第三章 井口装置简

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。

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)。

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。

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。

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。

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。

1）光杆

光杆是将抽油机的往复运动传递给抽油杆的重要部件，上部通过光杆卡子和悬绳器与抽油机连接，下部通过光杆接箍与抽油杆连接，在抽油机的带动下在光杆密封盒内作往复运动。

2）抽油杆

抽油杆是有杆抽油设备的重要部件。由抽油杆和过渡接箍等组合而成的抽油杆柱的上端经光杆与抽油机驴头相连接，下端与抽油泵柱塞相连接，其作用是将地面抽油机驴头悬点的往复运动传给抽油泵柱塞，从而达到抽汲地下原油的目的。

抽油杆分为常规抽油杆和特种抽油杆两大类，井口抽油杆短节一般是常规抽油杆。

在我国，抽油杆已经标准化，标准规定的抽油杆型号表示方法为：

(2)空心抽油杆。

空心抽油杆除承担常规抽油杆的工作任务传递动力外，还可通过其内孔向井内注入各种药剂或热载体，以降低原油粘度、控制油井结蜡；同时，内孔也可以作为井液出井通道，这时井液的流速较高，携带砂粒和机械杂质的能力增强。因此，空心抽油杆特别适用于稠油井、含砂井和需要连续注入介质的抽油井。

2、抽油机悬绳器

抽油机悬绳器上接钢丝绳，下接光杆，是用于保证光杆在工作过程中处于中心位置，使抽油杆的运动始终与驴头弧面保持相切的柔性传动件。其结构如下图所示。

3、抽油井光杆密封器

抽油井口光杆密封器是一种在保证光杆能在其中作上、下往复运动的同时，密封油管与光杆环形空间的井口动密封装置，起防止原油泄漏的作用。

4、节流阀

节流器是用来控制产量的部件。有固定式和可调式两种。

1）固定式节流器

固定式节流器用于油井(采油树)上，有加热式和非加热式两种。非加热式节流器如下图所示。固定式节流阀通过更换内部的固定孔径元件——油嘴，达到控制流量的目的。

2）可调式节流器

可调式节流器(针阀)一段用于气井(采气树)上，调节开关大小可控制流量。可调式节流器属针阀，有手动和液动两种。下图是手动可调节流器，有一个从外部控制节流面积的孔和一个对应的指示机构。

5、三通和四通

6、法兰

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。

7、钢圈

钢圈是用于法兰连接的密封元件。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——RHB83

注意事项：

①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.

②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。

8、采油树帽

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。

9、抽油杆防脱扣装置（作用）

抽油杆柱在上、下往复运动过程中，由于井斜所造成

的油管安装中心与抽油杆柱重力方向不一致，使抽油泵柱

塞和抽油杆柱受到附加扭矩的作用，由于抽油杆柱运动方

向的变化，这一附加扭矩的方向也随之发生改变，这个方

向变化的扭矩形成了对抽油杆柱连接螺纹的旋松力矩。同

时，由于抽油杆柱所受到的冲击载荷，以及抽油杆制造误

差所致的螺纹轴线与台肩端面垂直度和抽油杆柱组装时

的预紧力不足，从而使得抽油杆柱的防脱能力大大降低。

基于以上原因，在采油生产中频繁出现抽油杆脱扣事故。

为此，专门为防止抽油杆在工作过程中螺纹松扣的工具

抽油杆防脱扣器。

如下图所示为目前通常使用的抽油杆防脱扣器。由图

可见，中心轴和壳体分别与抽油杆柱的两部分连接，中心

管与壳体间通过止推轴承可以发生相对转动，当抽油杆柱

附加扭矩大于防脱器转动扭矩时，中心管或壳体转动，

便消除了附加扭矩，避免抽油杆脱扣现象的发生。

10、抽油井光杆方卡

抽油井光杆方卡靠牙片卡定在光杆的适

应位置，通过悬绳器使光杆悬挂和承受抽油

杆柱的负荷。

第三节采油树管汇及阀门

一、采油树管汇

1、自喷井采油树及油管头

自喷井采油树及油管头是油井投入工业性生产，用以控制依靠天然能量生产的井的重要

组成部分。

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）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、密封油管和套管环形空间、密封光杆并起控制油井生产作用。

光杆密封器装在油管三通的顶端。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。

2）电动潜油泵井采油树及油管头

电动潜油泵井采油树及油管头与常规自喷井的采油树及油管头大同小异，只是增加了能密封入井电缆引出线和隔开油套环形空间的专用采油气井口控制设备。各厂家采用不同的方法来密封井口与电缆引出线。一般为穿膛式或侧开式两种。

3、采气井采油树及油管头

4、注水井采油树

注水井采油树及油管头

1—油管洗井阀门；2—油管注水阀门；3—套管洗井阀门；4—套管注承阀门；5—总阀门；6—测试阀门；7—回水阀门；8—套压表；9—注水压力表

3）楔型阀常见故障及处理方法

（1）阀门操作力矩较大

故障原因：由于楔型阀结构的特殊性，造成故障的原因可能是阀杆与填料接触部位毛刺或传动部位被异物卡阻，再有就是可能阀杆弯曲。

处理方法：检查有可能产生故障的部位；清除毛刺，添加润滑脂或者更换阀杆。

（2）阀杆密封填料泄漏

故障原因：由于阀杆使用时间长或因介质腐蚀性强而严重被腐蚀造成泄漏，再有就是填料压缩量不足或磨损。

处理方法：检查有可能产生故障的部位；查清故障原因，更换阀杆或增加、更换填料。