钻井基础知识井口装置及采油树讲座课件

1、2022年10月6日1井口装置及采油树讲座钻井基础知识2022年10月6日2井口装置及采油树讲座一.井口装置的主要技术要求二.井口装置 三.采油树 主要内容2022年10月6日3井口装置及采油树讲座一、井口装置的主要技术要求 目录（一）1、井口装置的钢材特性2、额定工作压力 3、材料 4、垂直通径2022年10月6日4井口装置及采油树讲座井口装置的主体及其配件大部分由钢制成其钢材特性应等于或大于表1中的规定应能够在规定的额定温度环境中使用1、井口装置的钢材特性2022年10月6日5井口装置及采油树讲座项目1类2类3类4类最低抗张强度 psi (Mpa)70000(483)90000(621)1

2、00000(690)70000(483)最低屈服强度 psi (Mpa)36000(248)60000(414)75000(517)45000(310)2in 最小伸长 %22181719最小收缩面积 %30353532最高含碳量 %0.35最高含锰量 %0.90最高含硫量 %0.05最高含磷量 %0.05表1 井口装置钢材特性2022年10月6日6井口装置及采油树讲座1、2、3、4类这些名称是API井口设备和阀门标准化委员选定的命名方法，用以鉴别属于表列抗张强度范围的材料。用4类钢制成的法兰认为是易于焊接的，然而经验证明，在各种情况下最好适当预热，而且在40F(4)以下的大气温度电焊时，必须

3、预热。指在这一规范中没有列出1、2、3类材料的化学分析数据是有意的，以使制造厂商有充分的自由去研制适合这一重要服务领域所遇到的多种要求的钢材。表1 井口装置钢材特性的说明：2022年10月6日7井口装置及采油树讲座最大额定工作压力：2、额定工作压力是指设备运转时的最大操作压力使用设备时，应避免设备承受的压力高于额定工作压力2022年10月6日8井口装置及采油树讲座井口设备所采用的材料应符合表2 的材料要求3、材料*应按照NACE MR-0175标准确定 *应符合NACE MR-0175标准表2 井口装置材料要求材料级别材料最低要求本体、盖和法兰压力控制件、阀杆和心轴式悬挂器AA一般工况碳钢和低

4、合金钢碳钢和低合金钢BB一般工况碳钢和低合金钢不锈钢CC一般工况不锈钢不锈钢DD酸性工况碳钢和低合金钢*碳钢和低合金钢*EE酸性工况碳钢和低合金钢*不锈钢*FF酸性工况不锈钢*不锈钢*HH酸性工况抗腐蚀合金*碳钢和低合金钢*2022年10月6日9井口装置及采油树讲座垂直通经：4、垂直通径表3 本体最小垂直全开通径和套管最大尺寸是指能够通过工具或井下没备的最小垂直孔径。API 要求井口本体垂直通径应比本体上的套管通径约大（1/32in）。符合这个要求的井口本体称为全开孔径。 本体最小垂直全开通径与下部所接套管的最大尺寸应符合表3 的对应关系。2022年10月6日10井口装置及采油树讲座表3 本体

5、最小垂直全开通径和套管最大尺寸注： 1、井口本体上部连接；2、套管的最大尺寸和最小重量根据孔径而定；3、能径按规定。公称连接器主体下部套管井口主体最小垂直全开通径 in连接器公称尺寸和通径 in额定工作压力 psi尺寸 外径 in公称重量 lb/ft规定通径直径 in7-1/1620007176.4136.457-1/1630007206.3316.367-1/1650007236.2416.287-1/16100007296.0596.097-1/16150007385.7955.837-1/16200007385.7955.83920008-5/8247.9728.00930008-5/8

6、327.7967.83950008-5/8367.7007.739100008-5/8407.6007.629150008-5/8497.3867.4111200010-3/440.59.8949.9211300010-3/440.59.8949.9211500010-3/451.09.6949.7311100009-5/853.58.3799.4111150009-5/853.58.3799.4113-5/8200013-3/854.512.45912.5013-5/8300013-3/861.012.35912.3913-5/8500013-3/872.012.19112.2213-5/8

7、1000011-3/460.010.61610.6616-3/42000166515.06215.0916-3/43000168414.82214.8616-3/45000168414.82214.8616-3/410000168414.82214.8618-3/4500018-5/887.517.56717.5918-3/41000018-5/887.517.56717.5921-1/42000209418.93618.9720-3/43000209418.93618.9721-1/45000209418.93618.9721-1/410000209418.93618.972022年10月6

8、日11井口装置及采油树讲座图1 全开通径示意图 2022年10月6日12井口装置及采油树讲座一.井口装置的主要技术要求三.采油树二.井口装置井口装置及采油树2022年10月6日13井口装置及采油树讲座二、井口装置目录（二）1、套管头2、套管悬挂器 3、油管头4、油管悬挂器5、转换连接和转换法兰6、悬挂器的固定螺丝。7、测试孔和控制管线入口2022年10月6日14井口装置及采油树讲座 图2 为典型的井口装置，其主要由套管头、油管头及其它配套部件构成。 图2 典型井口装置 2022年10月6日15井口装置及采油树讲座1、套管头 2、套管悬挂器 3、油管头4、油管悬挂器 5、转换连接和转换法兰6、悬

9、挂器的固定螺丝。7、测试孔和控制管线入口1、套管头2022年10月6日16井口装置及采油树讲座图3 套管头结构 套管头（图3）连接套管柱上端，由套管悬挂器及其锥座组成，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。套管头悬挂器座的上端通常与一个上法兰连接,下端与一个四通连接，而四通下部又焊接一个下法兰，具有上下法兰和两个环空出口，从而构成一个套管头短节。海上油田的井一般有多层套管及环形空间，由此有多个套管头。最下部套管头安装在隔水导管顶端，其上法兰与中间套管头的下法兰相连接，其下端是螺纹或焊接滑套。中间的套管头的上下法兰分别与上下套管头连接。最上部套管头的上下法兰分别与油管头的下法

10、兰和下面一级的套管头的上法兰连接。图4 为海上某油田采用的套管头。其中339.7mm(13 3/8in) 套管头与508mm(20in)套管头合成一个整体,称为带卡瓦和预备焊接套的启动头。最下部套管头尺寸范围为179.4539.8mm (7 1/16 21 1/4in), 用来支承114.3406.4mm (4 1/216in) 的套管。中间套管头上下法兰尺寸范围（7 1/1621 1/4in），用于支承（4 1/213 3/8in ）的套管。API 套管头及油管头法兰尺寸及其所支承的套管尺寸的匹配见表4。2022年10月6日17井口装置及采油树讲座表层套管支承套管套管头上法兰第一中间套管头法

11、兰第二中间套管头法兰油管头法兰下上支承套管下上支承套管下上74-1/2、57-1/168-5/84-1/25-1/299-5/84-1/27910-3/45-1/27-5/81111-3/45-1/27-5/813-5/811-3/47-5/813-5/813-5/811或94-1/2、511-3/48-5/813-5/813-5/811或94-1/25-1/213-3/88-5/813-5/813-5/811或94-1/25-1/213-3/89-5/813-5/813-5/8115-1/27168-5/816-3/416-3/411或94-1/2、5-1/2169-5/816-3/416-

12、3/4115-1/271610-3/416-3/416-3/413-5/8或115-1/27-5/81610-3/416-3/416-3/413-5/8或117-5/813-5/8或1111或94-1/2、511或97-1/161613-3/816-3/416-3/413-5/88-5/813-5/811或94-1/2、5-1/211或97-1/161613-3/816-3/416-3/413-5/89-5/813-5/8114-1/27117-1/162013-3/821-1/421-1/413-5/88-5/813-5/8114-1/2、5-1/2117-1/162013-3/821-1/

13、421-1/413-5/89-5/813-5/8114-1/27117-1/16201621-1/421-1/416-3/410-3/416-3/4115-1/2、7117-1/16201621-1/421-1/420-3/413-3/820-3/413-5/88-5/8、9-5/813-3/411表4 API套管头和油管头法兰尺寸（单位in）2022年10月6日18井口装置及采油树讲座图4 某海上油田使用的套管头2022年10月6日19井口装置及采油树讲座 套管悬挂器是安装在套管头和套管四通的锥座中，用于牢固地悬挂下一级较小的套管柱，并在所悬挂的套管和套管头锥座之间提供密封的一种装置。套管悬

14、挂器 套管悬挂器的尺寸是由公称外径决定的，它应与套管头法兰的公称尺寸相匹配。表5 为井口悬挂器最大外径与钻通设备相匹配的要求。2022年10月6日20井口装置及采油树讲座 套管悬挂器应能承受所悬挂的套管柱重量，才不致于产生缩颈变形而影响井下工具的通过。套管悬挂器 套管悬挂器所受到的载荷主要有锥形台肩作用的径向载荷、套管重量作用的拉伸载荷和井内压力载荷。2022年10月6日21井口装置及采油树讲座表5 套管悬挂器的最大外径套管头上法兰公称尺寸和最小通径 in额定工作压力 kpsi悬挂器的最大外径 in7-1/162、3、5、10、15、207.01092、3、5、10、158.933112、3、

15、5、10、1510.91813-5/82、3、5、1013.52316-3/42、3、5、1016.62518-3/45、1018.62520-3/4320.62521-1/42、5、1021.1242022年10月6日22井口装置及采油树讲座 油管头(图5)安装在最上部套管头的上部，由油管悬挂器及其本体组成，用于悬挂油管柱，并密封油管与生产套管间的环形空间。 油管头 油管头通常是一个有上下法兰连接的短节，并带有两个环空侧出口，构成一个四通，因此也叫油管四通。2022年10月6日23井口装置及采油树讲座油管头的连接：下部带螺纹直接连接在生产套管的上端，上部为法兰。上下都是带法兰的。上法兰都带有

16、锁紧螺丝，用来压紧油管悬挂器。海上油田的油管头多数为上下都带法兰的 (图6)。2022年10月6日24井口装置及采油树讲座图5 油管头 2022年10月6日25井口装置及采油树讲座图6 某油田使用的油管头 2022年10月6日26井口装置及采油树讲座APl 标准系列中油管头的工作压力有：油管头的压力等级7.0 、13.8 、20.7 、34.5 、69、103.4 、138Mpa （1000 、2000 、3000 、5000 、10000 、15000 和20000psi ）几种。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

17、与油管悬挂器的额定工作压力相匹配。 2022年10月6日27井口装置及采油树讲座 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。油管悬挂器 海上油气完井一般都安装井下安全阀，因此油管悬挂器要提供连接液压控制管线的通道，潜油电泵井还须备有井下放气阀和电缆穿越通道并密封。2022年10月6日28井口装置及采油树讲座图7 为几种类型的油管悬挂器。 双油管悬挂器由两个半圆形悬挂器分别与对应尺寸的油管连接后构成一圆形整体，坐在双油管悬挂器座中，坐入时必须对准油管四通内的导向块（图8，图9 所示）。2022年10月6日29井口装置及采油树讲座

18、图7 油管悬挂器的几种类型 2022年10月6日30井口装置及采油树讲座图8 双油管悬挂器的油管四通 2022年10月6日31井口装置及采油树讲座图9 双油管悬挂器的油管总成分解图 2022年10月6日32井口装置及采油树讲座 用于井口装置的转换连接，由一个转换法兰、一个转换短节和一个限制面积的密封钢圈组成，或由一个转换短节和一个限制面积的封隔机构组成。它是一种可以从一个压力等级转换到另一个较高的压力等级的法兰式井口连接。图10 是几种带限制面积封隔机构的转换连接。 转换法兰 转换连接底部和上部 API 法兰式、APl 双头螺栓式或其他连接形式。带限制面积封隔机构的转换连接的公称尺寸和额定工作

19、压力应符合表3-3-5 的API 标准。 2022年10月6日33井口装置及采油树讲座图10 带限制面积封隔结构的转换连接 2022年10月6日34井口装置及采油树讲座 悬挂器的固定螺丝是安装在套管头和油管头上，用于压紧套管悬挂器或油管悬挂器的一种部件。图11 为固定螺丝压紧悬挂器的示意图。悬挂器的固定螺丝 悬挂器固定螺丝的密封填料用来防止环形空间流体泄漏并保护螺纹。悬挂器固定螺丝的强度应能承受四通的工作压力。2022年10月6日35井口装置及采油树讲座图11 固定螺丝压紧悬挂器示意图 2022年10月6日36井口装置及采油树讲座 带有二次密封或转换密封的套管头和油管头的底法兰上都应有测试孔。

20、用于测试高压和低压之间的密封状况。 测试孔和控制管线入口 在采油树的底法兰上开有控制管线入口，用于连接井下安全阀液压控制管线或化学药剂注入管线。 测试孔和控制管线入口采用内螺纹连接，它应符合API 螺纹连接规范。 通常情况下，测试孔为1NPT、化学药剂注入口为3/4 NPT、控制管线入口为1/2 NPT、毛细管入口为1/8 NPT母扣。2022年10月6日37井口装置及采油树讲座三、采 油 树 目录（三1）1、海上平台采油树分类1）、单油管采油树2）、双油管采油树2022年10月6日38井口装置及采油树讲座 采油树是由阀门、异径接头、油嘴及管路配件组成采油树 是一种用于控制油气生产，并为钢丝、

21、电缆、连续油管等修井作业提供条件的装置2022年10月6日39井口装置及采油树讲座按结构形式可分为：海上平台采油树分类分体式和整体式两种。分体式是由一些阀门等独立部件组装而成。整体式是将主阀、安全阀、清蜡阀和翼阀等制成一个整体部件，阀与阀之间的距离较小，既省空间又耐高压，特别适用于海上平台的油气井（图12）。 按生产井类别和完井生产方式可分为：自喷井、潜油电泵井、气举井、螺杆泵井和注水井、气井的采油树等（图13）。2022年10月6日40井口装置及采油树讲座 采油树的额定工作压力等于组成采油树各部件中额定工作压力最小部件的额定工作压力,即额定工作压力最小的部件决定整个采油树的额定工作压力。采油

22、树工作压力及垂直通径 采油树总成的垂直通径,按API 标准应通过长106.7cm (42in) 的内径规。不同规格的油管所对应的内径规尺寸如表6 所示。 2022年10月6日41井口装置及采油树讲座表6 采油树通径和内径规尺寸 法兰或卡箍连接最小垂直通径 in (mm)油秋规格内径规直径 in (mm)公称尺寸和直径 in (mm)旧的公称尺寸 in工作压力等级 kpsi外径 in (mm)重量 lb/ft1660（42。2）241286（32。52）1-13/16(46.0)1-1/22、3、51-13/16（42。9）1900（48。3）291516（38。52）2-1/16(52.4)2

23、2、3、52-1/16（65。1）2-3/8（60。3）471901（48。22）2-9/16(65.1)2-1/22、3、52-9/16（52。6）2-7/8（73。0）652347（59。62）3-1/8(79.4)32、3、53-1/8（79。4）3-1/2（88。9）932867（72。82）4000（101。6）1103351（85。12）4-1/16(103.2)42、3、54-1/16（103。2）4-1/2（114。3）12753833（97。32）1-11/16(42.9)1-11/1610、151-1/16（42。9）1900（48。3）291516（38。52）1-13/

24、16(46.0)1-13/1610、151-13/16（46。0）2063（52。4）3251657（42。12）2-1/16(52.4)2-1/1610、152-1/16（52。4）2-3/8（60。3）471901（48。22）2-9/16(65.1)2-9/1610、152-9/16（52。6）2-7/8（73。0）652347（59。62）3-1/16(77.8)3-1/1610、153-1/8（79。4）3-1/2（88。9）932867（72。82）4-1/16(103.2)4-1/16104-1/16（103。2）4-1/2（114。3）12753833（97。32）内径规直径应

25、符合API Spec 5A套管、油管和钻杆关于外加厚油管的内径规的要求，但2-1/16（52。4mm）带整体接头内加厚的1-1/2in外加厚螺纹的油管除外。 2022年10月6日42井口装置及采油树讲座 单油管采油树安装在单油管完井的井口装置上，除了有分体式和整体式之外，它还有单翼和双翼之分。根据井的种类或油井生产方式的差别，可用阀门及短节组合成不同形式的单油管采油树，而其连接方式可以是法兰式、螺纹式或卡箍式。 1）、单油管采油树2022年10月6日43井口装置及采油树讲座 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

26、平行油管柱(长油管柱和短油管柱)或两根同心油管柱，通过双管封隔器和单管封隔器对两个油（或气）层段进行分隔，（图14）2）、双油管采油树 2022年10月6日44井口装置及采油树讲座图14 FMC的双油管井口和采油树 2022年10月6日45井口装置及采油树讲座三、采 油 树 目录（三2）2、采油树的相关部件6）、API螺栓、螺母 7）、背压阀 （BPV） 8）、采油树帽 9）、防磨衬套、试压塞 及送入/取出工具10）、注脂工具11）、VR塞1）、油管四通和三通 2）、闸阀与旋塞阀 3）、油嘴 4）、API法兰 5）、API钢圈2022年10月6日46井口装置及采油树讲座 采油树的油管四通和三通

27、与主阀、清蜡阀和翼阀相连接，常见的四通和三通有法兰式和法兰双头螺栓式。采用四通的采油树为双翼采油树，采用三通的采油树为单翼采油树。有些平台采油树的三通与清蜡阀和主阀或井口安全阀组成体，则成为整体式采油树。 采油树的油管四通和三通的尺寸、额定工作压力材料的选择，应与相连接的部件：按APl 标准相匹配。表7 和表8 分别为上述两种形式油管四通和三通的APl 额定工作压力所对应的尺寸。1）、油管四通和三通2022年10月6日47井口装置及采油树讲座 闸阀是一种关闭部件(闸板)的移动方向垂直于流体流动方向的阀。旋塞阀是一种关闭部件(旋塞)旋转的阀，而旋塞可以是圆柱形、圆锥形或球形。起井口控制的作用。

28、闸阀和旋塞阀的尺寸、额定工作压力和材料的选择，应与相连接的部件按API 标准相匹配。APl 标准中闸阀的材料为高强度合金刚。表9，表10 为闸阀和旋塞阀APl 额定工作压力所对应的尺寸。2）、闸阀与旋塞阀2022年10月6日48井口装置及采油树讲座油嘴是采油树上用于控制油井流量的部件3）、油嘴 它安装在翼阀与出油管线之间油嘴也可以用来控制气举井的注气量和注水井的注水量2022年10月6日49井口装置及采油树讲座油嘴有固定式和可调式两种3）、油嘴 固定式油嘴(图15)内装有可更换的油嘴，它有固定的通孔，用来节流。可调式油嘴(图16)有一个由外部控制的可变面积的通孔和一个与之对应的通孔面积指示机构

29、。2022年10月6日50井口装置及采油树讲座油嘴通孔尺寸按0.4mm(1/64in) 递增3）、油嘴 油嘴的尺寸、额定工作压力和材料的选择，应与相连接的部件按API 标准相匹配。 如油嘴通孔不是单一小孔时，其最大过流面积应折算成圆形，并用该圆的直径来表示尺寸，这个尺寸同样按0.4mm(1/64in) 递增。2022年10月6日51井口装置及采油树讲座图16 可调式油嘴图15 固定式油嘴 固定式和可调式油嘴2022年10月6日52井口装置及采油树讲座 法兰是带有螺栓孔的凸缘并用于连接承压设备的密封结构的端部连接。符合APl 规范的法兰即为API 法兰。 盲法兰没有中心通孔，用于完全封闭法兰端面

30、或出口连接。盲法兰与所要封闭的出口法兰应具有相同的压力等级并可配相同的密封元件。 按连接方式不同，法兰可分为螺纹式法兰和焊颈式法兰。螺纹式法兰的一侧为密封面，另侧为内螺纹。焊颈式法兰的一侧为密封面，另一侧为焊接坡口。 用于井口装置和采油树的API 法兰常见的有6B 型、6BX 型和扇形法兰。表11 为这三种法兰的额定工作压力和尺寸范围。4）、API法兰 2022年10月6日53井口装置及采油树讲座表11 API法兰的额定工作压力和尺寸范围 2022年10月6日54井口装置及采油树讲座 API 钢圈是用于API 法兰连接的密封元件。常用的API 钢圈有R 型、RX 型和BX 型，如图17 所示。

31、 R 型和RX 型钢圈可以在6B 型法兰中互换使用。BX 型钢圈只能用于6BX 型法兰。RX 型和BX 型钢圈具有压力自紧密封的性能，但不能互换。 R 型和RX 型钢圈的所有23表面粗糙度不应低于63RMS，BX 型钢圈的所有23表面粗糙度不应低于32RMS 。RX 型和BX 型钢圈有一个压力通孔，钻通钢圈的整个高度。 5）、API钢圈 钢圈不能重复使用。这是因为钢圈装入钢圈槽时具有一定的正向过盈量，这种正向过盈保证法兰钢圈连接的密封性能。2022年10月6日55井口装置及采油树讲座钢圈材料：相对较软的金属。 API对最大硬度规定如下： 软铁HRB56 碳钢和低合金钢RHB68 不锈钢RHB8

32、3注意事项：在制造、运输、仓储中要妥善保管，在安装之时必须确认钢圈的密封面是光洁完好的才可以进行安装5）、API钢圈 2022年10月6日56井口装置及采油树讲座图17 API钢圈与API法兰 表12 API 钢圈的材料及识别标志 2022年10月6日57井口装置及采油树讲座 API 螺栓、螺母是用于连接API 法兰和卡箍的元件。API 螺栓、螺母的螺纹应符合API 螺纹规范API Std 5B 。API 螺栓推荐的拉力和扭矩 如表13 所示。API 法兰、螺栓和钢圈的相关数据 如表14 所示。 6）、API螺栓、螺母 2022年10月6日58井口装置及采油树讲座1-3/823157表13 法

33、兰螺栓的推荐扭矩 2022年10月6日59井口装置及采油树讲座API 法兰 螺栓 钢圈2022年10月6日60井口装置及采油树讲座API 法兰 螺栓 钢圈2022年10月6日61井口装置及采油树讲座 背压阀是安装在油管悬挂器中，在拆卸防喷器或安装、拆卸采油树时，需要采用背压阀以密封油管内孔；在对主阀进行维修7）、背压阀 背压阀一般有两种类型，一种是由螺纹固定位置的，另一种是用膨胀式锁紧机构固定的，见图18a 和18b 。 更换时，也需要采 用背压阀密封油管内孔。2022年10月6日62井口装置及采油树讲座H BACK PRESSURE VALVE AND H AND HM TWO-WAY CH

34、ECK VALVE PART NUMBERS NOMINAL SIZEMAXIMUM ODPART NUMBERTUBING HANGERCHRISTMAS TREEH BACK PRESSURE VALVE H TWO-WAY CHECK VALVEHM TWO-WAY CHECK VALVETUBING ODMINMUN BORE BPV THREADSMINIMUM VERTICAL BORECHRISTMAS TREE MINIMUM DRIFT DIAMETER1-1/41.35630426-0841612-01-1.6601.286-1-1/2160530426-0241612-0

35、2-1.9001.5251-5/81.6101-3/41.77530426-0641612-036097612.0631.6951-13/161.79522.02030426-0141612-046400182.3751.9402-1/162.0302-1/22.48530426-0341612-05-2.8752.4052-9/162.50033.03030426-0441612-066401563.5002.9503-1/83.0603-1/23.53030426-0741612-07-4.0003.4504-1/163.58043.98030426-0541612-08-4.5003.9

36、004-1/164.020表15 “H”型背压阀和“H” “HM”双向止回阀 2022年10月6日63井口装置及采油树讲座 采油树帽安装于采油树顶部清蜡阀门之上，用于提供从纵向快速进入油管空间的入口。如果要进行钢丝绳作业、连续油管作业、生产测试、开关滑套、装卸背压阀等作业，必须先卸去采油树帽。 采油树帽底部为APl 法兰或螺纹，上部为梯形螺纹接头。有些采油树帽带有法兰连接或螺纹连接的三通或四通。采油树帽 (图19)8）、采油树帽 2022年10月6日64井口装置及采油树讲座在下入油管串之前的井下作业中为防止油管四通密封面被磨损或意外损伤，在油管挂坐封位置而安装的一个装置，由油管四通上法兰的锁紧

37、螺丝固定。外形如同一节管子，带有吊耳机构。外径稍小于油管四通的内径，其内径稍大于最小垂直内径。 9）、防磨衬套 2022年10月6日65井口装置及采油树讲座有手动和液压两种，手动工具如图22：10）、注脂工具 连接螺纹注脂枪本体注脂丝扛手动注脂工具是采用拧转丝扛，将前端的密封脂挤入密封腔内。液压注脂工具是由液压驱动一个活塞将装在前面的密封脂挤入密封腔内。2022年10月6日66井口装置及采油树讲座用作四通上阀门修理的专用装置。如阀门需要修理，先用专用工具将VR阀安装在四通本体上的母扣内，起到阻断环空流体外泄，这样就可以将待修的阀门拆下。阀门修好后，再将阀门复位，然后用专用工具将VR塞取出。（其

38、实质就是一个单流阀）11）、VR塞 2022年10月6日67井口装置及采油树讲座三、采 油 树 目录（三3）3、井口安全控制设备 1)、井口安全阀（SSV） 2)、井下安全阀（SSSV）3)、井下安全阀结构及工作原理 （1）、钢丝可回收井下安全阀（2）、油管携带安全阀 （3）、套管环空安全阀（4）、井下自动控制安全阀a、注入式b、速度式4)、安全阀主要技术参数2022年10月6日68井口装置及采油树讲座 井口安全控制设备指的是自动关井系统。当油井或平台处理设施出现异常情况时，自动关井系统应能及时自动关闭油气井并停止油气处理，以防止发生危及安全和造成环境污染的事故。 平台生产中容易发生的险情有：

39、处理容器液位过高或压力过高、管线或容器破裂使油气泄漏、火情或气情等。对不同级别的险情，关闭油井及其他设备的程度也不同。3、井口安全控制设备2022年10月6日69井口装置及采油树讲座自动关井系统包括安全阀、探测装置、井口控制柜和控制管线自动关井系统安全阀有井口安全阀和地面控制的井下安全阀。井口安全阀可以是气动控制的也可是液压控制的井下安全阀一般都是液压控制的井口安全阀一般都安装在采油树上。对于压力较高的油井或气井，可安装两个井口安全阀，一个在主阀上游或下游，另一个在翼阀上游或下游。图23 为自动关井系统示意图。2022年10月6日70井口装置及采油树讲座图23 自动关井系统示意图 2022年1

40、0月6日71井口装置及采油树讲座图24 单井控制模块 2022年10月6日72井口装置及采油树讲座 井口安全阀多数是带有活塞式执行机构的逆向动作的闸阀。闸阀的开与关由执行机构完成(见图25) 。执行机构内有带动阀杆的活塞，活塞的一端为充气或充液室，另一端为弹簧。当活塞受气压或液压推动压缩弹簧，闸阀被打开；当气压或液压卸去，弹簧伸展，闸阀被关闭。1）、井口安全阀 图25 气动和液动安全阀 2022年10月6日73井口装置及采油树讲座 井下安全阀是井中流体非正常流动的控制装置，生产设施一旦发生火灾，管线破裂等非正常情况时，能自动关闭，实现井中流体的流动控制，是海上完井生产管柱的重要组成部分。一般要

41、求至少要下在海底泥线以下20 m ，双管完井长管的井下安全阀要比短管深20 m 以上。 井下安全阀按其控制方式分地面液压控制和井下流体自动控制两类，地面液压控制分钢丝回收式、油管携带式和环空安全阀。 2）、井下安全阀 2022年10月6日74井口装置及采油树讲座 （1）、钢丝可回收井下安全阀钢丝可回收井下安全阀，采用钢丝下入，坐在预先随完井生产管柱下入的安全阀工作筒内，也可坐在其它工作筒内作二次安全阀。钢丝可回收安全阀如图26 所示，主要由下列几部分组成：阀体、密封盘根、锁定头、传压通道、活塞、弹簧及活瓣等组成，其中锁定头是将安全阀锁定在工作筒内的主要部件。3）、井下安全阀结构及工作原理 图2

42、6 钢丝回收式安全阀2022年10月6日75井口装置及采油树讲座工作原理： 安全阀坐到工作筒内后，通过地面加压，压力经液控管线传至两个密封盘根之间的传压孔到活塞上，推动活塞向下移动，并压缩弹簧，将活瓣打开，如果保持控制管线压力，安全阀处于打开位置；释放控制管线压力，依靠弹簧张力推动活塞上移，使阀关闭。 钢丝可回收安全阀选用时应注意安全阀的锁定与工作筒的配合，工作筒结构如图27 所示 3）、井下安全阀结构及工作原理 图27 安全阀工作筒2022年10月6日76井口装置及采油树讲座 油管携带安全阀与可回收安全阀的最大差别是，安全阀与工作筒制成一体，随管柱一起下入，兼有二次安全阀的功能，即如果安全阀

43、失去作用时，可通过钢丝作业方法，使其处在常开状态，再下入相应尺寸的钢丝可回收安全阀，使其再次工作。结构如图28 所示，由控制管线连接口、活塞、活塞接头、弹簧、流动管、活瓣等组成，这类安全阀通常带有永久打开锁定滑块，也可按需要选择同时带有临时打开锁定滑块。（2）、油管携带安全阀 2022年10月6日77井口装置及采油树讲座工作原理： 油管携带安全阀工作原理与钢丝可回收安全阀相似。不同点在于，如果安全阀失去作用，可下入永久锁定打开工具，通过地面加压或向下振击，剪断常开锁定滑块的销钉，使滑块向下移动推动活塞，使安全阀处于永久打开位置，此时相当于工作筒，再通过钢丝下入可回收式安全阀，形成新的安全阀系统

44、；如果要保证在安全阀以下进行钢丝作业，通过钢丝下入临时打开工具，向上振击，使临时锁定滑块向上移动与活塞底部锁定在一起，安全阀处于临时打开位置，钢丝作业完成后，液控管线加压，安全阀重新处于正常工作状态。 （2）、油管携带安全阀 2022年10月6日78井口装置及采油树讲座（2）、油管携带安全阀 图28 油管携带式安全阀 1、上短节3、动力密封总成2、密封筒螺帽5、活塞4、分体式轴承6、密封筒24、控制管线锁紧螺母23、弹性密封27、丝扣保护器26、前密封25、后密封22、法兰面空间21、活瓣（平衡或非平衡）20、扭转弹簧19、活瓣销钉18、活瓣阀座密封总成17、弹簧腔室16、活瓣底座15、活瓣座

45、14、C环13、弹簧止动块12、流动管11、动力弹簧10、连接器9、固定螺钉8、轴承7、阀体2022年10月6日79井口装置及采油树讲座套管环空安全阀，如图29 ，从结构上看，通常叫油管悬挂器安全阀。适用于需要同时控制油管和套管环空流动的完井生产管柱。如：气举：除提供气举通道外，还能保证油井环空的流动控制。双油层完井：与其它封隔器配合，实现双油层隔离和生产。结构：套管环空安全阀的结构如图29 所示，由油管悬挂封隔器和安全阀组成，下部是油管悬挂封隔器，上部是安全阀。安全阀部分由传压通道、控制管线连接口、弹簧、活塞及流动通道组成，油管悬挂封隔器坐封，既可以与安全阀采用同一控制管线，也可以使用单独的

46、控制管线。（3）、套管环空安全阀 图29 套管环空安全阀 2022年10月6日80井口装置及采油树讲座特点：内径大：悬挂封隔器内径与油管内径一致；环空流动面积大：大于油管流动面积；紧急情况下压井容易；作业简单：悬挂封隔器通过控制管线坐封，释放油管张力载荷解封。工作原理：通过地面加压，压力经控制管线传到传压通道，向上推动活塞压缩弹簧，使流动通道与环空连通，安全阀处于打开位置，释放控制管线压力，弹簧向下推动活塞使流动通道与环空隔断，安全阀处于关闭位置。由于套管环空安全阀的流动通道在悬挂封隔器中心管外部，与安全阀传压通道可连通，因此还要考虑悬挂封隔器的坐封方式，一般有油管液压坐封和控制管线压力坐封两

47、种，如果选用控制管线坐封方式，则要考虑安全阀的工作压力与悬挂封隔器坐封压力差，防止悬挂封隔器提前坐封。（3）、套管环空安全阀2022年10月6日81井口装置及采油树讲座 井下自动控制安全阀指安全阀的开关由井内压力、流速变化控制，按操作方式，这类安全阀可归类于钢丝回收安全阀，由于其开关控制方式不同，故另分一类。 结构如图30 所示，由阀体，定位头、密封圈、节流嘴(Orifice)、弹簧、活塞及活瓣等组成。一般有注入式和速度式两类。4）、井下自动控制安全阀 图30 井下自动控制安全 2022年10月6日82井口装置及采油树讲座作用原理及适用条件：注入式注入式安全阀是常闭阀，正常注入时打开，当注入停

48、止或井内回流时自动关闭。地面注入流体时，注入压力在节流嘴处产生压差，使弹簧压缩，向下推动活塞，使活瓣处于打开位置；注入停止，靠弹簧张力，使活塞向上移动，活瓣处于关闭位置，安全阀关闭。这类安全阀多用于注水井、注蒸气井，额定工作压力为41.4MPa 和69MPa ，工作温度在-7135 。特点：内径大，流动不受限制，保护密封和活瓣不直接受流体冲蚀；通过常规钢丝作业，带压下入和打捞；坐在无开孔(NonPorted Nipple) 工作筒内；活瓣采用楔型不规则结构，易密封。4）、井下自动控制安全阀2022年10月6日83井口装置及采油树讲座速度式速度式安全阀是常开阀。当井中流体流速超过安全阀预先设定的

49、关闭流速时，在节流嘴处产生压差，向上推动活塞使弹簧压缩活瓣关闭，实现井下关井，活瓣处压力达到平衡后，靠弹簧张力向下推动活塞，使活瓣打开。通过改变节流嘴尺寸和弹簧张力强度，可调节阀的关闭能力，但要求充分掌握油井数据。速度式安全阀适用于：地面不能正常控制油井时，实现井下自动关井，如管线破裂等非正常情况；地面控制井下安全阀的控制管线损坏，或安全阀本身损坏失去作用，而又不便修井时，可用钢丝作业下入速度式安全阀坐在工作筒内，作二次安全阀。特点：带压下入或打捞；适用范围广，可用于多种不同锁定方式的工作筒，如“F”或“R”型工作筒；下入深度不受限制，可下在生产管柱任何深度；采用不规则楔型活瓣，密封性好。订购

50、时除了注明尺寸、工作参数外，还需注明节流嘴尺寸、弹簧强度及调节范围。 4）、井下自动控制安全阀2022年10月6日84井口装置及采油树讲座安全阀主要技术参数：5）、安全阀主要技术参数 尺寸型号 工作压力温度工作环境下入深度2022年10月6日85井口装置及采油树讲座三、采 油 树 目录（三4、5）4、化学药剂注入系统5、采油树的防腐 1)、内腐蚀 (1)、质量损失腐蚀(2)、硫化氢或氯化物应力裂纹腐蚀2)、外腐蚀 (1)、氧腐蚀(2)、电化学腐蚀2022年10月6日86井口装置及采油树讲座图31 化学药剂注入示意图 海上油田向油井注入化学药剂，可根据需要注入到井下一定深度或注入到地面油嘴下游。

51、所注化学药剂包括防腐剂、防蜡剂、防垢剂等。 4、化学药剂注入系统 2022年10月6日87井口装置及采油树讲座 化学药剂由平台上的化学药剂罐经过化学药剂注入泵泵送到井口。化学药剂注入泵可以是各种类型的小排量泵，泵速可调。如图31所示，与井口装置相连的采油树下端法兰上有一个12.7mm (1/2in) 的螺纹连接口，接上一个阀门。化学药剂到井口后，经此阀门进入法兰内的通道，再经油管悬挂器上的通道进入环空的井下注入管线，到达一定深度后，从管柱工作筒上的注入阀再注入到油管里。注入管线可采用6.4mm (1/4in)或3/8in 的不锈钢管线。4、化学药剂注入系统 2022年10月6日88井口装置及采

52、油树讲座腐蚀的定义：5、采油树的防腐 金属与其环境发生化学反应或电化学作用而造成的金属破坏。腐蚀可能是内部的、也可能是外部的。内部腐蚀常常是由于有机酸、二氧化碳、氯化物或硫化氢等电解质引起的腐蚀。外部腐蚀常常是由于金属表面与氧接触或微电流流动使金属失电子而引起的腐蚀。 2022年10月6日89井口装置及采油树讲座采油树和井口设备的防腐方法：5、采油树的防腐 a 使用各种特殊抗腐蚀合金b 注入某种有效的防腐剂c 应用有效的涂层d 阴极保护 （根据腐蚀的类型和经济效益可以采用一种或几种方法来防腐）2022年10月6日90井口装置及采油树讲座 要测试流体对采油树的腐蚀情况，可在采油树或出油管线上可安

53、装腐蚀挂片，定期检查对比腐蚀挂片情况，就可知道腐蚀快慢并采取相应的防腐措施。 腐蚀挂片更换时要记录其质量和更换的时间。 5、采油树的防腐 2022年10月6日91井口装置及采油树讲座 质量损失腐蚀是由二氧化碳和有机酸引起的(没有硫化铁腐蚀产物或硫化氢出现)。当二氧化碳溶解于水而产生碳酸，由于其作用引起的腐蚀。1）、内腐蚀(1) 质量损失腐蚀采油树防止质量损失腐蚀的防腐方法：a. 当二氧化碳分压在井底条件下超过207kPa(30psi) 时，一般需要应用一种有效防腐剂、防腐涂层或特殊合金设备；b. 当二氧化碳分压在井底条件下超过689kPa(100psi) 时，一般需用特殊合金设备。2022年1

54、0月6日92井口装置及采油树讲座(2) 硫化氢或氯化物应力裂纹腐蚀1）、内腐蚀 硫化氢或氯化物对采油树的腐蚀称为硫化氢或氯化物应力裂纹腐蚀。当硫化氢溶解于水呈酸性，产生腐蚀并形成硫化铁时，硫化铁附着在钢的表面形成电解电池。硫化铁对钢是阴极，进而加速了局部腐蚀。硫化氢释放出的氢进入钢晶体结构，减小了其延展性，增加了其脆性，从而形成氢脆裂。2022年10月6日93井口装置及采油树讲座(2) 硫化氢或氯化物应力裂纹腐蚀1）、内腐蚀硫化氢或氯化物应力裂纹腐蚀，采油树防腐的方法有：1）当压力超过448kPa (65psi) ( 绝对)，硫化氢分压超过0.34kPa (0.05psi) ( 绝对)时，一般

55、需用特殊合金设备；2）适当注入一种有效的防腐剂；3） 碳钢和低合金钢的硬度不能超过洛氏硬度R22。2022年10月6日94井口装置及采油树讲座1）、内腐蚀 当井内流体同时含有二氧化碳和硫化氢时，既需要防止金属的质量损失腐蚀，又需要防止硫化物应力裂纹腐蚀。一般可采用不锈钢、蒙乃尔合金或其他非铁物质。API 规范6A 指出，NACE 的标准MR-01-75 可作为防止硫化物应力裂纹腐蚀材料的基本标准。2022年10月6日95井口装置及采油树讲座(1) 氧腐蚀2）、外腐蚀 钢暴露在大气氧中或有腐蚀性的大气中时，由于氧化作用而产生氧腐蚀。腐蚀的严重程度决定于温度、金属表面的侵蚀、腐蚀产物的性质、表面薄

56、膜、电解质的存在和类型。盐水可使腐蚀速度急剧加快。海上油田平台设备的腐蚀尤其明显。氧腐蚀的采油树防腐方法：a.应用特殊合金设备b.应用金属或非金属物质的有效的外部防腐涂层c.在水下应用阴极保护法防腐。 2022年10月6日96井口装置及采油树讲座 (2) 电化学腐蚀2）、外腐蚀 电化学腐蚀有两种主要形式*由于产生金属原电池而引起的腐蚀*金属暴露于某种湿土壤时产生的电化学腐蚀电化学腐蚀采油树的防腐方法：a.适当地使用和保持阴极保护装置b.应用有效的外部涂层c.避免使用不同的金属d.采油树的地面管线进行电绝缘2022年10月6日97井口装置及采油树讲座三、采 油 树 目录（三6）6、采油树的选用 1)、井的类别2)、地质条件 3)、温度因素4)、安装采油树的平台井口条件 5)、安全要求6)、特殊作业的要求 7)、经济效益2022年10月6日98井口装置及采油树讲座选择采油树的基本要求：6、采油树的选用安全、经济和便于操作安全经济便于操作强度足够大，能承受正常工作压力和一些特殊作业的压力