井口連接裝置的作用

A. 井口裝置是什麼

井口裝置是石油、天然氣鑽井中，安裝在井口用於控制氣、液（油、水等）流體壓力和方向，懸掛套管、油管，並密封油管與套管及各層套管環形空間的裝置。它一般由套管頭、油管頭、防噴器組、四通、旁通管件組成。採油樹、采氣樹也屬於井口裝置。

中文名稱：

• 井口裝置

• 英文名稱：

• cellar connection

• 定義：

• 海上石油鑽采井口高出泥面以上的井口盤、隔水導管及防噴器的統稱。

B. 為什麼說油井是油氣從油層到地面的通道

人們為了取得地下水開鑿了水井。水井實際是水從水層到地面的通道。石油和天然氣埋藏在地下的油氣層中，要把它開采出來，也需要在地面和地下油（氣）層之間建立一條油氣通道，稱為油井。油井比水井復雜得多，主要由三部分組成，即井筒、完井結構和井口裝置。

井筒是由多層同心鋼管並經水泥固結後形成的。油井中下入的第一層管子叫導管，其作用是建立最初的鑽井液循環通道，保護井口附近的地表層；油井中下入的第二層管子叫表層套管，一般為幾十至幾百米，其作用是封隔上部不穩定的松軟地層和淺水層；油井中下入的第三層套管叫技術套管，它是鑽井中途遇到高壓油、氣、水層、漏失層和坍塌層等復雜地層時，為保證鑽井能鑽到設計深度而下的套管；油井中下入的最內層套管叫油層套管，油層套管的下入深度取決於油層深度和完井結構。其作用是封隔油、氣、水層，建立一條可供長期開採油、氣的通道。以上各層套管都要用水泥與地層固結在一起，並與井口裝置連接起來，形成永久性通道。正常採油生產時還要再下入油管，以便攜帶抽油泵、各種工具進入井內並通過它將油氣導出。

井中下入鋼管後，僅僅建成了井眼，但通道還不完善，還需要完井。完井是為滿足各種不同性質油氣層的開采需要而選擇的油、氣層與井底的連通方式和井底結構的作業。裸眼完井法是指在油層部位不下入套管，整個油層完全裸露，油層與地面通過油井直接連通，農村水井常用此方法。射孔完井法是目前油井完井中應用最多的一種方法，它是指用一種特殊的槍對准油、氣層，射穿套管和水泥環並進入地層一定的深度，使油氣通過射開的孔眼流入井筒，實現油層與井筒連通的完井作業方法。貫眼完井法是指鑽穿油氣層後，把帶有孔眼的套管下到油氣層部位，油氣從地層經過孔眼流入井筒。礫石篩管完井法是在油層部位下入繞絲篩管，然後在篩管與井壁之間充填一定粒度的礫石，油氣可經過篩管、穿過礫石層流入井筒。

井筒一旦和油氣層連通後，就會處於高壓狀態，因此還必須有一套能控制和調節油氣生產的設備，這套設備就叫做井口裝置。它主要由套管頭、油管頭和採油樹組成，其作用是控制油氣的流動。

套管頭位於整個採油樹的最下端並把井內各層套管連接起來，使各層套管間的環形空間密封不漏；油管頭是安裝在套管頭上面，其作用是懸掛井內的油管，並密封油管和油層套管之間的環形空間。目前，普遍採用頂絲閥懸掛法，即在套管四通上安裝一個頂絲閥，頂絲閥內有一上大下小的錐形通道。油管懸掛器也是一個錐形體，上帶密封圈，在全井筒油管重量的拉力下，油管懸掛器牢牢地坐在頂絲閥的座里。頂絲的作用是防止井內壓力太高時將油管柱頂出。採油樹，有人認為是一棵樹。其實它是業內對井口裝置約定俗成的稱謂，最早因其形似聖誕樹而得名。它由閘門、四通、油嘴等組成。其作用是通過開啟或關閉閘門和調節油嘴的大小來調節油氣井生產並與地面集油管線連接。

油井—油氣從油層到地面的通道01

C. 井口裝置

1.井口安裝

地熱井井口裝置及基礎設備的設計、安裝除了保證質量,滿足用戶利用需要外,還要保證整個系統的嚴格密閉,杜絕空氣侵入,防止井管和泵管被腐蝕。因為當密封不嚴時,井口瞬時產生負壓吸入空氣,大量氧氣駐留在井口至動靜水位的井筒空間內,即使被人們判定為不具有腐蝕或輕微腐蝕的地熱流體,由於存在溶解氧和溫度較高等原因,實際生產中也具有一定的腐蝕性。井管腐蝕後會產生上部低溫水混入、井孔變形,減少地熱井的使用壽命;泵管銹蝕後,在機械震動力的作用下,大量的銹片脫落聚集沉澱至井底,堵塞濾水管網和局部地層,造成開采、回灌效果不佳。金屬腐蝕嚴重時會發生井管和泵管斷裂、地熱井報廢等後果。

圖4-26 全地下式井泵房建築示意圖(單位:mm)

考慮到地熱井井口應具備防腐、防垢、密封等功能,井口裝置應選用具有抗地熱流體腐蝕性的材料,結構設計應考慮井管的熱脹冷縮,與井管的連接應採用填料密封套接,並應具有良好的密封性能,不宜採用井管與井口裝置直接連接方式。地熱井成井後井管留置在地面以上的高度以500～1000mm為宜,泵室部分的傾斜度不得超過1.5°,泵室管外應設置有保護套管,護套直徑依井管直徑確定,與井管之間的間距以10～20mm為宜,材質宜採用無縫套管,選料總長度應不小於1200mm,留置在地面以上的高度應不小於400mm(圖4-28),安裝時必須保證水平、牢固、密封。開采井的輸水泵管或回灌井的回灌水管宜選用直徑不小於φ150mm、符合API標準的全密封無縫鋼管的石油套管或不銹鋼管,同時進行嚴格的防腐、防垢處理。

圖4-27 典型地熱利用系統熱力站房建築示意圖

針對圖4-28開采井口裝置需要說明的是:

1)本構件適用於自流與泵抽公用型井口,井口閉井壓力小於1.5MPa;

2)井管應為無縫標准井管,本圖以井管外徑377mm為例;

3)構件安裝適應保證系統安裝工藝要求;

4)活動盲孔為水位監測孔,水位測量後應及時封住,防止大量空氣進入地熱管。

2.地熱井提水設備

地熱井提水設備選型原則及提水設備要求:地熱井主要提水設備為井用耐熱潛水電泵。選型原則是根據地熱水的水質、水量、水溫、動水位、靜水位、井口出水壓力要求等確定。其中水質決定泵的材質;其他幾種參數則決定泵的參數。

3.除砂器

由於絕大多數的固體懸浮物質是由抽出的流動水體攜帶到地表的,因此在開采井井口需設置除砂設備,抽出流體經過除砂處理,方可保證地熱流體中裹攜的岩屑微粒、細砂顆粒或其他細小顆粒不被傳輸到循環系統管路和回灌井內。而且除砂器的設置也可在一定程度上減輕回灌系統過濾器的工作負擔。

除砂器的選型、精度應根據地熱井所揭露熱儲層岩性、流體質量來設計和確定。天津市地熱利用系統中多採用旋流式除砂器,其井口除砂效率見表4-12。從表中數據可以分析得出,顆粒直徑越小,單純採用除砂器的效果就越差,特別是當粒徑范圍小於0.08mm時,除砂效果僅為15%。這表明採用旋流式除砂器除砂能力的極限是由於採用機械設備的原因,要想達到穩定、保證粒徑范圍要求,還應配備高精度的過濾裝置。

圖4-28 地熱井標准井口裝置基礎設施圖

表4-12 不同顆粒直徑的除砂率

D. 井口專題（一）套管頭

套管頭是套管和井口裝置之間的重要連件，是用於各層套管之間、套管與防噴器之間的連接以及用於完井後與採油(氣)井口之間的支持與連接的裝置。
它的下端通過螺紋與表層套管相連，上端通過法蘭或卡箍與井口裝置或防噴器相連。通過懸掛器支撐其後各層套管的重量、承受防噴器的重量、在內外套管之間形成壓力密封、為釋放套管柱之間的壓力提供一個出口、可實施鑽采工藝方面的特殊作業。

為了好記憶，將套管頭的作用和用途歸納為四句話：

（1）底部卡瓦式連接：

（2）底部螺紋連接：

（3）底部焊接連接：

底部採用套焊方式與表層套管連接。

2、 按懸掛套管層數方式：
按懸掛套管層數可分為：單級套管頭、雙級套管頭、三級套管頭；其中單級套管頭一般用在低壓淺層地層生產井當中；雙級套管頭適用於大多數地層壓力較為明確的區域，使用量較多；三級套管頭一般用在高壓深井或勘探井中；

1、底部「WD」型套管懸掛器

2、「w」型套管懸掛器

懸掛器由腈化橡膠密封件、卡瓦牙、卡瓦殼體、支承座等組成。

3、WE型套管懸掛器

1、各種規格送入和取出工具

2、 各種規格防磨套 各種規格試壓塞

套管四通採用是符合API SPEC 6A規范的低合金鋼或不銹鋼製造而成。底部帶有兩道「BT」密封，並帶有兩個試壓孔檢驗密封性能。

鑽井四通主要由四通主體、上下法蘭及側法蘭組成。一是便於連接井控管匯。二是保護防噴器，延長其使用壽命。 根據現場需要，各種井口防噴器組合應配備1-2個鑽井四通，鑽井四通安裝於井口防噴器組合之間，它既能為井口防噴器組合提供一個空間，進行特殊作業，同時通過其兩翼的側孔，可與節流壓井管匯連接，以實現排除溢流和壓井節流循環。 鑽井四通工作壓力級別應與井口防噴器組合額定壓力一致，其公稱通徑不得小於最內層套管的內徑或等於井口組合的最大通徑。

法蘭、卡箍及鋼圈與其他井控裝備一樣同樣重要，它是連接、密封油氣鑽井井口必備的井控附件。井口防噴器組合有三種常用連接方式，即法蘭連接、卡箍連接、栽絲連接，其密封方式為鋼圈密封。 井口法蘭可分為環形法蘭、盲板法蘭、扇形法蘭和變徑法蘭。現場常用的環形法蘭又分為6B型、6BX型，盲板法蘭也分為6B型、6BX型。

墊環起密封作用，按作用形式可分為R型機械壓緊式和RX、BX型壓力自緊式三類。

E. 井口裝置的組成包括

氣井井口裝置是由套管頭、油管頭、采氣樹組成。
套管頭的作用是懸掛套管上部的部分重量和把幾層套管相互隔開;油管頭的作用是用來懸掛井內的油管和密封油、套管之間的環形空間。采氣樹的作用是控制氣井的開關，調節壓力、流量以及用於氣井壓井、壓裂、酸化等作業。