CN103291241B - 气井远程高压开关井装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气井远程高压开关井装置及控制方法，属于天然气开采技术领域。该气井远程高压开关井装置包括开关阀、减压阀及第一弹性件；开关阀包括阀体、阀盖、阀芯套及固定于减压阀的阀芯；阀体设有阀腔、出气通道和进气通道，阀芯套的第一端与阀盖和阀腔形成阀芯套上腔；第一弹性件固定于阀芯套的第一端及阀盖；阀芯可操作地关闭或打开出气通道，阀芯套的第二端可操作地抵顶于阀芯；减压阀的第一端与阀盖之间形成有阀芯上腔，减压阀设有进气口及出气口，阀芯套可沿着阀腔滑动，使进气通道和进气口阻断或连通；阀芯和减压阀可沿着阀腔滑动，使进气通道和出气通道阻断或关闭，以实现远程高压自动开关井，减少了气井管理维护难度和人力物力。

Description

气井远程高压开关井装置及控制方法

技术领域

本发明涉及天然气开采技术领域，特别涉及一种气井远程高压开关井装置及控制方法。

背景技术

有些气田，如苏里格气田面积广，井数众多，井位分散，靠工人赴井口进行人工开关井费时费力，且气井管理维护工作量巨大。目前现场实用的自动开关井装置在高压下不能实现自动开井功能，而且开井后因阀芯无法保持全开，易造成阀芯冬季冻堵。同时，由于阀芯开启程度非常小，故密封接触面易积砂而导致电磁阀内漏。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种气井远程高压开关井装置及控制方法。所述技术方案如下：

一方面，提供了一种气井远程高压开关井装置，其包括开关阀、安装于开关阀的减压阀及第一弹性件；开关阀包括阀体、安装于阀体上的阀盖、阀芯套及阀芯；阀体设有阀腔及与阀腔贯通的出气通道和进气通道，阀芯套滑动安装于阀腔，且阀芯套的第一端与阀盖和阀腔形成密封的阀芯套上腔；第一弹性件的两相对端分别固定于阀芯套的第一端及阀盖；阀芯固定于减压阀，阀芯滑动安装在阀腔内，且可操作地关闭或打开出气通道，阀芯套的第二端可操作的抵顶于阀芯；减压阀的第一端与阀盖之间形成有密闭的阀芯上腔，减压阀的下端设有可操作地与进气通道贯通的进气口及与出气通道连通的出气口，且进气口和出气口相互贯通；阀芯套上腔和阀芯上腔内可选择的进行充压或卸压；其中，阀芯套在第一弹性件的弹性力及阀芯套上腔的压力下沿着阀腔滑动，使进气通道和进气口阻断或连通；阀芯和减压阀在阀芯上腔及出气通道之间的压力差下沿着阀腔滑动，使进气通道和出气通道阻断或关闭。

进一步的，气井远程高压开关井装置还第一电磁头、第二电磁头及第三电磁头；开关阀设有第一卸压通道、第二卸压通道及充压通道；第一卸压通道包括与阀芯套上腔连通的第一部分及与外界大气相通的第二部分，第一电磁头的磁芯可操作地阻断或连通第一卸压通道的第一部分和第二部分；第二卸压通道包括与阀芯上腔连通的第一部分及与外界大气相通的第二部分，第二电磁头的磁芯可操作地阻断或连通第二卸压通道的第一部分和第二部分；充压通道包括与阀芯套上腔和阀芯上腔均连通的第一部分及与进气通道连通的第二部分，第三电磁头的磁芯可操作地阻断或连通充压通道的第一部分和第二部分。

进一步的，阀芯上腔内设有第二弹性件，第二弹性件的两相对端分别固定于减压阀的第一端和阀盖。

进一步的，阀盖的内侧凸设有位于阀腔内的固定筒，阀芯套的内壁面滑动抵顶在固定筒的外周面上，阀芯套的外周面滑动抵顶在阀腔的内壁上，阀芯套上腔由阀芯套的第一端的端面、阀腔的内壁及固定筒的外周面共同围成，第一弹性件固定于阀盖的内侧。

进一步的，减压阀包括减压阀体，减压阀体的第一端滑动安装在固定筒内，减压阀体的第二端固定于阀芯，阀芯上腔由减压阀体的第一端的端面和固定筒共同围成，第二弹性件的两相对端分别固定于阀盖的内侧和减压阀体的第一端的端面。

进一步的，减压阀包括固定于减压阀体的第二端内的减压阀芯，减压阀芯包括安装于阀芯的阀芯筒，进气口和出气口均设在阀芯筒。

进一步的，阀芯包括支撑台及由支撑台延伸的安装台，支撑台和安装台之间形成有与进气口贯通的间隙槽，阀芯套的第二端可操作的抵顶于支撑台，并密封间隙槽。

进一步的，减压阀还包括调压杆、容置在减压阀体内的调压螺母及容置在减压阀体内的第三弹性件，调压螺母固定于调压杆的第一端，调压杆的第二端依次穿过减压阀体的第一端的端面、固定筒及阀盖后外露于开关阀，且调压杆设有一个与减压阀体内贯通的通孔，第三弹性件的两相对端分别固定于减压阀体的第一端的端面和减压阀芯。

进一步的，开关阀还包括固定在阀腔内的阀座，阀座呈筒状，且与出气通道贯通，阀座凸设有支撑凸圈，阀芯可操作地抵顶于支撑凸圈。

另一方面，提供了一种控制上述气井远程高压开关井装置的控制方法，上述气井远程高压开关井装置还包括与第一电磁头、第二电磁头及第三电磁头电连接的控制系统，控制系统包括对进气通道和出气通道的气压进行检测的检测模块；控制方法包括以下步骤：当需要开井时，首先，控制系统控制第一电磁头通电，第一卸压通道的第一部分和第二部分接通，减压阀开始工作；接着，当检测模块检测到进气通道内的气压与出气通道内的气压差在一定范围内时，控制系统控制第二电磁头通电，第二卸压通道的第一部分和第二部分接通，进气通道与出气通道导通；当需要关井时，控制系统控制第一电磁头及第二电磁头断电，并控制第三电磁头通电，第一卸压通道和第二卸压通道关闭，充压通道的第一部分和第二部分接通，进气通道与出气通道阻断关闭。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明的气井远程高压开关井装置及控制方法依次通过第一电磁头、第二电磁头分别提升开关阀的阀芯套与阀芯，并通过内置减压阀减压，可实现气井远程高压开关井，解决不能远程高压开关井的难题，减少气井管理维护难度，减少人力物力消耗，保证生产运行安全平稳。且本发明的气井远程高压开关井装置通过控制系统对第一电磁头、第二电磁头及第三电磁头的控制，实现自动化远程控制开关气井，减少了人力物力，降低了成本。此外，通过控制系统控制第一电磁头及第二电磁头的通断来控制阀芯套与阀芯的运动，对开关阀在高压或低压运动中提供自动保护，提高了自动化水平，在气田开采领域具有广阔的应用前景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的气井远程高压开关井装置的结构示意图；

图2是图1中的圆I的放大示意图；

图3是图1中的圆II的放大示意图；

图4是图1中的圆III的放大示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

请参照图1，本发明的气井远程高压开关井装置包括开关阀1、安装在开关阀1内的减压阀3、控制系统（图未示）、第一电磁头5、第二电磁头7及第三电磁头9。其中，第一电磁头5、第二电磁头7及第三电磁头9均电连接于控制系统，且第一电磁头5、第二电磁头7及第三电磁头9均设有磁芯（图未示）。

开关阀1包括阀体11、安装于阀体11的第一端的阀盖13、安装于阀体11内的阀芯15、滑动安装于阀体11内的阀芯套17及安装于阀体的第二端的阀座19。

阀体11设有贯穿阀体11的第一端的阀腔111，阀体11的第二端设有与阀腔111同轴连通的出气通道112。阀体11的侧壁设有与阀腔111贯通的进气通道113，且该进气通道113与气井（图未示）连通。

阀盖13固定于阀体11的第一端，且密封盖合于阀腔111。阀盖13的内侧面垂直凸设有固定筒131，且该固定筒131容置在阀腔111内。阀盖13设有与该固定筒131贯通的通孔（未标号）。

阀芯套17滑动安装在阀腔111内，且阀芯套17的内壁面滑动抵顶在固定筒131的外周面上，阀芯套17的外周面滑动抵顶在阀腔111的内壁上。这样，阀芯套17的第一端的端面、阀腔111的内壁及固定筒131的外周面共同围成密封的阀芯套上腔171。该阀芯套上腔171内设置有第一弹性件2，且该第一弹性件2的两相对端分别固定于阀盖13的内侧面及阀芯套17的第一端的端面。且该第一弹性件2的初始状态为拉伸状态，对阀芯套17具有拉力。

阀芯15滑动安装于阀腔111，且可操作地关闭或打开出气通道112。该阀芯15包括尺寸较大的支撑台151及由支撑台151延伸的安装台153。支撑台151和安装台153之间形成有间隙槽155。阀芯15还设有贯穿该支撑台151和安装台153，且和间隙槽155贯通的安装孔（未标号）。安装台153可操作地容置在阀芯套17内，且阀芯套17的第二端的端面可操作地与支撑台151的顶面密封接触。阀芯套17可操作的密封或打开该间隙槽155。

阀座19固定于阀腔111内，且临近阀体11的第二端，优选地，为了密封性，阀座19的外周面和阀腔111的内壁面之间固定有密封圈（未标号）。阀座19呈两端开口的筒状，且阀座19的面向阀芯15的第一端的端面支撑于阀芯15的支撑台151的底面以封闭出气通道112，且支撑台151的底面与进气通道113贯通。优选的，在本实施方式中，为了便于进气通道113内的气体对支撑台151的底面具有顶推力，阀座19的第一端的端面凸设有支撑凸圈191，用于可操作地与支撑台151的底面密封接触。

请结合图2，减压阀3包括减压阀体31、固定连接减压阀体31的第一端的调压杆33及固定在减压阀体31的第二端的减压阀芯35。减压阀体31为第一端封闭的筒状，且减压阀体31的第一端设有穿孔（未标号）。减压阀体31的第一端滑动安装在开关阀1的固定筒131内，且减压阀体31的第二端固定在开关阀1的阀芯15的安装台153上。减压阀体31的第一端的端面与固定筒131之间形成密闭的阀芯上腔313。该阀芯上腔313内设置有第二弹性件4，且该第二弹性件4的两相对端分别固定于阀盖13的内侧面及减压阀体31的第一端的端面。调压杆33的第一端位于减压阀体31内，调压杆33的第二端依次穿过减压阀体31的第一端的穿孔、固定筒131及开关阀1的阀盖13的通孔后外露于开关阀1。该调压杆33的第一端固定设有调压螺母331，该调压杆33设设有贯穿第一端和第二端的通孔333，且该通孔333与减压阀体31贯通。减压阀芯35固定于减压阀体31的第二端。减压阀体31内设有第三弹性件6，且该第三弹性件6的两相对端分别固定于调压螺母331和减压阀芯35。其中，调压杆33、调压螺母331及第三弹性件6组成调压装置，来实现该减压阀3的减压压力可调；具体地，通过调压杆33联动调压螺母331，可调整第三弹性件6的弹性力，以此来调节该减压阀3的减压压力。

减压阀芯35包括穿过开关阀1的阀芯15的安装孔的阀芯筒351，该阀芯筒351设有与阀芯15的间隙槽155连通的进气口353及与开关阀1的出气通道112连通的出气口355，且进气口353和出气口355相互贯通。

请结合参照图3和图4，开关阀1上还设有第一卸压通道12、第二卸压通道14及充压通道16。第一卸压通道12包括与阀芯套上腔171连通的第一部分及与外界大气相通的第二部分；第一电磁头5的磁芯的底端密封面可操作地阻断或连通第一卸压通道12的第一部分和第二部分。第二卸压通道14包括与阀芯上腔313连通的第一部分及与外界大气相通的第二部分；第二电磁头7的磁芯的底端密封面可操作地阻断或连通第二卸压通道14的第一部分和第二部分。充压通道16包括与阀芯套上腔171和阀芯上腔313均连通的第一部分及与进气通道113连通的第二部分；第三电磁头9的磁芯的底端密封面可操作地阻断或连通充压通道16的第一部分和第二部分。

优选地，在本实施方式中，第一弹性件2、第二弹性件4及第三弹性件6均为拉伸弹簧。

控制系统设有对进气通道113和出气通道112的气压进行检测的检测模块（图未示）。

当使用本发明的气井远程高压开关井装置进行开井时，首先，控制系统给第一电磁头5通电，该第一电磁头5的磁芯回缩，磁芯底端密封面打开，使开关阀1的第一卸压通道12的第一部分和第二部分接通。此时，开关阀1的阀芯套上腔171与外界大气接通，阀芯套上腔171内的压力迅速减小。开关阀1的阀芯套17在第一弹性件2的弹性回复力的作用下沿着开关阀1的固定筒131向阀盖13的方向上移，从而打开开关阀1的阀芯15的间隙槽155而使间隙槽155与开关阀1的进气通道113贯通。气井内的高压天然气通过间隙槽115进入减压阀3的进气口353后经出气口355流出。这样，减压阀3开始工作，进气通道113内的高压天然气持续被减压阀3减为低压后，经出气口355由开关阀1的出气通道112流出，避免了高压下不能实现自动开井功能。

接着，经过一段时间后，由于采用了井下节流工艺（比如，苏里格气田气井采用井下节流工艺，因为苏里格气田气井井筒内生产工艺的原因），本发明的气井远程高压开关井装置的进气通道113内的天然气压力会自动降低。当控制系统的检测模块检测到进气通道113内的天然气压力降低至接近出气通道112内的压力时，控制系统给第二电磁头7通电，第二电磁头7的磁芯回缩，磁芯底端密封面打开，使开关阀1的第二卸压通道14的第一部分和第二部分接通。此时，开关阀1的阀芯上腔313与外界大气接通，阀芯上腔313内的压力迅速减小，减压阀3的减压阀体31的第一端的端面和阀芯15的支撑台151的底面的压差推动阀芯15、阀芯套17及减压阀3整体向阀盖13的方向上移，从而使进气通道113与出气通道112连通，气井完全打开，避免了由于阀芯15开启程度小，密封接触面易积砂而导致电磁阀内漏的问题。且在此过程中，第一弹性件2及第二弹性件4被压缩。

最后，当需要关闭气井时，控制系统给第一电磁头5、第二电磁头7断电，从而使第一卸压通道12的第一部分和第二部分阻断；第二卸压通道14的第一部分和第二部分阻断。且同时，控制系统给第三电磁头9通电，第三电磁头9的磁芯回缩，磁芯底端密封面打开，开关阀1的充压通道16的第一部分和第二部分接通，进气通道113内的高压天然气通过充压通道16分别流入阀芯套上腔171和阀芯上腔313内，从而使阀芯套上腔171和阀芯上腔313内的压力增大。在阀芯套上腔171、阀芯上腔313和出气通道112之间的压力差、重力及第一弹性件2和第二弹性件4的弹性回复力的作用下，阀芯15、阀芯套17及减压阀3均向远离阀盖13的方向下落。此时，阀芯15的支撑台151的底面顶抵在阀座19的支撑凸圈191上，出气通道112被封闭。这时，高压天然气通过充压通道16继续流入阀芯套上腔171和阀芯上腔313内，使得流入阀芯套上腔171和阀芯上腔313内的压力愈来愈高，从而，使阀芯15被下压的愈紧，出气通道112也就关闭的愈严。

由上述叙述可知：本发明的气井远程高压开关井装置依次通过第一电磁头5、第二电磁头7分别提升开关阀1的阀芯套17与阀芯15，并通过内置减压阀3减压，可实现气井远程高压开关井，解决不能远程高压开关井的难题，减少气井管理维护难度，减少人力物力消耗，保证生产运行安全平稳。且本发明的气井远程高压开关井装置通过控制系统对第一电磁头5、第二电磁头7及第三电磁头9的控制，实现自动化远程控制开关气井，减少了人力物力，降低了成本。此外，通过第一电磁头5及第二电磁头7的通断来控制阀芯套17与阀芯15的运动，对开关阀1在高压或低压运动中提供自动保护，提高了自动化水平，在气田开采领域具有广阔的应用前景。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种气井远程高压开关井装置，其包括开关阀(1)、安装于所述开关阀(1)的减压阀(3)及第一弹性件(2)；

所述开关阀(1)包括阀体(11)、安装于阀体(11)上的阀盖(13)、阀芯套(17)及阀芯(15)；

所述阀体(11)设有阀腔(111)及与所述阀腔(111)贯通的出气通道(112)和进气通道(113)，所述阀芯套(17)滑动安装于所述阀腔(111)，且所述阀芯套(17)的第一端与所述阀盖(13)和所述阀腔(111)形成密封的阀芯套上腔(171)；

所述第一弹性件(2)的两相对端分别固定于所述阀芯套(17)的第一端及所述阀盖(13)；

所述阀芯(15)固定于所述减压阀(3)，所述阀芯(15)滑动安装在所述阀腔(111)内，且可操作地关闭或打开所述出气通道(112)，所述阀芯套(17)的第二端可操作的抵顶于所述阀芯(15)；

所述减压阀(3)的第一端与所述阀盖(13)之间形成有密闭的阀芯上腔(313)，所述减压阀(3)的下端设有可操作地与所述进气通道(113)贯通的进气口(353)及与所述出气通道(112)连通的出气口(355)，且所述进气口(353)和所述出气口(355)相互贯通；

所述阀芯套上腔(171)和所述阀芯上腔(313)内可选择的进行充压或卸压；其中，所述阀芯套(17)在所述第一弹性件(2)的弹性力及所述阀芯套上腔(171)的压力下沿着所述阀腔(111)滑动，使所述进气通道(113)和所述进气口(353)阻断或连通；

所述阀芯(15)和所述减压阀(3)在所述阀芯上腔(313)及所述出气通道(112)之间的压力差下沿着所述阀腔(111)滑动，使所述进气通道(113)和所述出气通道(112)阻断或关闭。

2.根据权利要求1所述的气井远程高压开关井装置，其特征在于，所述气井远程高压开关井装置还第一电磁头(5)、第二电磁头(7)及第三电磁头(9)；

所述开关阀(1)设有第一卸压通道(12)、第二卸压通道(14)及充压通道(16)；

所述第一卸压通道(12)包括与所述阀芯套上腔(171)连通的第一部分及与外界大气相通的第二部分，所述第一电磁头(5)的磁芯可操作地阻断或连通所述第一卸压通道(12)的第一部分和第二部分；

所述第二卸压通道(14)包括与所述阀芯上腔(313)连通的第一部分及与外界大气相通的第二部分，所述第二电磁头(7)的磁芯可操作地阻断或连通所述第二卸压通道(14)的第一部分和第二部分；

所述充压通道(16)包括与所述阀芯套上腔(171)和所述阀芯上腔(313)均连通的第一部分及与所述进气通道(113)连通的第二部分，所述第三电磁头(9)的磁芯可操作地阻断或连通所述充压通道(16)的第一部分和第二部分。

3.根据权利要求2所述的气井远程高压开关井装置，其特征在于，所述阀芯上腔(313)内设有第二弹性件(4)，所述第二弹性件(4)的两相对端分别固定于所述减压阀(3)的第一端和所述阀盖(13)。

4.根据权利要求3所述的气井远程高压开关井装置，其特征在于，所述阀盖(13)的内侧凸设有位于所述阀腔(111)内的固定筒(131)，所述阀芯套(17)的内壁面滑动抵顶在所述固定筒(131)的外周面上，所述阀芯套(17)的外周面滑动抵顶在所述阀腔(111)的内壁上，所述阀芯套上腔(171)由所述阀芯套(17)的第一端的端面、所述阀腔(111)的内壁及所述固定筒(131)的外周面共同围成，所述第一弹性件(2)固定于所述阀盖(13)的内侧。

5.根据权利要求4所述的气井远程高压开关井装置，其特征在于，所述减压阀(3)包括减压阀体(31)，所述减压阀体(31)的第一端滑动安装在所述固定筒(131)内，所述减压阀体(31)的第二端固定于所述阀芯(15)，所述阀芯上腔(313)由所述减压阀体(31)的第一端的端面和所述固定筒(131)共同围成，所述第二弹性件(4)的两相对端分别固定于所述阀盖(13)的内侧和所述减压阀体(31)的第一端的端面。

6.根据权利要求5所述的气井远程高压开关井装置，其特征在于，所述减压阀(3)包括固定于所述减压阀体(31)的第二端内的减压阀芯(35)，所述减压阀芯(35)包括安装于所述阀芯(15)的阀芯筒(351)，所述进气口(353)和所述出气口(355)均设在所述阀芯筒(351)。

7.根据权利要求6所述的气井远程高压开关井装置，其特征在于，所述阀芯(15)包括支撑台(151)及由所述支撑台(151)延伸的安装台(153)，所述支撑台(151)和所述安装台(153)之间形成有与所述进气口(353)贯通的间隙槽(155)，所述阀芯套(17)的第二端可操作的抵顶于支撑台(151)，并密封所述间隙槽(155)。

8.根据权利要求6所述的气井远程高压开关井装置，其特征在于，所述减压阀(3)还包括调压杆(33)、容置在所述减压阀体(31)内的调压螺母(331)及容置在所述减压阀体(31)内的第三弹性件(6)，所述调压螺母(331)固定于所述调压杆(33)的第一端，所述调压杆(33)的第二端依次穿过所述减压阀体(31)的第一端的端面、所述固定筒(131)及所述阀盖(13)后外露于所述开关阀(1)，且所述调压杆(33)设有一个与所述减压阀体(31)内贯通的通孔，所述第三弹性件(6)的两相对端分别固定于所述减压阀体(31)的第一端的端面和所述减压阀芯(35)。

9.根据权利要求1所述的气井远程高压开关井装置，其特征在于，所述开关阀(1)还包括固定在所述阀腔(111)内的阀座(19)，所述阀座(19)呈筒状，且与所述出气通道(112)贯通，所述阀座(19)凸设有支撑凸圈(191)，所述阀芯(15)可操作地抵顶于所述支撑凸圈(191)。

10.一种控制方法，用于控制上述权利要求2至8中任意一项所述的气井远程高压开关井装置，其特征在于，所述气井远程高压开关井装置还包括与第一电磁头(5)、第二电磁头(7)及第三电磁头(9)电连接的控制系统，所述控制系统包括对所述进气通道(113)和所述出气通道(112)的气压进行检测的检测模块；所述控制方法包括以下步骤：

当需要开井时，首先，所述控制系统控制所述第一电磁头(5)通电，第一卸压通道(12)的第一部分和第二部分接通，所述减压阀(3)开始工作；

接着，当所述检测模块检测到所述进气通道(113)内的气压与所述出气通道(112)内的气压差在一定范围内时，所述控制系统控制所述第二电磁头(7)通电，第二卸压通道(14)的第一部分和第二部分接通，所述进气通道(113)与所述出气通道(112)导通；

当需要关井时，所述控制系统控制所述第一电磁头(5)及所述第二电磁头(7)断电，并控制所述第三电磁头(9)通电，所述第一卸压通道(12)和所述第二卸压通道(14)关闭，充压通道(16)的第一部分和第二部分接通，所述进气通道(113)与所述出气通道(112)阻断关闭。