自喷井井口装置/套管头/油管头/采油(气)装置

自喷井井口装置一般由套管头、油管头和采油(气)装置本体三部分组成。国内过去在油井上很少采用套管头，因此习惯上所称的采油(气)井口装置，只有油管头和本体两部分。在特殊地区如海洋、边疆则需加装井下安全阀，以确保油田的安全。

一、套管头和油管头

套管头通常由套管头本体和套管挂组成。它安装在井口装置的最下端。其作用是连接和悬挂各层套管，密封各层套管间的环形空间。套管悬挂可以用螺纹联接式悬挂器或卡瓦式悬挂器。两层套管的套管头结构见图1。表层套管用拧在套管丝扣上的法兰与套管头连接。油层套管穿过套管头用丝扣和套管头内丝扣连接。连接三层套管的套管头结构见图2。表层套管通过丝扣与下层套管头连接。技术套管通过卡瓦式悬挂器(简称套管挂)，座在下层套管头上。油层套管用丝扣连接悬挂器坐在上层套管头上。上、下层套管头用垫环密封，螺栓连接。各层套管间的环形空间，用密封垫密封。为了适应各种类型的油井，套管头尚有四层、五层结构。

油管头通常由油管头壳体(又称套管四通或大四通)和油管挂组成。它接于套管头上，作用是悬挂井内的油管柱、密封油管和套管间的环形空间。油管挂有两种结构形式，锥形的和柱形的。锥形油管挂的外锥面座在油管头的内锥面上。在深井中往往由于负荷较大，油管挂和油管头不易脱开。油管头除单油管油管头外，还有双管及三管油管头。

图1 两层套管头

两层套管头

1-套管四通下法兰，2-钢圈，3-油层套管，4-套管头，5-表层套管

图2 三层套管头

三层套管头

1-油管挂，2-油管头，3-油管，4-丝扣连接悬挂器，5-上层套管头，6-油层套管，7-技术套管，8-密封垫，9-套管挂，10-下层套管头，11-表层套管

二、井下安全阀

在海上采油装置中，为了防止海底以上的管线破裂，在陆地采油装置中，为了防止井口的意外破坏(包括战争破坏)，需要装置井下安全阀。它装在海底下或井口下十几米处。安全阀由安全阀总成和控制系统两部分组成。安全阀总成的结构是在油管短接中加一球形阀，球形阀的通孔直径和油管通径一样。这球形阀在井下原油的压力作用下处于关闭状态。在球阀的上部有一个控制液缸，在油管外部用钢管(或铜管)和控制液缸相通。此钢管在井口由四通处引出与控制系统相接。控制系统由液压泵、液压阀件和电机等组成。当控制系统的压力油进入安全阀的控制油缸时，井下安全阀即被打开进行生产。如果控制油管没有压力，井下安全阀就自行关闭而起到了安全作用。目前生产的井下安全阀总成的型号规格为：AF62／250。通径φ62毫米。最大工作介质压力250公斤／平方厘米。在最大工作压力时需要的开启压力为360公斤／平方厘米。外形尺寸φ114×1770毫米，连接丝扣为2-1/2＂外加厚油管扣。重量7l公斤。

三、采油井口装置

1．采油井口装置的结构和类型

采油井口装置主要用于自喷油井控制原油的产量，也可用在注水井上作为井口装置。在进行井下作业时(压裂除外)，不必更换其它的井口装置。

通常采油井口装置由底法兰、油管头、套管闸伐、总闸阀、油管四通(或三通)、生产闸阀、节流器、压力表截止阀等组成，其外形见图3，图中共有

平板闸阀

六只其型号规格都是一样的，只是按其功能的不同，而给以不同的名称。从图中看出生产闸阀和套管闸阀各两只。实际生产过程中各用一只亦可。达种井口装置的平板闸阀数量和位置，可以根据使用情况任意组合。图中的组合情况称为双翼式。如果把平板闸阀都放在一边，压力表放在另一边，则组成单翼式。如果每翼都安装两只平板闸阀也可使用。用作采油井口装置的平板闸阀，绝大部分为明杆楔式平板闸阀。阀的结构见图4，阀的壳体一般用铸钢做成。在高压的或要求防硫性能高的平板闸阀，则用合金钢锻造成壳体。楔式闸板要求耐磨、耐腐蚀，因此在闸板表面都堆焊耐磨合金。为了开关灵活方便，阀杆传动螺母上装有两副止推轴承。平板闸阀的连接可以采用法兰连接或卡箍连接。图中的联接方式为卡箍式。在低压的采油井口装置中也有采用球阀作阀门的。它相当于一个旋塞阀。开启和关闭只要旋动90°就可。这种阀不宜作多次开关。不适于密封高压油井，否则，加工要求很高。因此球阀目前大部分用在150大气压的简化采油井口装置中。

图3 采油井口装置外形

采油井口装置

1-清蜡闸阀，2-小四通，3-生产闸阀，4-节流器，5-总闸阀；6-套管闸阀，7-锥座式油管头，8-压力表，9-压力表截止阀

图4 平板闸阀

平板闸阀

1-手轮，2-止推轴承，3-阀杆，4-阀板，5-阀座

采油井口装置中另一主要部件是油管头，它的外形有四个出口，因此又称作大四通。它主要用作油管的悬挂，每一出口都和相应的部件联接。结构见图5。由于油管挂的外圆是锥面的，所以称作锥座式油管头，下面与套管上的底法兰连接，左右两出口与套管内空间相通。上部联接总阀门。它是井内原油的出口。为了防止由于井内压力较高把油管顶出，在油管头上部装有顶丝。油管头壳体一般都用合金钢铸造或锻造而成。在油管挂处要求精密加工。使之既能密封油管和套管之间的空间，又能与油管挂锥面全面接触，不致在油管重量负荷下把油管挂卡死。简易的或低压的油管头也可做成三通形式，即减少一个套管空间出口。

图5 锥座式油管头

锥座式油管头

1-油管短节，2-圆形密封圈，8-护丝，4-油管挂，5，紫铜垫环，6-顶丝，7-大四通

采油井口装置中，直接控制产量的部件为节流器(又称油嘴套)它由油嘴、节流器体、加热套等组成，具体结构见图6。油嘴是井下原油的出口，它用高碳合金钢经过热处理做成，孔的直径为φ2～20毫米。要求耐磨，更换油嘴方便。加热套用作加热油嘴，以免在寒冷地区因原油凝固而堵塞油嘴。加热套内通入热水或蒸汽进行加热。

图6 节流器

节流器

1-油嘴，2-节流器本体，3-加热套

2．常用采油井口装置规范

目前国内定型的采油井口装置只有一种，其型号为KY250／65。其性能规格如下：

(1)公称通径 φ65毫米

(2)工作介质：原油、清水和无腐蚀性液体

(3)工作压力：250公斤／平方厘米

(4)强度试验压力：500公斤／平方厘米

(5)密封试验压力：250公斤／平方厘米

(6)大四通最大通径：φ157毫米

(7)连接型式：卡箍连接

(8)外形尺寸(长×宽×高)： 1405×580×1440毫米

(9)重量： 550公斤

全套采油井口各部件之间密封件均采用低碳钢质垫环，KY250／65采油井口共两种密封垫环，共尺寸用D×d×H表示。B14型垫环为φl00．5+0.15×φ77．1+0.10×15-0.10；B27型垫环为φ222．1+0.30×φ200．1+0.13×15-0.10。垫环四边倒角为23°±30＇。

除KY250／65采油井口装置外，各油田也生产一部分，用得较多的为庆-150型。它的工作压力为150公斤／平方厘米，闸门采用球阀。顶部装一只清蜡闸门。这种采油井口装置结构简单，重量轻(152公斤)有微型采油井口之称。

四、采气井口装置

1．采气井口装置的结构

采气井口装置与采油井口装置的结构基本相似。但由于气与油本身物理性能的不同，因此，反映在结构上就有一定的区别。一般气井有如下几个特点：(1)同样地层压力下气井的井口压力要比油井高。因为油的比重比气(液化状态)体比重大。油流出井口的必须条件是，地层压力高于油的液柱压力，而气体“液”柱压力比油低。所以同样地层压力下油与气反映在井口的压力就不同了。（2)天然气井往往都含有硫化氢气体，这是一种较强的腐蚀性气体和有毒气体。(3)气体的密封比液体密封要困难得多。(4)天然气(碳氢化合物)是易爆易燃气体，处理不好容易发生事故。(5)通过井口装置时对井口装置的磨损大，因为在天然气生产中往往夹带一些砂粒、水分等杂质，压差又比较大。而油虽然带有砂粒及水分，但具有一定的润滑性可以避免一些机械的磨粒磨损。由于上述的特点，采气井口装置与采油井口装置结构的区别为：(1)所有部件全部采用法兰连接。(2)套管闸阀与总闸阀都是成对配置。一只工作，另一只备用。(3)节流器部分用

针形阀

代替固定孔径的油嘴，便于随时调节产量。(4)所有部件均需具有抗硫化氢性能。

采气井口装置中各部件的内部结构，与采油的都相似，其外形结构见图7。采气井口的平板闸阀与采油的稍有不同，即改变了阀杆的密封结构，由圆形密封结构改为压盖填料式的U形密封圈结构。连接方面改成法兰连接。图7中的6针形阀是采油井口装置中所没有的。调节手轮就可使通道面积改变，比较方便地达到控制产量的目的。具体结构见图8。

图7 采气井口装置的外形结构

采气井口装置

1-压力表，2压力表截止阀，3测试阀，4-小四通，5-生产阀，6-针形阀，7-油管头，8-套管阀

图8 针型阀

针型阀

采气井口装置的材料选用及加工工艺有些特点，在油田使用时要特别注意，在更换零配件和进行修理时，一定要遵照原采气井口装置的有关要求。这些特点和要求为：(1)所有阀类的阀杆都采用高铬不锈钢制造(牌号为318钢)，阀板表面都堆焊耐磨合金。(2)所有软的密封件都采用氟橡胶自封盘根都采用氟橡胶与聚四氟乙烯复合盘根。(3)所有铸钢壳体均不允许焊补，所有结构钢的热处理硬度均需严格控制在HRc22左右。

2．新型采气井口装置

根据天然气生产地区的井下压力比较高产量此较大的特点，目前国内巳试制成功了几种新型采气井口装置。其型号为：KQ-400、KQ-700、和KQ-1000。它们与一般采气井口装置的主要区别是：

(1)用平板闸阀代替楔式平板闸阀。平板闸阀的主要优点是密封性好，在关闭状态下有自封作用、工作介质压力越高、密封压力也就越高。产生自封作用的原理是阀座及阀板均是浮动的。结构示意见图9。由于这一结构的自封原理与楔式闸板的原理完全不同，所以它的使用寿命较长。启闭力矩此楔式闸板也就小得多了。

图9 平板闸阀结构示意图

平板闸阀

1-阀杆螺母，2-阀秆，3-阀板，4-阀座，5-波形弹簧，6-平衡秆，7-盘根，8-下阀盖，9-阀体，10-上阀盖，11-手轮

(2)增加液压自动控制装置，当油、气井场的输出管线发生故障时，能够自动关闭井口装置。它主要有井口安全阀和液压控制台等组成。其安装示意见图10。

图10 自动控制装置安装示意图

自动控制装置安装

井口安全阀与其他平板阀的不同处是增加了液压推动平行闸板的机构。它既可手动操作，也可液动操作。在管线内引出压力气体到一只气动滑阀中(相当于传感器)；当管线内压力不正常时安全阀可自动关闭。它装在第二个总闸阀的位置上。代替了只能手动的常用的一只总闸阀。

液压控制台装有液压泵、储能器、各种阀件、压力表等。控制台的液压系统工作原理(见图11)。在这系统中控制井口安全阀的开闭主要有四只阀。即U型导阀、旁通阀、关闭阀和控制阀。这四只阀按图12中示出的路线连接。配备这套装置后，井口安全阀除开在井口直接搬动手轮启闭外，尚可利用液压操作启闭，同时当输气管线内压力过高或过低时，系统会自动关闭井口安全阀。各种操作情况下的四只阀的位置见图12。图中(a)是井口安全阀处于自动关闭状态，此时U型导阀处于泄油状态。因为输气管线内压力高于正常值。旁通阀的操作手柄处于自动关闭位置，虽然此阀的液控口内没有压力，其位置仍然是图中示出的位置。这位置使关闭阀的液控口没有压力，关闭阀依靠弹簧使它移动到图示位置。这时控制阀的液控口有压力使控制阀手柄移动到“关”的位置。此时井口安全阀关闭。当各阀处在图中(a)状态下，不能用控制阀去开井口安全阀，因为液控口有压力，手柄搬不动，安全阀打不开，当输气管线恢复正常U型导阀移动到正常位置。此时井口安全阀仍处在关闭状态，如图中(b)所示。如果要打开井口安全阀则需搬动控制阀操作手柄向“开”的方向移动，就可以达到目的。图中(c)和(d)是当输气管线在失常状态下(也可以是在修井等作业需要时)，需要启闭井口安全阀时的各阀位置图。这时把旁通阀的手柄搬到手动启闭位置，就可操作控制阀使井口安全阀关闭和开启。

图11 液压系统原理图

液压系统原理图

图12 各种操作阀的位置图

各种操作阀的位置图

(3)增加拆换总阀门和套管阀门的工具(有时也称服务工具)。一般采气井口装置，如要更换总闸阀和套管闸阀，都需进行压井。新型井口装置设计结构的特点，是不压井就可拆装平板闸阀。当要折装阀门时，用一专用工具，把一个专用的堵头，拧在大四通四个出口处加工的丝扣上，堵住出口，即可拆装。最后用专门工具把堵头取出，使井扣重新投入生产。

3．采气井口装置的主要配件

采油、采气井口装置主要部件是平板闸阀，是个运动密封件。经常更换的零件主要为：阀座、阀板、阀杆及各种橡胶元件等。

五、井口装置的系列和规范

(1)代号：

如KQ350中，K是井口装置一类产品的代号。Q代表用于采气，它是汉语“气”字的拼音字头。350表示最大工作压力为350大气压。

(2)压力等级

原国内生产的压力等级为150、250、350、600公斤／平方厘米。为了能与API规范接近。将采用新的压力等级标准，它们是140、210、350、700、1050公斤／平方厘米。

(3)连接尺寸与连接方式，

采油井口装置一般采用卡箍连接。采气井口装置规定用法兰连接。法兰连接尺寸和API规范中提出的有关尺寸一致。

(4)井口装置的规范

国内过去生产的采油井口装置都是旧型号。从1980年起，井口装置都逐步向API规范靠拢。表1所列各产品都是按照新的标准的压力等级编排的。原有产品压力等级在括号内表示。表中平板闸阀通径一项指的是垂直通径、横向通径可以根据需要选用。

表1 井口装置规范表

52,65

78，,13

平行板

由于套管头国内很少采用过去几乎没有生产，因此规范中未列。但是这并不影响有关单位生产各种型式及不同规格的套管头，以适应较深的油、气井开采的需要。