井口装置

第三章井口装置

第一节概述

井口装置是油气井最上部控制和调节油气生产的主要设备，包括套管头、油管头和采油(气)树三大部分，是悬挂井下油管柱、套管柱，密封油套管和两层套管之间的环形空间以控制油气井生产，回注(注蒸汽、注气、注水、酸化、压裂、注化学剂等)和安全生产的关键设备。本章着重介绍采油树、阀门及辅助装置。

下图是井口装置结构：

井口装置的作用

1）连接井下的各层套管，密封各层套管环形空间，悬挂套管部分重量。

2）悬挂油管及下井工具，承挂井内的油管柱的重量，密封油套环形空间。

3）控制和调节油井生产。

4）保证各项井下作业施工，便于压井作业、起下作业等措施施工和进行测压、清蜡等油井正常生产管理。

5）录取油套压。

一、套管头

套管头是在整个井口装置的最下端，是连接套管和各种井油管头的一种部件，用以悬挂技术套管和生产套管并确保密封各层套管间的环形空间，为安装防喷器和油管头等上部井口装置提供过渡连接，并通过套管头本体上的两个侧口，可以进行补挤水泥和注平衡液等作业。

1、型号表示方法

套管头尺寸代号(包括连接套管和悬挂套管)是用套管外径的英寸值表示；本体间连接型式代号是用汉语拼音字母表示，F表示法兰连接，Q表示卡箍连接(图9-28)。

双级套管头表示方法见下图。

最大工作压力MPa

上部悬挂套管尺寸代号，in

中部悬挂套管尺寸代号，in

下部悬挂套管尺寸代号，in

连接套管尺寸代号，in

本体连接型式代号

套管头代号

三级套管头表示方法

2、结构型式分类

套管头由本体、套管悬挂器和密封组件组成。套管头按悬挂套管的层数分为单级套管头、双级套管头和三级套管头。按本体间的连接形式分为卡箍式和法兰式。按套管悬挂器的结构型式分为卡瓦式和螺纹式。技本体的组合型式分为：

a单体式：一个本体内装一个套管悬挂器。

单级套管头示意图

1—油管头；2—套管头；3—套管悬挂器（卡瓦式）；4—悬挂套管；5—连接套管

双级套管头示意图

1—上部套管头；

2—下部套管头；

3—油管头；

4—上部套管悬挂器（卡瓦式）；

5—上部悬挂套管；

6—下部套管悬挂器（卡瓦式）；

7—下部悬挂套管；

8—连接套管（表层套管）

三级套管头示意图

1—油管头；

2一上部套管头；

3—中部套管头；

4—下部套骨头；

5—上部套臂悬挂器(卡瓦式)；6—上部悬挂套管；7—中部套管悬挂器(卡瓦式)；8—中部悬挂套管；9—下部套管悬挂器(卡瓦式)；10—下部悬挂套管；11—表层套管

b组合式：一个本体内装多个套管悬挂器。

组合式三级套管头示意图

1—油管头；

2—上部组合式套管头；3—下部套管头；

4—上部套管悬挂器（螺纹式）；

5—上部悬挂套管；

6—中部套管悬挂器（螺纹式）；

7—中部悬挂套管；

8—下部套管悬挂器（卡瓦式）；

9—下部悬挂套管；

10—连接套管（表层套管）

3、其它套管头

1）独立螺纹套管头

独立螺纹式套管头示意图

1—油管头；

2—止动压盖；

3—套管头；

4—套管悬挂器（螺纹式）；5—悬挂套管；6—连接套管

2）TGA型双层套管头

TGA型双层套管头示意图

1—油层套管；

2—技术套管；

3—表层套管；

4—下四通；

5，10，14，19—钢圈；

6，15，16—侧法兰；

7—下悬挂器；

8，17—主密封；

9，18—顶丝；

10—钢圈；

11—试压孔；

12—下层副密封；

13—上四通；

20—上层副密封；

21—转换法兰；

22—试压孔；

23—上接油管头

4、基本参数

单级套管头、双级套管头和三级套管头基本参数分别见下三表。

二、油管头

油管头安装于采油树和套管头之间，其上法兰平面为计算油补距和井深数据的基准面。

1、油管头结构

油管头通常是一个两端带法兰的大四通，它安装在套管头的上法兰上，用以悬挂油管柱，并密封油管柱和油层套管之间的环形空间。它由油管头四通及油管悬挂器组成。

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。

油管头一般有两种类型：1)上下带法兰的装置；2)上带法兰和下带螺纹的装置。

2、油管悬挂器

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。最常用的是锥形油管挂，见下图。

其它常用油管挂还有带电缆穿心的偏心油管挂、自密封油管挂及双油管挂等。

自密封油管挂双油管挂

3、油管头的其它配置

偏心式油管头配置

无套管头简易采油树的油管头

双油管头配置

3、油管头作用：

(1)悬挂井内油管柱；

(2)密封油管和套管的环形空间；

(3)为下接套管头，上接采油树提供过渡；

(4)通过油管头四通体上的两个侧口(接套管阀门)，完成套管注入及洗井等作业。

第二节采油树及配件

采油树是阀门和配件的组成总成，用于油气井的流体控制，并为生产管柱提供入口。它包括油管头上法兰以上的所有设备。可以对采油树总成进行多种不同的组合以满足任何一种特殊用途的需要。采油树按不同的作用可分为采油（自喷、人工举升）、采气、注水、热采、压裂、酸化等专用装置。按类型分：自喷井采油树和人工举升井采油树。根据使用压力等级的不同而形成系列。

一、采油树

1、采油树结构

3一套管头顶法兰；4一油管头大四通；5一卡箍短节；10一采油树底法兰；13一节流器；14一小四通；15一压力表；16一弯接头；17一压力表截止阀；18一接头

2、采油(气)井采油树及油管头技术要求

采油(气)井采油树及油管头应符合SY5156-93标准的要求。

1）主要零件

本体、盖、法兰、卡箍、阀杆、阀板、阀座、金属垫环、顶丝、悬挂器本体、螺栓和螺母等。

2）材料

（1)主要零件用金属材料

①本体、盖和法兰的材料力学性能应符合表中的规定。夏比V型缺口冲击要求应符合表中的规定，当采用较小尺寸的试样时，其试验数值乘以冲击试验化学材料表中内相应的修正系数。选用材料应符合表中的规定，化学成分应符合表中的规定。

②油管挂本体、套管挂本体、阀杆、顶丝、阀板和阀座选用的材料应符合冲击试验化学材料表内有关材料的规定。

③金属垫环材料的硬度应符合下表的规定。

④不锈钢垫环槽堆焊的不锈钢厚度应不小于3.2mm，焊条材料应采用奥氏体不锈钢。

⑤采油(气)井井口装置用螺栓和螺母的材料应符合下表的规定。

（2)非金属密封材料

非金属密封件材料应能承受本体所承受的额定工作压力和工作温度。此外，当主要零件需要抗腐蚀和抗硫化物应力开裂时，密封件材料也需要具有用应的抗腐蚀和抗硫化物应力开

裂的能力。

二、配件

1、抽油杆柱

井口涉及的抽油杆柱有光杆、抽油杆（短节）、空心抽油杆，本课程重点介绍前两者。