一种方法是分步法，按如下施工步骤进行：
第一步，下井口盘，建立海底井口。

一种用于水下井口头系统地面测试装置[实用新型专利]

专利名称：一种用于水下井口头系统地面测试装置专利类型：实用新型专利
发明人：刘承通,苏强,佘运玖,张帆
申请号：CN201621270377.X
申请日：20161121
公开号：CN206235459U
公开日：
20170609
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型公开了一种用于水下井口头系统地面测试装置，包括端盖、套筒和堵头，端盖为筒形结构，端盖的内孔为阶梯孔，套筒的下端通过螺纹与端盖的阶梯孔上端内圈连接，堵头套设于套筒内，堵头的底部设有螺纹孔，端盖的阶梯孔下端设有环形槽，环形槽内设有锁块，端盖的阶梯孔下端通过锁块与井口头外圆连接锁紧，端盖与井口头外圈的连接处设有密封件，端盖与套筒之间和套筒与堵头之间均设有密封件，端盖上设有注压孔，注压孔设置于套筒和井口头分别与端盖的连接处之间。

实现向配套待测工具加压的静水压试验条件，减小了堵头的轴向受力，纯机械连接结构，结构简单可靠，设置合理，使用安装方便，安全可靠性高，使用寿命长，并能重复使用。

申请人：中石化石油机械股份有限公司江钻分公司
地址：430223 湖北省武汉市东湖新技术开发区华工科技园一路五号
国籍：CN
代理机构：湖北武汉永嘉专利代理有限公司
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一种水下井口连接器[实用新型专利]

专利名称：一种水下井口连接器
专利类型：实用新型专利
发明人：罗东红,王立权,陈斌,陈函,张宁,王武超,韦红术,王刚,李勇,靳权
申请号：CN201720461534.3
申请日：20170427
公开号：CN206801515U
公开日：
20171226
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型涉及海洋工程技术领域，提供了一种水下井口连接器，包括：中通的本体、壳体、驱动件、锁紧件、解锁件、密封圈组件，其中，锁紧件可同时作用于本体和被连接件，即本体、被连接件双侧受力，进而本体、锁紧件、被连接件、金属密封圈之间可形成一个环，且解锁件可随着驱动件的轴向移动而径向移动以使得所述锁紧件彻底、快速的脱离所述本体、被连接件，即可完成快速的、完全的解锁操作；进而本实用新型提供的一种水下井口连接器，其锁紧、密封效果佳、可靠性强，且可快速、完全、有效的解锁操作，使用寿命长，实用性强。

申请人：中国海洋石油集团有限公司,中海石油深海开发有限公司,哈尔滨工程大学
地址：100010 北京市东城区朝阳门北大街25号
国籍：CN
代理机构：深圳市瑞方达知识产权事务所(普通合伙)
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