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什么是套管阀?是如何工作的?
2021.09.07
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石油和天然气行业是现代能源市场的基石,每年可以消耗数百万加仑的燃料。

本文将更深入地研究套管阀。我们将调查套管阀的用途、基本功能以及在工业中主要使用的位置,以帮助设计师确定套管阀是否符合其工程需要。


什么是套管阀?


图1:井口装置;这里有多个套管阀在使用,包括地上和地下。


套管阀,也称为防喷器、套管控制阀等,是一种用于进入井套管的阀门。简单地说,套管是一根“吸管”,产品(无论是液体还是气体)通过它被“吸出”地球。这些外壳是可伸缩的,这意味着它们由几根直径逐渐变细的管子组成,当它们到达越来越深的深度时,这些管子就会像望远镜一样相互配合。它们可以防止塌方,并将井中不需要的地层封闭起来。套管阀是井口组件的一部分,位于油井套管开始的正上方。套管阀可进入这些伸缩管之间的空间(也称为环空空间),并可防止套管之间出现不必要的材料和/或移动。这些环形空间通常填充混凝土以加固油井,根据设计,套管阀可用于泵送混凝土或排出多余材料。它们提供减压和其他安全措施,是石油和其他钻井应用的重要组成部分。


套管阀是如何工作的?


图2:典型套管阀的简化图;注:有更多的套管阀类型/方法。


套管阀的功能取决于制造商和具体应用,但通常与间隙环空空间相互作用。它们还用于减小/关闭管道输送产品的管径,以降低其压力(请记住,当流动面积减小时,流速增大,压力减小,就像将拇指放在花园软管上一样)。图2显示了如何使用基本活塞组件将流体推出套管空间,并将其推向表面。这些活塞还可以连接到环形装置上,用于关闭套管,防止危险碳氢化合物进入井筒(在这种情况下,套管阀被称为防喷器或BOP)。在其他应用中,套管阀只是提供进入套管之间空间的通道,这对特定应用非常有用。它们还用于缓解压差,因为它们可以承受高压和高温。


规格


指定套管阀不仅需要了解套管阀所属系统,还需要了解套管阀所在地区的法规、安全措施以及更多考虑因素。本节将简要详述套管阀的基本规范,但要知道,这些规范应与钻井专家、经验丰富的油井制造商和/或委托的供应商进行讨论。套管阀是更大系统的一部分,因此,其规格高度依赖其系统。


阀门类型


根据您的应用,您可能需要设置一个独特的套管阀。确保您了解套管阀的预期功能、应如何负责任地使用以及套管阀应执行的任何其他功能。确定的阀门类型应由油井设计师和供应商共同检查,以便选择正确的型号。


执行器类型


确保为您的套管阀选择正确的驱动装置;这在很大程度上取决于井口、预期用途和其他因素。这个决定可以像旋钮一样简单,也可以像电子驱动系统一样复杂——无论需要什么,确保它包含在规格表中。


管道尺寸+额定压力


油井通常采用更大的管道和高压,这意味着更高的流速。通过指定所选套管阀的估计管道尺寸和正确压力范围,确保套管阀能够处理这些尺寸和压力。


材料+安全特性


油井与碳氢化合物、化学品、沉积物和气体相互作用,随着时间的推移,这些物质会侵蚀设备;阀门尤其如此,因为它们经常与工艺流体相互作用,是常见的故障区域。确保指定的套管阀由能够承受反复暴露的材料制成。此外,确保采取安全措施,防止套管阀失效时发生灾难性故障。如果处理不当,钻井作业可能会迅速演变为环境和/或金融灾难,因此,必须按照最高安全标准规定每个部件(包括套管阀)。


应用


如前所述,套管阀是井口内不可分割的组成部分,在大多数钻井作业中,套管阀是主要部件。套管阀的作用是与套管之间的环空空间相互作用,因此它们是固井、润滑和安全措施的接入点,否则将无法执行这些措施。套管阀在钻井界有许多用途,但下面的列表将显示它们最常用的用途。


套管阀的一些显著应用包括:


  • 天然气应用

  • 陆上井、海上钻机、水下井

  • 大型钻井应用的安全系统

  • 防喷器系统


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