CN114086905B - 一种适用于海上油田的水下干式井口舱及安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种适用于海上油田的水下干式井口舱及安装方法，涉及海上油井的井口装置领域，包括导向基座、采油树机构以及芯轴机构，导向基座套设在导向管上，采油树机构包括舱体、采油树本体以及井口头，井口头和采油树本体同轴密封连接，且井口头和采油树本体布设在密闭的舱体内，井口头的下端口与导向基座的上端口密封连接，采油树本体的上端口通过井口连接器与钻井下方隔水管相连接，井口头和采油树本体的中部形成贯通的输油腔道，芯轴机构经钻井下方隔水管和井口连接器，密封安装在输油腔道内，本发明具有施工难度低、维修简单以及投资成本低的优点。

Description

一种适用于海上油田的水下干式井口舱及安装方法

技术领域

本发明涉及海上油井的井口装置领域，尤其涉及一种适用于海上油田的水下干式井口舱及安装方法。

背景技术

采油树是自喷井和机采井等用来开采石油的井口装置。它是油气井最上部的控制和调节油气生产的主要设备，主要有套管头、油管头、采油树本体三部分组成。有以下主要作用：（1）连接井下各层套管，密封各层套管环形空间，承挂套管部分重量。（2）悬挂油管及下井工具，承托井内全部油管柱的重量，密封油管、套管间的环形空间。（3）控制和调节油井的生产。（4）保证各项井下作业施工，便于压井作业、起下作业等措施施工和进行测压、清蜡等日常生产管理。（5）录取油压、套压资料又称圣诞树。在油（气）井完井后进行测试油气时，或自喷井和机采井等采油时的一种井口控制装置。

采油树是各种采油系统的重要组成部分。按照采油树的作业环境是否与海水直接接触可以将其分为干式采油树和湿式采油树。干式采油树按照其安装位置又可以分为水上干式采油树和水下干式采油树。水上干式采油树是浮式采油系统的重要组成部分；水下干式采油树和湿式采油树是水下采油系统的重要组成部分。

现今，我国海上油田水下开发方式，多采用常规水下采油树，其设备组成复杂、技术门槛高、国外垄断，其高投资特性大大降低了油田经济收益。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中存在的不足，提供一种适用于海上油田的水下干式井口舱及安装方法。

本发明是通过以下技术方案予以实现：一种适用于海上油田的水下干式井口舱，包括导向基座、采油树机构以及芯轴机构，导向基座套设在导向管上，采油树机构包括舱体、采油树本体以及井口头，井口头和采油树本体同轴密封连接，且井口头和采油树本体布设在密闭的舱体内，井口头的下端口与导向基座的上端口密封连接，采油树本体的上端口通过井口连接器与钻井下方隔水管相连接，井口头和采油树本体的中部形成贯通的输油腔道，芯轴机构经钻井下方隔水管和井口连接器，密封安装在输油腔道内。

根据上述技术方案，优选的，芯轴机构从下至上依次包括套管组件、封隔组件以及电控组件，其中套管组件从下至上依次包括第一套管挂、第一密封件、第二套管挂以及第二密封件；封隔组件从下至上依次包括二次封隔件、油管挂、第一封隔锁紧部件；电控组件依次包括管线插头、电缆转换接头、内树帽以及第二封隔锁紧部件，采油树本体的侧面设有穿越设备活塞，用于将内部电插头与电缆转换接头插接，井下电潜泵通电运转。

根据上述技术方案，优选的，二次封隔件是阶梯结构，用于将油管挂和第二套管挂的累计重力传递至导向管上。

根据上述技术方案，优选的，芯轴机构的下端设有油管、中层套管和外层套管。

根据上述技术方案，优选的，采油树本体上设有生产翼阀、生产节流阀、换向阀、化学药剂注入阀以及环空翼阀，其中生产翼阀、生产节流阀、换向阀、化学药剂注入阀安装在采油树本体一侧，而环空翼阀安装在采油树本体另一侧，环空翼阀与换向阀通过环空管道连接，采油树本体两侧阀体安装测试法兰。

根据上述技术方案，优选的，生产翼阀、生产节流阀、换向阀、化学药剂注入阀、环空翼阀，其中生产翼阀、生产节流阀、换向阀、化学药剂注入阀均采用液压控制，且顶部安装有位移传感器，获取开启或关闭状态数据，生产节流阀顶部安装有开度传感器，获取开启或关闭程度数据。

本发明还公开了一种适用于海上油田的水下干式井口舱安装方法，用于安装上述的适用于海上油田的水下干式井口舱，包括以下步骤：

步骤1、采油树机构的舱体、采油树本体以及井口头预先组装完成；

步骤2、钻井船在位，安装导向管，下入导向基座，并利用锁紧环锁定导向管和导向基座；

步骤3、将采油树机构坐放至导向基座，并利用锁紧螺钉密封锁定采油树机构和导向基座，采油树机构和导向基座的中部形成输油腔道；

步骤4、采油树机构通过井口连接器与钻井下方隔水管相连通，通过钻井下方隔水管和井口连接器，依次向输油腔道内下放进入芯轴机构的套管组件、封隔组件以及电控组件。

根据上述技术方案，优选的，步骤4包括以下分步骤：

步骤4-1、将钻井下方隔水管的下端与井口连接器相连接；

步骤4-2、顺着钻井下方隔水管、井口连接器和输油腔道依次将套管组件的第一套管挂、第一密封件、第二套管挂以及第二密封件安装到位；

步骤4-3、顺着钻井下方隔水管、井口连接器和输油腔道依次将封隔组件的二次封隔件、油管挂、第一封隔锁紧部件安装到位；

步骤4-4、管线插头、电缆转换接头、内树帽以及第二封隔锁紧部件安装到位；

步骤4-5、对穿越设备活塞施加压力，推动内部电插头与电缆转换接头插接，井下电潜泵通电运转。

本发明的有益效果是：

（1）本发明可由钻井平台安装，无须其它施工船作业，降低工程投资；

（2）井口舱与井口一体化安装，无须人员进入舱内作业，提高施工安全性；

（3）采油树帽设在舱体外，修井作业无须人员进入；

（4）如遇故障或无法恢复，可按常规弃井作业流程，井口舱整体拆除；

（5）适用性强，可重复利用，按不同油田需求基于原型设计可用于油井（带电潜泵）、气井、注水井、水源井；

（6）较常规水下生产系统比较，其关键设备水下井口设备投资低，另外降低了脐带缆及水上水下控制系统投资，整体投资大大降低；

（7）运维及修井作业投资低，不需要水下采油树测试装置IWOCS，降低投资成本。

附图说明

图1示出了根据本发明的实施例的主视结构示意图；

图2示出了根据本发明的实施例的组装结构示意图，此时采油树机构将安装在导向基座上；

图3示出了根据本发明的实施例的剖视结构示意图；

图4示出了根据本发明的实施例隐藏舱体后的主视结构示意图；

图5示出了根据本发明的实施例隐藏舱体后的后视结构示意图；

图中：1、导向基座；2、采油树机构；3、芯轴机构；4、舱体；5、采油树本体；6、井口头；7、井口连接器；8、输油腔道；9、套管组件；10、封隔组件；11、电控组件；12、第一套管挂；13、第一密封件；14、第二套管挂；15、第二密封件；16、二次封隔件；17、油管挂；18、第一封隔锁紧部件；19、管线插头；20、电缆转换接头；21、内树帽；22、第二封隔锁紧部件；23、油管；24、中层套管；25、外层套管；26、生产翼阀；27、生产节流阀；28、换向阀；29、环空翼阀；30、穿越设备活塞；31、环空管道；32、生产管道；33、导向管；34、卡瓦组件；35、卡瓦主体。

具体实施方式

下面将结合附图对发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于发明保护的范围。

如图所示，本发明提供了一种适用于海上油田的水下干式井口舱，包括导向基座1、采油树机构2以及芯轴机构3，导向基座1套设在导向管上，采油树机构2包括舱体4、采油树本体5以及井口头6，井口头6和采油树本体5同轴密封连接，且井口头6和采油树本体5布设在密闭的舱体4内，井口头6的下端口与导向基座1的上端口密封连接，采油树本体5的上端口通过井口连接器7与钻井下方隔水管相连接，井口头6和采油树本体5的中部形成贯通的输油腔道8，芯轴机构3经钻井下方隔水管和井口连接器7，密封安装在输油腔道8内，而芯轴机构3从下至上依次包括套管组件9、封隔组件10以及电控组件11，其中套管组件9从下至上依次包括第一套管挂12、第一密封件13、第二套管挂14以及第二密封件15；封隔组件10从下至上依次包括二次封隔件16、油管挂17、第一封隔锁紧部件18；电控组件11依次包括管线插头19、电缆转换接头20、内树帽21以及第二封隔锁紧部件22，采油树本体5的侧面设有穿越设备活塞30，用于将内部电插头与电缆转换接头20插接，井下电潜泵通电运转。

进一步的，二次封隔件16是阶梯结构，用于将油管挂17和第二套管挂14的累计重力传递至导向管上，增强油管挂17和第二套管挂14的稳定性。

进一步的，采油树机构2通过卡瓦组件34与导向管33相连接，卡瓦组件包括卡瓦主体35和多组伸缩销，起始时，卡瓦主体位于输油腔道8的下端，且伸缩销锁定卡瓦主体。

进一步的，芯轴机构3的下端设有油管23、中层套管24和外层套管25，而油管23、中层套管24和外层套管25向下穿过导向基座1。

进一步的，采油树本体5上设有生产翼阀26、生产节流阀27、换向阀28、化学药剂注入阀以及环空翼阀29，其中生产翼阀26、生产节流阀27、换向阀28、化学药剂注入阀安装在采油树本体5一侧，而环空翼阀29安装在采油树本体5另一侧，环空翼阀29与换向阀28通过环空管道31连接，采油树本体5两侧阀体安装测试法兰，生产节流阀27外接生产管道32。

进一步的，生产翼阀26、生产节流阀27、换向阀28、化学药剂注入阀、环空翼阀29，其中生产翼阀26、生产节流阀27、换向阀28、化学药剂注入阀均采用液压控制，且顶部安装有位移传感器，获取开启或关闭状态数据，生产节流阀27顶部安装有开度传感器，获取开启或关闭程度数据，最终通过光纤将数据信号传递至控制平台。

本发明还公开了一种适用于海上油田的水下干式井口舱安装方法，用于安装上述的适用于海上油田的水下干式井口舱，包括以下步骤：

步骤1、采油树机构2的舱体4、采油树本体5以及井口头6预先组装完成,包括舱体内的阀门、管道、液压管线、电控设备、液压设备以及传感器设备等；

步骤2、钻井船在位，安装导向管，下入导向基座1，并利用锁紧环锁定导向管和导向基座1；

步骤3、将采油树机构2坐放至导向基座1，使得采油树机构2的下端面与导向管的上端面紧密贴合，在组装过程中，卡瓦组件的伸缩销回缩，并与卡瓦主体脱离，导致卡瓦主体下坠，卡瓦主体卡在导向管上，此时利用锁紧螺钉密封锁定采油树机构2和导向基座1，激活导向管密封，导向管密封包括金属密封部件和非金属密封部件，采油树机构2和导向基座1的中部形成输油腔道8；

步骤4、采油树机构2通过井口连接器7与钻井下方隔水管相连通，通过钻井下方隔水管和井口连接器7，依次向输油腔道8内下放进入芯轴机构3的套管组件9、封隔组件10以及电控组件11，详细内容如下：

步骤4-1、将钻井下方隔水管的下端与井口连接器7相连接；

步骤4-2、顺着钻井下方隔水管、井口连接器7和输油腔道依次将套管组件9的第一套管挂12、第一密封件13、第二套管挂14以及第二密封件15安装到位；

步骤4-3、顺着钻井下方隔水管、井口连接器7和输油腔道依次将封隔组件10的二次封隔件16、油管挂17、第一封隔锁紧部件18安装到位；

步骤4-4、管线插头19、电缆转换接头20、内树帽21以及第二封隔锁紧部件22安装到位；

步骤4-5、对穿越设备活塞30施加压力，推动内部电插头与电缆转换接头20插接，井下电潜泵通电运转。

本发明的有益效果是：

（1）本发明可由钻井平台安装，无须其它施工船作业，降低工程投资；

（2）井口舱与井口一体化安装，无须人员进入舱内作业，提高施工安全性；

（3）采油树帽设在舱体4外，修井作业无须人员进入；

（4）如遇故障或无法恢复，可按常规弃井作业流程，井口舱整体拆除；

（5）适用性强，可重复利用，按不同油田需求基于原型设计可用于油井（带电潜泵）、气井、注水井、水源井；

（6）较常规水下生产系统比较，其关键设备水下井口设备投资低，另外降低了脐带缆及水上水下控制系统投资，整体投资大大降低；

（7）运维及修井作业投资低，不需要水下采油树测试装置IWOCS，降低投资成本。

在发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在发明中的具体含义。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种适用于海上油田的水下干式井口舱，其特征在于，包括导向基座、采油树机构以及芯轴机构，所述导向基座套设在导向管上，所述采油树机构包括舱体、采油树本体以及井口头，所述井口头和采油树本体同轴密封连接，且所述井口头和采油树本体布设在密闭的舱体内，所述井口头的下端口与所述导向基座的上端口密封连接，所述采油树本体的上端口通过井口连接器与钻井下方隔水管相连接，所述井口头和采油树本体的中部形成贯通的输油腔道，所述芯轴机构经钻井下方隔水管和井口连接器，密封安装在所述输油腔道内，所述芯轴机构从下至上依次包括套管组件、封隔组件以及电控组件，其中所述套管组件从下至上依次包括第一套管挂、第一密封件、第二套管挂以及第二密封件；所述封隔组件从下至上依次包括二次封隔件、油管挂、第一封隔锁紧部件；所述电控组件依次包括管线插头、电缆转换接头、内树帽以及第二封隔锁紧部件，所述采油树本体的侧面设有穿越设备活塞，用于将内部电插头与电缆转换接头插接，井下电潜泵通电运转。

2.根据权利要求1所述的一种适用于海上油田的水下干式井口舱，其特征在于，所述二次封隔件是阶梯结构，用于将油管挂和第二套管挂的累计重力传递至导向管上。

3.根据权利要求1所述的一种适用于海上油田的水下干式井口舱，其特征在于，所述芯轴机构的下端设有油管、中层套管和外层套管。

4.根据权利要求1所述的一种适用于海上油田的水下干式井口舱，其特征在于，所述采油树本体上设有生产翼阀、生产节流阀、换向阀、化学药剂注入阀以及环空翼阀，其中生产翼阀、生产节流阀、换向阀、化学药剂注入阀安装在采油树本体一侧，而环空翼阀安装在采油树本体另一侧，环空翼阀与换向阀通过环空管道连接，采油树本体两侧阀体安装测试法兰。

5.根据权利要求4所述的一种适用于海上油田的水下干式井口舱，其特征在于，所述生产翼阀、生产节流阀、换向阀、化学药剂注入阀、环空翼阀，其中生产翼阀、生产节流阀、换向阀、化学药剂注入阀均采用液压控制，且顶部安装有位移传感器，获取开启或关闭状态数据，所述生产节流阀顶部安装有开度传感器，获取开启或关闭程度数据。

6.一种适用于海上油田的水下干式井口舱安装方法，用于安装权利要求1-5中任意一项所述的适用于海上油田的水下干式井口舱，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、采油树机构的舱体、采油树本体以及井口头预先组装完成；

步骤2、钻井船在位，安装导向管，下入导向基座，并利用锁紧环锁定导向管和导向基座；

步骤3、将采油树机构坐放至导向基座，并利用锁紧螺钉密封锁定采油树机构和导向基座，采油树机构和导向基座的中部形成输油腔道；

步骤4、采油树机构通过井口连接器与钻井下方隔水管相连通，通过钻井下方隔水管和井口连接器，依次向输油腔道内下放进入芯轴机构的套管组件、封隔组件以及电控组件。

7.根据权利要求6所述的一种适用于海上油田的水下干式井口舱安装方法，其特征在于，步骤4包括以下分步骤：

步骤4-1、将钻井下方隔水管的下端与井口连接器相连接；

步骤4-2、顺着钻井下方隔水管、井口连接器和输油腔道依次将套管组件的第一套管挂、第一密封件、第二套管挂以及第二密封件安装到位；

步骤4-3、顺着钻井下方隔水管、井口连接器和输油腔道依次将封隔组件的二次封隔件、油管挂、第一封隔锁紧部件安装到位；

步骤4-4、管线插头、电缆转换接头、内树帽以及第二封隔锁紧部件安装到位；

步骤4-5、对穿越设备活塞施加压力，推动内部电插头与电缆转换接头插接，井下电潜泵通电运转。

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