CN103696724B - 一种防喷器紧急自动控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防喷器紧急自动控制装置，该防喷器紧急自动控制装置包括：管柱、防喷器、关闭腔、开启腔、开启腔进／出油口、活塞总成、关闭腔进／出油口、换向阀、易熔合金、弹簧、阀门、储能器组、井口防喷器液控系统。本发明通过在原有井口防喷器液压控制系统的基础上新增的备用压力控制系统装置，设置二位三通式的换向阀，以防止原有防喷器液压控制系统的失效引发的安全事故，起到备用辅助关闭防喷器的作用，避免事态的进一步扩展，尽可能将损失降至最低。

Description

一种防喷器紧急自动控制装置

技术领域

本发明属于石油、地质、矿业钻井技术领域，尤其涉及一种防喷器紧急自动控制装置。

背景技术

石油、地质、矿业等领域的钻井作业中，当钻进过程中环空液柱压力低于地层流体压力时，有可能发生溢流井涌、甚至井喷，若不及时控制将有可能引发井喷失控，甚至着火等重大安全事故，给人员生命和设备财产带来无法估量的损失。为控制井内流体压力，避免井涌、井喷、甚至着火等恶性事故的发生，在井口需安装防喷器并在井场内配套防喷器控制装置，通过防喷器的动作控制井口，降低作业风险。

在现有技术中，对于井口发现井涌情况时，作业人员可以通过人工手动控制防喷器控制装置使其防喷器关闭，达到控制井口，防止井喷发生的目的。对于已经发生井口井喷事故时，井口平台及附近需要撤离作业人员，此时可以通过遥控装置控制防喷器关闭，实施关井，防止井喷事故的进一步扩大，降低损失。但是在极端情况下，井口由于井喷着火，致使原有的防喷器控制装置失效，导致无法控制防喷器关井时，防喷器紧急自动控制装置，则可以及时控制防喷器的关闭，避免事态进一步恶化，将井喷着火的损失降至最低。

现有技术一的技术方案

现有地面防喷器控制装置，一般由储能器装置、遥控装置和辅助遥控装置组成，其遥控装置和辅助遥控装置与储能器装置之间通过多条气压管线相连接，通过气压管中的气压驱动储能器装置上的阀门动作，从而驱动防喷器动作。

现有技术一的缺点

在现有技术中，遥控装置与储能器装置之间通过多条气压管连接，连接管路之间较为复杂；同时通过气压遥控作用，当气管较长时，其控制的滞后时间较长；此外，装置受环境温度的影响较大，当温度低于零度时，气管可能因水气凝结而堵塞，导致控制防喷器失灵。

其中，辅助遥控方式又分有三种：一种是气辅助遥控装置；另一种是电辅助遥控装置；还有一种是无线辅助遥控装置。这三种辅助遥控方式针对于不同的钻井作业环境及井内实际情况具有不同的使用优势和局限性。

1、气遥控装置：气遥控装置与储能器装置之间通过气管缆连接，通过气管缆中的气压驱动储能器装置上的阀门动作，从而驱动防喷器动作。该装置适合于在井内流体压力低于地层压力出现井涌初期，井口防喷器装置可运用人工方式通过气压遥控的方式控制防喷器动作，达到防止井溢、井涌的目的。但其缺点是：气遥控装置与储能器装置之间通过气管缆连接，连接管路较为复杂；同时，通过气压遥控，当气管长度为50米其控制的滞后时间为2～3秒(气管长度越长控制的滞后时间越长)；此外，其受环境温度的影响较大，当温度低于零度时，气管可能因水汽凝结而堵塞，导致控制防喷器失灵。

2、电气遥控装置：电遥控装置与储能器装置之间通过多芯电缆连接，通过电信号控制储能器装置上的电磁阀动作，从而驱动防喷器动作。目前更是引入PLC可编程控制技术，使其电控方式更加高效实用，该装置比气遥控装置更加智能化、系统化，减少了人为操作的误差与危险性，保证了井控装置的有效实施。其缺点是：储能器装置上各压力变化数值无法记录，由于使用的是24VDC电源，多芯电缆的长度不能超过200米。

3、无线辅助遥控装置：无线辅助遥控装置运用了无线传输控制的方法，依然依靠电信号来控制储能器装置的电磁阀动作，以此驱动防喷器动作。由于引进了无线传输控制技术，使其控制范围大大提高，可实现发生井喷、井口平台无法靠近等极端情况下的控制操作。其缺点是：即便是无线辅助遥控装置集成了气遥控及电气遥控装置的优点，但无线辅助遥控装置也无法覆盖井口平台出现的所有突发情况的控制，比如井口平台由于井喷失火造成原有井口防喷器液压控制系统中断，液压管线失效导致无法控制防喷器动作时。

综上分析，结合参考已有发明或实用新型专利，目前现有技术及改进措施均是在如何提高原有井口防喷器液压控制系统结构及控制效率方面，而没有新增一套备用的压力控制系统管汇回路的方案，该方案的实施可以填补井口平台有可能出现的突发极端情况的处理措施，有效降低井喷事故导致井口失火的存在风险。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种防喷器紧急自动控制装置，旨在解决目前缺少填补井口平台有可能出现的突发极端情况的处理措施，有效降低井喷事故导致井口失火的存在风险装置的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种防喷器紧急自动控制装置，该防喷器紧急自动控制装置包括：管柱、防喷器、关闭腔、开启腔、开启腔进／出油口、活塞总成、关闭腔进／出油口、换向阀、易熔合金、弹簧、阀门、储能器组、井口防喷器液控系统；

管柱设置在防喷器的中间位置，开启腔进／出油口设置在防喷器的两侧，关闭腔进／出油口设置在防喷器的最外侧，活塞总成设置在开启腔进／出油口和关闭腔进／出油口之间，关闭腔设置在活塞总成和关闭腔进／出油口之间，开启腔设置在开启腔进／出油口和活塞总成之间，换向阀连接关闭腔进／出油口，易熔合金设置在换向阀上，弹簧设置在换向阀的左侧，储能器组设置在换向阀的一侧，储能器组通过阀门连接换向阀，开启腔进／出油口通过井口防喷器液控系统连接换向阀。

进一步，采用二位三通式的换向阀。

进一步，换向阀为滑阀或球阀。

本发明提供的防喷器紧急自动控制装置，通过在原有井口防喷器液压控制系统的基础上新增的备用压力控制系统装置，设置二位三通式换向阀，以防止原有防喷器液压控制系统的失效引发的安全事故，起到备用辅助关闭防喷器的作用，避免事态的进一步扩展，尽可能将损失降至最低；

本发明的有益效果为：

(1)本发明可在井口平台着火、原有井口防喷器液压控制系统失效等极端工况下，运用极短的液控时间有效且可靠地完成防喷器的关闭动作，防止事态的进一步扩展，降低损失。

(2)本发明结构简单，成本较低，不需对原有井口防喷器控制系统的内部结构进行改进，只需新增一条备用的压力控制回路即可实现。

(3)本发明作用原理简单，易于司钻人员操作，可有效降低在钻井过程中发生井喷、井口平台着火等安全事故的损失。

附图说明

图1是本发明实施例提供的防喷器紧急自动控制装置结构示意图；

图2是本发明实施例提供的换向阀部分原有状态结构图；

图3是本发明实施例提供的换向阀部分应急备用状态结构图；

图中：1、管柱；2、防喷器；2-1、关闭腔；2-2、开启腔；3、开启腔进／出油口；4、活塞总成；5、关闭腔进／出油口；6、换向阀；6-1、阀体；6-2、主阀芯；7、易熔合金；8、弹簧；9、阀门；10、储能器组；11、井口防喷器液控系统。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。

如图1-图3所示，本发明实施例的防喷器紧急自动控制装置主要由管柱1、防喷器2、关闭腔2-1、开启腔2-2、开启腔进／出油口3、活塞总成4、关闭腔进／出油口5、换向阀6、阀体6-1、主阀芯6-2、易熔合金7、弹簧8、阀门9、储能器组10、井口防喷器液控系统11组成；

管柱1设置在防喷器2的中间位置，开启腔进／出油口3设置在防喷器2的两侧，关闭腔进／出油口5设置在防喷器2的最外侧，活塞总成4设置在开启腔进／出油口3和关闭腔进／出油口5之间，关闭腔2-1设置在活塞总成4和关闭腔进／出油口5之间，开启腔2-2设置在开启腔进／出油口3和活塞总成4之间，换向阀6连接关闭腔进／出油口5，易熔合金7设置在换向阀6上，弹簧8设置在换向阀6的左侧，储能器组10设置在换向阀6的一侧，储能器组10通过阀门9连接换向阀6，开启腔进／出油口3通过井口防喷器液控系统11连接换向阀6。

以下结合具体的结构对本发明做进一步的说明：

本发明的新增备用压力控制系统，是在原有井口防喷器液压控制系统的关闭腔进／出油口5新增一条备用的压力控制系统，该备用压力控制系统尽可能安放至离井口较近的区域(如司钻平台上)，以减少应急时关闭防喷器的液压控制时间。原有井口防喷器液压控制系统与新增备用压力控制系统用二位三通式的换向阀6区分各自液压回路，换向阀6内部设置有易熔合金7，在高温或着火等极端工况下可以融化使其换向阀6内部泄压，在压差和弹簧8作用力下使其换向阀6由原有的P端供油切换至P’端供油(即A向出油切换至B向出油)，靠新增备用的储能器组10的内部压力提供防喷器2的动力源。其中，储能器组10的使用原则是根据实施井的井况及地层数据资料，在钻井过程中预先得知高压产层或气层等危险地层时，提前打开新增备用压力控制系统的阀门9，储能器组10为有可能发生的井涌、甚至井喷、井口平台着火等危险事故做好相应准备，尽可能将危险系数降至最低。

二位三通式的换向阀6的内部结构示意图如图2和图3所示，该二位三通式的换向阀6的内部主要结构可以为滑阀形式，也可以是球阀形式，只要能方便完成油路切换任务即可，图示结构展示为滑阀的结构形式；

二位三通式的换向阀6主要由阀体6-1，主阀芯6-2，弹簧8以及易熔合金7组成，并将原有井口防喷器液压控制系统与新增备用压力控制系统区分开来。在原有的井口防喷器液压控制系统正常作业状态下，进油由P口至A口，出油由A口至P口。在发生井喷、甚至井口平台着火等极端工况时，原有井口防喷器液压控制回路失效，在高温或着火时放置于井口平台附近(司钻平台处)的二位三通式的换向阀6上的易熔合金7融化，右端腔室压力释放，左端腔室在内部压力与弹簧8作用力下推动主阀芯右移，从原有的P-A互通转向为P’-B互通，达到改变流道和流向的目的。

本发明结构简单，操作方便，为钻井工作提供了保障。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种防喷器紧急自动控制装置，其特征在于，该防喷器紧急自动控制装置包括：管柱、防喷器、关闭腔、开启腔、开启腔进/出油口、活塞总成、关闭腔进/出油口、换向阀、弹簧、阀门、储能器组、井口防喷器液控系统；

管柱设置在防喷器的中间位置，开启腔进/出油口设置在防喷器的两侧，关闭腔进/出油口设置在防喷器的最外侧，活塞总成设置在开启腔进/出油口和关闭腔进/出油口之间，关闭腔设置在活塞总成和关闭腔进/出油口之间，开启腔设置在开启腔进/出油口和活塞总成之间，换向阀连接关闭腔进/出油口，弹簧设置在换向阀的左侧，储能器组设置在换向阀的一侧，储能器组通过阀门连接换向阀，开启腔进/出油口通过井口防喷器液控系统连接换向阀；

采用二位三通式的换向阀；

换向阀为滑阀或球阀；

换向阀上设置有易熔合金。