抗硫采油气井口装置

石油工业井控装置质量监督检验中心 2006年 11月 抗硫采油 (气 ) 井口装置 一、什么是抗硫采油 (气 )井口装置： 抗硫采油 (气 )井口装置是在完井以后，用于控制油 (气 ) 井的流量和井口压力，开、关以及井下作业时进行井口操 作用的装置（见图 1）。抗硫采油 (气 )井口装置各阀编号 有顺时针编号，也有逆时针编号，各厂不通，图 1所示编 号为顺时针编号。 图 1 抗硫采油 (气 )井口装置 法 兰 式 平 行 闸 阀 油 管 挂 试 压 阀 顶 丝 上 法 兰 油 管 头 T 形 截 止 阀 采 油 树 油 管 头 压 力 表 Y 形 截 止 阀 2 0 0 ( 或 7 ) B T 密 封 注 脂 阀 可 调 式 节 流 阀 ( 或 固 定 节 流 阀 ) 小 四 通 1 0 号 阀 9 号 阀 7 号 阀 8 号 阀 1 1 号 阀 4 号 阀 1 号 阀 2 号 阀 5 号 阀 3 号 阀 6 号 阀 图 1 抗硫采油 (气 )井口装置 二 、 抗硫采油 (气 )井口装置的用途 、 特点及分类： 1.用途： 抗硫采油 (气 )井口装置用于自喷油 （ 气 ） 井 ， 既能 作为生产井口 ， 也能作为压裂 、 酸化及其它作业时的 井口 。 2.特点： a.与油管连接采用螺纹连接 ， 悬挂油管既快速又方便； b.油管挂采用橡胶复合密封结构 ， 还可使用金属密封 ， 増强了产品的密封性能； c.设计有防磨套及试压取出工具 ， 方便防磨套的取出 和对井口装置进行试压； d.上法兰设计有试压、二次注脂装置； e.采油树主阀和油管头侧翼阀门设计为两只阀门 ， 增大 了抗硫采油 (气 )井口装置的保险安全性 。 3.分类：按不同的使用进行分类 （ 见表 1） 2.3 分类：按不同的使用进行分类（见表 1） 表 1 采油 (气 )井口装置及代号 序 号 产 品 名 称 代 号 1 抗硫采油 (气 )井口装置 采油井口装置 KY 采气井口装置 KQ 2 其它井口装置 注水井口装置 KZ 热采井口装置 KR 试油井口装置 KS 压裂酸化井口装置 KL 3 油管头 采油井口装置油管头 YY 采气井口装置油管头 QY 4 采油 (气 )树 采油树 YS 采气树 QS 三、抗硫采油 (气 )井口装置设计、制造和检验的相关 标准： 1 .抗硫采油 (气 )井口装置设计制造执行中华人民共和 国天然气行业标准 SY/T5127-2002 井口装置和采 油树规范 和美国石油学会出版的 API spec 6A 第十九版 井口装置和采油树设备规范 ； 2 .在进行抗硫采油 (气 )井口装置检验时 ,执行中华人民 共和国天然气行业标准 SY/T5127-2002 井口装置 和采油树规范 和美国石油学会出版的 API spec 6A 第十九版 井口装置和采油树设备规范 ； 四、 抗硫采油 (气 )井口装置的型号表示法及型号： 1 .型号表示法 : 例： KQ65-70抗硫采油 (气 )井口装置 K Q 65 70 压力 70MPa 通径 65mm 采气 抗硫 4.2 型号（常用产品）： KQ65-21 （ KQ 2 9/16 2 9/16-3,000psi ） KQ65-35 （ KQ 2 9/16 2 9/16-5,000psi ） KQ65-70 （ KQ 2 9/16 2 9/16-10,000psi ） KQ65-105 （ KQ 2 9/16 2 9/16-15,000psi ） KQ78 65-70 （ KQ 3 1/16 2 9/16-10,000psi ） KQ78 65-105 （ KQ 3 1/16 2 9/16-15,000psi ） 抗硫采油 (气 )井口装置零件或部件的额定工作压 力应按其端部或出口连接的额定工作压力确定。当 端部或出口连接的额定工作压力不同时，应按其较 小的额定工作压力来确定。 抗硫采油 (气 )井口装置额定工作压力分为 14MPa、 21MPa、 35MPa、 70MPa、 105MPa、 140MPa六种压 力级别。 五、抗硫采油 (气 )井口装置的用途、结构及密封工作 原理： 采油 (气 )井口装置由油管头和采油树组成。 1. 油管头的用途、 结构及 密封 工作原理 ： 油管头密封形式可分为橡胶密封（图 2），橡胶、金 属复合密封（图 3）； a. 油管头的用途： 油管头安装在最上层套管头的顶部或最小套管柱上的 部件 ， 用来悬挂油管和密封油管与套管的环形空间 。 b. 油管头的 结构： 油管头由四通 、 油管悬挂器 、 顶丝总成 、 法兰式平行 闸阀 、 连接件 、 压力显示机构等组成 。 c. 油管头的密封 工作原理 ： . 橡胶密封的油管头 （ 见图 2） 的上密封由上法兰 、 O形 橡胶密封圈 、 油管悬挂器 、 矩形夹布橡胶密封圈 、 油 管头本体构成； 油管头下密封由油管头本体 、 BT形橡胶密封圈 、 套 管悬挂器 、 燕尾形橡胶密封圈 、 套管头本体构成； 油管头四通下法兰有 200（或 7“） BT密封及相应的 注脂或试压孔，使用时必须从注脂阀注入高压密封脂， 方能使 BT密封起作用。若密封出现渗漏，应从注脂阀 和试压阀分别注入密封脂，使密封继续生效。注脂压 力不超过该法兰额定工作压力；如密封套管，则不超 过该套管的额定许用挤毁压力。压力试压孔用于套管 悬挂器外密封试验。 油管头四通内腔下部有与 7 （或 5 1/2）套管悬挂 器或是 7“套管相匹配的密封面。 上法兰上有顶丝，用于锁定 7防磨套（保护密封 面），在座入油管悬挂器后，又能将油管悬挂器锁定。 若顶丝处出现渗漏，可拧紧压帽，使密封生效。 油管头四通两侧口法兰 ， 油管头四通侧口通径为 55， 设计有 ZG 2螺纹 ， 一端接平板阀 ， 另一端接平板阀 、 丝扣法兰 、 接头 、 截止阀及压力表 ， 经压力表可观察 套管与油管之间的环空压力 。 图 2 橡胶密封的油管头 . 橡胶 、 金属密封的油管头 （ 见图 3） 上密封由上法 兰 、 O形橡胶密封圈 、 上金属密封环 、 调节环 、 油管 悬挂器 、 下金属密封环组件 、 油管头本体构成； 油管头下密封由油管头本体 、 BT形橡胶密封圈 、 套 管金属密封环 、 套管悬挂器 、 套管头本体构成； 橡胶 、 金属密封的油管头橡胶部分的工作原理与橡胶 密封的油管头相同 。 油管悬挂器的上金属密封环是在安装上法兰前，通 过测量上金属密封环在上法兰孔中的位置尺寸，再确 定装调节环的厚度，使调节环在上法兰孔中冒出一定 的过盈量。在上法兰与油管头四通连接时，通过油管 头四通压缩调节环，使上金属密封环变形， 从而达到 密封油管悬挂器的作用。 油管悬挂器的下金属密封环的密封原理，是通过金 属密封环和油管头四通、油管悬挂器的设计，保证各 零件的几何尺寸，利用顶丝上的 45 锥面旋转，使油 管悬挂器下行，最终使金属密封环组件变形，从而达 到密封油管挂器的作用。 油管头四通下法兰密封套管的金属密封与油管悬挂 器的上金属密封密封原理相同。 油管头两翼平板阀为 2、 3、 5、 6号阀，在使用过程 中，一般使用单翼，单翼通道上平板阀有二只，任意 关闭一只平板阀就可以截断通道，但 2、 3号阀一般不 作为操作阀使用，当其它平板阀出现泄漏时截断通道， 可以安全的更换泄漏的阀门。所以，对 2、 3号平板阀 质量要求很高。 图 3 橡胶、金属密封的油管头 . 橡胶密封的直座式油管悬挂器 、 双公短节 （ 见图 4） ： 抗硫采油（气）井口装置配有 3 1/2UPTBG 3 1/2UPTBG油管挂和 3 1/2UPTBG 2 7/8 TBG（或 2 7/8 UPTBG）双公短节（可根据用户要求配置双公短 节螺纹），直座式油管悬挂器具有悬挂油管方便，密 封可靠的特点。与油管采用螺纹连接，然后座挂于油 管头四通内的密封面及承载台肩上，油管悬挂器的下 密封是利用油管的悬挂重量，使矩形夹布橡胶密封圈 变形达到密封效果，称为自重式密封，在油管悬挂器 外圆还设计有一道 O形橡胶密封环径向密封 ， 增强了密 封效果 。 如果心轴式悬挂器有不同的顶端螺纹和底端螺纹 ， 应按先底端螺纹后顶端螺纹并加 “ TOP”（ 顶端 ） 字样 列出这两种螺纹；任一能倒转安装的悬挂器 ， 在正常 安装时面向井眼的端部上应有 “ DOWN”（ 向下 ） 的字样 。 箭头指示方向为油管悬挂器安装方向 （ A端指向井 底 ） ， 油管悬挂器密封部位严禁打钳 。 双公短节 B端 指向井底 （ 见图 4） 。 图 4 油管悬挂器、双公短节 . 橡胶 、 金属密封的直座式油管悬挂器 （ 见图 5） ： 橡胶、金属密封的直座式油管悬挂器具有悬挂油管 方便，密封双可靠的特点。特别适用于高温、高含硫、 高腐蚀的井口。金属密封有多种多样的结构。 图 5 橡胶、金属密封油管悬挂器 2. 采油 （ 气 ） 树 （ 见图 6） 的用途 、 结构及工作原理 ： a. 采油 （ 气 ） 树的用途： 采油 （ 气 ） 树安装在油管头上部组件 ， 用于控制油 （ 气 ） 井的流量和井口压力 ， 开 、 关井口以及井下作 业时进行井口操作用的装置 。 b. 采油 （ 气 ） 树的 结构： 采油 （ 气 ） 树由上法兰 、 法兰式平行闸阀 、 可调式 节流阀 、 小四通 、 连接件 、 压力显示机构等组成 。 为 安全保险起见 ， 还有上法兰与 1号阀设计在一起的整体 1号阀采油树 。 图 6 采油（气）树 c. 采油 （ 气 ） 树的 工作原理 ： 采油 （ 气 ） 树主平板阀为 1、 4、 7号阀 ， 两翼平板阀 为 8、 9号阀 ， 两翼节流阀为 10、 11号阀 。 在使用过程 中 ， 一般使用单翼 ， 7号阀主要用于井口作业 。 单翼通 道上平板阀有三只 ， 任意关闭一只平板阀就可以截断 通道 ， 但 1号阀一般不作为操作阀使用 ， 当其它平板阀 出现泄漏时截断通道 ， 可以安全的更换泄漏的阀门 。 所以 ， 对 1号平板阀质量要求很高 。 可调式节流阀用于 调节通道流量 。 特别注意：法兰式平行闸阀不可作为 节流用 ， 而可调式节流阀不宜作开关阀用 。 六 、 抗硫采油 (气 )井口装置的检验： 1.抗硫采油 (气 )井口装置的性能要求 、 金属材料的质量控 制要求 、 非金属材料的质量控制要求 、 抗腐蚀合金堆 焊的质量控制 、 本体静水压试验 （ 单独装置 ） 要求和 密封垫环及垫环槽形式与法兰式平行闸阀相同 。 抗硫 采油 (气 )井口装置还应进行的试验： a. 通径试验：使用按 SY/T5127-2002 P58表 33加工的通 径规完全贯通采油树主孔通径； b.采油树 (或油管头 )本体静水压试验：完全采用已进行本 体静水压试验过的装置 （ 非散件连接装置 ） 组装的采 油树 ， 仅需试验至额定工作压力 。 （ PSL1级 PSL2级 ） 额定工作 压力 MPa 试验压力 MPa 最少保压时间 (min) 保压期压力装置 观测到的压力 变化 (MPa) t1 t2 14 14 3 3 1.4 28 28 3 3 2.1 35 35 3 3 3.45 70 70 3 3 3.45 105 105 3 3 3.45 140 140 3 3 3.45 （ PSL3级 PSL4级 ） 额定工作 压力 MPa 试验压力 MPa 最少保压时间 (min) 保压期压力装置 观测到的压力 变化 (MPa) t 1 t2 14 14 3 15 1.4 28 28 3 15 2.1 35 35 3 15 3.45 70 70 3 15 3.45 105 105 3 15 3.45 140 140 3 15 3.45 计时和验收准则：装置与压力测量仪表已与压力源 隔离 ， 本体构件外表完全干燥时开始记时 ， 在试验 压力下 ， 不应有可见渗漏 。 2. 抗硫采油 (气 )井口装置的气密封检验： 根据用户的要求进行气密封试验 。 以 KQ65-70抗硫采油 (气 )井口装置为例来说明气井口装 置密封试验程序： a. 1、 2、 3阀前座密封性能试验： 油管头下法兰接试压法兰 ， 1、 2、 3阀全关 ， 卸下注 脂阀 ， 其余阀全开 ， 丝扣法兰堵头拆下 ， 从油管头下 法兰输入压力空气 ， 检验阀 1、 2、 3阀前座密封性能； 验收准则：注脂孔冒气泡为前座密封不合格，不冒 气泡为前座密封合格； b. 外围阀后座密封性能试验： .油管头下法兰接试压法兰 ， 4、 5、 6阀全关 ,其余阀全 开 ， 丝扣法兰堵头拆下 ， 装上 1、 2、 3阀的注脂阀 ， 从 油管头下法兰输入压力空气 ， 检验 4、 5、 6阀后座密封 性能； 验收准则： 丝扣法兰 冒气泡为 后 座密封不合格 ， 不冒 气泡为 后 座密封合格； .油管头下法兰接试压法兰 ， 7、 8、 9阀全关 ,其余阀全 开 ， 丝扣法兰堵头拆下 ， 从油管头下法兰输入压力空 气 ， 检验 7、 8、 9阀后座密封性能； 验收准则： 丝扣法兰 冒气泡为 后 座密封不合格 ， 不 冒气泡为 后 座密封合格； c.整体连接密封性能试验： 油管头下法兰接试压法兰 ， 阀全部半开 , 装上丝扣 法兰堵头 ,从油管头下法兰输入压力空气 ， 检验整体连 接密封性能； 验收准则 :在保压期间 ， 水池内无任何可见水泡 ； 七 、 抗硫采油 (气 )井口装置的操作使用 安装前应根据产品装箱单对零部件 （ 配件 ） 进行仔 细清点 ， 核对无误后 ， 按以下步骤进行： 1.油管头安装 a.吊装前应认真检查油管头下部法兰规格和密封部位是 否与套管头匹配 ， 密封件及密封部位是否有损伤 ， 若 有应及时采取措施 。 b.洗净套管悬挂器 （ 或套管 ） 密封部位 ， 并涂抹黄油 。 若有毛刺应打磨光整 ， 若密封部位是套管则应打坡口 并修磨光整 。 c. 用密封脂 EM08塞满套管悬挂器 （ 或套管 ） 与套管四通 的环形空间 ， 然后在套管头上放入清洁无损的密封垫 环 。 d. 吊装油管头 （ 注意吊装位置 ） 于套管头上 ， 对称连接 好螺栓 、 螺母 。 e. 油管头安装就位后，进行套管悬挂器 BT密封试压（见 图 7）： 为使油管头下部法兰密封（ BT密封）起作用，必须 加注密封脂和试压： 图 7 套管悬挂器 BT密封注脂及试压示意图 . 卸下一只注脂阀的压帽和堵头，同时拆去对面的 Z 1/2“堵头（两零件呈 180 分布）； . 将注脂枪（装有密封脂 7903）连于注脂阀接头螺纹上， 加压注脂，直到密封脂从对面孔中溢出； . 装上被拆下的 Z 1/2堵头 ， 继续加压注脂 ， 压力至 15 30MPa； . 卸下注脂枪 ， 装堵头和压帽 ， 加注密封脂完毕； . 用上述方法向另一只 BT密封圈加注密封脂； . 另一注脂阀（与试压阀呈 180 分布），仍用注脂枪 加注密封脂。 . 卸去试压阀的压帽和堵头 ， 连接试压泵 ， 对悬挂器外密 封 BT密封试压： 试压压力为法兰额定工作压力或套管抗挤压强度的 80% （ 取二者小值 ） 、 稳压 10分钟；各部无渗漏为合格 。 悬挂器外密封 BT密封试压合格后 ， 进行套管悬挂器 与油管头本体 、 套管头本体 、 BX密封垫环组成的环形空 间试压 （ 见图 8） ：卸去试压阀的压帽和堵头 ， 连接试 压泵 ， 对悬挂器环形空间试压；试压压力为法兰额定工 作压力或套管抗挤压强度的 80%（ 取二者小值 ） 、 稳压 10分钟；各部无泄漏为合格 。 图 8 套管悬挂器环形空间试压示意图 室温下的静水压试验 ， 在规定的保压期间无可见泄 漏 ， 应与验收 。 在保压期间压力测量装置上观察到的 压力变化 ， 应小于试验压力的 5%或 3.4MPa（ 取较小 值 ） ， 合格后释放压力 。 若有渗漏 , 用密封脂注入工具从注脂阀 （ 上密封 ） 和试压阀 （ 环空 ） 分别注入密封脂 （ EM08） ， 使密封 继续生效 。 注脂压力不超过 35MPa。 顶丝处若出现泄漏 ， 则拧紧密封圈压帽 （ 或更换密 封圈 ） 。 2. 采油 （ 气 ） 树安装 。 a. 洗净油管悬挂器密封部位并涂抹黄油 ， 若有毛刺应打 磨光整 。 b. 吊装采油 （ 气 ） 树 （ 注意吊装位置 ） 于油管头上 ， 对 称连接好螺栓 、 螺母 。 c. 油管悬挂器环空密封试压 (见图 9)： 卸去试压阀的压帽和堵头 ， 连接试压泵 ， 对悬挂器 进行外密封试压； 试压压力为法兰额定工作压力 ， 稳压 10分钟； 稳压期内压力变化值应保持在试验压力的 5%或 3.45-MPa（ 取较小值 ） 以内 ， 合格后释放压力 。 顶丝处若出现泄漏 ， 则拧紧密封圈压帽 （ 或更换密 封圈 ） 。 d. 连接好吊装时拆卸的截止阀 、 压力表等 。 在法兰式平行闸阀和可调式节流阀的使用 、 操作前 ， 仔细阅读使用说明书 。 图 9 油管悬挂器环形空间试压示意图 谢谢大家 ！ 2006 年 5月