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采油(气)井口装置-国外井口装置发展现状
发布时间 : 2015-06-04
国外井口装置发展现状
   
井口装置由套管头、油管头和采油树三部分组成,主要用于监控生产井口的压力和调节油(气)水井的流量;也可以用于酸化压裂、注水、测试等各种措施作业,能满足不同工况,密封可靠,工作安全。
(一)井口装置发展趋势
国外许多公司都在不断开发并完善电潜泵井口装置及整体采油树,生产单油管电潜泵井口装置、双油管井口装置及双通径的整体式采油树是井口装置发展的主要趋势。在国内将油管头、采油树统一称为“井口装置”,井口装置已是我国的成熟产品。具有结构紧凑、重量轻、性能好的特点,是井口装置的发展趋势。总体来讲闸阀系列,主要趋向特殊防腐材料应用,结构上发展多样化。
(二)国外井口装置发展现状
目前,国外生产采油树最大工作压力是140MPa,组成采油树的法兰式连接闸阀最大额定工作压力达210MPa。国外许多公司都在不断开发并完善电潜泵井口装置及整体采油树,生产有单油管电潜泵井口装置、双油管井口装置及双通径的整体式采油树,还能根据油(气)田的工况和井内滞留流体来生产陆上(包括海洋平台用)的井口设备及水下井口装置。目前主要生产国家有美国、英国、意大利等十几个国家,美国的产品技术和生产能力处于世界领先地位。著名的制造厂商有Cameron、F.M.C、Vetco、Gray等公司,Cameron公司采油树性能质量最好,但价格较高。
1.闸阀系列
闸阀作为井口装置中的主要部件,国外主要发展平板闸阀结构,其中暗杆式平板阀占有绝对优势。
(1)Cameron公司闸阀
①FL和FLS型闸阀。
Cameron公司新生产的闸阀有FL和FIS型两种,工作压力13.79~34.5MPa。
主要结构特点:采用整体式闸板结构,可防止管线中的沉淀物进入阀体内腔。高承载能力的两个止推轴承用来吸收闸板开启和关闭时的载荷,从而将手轮旋转力减至最小。特殊惰性材料弹簧承载的唇型密封,既能保护金属密封面又能加强低压密封性能。FL型闸阀在每个阀座上使用的是单个唇形密封。
②JS型闸阀。
主要结构特点:Cameron公司JS型闸阀主要特点是具有一回转孔口的闸板,可在不考虑阀杆位置的情况下把阀板推向开启位置,使JS型闸阀特别适合于作采油树装置的底阀。此外,该型闸阀采用阀座和闸板、阀体金属对金属的密封,特殊外径、内径的唇型密封既加强。了低压密封又保护了阀座、阀板及阀体的金属密封面。
(2)Vetco、Gray公司闸阀
Vetco、Gray公司新生产的闸阀系列有VG一300和VG一200。
①VG一300高压系列闸阀。
VG一300高压系列闸阀工作压力从34.5~103MPa,规格从50~228.6mm。
主要结构特点:这种闸阀采用的是多向模锻承压阀体、阀帽,UV型具有热塑并充填的特氟隆(TEE)复合阀杆盘根,配备有多用途的接头,用于注入阀体润滑剂和阀杆密封剂。
VG一300FR型具有后座自动密封防火功能。
②VG一200低压系列闸阀。
VG一200低压系列闸阀工作压力从13.79~34.5MPa,规格从50.8~101.6mm。
主要结构特点:这种闸阀结构采用的是低合金钢承压铸件壳体、平行阀板结构、非橡胶唇形阀杆盘根并采用精密滚针轴承承受阀杆载荷,具有安全剪切销的功能。
VG一300LMV型具有远距离控制快速防火功能。
VG一230SE型为分合式阀板,伸长式阀盖,适合于高温工况。
VG一600适合于地热井工况。
(3)意大利Breda公司闸阀
意大利Breda公司闸阀有SDS和SD两种类型,其共同特点是:浮动阀座密封,平板闸板结构,特氟隆复合人字形阀杆密封盘根。
①SDS型闸阀。
SDS型闸阀适用于68.9~138MPa的高压力场合,阀座内径、外径均预加U型密封,以确保高压力级别下施加在阀座上的载荷和阀板、阀座同压密封的要求。
②SD型闸阀。
SD型闸阀适合于13.79—34.5MPa的低压力范围,通径从52.4~181mm,阀座外径上采用U型预加载结构,确保阀板与阀座金属对金属的低压密封。
(4)美国F.M.C公司闸阀
美国F.M.C公司FMCl00系列闸阀采用锻造承压阀体结构、双滚针滑动轴承、安全剪切销和Teflon UV型阀杆填料(专利产品),可耐H2S、C02和氯化物的腐蚀,工作温度为-24~177?C,工作压力在138MPa以上。
FMCl20型闸阀的工作压力从13.79—34.5MPa,规格从53~181mm。130型的工作压力从68.9~103MPa,规格从49~168mm。
(5)英国公司闸阀
英国研制了用于油气井自喷设备的闸阀(专利产品)。
主要结构特点:这种闸阀有一个弹簧加载的阀板和侧板,侧板上有与润滑器活塞连通的润滑环槽,润滑槽与阀孔沿供给槽道方向有一偏心。润滑环槽的截面积沿远离润滑点的方向逐渐增大,以保证对阀板的下部提供可靠的密封。一旦闸阀关闭,润滑剂供给槽道便通过闸板上的油槽与润滑环槽连通。这种闸阀的密封性能较好。
总之,国外闸阀的发展主要是应用特殊防腐材料,以满足高含H2S、C02物质的油气井需要;在结构上开展多样化研究,来达到密封性能好(有自动补偿),且开启灵活;另外,在密封材料上不断改进,使其性能不断提高。
2.套管头系列
套管头包括套管头四通、套管悬挂器、盘根装置、顶丝、闸阀和压力表组成。是装在整个井口装置最下端的一个装置。作用是连接井内各层套管并密封套管间的环形空间。近年来,套管头结构不断得到改进,主要向操作简便、密封性能好(自动密封)、适用于深井多层套管以及整体化方向发展。
(1)Cameron公司产品
①紧凑式套管头。
Cameron公司紧凑式套管头,是将多层套管头的壳体制成一体,内部各层悬挂器通过相互承载传递重量,体积小,节约材料和连接件,减轻自身重量。
②套管挂。
Cameron公司生产的套管挂主要有AW、WC、JM、CA、CAM、FR、BRX一2等类型,可根据不同油井情况和套管与Cameron WF型套管头壳体和WF型套管四通相配合。
AW型套管挂是中等容量的整体式套管挂,具有双唇型的密封环,通过拧紧内六角螺栓可实现人力增能。
WC型和FR型套管挂也是中等容量的套管挂,二者的卡瓦都围绕着套管而锁紧并座入套管头壳体内,密封件则是在卡瓦座入和套管被切断后才装配到套管上方的。WC型套管挂密封件的内部有夹层式的套管密封,可通过拧紧内六角螺栓而实现人力增能,而FR型套管挂的“O”形套管密封圈则是自动增能的。
JM型套管挂可安全可靠地悬挂长套管柱,其环形密封可封住高达68.9MPa的压力,即使在高温下也是一样。JM型套管挂上的“有帽螺栓增能式”环形密封(Cap Energized Annulus Seal)可把测试压力载荷与套管压力载荷相互隔开。JM卡瓦和密封总成的外圆锥面加工成齿形则是为了通过限制套管向下运动来防止套管管端的颈缩过大。JM型套管挂的卡瓦和密封总成是整体环绕式的,环形密封很容易安装,只需很小的力即可达到完全增能密封的效果。
CA和CAM型套管挂都是环绕式整体卡瓦和密封组合,二者的共同特点是具有环形密封,这种密封可由套管的重量作用而自动增能;它们都有上、下卡瓦,并可把套管载荷分布到上、下卡瓦上以减小管子的偏斜。
CA型是一种高容量(hihg一capacity)套管挂,可用于279mm、346mm、425mm和1080mm的套管尺寸。
CAM型是带有加强卡瓦座的高性能的套管挂,可承受极大的套管载荷而只有最小的套管偏斜,可用于绝大多数的套管尺寸。
BRX一2型套管挂是螺纹悬挂式的管挂,使用时需用专用的BRX一2型工具。
(2)意大利Breda公司产
①套管头。
意大利Breda公司套管头分为NBS型和NSB型两种。
NBS型是常规选用,带有标准法兰和两个180。的对称侧口,底部采用螺纹与表层套管相连。
NSB型是典型的陆地套管头,与NBS型所不同的是表层套管与NSB型套管头采用的是焊接连接方式。
②套管挂。
Breda公司套管挂分为CMBNS型和CNBFNS型。
CMBNS型配套用于NSB型套管头或四通,这种结构通过抱合套管下放至壳体内,采用铰链插销机构原理,在现场安装,需另加主副密封机构。
CNBFNS型属于自动激发密封,通过悬挂套管重量,激发悬挂器内密封元件,实现卡瓦与本体,套管头与卡瓦间的密封。
(3)Vetco、Gray公司产品
①快速连接装置——VG—LOC TM Connector卡瓦连接方式。
这种连接是当表层套管固井候凝时,根据钻井设计套管头的安装高度,切割表面套管,水平套入套管头,通过上紧底部支承螺柱,压紧卡瓦切入套管表层,从而达到连接作用。
②套管悬挂器。
Vetco、Gray公司公司套管悬挂器有Mandrel型、WE型和W型三种。这三种悬挂器可根据工况的不同而适用于不同的场合。
Mandrel型为心轴式悬挂器,其密封区域控制锥面与对应的锥面接触,强制金属对金属的密封,同时,悬挂器上端的加长颈与井口部件底部的锥面,形成金属对金属密封。
WE型设有平动密封,当拧紧螺帽时,便把压缩板拉到卡瓦座圈上,压缩密封元件,从而形成卡座圈密封和悬挂器与套管之间的密封。
W型被公认为是最可靠的自动重量坐定悬挂器,它可自由活动,当它承受套管重量时,就密封环形空间,一只正向金属活动器限制套管卡瓦座圈的移动,并防止密封挤出。
3.油管头系列
油管头由油管头四通、油管悬挂器、盘根装置、顶丝、闸阀、压力表和法兰组成。装在套管头上面,主要承受油管柱内的压力、承受油管柱和采油(气)树以及其它装置的负荷。
(1)F.M.C公司产品
F.M.C公司电潜泵油管头装置中油管挂内的油管悬挂器,利用增加装穿电缆装置来实现电潜泵的采油作业。这种形式的电缆接头,根据电压、电流、工作温度分为多种级别供用户选择,电压从3000—5000V,电流分别为70、125、140、164A,工作温度从-60~178?C。
1一G级电潜系统,适用于标准F.M.C的TC型油管头,用直径178mm生产套管带全压和金属密封技术,69mm的EUE油管×1#AWG接头电缆,5kV一140A供电系统,上下Pigtail接头可拆卸,优质加长密封区域以保证Pigtail上下接头的压力及水密封。同时,配备压缩型橡胶在特别的高温情况下可靠工作,配备可调节的可调式内部控制阀调节正常压力。
1一M型,适用于F.M.C公司TCB型直径为170ram生产套管(或更小)和直径为69mm的EUE油管(或更小)。
F.M.C公司1一A、1一S电潜油管头系统适用于API 6A工作压力最大至68.9MPa含H2S、C02的工况下,标准F.M.C的TC型或TCM型油管头。
(2)意大利Breda公司产品
①油管头。
意大利Breda公司油管头有DP70、DP4、DP7三种类型。各种类型的法兰规格均较齐全,侧面均为法兰栽丝连接形式,下法兰的两次密封采用Y形结构。
DP70适合单油管悬挂。
DP4适合双油管悬挂,其四通壳体增设紧顶螺钉,控制双管悬挂的方向和位置。
DP7型适合多油管悬挂,在其四通壳体上有四只紧顶螺钉,以控制悬挂器的安装方向和深度。
②悬挂器。
可分为DP4HS MS型、B8M型和DP4H5型。
DP4HS MS型油管悬挂器为潜油电泵作业使用,为井下潜油泵电缆提供了可靠的封隔装置,悬挂器本体与油管连接,电缆心轴插入并固定,底部输出端连接装置与心轴连接,固定螺钉按位置锁紧悬挂器。
B8M型为缠绕式悬挂器结构,配备TSB型球形单向背压阀,通过上紧上法兰顶丝,减小盘根、密封与壳体及油管之间的间隙。DP4H5型为伸长颈结构,带井下安全阀及控制管线接口。
(3)Cameron公司产品
①N型油管挂。
Cameron公司N型油管挂有N型心轴式和N—RFC式2种类型。
N型心轴油管挂的特点具有压缩式环形密封,可通过油管柱的重量或锁紧螺栓来增能,可带有背压阀,用来封闭油管,利用关井压力完井。此外,它还带有延伸的颈部,这种延伸颈部设计,提供了二次环形和一种进行外部测试初始密封及连接的手段。延伸颈部共有3种类型:延伸平滑颈、延伸密封颈和带有备用控制管道的延伸密封颈。
N型RFC油管挂是一种缠绕密封式悬挂器,这种密封可通过拧紧油管四通的锁紧螺栓而增能,适用于工作压力高达103MPa的工作条件。
②MTBS油管油管挂。
Cameron MTBS油管挂适用于工作压力高达103 MPa的工作条件。它具有大通径,其环形密封被径向地挤入密封部位,当油管挂由与之配对的锥座内提起时,环形密封就自动地恢复到原状。油管挂的上密封是一种压力增强的金属“U”形帽式的双向密封,因而不再需要其它的辅助密封。油管挂的延伸颈部设计,可确保金属“U”形帽式密封在安装时对中可靠。
③CEVOY MS型油管挂。
MCEVOY MS型油管挂适用于138MPa和207MPa的工作条件,其延伸颈部设计为了便于安装采油树,采用可变形的支撑环而不再需要其它的测量和调试装置。使用双向密封,且不需要将密封环压入接合密封面即可形成金属对金属的密封。当重新使用油管挂时,只需将密封和支撑环更换即可。
④悬挂器。
Cameron公司DCP悬挂器有DCP双油管悬挂器和DCP单油管悬挂器2种类型。
DCP双油管悬挂器是带有D型环形密封的拼合心轴式悬挂器,通过密封填料注入孔,把塑料密封注入四通的顶法兰内,从而使这些密封增能,有2个支撑销支撑这两部分并使之对中。
DCP单油管悬挂器是心轴式的悬挂器,适用于DCPS油管四通。二者配套,可用于双层完井。
4.采油(气)树
指井口装置总闸门以上的主体部分,外形像树,所以叫采油(气)树,主要由套管闸门、总闸门、生产闸门、清蜡闸门、油管四通或三通、油嘴等部件组成。其作用是控制和调节油井的自喷生产,引导喷出的油气进入输油管线,保证录取油压、套压、计量油、气产量、取样及清蜡等工作。近年来主要发展整体式结构,海洋平台采油作业,由于受平台面积及钻井成本等的限制一般首先选用整体式结构。
意大利Breda公司生产的整体采油树有S型和D型2种。
S型适用于单管井口装置,S一1型为主阀+单阀+四通+清蜡阀组合结构,S一2型为双主阀+四通组合结构,S一3型为双主阀+四通+清蜡阀结构。D一1、D一2、D一3和S型相似。
D型适用于双管井口装置。
5.水下井口装置
这种井口不是安装在海底,而是在海水中,像自升式钻井船一样,用几个桩腿支撑在海水中,而在海底泥面上有一个简单的关闭装置。用这种井口装置作业工艺较为简单,且遇到井涌时可以较安全地进行井口操作。
6.防火井口装置
Cameron防火井口和采油树装置特点是从油管四通的下卡箍直到上主阀共同形成一个壳层,在油管挂(一直延伸到油管挂颈部)和主阀体之间,在油管挂体和油管头四通之间,以及在油层套管挂和油管头四通之间,均有金属对金属的防火密封。油管头四通与防火环形阀做成一个整体以减少连接件的数目。主截断阀到油管头四通以及油管头四通到套管头四通间的连接均采用Cameron重型防火卡箍。这种卡箍具有厚壁结构,在着火时,可起到“冷源”作用。螺栓组合凹入到卡箍凸缘的螺孔内,这样可避免温度升高时,直接暴露在火焰中的螺栓和螺帽的连接作用因着火而削弱。防火的上主阀和下主阀上都包括一种易熔材料,这种易熔材料仅在规定的温度时熔化。
7.水下采油树
S型水下采油树用于钻井平台或浅水浮动钻井装置,水深一般小于90m,配有人井工具和修井工具,油管挂、井口及防喷器组无需定向,钻杆柱及油管上接立管无需专用的定向立管,固定关闭环形单流阀无需电缆环形堵头,组合式阀体使得连接增强,减少密封,生产管线连接及修井控制连接由操作工人进行,井口连接和阀门可进行远程液控系统操作。

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