第三章 井口装置
第二章第3节井口装置（1）
第三节井口装置一、钢丝试井防喷装置在进行自喷井的机械式压力计和温度计测试或其他用钢丝下井的工具串施工时，例如高压物性取样，探液面等，作为压力的缓冲区和仪器通过井口的过渡区。
结构见图2－66。
（一）防喷管1.普通防喷管（1）结构（图2－66）（2）特点普通防喷管连接在自喷井采油树上方，清蜡闸门以上。
下端的螺纹10一般采用普通油管锥扣螺纹10一般采用普通油管锥扣螺纹。
平台2为一用角钢纹板制作的平台，供井口操作员站立在上面工作。
与防喷管结合部位有用卡箍和螺栓固定的，也有用插销固定的。
防喷管8常用普通油管或外加油管制作，材料为无缝钢管，长度可根据需要选用，一般制成2.0m或2.5m。
另外配备0.5m和1.0m的短节来作为加长调节。
绷绳环7用来固定拉向地面的绷绳，防止防喷管被拉倒。
特别在不使用地滑轮时，绷绳更为重要。
2.由壬连接的防喷管（1）结构（图2－67）（2）特点这种防喷管结构上的特点是：不用借助专门的工具即可连接、拆卸，密封性好。
由壬盖与由壬头之间，采用梯形螺纹。
必要时可以用一个专门的钩搬手，插入销孔6，压紧由壬，增加两节之间的稳定性。
搬运时加盖护盖。
防喷管在具体制作上又有几种不同形式。
见图2－68。
图中a类为较轻型的一种结构，价格也较便宜，防喷管体采用一般油管，两端用油管扣与由壬头和由壬密封头连接。
用磁粉探伤检查并进行水压试验。
b类为焊接结构，壁厚较a类为大，由壬结构相同。
对焊缝进行X射线探伤检查，并进行磁粉检验和水压试验。
c类为梯形扣连接，连接部位采用金属接触和胶圈双重密封，检验方法同a类。
d类为重型结构，防喷管与由壬头、由壬密封头及放空接头均做成一体，不论从耐压太刚性性能看，均较前几种要好。
以上几种结构根据生产公司的不同而又有所差异，例如有的由壬密封圈槽做在由壬头内壁上，如图2－69所示。
防喷管（包括由壬）在35MPa耐压范围时，公称直径，内径和外径的一般序列参见表2－16。
图2－66 钢丝试井防喷装置结构示意图图2－67 由壬连接防喷管典型结构图图2－68 不同结构的由壬连接防喷管图2－69 密封圈在内的壁的由壬在70MPa到140MPa，常做成1.0~2.5m之间。
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。
石油与天然气钻井井控规定
石油与天然气钻井井控规定石油与天然气钻井井控规定第一章总则第一条：井控技术是保证石油天然气钻井作业安全的基础技术,做好井控工作, 既有利于发现和保护油气层,以可防止井喷和着火事故的发生.第二条：井喷失控是钻井工程中性质严重,损失巨大的灾难性事故.一但发生井喷失控,将使油气资源受到严重破坏,还易酿成火灾,造成人员伤亡,设备毁坏,油气井报废,自然环境污染,第三条：井控工作是一项要求严密的系统工程,涉及勘探,开发 ,钻井,技术监督,安全,环保,物资,装备,培训等部门,必须十分重视,各项工作必须有组织地协调进行.第四条：井控工作包括井控设计,井控装置,钻开油气前的准备工作,钻开油气层井控作业防火,防爆,防硫化氢安全措施,井喷失控的处理, 井控技术培训和井控管理制度等八个方面.第五条：本细则是为贯彻集团公司《石油与天然气钻井井控规定》而制定的，凡在新疆油田进行作业的相关单位都必须按此细则执行。
第六条：本细则井控设计、井控装置、钻开油（气）层前的准备工作、钻开油（气）层井控作业等部分，未全面考虑欠平衡钻井作业。
欠平衡钻井作业中的特殊井控技术和管理，由其钻井工程设计作详细规定。
第二章井控设计第七条：井控设计是钻井,地质工程设计中的重要组成部分,包括以下主要内容:一．满足井控安全的钻前工程及合理的井场布置。
参照执行Q/CNPC—XJ 0281—1999《钻井井场设备布置技术要求》规定的井场面积与设备布置。
二、钻井地质设计中应有：全井段的地层压力梯度，地层破裂压力梯度（预探井除外），注采井分层动态压力数据以及浅气层、邻近井资料；区域探井和重点探井设计时应安排地震测井（VSP）。
三、适合地层特性和满足井控要求的钻井液类型和密度，合理的加重钻井液、加重剂和其它处理剂储备。
（预探井或外甩井、无取芯和岩屑资料，可选用地面露头岩样分析，以获得钻井液设计的基础资料。
）四、合理的井身结构。
五、满足井控作业安全的各次开钻井控装备六、有针对性的井控技术措施。
石油大学本科《石油工程》第三章-井眼轨道设计与控制【2024版】
增斜段
最大井斜角
αmax
降斜段 3) 造斜率（Ｒｂ）:造斜工 具的造斜能力,即该造斜工
直井段 具所钻出的井段的井眼曲率。
斜井深
水平位移
4) 造(增)斜段:井斜角随井
井身在垂直平面内的投影
第五章 第一节 井眼轨道设计的原则和方法
5) 稳斜段:井斜角保持不变的井段。 6) 降斜段: 7) 目标点:设计规定的、必须钻达的地层位置，通常以 地面井口为坐标原点的空间坐标系的坐标值来表示。 8) 靶区及靶区半径（ｒｔ）:包含目标点在内的一个区域 称为靶区。在大斜度井和水平井中，靶区为包含设计井眼
水平位移增量ΔSh (m):
ΔShab =R1(1-cos αm )=206.03
c
水平位移Sh(m):
j i
f
Shb = ΔShab = 206.03 段长Δl(m):
R2
αe
Δlab= R1αm /57.3=607.65
第五章
h
α m o2
αe
ShSo h
g
e She
井深Dw(m) :
t Dwb = Dwa + Δlab =1007.65
α
m
c
水平位移增量ΔSh (m): ΔShbc = ΔDbc tgαm=988.32
j
f
水平位移Sh(m):
i
R2
αe
Shc = Shb + ΔShbc = 1194.35 段长Δl(m):
第五章
h
α m o2
αe
ShSo h
g
e She
Δlbc= ΔShbc /sin
t 井深Dw(m) ：
αm
=1521.47
钻井井控实施细则新版3-5章
钻井井控实施细则新版3-5章第三章井控装置的安装、试压和使用第十九条井控装置的安装（一）井口装置1.防溢管一律采用两半式法兰密封连接。
其直径应比所用套管加大一级，管内不应有台肩。
2.防喷器每次安装完毕后，应校正井口、转盘、天车中心线，其偏差不大于10mm。
用直径16mm钢丝绳和正反螺丝在井架底座的对角线上固定绷紧。
3.具有手动锁紧机构的闸板防喷器应安装手动操作杆，靠手轮端应支撑牢固，操作杆中心线与锁紧轴之间的夹角不大于30°，挂牌标明开、关方向和圈数。
手轮离地高度超过2m，其下方应安装操作台。
4.安装完后，绘制井口装置示意图，图中应标注各半封闸板和剪切闸板距转盘面的距离。
5.远程控制台（1）安装在面对井架大门左侧、距井口不少于25m的专用活动房内，距放喷管线应有1m以上距离，10m范围内不应堆放易燃、易爆、腐蚀物品。
（2）控制管汇安放并固定在管排架内，管排架与放喷管线应有一定的距离，车辆跨越处应装过桥盖板，不应在管排架上堆放杂物和以其作为电焊接地线或在其上进行焊割作业。
（3）总气源应与司钻控制台气源分开连接，并配置气源排水分离器，不应强行弯曲和压折气管束，气源压力保持在0.65MPa～1.00MPa。
（4）电源应从总配电板处直接引出，用单独的开关控制，并有标识。
（5）非工作状态下，液压油油面距油箱顶面200mm；工作状态下，液压油油面距油箱底面不小于200mm。
气囊充氮压力7.0MPa±0.7MPa。
（6）蓄能器压力17.5MPa～21.0MPa，环形防喷器压力8.5MPa～10.5MPa，管汇压力10.5MPa±1.0MPa，并始终处于工作压力状态。
（7）各控制阀的操作手柄应处于与控制对象工作状态相一致的位置。
控制剪切闸板的三位四通阀应安装防误操作的防护罩和定位销，控制全封闸板的三位四通阀应安装防误操作的防护罩。
（8）半封闸板防喷器的控制液路上均应安装防提安全装置，其气路与防碰天车气路并联。
采油工程第三章有杆泵采油13
二、抽油泵
抽油泵是有杆泵抽油 系统中的主要设备
1、泵的结构
泵筒
四大部分
吸入阀(固定阀) 活塞
排出阀(游动阀)
2、泵的类型
第二节 抽油机悬点运动规律 运动规律：位移 S、速度 v 、加速度 a 的变化规律
悬点：抽油杆通过悬绳器及毛辫子连接在驴头上的
悬挂点。
固定杆：游梁支点与
四 曲柄轴中心的连线 连 杆 机 构 游动杆：曲柄、连杆
、游梁后臂
悬点运动可以简化为简谐运动和曲柄滑块运动
一、简化为简谐运动时的悬点运动规律
条件： r/l→0 r/b→0
3.加重杆
抽油杆柱在向下运动时，由于阻力和浮力作用，抽油杆发生 弯曲，为改善抽油杆柱的工作状况，延长抽油杆柱的工作 寿命，采用在泵以上几十米的杆柱直径加粗，称为加重杆。 加重杆的结构如图所示，是两端带抽油杆螺纹的实心圆钢杆， 一端车有吊卡颈和打捞颈，杆身直径有Φ35、Φ38、Φ51 mm 三种。
4、悬绳器 悬绳器是连接光杆与毛辫子的工具。悬绳器在抽油机工 作时，承担整个工作载荷，在测示功图时安装测试传感器。
点B的运动可以看 作简谐运动，即认为B 点的运动规律和D点做 圆周运动时在垂直中 心线上的投影（C点） 的运动规律相同，即B 点和C点的运动规律相 同。
驴头在下死点 曲柄垂直向上
0C
B点经过时间t时的位移 sB 为：
sB sC r r cos r(1 cos )
根据相似三角形关系可知，悬点位移
1—天车滑轮；2—上钢丝绳；3—上链轮；4— 往返架；5—特殊链节；6—轨迹链条； 7—主动链轮；8—减速箱；9—皮带传动； 10—电机；11—平衡气缸；12—平衡柱塞； 13—平衡链条；14—平衡链轮；15—油底壳； 16—底座；17—机架；18—导轨； 19—滑块；20—主轴销；21—悬绳器；22—光 杆
海洋钻井装置与工艺(3海洋钻井工艺)
• 在水泥凝固后，再次开钻 前，先用专用下入工具下 入抗磨补心。抗磨补心是 用来保护套管头内部锥面 免受钻进时钻头、钻柱的 碰撞而造成损坏。
抗磨补心
第四步，钻下一层技术套管井眼
• 技术套管的层数也是根据地层压力和地层破裂压力 梯度来决定，只是在各层套管结构和尺寸上，要精 心设计。
• 因为井身结构一旦选定，各层套管的附属设备（如 套管头、抗磨补心、密封总成等）和下入工具都是 配套使用，各尺寸间不能减少和超越。
• 永久导向架上的导引绳一端固定于导向架 上，另一端将在平台上被恒张力的导引绳 张紧。不论平台如何升沉，导引绳总是处 于张紧状态。
9
第二步是钻26英寸直径井眼
• 第二步是钻26英寸直径井眼，下20英寸直 径套管。这层套管的作用是用来封隔海底 胶结性很差的地层，通常下至泥线以下大 约300米。
• 在钻20英寸直径套管的井眼时，要求使用 隔水管和一套分离器。用钻井液或海水钻 井，但钻井液或海水必须返到平台上，这 样做的目的是防止万一碰到浅气层时，可 以对其实施控制。
10
• 如果表层段有浅气层，则较为复杂。由于此时还 没有表层套管，所以无法安装防喷器系统，钻进 浅气层是在没有防喷器情况下进行，具有一定的 危险性。
• 所以必须要有隔水管系统，能够进行循环，将地 层流体有控制地引导到平台上进行处理。在隔水 管的顶部要安装“旋转防喷器”，实际上是一个 可进行边喷边转的防喷器。
12
• 在等待水泥凝固期间，组装并连 接好水下防喷器组（BOP）和隔 水导管下入并连接到套管头上。
• 下入过程中，切记将连接在隔水 管柱上的防喷器不应该关闭，这 与常规下套管（陆上）时向套管 柱里灌泥浆的原理相似。
海底
第三步，钻l7 1/2英寸直径的井眼
第三章__修井设备及工具
井架
井架的使用要求 井架的承受载荷是有限的，因此作业中应根据施工的负荷选择适 当型号的井架，不容许超负荷使用井架，以防止造成井架变形、 拉倒事现 井架天车应按期加注润滑油，保持天车轮运转正常，如天车轮转 不动，则应更换后再使用。 井架各连接处应按期检查，必须牢固可靠。井架体不准有腐蚀或 变形。 井架绷绳位置符合要求，绷绳牢固可靠，松紧调整适当，各绷绳 受力均匀，井架稳固。应注意在吊升大负荷时，两腿前倾斜井 架不仅要加大向前倾斜，而且还将使井架产生一定的弯曲变形， 这时的侧向应力在井架中部最大，因比在提升大负荷前，应将 井架后第二道绷绳适当调松一些，以防在井架受力前倾、弯曲 时造成井架（压杆）稳定性破坏。
LOWER STABILIZER JACKS
LEVEL RIG
RAISE MAST
LT O—350型修井机
这是一种钻与修两用的修 井动力设备。其特点是 负荷大，机械化程度高。 但其传动结构复杂，维 修保养要求严格。因此， 要想使此设备在修井机 作业中发挥作用，要求 操作者必须全面了解设 备结构原理、各种参数 及一般性能、常见故障 处理和简单维修保养知 识，并熟记作业中的操 作规程和具体规定，才 能充分利用此种设备。
LT O—350型修井机
设备参数 ①大钩负荷：（在6股绳的情况下）额定负荷为 90 t； ②修井深度：3650m， ③钻井深度：1800m； ④大修作业深度：300m（指解卡、钻磨等）； ⑤打捞深度：4400 m； ⑥外形尺寸：长X宽X高：17m X 2．5 m X4.2m； ⑦总重量：37 t； ⑧适用温度：一40℃一57℃（当一20℃以下时不 能起放井架）。
பைடு நூலகம்、海上修井机具
海上修井机 分为：
1）普通平台修井机 2）与辅助船配合使用的修井机 3）修井船 A、装有液压起下装置的自升式修井船 B、装有软管修井机的修井船
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⑷表层套管用法兰与套管头下法兰
连接，油层套管用丝扣与套管头内
丝扣连接。
第三章 井口装置
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）
油嘴是节流元件，通过调换不同孔眼直径 的油嘴，来控制油井的合理生产压差，油嘴是 用高碳合金钢经热处理制成的。孔眼直径有从 2-20mm多种，每差0.5mm为一等级。
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。
4、法兰、钢圈 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 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。
法兰式 连接
350高压自喷井井口
1.套管头 ⑴位置 套管头在井口装置的下端，是连接
套管和各种井口装置的一种部件。
⑵组成：套管头由本体、套管悬
挂器和密封组件组成。
⑶作用： 用以支持技术套管和油
层套管的重力，密封各层套管间的 环形空间，为安装防喷器、油管头 和采油树等上部井口装置提供过渡 连接。
图2-2 单级套管头示意图 1－油管头本体；2－套 管头本体；3－套管悬挂 器 4—油层套管 5—表 层套管
1）光杆密封器
光杆密封器
1—主体；2—密封胶皮；3—芯子；4—丝杆；5—密封盒；
6、11—密封胶皮；7、12—压盖；8、13一密封胶皮压帽； 9—紫铜垫圈；10—导向螺钉
2）悬绳器
悬绳器
悬绳器
作用：连接光杆和 驴头，承受抽油时 的工作载荷； 为动力仪测示功图 时提供光杆载荷。
悬绳器结构图 1－垫板；2－销；3－内套管；4－下盘；5－顶 丝；6－弹簧圈；7－钢丝紧固器；8－上盘； 9－钢丝绳；10－特制螺帽；11－光杆紧固器； 12－弹簧圈
1、阀门
2、油管四通和三通 3、节流阀 4、螺栓、螺母 5、法兰、钢圈 6、采油树帽
1、井口阀门
井口所用阀门有平行板阀门和斜楔阀门。
连接方式分为螺纹式、法兰式和卡箍式三种。
2、三通、四通
3、节流阀
节流器是用来控制产量的部件，型号表示方 法与井口阀相同。有固定式和可调式两种。 连接形式有卡箍、法兰和螺纹等方式。 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。
2.油管头 ⑴位置：油管头装在套管头的上面，它包括
油管悬挂器和套管四通。
⑵.油管悬挂器的作用是悬挂井内油
管柱，密封油管与油层套管间的环形 空间； ⑶油管四通的作用是进行正、反循环
洗井，观察套管压力以及通过油、套
环形空间进行各项作业。
图2-3油管头示意图
1－套管四通；2－盘根； 3－顶丝法兰盘； 4－油管悬挂器； 5-顶丝；6-钢圈
第二节 采油树管汇及配件
一、自喷采油树管汇及配件
CYb—250S723型采油树及油管头 3一套管头顶法兰： 4一油管头大四通； 5一卡箍短节 10一采油树底法兰； 13一节流器； 14一小四通； 15一压力表； 16一弯接头； 17一压力表截止阀； 18一接头
采油树的相关部件
采油树的相关部件
4—清蜡阀门； 6—四通： 7—油嘴套： 8—套管阀门； 9—油管头四通； 10—套管头顶法兰；
12—油管挂：
14—双孔阀； 15—生产阀门
二、抽油井采油树及油管头
1—密封盒； 2—胶皮阀门； 3—生产阀门； 4—油压表； 5—套管阀门； 6—套压表； 7—三通； 8—油管头上法兰； 9—油管头； l0—温度计
第三章 井口装置与维护保养
石油工程系 刘世恩
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。主要由套管头、油管头和采油树本体三部分组成。
采油树
油管头 套管头 图2-1 井口装置示意图
连接方式：螺纹式、法兰式、卡箍式
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。
1－油管；2－顶丝法兰盘；3－油管悬挂器； 4－盘根；5－顶丝；
3.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 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。 ① 总闸门，控制油、气流入采 油树的主要通道。 ② 生产闸门，控制油气流向出 油管线。 ③ 清蜡闸门，上面可连接清蜡 防喷管等。 ④ 节流器，控制自喷井的产量。 ⑤ 小四通 连接部件
主要部件是油管头四通体和油管悬挂器
油管头四通体
最常见的组合方式—锥形油管挂+普 通油管四通，简单实用、维护方便。
其他类型油管头
⑷顶丝法兰盘装在套管四通上，油管挂坐在顶丝法兰的
座上，并起到挤压盘根密封油、套环形空间的作用，同时 起到卡住油管，防止井内压力太高时将油管柱顶出的作用。
图2-4 顶丝法兰盘悬挂油管示意图
3）方卡子
4）密封圈
井架密封圈
3、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。
图8—87 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
钢圈是用于API 法兰连接的密封元件。
5）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。
其他自喷井采油树——掺水型
双管采油树
1—防喷管；
2—高压油壬；