配備安全控制系統的高壓氣密封井口
專案可行性研究報告
一、專案背景
井口裝置是用來密封油套管環形空間，對油氣井進行控制，開採的必備裝置。目前各油田使用的井口在油管頭與完井套管之間、油管四通與油管掛之間及油管掛與上法蘭之間普遍採用非金屬材料，由於非金屬材料的抗老化、耐腐蝕、耐高溫效能不好，造成井口密封效能不穩定,產品使用壽命短,安全性比較差，特別是高壓天然氣井，由於井內壓力高,壓力波動比較大，氣體的浸透性強，在密封效能和安全性方面有更高的要求。自從2023年12月四川開縣發生的重大井噴事故之後，各國油田使用者對氣密封井口裝置的密封及安全性特別重視。
鑑於此，本公司開發配備安全控制系統的高壓金屬氣密封井口，井口裝置在油管頭二次密封、油管懸掛器與油管頭、上法蘭之間及閥門的閥座與閥板間均採用金屬密封，克服了非金屬密封的不足，井口配備了安全控制系統裝置，該安全控制系統具有在井口壓力超過設定的安全壓力範圍時自動關閉井口，對井口壓力實施動態監控,在遇到火險時也能自動關閉井口的功能。整套裝置大幅提高了井口的安全性和長期工作可靠性,延長了井口的使用壽命,有效保護井口裝置及人員安全。
二、 產品技術效能介紹
執行標準：api spec 6a
工作壓力：70~105mpa
主通徑：46~180mm
旁通徑：46~180mm
材料級別：aa bb cc dd ee ff hh
產品規範級別：psl1、psl2、psl3、psl3g、psl4
效能要求級別：pr1、pr2
工作溫度：pu（-29~121℃）
工作介質：含h2s、co2的石油、天然氣、水、泥漿等
三、技術先進性
1、二次金屬密封的封結構特點
，可對140mpa的天然氣井實現可靠密封, 其它許多井口製造商僅能提供經機械加工過的套管的金屬密封裝置,而本公司金屬密封裝置無須對套管進行機加工，可節約大量鑽機機時。
二次密封處的 c型金屬密封結構，在配合斜面的對面設計有金屬凸起球面，利用兩法蘭間連線螺栓的機械載荷迫使金屬密封環沿斜面相對運動，從而使凸起球面與套管和油管四通本體內孔緊密配合，從而實現初始密封。該種密封的特點為：井口壓力輔助密封，機械載荷使金屬凸起球面建立初始接觸應力,該接觸應力足以密封氣體介質,當井內氣體建立起來後，該壓力使密封結構處產生上下兩個軸向輔助載荷，從而使兩密封環產生相對運動，繼而使金屬凸起球面接觸應力增加，實現高壓密封。
2、油管懸掛器等處的金屬封結構特點
油管懸掛器同上法蘭及油管四通之間的密封均採用金屬密封，所有密封部位採用錐度密封。金屬密封件主要有上下錐度金屬密封圈構成，上部密封圈採用的是在上密封圈的內外圓錐面上加工出凸起的圓弧部位，利用上法蘭的擠壓作用，使內外圓錐面上的凸起部位均勻變形，下部密封圈採用的是在下密封圈中留下一定的預壓量，利用油管的自重，使內外錐面緊密貼合在油管掛和油管四通的錐面上，這種結構具有較強的抗co2和h2s耐腐蝕性能，而且密封安全可靠，密封件安裝拆卸方便。
3、安全控制系統的功能特點
(1)安全控制系統中設計有高低壓感測器，先設定高低壓感測器的壓力值，當整個井口裝置的壓力高過或低於感測器的壓力設計範圍後，會自動關閉井口。
(2)安全閥控制機構中設計有易熔塞，用低溫金屬製成，當井口溫度過高或發生火險時，易熔塞會熔化，洩放掉控制櫃供給的壓力，使安全閥自動迅速關閉，從而保護井口裝置及人員安全。
(3)設計有緊急手動開關操作機構，如果自動控制櫃工作失效，則可利用該機構迅速關井。
該種配備了安全控制系統的高壓金屬氣密封井口，從密封效能、安全性方面都有很大的提高，而且還能實現自動控制。
4、工藝合理性
(1)該項目的主要加工難題是金屬密封加工精度控制，為了保證產品的各項精度符合圖紙要求，只能利用專用工具和數控工具機加工。
(2)為提高閥門使用壽命，閥座、閥板的密封面採用噴堆焊硬質合金來解決。
(3)大多數部件為公司的專利產品和成熟產品，在生產實踐中得到驗證。
(4)整個安全系統進行控制迴圈測試。
5、工藝路線
a、油管四通：鍛→退火→粗車→粗車→粗車→鑽→粗車→粗車→鏜→調質→車→車→探傷→劃線→鑽→鏜→鉗→鑽→鑽→鑽→鉗→查硬度→清洗→入庫
b、油管掛：鍛→退火→粗車→粗車→鑽→粗車→調質→車→車→劃線→ →鑽→鉗→查硬度→表面處理→清洗→入庫
c、金屬密封圈：鍛→退火→車→車→車→車→車→鉗→鉗→表面處理→清洗→入庫
d、閥體：鍛→退火→劃線→鑽→粗車→粗車→劃線→粗車→劃線→鑽→粗車→粗車→鏜→鉗→插→粗車→粗車→調質→劃線→車→車→鏜→劃線→車→車→插→車→車→探傷→劃線→鑽→鑽→鉗→查硬度→清洗→入庫
e、閥板：鍛→退火→刨→鉗→車→車→調質→刨→噴焊→鉗→車→磨→查硬度→探傷→車→刨→刨→銑→銑→鉗→磨→磨→鉗→研磨→清洗→入庫
f、閥座：下料→車→車→調質→車→堆焊→車→車→高頻淬火→車→磨→查硬度→探傷→精磨→鉗→清洗→入庫
g、閥蓋：鍛→退火→車→車→調質→精車→精車→探傷→劃線→鑽→鉗→查硬度→清洗→入庫
h、驅動器本體操：鍛→退火→車→車→調質→精車→精車→探傷→劃線→磨→磨→鉗→鑽→缸體表面處理→查硬度→清洗→入庫
i、**：鉗→裝配→液壓強度試驗→氣密封試驗→控制系統效能試驗→清洗→噴漆→包裝→發貨
四、產品技術水平與國內外同類產品的比較
1、目前國內外決大多數井口裝置採用非金屬密封裝置, 非金屬密封裝置在耐腐蝕、耐高低溫、耐老化,長期工作穩定性等方面存在較大的缺陷，而金屬密封件能夠克服上述缺陷，而且在耐高壓、長期工作穩定性、使用壽命等方面有大幅提高。
2、該金屬氣密封井口裝置配有自動安全控制系統，可對井口壓力實現自動監控，自動關閉井口。而當前國內及國外的許多井口沒有此裝置,僅能手動操作,不能實現自動控制和遠端控制。
3、該井口裝置具有火險控制功能，如有火險，能自動關閉井口，從而保證井口裝置及人員安全。而普通井口所不具備的此項功能,因而安全可靠性較差。
4、該井口裝置可對高壓氣井實現可靠密封與控制，由於氣井的效能要求高，製造難度大，國內僅本公司生產，國外高壓氣井製造商也不多，據使用者反映，該產品效能與國外進口產品不分伯仲。
五、市場前景
天然氣作為一種潔淨的能源，備受各國的重視和推崇，然而天然氣井口在密封效能、長期工作可靠性、安全控制等方面要求高。 由於技術含量高,製造難度大，因而國內外能生產高密封性,安全性井口的廠商不多。隨著人們對天然氣消耗量的加大，開發此產品具有廣闊的市場前景和社會經濟效益。
六、市場潛力
據市場使用者的要求及各種市場因素的分析，本公司研製開發了此產品，而本公司每年銷往國外市場的普通井口就有500多套，公司產品國內市場占有率達58%，市場覆蓋率達100%，而配備安全控制系統的高壓金屬氣密封井口僅本公司生產，國內市場依賴進口，如果本公司將這一產品產業化，將替代進口產品，佔據國際市場，再加上北美、獨立國協及中東市場，界時需求量很大。 隨著石油機械市場對高壓井口、井控裝置需求量的加大和公司對外銷售業務的擴大，開發此產品的風險將進一步減小。
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