105MPa抗硫井口装置研制与应用

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２ ０ １ ２年 第４ １卷 第９期 第５ ７页
石 油 矿 场 机 械 Ｏ Ｉ Ｌ Ｆ Ｉ Ｅ Ｌ Ｄ Ｅ Ｕ Ｉ ＰＭＥ Ｎ Ｔ Ｑ
（ ） ： ２ ０ １ ２， ４ １ ９ ５ ７～５ ９

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同时对 金 属 密封 、 芯 轴式 悬 挂器 、 顶 丝总 成 ＭＰ ａ抗 硫 井 口 装 置 。 该 井 口 装 置 采用 十 字 双 翼 型结构 ， 等 进行了 创 新设 计 。 现场 应用 表明 ： 该 井 口 装 置 性 能 完 全 满足 酸 性 环境 下的 工 作 要求 ， 安 装 操 作方 便， 密封 效 果好 ， 工 作 可靠 。 关键词 ： 酸 性 环境 ； 抗硫； 井口装置； 金 属 密封 中图分类号 ： Ｔ Ｅ ９ ３ １． １ 文献标识码 ： Ａ
３ ） ／ ， ， 硫化氢 （ 含量最大 ８ 分压最高 １ Ｈ Ｓ ０ ０ｇ ｍ ５Ｍ Ｐ ａ ２
２． ２ 芯轴式套管悬挂器设计 ５
［］
为提高套管悬挂器的密封及承压性能， 悬挂器 与套管头 （ 或套管头四通 ） 之间主密封采用楔形不锈 副密封采用矩形橡胶密封圈 ， 并靠 钢金属钢圈密封 ，
２ ０ １ ２年 第４ １卷 第９期 第５ ９页 （ ） 文章编号 ： １ ０ ０ １ ３ ４ ８ ２ ２ ０ １ ２ ０ ９ ０ ０ ５ ９ ０ ５ － － －
２ 关键技术
２． １ 金属密封的结构设计 开发设计了全金属密封总成， 用来密封芯轴式 套管悬挂器与套管 头 （ 或套管头四通） 之 间 的 环 空， 其结构如图 ２ 所 示 。 在 悬 挂 器 与 内 密 封 圈 之 间 、 密 套管头 （ 或套管头四通） 与外密封圈之间 封圈之间 、 同时建立全金属密封 ， 并且内 、 外密封圈圆柱面采用 环形凸起 ， 增大了金属密封的变形接触面积 ， 易建立 初始密封 。 密封件 材 料 全 部 选 用 奥 氏 体 不 锈 钢 ， 抗 硫抗腐蚀性能好 ， 密封寿命长 ， 密封效果好 。
１— 顶丝 ； ２— 支撑环 ； ３— 密封件 ； ４— 压环 ； ５— 压帽 ； ６— 法兰 图 ３ 顶丝总成结构
２． ４ 零件材料选择及处理 在选 择 该 井 口 装 置 零 件 材 料 及 热 处 理 时 ， 应考 虑到直接与井内流 体 接 触 的 零 件 须 具 有 抗 硫 特 性 ， 严格按照 Ａ 并将材 Ｐ Ｉ Ｓ ｅ ｃ ６ Ａ 标 准进 行 材 料 选 择， ｐ 料中 的 硫 、磷 含 量 严 格 控 制 在 Ｓ ≤ ０． ０ ２ ５％ 、 Ｐ 硬 度 ≤２ ０ ５％ 。 材料 热 处 理 后 ， ２ ＨＲ Ｃ。 其 次 ， ≤０． 根据各承压件工作 压 力 的 大 小 不 同 ， 在选材上套管 套管头四通用 Ｆ 头用 Ａ Ｐ Ｉ规 定 的 Ｅ Ｅ 级 材 料， Ｆ级 材料 ， 在满足强度 、 可 靠 性 要 求 的 同 时， 降低了井口 装置的制造成本 。
（ ， ， １． Ｂ ａ ｏ ｉ Ｏ ｉ ｌ ｉ ｅ ｌ ｄ Ｍ ａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｒ Ｃ ｏ． Ｌ ｔ ｄ． Ｂ ａ ｏ ｉ ７ ２ １ ０ ０ ２， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ； ｊ ｆ ｙ ｊ ， ， ２． Ｂ ａ ｏ ｉ Ａ ｅ ｒ ｏ ｓ ａ ｃ ｅ Ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ Ｐ ｕ ｍ Ｃ ｏ． Ｌ ｔ ｄ． Ｂ ａ ｏ ｉ ７ ２ １ ０ ０ ０， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ） ｊ ｐ ｐ ｊ
０ １ ２年９月 石 油 矿 场 机 械 ２
确 保 在 高 温、 高 压 下 密 封 可 靠。 顶丝压紧密封压 圈 ， 同时 ， 对芯轴式套管悬挂器的结构进行优化 ， 采用金 属楔形环与井口装置本体锥孔之间形成的金属对金 属密封装置 ， 通过悬 挂 套 管 管 柱 的 重 力 挤 压 金 属 密 建立全金属密封 ， 使悬挂器具有 封环产生弹性变形 ， 在高压 、 高腐蚀环境中持久密封的能力 。 ２． ３ 顶丝总成设计 新型井口装置顶 丝 总 成 用 于 在 套 管 头 （ 或套管 内对套管悬挂器进行锁定 ， 防止悬挂器工作 头四通 ） 时在套管头壳体内 上 、 下 窜 动， 其 结 构 如 图 ３ 所 示。 工作时 ， 单独旋转顶丝对套管悬挂器随时进行锁定 ， 单独转动压帽对密封件随时进行加紧 ， 操作方便 ； 拆 先拆掉压帽 ， 然 后 只 需 反 方 向 旋 转 顶 丝， 就可 卸时 ，
１— 底座 ； ２— 芯轴式悬挂器 ； ３— 套管头 ； ４— 金属密封总成 ； ５— 套管头四通 ； ６— 压力表 ； ７— 平板闸阀 ； ８— 顶丝总成 ； ９— 螺栓 ； １ ０— 堵头 图 １ １ ０ ５ ＭＰ ａ抗硫井口装置结构
将整套顶丝总成退出 ， 不需要专业拆卸工具 ， 拆卸方 较好地解决了 便 。 压帽上螺纹选 用 短 齿 梯 形 螺 纹 ， 普通三角螺纹容易粘扣的问题 。
： Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ Ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｌ ｉ ｈ ｔ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｕ ｉ ｒ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ｓ ｏ ｆ ｗ ｅ ｌ ｌ ｈ ｅ ａ ｄ ｅ ｕ ｉ ｍ ｅ ｎ ｔ ｕ ｓ ｉ ｎ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｅ ｖ ｅ ｒ ｅ ｓ ｏ ｕ ｒ ｅ ｎ ｖ ｉ ｒ ｏ ｎ － ｇ ｑ ｑ ｐ ｇ ， ， ｍ ｅ ｎ ｔ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｏ ｉ ｌ ｗ ｅ ｌ ｌ ｓ ｗ ｈ ｉ ｃ ｈ ｃ ｏ ｎ ｔ ａ ｉ ｎ ｓ ｈ ｉ ｈ ｄ ｒ ｏ ｅ ｎ ｓ ｕ ｌ ｆ ｉ ｄ ｅ ａ ｎ ｄ ｃ ｈ ｌ ｏ ｒ ｉ ｄ ｅ ｉ ｏ ｎ ｓ１ ０ ５ ａ ｓ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅｈ －ｐ ｇ ｙ ｇ ｇ ＭＰ ａ ｓ ｕ ｌ ｆ ｉ ｄ ｅ ｒ ｅ ｓ ｉ ｓ ｔ ａ ｎ ｔ ｗ ｅ ｌ ｌ ｈ ｅ ａ ｄ ｅ ｕ ｉ ｍ ｅ ｎ ｔ ｗ ａ ｓ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｅ ｄ ． Ｔ ｈ ｉ ｓ ｅ ｕ ｉ ｍ ｅ ｎ ｔ ｗ ａ ｓ ｄ ｅ ｓ ｉ ｎ ｅ ｄ ｆ ｏ ｒ ｃ ｒ ｏ ｓ ｓ － ｑ ｐ ｐ ｑ ｐ ｇ ， ’ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｍ ｅ ｔ ａ ｌ ｓ ｅ ａ ｌ ｓ ｍ ａ ｎ ｄ ｒ ｅ ｌ ｃ ａ ｓ ｉ ｎ ｈ ａ ｎ ｅ ｒ ａ ｎ ｄ ｌ ｏ ｃ ｋ ｄ ｏ ｗ ｎ ｓ ｃ ｒ ｅ ｗ ｗ ｅ ｒ ｅ ｎ ｅ ｗ ｌ ｄ ｅ ｓ ｉ ｎ ｅ ｄ ． Ｉ ｔ ｇ ｇ ｙ ｇ ｒ ｏ ｖ ｅ ｎ ｓ ｔ ｈ ｅ ｖ ｉ ｒ ｔ ｕ ｅ ｏ ｆ ｉ ｎ ｓ ｔ ａ ｌ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｅ ａ ｓ ｉ ｌ ａ ｎ ｄ ｓ ｅ ａ ｌ ｉ ｎ ｒ ｅ ｌ ｉ ａ ｂ ｌ ． Ｔ ｈ ｉ ｓ ｅ ｕ ｉ ｍ ｅ ｎ ｔ ｗ ａ ｓ ｓ ｕ ｉ ｔ ｉ ｎ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｐ ｙ ｇ ｙ ｑ ｐ ｇ ｓ ｏ ｕ ｒ ｅ ｎ ｖ ｉ ｒ ｏ ｎ ｍ ｅ ｎ ｔ ａ ｎ ｄ ｓ ａ ｔ ｉ ｓ ｆ ｉ ｅ ｄ ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｓ ｉ ｎ ｒ ｅ ｕ ｉ ｒ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ｓ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｆ ｉ ｅ ｌ ｄ ． ｇ ｑ ： ； ； ； Ｋ ｅ ｗ ｏ ｒ ｄ ｓｓ ｏ ｕ ｒ ｅ ｎ ｖ ｉ ｒ ｏ ｎ ｍ ｅ ｎ ｔｓ ｕ ｌ ｆ ｉ ｄ ｅ ｒ ｅ ｓ ｉ ｓ ｔ ａ ｎ ｔｗ ｅ ｌ ｌ ｈ ｅ ａ ｄｍ ｅ ｔ ａ ｌ ｓ ｅ ａ ｌ － ｙ 井口装置是油气田勘探开发过程中的关键装备 之一 ， 主要用于监控 生 产 井 口 的 压 力 和 调 节 油 （ 气） 水井的流量 ； 也可以用于酸化 、 压裂 、 注水 、 测试等措 １］ 。 施作业 ［ 随着我国油气勘探开发的不断深入， 所遇地质 条件也越趋复杂 ， 普 遍 具 有 储 层 深、 温 度 高、 产量大 、 的特点 ， 且含硫化 氢 （ 二氧化碳（ 酸性腐 Ｈ２Ｓ） Ｃ Ｏ ２） ［ ２］ 蚀性气 体 。 这 些 酸 性 气 藏 （ 对井场设 Ｈ２Ｓ、 Ｃ Ｏ ２） 备腐蚀十分严重 ， 常规的井口装置很难满足这种油 气生产要求 。 型， 如图 １ 所示 。 先通 过 套 管 头 下 部 内 螺 纹 将 表 层 套 管 连 接 ， 下 入井眼内 ， 再通过 ３ 个 芯 轴 式 悬 挂 器 将 不 同 直 径 的 套管依次连接在其 下 部 的 内 螺 纹 上 ， 并将其坐放在 套管头四通的内孔 台 肩 上 ； 然后将金属密封总成安 装在各层套管之间 的 环 空 内 ， 并通过套管套和套管 头四通上的法兰连接进行密封预紧 ， 建立初始密封 。 在套管四通顶部 ， 安装采油树或油管头 ， 并用螺栓连 紧， 组成一个完整的采油 （ 气） 装置 。 同时 ， 在套管头 和套管头四通的两 侧 各 安 装 有 ２ 个 平 板 闸 阀 ， 用来 实现 套 喷 、 配 装 压 力 表、 监 测 套 压、 循环洗井等
３］ 。 功用 ［
１ 结构及工作原理
１ ０ ５ ＭＰ ａ抗 硫 井 口 装 置 整 体 结 构 为 十 字 双 翼
２ ０ １ ２ ０ ３ １ ０ ① 收稿日期 ： － －
， 刘小卫 （ 男， 陕西武功人 ， 工程师 ， 主要从事石油装来自百度文库技术研究 。 １ ９ ７ ８ 作者简介 ： －）
·５ ８·
１ ０ ５ ＭＰ ａ 抗硫井口装置研制与应用
刘小卫１， 朱 舟２
（ ） 宝鸡石油机械有限责任公司 ， 陕西 宝鸡 ７ 宝鸡航天动力泵业有限公司 ， 陕西 宝鸡 ７ １． ２ １ ０ ０ ２； ２． ２ １ ０ ０ ０ ①
－ ） 、 ） 摘要 ： 针 对高 压 及 含硫 化 氢 （ 氯 离 子（ 等强 酸 性 环境 对 井 口 装 置 性 能的要求 ， 研制了１ Ｈ２Ｓ Ｃ ｌ ０ ５
１— 下支撑环 ； ２— 内密封圈 ； ３— 外密封圈 ； ４— 上支撑环 图 ２ 金属密封总成结构
３ 现场应用
２ ０ １ ０—２ ０ １ １年， １ ０ ５ ＭＰ ａ抗硫 井 口 装 置 分 别 在 四川元坝 气 田 的 元 坝 ３、 元 坝 ６、 元坝１ 元坝１ ０、 ０ ４、 元坝 １ 元坝 １ 元坝 １ ２ ２、 ２ ３、 ２ ４ 等井进行了工业应用 。 该区块的工作环境恶劣 ， 地面温度 －２ 井底 ０～５ ０ ℃， ， 底层压力 １ 测试时地面取样 温度约 ２ ０ ０ ℃， ４ ０Ｍ Ｐ ａ
石 油 矿 场 机 械 Ｏ Ｉ Ｌ Ｆ Ｉ Ｅ Ｌ Ｄ Ｅ Ｕ Ｉ ＰＭＥ Ｎ Ｔ Ｑ
（ ） ： ２ ０ １ ２， ４ １ ９ ５ ９～６ ３

膨胀悬挂器技术在石油工程中的应用
２ ， 吴柳根１， 马建忠２， 宁学涛２， 唐 明２