一种新型气井井口研究及试验

【摘要】针对常规气井井口存在的安全隐患问题和安全隐患治理技术存在的弊端，开展了新型气井井口研究，优选了闸阀、节流阀和油管头等重要组件，研制了一种新型气井井口―紧凑型压裂、生产和作业一体化井口，现场试验表明该井口不仅能满足压裂、生产和作业一体化的多功能技术要求，同时与常规气井井口相比，具有结构先进，功能完备，操作简便、安全可靠、经济实用等显著特点。

【关键词】气井 新型井口 性能 研究 试验

从国内外井口装置的技术现状和发展趋势来看，大多是从井口安全生产、事故防范、操作使用、维护保养、井下作业、修井作业、设备管理等方面综合考虑，开展新型气井井口研究[1，2]。通过研究、设计、试验关键部件和性能，优选和组配新型气井井口，目的在于防患于未然，提高质量、安全性和可靠性，从根本上减少事故发生率，提

高其社会经济效益[3，4]。

1 新型气井井口主体结构

新型气井井口主体结构由紧凑型本体、油管挂、上盖法兰组成（见图1所示），可以实现压裂、生产和作业一体化，它与常规传统油管头和采气树部分（见图2所示）相比具有结构新颖、功能全面、井口高度低，漏点少，密封可靠、修井作业简便，费用低，可最大程度地减少停产时间及尽快投产，增加经济效益。

闸阀、节流阀和油管头是井口重要组件，它们的结构和性能好坏，直接影响井口的质量性能，我们优选双级自封闸阀、笼套式节流阀和两翼旁通处和油管挂上增设备压丝扣的油管头。

2.1 双级自封闸阀

单级一次密封和双级二次自封结构原理比较示意图见图3。双级密封闸阀第一级阀座与单级密封闸阀在结构原理及密封能力上基本相同，双级密封型的第二级密封则是在第一级密封的基础上又增加了一级，并具备抗冲损的缓冲功能，利用截面积差作用原理进行再次密封。相当于两个阀门同组于一体。

当第一级阀座被油气冲损及磨损开始泄漏时，二次密封的二级阀座面对泄漏的压力，首先于瞬间缓冲后退压缩弹簧片，以缓解油气介质对阀座的高速冲损。由于在设计上第二级阀座后端的截面积大于前端截面积，其泄漏的压力在截面积差原理的作用下，瞬间推动第二级阀座再次密封于阀板。泄漏的压力反而有助于密封，直至达到和保持不漏的最佳平衡点上，而常规单级密封型闸阀是显然不具备这些能力的。

2.2 节流阀

笼套式节流阀利用带孔的笼套结构来改变流体方向，并利用流体力学原理使流体沿笼套的中心线运动，避免对节流元件的冲损和腐蚀，减少运行噪音。笼套式节流阀无故障寿命是针式节流阀的2-3倍以上。笼套节流阀分为PC（活塞笼套式）和SC（套筒笼套式）。笼套式节流阀具有噪音低，耐高冲损、耐腐蚀、维修方面等特点。

2.3 油管头的选取

传统的油管头没有考虑闸阀出现安全隐患时所需采取的应急处理保护措施，因此，在结构设计时忽略增设此结构和功能。整改更换井口闸阀，只能采取压井或下堵塞器封堵不压井治理技术进行整改，但存在很大别端，一个是大量的人财物和时间的浪费问题，另一个是安全保障问题。以前的教训告诉我们，必须研制新型油管头，结构决定功能，完善结构设计，增设相应功能。为此，在油管头两翼旁通处和油管挂上增设备压丝扣结构，通过专用工具安装备压丝堵即可轻松安全解决井口1#、2#、3#闸阀不压井修复和更换难题。因此，油管头要优选两翼旁通处和油管挂上增设备压丝扣的油管头。

3 新型气井井口装置

根据前面的研究，将新型气井井口主体部分和优选的闸阀组配，即可形成新型井口装置。可根据实际需要选择双翼双阀结构、双翼单阀结构或单翼单阀结构。见图4所示。

图4？新型气井井口装置结构示意图（双翼双、单阀结构和单翼单阀结构）

双翼双阀结构井口可满足压裂、生产和作业一体化多功能要求。但对于酸化压裂压力高，而生产压力较低的气井，在酸压后进行生产时可由双翼双阀结构减化为双翼单阀结构或单翼单阀结构，如今后要进行井下作业，还可增添适当的闸阀，例如，采用符合API和ANSI标准的MD-U闸阀。

4 现场试验

根据延长气田实际情况，选用了2套井口装置分别在2口新井安装试验，其井口参数见表1。

通过2口井现场试验，试验证明可以满足气田压裂技术要求（最高70MPa）；同时每口井分别开展了不压井带压更换闸阀试验，试验一次性成功，说明该新型井口强度、功能和安全可靠性是合格的。而在价格方面与常规井口相差不大。尤其现场安装、操作和井下作业十分便捷，深受现场好评。该井口能满足压裂、生产、作业一体化的技术要求和安全要求，克服常规井口的弊端，显示出低成本、多功能、安全可靠、不压井任意更换井口闸阀的显著优特点。

5 结论及认识

（1）根治气井井口安全隐患的关键是改善井口结构和功能，尤其是易损件和易损部位，最大限度减少甚至消除安全隐患，确保气井安全和正常生产及作业。

（2）为了保证密封，提高安全性、可靠性和寿命，对新型气井井口，推荐选用金属密封、开关扭矩小的双级自封闸阀和笼套式节流阀。为方便实现不压井治理井口安全隐患，建议选用备有备压丝堵结构的油管头。

（3）该井口能满足压裂、生产和作业一体化的多功能技术要求，具有结构先进，功能完备、操作方便，安全可靠、经济实用等优点，具有常规井口不具有的较多优势，达到国内领先水平。

参考文献

[1] 陈惠琴，苏庆.国内进口套管头及采气井口配套使用技术[J].钻采工艺，2006，18（6）：129-130

[2] 钟功祥，张天津.采油（气）井口装置现状及发展趋势[J].机电产品研发与创新，2007，20（6）：63-67.

[3] 刘清友，祝效华.KY65―21新型海洋采油气井口装置结构优化[J].天然气工业，2003，33（5）：54-56

[4] 蒲洪江.851井井口装置受损情况分析研究[J].天然气工业，2005，25（3）：98-101

作者简介

李强，男，生于1981年，工程师，2008年毕业于西安石油大学，现在延长石油（集团）有限责任公司研究院从事油气田地质与工程技术研究。