耿炜 柏林 田怀智
长庆油田分公司采油十二厂，甘肃 庆阳 745401
摘要：为高质规避工作人员在石油能源开采作业中的低效、安全性低、人工负荷量过大等不良问题，合规完成日益繁重的能源开采任务，促进我国石油能源开采量的稳步提升。基于我国社会整体长足进步的新形势下，设计人员应对开采工作中核心性采油井口装置及其安全控释系统进行与时俱进的升级优化。通过采油树、油管头、套管头这三项重点井口装置的细化设计，充分发挥液压控制系统的众多优势特点，科学规划出液压系统设计方案及易熔塞回路，多方位展示采油井创新、实用等积极性设计效果。
关键词：采油井口装置；安全控制系统；设计
因全球经济在近年间的高速增收，使得各国对自然能源资源的需求量日渐增长，导致各类资源供求矛盾冲突层出不穷。我国因幅员辽阔，石油资源储备总量原本丰富充足。然而随着我国市场经济的健康发展，我国石油能源危机日趋严峻。社会大众日常生活、生产对石油、天然气等资源能源的现实性需要量连续提高。促使石油的开采形式正从传统陆地发展为海洋作业，催化石油开采复杂性、危险性及人工工作负荷逐步提升。对此，为在保障工作人员开采作业安全这一重要性前提下，科学增大能源资源的开采率，则需设计人员进一步优化油井井口装置及其安全控制系统。
1 采油井口装置的概述及设计
1.1 采油井口装置的介绍
一般情况下，“采油树”、“油管头”、“套管头”这三项重要构件组成了采油井口[1]。其核心性应用价值为井口固定，将套管柱完成与井口的衔接，对管间的封闭性环形空间实现控制，悬吊油管、调整油井的压力及流量，以及将油液向进口部位的油管充分导引。并在指定情况下，能够及时关闭油井。可广泛引用在注水、酸化压裂等作业中
1.2 采油井口装置的设计
1.2.1 采油树
采油树作为井口装置统一阀门上方的主体构成，由套管、生产、清蜡的阀门以及三通或四通形式的油管、节流阀等构件协同搭建。根据生产类油井的实际类别、完井手段，可将采油树细化划定为自喷式、电潜泵式、气井式、螺杆泵式这四种类别。按照设计要求，可将采油树结构设计为分体或整体两种，其中常见性整体式采油树结构如图1所示。
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1.2.2 油管头
油管头需承载套管头安装，重要功能为承受采油树、油管柱等部件的重量负荷，以及对套管、油管构成的封闭式环形空间提供支撑作用。常规性油管头设计需充分考量其油管悬挂装置、顶丝、法兰、压力表、闸阀等细化元件的协调组装。为将油管头有机整合于采油树，设计人员可对应采取合卡箍及法兰式两种异径法兰衔接方式。
1.2.3 套管头
套管头作为井口装置总体最底部的装置，也是井口压力调节控制的关键构件，可用于油井内各类套管密封环形空间的紧密连接。依托套管头与井口装置表层套管的衔接技术，可将其对应设计为卡瓦式、焊接式、螺纹式等多样形式。
2 采油井口安全控制系统设计
2.1 液压控制系统的优点
液压系统凭借自身持有的诸多优势特点，在工业领域中得到了广泛应用。其优点包含：
（1）传动平稳
由于液压油具备的压缩量有限，由油液的连续性流动驱动传动。且油液吸振能力表现良好，设计人员在控制系统管线回路中增设缓冲设置，则可保证油液传动行为的平稳性。
（2）体积小
液压系统具备小体积特征，其质量较轻、组成结构紧凑，加之动作灵敏性高。与传统电力、机械等作业方式相比，同等体积条件下液压系统可实现更高功率的有序输出。
（3）操作便捷
可确保复杂的动作、指令及时落实，有益于无极调速[2]。
2.2 液压控制系统设计
在井口装置安全控制系统的液压程序设计中，设计人员应重点聚焦以下五个方面的关键要点：
（1）动力装置
在液压动力系统中动力装置的表现形式为液压泵，也是将原动机所传递出的机械能实时转化为液压能的重要装置，更是驱动液压系统良性运转的动力来源。根据是否需控制油液体积、泵体指定结构等设计要求，液压泵可设计为定量或变量式两种形式，而泵体结构则有叶片、齿轮、螺杆等类别。
（2）执行元件
液压缸或液压马达作为以油液为核心媒介的小型执行元件，能够实现液压能向机械能的及时转变，驱使系统稳定作业。二者的显著差异有：前者作往复摆动运动，后者则为旋转式连续运动。
（3）调节控制装置
也被领域称为控制元件，其可调整油液在系统内部的压力、流向、流量，确保系统可依托设计方案执行系列指令。
（4）辅助元件
除控制及执行元件、驱动装置外的元件皆可引申为辅助元件，如管件、冷却器、油箱等。主要用作于辅助各类元件可及时操作动作任务。
（5）工作介质
普遍为气体、液体这两种类别，在液压系统内部需引用的则为液压油。
完整性液压系统结构简图见图2所示。
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2.2.1 液压系统方案
（1）管线布置
为满足井口装置安全系统的设计要求，液压管线的设计需井下及地面安全阀、易熔塞等管线。且井下及地面安全阀需设计为相互独立式的控制回路，保证安全阀可在紧急情况下有序关闭。
（2）选择液压元件
按照最佳性价比的设计原则，可将这些动力元件设计为手动泵。保障其可准确把控各管线的实际油液压力，还能够实现供油量的实时自动化调整，向液压回路源源不断的提供动力。
（3）元件保护措施
首先，为加强控制系统整体安全程度，规避系统压力异常增长、管线堵塞等不良问题发生，应对系统内部各回路增设溢流阀流。其次，为预控油液大量泄露催化系统驱动力缺失，各子回路需注重配置蓄能器，确保系统压力能够在高负荷作业下始终维持正常水准。最后，为避免超高或过低的系统压力对元件衍生出的冲击，需设计人员对其加设高低压专属保护装置。
2.2.2 易熔塞回路
易熔塞作为特殊性低压回路的一种，当泵供油通过系统减压泵后，可驱使管线总体压力陆续降低[3]。而因控制系统需回路专属控制阀所发挥的卸荷阀功能，当发生系统故障后，则可采取手动控制阀门的措施保证液压油能够顺利流入回油箱，体系手工关井这一优势特征。
将易熔塞设计在采油井口周边，当井口部分温度升高突破标准临界点或是井口突发火情后，将导致易熔塞出现熔化现象，使得管线压力逐步下跌。对此，在系统设计思路规划中，应添加溢流阀开启后，驱动井下及地面安全阀的专项回路由供油转变为回油状态，继而实现其完全关闭这一设想，维护控制系统整体安全性。
当火灾事故突发时，易熔塞的控制回路运转流程如图3所示
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3 结语
综上所述，处于我国社会发展新时期下，我国石油专项勘探开发工作日益深入，使得需承载的地质条件逐步复杂，导致工作人员石油开采工作难度逐步提升。而因油井井口装置作为控制油井正常运转、生产的关键性地面设施，其积极性功能性能的稳定发挥将对油井生产的安全性、高效性起到决定性影响。而安全控制系统则可在高压、高危、高产以及海上油井的生产作业中发挥至关重要的作用。因此，领域设计人员应立足井口装置及安全控制系统的现实性设计需要，创新设计出功能全面、性能优良的前沿性油井设施，助力我国石油勘探领域长远发展。
参考文献
[1]陶翔,马玉龙,夏雨,郭勋,曹镓熙.适应多种应用场景的安全稳定控制系统通信单元的研制[J].山东电力技术,2020,47(09):55-60.
[2]南东亮,王维庆,任祖怡,王开科,李兴建,夏尚学.基于多故障场景的大规模安全稳定控制系统可信测试方法[J].电力系统自动化,2020,44(21):165-171.
[3]董军,基于大数据平台的煤矿供电快速恢复及安全稳定控制系统研究与应用. 山东省,兖州煤业股份有限公司,2019-12-06.