论文部分内容阅读
摘要：防盗型偏心采油树，在原采油树基础上，进行防盗设计，将部分外露闸阀改为内置式，并且闸阀阀门螺栓应用非常规多边型螺栓，使市面普通工具无法进行装卸，不仅具有原有功能，还具有防盗功能，并且无需高成本制造，这样可以使油田大大降低油井石油被盗率，保护油田正常工作。
关键词：防盗井口 盘根盒 光杆密封器 四通 油管挂
采油树是油田采油作业中不可缺少的地面装置，在油田开发的各个时期，出现了各种不同类型的采油树。普通采油树由于没有防盗功能，安装在野外易被不法分子偷盗，一旦被盗，轻者造成停产，重则能引起井喷火灾等事故，给国家财产造成严重损失。
一、防盗偏心采油树的基本结构与工作原理
1、基本结构
防盗型偏心井口由光杆密封器（包括73mm胶皮清蜡闸门和73mm盘根盒）、测试闸门、油管挂体、油管挂、8134推力球轴承、套管法兰、上法兰、球形垫环、闸阀及配件组成。
油管挂以73mm油管螺纹，上部与光杆密封器相联、下部与井下油管柱联接。通过7320AC角接触球轴承安装在油管挂体上，卸下螺栓，可实现自由旋转。油管挂与油管挂体之间采用O形密封圈密封，以保证抽出的油和从地层中产生的气体不相混合，按各自的通道流动。在油管挂体和套管法兰之间设有球形垫环，使井口在安装时实现对中。该垫环上部与油管挂体采用O形密封圈密封，下部与套管法兰直接用钢环密封。闸阀螺栓为不规则多边型，使普通工具无法轻易拆卸。
2、工作原理
抽油机井在正常工作时，抽油泵抽出的油经油管柱到达油管挂体的环形空间，由侧孔进入出油阀门A到地面管线。从地层中产生的气体，经过油管与套管的环形空间到达井口，再从油管挂体下部的侧斜孔，经过阀门进入套管放气阀，套管放气阀可实现定压放气。
抽油机井需要测试时，可打开测试阀门，测试仪器通过测试阀门、测试孔下到井下。因卸下上法兰螺栓后，可自由旋转油管挂，所以，能够实现环空测试。
井下作业时，只要拧下上法兰的螺栓，将上法兰和油管挂提起即可进行油井作业。
二、低矮型偏心采油树方案概述与论证
1.调心盘根盒的方案选择：
（1）调心盘根盒的作用与原理：
安装抽油机时，要求抽油光杆与井口密封装置同轴心，而实际上不可能没有误差。抽油机运行一段时间后，因受各种因素的影响，大多数油井抽油光杆的轴心会发生不同程度的位移和偏斜。现场资料表明，光杆最大位移达50mm，偏斜角度为3-5。由于原有井口密封装置无法调整，抽油光杆与密封器盘根发生偏磨，盘根严重磨损导致漏油。另外，损坏光杆偷油的现象也比较严重。若光杆被砍出毛刺后，毛刺随光杆的上卜运动而剧烈地切割盘根，使盘根失去密封性能，导致井口大量跑油。现场出现这些现象后只有更换盘根，换盘根时需停井、放空，不但严重影响油井的正常生产，污染井场环境，而目_增加维护作业费用和工人的劳动强度。井口调偏装置从根木上解决了井口偏心问题。
（2）调心盘根盒的设计标准及要求：
依上所述，盘根盒的设计主要是能够满足调偏与密封，因此决定采用万向球头机构，主要由内部球头，球头座，球头压盖及“O"型密封圈组成。耐压可达31.5MPa。当抽油光杆与井口发生偏斜时，抽油光杆能带动球头做相应的摆动，使密封器中心与抽油光杆中心始终保持同轴心，其调偏范围为0—15度。
2.光杆密封器的方案选择：
（1）光杆密封器的作用与原理：
以往的采油井口装置存在以下几点不足：一是不能自动调偏，操作较复杂；二是密封效果较差；三是抽油光杆磨损也比较严重；四是无防盗功能。针对以上四个问题， 形成了初步的设计构思和研制技术要点：采用万向球头原理，解决其自动调偏间题；对密封件的结构形式及材料都做了较大技术改进，并采用多级密封方式，进一步增强密封性能；在球头中采用耐磨尼龙材料，减轻对抽油光杆的磨损；增设防松卸机构，具有防盗功能。其主要技术指标是：额定工作压力定为25MPa，能满足所有井口压力要求。其独特的密封方式和专用的密封材料，能确保使用寿命达到12一18个月。
（2）光杆密封器的设计标准及要求：
依上所述，光杆密封器的设计主要是满足密封的作用，而且要具有足够的耐压强度，以防止发生井喷。
3井口采油树本体四通的方案选择：
常用的油管和套管四通有三种形式即：法兰式四通，螺纹式四通，卡箍式四通三种，本次设计所采用的为法兰式四通，此类四通应用范围广，结构简单，安装简便，密封性能优良。
井口采油树本体四通的设计标准及要求：在设计四通的过程中要重点考虑其选材方面的问题，因为在此设计中四通不仅要抵抗油液的长期浸泡，好要长期的抵抗气体的腐蚀。
4.偏心油管挂的方案选择：
（1）油管挂的作用与原理：油管挂的主要作用是连接油管与测试装置的管挂体，承受全部的油管重量，按照中华人们共和国石油天然气行业标准 SY5158-93，油管挂与油管的中心距离为17mm，偏心井口是抽油井（指有杆泵采油井）进行环空测试的专用井口。其主要功能是利用该井口将井筒内的油管柱移靠在套管内壁一侧，使油管柱两侧的间隙集中于一侧，扩大下井仪器起下的通道，减少起下井仪器的困难，利用该井的可转动特性，排除电缆（或钢LL）和下井仪器在环空起下过程中随时都可发生的遇阻、遇卡和缠绕油管柱的故障，确保环空起下工艺及环空测试的成功。所以，偏心井口是开展环空测试工作的前提，是环空测试技术成败的关键。
（2）偏心油管挂的设计标准及要求：为确保单转动偏心井口具有良好的转动特性.在偏心井口设计中.还设计了相配套的机件。
a）在偏心井口上部的出油立管柱上，设计了“括动接头”。在转动油管挂时.活动接头上部的立管及出油二通管线不跟随转动。因而.实现了不拆除地而管线的转动。
b）在套管头法兰的下部.设计了一个直径为3英寸的规察孔。.可以从孔中窥视电缆（或钢丝）缠绕油管柱的方向.也方便使用工具排除电缆（或钢丝）的缠绕。
c）在偏心油管挂月牙形平而上最宽阔的部位.设计了供下井仪器进出油、套管环形空间的“测试孔”。
d）在测试孔”上的防喷短节上.设计了1个1 1/4英寸的双翼胶皮防喷闸门。
单转动偏心井口和上述诸机件相配套使用.充分发挥了该井口的偏心”和可转动”2大优点。使环空起下工艺中长期未能得到解决的粗、卡、缠”技术难题得到了方便的排除。
5.套管法兰的方案选择：
法兰的结构型式有：板式平焊、带颈对焊、整体、螺纹、翻边松套、对焊环松套、平焊环松套、等七种。密封面有：突面、全平面、凹凸面、桦槽面、橡胶环连接、透镜面、焊唇密封等七种。
几种法兰常见结构形式的具体介绍：
板式平焊法兰板式平焊法兰，带颈平焊法兰和承插焊法兰，整体法兰，带颈对焊法兰， 螺纹法兰，对焊环松套法兰和平焊环松套法兰，根据实际情况和目前现场的使用情况分析，套管法兰的选取上述法兰类型中的螺纹法兰。
关键词：防盗井口 盘根盒 光杆密封器 四通 油管挂
采油树是油田采油作业中不可缺少的地面装置，在油田开发的各个时期，出现了各种不同类型的采油树。普通采油树由于没有防盗功能，安装在野外易被不法分子偷盗，一旦被盗，轻者造成停产，重则能引起井喷火灾等事故，给国家财产造成严重损失。
一、防盗偏心采油树的基本结构与工作原理
1、基本结构
防盗型偏心井口由光杆密封器（包括73mm胶皮清蜡闸门和73mm盘根盒）、测试闸门、油管挂体、油管挂、8134推力球轴承、套管法兰、上法兰、球形垫环、闸阀及配件组成。
油管挂以73mm油管螺纹，上部与光杆密封器相联、下部与井下油管柱联接。通过7320AC角接触球轴承安装在油管挂体上，卸下螺栓，可实现自由旋转。油管挂与油管挂体之间采用O形密封圈密封，以保证抽出的油和从地层中产生的气体不相混合，按各自的通道流动。在油管挂体和套管法兰之间设有球形垫环，使井口在安装时实现对中。该垫环上部与油管挂体采用O形密封圈密封，下部与套管法兰直接用钢环密封。闸阀螺栓为不规则多边型，使普通工具无法轻易拆卸。
2、工作原理
抽油机井在正常工作时，抽油泵抽出的油经油管柱到达油管挂体的环形空间，由侧孔进入出油阀门A到地面管线。从地层中产生的气体，经过油管与套管的环形空间到达井口，再从油管挂体下部的侧斜孔，经过阀门进入套管放气阀，套管放气阀可实现定压放气。
抽油机井需要测试时，可打开测试阀门，测试仪器通过测试阀门、测试孔下到井下。因卸下上法兰螺栓后，可自由旋转油管挂，所以，能够实现环空测试。
井下作业时，只要拧下上法兰的螺栓，将上法兰和油管挂提起即可进行油井作业。
二、低矮型偏心采油树方案概述与论证
1.调心盘根盒的方案选择：
（1）调心盘根盒的作用与原理：
安装抽油机时，要求抽油光杆与井口密封装置同轴心，而实际上不可能没有误差。抽油机运行一段时间后，因受各种因素的影响，大多数油井抽油光杆的轴心会发生不同程度的位移和偏斜。现场资料表明，光杆最大位移达50mm，偏斜角度为3-5。由于原有井口密封装置无法调整，抽油光杆与密封器盘根发生偏磨，盘根严重磨损导致漏油。另外，损坏光杆偷油的现象也比较严重。若光杆被砍出毛刺后，毛刺随光杆的上卜运动而剧烈地切割盘根，使盘根失去密封性能，导致井口大量跑油。现场出现这些现象后只有更换盘根，换盘根时需停井、放空，不但严重影响油井的正常生产，污染井场环境，而目_增加维护作业费用和工人的劳动强度。井口调偏装置从根木上解决了井口偏心问题。
（2）调心盘根盒的设计标准及要求：
依上所述，盘根盒的设计主要是能够满足调偏与密封，因此决定采用万向球头机构，主要由内部球头，球头座，球头压盖及“O"型密封圈组成。耐压可达31.5MPa。当抽油光杆与井口发生偏斜时，抽油光杆能带动球头做相应的摆动，使密封器中心与抽油光杆中心始终保持同轴心，其调偏范围为0—15度。
2.光杆密封器的方案选择：
（1）光杆密封器的作用与原理：
以往的采油井口装置存在以下几点不足：一是不能自动调偏，操作较复杂；二是密封效果较差；三是抽油光杆磨损也比较严重；四是无防盗功能。针对以上四个问题， 形成了初步的设计构思和研制技术要点：采用万向球头原理，解决其自动调偏间题；对密封件的结构形式及材料都做了较大技术改进，并采用多级密封方式，进一步增强密封性能；在球头中采用耐磨尼龙材料，减轻对抽油光杆的磨损；增设防松卸机构，具有防盗功能。其主要技术指标是：额定工作压力定为25MPa，能满足所有井口压力要求。其独特的密封方式和专用的密封材料，能确保使用寿命达到12一18个月。
（2）光杆密封器的设计标准及要求：
依上所述，光杆密封器的设计主要是满足密封的作用，而且要具有足够的耐压强度，以防止发生井喷。
3井口采油树本体四通的方案选择：
常用的油管和套管四通有三种形式即：法兰式四通，螺纹式四通，卡箍式四通三种，本次设计所采用的为法兰式四通，此类四通应用范围广，结构简单，安装简便，密封性能优良。
井口采油树本体四通的设计标准及要求：在设计四通的过程中要重点考虑其选材方面的问题，因为在此设计中四通不仅要抵抗油液的长期浸泡，好要长期的抵抗气体的腐蚀。
4.偏心油管挂的方案选择：
（1）油管挂的作用与原理：油管挂的主要作用是连接油管与测试装置的管挂体，承受全部的油管重量，按照中华人们共和国石油天然气行业标准 SY5158-93，油管挂与油管的中心距离为17mm，偏心井口是抽油井（指有杆泵采油井）进行环空测试的专用井口。其主要功能是利用该井口将井筒内的油管柱移靠在套管内壁一侧，使油管柱两侧的间隙集中于一侧，扩大下井仪器起下的通道，减少起下井仪器的困难，利用该井的可转动特性，排除电缆（或钢LL）和下井仪器在环空起下过程中随时都可发生的遇阻、遇卡和缠绕油管柱的故障，确保环空起下工艺及环空测试的成功。所以，偏心井口是开展环空测试工作的前提，是环空测试技术成败的关键。
（2）偏心油管挂的设计标准及要求：为确保单转动偏心井口具有良好的转动特性.在偏心井口设计中.还设计了相配套的机件。
a）在偏心井口上部的出油立管柱上，设计了“括动接头”。在转动油管挂时.活动接头上部的立管及出油二通管线不跟随转动。因而.实现了不拆除地而管线的转动。
b）在套管头法兰的下部.设计了一个直径为3英寸的规察孔。.可以从孔中窥视电缆（或钢丝）缠绕油管柱的方向.也方便使用工具排除电缆（或钢丝）的缠绕。
c）在偏心油管挂月牙形平而上最宽阔的部位.设计了供下井仪器进出油、套管环形空间的“测试孔”。
d）在测试孔”上的防喷短节上.设计了1个1 1/4英寸的双翼胶皮防喷闸门。
单转动偏心井口和上述诸机件相配套使用.充分发挥了该井口的偏心”和可转动”2大优点。使环空起下工艺中长期未能得到解决的粗、卡、缠”技术难题得到了方便的排除。
5.套管法兰的方案选择：
法兰的结构型式有：板式平焊、带颈对焊、整体、螺纹、翻边松套、对焊环松套、平焊环松套、等七种。密封面有：突面、全平面、凹凸面、桦槽面、橡胶环连接、透镜面、焊唇密封等七种。
几种法兰常见结构形式的具体介绍：
板式平焊法兰板式平焊法兰，带颈平焊法兰和承插焊法兰，整体法兰，带颈对焊法兰， 螺纹法兰，对焊环松套法兰和平焊环松套法兰，根据实际情况和目前现场的使用情况分析，套管法兰的选取上述法兰类型中的螺纹法兰。