钻井基础知识井口装置及采油树讲座课件

20242024年年7 7月月6 6日日1 1井口装置及采油树讲座井口装置及采油树讲座钻井基础知识2023年8月12日1井口装置及采油树讲座钻井基础知识20242024年年7 7月月6 6日日2 2井口装置及采油树讲座井口装置及采油树讲座一.井口装置的主要技术要求井口装置的主要技术要求二.井口装置井口装置 三.采油树采油树 主要内容2023年8月12日2井口装置及采油树讲座一.井口装置的主要20242024年年7 7月月6 6日日3 3井口装置及采油树讲座井口装置及采油树讲座一、井口装置的主要技术要求一、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2023年8月12日3井口装置及采油树讲座一、井口装置的主要20242024年年7 7月月6 6日日4 4井口装置及采油树讲座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2023年8月12日4井口装置及采油树讲座井口装置的主体及其20242024年年7 7月月6 6日日5 5井口装置及采油树讲座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)100000(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表表1 1 井口装置钢材特性井口装置钢材特性2023年8月12日5井口装置及采油树讲座项目1类2类3类420242024年年7 7月月6 6日日6 6井口装置及采油树讲座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。表表1 1 井口装置钢材特性的说明：井口装置钢材特性的说明：2023年8月12日6井口装置及采油树讲座1、2、3、4类20242024年年7 7月月6 6日日7 7井口装置及采油树讲座井口装置及采油树讲座最大额定工作压力：2 2、额定工作压力、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2023年8月12日7井口装置及采油树讲座最大额定工作压力：20242024年年7 7月月6 6日日8 8井口装置及采油树讲座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 3、材料、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*2023年8月12日8井口装置及采油树讲座井口设备所采用的材20242024年年7 7月月6 6日日9 9井口装置及采油树讲座井口装置及采油树讲座垂直通经：4 4、垂直通径、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0.8mm（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。2023年8月12日9井口装置及采油树讲座垂直通经：4、垂直20242024年年7 7月月6 6日日1010井口装置及采油树讲座井口装置及采油树讲座表表3 3 本体最小垂直全开通径和套管最大尺寸本体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API Spec.5A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in7-1/1620007176.4136.457-1/1630007206.3316.367-1/1650007236.2416.287-1/16100007296.0596.097-1/16150007385.7955.837-1/16200007385.7955.83920008-5/8247.9728.00930008-5/8327.7967.83950008-5/8367.7007.739100008-5/8407.6007.629150008-5/8497.3867.4111200010-3/440.59.8949.9211300010-3/440.59.8949.9211500010-3/451.09.6949.7311100009-5/853.58.3799.4111150009-5/853.58.3799.4113-5/8200013-3/854.512.45912.5013-5/8300013-3/861.012.35912.3913-5/8500013-3/872.012.19112.2213-5/81000011-3/460.010.61610.6616-3/42000166515.06215.0916-3/43000168414.82214.8616-3/45000168414.82214.8616-3/410000168414.82214.8618-3/4500018-5/887.517.56717.5918-3/41000018-5/887.517.56717.5921-1/42000209418.93618.9720-3/43000209418.93618.9721-1/45000209418.93618.9721-1/410000209418.93618.972023年8月12日10井口装置及采油树讲座表3 本体最小20242024年年7 7月月6 6日日1111井口装置及采油树讲座井口装置及采油树讲座图图1 1 全开通径示意图全开通径示意图 2023年8月12日11井口装置及采油树讲座图1 全开通径20242024年年7 7月月6 6日日1212井口装置及采油树讲座井口装置及采油树讲座一.井口装置的主要技术要求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2023年8月12日12井口装置及采油树讲座一.井口装置的主20242024年年7 7月月6 6日日1313井口装置及采油树讲座井口装置及采油树讲座二、井口装置二、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2023年8月12日13井口装置及采油树讲座二、井口装置目录20242024年年7 7月月6 6日日1414井口装置及采油树讲座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。图图图图2 2 典型井口装置典型井口装置典型井口装置典型井口装置 2023年8月12日14井口装置及采油树讲座 图2 为20242024年年7 7月月6 6日日1515井口装置及采油树讲座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、悬挂器的固定螺丝。7、测试孔和控制管线入口1、套管头2023年8月12日15井口装置及采油树讲座1、套管头 1、20242024年年7 7月月6 6日日1616井口装置及采油树讲座井口装置及采油树讲座图图3 3 套管头结构套管头结构 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(133/8in)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(71/16211/4in),用来支承114.3406.4mm(41/216in)的套管。中间套管头上下法兰尺寸范围179.4539.8mm（71/16211/4in），用于支承114.3339.7mm（41/2133/8in）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。2023年8月12日16井口装置及采油树讲座图3 套管头结20242024年年7 7月月6 6日日1717井口装置及采油树讲座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、5-1/2169-5/816-3/416-3/4115-1/271610-3/416-3/416-3/413-5/8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、5-1/2117-1/162013-3/821-1/421-1/413-5/89-5/813-5/8114-1/27117-1/16201621-1/421-1/416-3/410-3/416-3/4115-1/2、7117-1/16201621-1/421-1/420-3/413-3/820-3/413-5/88-5/8、9-5/813-3/411表表4 API4 API套管头和油管头法兰尺寸（单位套管头和油管头法兰尺寸（单位inin）2023年8月12日17井口装置及采油树讲座表层套管支承套管20242024年年7 7月月6 6日日1818井口装置及采油树讲座井口装置及采油树讲座图图4 4 某海上油田使用的套管头某海上油田使用的套管头2023年8月12日18井口装置及采油树讲座图4 某海上油20242024年年7 7月月6 6日日1919井口装置及采油树讲座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。2023年8月12日19井口装置及采油树讲座 套管悬20242024年年7 7月月6 6日日2020井口装置及采油树讲座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。2023年8月12日20井口装置及采油树讲座 套管悬20242024年年7 7月月6 6日日2121井口装置及采油树讲座井口装置及采油树讲座表表5 5 套管悬挂器的最大外径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、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、1021.1242023年8月12日21井口装置及采油树讲座表5 套管悬挂20242024年年7 7月月6 6日日2222井口装置及采油树讲座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。2023年8月12日22井口装置及采油树讲座 油管20242024年年7 7月月6 6日日2323井口装置及采油树讲座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)。2023年8月12日23井口装置及采油树讲座油管头的连接：下20242024年年7 7月月6 6日日2424井口装置及采油树讲座井口装置及采油树讲座图5 油管头 2023年8月12日24井口装置及采油树讲座图5 油管头 20242024年年7 7月月6 6日日2525井口装置及采油树讲座井口装置及采油树讲座图图6 6 某油田使用的油管头某油田使用的油管头 2023年8月12日25井口装置及采油树讲座图6 某油田使20242024年年7 7月月6 6日日2626井口装置及采油树讲座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与油管悬挂器的额定工作压力相匹配。2023年8月12日26井口装置及采油树讲座APl 标准系列20242024年年7 7月月6 6日日2727井口装置及采油树讲座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。2023年8月12日27井口装置及采油树讲座 油管20242024年年7 7月月6 6日日2828井口装置及采油树讲座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）。2023年8月12日28井口装置及采油树讲座图7 为几种类型20242024年年7 7月月6 6日日2929井口装置及采油树讲座井口装置及采油树讲座图7 油管悬挂器的几种类型 2023年8月12日29井口装置及采油树讲座图7 油管悬挂20242024年年7 7月月6 6日日3030井口装置及采油树讲座井口装置及采油树讲座图8 双油管悬挂器的油管四通 2023年8月12日30井口装置及采油树讲座图8 双油管悬20242024年年7 7月月6 6日日3131井口装置及采油树讲座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 2023年8月12日31井口装置及采油树讲座图9 双油管悬20242024年年7 7月月6 6日日3232井口装置及采油树讲座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压力应符合表3-3-5 的API 标准。2023年8月12日32井口装置及采油树讲座 用于井20242024年年7 7月月6 6日日3333井口装置及采油树讲座井口装置及采油树讲座图图10 10 带限制面积封隔结构的转换连接带限制面积封隔结构的转换连接 2023年8月12日33井口装置及采油树讲座图10 带限制20242024年年7 7月月6 6日日3434井口装置及采油树讲座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。2023年8月12日34井口装置及采油树讲座 悬挂器20242024年年7 7月月6 6日日3535井口装置及采油树讲座井口装置及采油树讲座图图11 11 固定螺丝压紧悬挂器示意图固定螺丝压紧悬挂器示意图 2023年8月12日35井口装置及采油树讲座图11 固定螺20242024年年7 7月月6 6日日3636井口装置及采油树讲座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。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。2023年8月12日36井口装置及采油树讲座 带有二次20242024年年7 7月月6 6日日3737井口装置及采油树讲座井口装置及采油树讲座三、采三、采 油油 树树 目录（三1）1 1、海上平台采油树分类、海上平台采油树分类1）、单油管采油树2）、双油管采油树2023年8月12日37井口装置及采油树讲座三、采 油 树 20242024年年7 7月月6 6日日3838井口装置及采油树讲座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、电缆、连续油管等修井作业提供条件的装置2023年8月12日38井口装置及采油树讲座 采油树是20242024年年7 7月月6 6日日3939井口装置及采油树讲座井口装置及采油树讲座按结构形式可分为：按结构形式可分为：海上平台采油树分类海上平台采油树分类分体式和整体式两种。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。分体式是由一些阀门等独立部件组装而成。整整体体式式是是将将主主阀阀、安安全全阀阀、清清蜡蜡阀阀和和翼翼阀阀等等制制成成一一个个整整体体部部件件，阀阀与与阀阀之之间间的的距距离离较较小小，既既省省空空间间又又耐高压，特别适用于海上平台的油气井（图耐高压，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：按生产井类别和完井生产方式可分为：自自喷喷井井、潜潜油油电电泵泵井井、气气举举井井、螺螺杆杆泵泵井井和和注注水水井、气井的采油树等（图井、气井的采油树等（图13）。）。2023年8月12日39井口装置及采油树讲座按结构形式可分为20242024年年7 7月月6 6日日4040井口装置及采油树讲座井口装置及采油树讲座 采采油油树树的的额额定定工工作作压压力力等等于于组组成成采采油油树树各各部部件件中中额额定定工工作作压压力力最最小小部部件件的的额额定定工工作作压压力力,即即额额定定工工作作压压力力最最小小的的部部件件决决定定整整个个采采油油树树的的额额定定工工作作压力。压力。采油树工作压力及垂直通径采油树工作压力及垂直通径 采采油油树树总总成成的的垂垂直直通通径径,按按API 标标准准应应通通过过长长106.7cm(42in)的的内内径径规规。不不同同规规格格的的油油管管所所对对应应的内径规尺寸如的内径规尺寸如表表6 所示。所示。2023年8月12日40井口装置及采油树讲座 采油20242024年年7 7月月6 6日日4141井口装置及采油树讲座井口装置及采油树讲座表表6 采油树通径和内径规尺寸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)22、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）1-13/16(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）内径规直径应符合APISpec5A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。2023年8月12日41井口装置及采油树讲座表6 采油树通20242024年年7 7月月6 6日日4242井口装置及采油树讲座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装置上，除了有分体式和整体式之外，它还它还有单翼和双翼之分。根据井的种类或油井生有单翼和双翼之分。根据井的种类或油井生产方式的差别产方式的差别，可用阀门及短节组合成不同可用阀门及短节组合成不同形式的单油管采油树形式的单油管采油树，而其连接方式可以是而其连接方式可以是法兰式、螺纹式或卡箍式。法兰式、螺纹式或卡箍式。1 1）、单油管采油树）、单油管采油树）、单油管采油树）、单油管采油树2023年8月12日42井口装置及采油树讲座 20242024年年7 7月月6 6日日4343井口装置及采油树讲座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生产控制。双油管完井是在同一个生产套管中下入两根平行油管柱中下入两根平行油管柱(长油管柱和短油管长油管柱和短油管柱柱)或两根同心油管柱，通过双管封隔器和或两根同心油管柱，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，单管封隔器对两个油（或气）层段进行分隔，（图（图14）2 2）、双油管采油树）、双油管采油树）、双油管采油树）、双油管采油树 2023年8月12日43井口装置及采油树讲座 20242024年年7 7月月6 6日日4444井口装置及采油树讲座井口装置及采油树讲座图图图图14 FMC14 FMC的双油管井口和采油树的双油管井口和采油树的双油管井口和采油树的双油管井口和采油树 2023年8月12日44井口装置及采油树讲座图14 FMC20242024年年7 7月月6 6日日4545井口装置及采油树讲座井口装置及采油树讲座三、采三、采 油油 树树 目录（三2）2 2、采油树的相关部件、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2023年8月12日45井口装置及采油树讲座三、采 油 树 20242024年年7 7月月6 6日日4646井口装置及采油树讲座井口装置及采油树讲座采油树的油管四通和三通与主阀、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 1）、油管四通和三通）、油管四通和三通2023年8月12日46井口装置及采油树讲座 20242024年年7 7月月6 6日日4747井口装置及采油树讲座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。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 2）、闸阀与旋塞阀）、闸阀与旋塞阀2023年8月12日47井口装置及采油树讲座 闸阀是20242024年年7 7月月6 6日日4848井口装置及采油树讲座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）、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2023年8月12日48井口装置及采油树讲座油嘴是采油树上用20242024年年7 7月月6 6日日4949井口装置及采油树讲座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）、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。2023年8月12日49井口装置及采油树讲座油嘴有固定式和可20242024年年7 7月月6 6日日5050井口装置及采油树讲座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 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。2023年8月12日50井口装置及采油树讲座油嘴通孔尺寸按020242024年年7 7月月6 6日日5151井口装置及采油树讲座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固定式和可调式油嘴2023年8月12日51井口装置及采油树讲座图16 可调式20242024年年7 7月月6 6日日5252井口装置及采油树讲座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 4）、）、APIAPI法兰法兰 2023年8月12日52井口装置及采油树讲座 法兰是20242024年年7 7月月6 6日日5353井口装置及采油树讲座井口装置及采油树讲座表表1111 APIAPI法兰的额定工作压力和尺寸范围法兰的额定工作压力和尺寸范围 2023年8月12日53井口装置及采油树讲座表11 API20242024年年7 7月月6 6日日5454井口装置及采油树讲座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。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 钢钢圈圈不不能能重重复复使使用用。这这是是因因为为钢钢圈圈装装入入钢钢圈圈槽槽时时具具有有一一定定的的正正向向过过盈盈量量，这这种种正正向向过过盈盈保保证证法法兰兰钢钢圈圈连接的密封性能。连接的密封性能。2023年8月12日54井口装置及采油树讲座 API 20242024年年7 7月月6 6日日5555井口装置及采油树讲座井口装置及采油树讲座钢圈材料：相对较软的金属。钢圈材料：相对较软的金属。API对最大硬度规定如下：对最大硬度规定如下：软铁软铁HRB56 碳钢和低合金钢碳钢和低合金钢RHB68 不锈钢不锈钢RHB83注意事项：在制造、运输、仓储中要妥善保管，在安注意事项：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行安装5）、）、API钢圈钢圈 2023年8月12日55井口装置及采油树讲座钢圈材料：相对较20242024年年7 7月月6 6日日5656井口装置及采油树讲座井口装置及采油树讲座图图17 API17 API钢圈与钢圈与APIAPI法兰法兰 表12API钢圈的材料及识别标志2023年8月12日56井口装置及采油树讲座图17 API20242024年年7 7月月6 6日日5757井口装置及采油树讲座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、螺母螺栓、螺母 2023年8月12日57井口装置及采油树讲座 API20242024年年7 7月月6 6日日5858井口装置及采油树讲座井口装置及采油树讲座1-3/823157表表13 13 法兰螺栓的推荐扭矩法兰螺栓的推荐扭矩 2023年8月12日58井口装置及采油树讲座1-3/823120242024年年7 7月月6 6日日5959井口装置及采油树讲座井口装置及采油树讲座API 法兰 螺栓 钢圈2023年8月12日59井口装置及采油树讲座API 法兰 螺20242024年年7 7月月6 6日日6060井口装置及采油树讲座井口装置及采油树讲座API 法兰 螺栓 钢圈2023年8月12日60井口装置及采油树讲座API 法兰 螺20242024年年7 7月月6 6日日6161井口装置及采油树讲座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 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。2023年8月12日61井口装置及采油树讲座 背压阀20242024年年7 7月月6 6日日6262井口装置及采油树讲座井口装置及采油树讲座H BACK PRESSURE VALVE AND H AND HM TWO-WAY CHECK 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 DIAMETER1-1/41.35630426-0841612-01-1.6601.286-1-1/2160530426-0241612-02-1.9001.5251-5/81.6101-3/41.77530426-0641612-036097612.0631.6951-13/161.79522.02030426-0141612-046400182.3751.9402-1/162.0302-1/22.48530426-0341612-05-2.8752.4052-9/162.50033.03030426-0441612-066401563.5002.9503-1/83.0603-1/23.53030426-0741612-07-4.0003.4504-1/163.58043.98030426-0541612-08-4.5003.9004-1/164.020表表15 15“H H”型背压阀和型背压阀和“H H”“HMHM”双向止回阀双向止回阀 2023年8月12日62井口装置及采油树讲座H BACK20242024年年7 7月月6 6日日6363井口装置及采油树讲座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）、采油树帽 2023年8月12日63井口装置及采油树讲座 采油树20242024年年7 7月月6 6日日6464井口装置及采油树讲座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）、防磨衬套 2023年8月12日64井口装置及采油树讲座在下入油管串之前20242024年年7 7月月6 6日日6565井口装置及采油树讲座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）、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。2023年8月12日65井口装置及采油树讲座有手动和液压两种20242024年年7 7月月6 6日日6666井口装置及采油树讲座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。（其实质就是一个单流阀）11）、）、VR塞塞 2023年8月12日66井口装置及采油树讲座用作四通上阀门修20242024年年7 7月月6 6日日6767井口装置及采油树讲座井口装置及采油树讲座三、采三、采 油油 树树 目录（三3）3 3、井口安全控制设备、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2023年8月12日67井口装置及采油树讲座三、采 油 树 20242024年年7 7月月6 6日日6868井口装置及采油树讲座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：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 3、井口安全控制设备、井口安全控制设备2023年8月12日68井口装置及采油树讲座 井口安20242024年年7 7月月6 6日日6969井口装置及采油树讲座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。2023年8月12日69井口装置及采油树讲座自动关井系统包括20242024年年7 7月月6 6日日7070井口装置及采油树讲座井口装置及采油树讲座图图23 23 自动关井系统示意图自动关井系统示意图 2023年8月12日70井口装置及采油树讲座图23 自动关20242024年年7 7月月6 6日日7171井口装置及采油树讲座井口装置及采油树讲座图图24 24 单井控制模块单井控制模块 2023年8月12日71井口装置及采油树讲座图24 单井控20242024年年7 7月月6 6日日7272井口装置及采油树讲座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 1）、井口安全阀）、井口安全阀）、井口安全阀）、井口安全阀 图25气动和液动安全阀2023年8月12日72井口装置及采油树讲座 井口20242024年年7 7月月6 6日日7373井口装置及采油树讲座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 2）、井下安全阀）、井下安全阀）、井下安全阀）、井下安全阀 2023年8月12日73井口装置及采油树讲座 井下20242024年年7 7月月6 6日日7474井口装置及采油树讲座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 3）、井下安全阀结构及工作原理）、井下安全阀结构及工作原理）、井下安全阀结构及工作原理）、井下安全阀结构及工作原理 图26 钢丝回收式安全阀2023年8月12日74井口装置及采油树讲座 （120242024年年7 7月月6 6日日7575井口装置及采油树讲座井口装置及采油树讲座工作原理：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 3）、井下安全阀结构及工作原理）、井下安全阀结构及工作原理）、井下安全阀结构及工作原理）、井下安全阀结构及工作原理 图27 安全阀工作筒2023年8月12日75井口装置及采油树讲座工作原理：3）、20242024年年7 7月月6 6日日7676井口装置及采油树讲座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 2）、油管携带安全阀）、油管携带安全阀）、油管携带安全阀）、油管携带安全阀 2023年8月12日76井口装置及采油树讲座 油管携带20242024年年7 7月月6 6日日7777井口装置及采油树讲座井口装置及采油树讲座工作原理：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。不不同同点点在于，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，此时相当于工工作作筒筒，再通过钢丝下入可回收式安全阀，形成新的安全阀系统；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 2）、油管携带安全阀）、油管携带安全阀）、油管携带安全阀）、油管携带安全阀 2023年8月12日77井口装置及采油树讲座工作原理：（20242024年年7 7月月6 6日日7878井口装置及采油树讲座井口装置及采油树讲座（2 2）、油管携带安全阀）、油管携带安全阀）、油管携带安全阀）、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2023年8月12日78井口装置及采油树讲座（2）、油管携带20242024年年7 7月月6 6日日7979井口装置及采油树讲座井口装置及采油树讲座套套管管环环空空安安全全阀阀，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：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，也可以使用单独的控制管线。（3 3）、套管环空安全阀）、套管环空安全阀）、套管环空安全阀）、套管环空安全阀 图29 套管环空安全阀 2023年8月12日79井口装置及采油树讲座套管环空安全阀，20242024年年7 7月月6 6日日8080井口装置及采油树讲座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 3）、套管环空安全阀）、套管环空安全阀）、套管环空安全阀）、套管环空安全阀2023年8月12日80井口装置及采油树讲座特点：（3）、套20242024年年7 7月月6 6日日8181井口装置及采油树讲座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 4）、井下自动控制安全阀）、井下自动控制安全阀）、井下自动控制安全阀）、井下自动控制安全阀 图30 井下自动控制安全 2023年8月12日81井口装置及采油树讲座 井下自20242024年年7 7月月6 6日日8282井口装置及采油树讲座井口装置及采油树讲座作用原理及适用条件：作用原理及适用条件：注入式注入式注入式安全阀是常闭阀，正常注入时打开，当注入停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：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 4）、井下自动控制安全阀）、井下自动控制安全阀）、井下自动控制安全阀）、井下自动控制安全阀2023年8月12日82井口装置及采油树讲座作用原理及适用条20242024年年7 7月月6 6日日8383井口