新型整体组合阀式双管采油（气）井口装置的研究开发

谢成龙，万仁军，殷义芳

（江苏金石富源机械有限公司，江苏金湖 211600）

0 引言

作为石油（气）开采的重要设备，采油（气）井口装置通常为单管采油（气）井口，由采油树、油管头和套管头组成，且采油树由小四通、主阀、变径法兰等组成，漏失点较多；单管采油（气）井口装置在进行多油层同时开采时，生产效率较低，且低压油层受到高压油层的压制和干扰，不利于全井各油层产能和采收率的提高；对于在同一个油层需要多根油管柱同时进行采油作业，或采油作业与注水作业同时进行时，则需另开油井，这样不仅投资巨大，而且更容易破坏环境。因此，有必要采用双管采油（气）井口装置。现有的双管采油（气）井口装置对油管挂（特别是钢圈部分）的加工精度要求较高，否则主副油管挂钢圈部分受力不均匀，密封不可靠；另外，在进行修井作业时，油管挂钢圈部分一旦有轻微损坏，必须报废，否则无法保证逆风，由于这个原因，使得许多油井完成两轮吞吐后，必须换井口；由于油管悬挂器同时悬挂两根管柱，座落到油管头内时，需要定位定向，导致井口在安装和维修时，对操作人员的技术和经验要求较高，需开发一种新型整体组合阀双管采油（气）式井口装置，克服缺陷，满足油田要求，增加井口安全可靠性，简化操作程序。

1 国内外研究现状

在油田开发中，多油层开发井受油藏层间特征、原始物性和注水开发的影响，合采时层间矛盾突出，制约了各层产能的发挥，层间干扰严重时甚至会出现“1+1”的现象。针对层间物性、地层压力、合理流压等方面存在明显差异的情况，为了能形成层间完全互不干扰的产出，加快采油速度，提高单井产量，同时避免层件水在井筒内汇合结垢，并及时掌握各层生产情况，实现单层计量、单层调控，使每层都能在合理压力系统下生产，达到机杆泵与地层长期协调生产，有必要采用双管采油（气）井口装置。国内该双管采油（气）井口装置主要应用对象是自喷井。胜利油田1971年初期开展了双管采油试验，共实验5口井，均取得成功并获得了显著的增产效果。国外主要应用于俄罗斯鞑靼石油股份有限公司大型多层油田：罗马什金油田、巴夫林油田、新叶尔霍夫油田和五一油田等（油田平均单井日产油量为4.2t/d），储层主要为碳酸盐岩储层、碎屑岩储层，储层埋深1700～2000m。该双管采油（气）井口装置应用的主要目的是消除层间配伍性矛盾以及细分油田开发层系。

从油气井口装置的发展趋势看，不论是国内还是国外，对于自喷井，双管井口可一口井两根油管同时采油，提高采油效率；对于稠油井及老井口的后期作业，其可以一边注蒸汽、注水、注压，提高生产效率，降低生产成本；对于海洋井，其采用整体组合阀，降低井口的高度，减小占地面积，提高采油效率。针对现有双管井口装置存在的缺陷，急需设计出适应国内外要求的新型整体组合阀式双管采油（气）井口装置。

2 新型整体组合阀式双管采油（气）井口装置设计

2.1 设计原理

本设计基于我公司自主创新的整体组合阀式双管采油井口装置、阀杆自封型复合密封件、一种双阀座平板阀、双向背压阀等专利技术，产品技术含量高，抗恶劣工况能力强，可直接提高采油效率、油井产能及采收率。新型双管采油（气）井口装置的设计，可同时悬挂两根管柱，实现在不同油层同时开采，或在同一油层边采油边注水，使全井各油层得到完全开发，提高采收率。当同时开采不同油层的石油（气）时，在套管中下入两套油管到不同的油层，用封隔器将两套油层隔开，根据不同油层的特点，分别开采不同的油层，具有的优点包括：（1）解放低压油层，增加油井产油量；（2）可以取全取准小层资料，控制含水上升速度，延长低含水采油期；（3）形成两个绝对互不干扰的采油系统，可充分发挥各个层系的生产能力；且可实现在同一油层边采油边注水，提高采收率。

2.2 关键技术内容

2.2.1 整体双管组合阀的设计

双管采油（气）井口装置由油管头、油管挂及采油树组成，采油树采用整体双管组合阀，该组合阀内开设有2条通道，每条油管通道上装有3只主阀，开有1个侧出口，每个侧出口依次安装有2只手动平板阀、1只固定式节流阀和1只焊颈法兰；整体组合阀直接与油管头连接，省略了变径法兰，减少泄露点；整体结构合理，安装便捷，节约空间，安全性高。在生产作业过程中，整体双管组合阀的2个通道分别连接油管，实现同一个油层多根油管柱同时进行采油作业，或采油作业与注水作业同时进行；也可以通过井下封隔器对2个油层间的压力进行封隔，实现高、低压2个油层同时采油，避免了另开油井的巨大投资，减少对环境的破坏。

2.2.2 油管挂定位销的设计

双管油管挂坐落在油管四通内的45°台阶上，进行定位；由于同时悬挂2根管柱，在安装时，需对安装方向进行确定，此油管挂装置上带有定位槽，油管四通上带有定位孔，在安装油管挂时，首先将定位销穿过油管四通上的定位孔，下入油管挂时，使其上的定位槽对准定位销座落到油管四通内的45°台阶上，再上紧定位销，实现辅助定位。该定位装置定位、定向准确，且避免了因焊接定位块导致材料机械性能改变，从而增加产品的不确定因素，增加生产的危险因素。

2.2.3 油管挂采用本体与支撑密封装置分体设计

双管油管悬挂器由油管挂本体、油管挂支撑座、限位板、主密封圈、密封圈压板、内六角圆柱头螺钉等组成。油管挂本体上、下两端均为2.7/8"EUE油管螺纹，具有很好的密封性能和承载能力，在中间部分带有2.1/2"BPV螺纹，用以安装背压阀，进行不压井维修采油树作业。单根油管挂本体座落在半圆形支承座内45℃台阶上，两支承座合并为一个圆，装有两单根油管挂本体，支承座上装有限位板、主密封圈及主密封圈压板，内六角圆柱头螺钉穿过压板、主密封圈及限位板上的定位孔，与支承座上的螺纹孔配合，构成双管油管悬挂器。

2.2.4 阀杆自封型复合密封件、双向背压阀等专利技术的应用设计

平板阀、背压阀作为双管采油（气）井口装置的关键部件，其性能直接影响到井口装置的性能。该井口中采用一种双阀座平板阀，该阀门包括阀体和阀板，后阀座安装在阀体上的阀座孔内，后阀座与阀板之间设有前阀座，前阀座位于阀座孔与阀腔孔垂直相交的结交线上，并由结交线做支撑，该阀门结构简单，安装维修方便；且其内的阀杆填料采用一种新型复合密封件，该密封件将聚四氟乙烯和橡胶这两种常用密封材料整合，适用于各种工作环境和宽广的温度范围（-250～260℃），阀门工作更安全，更可靠；另一方面减小开关力矩，降低操作人员的劳动强度。该井口配备有双向背压阀，该背压阀利用阀芯随压力源游动，依靠压力形成自封。当井底有压力时，用专用工具从采油树主通径送入，与油管挂螺纹连接，移走工具，泄去采油树内压力，背压阀依靠井底压力，阀芯向上移动，上密封面形成密封，这时可拆卸采油树。当修复或新的采油树安装上后，需要检查采油树与井口安装是否渗漏，可用试压车，向采油树内泵压，当压力大于井底压力时，将阀芯向下推，下密封面形成密封。这时可以保压，检查各连接部位是否有渗漏。试压合格后，用专用工具拆去背压阀，井口采油树正常工作。

2.3 本设计同类装置技术指标对比

本文对比了国内外双管井口装置技术，具体如表1所示。

表1 服务器配置

3 结语

本设计采用国际API Spec 6A标准，同比传统产品，具有的特点有：采油效率高、产能及采收率高（整体组合阀内含有两条通道）；油管挂定位定向准确可靠（采用定位销及45°台阶定位）；密封性强（油管挂采用油管挂本体与支撑密封分体设计）；技术含量高（集成4项专利技术）等。该新型整体组合阀式采油（气）井口装置可应用于自喷井、稠油井、老井口的后期注采及海洋井口，可以提高采油效率，降低生产成本，延长采油寿命。本设计的实施，可有效提高国内井口在采集方便性、井口寿命、产品结构、材料性能、检测手段等方面的技术水平，同时符合国外油井的采油需求，具有重要的社会意义。

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