新型整體組合閥式雙管采油（氣）井口裝置的研究開發(fā)

謝成龍，萬仁軍，殷義芳

（江蘇金石富源機(jī)械有限公司，江蘇金湖 211600）

0 引言

作為石油（氣）開采的重要設(shè)備，采油（氣）井口裝置通常為單管采油（氣）井口，由采油樹、油管頭和套管頭組成，且采油樹由小四通、主閥、變徑法蘭等組成，漏失點(diǎn)較多；單管采油（氣）井口裝置在進(jìn)行多油層同時開采時，生產(chǎn)效率較低，且低壓油層受到高壓油層的壓制和干擾，不利于全井各油層產(chǎn)能和采收率的提高；對于在同一個油層需要多根油管柱同時進(jìn)行采油作業(yè)，或采油作業(yè)與注水作業(yè)同時進(jìn)行時，則需另開油井，這樣不僅投資巨大，而且更容易破壞環(huán)境。因此，有必要采用雙管采油（氣）井口裝置。現(xiàn)有的雙管采油（氣）井口裝置對油管掛（特別是鋼圈部分）的加工精度要求較高，否則主副油管掛鋼圈部分受力不均勻，密封不可靠；另外，在進(jìn)行修井作業(yè)時，油管掛鋼圈部分一旦有輕微損壞，必須報(bào)廢，否則無法保證逆風(fēng)，由于這個原因，使得許多油井完成兩輪吞吐后，必須換井口；由于油管懸掛器同時懸掛兩根管柱，座落到油管頭內(nèi)時，需要定位定向，導(dǎo)致井口在安裝和維修時，對操作人員的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)要求較高，需開發(fā)一種新型整體組合閥雙管采油（氣）式井口裝置，克服缺陷，滿足油田要求，增加井口安全可靠性，簡化操作程序。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

在油田開發(fā)中，多油層開發(fā)井受油藏層間特征、原始物性和注水開發(fā)的影響，合采時層間矛盾突出，制約了各層產(chǎn)能的發(fā)揮，層間干擾嚴(yán)重時甚至?xí)霈F(xiàn)“1+1”的現(xiàn)象。針對層間物性、地層壓力、合理流壓等方面存在明顯差異的情況，為了能形成層間完全互不干擾的產(chǎn)出，加快采油速度，提高單井產(chǎn)量，同時避免層件水在井筒內(nèi)匯合結(jié)垢，并及時掌握各層生產(chǎn)情況，實(shí)現(xiàn)單層計(jì)量、單層調(diào)控，使每層都能在合理壓力系統(tǒng)下生產(chǎn)，達(dá)到機(jī)桿泵與地層長期協(xié)調(diào)生產(chǎn)，有必要采用雙管采油（氣）井口裝置。國內(nèi)該雙管采油（氣）井口裝置主要應(yīng)用對象是自噴井。勝利油田1971年初期開展了雙管采油試驗(yàn)，共實(shí)驗(yàn)5口井，均取得成功并獲得了顯著的增產(chǎn)效果。國外主要應(yīng)用于俄羅斯韃靼石油股份有限公司大型多層油田：羅馬什金油田、巴夫林油田、新葉爾霍夫油田和五一油田等（油田平均單井日產(chǎn)油量為4.2t/d），儲層主要為碳酸鹽巖儲層、碎屑巖儲層，儲層埋深1700～2000m。該雙管采油（氣）井口裝置應(yīng)用的主要目的是消除層間配伍性矛盾以及細(xì)分油田開發(fā)層系。

從油氣井口裝置的發(fā)展趨勢看，不論是國內(nèi)還是國外，對于自噴井，雙管井口可一口井兩根油管同時采油，提高采油效率；對于稠油井及老井口的后期作業(yè)，其可以一邊注蒸汽、注水、注壓，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本；對于海洋井，其采用整體組合閥，降低井口的高度，減小占地面積，提高采油效率。針對現(xiàn)有雙管井口裝置存在的缺陷，急需設(shè)計(jì)出適應(yīng)國內(nèi)外要求的新型整體組合閥式雙管采油（氣）井口裝置。

2 新型整體組合閥式雙管采油（氣）井口裝置設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)原理

本設(shè)計(jì)基于我公司自主創(chuàng)新的整體組合閥式雙管采油井口裝置、閥桿自封型復(fù)合密封件、一種雙閥座平板閥、雙向背壓閥等專利技術(shù)，產(chǎn)品技術(shù)含量高，抗惡劣工況能力強(qiáng)，可直接提高采油效率、油井產(chǎn)能及采收率。新型雙管采油（氣）井口裝置的設(shè)計(jì)，可同時懸掛兩根管柱，實(shí)現(xiàn)在不同油層同時開采，或在同一油層邊采油邊注水，使全井各油層得到完全開發(fā)，提高采收率。當(dāng)同時開采不同油層的石油（氣）時，在套管中下入兩套油管到不同的油層，用封隔器將兩套油層隔開，根據(jù)不同油層的特點(diǎn)，分別開采不同的油層，具有的優(yōu)點(diǎn)包括：（1）解放低壓油層，增加油井產(chǎn)油量；（2）可以取全取準(zhǔn)小層資料，控制含水上升速度，延長低含水采油期；（3）形成兩個絕對互不干擾的采油系統(tǒng)，可充分發(fā)揮各個層系的生產(chǎn)能力；且可實(shí)現(xiàn)在同一油層邊采油邊注水，提高采收率。

2.2 關(guān)鍵技術(shù)內(nèi)容

2.2.1 整體雙管組合閥的設(shè)計(jì)

雙管采油（氣）井口裝置由油管頭、油管掛及采油樹組成，采油樹采用整體雙管組合閥，該組合閥內(nèi)開設(shè)有2條通道，每條油管通道上裝有3只主閥，開有1個側(cè)出口，每個側(cè)出口依次安裝有2只手動平板閥、1只固定式節(jié)流閥和1只焊頸法蘭；整體組合閥直接與油管頭連接，省略了變徑法蘭，減少泄露點(diǎn)；整體結(jié)構(gòu)合理，安裝便捷，節(jié)約空間，安全性高。在生產(chǎn)作業(yè)過程中，整體雙管組合閥的2個通道分別連接油管，實(shí)現(xiàn)同一個油層多根油管柱同時進(jìn)行采油作業(yè)，或采油作業(yè)與注水作業(yè)同時進(jìn)行；也可以通過井下封隔器對2個油層間的壓力進(jìn)行封隔，實(shí)現(xiàn)高、低壓2個油層同時采油，避免了另開油井的巨大投資，減少對環(huán)境的破壞。

2.2.2 油管掛定位銷的設(shè)計(jì)

雙管油管掛坐落在油管四通內(nèi)的45°臺階上，進(jìn)行定位；由于同時懸掛2根管柱，在安裝時，需對安裝方向進(jìn)行確定，此油管掛裝置上帶有定位槽，油管四通上帶有定位孔，在安裝油管掛時，首先將定位銷穿過油管四通上的定位孔，下入油管掛時，使其上的定位槽對準(zhǔn)定位銷座落到油管四通內(nèi)的45°臺階上，再上緊定位銷，實(shí)現(xiàn)輔助定位。該定位裝置定位、定向準(zhǔn)確，且避免了因焊接定位塊導(dǎo)致材料機(jī)械性能改變，從而增加產(chǎn)品的不確定因素，增加生產(chǎn)的危險(xiǎn)因素。

2.2.3 油管掛采用本體與支撐密封裝置分體設(shè)計(jì)

雙管油管懸掛器由油管掛本體、油管掛支撐座、限位板、主密封圈、密封圈壓板、內(nèi)六角圓柱頭螺釘?shù)冉M成。油管掛本體上、下兩端均為2.7/8"EUE油管螺紋，具有很好的密封性能和承載能力，在中間部分帶有2.1/2"BPV螺紋，用以安裝背壓閥，進(jìn)行不壓井維修采油樹作業(yè)。單根油管掛本體座落在半圓形支承座內(nèi)45℃臺階上，兩支承座合并為一個圓，裝有兩單根油管掛本體，支承座上裝有限位板、主密封圈及主密封圈壓板，內(nèi)六角圓柱頭螺釘穿過壓板、主密封圈及限位板上的定位孔，與支承座上的螺紋孔配合，構(gòu)成雙管油管懸掛器。

2.2.4 閥桿自封型復(fù)合密封件、雙向背壓閥等專利技術(shù)的應(yīng)用設(shè)計(jì)

平板閥、背壓閥作為雙管采油（氣）井口裝置的關(guān)鍵部件，其性能直接影響到井口裝置的性能。該井口中采用一種雙閥座平板閥，該閥門包括閥體和閥板，后閥座安裝在閥體上的閥座孔內(nèi)，后閥座與閥板之間設(shè)有前閥座，前閥座位于閥座孔與閥腔孔垂直相交的結(jié)交線上，并由結(jié)交線做支撐，該閥門結(jié)構(gòu)簡單，安裝維修方便；且其內(nèi)的閥桿填料采用一種新型復(fù)合密封件，該密封件將聚四氟乙烯和橡膠這兩種常用密封材料整合，適用于各種工作環(huán)境和寬廣的溫度范圍（-250～260℃），閥門工作更安全，更可靠；另一方面減小開關(guān)力矩，降低操作人員的勞動強(qiáng)度。該井口配備有雙向背壓閥，該背壓閥利用閥芯隨壓力源游動，依靠壓力形成自封。當(dāng)井底有壓力時，用專用工具從采油樹主通徑送入，與油管掛螺紋連接，移走工具，泄去采油樹內(nèi)壓力，背壓閥依靠井底壓力，閥芯向上移動，上密封面形成密封，這時可拆卸采油樹。當(dāng)修復(fù)或新的采油樹安裝上后，需要檢查采油樹與井口安裝是否滲漏，可用試壓車，向采油樹內(nèi)泵壓，當(dāng)壓力大于井底壓力時，將閥芯向下推，下密封面形成密封。這時可以保壓，檢查各連接部位是否有滲漏。試壓合格后，用專用工具拆去背壓閥，井口采油樹正常工作。

2.3 本設(shè)計(jì)同類裝置技術(shù)指標(biāo)對比

本文對比了國內(nèi)外雙管井口裝置技術(shù)，具體如表1所示。

表1 服務(wù)器配置

3 結(jié)語

本設(shè)計(jì)采用國際API Spec 6A標(biāo)準(zhǔn)，同比傳統(tǒng)產(chǎn)品，具有的特點(diǎn)有：采油效率高、產(chǎn)能及采收率高（整體組合閥內(nèi)含有兩條通道）；油管掛定位定向準(zhǔn)確可靠（采用定位銷及45°臺階定位）；密封性強(qiáng)（油管掛采用油管掛本體與支撐密封分體設(shè)計(jì)）；技術(shù)含量高（集成4項(xiàng)專利技術(shù)）等。該新型整體組合閥式采油（氣）井口裝置可應(yīng)用于自噴井、稠油井、老井口的后期注采及海洋井口，可以提高采油效率，降低生產(chǎn)成本，延長采油壽命。本設(shè)計(jì)的實(shí)施，可有效提高國內(nèi)井口在采集方便性、井口壽命、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、材料性能、檢測手段等方面的技術(shù)水平，同時符合國外油井的采油需求，具有重要的社會意義。

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