新型整體組合閥式雙管采油（氣）井口裝置的研究開(kāi)發(fā)

謝成龍，萬(wàn)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(kāi)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(shù)、油管頭和套管頭組成，且采油樹(shù)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(shí)開(kāi)采時(shí)，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(duì)于在同一個(gè)油層需要多根油管柱同時(shí)進(jìn)行采油作業(yè)，或采油作業(yè)與注水作業(yè)同時(shí)進(jìn)行時(shí)，則需另開(kāi)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(duì)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(shí)，油管掛鋼圈部分一旦有輕微損壞，必須報(bào)廢，否則無(wú)法保證逆風(fēng)，由于這個(gè)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(shí)懸掛兩根管柱，座落到油管頭內(nèi)時(shí)，需要定位定向，導(dǎo)致井口在安裝和維修時(shí)，對(duì)操作人員的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)要求較高，需開(kāi)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(jiǎn)化操作程序。

1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

在油田開(kāi)發(fā)中，多油層開(kāi)發(fā)井受油藏層間特征、原始物性和注水開(kāi)發(fā)的影響，合采時(shí)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(shí)甚至?xí)霈F(xiàn)“1+1”的現(xiàn)象。針對(duì)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(shí)避免層件水在井筒內(nèi)匯合結(jié)垢，并及時(shí)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(zhǎng)期協(xié)調(diào)生產(chǎn)，有必要采用雙管采油（氣）井口裝置。國(guó)內(nèi)該雙管采油（氣）井口裝置主要應(yīng)用對(duì)象是自噴井。勝利油田1971年初期開(kāi)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(guó)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(chǔ)層主要為碳酸鹽巖儲(chǔ)層、碎屑巖儲(chǔ)層，儲(chǔ)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(kāi)發(fā)層系。

從油氣井口裝置的發(fā)展趨勢(shì)看，不論是國(guó)內(nèi)還是國(guó)外，對(duì)于自噴井，雙管井口可一口井兩根油管同時(shí)采油，提高采油效率；對(duì)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(duì)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(duì)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(guó)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(zhuān)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(shí)懸掛兩根管柱，實(shí)現(xiàn)在不同油層同時(shí)開(kāi)采，或在同一油層邊采油邊注水，使全井各油層得到完全開(kāi)發(fā)，提高采收率。當(dāng)同時(shí)開(kāi)采不同油層的石油（氣）時(shí)，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(kāi)，根據(jù)不同油層的特點(diǎn)，分別開(kāi)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(zhǎng)低含水采油期；（3）形成兩個(gè)絕對(duì)互不干擾的采油系統(tǒng)，可充分發(fā)揮各個(gè)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(shù)組成，采油樹(shù)采用整體雙管組合閥，該組合閥內(nèi)開(kāi)設(shè)有2條通道，每條油管通道上裝有3只主閥，開(kāi)有1個(gè)側(cè)出口，每個(gè)側(cè)出口依次安裝有2只手動(dòng)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(guò)程中，整體雙管組合閥的2個(gè)通道分別連接油管，實(shí)現(xiàn)同一個(gè)油層多根油管柱同時(shí)進(jìn)行采油作業(yè)，或采油作業(yè)與注水作業(yè)同時(shí)進(jìn)行；也可以通過(guò)井下封隔器對(duì)2個(gè)油層間的壓力進(jìn)行封隔，實(shí)現(xiàn)高、低壓2個(gè)油層同時(shí)采油，避免了另開(kāi)油井的巨大投資，減少對(duì)環(huán)境的破壞。

2.2.2 油管掛定位銷(xiāo)的設(shè)計(jì)

雙管油管掛坐落在油管四通內(nèi)的45°臺(tái)階上，進(jìn)行定位；由于同時(shí)懸掛2根管柱，在安裝時(shí)，需對(duì)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(shí)，首先將定位銷(xiāo)穿過(guò)油管四通上的定位孔，下入油管掛時(shí)，使其上的定位槽對(duì)準(zhǔn)定位銷(xiāo)座落到油管四通內(nèi)的45°臺(tái)階上，再上緊定位銷(xiāo)，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(shù)作業(yè)。單根油管掛本體座落在半圓形支承座內(nèi)45℃臺(tái)階上，兩支承座合并為一個(gè)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(guò)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(zhuān)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(mén)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(mén)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(mén)工作更安全，更可靠；另一方面減小開(kāi)關(guān)力矩，降低操作人員的勞動(dòng)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(dòng)，依靠壓力形成自封。當(dāng)井底有壓力時(shí)，用專(zhuān)用工具從采油樹(shù)主通徑送入，與油管掛螺紋連接，移走工具，泄去采油樹(shù)內(nèi)壓力，背壓閥依靠井底壓力，閥芯向上移動(dòng)，上密封面形成密封，這時(shí)可拆卸采油樹(shù)。當(dāng)修復(fù)或新的采油樹(shù)安裝上后，需要檢查采油樹(shù)與井口安裝是否滲漏，可用試壓車(chē)，向采油樹(shù)內(nèi)泵壓，當(dāng)壓力大于井底壓力時(shí)，將閥芯向下推，下密封面形成密封。這時(shí)可以保壓，檢查各連接部位是否有滲漏。試壓合格后，用專(zhuān)用工具拆去背壓閥，井口采油樹(shù)正常工作。

2.3 本設(shè)計(jì)同類(lèi)裝置技術(shù)指標(biāo)對(duì)比

本文對(duì)比了國(guó)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(yǔ)

本設(shè)計(jì)采用國(guó)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(xiāo)及45°臺(tái)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(zhuān)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(zhǎng)采油壽命。本設(shè)計(jì)的實(shí)施，可有效提高國(guó)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(cè)手段等方面的技術(shù)水平，同時(shí)符合國(guó)外油井的采油需求，具有重要的社會(huì)意義。

［1］李斌，楊振東，蒲勇.雙管采油井口裝置大四通優(yōu)化及疲勞設(shè)計(jì)［J］.石油和化工設(shè)備，2011（7）.

［2］孫毓?jié)疲懼貥I(yè)，姚敏.雙管采油井口裝置概述［J］.石油礦場(chǎng)機(jī)械，1992（3）.

［3］朱洪征，牛彩云，李大建，等.一套井網(wǎng)兩套油層雙管采油工藝可行性分析［J］.榆林學(xué)院學(xué)報(bào)，2012（2）.

［4］郭江濤.雙管井口的改進(jìn)與應(yīng)用［J］.西部探礦工程，2011（11）.