CN108798584A - 一种超高压防刺漏防腐整体式井口装置 - Google Patents
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Abstract
为了解决目前井口装置容易发生刺漏的问题，本发明提供了一种超高压防刺漏防腐整体式井口装置，包括油管四通，油管四通上方内孔中设置有油管悬挂器，油管四通下方连接有套管头；油管四通两侧从里到外依次设置有平板阀和连接法兰，平板阀包括阀体，油管四通、平板阀阀体和连接法兰三者一体化设置，且油管四通内壁、平板阀阀体内壁、连接法兰内壁圆滑过渡，上述内壁表面均设置有耐冲击层，所述耐冲击层采用堆焊焊接。油管四通、平板阀阀体和连接法兰三者一体化设置，减少了现有井口装置中的刺漏点，并且整体结构强度高，解决目前井口装置容易发生刺漏的问题，提高了井口装置的整体强度，延长了井口装置的使用寿命，降低井口风险。
Description
技术领域
本发明涉及到油气田井口压裂生产安全技术领域，特别涉及到超高压储层改造和超高压油气井压裂和生产安全。
背景技术
井口装置是保证油气井正常压裂和生产的核心设备，若出现井控安全问题，将严重影响油气田的正常生产和效益，严重时井口密封失效，造成井喷事故，危及周边居民生命财产，浪费油气资源，特别是用于“三高”气井（高压、高含硫、高危地区油气井）的超高压（140MPa左右）井口装置，一旦井口装置因高压含硫含腐蚀油气刺漏或应力腐蚀开裂，都会造成井喷事故，波及周边居民范围更大。
目前超高压储层改造（压裂、酸压）或者页岩气压裂或者高压油（气）井试油（气）等状态的井下作业或油气开采中产生的油气通过管道连接井口装置向外输出，其中井口装置包括油管四通，油管四通的进油端与套管头连接，油管四通与套管头之间设置有橡胶垫圈进行密封；油管四通的左右两侧通过法兰连接有平板阀，油管四通与平板阀的法兰连接处通过钢圈密封，油管四通上方内腔设置有油管悬挂器，油管悬挂器外壁设置有凹槽，油管四通上方设置有高强度锁紧顶丝，顶丝前端卡合在油管悬挂器的凹槽内；油管悬挂器上方连接有采油（气）树，通过采油（气）树控制或调节油（气）井的生产。
现有井口装置安装使用方便，同时也便于拆卸，但这种结构存在以下问题：
（1）井口装置用于“三高井”酸化压裂放喷或油气开采时，由于超高压油气流向在油管四通内瞬间发生90°突变，且油气中含有诱发应力开裂的含硫或其它腐蚀性气体介质，同时含有大量的砂，故容易导致油气放喷或开采的油管四通或油管四通与平板阀连接法兰处最薄弱的位置被刺漏或腐蚀，进而产生油气泄漏；在常规的油气放喷或开采中，油管四通与平板阀连接法兰的密封部位也容易被高压高速突变的油气流冲蚀或含硫气藏腐蚀，进而造成新的泄漏，一旦井口装置开始泄漏后高速高压的流体会在很短的时间刺开大的裂口造成井喷失控。
（2）井口装置用于油气资源的储层改造（压裂、酸压）、试油（气）和井下作业时，井内高压油气流冲蚀作用让井口装置高频振动，也容易油管四通与平板阀连接法兰的密封部位产生刺漏。
（3）井口装置用于页岩气压裂状态下，井内无管柱，井口装置直接承受超高压的流体冲击，高压振动、高压流体冲蚀更为严重，更容易造成井口装置发生刺漏。
当井口装置刺漏后，现有手段很难立即堵漏整改，常用方式为通过压井后再整改，但由于井口装置刺漏，压井显得更加困难且井控风险高，井口装置刺漏严重时无法实施压井，特别是常规含硫气井压裂刺漏后压井更加困难，硫化氢气体有剧毒，严重时会造成井喷事故。
此外，若井内遇到突发情况需要从套管环形空间压井时，此时井口装置上直接安装大通径防喷器，没有安装采油树，仅依靠井口装置上方的顶丝限制悬挂油管器的轴向移动，由于套管环形空间内压力高，其作用在悬挂油管器下部的反向推力过大，导致现有的顶丝不能承受足够大的剪切力，造成悬挂油管器从防喷器内腔冲出损坏井控设备，引发重大安全事故。
此外，油管四通与套管头之间采用橡胶垫圈进行密封，橡胶密封件长时间承受“三高井”压裂酸化的酸性介质腐蚀、以及开采介质温度及超高压力作用下，橡胶件会短期发生老化变形，密封失效，造成外漏，危及井口的安全。
综上所述，现有井口装置存在密封位置的连接处薄弱，整体强度低，容易发生刺漏，导致井口装置的寿命低；同时井口装置上方的顶丝强度低，容易引发安全事故；井口装置下部与套管头之间的密封性差，密封件容易失效；井口装置连接位置存在冲蚀、渗漏等问题，尤其是常规含硫化氢高压气井的渗漏会直接危及人身安全。
发明内容
为了解决目前井口装置容易发生刺漏的问题，本发明提供了一种超高压防刺漏防腐整体式井口装置，消除了油管四通或油管四通与平板阀连接法兰处的薄弱刺漏点，提高了井口装置的整体强度，延长了井口装置的使用寿命。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种超高压防刺漏防腐整体式井口装置，包括油管四通，油管四通上方内孔中设置有油管悬挂器，油管四通下方连接有套管头；油管四通两侧从里到外依次设置有平板阀和连接法兰，平板阀包括阀体，油管四通、平板阀阀体和连接法兰三者一体化设置，且油管四通内壁、平板阀阀体内壁、连接法兰内壁圆滑过渡，上述内壁表面均设置有耐冲击层，所述耐冲击层采用堆焊焊接。
进一步地，所述连接法兰设置有密封槽， 所述密封槽内设置有耐冲击层。
进一步地，还包括锁紧装置，锁紧装置设置于油管四通上方，油管悬挂器外壁设置有凹槽，锁紧装置前端卡合在凹槽内。
进一步地，所述锁紧装置包括调节轴套、连接杆和卡块，其中调节轴套与油管四通连接，调节轴套的内孔与连接杆通过螺纹连接，连接杆前端与卡块通过相匹配的燕尾条和燕尾槽连接；所述卡块为扇形板状结构，卡块前端与凹槽相匹配。
进一步地，所述油管四通下方设置有台阶孔，台阶孔内还设置有密封装置，其中密封装置的上端与台阶孔的台阶面抵接，密封装置的下端与套管头端面抵接。
进一步地，所述密封装置从上至下依次设置有上固定块、密封垫和下固定块；其中密封垫截面为H型结构，上固定块的下方设置有第一凸起，第一凸起卡合在H型结构的上部缺口处，下固定块的上方设置第二凸起，第二凸起卡合在H型结构的下部缺口处。
进一步地，所述油管四通与套管头之间还设置有橡胶密封垫。
进一步地，所述橡胶密封垫背面还设置有T型空腔，油管四通还设置有通孔，且通孔末端与T型空腔的接口相匹配。
本发明在具体实施中，油管四通、平板阀阀体和连接法兰三者一体化设置，减少了现有井口装置中的刺漏点，连接处管壁较厚，避免了因为太薄被高压流体冲蚀形成刺漏，或者避免了因酸化压裂等介质的腐蚀形成刺漏，提高了阀体的强度，并且整体结构强度高；油管四通内壁、平板阀阀体内壁、连接法兰内壁圆滑过渡，缓解了流体的冲击压力，同时上述内壁均设置有耐冲击层，提高了井口装置的耐冲击性，在本发明中耐冲击层采用堆焊焊接覆盖在上述内壁表面，不仅便于加工，同时堆焊焊接的生产效率高，焊接后耐磨性好，提高井口装置的抗冲击和抗腐蚀力；解决目前井口装置容易发生刺漏的问题，提高了井口装置的整体强度，延长了井口装置的使用寿命，降低井口风险。
附图说明
附图1为本发明一种超高压防刺漏防腐整体式井口装置装配示意图。
附图2为本发明一种超高压防刺漏防腐整体式井口装置油管四通示意图。
附图3为本发明一种超高压防刺漏防腐整体式井口装置锁紧装置示意图。
附图4为本发明一种超高压防刺漏防腐整体式井口装置A处局部放大示意图。
图中：1油管四通、101台阶孔、102通孔、2平板阀、201阀体、3连接法兰、301密封槽、4耐冲击层、5锁紧装置、501调节轴套、502连接杆、503卡块、6密封装置、601上固定块、602密封垫、603下固定块、7油管悬挂器、8套管头、9橡胶密封垫、901T型空腔。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。由图可知，本发明一种超高压防刺漏防腐整体式井口装置，包括油管四通1，油管四通1上方内孔中设置有油管悬挂器7，油管四通1下方连接有套管头8；油管四通1两侧从里到外依次设置有平板阀2和连接法兰3，平板阀2包括阀体201，油管四通1、平板阀阀体201和连接法兰3三者一体化设置，且油管四通1内壁、平板阀阀体201内壁、连接法兰3内壁圆滑过渡，上述内壁表面均设置有耐冲击层4，所述耐冲击层4采用堆焊焊接。
在本次实施例中，选择在四川苍溪元坝7井对本发明装置进行实施运用，该油井属于“三高井”，其油气压力高达110MPa、含硫量大于4.5%；高压油气水混合介质进入井筒到井口通过油管四通本体，经过平板阀2的阀体201两侧的过流通道出口输出，阀体201的出口端部设置有油气出口法兰，方便连接；由于油管四通本体与内侧阀体201一体化设置，其连接处管壁较厚，避免了因为密封位置太薄被含砂、含腐蚀的高压油气混合介质过流时冲蚀甚至刺穿，以提高油管四通本体与内侧阀体201的强度和安全可靠性；高压流体在油管四通本体管壁内流向突发90°流转突变，通过内侧阀体201排除油气水混合介质；油管四通1内壁、平板阀阀体201内壁、连接法兰3内壁圆滑过渡，缓解了流体的冲击压力；在井口装置内壁所有与介质接触的流体表面采用钨极气体保护氩弧焊自动堆焊耐蚀合金，本次采用UNS06625镍基合金，可满足极端环境的防腐蚀处理，即使井内介质高频高压振动、高压冲蚀、酸化压裂的介质、生产介质的腐蚀或应力开裂等作用，均未能使井口装置泄漏，井口装置均能起到很好的密封和防腐蚀的作用；一旦井口装置两侧外翼的阀门和管线泄漏，可立即关闭与油管四通设计为一体的平板阀2，迅速切断油气流，确保后续的整改或更换，若用于储层改造、试油气和井下作业、油气输送等环境，确保了井控安全；在另一实施例中用于页岩气压裂在高压下防止刺漏，可实现不压井进行更换整改作业，大大降低了井控风险。该井口装置不仅解决了在高压状态下油气出口法兰的泄漏、防刺、腐蚀问题，同时也方便后续井口不压井的带压更换或检修，更能够承受含砂的高压油气流、压裂液、酸液、含腐蚀的油气流等流体冲蚀、腐蚀、振动，大幅度提高井口装置的使用寿命，确保施工或开采作业的设备和人员的安全。
进一步地，为了提高井口装置与外接管线的密封度，本发明连接法兰3设置有密封槽301，为了提高耐磨性，确保管线密封度，密封槽301内同样设置有耐冲击层4。
进一步地，为了提高井口装置的整体寿命，当井内出现突发情况需要从套管环形空间压井时，在本发明中还包括锁紧装置5，锁紧装置5设置于油管四通1上方，油管悬挂器7外壁设置有凹槽，锁紧装置5前端卡合在凹槽内；通过锁紧装置5限制悬挂油管器的轴向移动，防止悬挂油管器从防喷器内腔冲出损坏井控设备，避免引发重大安全事故。
进一步地，为了提高锁紧装置5的强度，在本发明中，锁紧装置5包括调节轴套501、连接杆502和卡块503，其中调节轴套501与油管四通1连接，所述；具体使用中，油管四通1上方设置有台阶通孔，台阶通孔小孔在前，靠近油管四通1内壁，台阶通孔大孔在后，靠近油管四通1外壁，调节轴套501设置在大孔内，与大孔内壁通过螺纹连接，调节轴套501的前端设置有缓冲垫，与台阶通孔的台阶处抵接；调节轴套501的内孔与连接杆502通过螺纹连接，其中连接杆502前端与卡块503通过相匹配的燕尾条和燕尾槽连接，便于连接杆502带动卡块503径向伸缩移动，实现对悬挂油管器的卡合与松开；为了提高卡块503剪切应力，卡块503为扇形板状结构，卡块503前端与凹槽相匹配，在本发明中，多个卡块503合围构成圆环结构，通过线切割成形成单个卡块503，增大剪切的截面积和厚度，提高了剪切应力；实际使用中，多个卡块503均匀布置在油管悬挂器7外壁凹槽周围，确保油管悬挂器7锁紧不会发生轴向移动造成安全事故，提高应急压井作业时的安全性。
进一步地，为了提高井口装置的安全性，以及提高井口装置的使用寿命，防止油管四通1与套管头8之间的连接在“三高井”压裂酸化的酸性介质的腐蚀、开采介质温度及超高压力作用下失效；本发明中油管四通1下方设置有台阶孔101，台阶孔101内还设置有密封装置6，其中密封装置6的上端与台阶孔101的台阶面抵接，密封装置6的下端与套管头8端面抵接。
进一步地，为了提高油管四通1与套管头8之间的密封效果，本发明中密封装置6从上至下依次设置有上固定块601、密封垫602和下固定块603；其中密封垫602截面为H型结构，；在本实施例中，密封垫602采用金属材质，本次使用的为UNS08825合金，其具有较好的耐腐蚀性以及具有弹性形变，其中密封垫602呈环状结构，截面为H型，并且密封垫602内壁与套管头8采用垂直面贴合，密封垫602外壁与油管四通1采用斜面贴合，即H型金属密封通过锥面与四通配合，不仅方便安装，并且上固定块601的下方设置有第一凸起，第一凸起卡合在H型结构的上部缺口处，下固定块603的上方设置第二凸起，第二凸起卡合在H型结构的下部缺口处，通过油管四通1的重量和套管头8之间连接螺栓的轴向压缩力，让上固定块601和下固定块603嵌入到H型密封圈内，激发密封圈产生形变实现油管四通1与套管头8之间的永久密封。
进一步地，为了提高油管四通1与套管头8之间的密封效果，本发明在油管四通1与套管头8之间还设置有橡胶密封垫9，其中橡胶密封垫9内设置有耐蚀的缠绕式圆柱形弹簧，采用将弹簧与耐压耐蚀橡胶整体硫化成型，橡胶密封垫9内壁上侧和下侧均设置有凸起，构成圆环形挡圈，防止高压冲击作用时橡胶密封垫9被挤出失效，能够实现自动密封，在本实施例中H型锥面压紧式金属密封与带防挤出挡圈的橡胶密封垫9相结合的密封形式，增强了油管四通1与套管头8之间的密封效果。
进一步地，橡胶密封垫9背面还设置有T型空腔901，油管四通1设置有通孔102，且通孔102末端与T型空腔901的接口相匹配；当橡胶密封垫9内壁挡圈密封失效后，通过油管四通1设置的通孔102向橡胶密封垫T型空腔901内注入一定压力的塑脂，反向激发密封圈再次实现密封，具有二次激发密封的效果，提高了油管四通1与套管头8之间的密封性；在实际使用中，金属密封圈可以实现永久密封，针对套管头8表面不规则或有细小的凹痕等缺陷可以通过橡胶密封垫9给予补偿，通过两者组合使用，增强了油管四通1与套管头8之间的密封效果，不仅延长了井口装置的寿命，还提高了井口的安全性。
应理解实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作任何各种改动和修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限制。
Claims (8)
1.一种超高压防刺漏防腐整体式井口装置，包括油管四通（1），油管四通（1）上方内孔中设置有油管悬挂器（7），油管四通（1）下方连接有套管头（8）；油管四通（1）两侧从里到外依次设置有平板阀（2）和连接法兰（3），其特征在于，平板阀（2）包括阀体（201），油管四通（1）、平板阀阀体（201）和连接法兰（3）三者一体化设置，且油管四通（1）内壁、平板阀阀体（201）内壁、连接法兰（3）内壁圆滑过渡，上述内壁表面均设置有耐冲击层（4），所述耐冲击层（4）采用堆焊焊接。
2.根据权利要求1所述的超高压防刺漏防腐整体式井口装置，其特征在于，所述连接法兰（3）设置有密封槽（301）， 所述密封槽（301）内设置有耐冲击层（4）。
3.根据权利要求1或2 所述的超高压防刺漏防腐整体式井口装置，其特征在于，还包括锁紧装置（5），锁紧装置（5）设置于油管四通（1）上方，油管悬挂器（7）外壁设置有凹槽，锁紧装置（5）前端卡合在凹槽内。
4.根据权利要求3所述的超高压防刺漏防腐整体式井口装置，其特征在于，所述锁紧装置（5）包括调节轴套（501）、连接杆（502）和卡块（503），其中调节轴套（501）与油管四通（1）连接，调节轴套（501）的内孔与连接杆（502）通过螺纹连接，连接杆（502）前端与卡块（503）通过相匹配的燕尾条和燕尾槽连接；所述卡块（503）为扇形板状结构，卡块（503）前端与凹槽相匹配。
5.根据权利要求1或2或4所述的超高压防刺漏防腐整体式井口装置，其特征在于，所述油管四通（1）下方设置有台阶孔（101），台阶孔（101）内还设置有密封装置（6），其中密封装置（6）的上端与台阶孔（101）的台阶面抵接，密封装置（6）的下端与套管头（8）端面抵接。
6.根据权利要求5所述的超高压防刺漏防腐整体式井口装置，其特征在于，所述密封装置（6）从上至下依次设置有上固定块（601）、密封垫（602）和下固定块（603）；其中密封垫（602）截面为H型结构，上固定块（601）的下方设置有第一凸起，第一凸起卡合在H型结构的上部缺口处，下固定块（603）的上方设置第二凸起，第二凸起卡合在H型结构的下部缺口处。
7.根据权利要求1或2或4或6所述的超高压防刺漏防腐整体式井口装置，其特征在于，所述油管四通（1）与套管头（8）之间还设置有橡胶密封垫（9）。
8.根据权利要求7所述的超高压防刺漏防腐整体式井口装置，其特征在于，所述橡胶密封垫（9）背面还设置有T型空腔（901），油管四通（1）还设置有通孔（102），且通孔（102）末端与T型空腔（901）的接口相匹配。
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