CN103511361A - 水下采油树液压系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种水下采油树液压系统，属于海洋石油开采技术领域。包括高压供给管线系统、低压供给管线系统、采油树阀门启闭系统、总启闭系统、水下安全阀启闭系统和液压油排海系统，其中采油树阀门启闭系统与低压供给管线系统相连通，水下安全阀启闭系统与高压供给管线系统相连通，液压油排海系统与各系统的泄压回路相连通。本发明的液压系统高低压供油分别采用两路供给管路的冗余设计，使液压系统的可靠性得到进一步提高；系统具备失压-复位功能和失效-安全功能，可实现阀门自动关闭；本发明液路设置合理，回路少，采用水基液压油直接在水下排出，简化了液路，减少了成本；在系统中配备蓄能器作为辅助液源，进一步增强系统的工作可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及一种水下采油树液压系统，属于海洋石油开采技术领域。
背景技术
水下采油树应用于海洋石油工业，主要用于悬挂下入井中的油管柱，密封油套管的环形空间，控制和调节油井生产，保证作业，录取油、套压资料，测试及清蜡等日常生产管理。而水下采油树液压系统是为就地控制水下采油树而设计的，它安装于水下采油树上，与采油树一起工作于海水环境，主要用于控制采油树上各个阀门开启和关闭，实现原油采集、化学药剂注入及安全生产切断。水下采油树液压系统先后经历了直接液压控制、先导液压控制、顺序液压控制、先导电液控制、复合电液控制系统等。但现有的水下采油树液压系统存在液压回路多，设置不尽合理，以及可靠性还不够高的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足，提供一种液路设置合理、回路少、可靠性高的水下采油树液压系统。
本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：包括高压供给管线系统、低压供给管线系统、采油树阀门启闭系统、总启闭系统、水下安全阀启闭系统和液压油排海系统，其中采油树阀门启闭系统与低压供给管线系统相连通，水下安全阀启闭系统与高压供给管线系统相连通，液压油排海系统与各系统的泄压回路相连通。
按上述方案，所述的采油树阀门启闭系统包括两位三通换向阀，两位三通换向阀的出液口通过单向节流阀与阀门液压执行机构相连通，所述的两位三通换向阀为常闭（关闭）双向两位三通电液换向阀，所述的阀门液压执行机构为自动回位阀门液压执行机构，所述的采油树阀门启闭系统并接有一路或多路。
按上述方案，所述的采油树阀门启闭系统中单向节流阀与阀门液压执行机构之间通过快速连接液压接头相连通，在两位三通换向阀的出液口与单向节流阀之间接有压力传感器。
按上述方案，所述的水下安全阀启闭系统包括两位三通换向阀，两位三通换向阀的出液口通过单向节流阀与水下安全阀相连通，所述的两位三通换向阀为常闭（关闭）双向两位三通电液换向阀，所述的水下安全阀为自动回位水下安全阀。
按上述方案，所述的水下安全阀启闭系统中单向节流阀与水下安全阀之间通过快速连接液压接头相连通，在两位三通换向阀的出液口与单向节流阀之间接有压力传感器。
按上述方案，所述的高压供给管线系统包括两路高压供给管线和双向两位三通电液换向阀，两路高压供给管线分别与双向两位三通电液换向阀的两个进液口及液压先导阀口相接，在高压供给管线与双向两位三通电液换向阀的进液口之间串接有快速连接液压接头和过滤器，并连接有压力传感器。
按上述方案，所述的低压供给管线系统包括两路低压供给管线和双向两位三通电液换向阀，两路低压供给管线分别与双向两位三通电液换向阀的两个进液口及液压先导阀口相接，在低压供给管线与双向两位三通电液换向阀的进液口之间串接有快速连接液压接头和过滤器，并连接有压力传感器。
按上述方案，所述的液压油排海系统包括高压排海回路和低压排海回路，高压排海回路与水下安全阀启闭系统的液压回路相连，低压排海回路与采油树阀门启闭系统的液压回路相连。
按上述方案，所述的总启闭系统包括两位三通换向阀，两位三通换向阀的进液口与低压供给管线系统相接，两位三通换向阀的出液口与采油树阀门启闭系统相接，并通过过滤器与采油树阀门启闭系统、水下安全阀启闭系统的常闭（关闭）双向两位三通电液换向阀的液压先导阀口相接，两位三通换向阀的回液口与低压排海回路相接通，所述的两位三通换向阀为常闭（关闭）单向两位三通电液换向阀。
按上述方案，所述的常闭（关闭）单向两位三通电液换向阀的进液口还与蓄能器相连。
按上述方案，所述的采油树阀门启闭系统的自动回位阀门液压执行机构的出液口通过快速连接液压接头和过滤器与低压排海回路相连通，同时与水下补偿器相接。
按上述方案，所述的高压供给管线系统和低压供给管线系统所提供的液压油为水基液压油，所述的液压油排海系统的高压排海回路和低压排海回路的出液口通过单向阀与外界（海洋）连通。高压供给管线液压油的压力为5000PSI-10000PSI，低压供给管线液压油的压力为3000PSI-5000PSI。
本发明的有益效果在于：1、液压系统高低压供油分别采用两路供给管路的冗余设计，在一路供压管路失效时另一路可快速替代，使液压系统的可靠性得到进一步提高；2、采油树阀门启闭系统和水下安全阀启闭系统设置常闭双向两位三通电液换向阀，总启闭系统设置常闭单向两位三通电液换向阀，该阀具备失压-复位功能，即先导阀口压力降到一定值时，控制阀会在弹簧力的作用下自动复位；3、液压执行机构具备失效-安全功能，当井下出现故障时，系统控制阀换向引起执行机构开启腔与回油腔压差降低，执行机构在复位弹簧作用力下自动复位，以关断生产阀门保证生产安全；4、液路设置合理，回路少，采用水基液压油直接在水下排出，简化了液路，减少了成本；5、在系统中配备蓄能器作为辅助液源，可使多个执行机构连续动作时所需的液压油量得到保证，进一步增强系统的工作可靠性。
附图说明
图1为本发明一个实施例的液压系统原理图。
图2为本发明一个实施例中水下补偿器的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。整个系统包括高压供给管线系统、低压供给管线系统、采油树阀门启闭系统、总启闭系统、水下安全阀启闭系统和液压油排海系统。其中采油树阀门启闭系统与低压供给管线系统相连通，水下安全阀启闭系统与高压供给管线系统相连通，液压油排海系统与各系统的泄压回路相连通。
所述的高压供给管线系统包括两路高压供给管线1.1、1.2和双向两位三通电液换向阀6，两路高压供给管线分别通过快速连接液压接头16.1、16.2和过滤器5.1、5.2与双向两位三通电液换向阀的两个进液口及液压先导阀口相接，并分别连接压力传感器3.1、3.2。通过双向两位三通电液换向阀实现两路高压供油油路的切换，双向两位三通电液换向阀开启左位时，左路高压供给管路1.1接通，右路关闭，双向两位三通电液换向阀开启右位时，右路高压供给管路1.2接通，左路关闭。
所述的低压供给管线系统包括两路低压供给管线2.1、2.2和双向两位三通电液换向阀8，两路低压供给管线分别通过快速连接液压接头16.3、16.4和过滤器5.3、54与双向两位三通电液换向阀的两个进液口及液压先导阀口相接，并连接有压力传感器3.5、3.6。工作过程与高压供给管线系统相同。
所述的采油树阀门启闭系统包括3个两位三通换向阀10.1、10.2、10.3，3个两位三通换向阀的出液口分别通过单向节流阀4.2、4.3、4.4和快速连接液压接头16.8、16.9、16.10与3个阀门液压执行机构13.1、13.2、13.3的进液口相连通，在3个两位三通换向阀的出液口与单向节流阀之间还分别连接有压力传感器4.2、4.3、4.4。3个两位三通换向阀的回液口并接后与低压排海回路相接通，所述的两位三通换向阀为常闭（关闭）双向两位三通电液换向阀，所述的阀门液压执行机构为自动回位阀门液压执行机构，自动回位阀门液压执行机构的出液口并接后通过快速连接液压接头16.7和过滤器5.6与低压排海回路相连通，并且自动回位阀门液压执行机构的出液口并接后通过快速连接液压接头16.7、过滤器5.6与单向电液换向阀9、双向电液换向阀10.1、10.2、10.3以及阀门液压执行机构13.1、13.2、13.3形成自动回位阀门液压执行机构的闭环回路，同时自动回位阀门液压执行机构的出液口并接后与水下补偿器12相接，平衡海水与液压管线的压力。低压排海回路的出口处设置单向阀15.3。水下补偿器顶部自带过滤器12.1，过滤后的海水进入补偿器海水腔12.2，通过补偿器的皮囊12.3平衡补偿器液压油腔12.4与海水的压力，从而起到平衡海水与液压管线的压力。
所述的水下安全阀启闭系统包括两位三通换向阀7，两位三通换向阀的出液口通过单向节流阀4.1与水下安全阀14相连通，单向节流阀与水下安全阀之间通过快速连接液压接头16.6相连通，在两位三通换向阀的出液口与单向节流阀之间接有压力传感器3.4，所述的两位三通换向阀为常闭（关闭）双向两位三通电液换向阀，所述的水下安全阀为自动回位水下安全阀。两位三通电液换向阀的进液口与高压供给管线系统的双向两位三通电液换向阀的出液口相连通，并接有压力传感器3.3。
所述的总启闭系统包括两位三通换向阀9，两位三通换向阀的进液口与低压供给管线系统相接，两位三通换向阀的出液口与采油树阀门启闭系统的3个两位三通换向阀的进液口相并接，并通过过滤器5.5与采油树阀门启闭系统、水下安全阀启闭系统的常闭（关闭）双向两位三通电液换向阀的液压先导阀口相接，用以控制这些换向阀的液压先导阀，两位三通换向阀的回液口与低压排海回路相接通，所述的两位三通换向阀为常闭（关闭）单向两位三通电液换向阀，当该两位三通换向阀失压时两位三通换向阀在弹簧作用下右移，回到常闭状态，阀的出液口失压与低压排海回路连通，此时，采油树阀门启闭系统、水下安全阀启闭系统的所有常闭（关闭）双向两位三通电液换向阀的液压先导阀失压，回到常闭状态，实现整个系统的紧急关闭。所述的常闭（关闭）单向两位三通电液换向阀的进液口还与蓄能器11相连，蓄能器另一端连接快速连接液压接头16.5。
所述的液压油排海系统包括高压排海回路和低压排海回路，高压排海回路与水下安全阀启闭系统的两位三通换向阀7的回液口相连；低压排海回路与采油树阀门启闭系统的液压回路的3个两位三通换向阀10.1、10.2、10.3的回液口相连，同时也与总启闭系统的两位三通换向阀9回液口连通；高压排海回路和低压排海回路的出液口分别连接有单向阀15.2、15.3，并且高压排海回路与低压排海回路之间连接单向阀15.1，当低压排海回路的压力较高时可向高压排海回路泄压。
本发明实施例的工作过程包括：
高低压管线切换过程：高低压管线切换过程包括高压供给管线切换和低压供给管线切换。高压供给管线系统的两路快速液压接头分别接入两路水上液压动力源HPU提供冗余两路高压供油油路，通过两位三通电液换向阀6实现两路高压供油油路的切换，两位三通电液换向阀开启左位时，油路液压源1.1接通，两位三通电液换向阀开启右位时，油路液压源1.2接通。低压供给管线系统由的两路快速液压接头分别接入两路水上液压动力源HPU提供冗余两路低压供油油路，通过两位三通电液换向阀实现两路低压供油油路的切换，两位三通电液换向阀开启左位时，油路液压源2.1接通，两位三通电液换向阀开启右位时，油路液压源2.2接通。
采油树阀门启闭过程：采油树阀门启闭系统的液压源通过低压管线冗余系统来提供。低压管线冗余系统的两位三通电液换向阀的出液口与总启闭系统的两位三通换向阀9的供油口连接。两位三通换向阀出液口分解为两条并联的支路，分别为供油油路和先导油路。供油油路包括：采油树阀门启闭系统的3（可以更多，根据控制采油树阀门的数量来决定）个并联的两位三通电液换向阀10.1、10.2、10.3进液口。先导油路包括：采油树阀门启闭系统、水下安全阀启闭系统的所有常闭（关闭）双向两位三通电液换向阀的液压先导阀的8路液压先导油口的连接。两位三通电液换向阀的右位处于常位状态。需要采油树液压执行机构13.1、13.2、13.3阀门开启时，水上液压源进行供油，总启闭系统和采油树阀门启闭系统的两位三通换向阀开启左位并保持，对阀门液压执行机构进行供油，液压执行机构的活塞克服弹簧阻力及外作用力向右运动，实现阀门开启，而执行机构弹簧腔与回油路连通，液压油充满补偿器，过量的液压油经过排海系统排到海水中。需要关闭采油树阀门时，控制采油树阀门的两位三通电液换向阀开启右位，供油油路关闭，回油油路与执行机构连通，执行机构活塞在弹簧力作用下向左运动，液压油由执行机构开启腔进入弹簧腔，即：液压油经过开启腔流到两位电液换向阀，最后液压油进入弹簧腔，形成闭环回路。
水下安全阀启闭过程：水下安全阀启闭系统的液压源通过高压管线冗余系统来提供。该系统控制安全阀的两位三通电液换向阀7采用低压供油油路第二条支路作为其两路先导液油路。安全阀开启时，水上液压源进行供油，电磁换向阀开启左位并保持，对阀门执行机构进行供油，实现水下安全阀开启。需要关闭采油树阀门时，控制采油树阀门的两位三通电液换向阀开启右位，供油油路关闭，回油油路与执行机构连通，水下安全阀在外力作用下关闭，液压油通过两位三通电液换向阀进入高压排海回路进行排海。
系统紧急关断过程：需要紧急关断系统的各个阀门时，包括采油树阀门和水下安全阀，水上液压源停止供低压油源，总启闭系统的两位三通换向阀9失压在弹簧作用力下恢复到右位，低压油路快速泄压，此时，采油树阀门启闭系统、水下安全阀启闭系统的所有常闭（关闭）双向两位三通电液换向阀的液压先导阀失压，在弹簧作用力下恢复到右位，回到常闭状态，各个阀门的液压腔停止供液，与液压油排海系统形成回路，从而实现整个系统的紧急关闭。
Claims (12)
1.一种水下采油树液压系统，其特征在于包括高压供给管线系统、低压供给管线系统、采油树阀门启闭系统、总启闭系统、水下安全阀启闭系统和液压油排海系统，其中采油树阀门启闭系统与低压供给管线系统相连通，水下安全阀启闭系统与高压供给管线系统相连通，液压油排海系统与各系统的泄压回路相连通。
2.按权利要求1所述的水下采油树液压系统，其特征在于所述的采油树阀门启闭系统包括两位三通换向阀，两位三通换向阀的出液口通过单向节流阀与阀门液压执行机构相连通，所述的两位三通换向阀为常闭双向两位三通电液换向阀，所述的阀门液压执行机构为自动回位阀门液压执行机构，所述的采油树阀门启闭系统并接有一路或多路。
3.按权利要求2所述的水下采油树液压系统，其特征在于所述的采油树阀门启闭系统中单向节流阀与阀门液压执行机构之间通过快速连接液压接头相连通，在两位三通换向阀的出液口与单向节流阀之间接有压力传感器。
4.按权利要求1或2所述的水下采油树液压系统，其特征在于所述的水下安全阀启闭系统包括两位三通换向阀，两位三通换向阀的出液口通过单向节流阀与水下安全阀相连通，所述的两位三通换向阀为常闭双向两位三通电液换向阀，所述的水下安全阀为自动回位水下安全阀。
5.按权利要求4所述的水下采油树液压系统，其特征在于所述的水下安全阀启闭系统中单向节流阀与水下安全阀之间通过快速连接液压接头相连通，在两位三通换向阀的出液口与单向节流阀之间接有压力传感器。
6.按权利要求4所述的水下采油树液压系统，其特征在于所述的高压供给管线系统包括两路高压供给管线和双向两位三通电液换向阀，两路高压供给管线分别与双向两位三通电液换向阀的两个进液口及液压先导阀口相接，在高压供给管线与双向两位三通电液换向阀的进液口之间串接有快速连接液压接头和过滤器，并连接有压力传感器。
7.按权利要求2所述的水下采油树液压系统，其特征在于所述的低压供给管线系统包括两路低压供给管线和双向两位三通电液换向阀，两路低压供给管线分别与双向两位三通电液换向阀的两个进液口及液压先导阀口相接，在低压供给管线与双向两位三通电液换向阀的进液口之间串接有快速连接液压接头和过滤器，并连接有压力传感器。
8.按权利要求1所述的水下采油树液压系统，其特征在于所述的液压油排海系统包括高压排海回路和低压排海回路，高压排海回路与水下安全阀启闭系统的液压回路相连，低压排海回路与采油树阀门启闭系统的液压回路相连。
9.按权利要求1或2所述的水下采油树液压系统，其特征在于所述的总启闭系统包括两位三通换向阀，两位三通换向阀的进液口与低压供给管线系统相接，两位三通换向阀的出液口与采油树阀门启闭系统相接，并通过过滤器与采油树阀门启闭系统、水下安全阀启闭系统的常闭双向两位三通电液换向阀的液压先导阀口相接，两位三通换向阀的回液口与低压排海回路相接通，所述的两位三通换向阀为常闭单向两位三通电液换向阀。
10.按权利要求9所述的水下采油树液压系统，其特征在于所述的常闭单向两位三通电液换向阀的进液口还与蓄能器相连。
11.按权利要求2所述的水下采油树液压系统，其特征在于所述的采油树阀门启闭系统的自动回位阀门液压执行机构的出液口通过快速连接液压接头和过滤器与低压排海回路相连通，同时与水下补偿器相接。
12.按权利要求2所述的水下采油树液压系统，其特征在于所述的高压供给管线系统和低压供给管线系统所提供的液压油为水基液压油，高压供给管线液压油的压力为5000PSI-10000PSI，低压供给管线液压油的压力为3000PSI-5000PSI。
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