井口装置及井身结构
天然气高压储气井设计
收稿日期:２０２１Ｇ０１Ｇ１０.作者简介:秦宗川,男,２００４年毕业于北京化工大学过程装备与控制工程专业,工学学士,主要从事压力容器设计及试验研究工作,工程师.E m a i l :１３５１５６４３４２５＠１６３．c o m .天然气高压储气井设计秦宗川,朱金花,姚佐权,崔㊀军(合肥通用机械研究院有限公司,安徽合肥２３００３１)㊀㊀摘㊀要:储气井是压缩天然气汽车加气站的核心设备,用于高压天然气的存储,工作压力高达２５M P a .文章以某公司一套天然气高压地下储气井为例,从风险识别及控制,主要承压元件选材,井口以及井身和井底结构设计,应力分析及疲劳评定,建造过程中的钻井㊁井管组装以及固井过程控制㊁固井质量检测㊁耐压及泄漏试验等方面,详细阐述了设计过程,分析研究了各个环节的控制要点和难点,并有针对性地提出了解决方案和对策,明确了各项技术要求,为此类设备的设计㊁制造提供技术参考.关键词:天然气高压储存㊀井口装置㊀套管㊀接箍㊀井底装置㊀固井d o i :１０．３９６９/j．i s s n ．１００６－８８０５．２０２１．０３．００２㊀㊀储气井技术源于石油天然气开发行业,用于加气站内天然气的储存.以压力为２５M P a,井筒ϕ２４４．５mmˑ１１．０５mm ,深度３００m 为例,单井容积约１１．６５m ３.一般每站３口井,共可储存天然气(标准状态)约８７７２m ３.该存储方式主要利用地下空间,单井占地仅需约２m ２,单位占地面积的储存量远大于低压球罐和高压储气瓶组,甚至略高于低温深冷液化天然气(L N G )储罐,而且其防火间距小,按G B５０１５６ ２０１２(２０１４年版)«汽车加油加气站设计与施工规范»表４．０．８C N G 工艺设备与站外建(构)筑物的安全间距(m )的规定,储气井的安全间距仅为储气瓶的约２/３ʌ１Ｇ２ɔ,对于城市建成区和中心区等用地紧张的区域优势明显,特别适合这类区域老旧加气站点的改造.储气井的设计有一定特殊性,需综合考虑各种影响安全的因素,特别是设计文件应注明项目选址,同时应对相关标准未规定的技术内容予以明确,如采用的固井方式等.１㊀设备概况储气井主要由井口装置㊁井身㊁井底装置组成,主要结构见图１.压缩天然气进出口㊁排污口㊁压力测量等接口均集中设置在井口装置上.中部井身由两头带有圆锥螺纹的套管㊁接箍头尾相连而成,井口装置和井底装置则分别以圆锥螺纹与套管相连,最后通过固井水泥环封固在事先钻好的井眼中.图１㊀储气井㊀㊀早期储气井一般按照行业标准S Y /T６５３５２００２进行设计和建造,未纳入特种设备监管.直到２００８年,国家质量监督检验检疫总局发布(质检办特[２００８]６３７号文件关于加强地下储气井静设备㊀㊀㊀㊀石油化工设备技术,２０２１,４２(３)４ P e t r o c h e m i c a l E q u i p m e n tT e c h n o l o g y安全监察工作的通知 ,才明确将储气井纳入压力容器监管体系.１．１㊀设计条件储气井主要设计参数见表１,按照T S G２１ ２０１６«固定式压力容器安全技术监察规程»㊁J B ４７３２ １９９５(２００５年确认)«钢制压力容器Ｇ分析设计标准»,并参考S Y/T６５３５ ２００２«高压地下储气井»开展设计.表１㊀储气井主要设计参数㊀㊀考虑到储气井套管㊁接箍和井底装置下入地下后不容易再更换,设计使用年限按２５a考虑.同样因设备大部分处于地下,故不考虑地震㊁风和雪载荷的影响.１．２㊀风险评估储气井属于Ⅲ类容器,具有较大的安全风险,需要分析储气井使用过程中可能的失效模式,识别风险,并采取相应措施进行控制.参照I S O１６５２８«B o i l e r sa n d p r e s s u r ev e sＧs e l s» ２００７,同时对失效案例ʌ４Ｇ５ɔ进行分析,得出其主要失效模式和对应的风险控制措施如下:１)脆性断裂:主要考虑由低温引起,可能造成井口装置和距离地面较近套管的失效.材料需满足低温冲击韧性要求.２)韧性断裂:由强度不足引起.通过常规计算和应力分析计算,对结构进行应力分析和校核.３)超量变形接头泄漏:可能发生在螺纹连接部位.通过应力分析优化局部结构,改善应力分布,同时控制套管上紧时的预紧扭矩,避免过大扭矩造成螺纹超量变形损伤.螺纹的泄漏较为常见.井筒深埋地下,温度变化相对和缓,当螺纹泄漏时,由于水泥环的封固,在焦耳Ｇ汤姆逊效应作用下,难以形成大面积的低温,且加气站内均设置泄漏报警,电气设施选型也均为防爆型,因此少量泄漏并不会造成灾难性的后果.套管和接箍的螺纹连接结构,由于接箍的加强作用,在不发生失稳破裂的情况下,一定程度上可以实现 未爆先漏 (L B B).４)局部超量应变形成裂纹或韧性撕裂:通过应力分析优化结构,加强局部无损检测.５)腐蚀:井筒外壁涂覆防腐涂料,提高固井质量,隔绝地下水腐蚀;内壁通过控制天然气气质及设置排污口定期排污,避免底部积液.大量案例表明:储气井运行中主要的失效模式是外壁的腐蚀,通常因固井质量不佳,导致井筒外壁腐蚀减薄而引起强度不足,直至套管断裂,储气井部分甚至整体冲出地面,从而造成天然气大量泄漏,失效后果极其严重.６)环境助长开裂(包括应力腐蚀开裂㊁氢致开裂):提高材料纯净度,严格控制天然气有害杂质含量ʌ６ɔ.值得注意的是,储气井还可用于其他类型介质的储存,已建成的贵州六盘水焦炉煤气储气井介质氢气含量超过５５％,正在报批公示的石油化工行业标准S H３２１６ ２０２０«储气井工程技术规范»也将氢气及混合氢气㊁惰性气体㊁空气等纳入了适用范围.７)弹塑性应变疲劳(低周疲劳):进行详细的应力分析,对高应力集中部位进行结构优化,提高结构的抗疲劳性能.１．３㊀选材储气井承压部分的建造主要涉及３类材料,其中套管和接箍采用无缝管材,井口装置和井底装置采用锻件,金属密封垫和紧固件一般采用锻件或棒料.储气井在建造过程中不涉及焊接㊁热成形等破坏材料原始热处理状态的热过程,上述５㊀第４２卷第３期秦宗川等．天然气高压储气井设计元件在钢厂或专业工厂进行热处理,可获得稳定的力学性能.T S G２１ ２０１６«固定式压力容器安全监察规程»对套管㊁接箍及井口与井底装置用材料做出了一些规定.本文案例中,井口和井底装置选用综合性能良好的３５C r M oⅣ锻件,性能应不低于N B/T ４７００８ ２０１７«承压设备用碳素钢和合金钢锻件»标准的要求.在石油行业,套管和接箍一直以来广泛采用A P I５C T标准.该标准也获得了I S O组织的认可(对应I S O标准号１１９６０).G B/T１９８３０ ２０１７等同采用了(I D T)I S O１１９６０ ２０１４.本文案例选用外径为２４４．４８mm(９Ｇ５/８ᵡ)㊁材料等级为P１１０的无缝钢管,除按照G B/T１９８３０ ２０１７«石油天然气工业油气井套管或油管用钢管»标准订货以外,还应按照表２的力学性能要求按炉批复验材料.表２㊀P１１０无缝管材力学性能㊀㊀此外,还需满足以下要求ʌ７ɔ:１)按炉罐号进行复验,Pɤ０．０１５％㊁Sɤ０．００８％(质量分数);２)逐根进行涡流检测,对比样管,人工缺陷应符合G B/T７７３５ ２０１６中验收等级B的要求;３)套管逐根测厚,每根套管的测点不少于９个(选取３个截面),实测最小壁厚不得小于１０．７mm.压缩天然气含有硫化氢㊁二氧化碳等有害介质,初期这些组分含量较低,但随着长时间的使用会逐渐富集,当遇到水压试验中残留的水或者可能由于温度变化造成的过饱和水析出时,产生的酸性水会造成严重的腐蚀,尤其是应力腐蚀,可能带来灾难性后果.上述要求基于提高材料纯净度㊁控制屈强比㊁提高延伸率㊁提高低温韧性来保证材料的塑性和韧性,降低应力腐蚀发生的可能性ʌ８ɔ.需要指出的是,由于我国幅员辽阔,北方地区冬季温度较低,为避免低温脆断,应重点关注井口装置以及邻近地面的第一根套管(单根套管长度一般在９m以上,大于冻土层深度)ʌ９ɔ,必要时应将地面以下第一根套管和井口装置材料升级为低温钢.２㊀结构设计储气井结构设计包括井口装置㊁井身结构㊁井底装置３部分.２．１㊀井口装置井口装置整体位于地面以上,下部与第一根套管以圆锥螺纹连接,上部设置压力测量㊁排污以及天然气进㊁出接口.正在起草的储气井国家标准给出了两种推荐结构:上下法兰对夹式和接箍堵头式.井口装置的结构设计需兼顾安装㊁使用维护和定期检验等方面的要求ʌ４ɔ.本案例在接箍堵头式结构基础上,将上部锁紧压盖改为普通螺纹,以便于后续检修时拆装,接头体采用锥面密封;同时考虑定期检验中仪器的进出,松开螺纹取出接头体后井口通径不小于中部接箍内径.２．２㊀井身结构石油天然气行业中,对于采用螺纹连接形式的套管具备丰富的工程应用经验ʌ９ɔ,一些特殊地质条件下的套管承受的内压甚至大于６８．９５M P a (１００００p s i).本文案例选用通用性较强的标准L C长圆锥螺纹.L C长圆螺纹加工和验收标准为G B/T９２５３．２ ２０１７«石油天然气工业套管㊁油管和管线管螺纹的加工㊁测量和检验»,螺距为３．１７５mm (８牙/ᵡ),牙顶角为６０ʎ,锥度为６２．５mm/m,牙型示意见图２.牙顶和牙底采用圆角过渡,可有效降低应力集中,提高结构疲劳强度ʌ１０Ｇ１２ɔ.当用于储存氢气等分子半径较小㊁渗透性较强的介质时,需采用特殊气密封扣型.２．３㊀井底装置井底装置与制造单位的固井工艺直接相关,为保证良好的固井质量,采用 正循环 ʌ１３ɔ全井段封固固井工艺.井底装置内部设计为方便固井时６ 石㊀油㊀化㊀工㊀设㊀备㊀技㊀术２０２１年㊀用钻杆打开的单向流动结构,同时外形轮廓设计应考虑减少下入时的阻力.井底装置内部结构涉及专利技术,此处不再展开详述.图２㊀长圆螺纹牙型示意㊀㊀还有一种置换法 固井工艺,采用类似直段带螺纹的成形封头形式的井底装置,无削弱静强度和疲劳强度的中心开孔,可通过固井工艺的改变实现全井眼泥浆替换,现场组装顺序与 正循环法 略有不同,此处不再赘述.３㊀应力分析及疲劳评定储气井压力波动范围为１０~２５M P a,全寿命压力波动次数为２．５ˑ１０４次,应进行详细应力分析和疲劳评定,并对其中螺纹连接结构予以特别关注.本文案例采用A n s y s 软件对储气井进行有限元数值模拟,按照J B４７３２ １９９５(２００５年确认)分析设计标准进行应力分类与评定.３．１㊀模型及边界条件储气井结构承受的主要载荷为内压.为便于分析,减少计算工作量,将储气井结构划分为５个部分建模:套管㊁井口装置上接头体㊁井口装置压盖和接箍㊁井底装置以及套管接箍.建立的计算模型见图３.图３㊀计算模型㊀㊀根据J B４７３２ １９９５(２００５年确认)分析设计标准第５．１~５．３节的规定ʌ１４ɔ,结构在进行分析计算时,一般需要考虑４种载荷工况,即设计载荷工况㊁工作载荷工况㊁疲劳载荷工况和水压试验载荷工况.对于储气井而言,由于设计载荷工况比工作载荷工况参数更高,因此工作载荷不再单独进行计算.模型相关信息如下:１)套管采用六面体二阶单元S o l i d １８６,对称边界,约束轴向位移.２)上接头体采用六面体二阶单元S o l i d １８６和S o l i d １８７,对称边界,约束底部上端面轴向位移.３)井口装置压盖和接箍采用轴对称单元P l a n １８２,对称边界,约束上接箍下端面轴向位移.压盖下端面加载等效压力.４)井底装置采用六面体二阶单元S o l i d １８６,对称边界,约束轴向位移.５)套管接箍采用六面体二阶单元S o l i d １８６,对称边界,约束结构下端面轴向位移.螺纹连接按照S Y /T５４１２ ２０１６标准要求的咬合长度等效为过盈配合.３．２㊀结果及评定限于篇幅,下面仅列出设计载荷工况下应力云图(见图４).对高应力集中区进行应力分类及评定,评定结果见表３.表３中计算公式符号的解释详见J B４７３２ １９９５(２００５年确认)(钢制压力容器Ｇ分析设计标准»中的应力分类法,取自于标准表５Ｇ１和第５．３．１~５．３．５条.㊀㊀从图４可以看出,螺纹连接部位存在明显应力集中.４㊀制造及安装储气井的制造和安装分为厂内加工和现场安装,其中套管和接箍采购成品后进行检验及性能复验,井口和井底装置定制锻件毛坯后加工至图纸尺寸.７ ㊀第４２卷第３期秦宗川等．天然气高压储气井设计图４㊀设计压力载荷工况应力云图表３㊀应力分类及评定８ 石㊀油㊀化㊀工㊀设㊀备㊀技㊀术２０２１年㊀㊀㊀储气井现场施工主要包括钻井㊁套管组装和固井等３个步骤.４．１㊀钻井储气井的钻井深度一般小于３００m,受限于加气站场现场条件一般不再进行专门的地质勘查.钻井过程一般采用硬质合金牙轮钻头,个别地质较为特殊区域需采用金刚石P D C钻头以及水基钻井液.钻井施工时,对地表较为松软的地层应进行加固,表层固井长度不小于８m,固井验收合格后再继续钻进.当钻遇不稳定地层等情况时,应采取措施进行封堵或加固.钻井过程中应详细记录井径㊁井斜及井深,严格控制井斜不大于２ʎ,裸眼井直径应大于套管６０mm以上,井深应大于井筒总长度３m以上.４．２㊀套管组装套管组装时,首先下入的是井底装置,再依次下入井筒套管和接箍,并利用吊钳等专用工具按规定扭矩进行预紧ʌ１５ɔ.套管对扣前应对螺纹进行清洗和检测,并均匀涂抹螺纹密封脂.上紧扭矩按S Y/T５４１２ ２０１６表A．１(续)控制在１１２５０~１８７５０N m范围内,推荐扭矩１５０００N m.套管旋合时,当余扣ɤ２扣而实际扭矩仍小于下限扭矩值,或者实际扭矩已达上限值而余扣还大于２扣时,均应更换新套管.由于在钻井过程中需要注入钻井液用于循环携带岩屑,而井眼深度一般均位于地下水位以下,故套管和接箍在下入过程中一直浸泡在钻井泥浆液中,为避免腐蚀,套管和接箍外壁应提前进行防腐处理.为保证井筒位于正中,下入套管过程中应根据地质情况安装扶正器,一般每２~４根套管加１个扶正器.套管下至井底时,应将最后１根套管接箍挂座于卡盘扶正器上,居中固定.全井螺纹接头共有约６０对,为确保组装质量,此时可临时安装井口装置进行一次耐压试验,观察是否存在压力下降或其他异常情况.４．３㊀固井固井的基本原理是通过管内注入油井水泥,使水泥从井筒内部流过后从底部外壁与井壁之间的环形空间向上返出,等待一段时间凝固后即可实现封固.为确保良好封固,本文案例采用正循环法全井段固井工艺.固井前应配制固井水泥并进行凝固试验,同时循环泥浆清洗井眼确保井眼畅通;固井液密度应ȡ１．７５g/c m３,并应连续泵注,避免停泵造成水泥浆沉降絮凝;实际水泥用量应大于理论计算量;入井和出井水泥浆密度差值应不大于０．１０g/c m３.当气温低于０ħ时,不得进行固井作业.固井完成后应进行固井质量检测,按S Y/T ６５９２ ２０１６«固井质量评价方法»和S Y/T６６４１ ２０１７«固井水泥胶结测井资料处理及解释规范»进行,采用声幅曲线(C B L)评价水泥胶结质量,对水泥环胶结质量㊁井筒与固井水泥环以及固井水泥环与地层之间两个圆柱形交界面的结合程度进行评价,要求:C B Lɤ２０％,质量级别应不低于Ⅱ级, 良好 级别井段占比应大于６０％,表层段固井质量应全部达到 中等 以上,不得存在 差 级别ʌ１６Ｇ１７ɔ.５㊀耐压及严密性试验固井完成并经检查合格后,需要安装井口装置,进行耐压试验和泄漏试验.５．１㊀耐压试验按照S Y/T６５３５ ２００２«高压气地下储气井»标准并参考正在制定的国家标准征求意见稿,对储气井以３７．５M P a(１．５倍工作压力,约合１．３６倍设计压力ʌ１８ɔ)进行耐压试验.试验介质为清水.由于已经完成了固井,难以对地下部分开展检查,因此主要对地上部分进行检查,确认有无渗漏和可见变形,同时关注试验过程中有无异常的响声.对于井下部分,延长保压时间至２h,通过观察压力变化判断是否存在泄漏.试验结束后应尽快排净积水,同时利用排污管充入高压干燥氮气对井筒,特别是底部进行吹扫干燥.５．２㊀严密性试验基于行业习惯,考虑介质危险性较大㊁存储压力较高㊁存储量较大等因素,参考S Y/T６５３５ ２００２标准ʌ１８ɔ规定,耐压试验合格后,采用干燥空气进行严密性试验.试验过程应逐级缓慢升压,保压２４h,排除因温度影响造成的压降后,压降不大于１％即为合格.按照G B５０１５６ ２０１２(２０１４版)标准１３．４．６条第３款的要求,在以上工作全部完成后,储气９㊀第４２卷第３期秦宗川等．天然气高压储气井设计井组还应在井口装置下端面至地下埋深不小于１．５mm㊁以井口中心线为中心且半径不小于１m的范围内,采用C３０钢筋混凝土进行加强固定.６㊀结语１)储气井虽然已于２００８年纳入特种设备监管,并在T S G２１ ２０１６«固定式压力容器安全技术监察规程»中对于材料和监检提出了一些要求,但具体执行中还是存在一些问题,需要更深入的研究和更多工程实践来验证.２)储气井套管和接箍材料广泛采用T P８０C Q J和P１１０,其中T P８０C Q J是S Y/T ６５３５ ２００２标准推荐牌号,但无论是T P８０C Q J 还是P１１０,均仅为与强度等级相关的命名,对除硫磷以外的化学元素成分并无要求.套管和接箍的性能直接关系到储气井的安全性,建议有关部门尽快起草储气井专用套管和接箍标准或专项技术条件.３)有限元分析结果显示,套管螺纹连接部位尤其是啮合齿根部存在高应力集中,应在使用维护和定期检验中予以关注.４)行业标准和正在制订的储气井国家标准均要求在固井完成后再进行耐压试验,但固井完成后由于水泥环的影响,将难以开展检查,如果发现泄漏也难以进行处理,建议在固井前增加一次耐压试验,检查排除螺纹连接可能存在的泄漏隐患.５)储气井技术源自石油天然气行业,涉及多个专业,其设计不应局限于承压壳体,还应关注钻井㊁套管组装㊁固井等,特别是固井质量的好坏直接关系到设备能否长周期安全运行,在设计阶段应编制固井工艺,对各项技术要求给予明确.参考文献:[１]㊀中国石油化工集团公司．汽车加油加气站设计与施工规范:G B５０１５６ ２０１２(２０１４年版)[S]．北京:中国计划出版社,２０１４．[２]㊀王鹏,陈鲁宇．储气井的安全评价及应用[J]．煤气与热力,２０１２,３２(９):２８Ｇ３０．[３]㊀中国石油西南油气田分公司天然气研究院,中国市政工程华北设计研究总院,中国石油工程建设公司华东设计分公司,等．车用压缩天然气:G B１８０４７ ２０１７[S]．北京:中国标准出版社,２０１７．[４]㊀陈祖志,石坤,李邦宪．储气井设计问题的探讨[J]．压力容器,２０１２,２９(２):４９Ｇ５５,６０．[５]㊀陈祖志,石坤,李邦宪,等．储气井损伤模式[J]．化工设备与管道,２０１３,５０(１):２０Ｇ２４．[６]㊀中国特种设备检测研究院,合肥通用机械研究院,北京航空航天大学,等．承压设备损伤模式识别:G B/T３０５７９ ２０１４[S]．北京:中国计划出版社,２０１４．[７]㊀国家质量技术监督检验检疫总局．固定式压力容器安全技术监察规程:T S G２１ ２０１６[S]．北京:新华出版社,２０１６．[８]㊀张梁,邓雄,田家林,等．C N G储气井爆炸分析[J]．石油工程建设,２００９,３５(６):１Ｇ４．[９]㊀中国石油集团石油管工程技术研究院,宝鸡石油钢管有限责任公司,新疆油田公司,等．石油天然气工业油气井套管或油管用钢管:G B/T１９８３０ ２０１７[S]．北京:中国标准出版社,２０１７．[１０]㊀段志详,石坤,李邦宪,等．储气井疲劳试验和爆破试验研究[J]．中国特种设备安全,２０１４,３０(１０):１５Ｇ１８．[１１]㊀陈祖志,宋占兵,石坤,等．储气井螺纹连接安全性有限元模拟分析及实验研究[J]．中国安全生产科学技术,２０１２,８(１０):５８Ｇ６３．[１２]㊀唐昕,雒定明．C N G地下储气井的应力分析与疲劳分析[J]．天然气与石油,２０１０,２８(３):４９Ｇ５２．[１３]㊀冉训,秦建中,谭小平,等．C N G储气井内插管正循环固井应力分析[J]．石油矿场机械,２００８,３７(９):９７Ｇ１００．[１４]㊀全国锅炉压力容器标准化技术委员会．钢制压力容器 分析设计标准:J B４７３２ １９９５(２００５年确认)[S]．[１５]㊀陈祖志,石坤,李邦宪,等．储气井制造问题的探讨[J]．压力容器,２０１２,２９(８):４９Ｇ５４．[１６]㊀国家能源局．固井质量评价方法:S Y/T６５９２ ２０１６[S]．北京:石油工业出版社,２０１６．[１７]㊀国家能源局．固井水泥胶结测井资料处理及解释规范:S Y/T６６４１ ２０１７[S]．北京:石油工业出版社,２０１７．[１８]㊀国家经济贸易委员会．高压地下储气井:S Y/T ６５３５ ２００２[S]．北京:石油工业出版社,２００２．０１ 石㊀油㊀化㊀工㊀设㊀备㊀技㊀术２０２１年㊀O N A L L O W A B L E E X T E R N A L L O A D V A L U E S O FP R E S S U R EV E S S E LN O Z Z L E S[１]Z h a n g J u n w e n(S I N O P E C E n g i n e e r i n g I n c o rＧp o r a t i o n,B e i j i n g,１００１０１)A b s t r a c t:A t t h eb e g i n n i n g o f a p r o j e c t,s e t t i n g a na l l o w a b l ee x t e r n a l l o a dv a l u er e l a t e dt ot h e s t a t i ce q u i p m e n tn o z z l es i z ea n d p r e s s u r el e v e l c a n f a c i l i t a t e t h e s e p a r a t ew o r ko f t h e e q u i p m e n t a n d p i p i n g s t r e s s e n g i n e e r s,t h e r e b y g r e a t l y a c c e l e r a t i n g t h e p r o j e c t p r o g r e s s．H o w e v e r, s o m e p r o b l e m s o f t e na r i s e i n t h e s e t t i n g a n du s e o f t h ea l l o w a b l ee x t e r n a l l o a dv a l u e so fn o z z l e s a n d i n t h e p r o c e s so f v e r i f i c a t i o na n dc a l c u l a t i o n o f v a l u e s e x c e e d i n g t h e s p e c i f i e d v a l u e．T h i s p a p e r e l a b o r a t e s o n t h e s e i s s u e s i n t h eh o p e o f h e l p i n g d e s i g n e r s a v o i d o v e rＧd e s i g n w h i l e e n s u r i n g t h e s a f e t y o f t h ed e s i g n e d p r o d u c t s．K e y w o r d s:a l l o w a b l e e x t e r n a ll o a d o f n o z z l e; l o c a l s t r e s s;s t a t i c e q u i p m e n tD E S I G N O F N A T U R A L G A S H I G HＧP R E S S U R E G A SS T O R A G E W E L L[４]Q i nZ o n g c h u a n,Z h uJ i n h u a,Y a oZ u o q u a n,C u i J u n(H e f e iG e n e r a l M a c h i n e r y R e s e a r c hI n s t iＧt u t eC o．,L t d．,H e f e i,A n h u i,２３００３１)A b s t r a c t:G a s s t o r a g ew e l l i s t h e c o r e e q u i p m e n t o f g a s f i l l i n g s t a t i o nf o r c o m p r e s s e dn a t u r a l g a s v e h i c l e s a n d i su s e d f o r s t o r a g eo f h i g hＧp r e s s u r e n a t u r a l g a s．T h ew o r k i n g p r e s s u r e o f g a s s t o r a g e w e l l i su p t o２５M P a．T h i s p a p e r t o o kt h en a t u r a l g a sh i g hＧp r e s s u r eu n d e r g r o u n d g a ss t o r a g ew e l l s o fc e r t a i n c o m p a n y a sa n e x a m p l e．F r o m t h e a s p e c t s o f r i s k i d e n t i f i c a t i o n a n d c o n t r o l, m a t e r i a l s e l e c t i o n o f m a i n p r e s s u r eＧb e a r i n g c o m p o n e n t s,s t r u c t u r ed e s i g no fw e l l h e a d,w e l l b o r e a n dw e l l b o t t o m,s t r e s s a n a l y s i s a n d f a t i g u e a s s e s s m e n t,d r i l l i n g a n d w e l lc a s i n g a s s e m b l y d u r i n g c o n s t r u c t i o n,c e m e n t i n gp r o c e s s c o n t r o l,c e m e n t i n g q u a l i t y i n s p e c t i o n,p r e s s u r e r e s i s t a n c e a n d l e a k a g e t e s t,t h i s p a p e r e l a b o r a t e d t h e d e s i g n p r o c e s s．I ta l s oa n a l y z e da n dr e s e a r c h e d t h e c o n t r o l p o i n t s a n d d i f f i c u l t i e s o f e a c h l i n k．T h e n t h e p a p e r p u t f o r w a r d t a r g e t e d s o l u t i o n s a n d c o u n t e r m e a s u r e s a n d c l a r i f i e d v a r i o u s t e c h n i c a l r e q u i r e m e n t s．T h i s p r o v i d e st e c h n i c a l r e f e r e n c ef o r t h e d e s i g n a n dm a n u f a c t u r e o f s u c h e q u i p m e n t．K e y w o r d s:h i g hＧp r e s s u r e s t o r a g e o f n a t u r a l g a s; w e l l h e a dd e v i c e;c a s i n g;c o u p l i n g;b o t t o m h 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i e d t h e s e s t e p s t o t h e d e s i g no f g a sd i s t r i b u t o r i n f l u i d i z e db e dr e a c t o r i na c t u a l i n d u s t r i a l p r o d u c t i o n．K e y w o r d s:f l u i d i z e db e d;o l e f i n p o l y m e r i z a t i o n;g a s d i s t r i b u t o r;d e s i g nF A I L U R E P R O B A B I L I T Y C A L C U L A T I O N O F H E A TE X C H A NG E RT U B EB U N D L E[１４]L iZ h i f e n g１,W u J i a n p i n g２,W a n g X i a o b o１, Z e n g F a n l i a n g２(１．C h i n a S p e c i a l E q u i p m e n t I n s p e c t i o n&R e s e a r c hI n s t i t u t e,B e i j i n g,１０００１３;２．S I N O P E CＧS k(W u h a n)P e t r o c h e m i c a lC o m p aＧn y L i m i t e d,W u h a n,H u b e i,４３００００)A B S T R A C T S㊀P E T R O C H E M I C A LE Q U I P M E N T T E C H N O L O G YS t a r t e dP u b l i c a t i o n i n１９８０．B i m o n t h l y．M a y．２０２１V o l．４２N o．３ Ⅲ。
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。
井下作业相关
[井下作业相关] 基础知识一、石油和天然气（一）石油：是一种复杂的天然有机物的混合物。
主要由碳、氢化合物混合而成，具有特殊气味、有色的可燃性油状液体。
按其形成过程可分为天然石油和人造石油。
石油又称原油，从中可提炼出汽油、柴油、煤油、润滑油及其它一系列石油产品。
1．化学组成：主要是由碳和氢及少量的氧、硫、氮等元素组成，（其中碳含量占80%－88%，氢占10%－14%），除此还有其他的微量元素。
2．主要组分：1）油质：一种浅色的几乎全部为碳氢化合物组成粘性液体。
2）胶质：一般为粘性的半固体物质，除碳氢化合物外，还含有较多的氧、硫、氮化合物。
3）沥青质：为暗褐色或黑色脆性固体物质，组成元素与胶质基本相同。
4）碳质：一种非碳氢化合物，不溶于有机容剂。
3．物理性质：1）颜色：有白色、淡黄、褐黄、深褐、淡红、棕色、黑绿及黑色。
其颜色的深浅取决于胶质、沥青质的含量，含量愈高，颜色愈深。
2）相对密度：指在标准条件（温度为20℃）下，原油密度与4℃纯水密度之比，一般为0.75—1之间。
3）粘度：指石油流动时，分子之间内磨擦而引起的粘滞阻力，胶质和沥青含量愈高则粘度愈大。
4）溶解性：石油难溶于，易溶于许多有机溶剂。
5）凝固点：其高低与石油中高分子化合物含量有关，尤其是石蜡，一般含量越高，其凝固点就越高。
6）导电性：石油为不良导体，电阻率值很高。
7）萤光性：石油在紫外线照射下，可发出萤光。
轻质油萤光为蓝色，含胶质多的油萤光为绿色或黄色，含沥青质较多的油萤光为褐色。
8）旋光性：当偏光通过石油时，偏光面会旋转一定角度，这个角度叫旋光角。
4．轻质油、重质油及稠油的划分标准：1）按石油的相对密度划分：相对密度小于0.9者为轻质石油，大于0.9者为重质石油。
2）稠油标准：当原油地面密度大于0.934g/m3，原油地下粘度大于50MPa.s时，称为稠油。
（二）、天然气：以气态碳氢化合物为主的各种气体组成，具有特殊气味，无色的易燃性混合气体。
2024年井控技术培训教程
井控技术培训教程一、引言随着我国经济的快速发展，石油、天然气等能源需求不断增长，油气勘探开发力度不断加大，井控技术在油气钻井作业中的重要性日益凸显。
井控技术是指通过一系列技术手段，对油气井的压力、流量、温度等参数进行有效控制，确保钻井作业的安全、高效进行。
本教程旨在为从事油气钻井作业的工程技术人员提供系统的井控技术培训，提高井控技术水平，保障油气钻井作业的安全、顺利进行。
二、井控技术基础知识1.井控技术概述井控技术是指在油气钻井作业过程中，通过控制井口装置、井身结构、钻井液性能等参数，实现对井底压力、流量、温度等参数的有效控制，确保钻井作业的安全、高效进行。
2.井控技术分类根据控制参数的不同，井控技术可分为压力控制、流量控制、温度控制等类型。
在实际钻井作业中，通常需要综合运用多种井控技术，以满足不同工况的需求。
3.井控技术的基本原理井控技术的基本原理是利用井口装置、井身结构、钻井液性能等参数，改变井底压力、流量、温度等参数，实现对油气井的有效控制。
具体包括：（1）井口装置：通过调节井口装置（如防喷器、节流阀等）的开度，控制井口压力、流量等参数。
（2）井身结构：通过调整井身结构（如套管、筛管等）的尺寸、位置等，改变井底压力、流量等参数。
（3）钻井液性能：通过调节钻井液的密度、粘度、切力等性能参数，影响井底压力、流量等参数。
三、井控技术操作要点1.井口装置操作要点（1）防喷器操作：在钻井作业过程中，要根据井口压力的变化，及时调整防喷器的开度，防止井涌、井喷等事故的发生。
（2）节流阀操作：通过调节节流阀的开度，控制井口压力、流量等参数，保持井底压力稳定。
2.井身结构操作要点（1）套管操作：在钻井作业过程中，要根据地层压力、井深等参数，合理选择套管尺寸、壁厚等，确保井身结构的稳定性。
（2）筛管操作：在完井作业中，要根据油气层特性、井深等参数，选择合适的筛管类型、尺寸等，提高油气井产能。
3.钻井液性能操作要点（1）密度控制：通过调整钻井液的密度，控制井底压力，防止井涌、井喷等事故的发生。
油气井井口装置PPT幻灯片课件
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三、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表9-ll、 表9-12和表9-13。
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2．油管悬挂器 油管悬挂器是支承油管柱并密封油管和套管之间环形中间的
一种装置。
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第二节 套管头
套管头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。
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2．人工举升井采油树及油管头
人工举升井采油树及油管头是油井失去自喷能力而需要通过 人工举升装置才能生产的油井所配套的井口装置。因措施不同 而形成不同作用的采油树及油管头。
(1)有杆泵井采油树及油管头 1)常规有杆泵采油井采油树及油管头 抽油井采油树及油管头的作用是悬接油管、密封油管和套
2)R型密封垫环有椭圆和八角形两种截面。 3．技术要求
08或10号钢用作采油井井口装置密封垫环时，垫环表面应镀 0.005-0.013mm厚的镉或镉钛合金。
密封垫环不应重复使用。
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五、法兰连接螺母 法兰连接螺母的公称尺寸和允差应符合图9-49和表9-23。
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光杆密封器装 在油管三通的顶 端，结构见图96。正常生产时， 松开胶皮阀门， 密封元件密封光 杆；更换密封元 件前，关闭胶皮 阀门，更换密封 元件后，松开胶 皮阀门，转入正 常生产。
石油工程技术 井下作业 井身结构及完井方法
井身结构及完井方法1井身结构所谓井身结构，就是在已钻成的裸眼井内下入直径不同、长度不等的几层套管，然后注入水泥浆封固环形空间间隙，最终形成由轴心线重合的一组套管和水泥环的组合。
如图1所示。
图1井身结构示意图1—导管；2—表层套管；3—技术套管；4—油层套管；5—水泥环1.1导管井身结构中靠近裸眼井壁的第一层套管称为导管。
导管的作用是：钻井开始时保护井口附近的地表层不被冲垮，建立起泥浆循环，引导钻具的钻进，保证井眼钻凿的垂直等，对于不同的油田或地层，导管的下入要求也不同。
钻井时是否需要下入导管，要依据地表层的坚硬程度与结构状况来确定。
下入导管的深度一般取决于地表层的深度。
通常导管下入的深度为2～40m。
下导管的方法较简单，是把导管对准井位的中心铅垂直方向下入，导管与井壁中间填满石子，然后用水泥浆封固牢。
1.2表层套管井身结构中的第二层套管叫做表层套管。
表层套管的下入深度一般为300～400m，其管外用水泥浆封固牢，水泥上返至地面。
表层套管的作用是加固上部疏松岩层的井壁，供井口安装封井器用。
1.3技术套管在表层套管里面下入的一层套管(即表层套管和油层套管之间)叫做技术套管。
下入技术套管的目的主要是为了处理钻进过程中遇到的复杂情况，如隔绝上部高压油(气、水)层、漏失层或坍塌层，以保证钻进的顺利进行。
下入技术套管的层次应依据钻遇地层的复杂程度以及钻井队的技术水平来决定。
一般为了加速钻进和节省费用，钻进过程中可以通过采取调整泥浆性能的办法控制复杂层的喷、坍塌和卡钻等，尽可能不下或少下技术套管。
下入技术套管的层次、深度以及水泥上返高度，以能够封住复杂地层为基本原则。
技术套管的技术规范应根据油层套管的规范来确定。
1.4油层套管油井内最后下入的一层套管称为油层套管，也称为完井套管，简称套管，油层套管的作用是封隔住油、气、水层，建立一条封固严密的永久性通道，保证石油井能够进行长时期的生产。
油层套管下入深度必须满足封固住所有油、气、水层。
井口装置简介PPT课件
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油管悬挂器
油管悬挂器是坐在油管头的锥座中，用于悬挂油管
柱，并在所悬挂的油管和油管头锥座之间提供密封。
海上油气田完井一般都下有井下安全阀，油管悬
挂器都必须有连接液控管线的通道，电潜泵还Байду номын сангаас有井
下放气阀通道和电缆穿越孔. 。
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油管四通
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电缆密封机构 电缆孔密封堵头
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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。
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海上平台采油树的分类:
分体式
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整体式 8
海上平台采油树的分类:
●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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井口装置简介
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套管头四通
套管头连接套管柱上 端，由套管悬挂器及四通， 阀门等组成，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，由套管悬挂器承受所 悬挂套管管柱重量。
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油管头四通（套管四通）
油管头四通安装在套管头的上 端，由油管悬挂器及其锥座组成， 用于支承油管柱，并密封油管与生 产套管间的环形空间。
器对两个油气层段进行分隔。
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井口装置操作与使用
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。
完井井口装置
完井井口装置
在钻井完井后,地面井口装置是非常重要的采油设备。
井口装置的重要作用是控制井的油、气流，完成测试、试油以及投产后的油、气正常生产。
完井井口装置主要由套管头、套管短节、四通、油管挂、采油树等部件组成。
一、套管短节与套管头
套管短头与套管头是连接安装在完井套管的最顶部，固井完成后，在地面安装套管头，长度为一般300～500mm不等，之上连接专用法兰，合称套管头（见图案1—9所示）。
套管短节规格与完井套一致，法兰有螺纹式与焊接式两重。
套管头的主要作用是下与完井套管连接，上与地面四通、采油树连接，是重要的过渡部件。
图1-9 套管头结构示意图
二、四通与油管挂
四通是井口装置中重要组成部件，上接采油树，下连套管头，完井的采油、试油等工艺管柱连挂坐在四通内的油管挂上，修井等作业时四通又与作业井口连接，因此它是重要的部件。
四通常与油管挂合装，一般通称油管头（与图1—10所示）。
图1-10 四通与油管挂（油管头）示意图
a—CQ—250型（1—密封圈；2—压帽；3—顶丝；4—“O”型圈；5—油管挂；
6—油管短结；7—特殊四通）b—CYb—250型（1—油管锥管挂；2—顶丝；3—垫片；
4—顶丝盘根；5—压帽；6—紫铜圈；7—“O”型圈；8—紫铜圈；9—特殊四通）常用特殊四通基本技术参数见表1—1。
三、完井井身结构及井口装置
完井井身结构及井口装置间图1-11。
图1-11 射孔完成法井身结构及井口示意图。
井身结构
裸眼完井
无气顶、无底水、 无气顶、无底水、无含水夹层及易塌夹层的储层 单一厚储层，或压力、 单一厚储层，或压力、岩性基本一致的多层储层 不准备实施封隔层段及选择性处理的储层
复合型完井
同裸眼完井 有气顶或储层顶届附近有高压水层，但无底水的储层 有气顶或储层顶届附近有高压水层，
二、完井方式——类型 完井方式——
完井方式
适用的地质条件
有气顶，或有底水，或有含水夹层及易塌夹层等复杂地质条件， 有气顶，或有底水，或有含水夹层及易塌夹层等复杂地质条件， 因而要求实施分隔层段的储层
射孔完井
各分层之间存在压力、岩性等差异，因而要求实施分层测试、 各分层之间存在压力、岩性等差异，因而要求实施分层测试、分 层采油、分层注水、 层采油、分层注水、分层处理的油层 要求实施大规模水力压裂作业的低渗透储层 含油层段长、夹层厚度大、 含油层段长、夹层厚度大、不适于裸眼完井的构造复杂的油气藏 岩性坚硬致密、天然裂隙发育、 岩性坚硬致密、天然裂隙发育、井壁稳定不坍塌的碳酸盐岩或砂 岩储层
（1）割缝衬管的缝口宽度由于受加工割刀强度的限制， 最小为0.5mm，因此它适用于中、粗砂粒油层；而绕丝筛管 的缝隙宽度最小可达0.12mm，故其适用范围广。 （2）绕丝筛管是由绕丝形成一种连续缝隙，流体通过 筛管时几乎没有压降，且绕丝筛管的断面为梯形，具有一定 的“自洁作用”，轻微的堵塞可被产出流体疏通，其流通面 积比割缝衬管大。 （3）绕丝筛管以不锈钢为原料，其耐腐蚀性强，使用 寿命长，综合经济效益高。
割缝衬管完井优点
油层不会遭受固井水泥浆的损害； 可以采用与油层相配伍的钻井液或其 他保护油层的钻井技术钻开油层； 当割缝衬管发生磨损或失效时也可以 起出修理或更换。
完井方式
固井质量评价方法及应用(讲座)
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三、固井质量评价存在的问题
• 测井仪的多样化导致解释偏差 国内目前用于检查封固质量的仪器有多种 类型,各种仪器测井的灵敏度各不相同。即 使是同一种仪器也有性能上的差异。在解 释水泥胶结状况时,不应忽视这种差异,现有 的固井质量检查往往不太重视这种差异。
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三、固井质量评价存在的问题
如果两介质声阻抗相近，声耦合的好，声波几乎都形成折射波通过界面在介质2
中传播。这时反射波的能量就非常小。
各种介质的声阻抗
介质
声阻抗（x104)/(g·cm-2·s)
介质
声阻抗（x104)/(g·cm-2·s)
空气(0℃，1atm)
0.0043
钢
390
橡皮
0.29~0.66
岩盐
100
淡水
14.6
砂岩
63~95
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Байду номын сангаас13
第二节 油井的井身结构及井口装置
一、井身结构
图2-1中给出了工程测井常遇到的井身结构示意图。
图2-1 井身结构示意图
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二、井口深度及井口装置
1.井中深度
井身结构中的所有深度均从钻井时转盘补心面算起。
套管下入长度和下入深度 不一致，其差值是套管近地面 一根的接箍面至转盘补心平面 距离，即套管头至补心距 ；
固井质量评价方法及应用
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前言
目前复杂的地质条件和井身结构给固井工作造成很大的难度，在一定程 度上制约了固井质量的提高。尽管如此，我国每年固井合格率仍然达到98% 以上，优质率也很高，但是固井后经常发生油、气、水窜现象，说明单独采 用水泥胶结测井（CBL）很容易造成误判。目前，我国固井在外加剂(外掺料) 应用、工艺技术发展等方面与国外相比有一定的差距，落后的固井手段与优 良的测井评价互相矛盾，应消除标准要求低等人为方面的因素。
井口装置
图2-4 顶丝法兰盘悬挂油管示意图
1－油管；2－顶丝法兰盘；3－油管悬挂器； －油管； －顶丝法兰盘； －油管悬挂器； 4－盘根；5－顶丝； －盘根； －顶丝；
3.采油树 采油树
采油树是指油管头以上的部分，它的作用是控制和调节 采油树是指油管头以上的部分，它的作用是控制和调节 油管头以上的部分 作用 油井的生产，引导从井中喷出的油气进入出油管线， 油井的生产，引导从井中喷出的油气进入出油管线，实现 下井工具设备的起下等。 下井工具设备的起下等。 ① 总闸门，控制油、气流入采 总闸门，控制油、 油树的主要通道。 油树的主要通道。 ② 生产闸门，控制油气流向出 生产闸门， 油管线。 油管线。 ③ 清蜡闸门，上面可连接清蜡 清蜡闸门， 防喷管等。 防喷管等。 ④ 节流器，控制自喷井的产量。 节流器，控制自喷井的产量。 ⑤ 小四通 连接部件
闸板阀门 结构：阀体、大压盖、 结构：阀体、大压盖、闸 丝杠、推力轴承、 板、丝杠、推力轴承、手 压盖、 轮、压盖、压帽 作用：开通和截止流程 作用：
生产压差：油层静止压力减去井底流动压力
油层静止压力： 油层静止压力： 井底流动压力：石油从油层经过渗流达到井底后的剩余压力。 井底流动压力：石油从油层经过渗流达到井底后的剩余压力。
各种法兰
按用途和作用分类的阀门有: 按用途和作用分类的阀门有 截断阀类—主要用于截断或接通介质流 主要用于截断或接通介质流。 截断阀类 主要用于截断或接通介质流。包括 闸阀、截止阀、隔膜阀、球阀、旋塞阀、蝶阀、 闸阀、截止阀、隔膜阀、球阀、旋塞阀、蝶阀、 柱塞阀、球塞阀、针型仪表阀等。 柱塞阀、球塞阀、针型仪表阀等。 调节阀类—主要用于调节介质的压力或流量 主要用于调节介质的压力或流量。 调节阀类 主要用于调节介质的压力或流量。 包括调节阀、节流阀、减压阀等。 包括调节阀、节流阀、减压阀等。 止回阀类—用于阻止介质倒流 用于阻止介质倒流。 止回阀类 用于阻止介质倒流。包括各种结构 的止回阀。 的止回阀。 分流阀类—用于分离 分配或混合介质。 用于分离、 分流阀类 用于分离、分配或混合介质。包括 各种结构的分配阀和疏水阀等。 各种结构的分配阀和疏水阀等。 安全阀类—用于介质超压时的安全保护 用于介质超压时的安全保护。 安全阀类 用于介质超压时的安全保护。包括 各种类型的安全阀。 各种类型的安全阀。
井口装置介绍
高低压开关旁 通选择开关
井口控制盘
地面安全阀、井下安全 阀、放气阀液压压力
高低压开关旁 通选择开关
井口控制盘
地面安全阀、井下安全 阀、放气阀开关状态
安全阀放气阀
关闭开关
采油树油管头
采油 采油树油管头顶丝 树
采油树
井下安全阀作用
• 主要作用是当地面发生火灾或应急情况下关闭 井下的油、气源。 • 井下安全阀一般安装在地下100至150米的油管 下。 • 地面安全阀是利用远程动力源（液压）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、 天然气可流动介质的截至和导通 ； • 控制由平台ESD控制系统或现场控制面板手动 开关来控制；
10.69 9.83
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1999年原油总产量56.2869万吨
清腊阀
翼阀
平台采油树
主阀
采油树
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清腊阀
平台采油树 油嘴
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油口压力表
油嘴刻度盘
采油树
油嘴组成和作用
• 油嘴是安装在采油树上的节流阀，主体 由油嘴刻度盘、油嘴开关手轮、油嘴心 • 油嘴作用：用来控制单井产量，方便油 井日常的管理和工作制度的调整。
谢 谢！
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简况
所谓采油树
石油钻井及井口装置知识
压力等级2000—20000PSI
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防喷器的代表符号 FZ23-21表示公称通径230mm，压力21mpa 的单闸板防喷器 FH28-35表示公称通径280mm，压力35mpa 的环形防喷器 闸板防喷器目前国内压力等级有： 14；21；35；70；105；五个压力级别 通径级别有： 180；230；280；346；426；476；528；540；680；760，十个等级。 压力级别和通径是防喷器两项重要指标。 闸板防喷器芯子有单面双面之分，按其功能有分：变径闸板；剪切闸板；全封闸板；
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2 CQ-G系列套管悬挂器
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CQ-G3，G5，G6三种系列为一种类型，即环绕卡瓦组合，依靠套管重量压力实现密 封（需要15000磅力实现密封），这三种悬挂器使用范围广。
CQ-GS 重力自动密封式套管挂，适用水泥不返到地面的套管。 CQ-GM心轴式悬挂器，它适用于整体式套管头，可以大大降低井口高度，为现场作业
螺杆钻具钻井和电动钻具钻井。
（5）按钻井井型划分：
•
直井，定向井：按既定的方向偏离井口垂线一定距离钻达目标的井。
•
丛式井：一个井场或一个钻井平台上，按设计钻出两口或两口以上的定向井。
•
大位移井：完钻后井底水平位移是垂深两倍以上的定向井。
•
水平井：井斜角大于或等于86度，并保持这种角度钻完一定长度水平段的定向井。
表层套管头现场试压时请注意：如我们用339.7mm套管，壁厚10.92mm，钢级J55套 管，抗外挤强度10.6mpa，按80%计算，只能试压8.48mpa。如果是508mm套管，壁 厚12.7mm，抗外挤强度5.3mpa，按80%计算，试压4.24mpa，现场注脂和试压要严 格按照标准。
海上油气生产工艺
海上采油生产工艺目录第一章井身结构 (1)一、井身结构 (1)二、下套管、注水泥 (2)第二章自喷采油 (3)一、井口装置 (3)二、采油树 (4)三、井口安全控制设备 (5)四、井下流动控制工具 (7)五、自喷采油原理 (9)六、嘴流规律 (12)七、自喷井的分层开采 (13)八、自喷井的管理与分析 (17)第三章气举采油 (22)一、气举采油原理 (22)二、气举启动压力 (23)三、气举阀 (24)四、气举井的技术管理 (26)第四章电潜泵采油 (31)一、地面配套流程 (31)二、电潜泵系统组成及作用 (31)三、电潜泵采油测压装置 (37)四、电潜泵管柱及测试 (40)五、电潜泵采油的发展趋势 (44)914.4毫米(36")井眼x119米660.4毫米(26")井眼x335米444.5毫米(17-1/2")井眼D S T 2:2433.0-2448.0mD S T 1:2521.0-2532.0m212.7毫米(8-1/2")井眼 311.2毫米(12-1/4")井眼 井井身结构图第一章 井身结构一、井身结构1、各层套管的功用1）隔水套管（导管）用于隔离海水以及为下一层钻井提供导向作用.下入深度取决于第一层较坚硬岩层所在的位置，通常为2～40m 2）表层套管为了能控制溢流、井喷等紧急情况，需要安装井口防喷装置。
这些装置就安在表层套管上。
井喷关井时的巨大向上裁荷就由表层套管承担了。
它是一段较长的无缝管。
它的功用是：A ）安装井口，承担井喷关井时的向上载荷；B ）承担以后几层套管的部分重量；C ）加固地表松软土层、流砂层等，保证钻井工作顺利进行；D ）封隔地层破裂压力小的地层，防止井喷压井时压裂地层，3）技术套管亦称中间套管，是为了保证钻井工作的顺利进行而下的。
其功用是：A）按可能使用的最大泥浆密度考虑，保护有可能被压裂的地层。
B）封隔漏、塌、喷地层。
完井与井口装置
缺点：
*不能解决井壁坍塌和油井出砂问题，不适于疏松地层； *不能克服产层内干扰，不能实现分采、分注、分层改造； *先期裸眼完井，不能完全掌握该层的真实资料，易造成
以后生产的被动性； *后期裸眼完井不能消除洗井液和固井泥浆对产层的影响。
适用范围：岩层非常坚固稳定的单 一油层 或油层性质相同
5） 如果水泥返高很高，可以用双级注 水泥，即把注水泥工作分成两步来做， 每—步的做法与上述相同。
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图3-2 注水泥过程
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2、注水泥设备
注水泥设备包括固井泵、吹灰系统和固井管线 等。
1）固井泵 属于往复泵，能打很高的压力。
2）胶塞用来在套管内隔开水泥浆与泥浆，不使相 混；刮净套管内壁上附着的泥浆。双塞法注水泥 使用两个胶塞，下胶塞中空，上部有一层隔膜将 中心孔封住，当下胶塞到达井底位置时，被承托 环挡住，即将循环通路堵死，泵压增高，高的泵 压将隔膜蹩破，恢复了循环。上胶塞继续下行， 待两塞相碰，再次将通路堵死，泵压又突然上升。 此突然升高的泵压结出了明确信号，说明替泥浆 工作已经完成。
5）高压喷射和喷砂射孔工艺 优点：孔径大、穿透深度远。
缺点：易将油层射成一个洞穴，不利于今后的生产。
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3、射孔的技术要求
1）射孔的层位要准确
实际射开层位与设计层位一般不能超过10cm。
2）单层发射率在90%以上，不震裂套管及封固的水泥环。 3）合理选择射孔器 4）要根据油气层的具体情况，选择最合适的射孔工艺。
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油管挂 9-5/8”套管 井下安全阀
滑套 坐落短节 带孔管 NO-GO坐落短节 引鞋
优质筛管
油管挂 井下安全阀 生产封隔器 坐落接头 Y接头
井下作业工钻井知识
一．井的概念石油和天然气埋藏在地下几十米和几千米的油气层中，要把它开采出来，需要在地面和地下油气层中建立一条油气通道，这条通道就是井。
为了开采石油和天然气，在油田勘探和开发的过程中，凡是为了从地下获得油气而钻的井，统称为石油井。
对于一口钻完进尺的井眼，井内有钻井液和泥饼保护井壁，这时的井称之为裸眼井。
裸眼井下入套管，再用水泥浆封固套管与井壁之间的环形空间，封隔油（汽、水）层后，就形成了可以开采油气的石油井。
为达到不同的勘探目的及适应油、气田开发的需要，在油气田的不同部位上，分别打着不同类型的井。
主要类型有：探井、资料井、生产井、注水井、观察井、检查井、调整井。
1）探井：在经过地球物理勘探证实有希望的地质构造上，为探明地下构造及含油情况，为寻找油气田而钻的井，称为探井。
2）资料井：为了取得编制油田开发方案所需要的资料而钻的井，称之为资料井。
这种井要求全部或部分取岩心。
3）生产井：用来采油、采气的井称之为生产井。
4）注水井：用来向油层内注水保持油层压力的井，称之为注水井。
5）观察井：在油田开发过程中，专门用来观察油田地下动态的井，叫观察井。
如观察各类油层的压力、含水变化规律和单层水淹规律等。
观察井一般不负担生产任务。
6）检查井：在油田开发过程中，为了检查油层开采效果而钻的井。
7）调整井:为了挽回死油区的储量损失，改善断层遮挡地区的注水开发效果，以调整平面矛盾严重地段的开发效果而补钻的井称之为调整井。
调整井用以扩大扫油面积，提高采油速度，改善开发效果。
二、井身结构井身结构是指由直径、深度和作用各不相同，且均注水泥封固的环形空间而形成的轴心线重合的一组套管和水泥环的组合。
如图所示：1.井身结构的组成及作用井身结构主要有导管、表层套管、技术套管、油层套管和各层套管的水泥环等组成。
1）导管：井身结构中下入的第一层套管叫导管，其作用是保持井口附近的地表层。
2）表层套管：井身结构中第二层套管叫表层套管，一般为几十至几百米。
海上井口装置构成及配套设施
ESD紧急关停（ ESD紧急关停（ESD STATION）控制：平台在井口区设有三个紧急 STATION） 关停手动站。当紧急关停手动站动作，井口盘ESD控制压力被泄空， 关停手动站。当紧急关停手动站动作，井口盘ESD控制压力被泄空， 并将信号传送到中控进行显示、报警、产生平台紧急关停，井口盘立 即关闭所有井的翼安全阀（WSSV）、主安全阀（MSSV） 即关闭所有井的翼安全阀（WSSV）、主安全阀（MSSV）和井下安 全阀（SCSSV）。 全阀（SCSSV）。 易熔塞回路控制：井口区设有一个易熔塞回路，当井口区发生火灾或 温度高于易熔塞的设定温度（78℃ 温度高于易熔塞的设定温度（78℃）时，易熔塞熔化，易熔塞回路泄 压，并将信号传给火灾盘，火灾盘报警并启动井口区喷淋阀。同时， 火灾盘向中控系统发送信号，中控系统产生平台二级关断；井口控制 盘关闭所有井的翼安全阀、主安全阀和井下安全阀。 每口井油管上都设有压力开关；当管线内压力高于高压开关压力开关 设定值或低于低压开关压力开关设定值时，井口控制盘内气动信号开 关动作，将信号送至中控显示报警，关闭该井翼安全阀和主安全阀。
液压泵出口压力 调节旋钮
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井口控制盘简介
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井口控制盘简介
油管高低压开关 主安全阀压力 翼安全阀压力 井下安全阀压力 正常压力18000 正常压力18000 Kpa Kpa 正常压力 正常压力26000 正常压力26000 Kpa 18000 正常压力18000报警指示灯
旁通钮 对应的各安全阀按钮
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井口装置介绍----采油树 井口装置介绍 采油树
采油树通常各地方生产也不尽相同如兰州石油机械厂制造 材质不锈钢 额定压力 公称通径 35MpaG（5000psi） 垂直通径80mm （3 1/8〞） 水平通径52mm （2 1/16〞） 额定温度 －29～121℃