1、井口裝置研發方向井口裝置研發方向采油裝備研究所 2007年12月概述概述 井口裝置由套管頭、油管頭和采油樹井口裝置由套管頭、油管頭和采油樹三部分組成三部分組成, ,主要用于監控生產井口主要用于監控生產井口的壓力和調節油的壓力和調節油( (氣氣) )水井的流量；也水井的流量；也可以用于酸化壓裂、注水、測試等各可以用于酸化壓裂、注水、測試等各種措施作業種措施作業, ,能滿足不同工況能滿足不同工況, ,密封可密封可靠靠, ,工作安全。工作安全。 井口裝置發展現狀井口裝置發展現狀 n國內井口裝置發展現狀國內井口裝置發展現狀 采油采油( (氣氣) )井口裝置已是我國的較成熟產品。在井口裝置研井口裝置已是

2、我國的較成熟產品。在井口裝置研制方面，國內已有數十個廠家，并形成一定生產規模，均已取制方面，國內已有數十個廠家，并形成一定生產規模，均已取得得APIAPI會標使用權。會標使用權。 但大多只能生產級別較低非酸性環境的井但大多只能生產級別較低非酸性環境的井口裝置，能嚴格按標準生產高級別抗硫化氫井口的廠家僅有四口裝置，能嚴格按標準生產高級別抗硫化氫井口的廠家僅有四川慧劍石油機械廠、金湖石油機械有限公司等幾家，生產的單川慧劍石油機械廠、金湖石油機械有限公司等幾家，生產的單油管采油井口裝置最高壓力可達油管采油井口裝置最高壓力可達105105MPaMPa，雙油管采油井口裝置，雙油管采油井口裝置最高壓力可達

3、最高壓力可達7070MPaMPa。井口裝置發展現狀井口裝置發展現狀 在電潛泵井口裝置及整體采油樹開發生產方面，原上在電潛泵井口裝置及整體采油樹開發生產方面，原上海第二石油機械廠引進美國技術，生產單油管電潛泵井海第二石油機械廠引進美國技術，生產單油管電潛泵井口裝置和整體式采油樹，并在渤海油田投入使用，這種口裝置和整體式采油樹，并在渤海油田投入使用，這種井口裝置及采油樹具有結構緊湊、重量輕、性能好的特井口裝置及采油樹具有結構緊湊、重量輕、性能好的特點，是井口裝置及采油樹的發展趨勢。他們的產品占有點，是井口裝置及采油樹的發展趨勢。他們的產品占有國內大多油田市場，同時部分產品已打入國際市場，推國內大多

4、油田市場，同時部分產品已打入國際市場，推動了井口裝置的進一步發展。動了井口裝置的進一步發展。 井口裝置發展現狀井口裝置發展現狀 對于閘閥系列，已由楔式閘對于閘閥系列，已由楔式閘閥擴展到平板閥，規格從閥擴展到平板閥，規格從2 2- -4-1/164-1/16，3535MpaMpa以下閘閥為以下閘閥為鑄件，鑄件，3535MpaMpa以上閘閥多數采以上閘閥多數采用自由鍛件。用自由鍛件。 平板閘閥井口裝置發展現狀井口裝置發展現狀 套管頭系列產品已基本滿足國內套管頭系列產品已基本滿足國內油氣井開發的需要。到目前，國內已油氣井開發的需要。到目前，國內已能 生 產 套 管 頭 最 大 工 作 壓 力 為能

5、生 產 套 管 頭 最 大 工 作 壓 力 為1031035 5MPaMPa( (單層單層) )，多層套管程序的套，多層套管程序的套管頭裝置最大工作壓力為管頭裝置最大工作壓力為6969MPaMPa，套管，套管頭與表層套管的連接形式也由螺紋式、頭與表層套管的連接形式也由螺紋式、焊接式發展為卡瓦式。焊接式發展為卡瓦式。螺紋式連接焊接式連接卡瓦式連接井口裝置發展現狀井口裝置發展現狀n國外井口裝置發展現狀國外井口裝置發展現狀 目前目前, ,國外生產采油樹最大工作壓力是國外生產采油樹最大工作壓力是140140MPaMPa, ,組成采油組成采油樹的法蘭式連接閘閥最大額定工作壓力達樹的法蘭式連接閘閥最大額定

6、工作壓力達210210MPaMPa。國外許多。國外許多公司都在不斷開發并完善電潛泵井口裝置及整體采油樹公司都在不斷開發并完善電潛泵井口裝置及整體采油樹, ,生生產有單油管電潛泵井口裝置、雙油管井口裝置及雙通徑的整產有單油管電潛泵井口裝置、雙油管井口裝置及雙通徑的整體式采油樹體式采油樹, ,還能根據油還能根據油( (氣氣) )田的工況和井內滯留流體來生田的工況和井內滯留流體來生產陸上產陸上( (包括海洋平臺用包括海洋平臺用) )的井口設備及水下井口裝置。目前的井口設備及水下井口裝置。目前主要生產國家有美國、英國、意大利等十幾個國家。主要生產國家有美國、英國、意大利等十幾個國家。 井口裝置發展現狀

7、井口裝置發展現狀 美國的產品技術和生產能力處于世界領先地位。已能生產出美國的產品技術和生產能力處于世界領先地位。已能生產出壓力高達壓力高達140140MpaMpa、最高材料級別為、最高材料級別為HHHH，產品規范級為，產品規范級為PSL4,PSL4,的陸的陸地和海洋用井口裝置，著名的制造廠商有地和海洋用井口裝置，著名的制造廠商有CameronCameron、F.M.CF.M.C、VetcoVetco、GrayGray等公司等公司,Cameron,Cameron公司采油樹性能質量最好公司采油樹性能質量最好, , 加工手加工手段先進，鑄鍛質量精良，但其成本較高，設計和生產周期長，供段先進，鑄鍛質量

8、精良，但其成本較高，設計和生產周期長，供不應求，滿足不了市場需求。不應求，滿足不了市場需求。井口裝置發展現狀井口裝置發展現狀 閘閥作為井口裝置中的主要部件閘閥作為井口裝置中的主要部件, ,國外主要發展平板閘閥結國外主要發展平板閘閥結構構, ,其中暗桿式平板閥占有絕對優勢。其中暗桿式平板閥占有絕對優勢。 規格從規格從2 2-9-9。3535MpaMpa以以上采用的是多向模鍛承壓閥體。英國研制了用于油氣井自噴設上采用的是多向模鍛承壓閥體。英國研制了用于油氣井自噴設備的閘閥備的閘閥( (專利產品專利產品) )。 主要結構特點：這種閘閥有一個彈簧加主要結構特點：這種閘閥有一個彈簧加載的閥板和側板載的閥

9、板和側板, ,側板上有與潤滑器活塞連通的潤滑環槽側板上有與潤滑器活塞連通的潤滑環槽, ,潤滑潤滑槽與閥孔沿供給槽道方向有一偏心。潤滑環槽的截面積沿遠離槽與閥孔沿供給槽道方向有一偏心。潤滑環槽的截面積沿遠離潤滑點的方向逐漸增大潤滑點的方向逐漸增大, ,以保證對閥板的下部提供可靠的密封。以保證對閥板的下部提供可靠的密封。一旦閘閥關閉一旦閘閥關閉, ,潤滑劑供給槽道便通過閘板上的油槽與潤滑環槽潤滑劑供給槽道便通過閘板上的油槽與潤滑環槽連通。這種閘閥的密封性能較好。連通。這種閘閥的密封性能較好。 發展趨勢發展趨勢 對于閘閥系列，主要趨向于特殊防腐材料的應用，以滿對于閘閥系列，主要趨向于特殊防腐材料的應

10、用，以滿足高含足高含H2SH2S、C02C02工況的油氣井需要，另外在結構上應多樣化工況的油氣井需要，另外在結構上應多樣化發展，以達到密封性能好發展，以達到密封性能好( (有自動補償有自動補償) )，且開啟靈活等，另，且開啟靈活等，另外外, ,在密封材料上不斷改進在密封材料上不斷改進, ,使其性能不斷提高。使其性能不斷提高。 以滿足國以滿足國內各類油氣田開發需要。近年來內各類油氣田開發需要。近年來, ,套管頭結構不斷得到改進套管頭結構不斷得到改進, ,主要向操作簡便、密封性能好主要向操作簡便、密封性能好( (自動密封自動密封) )、適用于深井和多、適用于深井和多種環境且性能較高的多層套管、以及

11、整體化方向發展。種環境且性能較高的多層套管、以及整體化方向發展。 發展趨勢發展趨勢 采油采油( (氣氣) )樹樹主要發展整體式結構主要發展整體式結構, ,海洋平海洋平臺采油作業臺采油作業, ,由于受平臺面積及鉆井成本等的由于受平臺面積及鉆井成本等的限制一般首先選用整體式結構。同時井口裝限制一般首先選用整體式結構。同時井口裝置往功能多用化方向發展。如：高溫井口，置往功能多用化方向發展。如：高溫井口，最高溫度可高達最高溫度可高達370370，低溫井口，最低溫度，低溫井口，最低溫度可達到可達到-60-60，雙管井口裝置，采用雙油管采，雙管井口裝置，采用雙油管采油，可以對不同地層同時開采，水下井口裝油

12、，可以對不同地層同時開采，水下井口裝置，這種井口不是安裝在海底置，這種井口不是安裝在海底, ,而是在海水中而是在海水中, ,像自升式鉆井船一樣像自升式鉆井船一樣, ,用幾個樁腿支撐在海水用幾個樁腿支撐在海水中中, ,而在海底泥面上有一個簡單的關閉裝置。而在海底泥面上有一個簡單的關閉裝置。用這種井口裝置作業工藝較為簡單用這種井口裝置作業工藝較為簡單, ,且遇到井且遇到井涌時可以較安全地進行井口操作。涌時可以較安全地進行井口操作。 整體式采油樹發展趨勢發展趨勢 防火井口裝置防火井口裝置，特點是從油管四通的下卡箍直到上主閥共同，特點是從油管四通的下卡箍直到上主閥共同形成一個殼層形成一個殼層, ,在油

13、管掛在油管掛( (一直延伸到油管掛頸部一直延伸到油管掛頸部) )和主閥體之間和主閥體之間, ,在油管掛體和油管頭四通之間在油管掛體和油管頭四通之間, ,以及在油層套管掛和油管頭四通以及在油層套管掛和油管頭四通之間之間, ,均有金屬對金屬的防火密封。油管頭四通與防火環形閥做均有金屬對金屬的防火密封。油管頭四通與防火環形閥做成一個整體以減少連接件的數目。主截斷閥到油管頭四通以及油成一個整體以減少連接件的數目。主截斷閥到油管頭四通以及油管頭四通到套管頭四通間的連接均采用重型防火卡箍。這種卡箍管頭四通到套管頭四通間的連接均采用重型防火卡箍。這種卡箍具有厚壁結構具有厚壁結構, ,在著火時在著火時, ,可

14、起到可起到“冷源冷源”作用。螺栓組合凹入到作用。螺栓組合凹入到卡箍凸緣的螺孔內卡箍凸緣的螺孔內, ,這樣可避免溫度升高時這樣可避免溫度升高時, ,直接暴露在火焰中的直接暴露在火焰中的螺栓和螺帽的連接作用因著火而削弱。防火的上主閥和下主閥上螺栓和螺帽的連接作用因著火而削弱。防火的上主閥和下主閥上都包括一種易熔材料都包括一種易熔材料, ,這種易熔材料僅在規定的溫度時熔化。這種易熔材料僅在規定的溫度時熔化。 發展趨勢發展趨勢 水下采油樹水下采油樹 ，用于鉆井平臺或淺水浮動鉆井裝置，用于鉆井平臺或淺水浮動鉆井裝置, ,水深一般小水深一般小于于90m,90m,配有人井工具和修井工具配有人井工具和修井工具

15、, ,油管掛、井口及防噴器組無需定油管掛、井口及防噴器組無需定向向, ,鉆桿柱及油管上接立管無需專用的定向立管鉆桿柱及油管上接立管無需專用的定向立管, ,固定關閉環形單固定關閉環形單流閥無需電纜環形堵頭流閥無需電纜環形堵頭, ,組合式閥體使得連接增強組合式閥體使得連接增強, ,減少密封減少密封, ,生產生產管線連接及修井控制連接由操作工人進行管線連接及修井控制連接由操作工人進行, ,井口連接和閥門可進行井口連接和閥門可進行遠程液控系統操作。此外，對高腐蝕、高沖蝕的特殊工況，閥體遠程液控系統操作。此外，對高腐蝕、高沖蝕的特殊工況，閥體內部可鑲嵌一層極具抗腐蝕、抗沖蝕的特殊材料。隨著國內海上內部可

16、鑲嵌一層極具抗腐蝕、抗沖蝕的特殊材料。隨著國內海上油田的快速發展，國內在水下的井口裝置的生產能力不足，缺乏油田的快速發展，國內在水下的井口裝置的生產能力不足，缺乏競爭實力，應加大這方面的研制力度。競爭實力，應加大這方面的研制力度。本行業技術問題本行業技術問題 我廠自我廠自19641964年開始生產各類簡易井口，年開始生產各類簡易井口，19701970年正式生產年正式生產250250型采油井口，具有型采油井口，具有4040多年多年250250以下井口的設計和生產實踐經驗，以下井口的設計和生產實踐經驗，井口裝置生產數量曾占全國井口生產總量的一半以上。隨著各油井口裝置生產數量曾占全國井口生產總量的一

17、半以上。隨著各油田開采到了中后期，對老井口的需求也在逐漸萎縮。在田開采到了中后期，對老井口的需求也在逐漸萎縮。在20012001年，年，原總機械廠取得了井口原總機械廠取得了井口APIAPI許可證，在設計和加工生產方面積累許可證，在設計和加工生產方面積累了一些經驗。了一些經驗。20032003年開始，陸續出口年開始，陸續出口APIAPI標準井口，但只限于最標準井口，但只限于最低級別的井口；為滿足慶深氣田市場需求，設計開發了低級別的井口；為滿足慶深氣田市場需求，設計開發了70 70 MpaMpa高高壓防腐井口裝置（套管頭、油管頭）和高壓防腐采油（氣）樹，壓防腐井口裝置（套管頭、油管頭）和高壓防腐采

18、油（氣）樹，70 70 MpaMpa高壓節流、壓井管匯，和高壓節流、壓井管匯，和70 70 MpaMpa材料級別為材料級別為FFFF制造級別最制造級別最高為高為PSL3PSL3抗硫井口裝置樣機，使得我們的設計加工能力有所提高，抗硫井口裝置樣機，使得我們的設計加工能力有所提高，但只處于樣機試制階段，要批量生產但只處于樣機試制階段，要批量生產70 70 MpaMpa以上井口加工能力、以上井口加工能力、水平還遠遠不夠。水平還遠遠不夠。本行業技術問題本行業技術問題 對于多數含硫化氫中等濃度、高濃度二氧化碳、及硫化氫和對于多數含硫化氫中等濃度、高濃度二氧化碳、及硫化氫和二氧化碳共存的井況、低溫含硫井況、

19、高溫熱采含硫井況，我們二氧化碳共存的井況、低溫含硫井況、高溫熱采含硫井況，我們沒有這方面的設計和生產加工經驗，氣井沒有氣密試驗裝置做質沒有這方面的設計和生產加工經驗，氣井沒有氣密試驗裝置做質量保證，只能放棄訂單，同時，量保證，只能放棄訂單，同時，3535MpaMpa以下的井口裝置，大多采用以下的井口裝置，大多采用手工木模鑄造，鑄造水平和能力非常有限，表面質量不好，鑄造手工木模鑄造，鑄造水平和能力非常有限，表面質量不好，鑄造缺陷較多；套管卡瓦的缺陷較多；套管卡瓦的C-NC-N共滲和后序線切割、閘板閥座表面處理共滲和后序線切割、閘板閥座表面處理高頻或氮化還需要外協；高頻或氮化還需要外協；3535M

20、paMpa以上的井口裝置，多數采用自由鍛以上的井口裝置，多數采用自由鍛造，使得毛胚肥頭大耳，增加了大量的機械加工時間，成本增加。造，使得毛胚肥頭大耳，增加了大量的機械加工時間，成本增加。 本行業技術問題本行業技術問題 對閥體關鍵零部件閘板、閥座表面處理技術上，多數采用手工噴焊對閥體關鍵零部件閘板、閥座表面處理技術上，多數采用手工噴焊技術，技術不夠穩定，工人勞動強度大，效率低，材料的熱處理技術還技術，技術不夠穩定，工人勞動強度大，效率低，材料的熱處理技術還需加強，尤其是特殊工況的特殊材料的熱處理還需加快研究；井口裝置需加強，尤其是特殊工況的特殊材料的熱處理還需加快研究；井口裝置所需的金屬材料和非

21、金屬材料能否在高溫下或低溫下可靠工作，缺少基所需的金屬材料和非金屬材料能否在高溫下或低溫下可靠工作，缺少基礎實驗數據和最終型式試驗手段。尤其是高級別井口的材料熱處理問題、礎實驗數據和最終型式試驗手段。尤其是高級別井口的材料熱處理問題、閘板和閥座表面噴焊問題我們才開始探索，距國外生產出壓力高達閘板和閥座表面噴焊問題我們才開始探索，距國外生產出壓力高達140140MpaMpa、最高材料級別為、最高材料級別為HHHH，產品規范級為，產品規范級為PSL4,PSL4,的陸地和海洋用井口裝的陸地和海洋用井口裝置及閥體腔體噴焊特殊耐磨材料等技術還差距甚遠。雖然，目前國內對置及閥體腔體噴焊特殊耐磨材料等技術還

22、差距甚遠。雖然，目前國內對抗硫化氫腐蝕有所研究，但實驗手段還需完善，尤其是模擬工況實驗，抗硫化氫腐蝕有所研究，但實驗手段還需完善，尤其是模擬工況實驗，對二氧化碳腐蝕的研究還較少，特別是高含量二氧化碳腐蝕及與硫化氫對二氧化碳腐蝕的研究還較少，特別是高含量二氧化碳腐蝕及與硫化氫共存井況。共存井況。技術主攻方向和研究課題技術主攻方向和研究課題 材料研究方面材料研究方面 研究耐高溫工況和耐低溫工況以及含硫化氫中等濃度、研究耐高溫工況和耐低溫工況以及含硫化氫中等濃度、高濃度二氧化碳、及硫化氫和二氧化碳共存的井況的金屬和高濃度二氧化碳、及硫化氫和二氧化碳共存的井況的金屬和非金屬材料，尤其是特殊金屬材料和在

23、特殊工況條件下的熱非金屬材料，尤其是特殊金屬材料和在特殊工況條件下的熱處理工藝的研究，提高材料的防腐性能，來滿足特殊工況條處理工藝的研究，提高材料的防腐性能，來滿足特殊工況條件的使用要求。件的使用要求。 技術主攻方向和研究課題技術主攻方向和研究課題結構型式方面結構型式方面 閘閥系列重點研究暗桿閥的結構型式，使閘閥系列重點研究暗桿閥的結構型式，使其密封性能好，有自動補償功能，減小開關其密封性能好，有自動補償功能，減小開關力矩，同時開發規格為力矩，同時開發規格為5 5-9-9的平板閥，密的平板閥，密封處盡可能采用全金屬密封。封處盡可能采用全金屬密封。井口和采油樹方面研究單油管電潛泵井口井口和采油樹

24、方面研究單油管電潛泵井口裝置、雙油管井口裝置及雙通徑的整體式采裝置、雙油管井口裝置及雙通徑的整體式采油樹和整體套管頭，重點是結構緊湊、重量油樹和整體套管頭，重點是結構緊湊、重量輕、性能好、功能全、能實現智能控制，可輕、性能好、功能全、能實現智能控制，可以對開、關井所需要的各種功能、狀態實時以對開、關井所需要的各種功能、狀態實時自動監控，在壓力高、低超出規定范圍、現自動監控，在壓力高、低超出規定范圍、現場起火或有害氣體泄漏時可實現自動緊急關場起火或有害氣體泄漏時可實現自動緊急關井等多功能方向發展。井等多功能方向發展。雙通徑整體式采油樹技術主攻方向和研究課題技術主攻方向和研究課題 在油管掛上研制一種特殊的螺紋，并研在油管掛上研制一種特殊的螺紋，并研究結構緊湊、密封可靠、帶有特殊背壓螺紋究結構緊湊、密封可靠、帶有特殊背壓螺紋的單向閥，在必要時，可將背壓閥安裝