采油井井口装置的主要作用

1. 有没有介绍石化工业的

一、我国石油和石油化工装备制造业已具有坚实基础 石油、石油化工工业是我国的支柱产业之一，在国民经济中占有重要地位，2001年，全国生产原油1.65亿吨；原油加工量2.10亿吨；生产乙烯480.67万吨；生产化肥3396.52万吨；生产合成材料1203.84万吨，主要经济指标居全国工业各行业之首。石油、石油化工工业的发展带动了为其提供装备的石油、石油化工设备制造业的发展。建国五十多年以来，特别是改革开放20多年来，通过研制、开发、合作生产、引进技术，使我国石油、石油化工设备制造业，从无到有、从小到大，建立起一个比较完整的制造体系。据统计，2001年行业中的石油和石油化工专用设备405家规模以上企业，工业总产值（现价）达134亿元，利润总额2.9亿元，从业人员12.8万人。 （1）石油钻采设备制造体系已经形成 石油钻采设备制造业是为陆地、沙漠、浅滩和海上石油、天然气的勘探、开发提供装备。建国初期，石油基本依赖进口，而石油和石油化工设备制造业更谈不上，全国只有几家小厂生产一些石油设备零配件。经过五十年来的努力，已建成几个比较集中的制造基地：以宝鸡、兰州、南阳等为主的钻井设备基地；以上海、江苏为主的石油工具基地；以江汉、四川为主的石油钻头基地；以西安为主的地球物理勘探设备基地；以济南为主的石油钻机专用柴油机制造基地。采油设备的制造分散在全国各地，东北地区较为集中。 全世界具有生产成套石油钻机能力的国家不多，只有英国、俄罗斯、罗马尼亚、英国、挪威等国家。我国是发展中国家唯一能生产成套石油钻机的国家，且已具备年生产1000-9000米系列成套钻机120套左右能力。目前，生产成套石油钻机企业已发展到八家。其中，国企四家：宝鸡石油机械厂、南阳石油机械厂、江汉第四石油机械厂、胜利油田动力机厂；中外合资企业二家：兰石国民油井石油工程有限公司、上海三高石油设备有限公司；民营企业二家：成都瑜宏石化工程有限责任公司、川油广汉机械有限公司。2001年共生产销售石油钻机106台，无论在数量和质量上均是历来最好水平。 采油采气井口装置已是我国的成熟产品，单油管采油井口装置最高压力可达105mpa，双油管采油井口装置最高压力可达70mpa；机械采油设备已达到国际水平；生产适用于井筒直径51/2〃-7〃，温度为50℃-150℃，压力为10mpa及以上各种规格成套电动潜油泵；钩载60-120吨、修井深度为3600-7200米修井机；江汉石油钻头股份有限公司是亚洲最大的石油钻头生产企业，其能力为年产108个品种、23万只钻头。 国内制造的油气集输设备规格齐全、质量过硬，如流量为750-3000米3/时、扬程90-550米的ks型离心输油泵，pcl长输管线压缩机，800-1100mm口径、4-10mpa球阀，直径325-1420mm、壁厚6-16mm油气集输钢管生产能力达上百万吨，以及生产制造海洋油气集输单点系泊系统、浮式生产贮油船、穿梭油轮海底管道输送系统和加压设备等。 （2）石油化工设备制造业有了历史性突破 五十年来，我国石油炼制工业一直走自主发展的道路，因而，带动了炼油技术装备的发展。目前，已可以制造500万吨/年以上炼油厂成套设备、800万吨/年常减压蒸馏装置、200万吨/年以上重油催化裂化装置、150万吨/年加氢裂化装置、200万吨/年渣油加氢脱硫装置、100万吨/年延迟焦化装置等。一些高难度设备，如加氢裂化和加氢精制装置用的加氢反应器、高压换热器、高压空冷器；加氢和重整装置用的离心式循环氢压缩机、50及80吨活塞力的往复式新氢压缩机；催化裂化和延迟焦化装置用的主风机、富氧压缩机、高效旋风分离器、外取热器、烟机以及重要的流程泵等都能制造。 曾几何时，我国制造的小型化肥、中型化肥设备遍布全国各地，解决了当时对化肥的急需。这些化肥设备，由于其技术经济指标已落后，逐渐被大型化肥设备淘汰。以30万吨/年合成氨、52万吨/年尿素为代表的大型化肥装置的设备，包括关键设备：直径2.8米的快活素合成塔、co2汽提塔、原料气压缩机、氨压缩机、合成气压缩机、co2压缩机等都已研制成功。 因此，我国的石油和石油化工装备行业从满足国内市场为主，到走出国门、融入国际市场，进入发展新阶段的条件已经成熟，一定会大有可为。

2. 什么是自喷采油

油田开发过程中，油井一般都会经历自喷采油阶段。是利用地层自身的能量将原油举升到井口，再经地面管线流到计量站。自喷采油设备简单、管理方便、产量高、不需要人工补充能量，可以节省大量的动力设备和维修管理费用，是最简单、经济、高效的采油方法。

为了使油井以合理的产量稳定生产，延长油井的自喷期，油井生产系统的各个流动过程要互相衔接、协调工作。油井的生产一般包含三个流动过程：原油从油层到井底的渗流；沿井筒从井底到井口的垂直或倾斜管流；从井口到分离器的地面水平或倾斜管流。大多数自喷井，原油还要通过井口油嘴的节流。所以，自喷井一般包括这四个流动过程。本节讨论油井流入动态、气液混合物在垂直井筒及油嘴中的流动规律;介绍自喷井的井场设备;简述自喷井系统的协调原理和节点分析方法。

一、油井流入动态原油通过多孔介质从油层到井底的渗流是油井生产系统的第一个流动过程。油井产量与井底流动压力的关系称为油井流入动态，相应曲线即为流入动态曲线(Inflow Performance Relationship Curve)，简称IPR曲线。就单井而言，IPR曲线反映了油藏的供油能力和工作特性，是确定油井工作方式的依据，也是分析油井动态的基础。典型的流入动态曲线如图6-1所示。由图6-1可以看出：IPR曲线的形状与油藏的驱动类型有关。

图 6-10不同油嘴直径的油井产量

3. 采油树的作用

采油树抄是自喷井的井口袭装置。它主要用于悬挂下入井中的油管柱，密封油套管的环形空间，控制和调节油井生产，保证作业，施工，录取油、套压资料，测试及清蜡等日常生产管理。
有以下主要作用：
（1）悬挂油管承托井内全部油管柱的重量。
（2）密封油管、套管间的环形空间。
（3）控制和调节油井的生产。
（4）保证各项井下作业。
（5）可进行录取油压、套压资料和测压、清蜡等日常生产管理。

4. 简述钻井井口装置各部分的名称和作用；

陆上井口系统、闸阀、快速接头、泥线套管悬挂系统等。

5. 井口装置的组成包括

气井井口装置是由套管头、油管头、采气树组成。
套管头的作用是悬挂套管上部的部分重量和把几层套管相互隔开;油管头的作用是用来悬挂井内的油管和密封油、套管之间的环形空间。采气树的作用是控制气井的开关，调节压力、流量以及用于气井压井、压裂、酸化等作业。

6. 固井与完井是什么

一、固井

固井就是在钻出的井眼内下入套管柱，并在套管柱与井壁之间部分或全部注入水泥浆，使套管与井壁固结在一起。固井是钻井过程中的重要环节，固井质量的好坏不仅影响到该井能否钻进，而且影响到油井开采期能否正常作业和安全生产。

（一）井身结构及套管规范

1．井身结构

井身结构如图4-19所示。正常压力系统的井通常仅下三层套管：导管、表层套管和生产套管。异常压力系统的井至少多下一层技术套管。尾管则是一种不延伸到井口的套管柱。

导管的作用是在钻表层井眼时将钻井液从地表引导到井眼内。这一层管柱的长度变化较大，在坚硬的岩层中仅用10～20m，而在沼泽地区则可能上百米。

表层套管下入深度一般在30～1500m，通常引导水泥浆返至地表，用来防止浅水层污染，封隔浅层流砂、砾石层及浅层气，同时用来安装井口防喷器以便继续钻进。表层套管也是井口设备（套管头及采油树）的唯一支撑件，并承载依次下入的各层套管（包括采油管柱）的载荷。

技术套管用来隔离坍塌地层及高压水层，防止井径扩大，减少阻卡及键槽的发生，以便继续钻进。技术套管还用来分隔不同的压力层系，以便建立正常的钻井液循环。它也为井控设备的安装、防喷、防漏及悬挂尾管提供了条件，对油层套管还具有保护作用。

生产套管的主要作用是将储集层中的油气从套管中采出来，并用来保护井壁，隔开各层的流体，达到油气井分层测试、分层采油、分层改造之目的。

图4-19井身结构

尾管分为钻井尾管和采油尾管。尾管的优点是下入长度短、费用低。在深井中，尾管另一个突出的优点是，在继续钻进时可以使用异径钻具。尾管的顶部通常要进行抗内压试验，以保证密封性。

2．套管和套管柱

油井套管是优质钢材制成的无缝管或焊接管，两端均加工有锥形螺纹。大多数的套管是用套管接箍连接组成套管柱。套管柱用于封固井壁的裸露岩石。常用的标准套管外径从114.3～502mm，共有14种；套管的壁厚范围为5.21～16.13mm；套管的连接螺纹都是锥形螺纹；目前，套管钢级API标准有8种共10级，即H40、J55、K55、C75、L80、N80、C90、C95、P110、Q125，常用钢级为P110、N80、J55。

套管柱（套管串）通常是由同一外径、相同或不同钢级及不同壁厚的套管用接箍连接组成的，应符合强度及生产的要求。

（二）固井工艺过程

固井工艺过程主要有下套管和注水泥两个步骤。

1．下套管

下套管前根据井身设计，将要下入井内的套管运到平台，逐根检查套管是否有暗伤、变形，然后丈量长度、清洗螺纹，编好顺序排放好，以待下井；对机器设备及辅助工具认真检查，保证下套管时不出故障，调节好钻井液性能，起出井中钻具；逐根将套管下入井中，下完套管后循环钻井液洗井，然后接注水泥管汇（水泥头）准备注水泥。

2．注水泥

注水泥（即注水泥浆）的主要目的在于封隔油、气、水层，保护生产层。为实现这一目的，要解决以下两个方面的问题：一是如何使环形空间充满水泥浆；二是如何使水泥浆在凝结过程中压稳和封隔好油、气、水层。根据固井设计，将固井所需的水泥、淡水、水泥外加剂运到井场。检查注水泥的机器设备，使之处于良好的工作状态；配制水泥浆；注水泥浆。当水泥浆注满套管后，用钻井液把水泥浆迅速顶替到井筒环形空间的预定高度，这个顶替过程叫替浆。在下套管前，按设计位置在最下端设一阻流环，用于替浆时承受胶塞碰压，替浆前先把胶塞压入套管内，胶塞起到阻止水泥浆与钻井液相混的隔离作用，同时又像一个活塞；替浆时，钻井液顶着胶塞，胶塞顶着水泥浆在套管中下行，水泥浆被顶入环形空间，在环形空间水泥浆顶着钻井液上返。当胶塞与阻流环相碰时，封闭了环形通道，此时替浆的泵压突然升高，称为碰压，碰压是水泥浆返到环形空间预定高度的信号。至此替浆结束，待水泥浆凝固后固井工作完成。

二、完井

完井（即油井完成）是钻井工程的最后一个环节，其主要作业内容包括钻开生产层、确定井底完井方法、安装井口装置。

（一）钻开生产层

生产层多是具有孔隙的碎屑岩或碳酸盐岩。在钻开生产层的过程中，若井内液柱压力小于油气层的压力，会发生井喷；但若井内液柱压力比油气层的压力大，钻井液（时称“完井液”）中的水和黏土便进入到油气层，形成“水侵”和“泥侵”，堵塞油流通道，使油层渗透率下降，严重时会使油井丧失生产能力。因此，在钻开生产层时，保护油气层、防止钻井液侵害和控制油气层、防止井喷是两项重要的工作。要做到这两点，选择合适的钻井液是关键。

对低压低渗透率油气层，最好选用油基钻井液和油包水乳化钻井液。它们可以从根本上避免水侵和泥侵的危害，但存在成本高、易燃、配制和使用不如水基钻井液方便的缺点。

对高压高渗透率油气层，可以采用低固相水基钻井液。这类钻井液常加有高黏度特性的高分子化合物提高黏度；加有盐类物质（如CaCl2，ZnCl2等）增加其密度，减少地层中黏土膨胀；加有表面活性剂提高地层渗透率的恢复率。

（二）完井方法

目前世界各国采用的完井方法可分为油层裸露式和非裸露式两种类型，具体有裸眼完井法、射孔完井法、割缝衬管完井法和砾石充填完井法（见图4-20）。具体到每一口井采用何种井底完井方法，要视实际油层条件而定。

图4-20完井方法

1．裸眼完井法

裸眼完井法可分为先期裸眼完井和后期裸眼完井两种。先期裸眼完井是先钻至油层顶部，下油层套管，然后再钻开生产层；后期裸眼完井是在钻穿生产层之后将油层套管下至油气层顶部。裸眼完井法的最大优点是油气层和井底直接连通，油流面积大，油流阻力小。

裸眼完井法虽然保证了油层和井底具有良好的连通性，但不能克服井壁坍塌和油层出砂对油井生产的影响，不能防止油、气、水层互相窜扰。因此，它只适用于岩性坚固而稳定，又无气、水夹层的单一油层或一些油层性质相同的多油层。

2．射孔完井法

射孔完井法属于非裸露式完井法。其实质是钻穿油层后，将套管下至油层底部固井，然后用射孔枪将套管和水泥石射穿，使油气沿孔道流至井底。

射孔完井法的优点是能够封隔油、气、水层，防止互相窜通，能消除井壁坍塌对油井生产的影响。因此，这种完井方法特别适用于井壁严重坍塌的疏松生产层、含有水层的生产层、油层压力和原油性质均不相同而需要分层试采的多油层。射孔完井法的缺点是油气层被钻井液和水泥浆侵害较严重；其次是油流面积小，孔眼处油流密度大，油流阻力大。

3．割缝衬管完井法

割缝衬管完井是在裸眼完井的基础上，在裸眼井内下入割缝衬管，在直井、定向井、水平井中都可采用。

4．砾石充填完井方法

对于胶结疏松、出砂严重的地层，一般采用砾石充填完井方法。它是先将绕丝筛管下入井内油层部位，然后用充填液将在地面上预选好的砾石（砾石可以是石英砂、玻璃珠、树脂涂层砂或陶粒）泵送至绕丝筛管与井眼或绕丝筛管与套管之间的环形空间内，构成一个砾石充填层，以阻挡流层砂流入井筒，达到保护井壁、防砂入井之目的。砾石充填完井在直井、定向井中都可以使用，但在水平井中应慎重，因为搞不好易发生砂卡，从而使砾石充填失败，达不到有效防砂目的。

（三）安装井口装置

井口装置是安装在地面用以控制井内高压油气的一套设备。它主要包括套管头、油管头和采油树三大件。套管头用以密封各层套管的环形空间并承受部分管柱重量；油管头用于密封油管和油层套管的环形空间；采油树则用以控制油井生产。对于高压油气井，要求井口装置要有足够的耐压强度和可靠的密封性，用以控制油井生产的油管头和采油树装在油层套管法兰之上。对于低压油气井，井口装置可大为简化，只要把环形空间密封起来，装上油管头和采油树即可。

7. 井口装置和采油树的设计参数是多少

其实，井口装置包括了采油树。参数主要是工作压力。这要根据井口的压力来确定。一回般常用的有150型井口装置答、250型井口装置、350型井口装置。如果油井搞压裂、酸化等大型措施，还需要安装千型井口装置。井口配备的所有附件应和井口装置的工作压力相匹配。

8. 注水井的工作原理

注水井是注入水从地面进入油层的通道，井口装置与自喷井相似，不同点是无清蜡闸门，不装井口油嘴，可承高压。井口有注水用采油树，陆上油田注水采油树多用CYB-250型，其主要作用是：悬挂井内管柱；密封油套环形空间；控制注水和洗井方式（如正注、反注、合注、正洗、反洗）和进行井下作业。除井口装置外，注水井内还可根据注水要求(分注、合注、洗井)分别安装相应的注水管柱。注水井可以是生产井转成的或专门为此目的而钻的井。通常将低产井或特高含水油井，边缘井转换成注水井。
注水井的井下管柱结构、井下工具遵循简单原则。大多数情况下（笼统注水），注水井仅需配置一套管柱和一个封隔器，封隔器下到射孔段顶界50m处，对特定防腐要求的注水井，其管材应特殊要求，且必要时，油套环空采用充满防腐封隔液的方法加以保护。这种液体可以是油也可以是水，一般用防腐剂或杀菌剂进行处理或另加除氧剂等。分层注水的井下管柱可按需设计。
多个注水井构成注水井组，注水井组的注入由配水间来完成。在配水间可添加增压泵，在井口或配水间可另加过滤装置。一般情况下，在配水间或增压站可对每口注水井进行计量。

9. 为什么说油井是油气从油层到地面的通道

人们为了取得地下水开凿了水井。水井实际是水从水层到地面的通道。石油和天然气埋藏在地下的油气层中，要把它开采出来，也需要在地面和地下油（气）层之间建立一条油气通道，称为油井。油井比水井复杂得多，主要由三部分组成，即井筒、完井结构和井口装置。

井筒是由多层同心钢管并经水泥固结后形成的。油井中下入的第一层管子叫导管，其作用是建立最初的钻井液循环通道，保护井口附近的地表层；油井中下入的第二层管子叫表层套管，一般为几十至几百米，其作用是封隔上部不稳定的松软地层和浅水层；油井中下入的第三层套管叫技术套管，它是钻井中途遇到高压油、气、水层、漏失层和坍塌层等复杂地层时，为保证钻井能钻到设计深度而下的套管；油井中下入的最内层套管叫油层套管，油层套管的下入深度取决于油层深度和完井结构。其作用是封隔油、气、水层，建立一条可供长期开采油、气的通道。以上各层套管都要用水泥与地层固结在一起，并与井口装置连接起来，形成永久性通道。正常采油生产时还要再下入油管，以便携带抽油泵、各种工具进入井内并通过它将油气导出。

井中下入钢管后，仅仅建成了井眼，但通道还不完善，还需要完井。完井是为满足各种不同性质油气层的开采需要而选择的油、气层与井底的连通方式和井底结构的作业。裸眼完井法是指在油层部位不下入套管，整个油层完全裸露，油层与地面通过油井直接连通，农村水井常用此方法。射孔完井法是目前油井完井中应用最多的一种方法，它是指用一种特殊的枪对准油、气层，射穿套管和水泥环并进入地层一定的深度，使油气通过射开的孔眼流入井筒，实现油层与井筒连通的完井作业方法。贯眼完井法是指钻穿油气层后，把带有孔眼的套管下到油气层部位，油气从地层经过孔眼流入井筒。砾石筛管完井法是在油层部位下入绕丝筛管，然后在筛管与井壁之间充填一定粒度的砾石，油气可经过筛管、穿过砾石层流入井筒。

井筒一旦和油气层连通后，就会处于高压状态，因此还必须有一套能控制和调节油气生产的设备，这套设备就叫做井口装置。它主要由套管头、油管头和采油树组成，其作用是控制油气的流动。

套管头位于整个采油树的最下端并把井内各层套管连接起来，使各层套管间的环形空间密封不漏；油管头是安装在套管头上面，其作用是悬挂井内的油管，并密封油管和油层套管之间的环形空间。目前，普遍采用顶丝阀悬挂法，即在套管四通上安装一个顶丝阀，顶丝阀内有一上大下小的锥形通道。油管悬挂器也是一个锥形体，上带密封圈，在全井筒油管重量的拉力下，油管悬挂器牢牢地坐在顶丝阀的座里。顶丝的作用是防止井内压力太高时将油管柱顶出。采油树，有人认为是一棵树。其实它是业内对井口装置约定俗成的称谓，最早因其形似圣诞树而得名。它由闸门、四通、油嘴等组成。其作用是通过开启或关闭闸门和调节油嘴的大小来调节油气井生产并与地面集油管线连接。

油井—油气从油层到地面的通道01