CN104278965A - 不压井作业自动过接箍装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及油田油水井不压井作业设备中的井口控制设备，特别是不压井作业自动过接箍装置及其控制方法。自动过接箍装置中安装了压感式接箍探测器III、预应力接箍导入胶芯机构IV、胶芯直压密封机构V、液压缸活塞行程调节机构VI和电气液压控制机构VII，这些机构有特殊的功能和作用，自动过接箍装置将这些机构有机组合在一起，在液压电气控制系统的控制下实现了在限定速度下自动过接箍工艺过程，成为一套完整的实用的自动过接箍装置，且具有密封压力高，工作安全可靠，工作寿命长，胶芯有补偿功能，控制合理的特点，可提高不压井作业的效率和工艺技术水平。

Description

不压井作业自动过接箍装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及油田油水井不压井作业设备中的井口控制设备，特别是不压井作业自动过接箍装置及其控制方法。

背景技术

油田油水井不压井作业中，油管接箍通过井口控制设备时，通常采用“强行过接箍”和上下封井器交替开关“倒接箍”的两种方式；强行过接箍可使用筒形或球形封井器，由于油管接箍不带倒角，且受结构和胶芯材料的限制，筒形封井器工作压力低，球形封井器胶芯易损坏，工作寿命短，维修困难；“倒”接箍方式是现场常用的方式，由于受到井口控制设备结构的限制，“倒”接箍的过程通常由操作手手动完成，中途油管需要时停时动，稍有不慎还会损坏封井器胶芯，工作效率低；这在很大程度上制约了不压井工艺技术水平的提高和广泛应用。

发明内容

本发明的发明目的是提供一种不压井作业自动过接箍装置。本发明的自动过接箍装置在液压电气控制系统的控制下，油管接箍在限定的速度内可自动通过不压井井口控制设备，且工作压力高，安全可靠，寿命长，大大提高了工作效率和不压井作业的技术水平。

本发明的不压井作业自动过接箍装置，是由主体设备和电气液压控制系统两大部分组成，主体设备包括上下2个结构完全相同的1号封井器I和2号封井器II，中间用短节相连；封井器壳体中间有通径，上下有连接法兰，左右有连接螺孔，壳体内部有油道，外部有油口，壳体内具有3个水平腔体，中间腔体为带圆角的矩形水平腔，腔内有与通径相连的上置油道，壳体上下两个腔体为水平矩形截面滑道；

封井器壳体上下两个腔体内分别设置有压感式接箍探测器III，对油管进行定心探测；

封井器壳体的中间腔体内设置有：

预应力油管接箍导入胶芯机构V，可使无倒角油管接箍顺利导入关闭的胶芯；

胶芯直压密封机构IV，用于密封油管；

活塞行程调节机构VI，用于对封井器液压缸的活塞行程进行调节；

电气液压控制系统VII由液压控制装置和电气控制系统组成，装在一控制柜中。

所述压感式接箍探测器是由定心滑块3、连接环4、触头5、活塞6、压力开关7、液压缸24、液控单向阀24-1和溢流阀24-2组成，封井器上下两个水平腔体为矩形截面的滑腔，滑腔内有2个对称的定位凹台，滑腔内装有2个对称的定心滑块3，所述定心滑块3前端有钳形半圆通孔，后端有定位凸台3-1，定心滑块3上装有可更换的触头5，定心滑块3可在滑腔内滑动，当所述2个定心滑块3的定位凸台3-1与所述滑腔的定位凹台接触后，2个定心滑块3的前端刚好在中心形成一直径大于接箍直径的圆形通道，油管被定心在此通道中，此时左右2个触头5间的距离大于油管直径2-3mm，油管在所述圆形通道内可自由通过，接箍探测器左右两侧各有1个液压缸24，液压缸中的活塞杆6通过连接螺母4与定心滑块3相连，液压缸24上设有压力开关7、液控单向阀24-1和溢流阀24-2。

所述预应力油管接箍导入胶芯机构包括半环压板17、胶芯16和加压板15；半环压板17上有半环，半环内径大于接箍外径8-10mm，半环厚度5-8mm，胶芯16前端有与油管直径相同的半圆密封面，半环压板17通过胶芯16上的滑销16-1与胶芯16相连，加压板15作用在胶芯16上。

所述胶芯直压密封机构是由胶芯16，加压板15、增压缸12，压力开关10、液控单向阀22和封井器液压缸23组成，胶芯16有与油管直径相同的半圆密封面，加压板对胶芯施加密封压力，封井器液压缸中的活塞杆与加压板相连，封井器液压缸上设有压力开关、液控单向阀和增压缸。

所述活塞行程调节机构，包括活塞13、花键套8-1、花键轴8-2，定位盘8-3，花键套8-1与活塞13固定，活塞13前移，花键套8-1脱离花键轴8-2，转动花键轴8-2一定角度后锁定，活塞13后移，花键套8-1不能进入花键轴8-2，活塞13短行程工作，需要时，花键轴8-2转回原位，活塞13后移，花键套8-1进入花键轴8-2，活塞长行程工作。

所述液压控制装置，安放在独立的液压电气控制柜下部，是由2个电液阀26-1和液压管线组成，每个电液阀控制1个封井器打开或关闭，接箍探测器液压缸24独立供压，液压控制装置26由液压站供油和回油。

所述电气控制系统，安放在独立的液压电气控制柜VII上部，自动控制起下油管时，压力开关信号可自动控制过接箍的作业过程；下放油管自动控制和上提油管自动控制可通过万能转换开关29进行转换；意外情况或需要时，可用手动操作方式，按压关闭或打开按钮28；工作中有声音警示，指示灯，工作过程指示，电源为24V蓄电池；控制系统在工作时无论是自动还是手动都有互锁装置，2个封井器只能打开1个，2个封井器不能同时打开，需要时，按操作要求才能同时打开2个封井器。

本发明的不压井作业自动过接箍装置的控制方法为：在限定速度下，下放油管自动过接箍过程的工作准备工位为2号封井器关闭，1号封井器打开；在此状态下，接箍触碰1号封井器下接箍探测器触头时，压力开关X2发出关闭1号封井器控制信号，1号封井器关闭后，压力开关X5发出打开2号封井器控制信号，在2号封井器液缸压力降为0尚未打开时，接箍即可进入或延迟进入胶芯，并通过2号封井器；在接箍触碰2号封井器下接箍探测器触头时，压力开关X4发出延迟关闭2号封井器控制信号，2号封井器关闭后，压力开关X6发出打开1号封井器控制信号，此时又回到工作准备工位，第1个接箍通过，完成第1个工作循环，此工作循环期间，压力开关X1发出警示信号及控制系统复位辅助控制信号；

上提油管自动过接箍过程的工作准备工位为1号封井器关闭，2号封井器打开，在此状态下，接箍触碰2号封井器上接箍探测器触头时，压力开关X3发出关闭2号封井器控制信号，2号封井器关闭后，压力开关X6发出打开1号封井器控制信号，当1号封井器液缸压力降为0尚未打开时，接箍即可进入或延迟进入，并通过1号封井器；在接箍触碰1号封井器上接箍探测器触头时，压力开关X1发出延迟关闭1号封井器控制信号，1号封井器关闭后，压力开关X5发出打开2号封井器控制信号，此时又回到工作准备工位，第1个接箍通过，完成第1个工作循环，此工作循环期间，压力开关X4发出警示信号及控制系统复位辅助控制信号；

下放油管自动过接箍控制与上提油管自动过接箍控制通过万能转换开关进行转换；自动过接箍控制有自动和手动控制功能，有互锁机构，紧急情况下可迅速关闭封井器。

本发明的自动过接箍装置中安装了压感式接箍探测器III、预应力接箍导入胶芯机构IV、胶芯直压密封机构V、液压缸活塞行程调节机构VI和电气液压控制机构VII，这些机构有特殊的功能和作用，自动过接箍装置将这些机构有机组合在一起，在液压电气控制系统的控制下实现了自动过接箍工艺过程，成为一套完整的实用的自动过接箍装置。

附图说明

图1  自动过接箍装置主体设备结构图

图2  自动过接箍装置控制原理图

图3  压感式接箍探测器结构示意图

图4  预应力接箍导入胶芯机构示意图

图5  胶芯直压密封机构示意图

图6  活塞行程调节机构示意图

图7a 液压电气控制柜正面示意图

图7b 液压电气控制柜侧面示意图

图8  电气控制面板示意图

1号封井器I、2号封井器II、接箍探测器III、接箍导入胶芯机构IV、胶芯直压密封机构V、活塞行程调节机构VI、电气液压控制柜VII

封井器油口1、油管2、定心块3、连接环4、触头5、活塞6、压力开关X17、压力开关常开触点7-1、压力开关串联触点7-2、行程调节装置8、花键套8-1、花键轴8-2、定位盘8-3、增压缸9、压力开关X510、压力开关X211、压力开关X612、活塞13、压力开关X414、加压板15、胶芯16、半环压板17、封井器壳体18、压力开关X319、法兰短节20、探测器油口21、液控单向阀22、液压缸23、探测器液压缸24、液控单向阀24-1、溢流阀24-2、电气控制系统25、电气控制柜面板25-1、液压控制装置26、电液换向阀26-1、自动控制按钮开关27、手动控制按钮开关28、万能转换开关29、指示灯30。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述。

如图2所示，自动过接箍的工作过程是1号封井器I和2号封井器II按控制程序自动交替开关，使接箍通过的过程，此过程中接箍不能遇阻，胶芯16不得非正常损坏，还要保持密封压力。

以下放油管过程为例说明：

自动过接箍的过程中有2个工作位置，A和B位；A位是在2号封井器II关闭，1号封井器I打开状态下，接箍下移触碰探测器触头，压力开关X2动作时的位置，此时1号封井器开始关闭，关闭过程中，接箍脱离1号封井器；当1号封井器关闭后，压力开关X5控制打开2号封井器，当2号封井器液压缸压力降为0且尚未打开时，接箍下移到2号封井器胶芯16上平面处，即B位，此时接箍导入机构允许接箍进入胶芯16并通过2号封井器，接箍从A位移动到B位所用时间为T，A位与B位间的距离为S，接箍移动速度为Vmax，Vmax＝S/T。

Vmax为油管通过自动过接箍装置时允许移动的最大速度。

在限定的Vmax下，可实现自动过接箍过程，减少封井器开关过程的时间T，增加A位B位间的距离S，可提高油管通过时的允许速度Vmax。

如图2所示，自动控制过接箍时，控制信号来源于压力开关，本发明的控制原理及控制程序以下放油管过程为例说明：

1、按下放油管准备按钮27，关闭2号封井器Y2，1号封井器Y1此时处于打开状态；

2、接箍触碰触头，压力开关X1闭合，发出声音警示信号，控制KT，KM复位；

3、接箍触碰触头，压力开关X2闭合，控制1号封井器Y1关闭，1号封井器Y1关闭后，压力开关X5打开，控制2号封井器Y2打开，接箍通过2号封井器Y2；

4、接箍触碰触头，压力开关X4闭合，在时间继电器KT的控制下，2号封井器Y2延时关闭；

5、2号封井器Y2关闭后，压力开关X6闭合，在中间继电器KM的控制下，1号封井器Y1打开，完成一个工作循环。

如图1和图3所示，每个封井器的上下方各有1个压感式接箍探测器，每个探测器各带2个压力开关，探测方式为压感式。压感式接箍探测器III，是由：定心滑块3、连接螺母4、触头5、活塞6、压力开关7、探测器油口21、探测器液压缸24、液控单向阀24-1和溢流阀24-2组成；定心滑块3上有定位凸台3-1；液压缸24上装有液控单向阀24-1、溢流阀24-2和压力开关7；工作时在液压缸24的推动下，左右定心滑块3向中心移动，当定位凸台3-1与滑腔凹台接触时，2个定心滑块3中心正好形成1个比接箍直径大的通道，且2个安装在定心滑块3上的触头5间的距离大于油管直径2-3mm；此时，液压缸24的预压力可平衡油管2的侧向力，不使油管偏离中心；当接箍通过时，接箍触碰触头5，触头5径向外移，液压缸24中压力增高，当大于压力开关7设定值时，开关动作；左右2个压力开关7的常开触点7-1串联连接，只有2个开关同时动作，探测器才有信号输出到控制系统中。液控单向阀24-1起保压作用，溢流阀24-2起限压作用。此压感式接箍探测器有油管定心作用，探测油管接箍的准确性和可靠性高。

如图1和图4所示，封井器预应力接箍导入胶芯机构IV，是由；半环压板17、胶芯16和加压板15组成；半环压板17上有半环，半环内径大于接箍外径8-10mm，半环厚度5-8mm，胶芯16前端有与油管直径相同的半圆密封面，半环压板17和胶芯16用滑销16-1相连。由于半环外径大于胶芯圆孔内径，当加压板15在液压力作用下推动胶芯16时，左右两个半环压板15首先接触，然后胶芯16上下部受半环阻挡变形，在半环处将胶芯撑开，形成了喇叭口16-2。此接箍导入胶芯机构可使无倒角接箍顺利进入关闭的胶芯16，不受胶芯的阻挡而损坏胶芯，当操作人员不慎超出限定速度起下油管时不会造成遇阻等意外事故；当封井器缸内压力降为0尚未打开前时，接箍即可进入胶芯16，随后胶芯16打开，接箍通过，且不会损坏胶芯，还提高了油管通过时限定的速度Vmax。

具有助封功能的闸板式封井器，由于井内液体的助封作用，增大了密封接触压力，利用较小的外部液压力，可获得较大的密封压力，井的压力越高，助封的效果越明显；对于自动过接箍装置，胶芯开关频率高，需要时，封井器胶芯应快速打开，而具有助封作用的封井器，迅速打开封井器不但需要较大的外部液压力，而且打开的速度较慢，不适合自动过接箍装置的要求。

如图1和图5所示，自动过接箍装置的封井器采用大胶芯直压密封机构，没有助封结构，是由：胶芯16，加压板15、增压缸12，压力开关10、液控单向阀22和封井器液压缸23组成，胶芯16在相对封闭的金属腔内受压缩变形来进行密封，密封效果好，密封压力高，对胶芯16的磨损有补偿作用，使用寿命更长。由于密封作用完全由外部液压力提供，因而液压缸23需要提供较大的压力，增压缸12可以将液控系统压力提高2.5-4倍，来保持封井器的密封压力，增压过程中由液控单向阀22进行保压，压力开关10输出液压缸压力控制信号。

如图1和图6所示，不压井作业使用的封井器液压缸必须有较大的活塞行程，使油管挂或其他井下工具能够顺利通过，即封井器打开时应满足通径要求。但在自动过接箍过程中，封井器打开只需要大于接箍直径，活塞行程缩短使封井器关闭和打开的时间减少，可提高油管起下速度。本发明自动过接箍装置的封井器采用的活塞行程调节机构VI，包括活塞13、花键套8-1、花键轴8-2，定位盘8-3，花键套8-1与活塞13固定。活塞13前移，花键套8-1脱离花键轴8-2，转动花键轴8-2一定角度后锁定，活塞13后移，花键套8-1不能进入花键轴8-2，活塞13短行程工作，需要时，花键轴8-2转回原位，活塞13后移，花键套8-1进入花键轴8-2，活塞长行程工作。

如图7a和7b所示，液压控制装置26安放在独立的液压电气控制柜VII下部，是由：2个电液阀26-1和液压管线组成，每个电液阀控制1个封井器打开或关闭，接箍探测器液压缸24独立供压，液压控制装置26由液压站大排量供油和回油。电气控制系统25安放在独立的液压电气控制柜VII上部，自动控制起下油管时，压力开关信号可自动控制过接箍的作业过程；下放油管自动控制和上提油管自动控制可通过万能转换开关29进行转换；意外情况或需要时，可用手动操作方式，按压关闭或打开按钮28；工作中有声音警示，指示灯30，工作过程指示，电源为独立直流蓄电池；控制系统在工作时无论是自动还是手动都有互锁装置，2个封井器只能打开1个，2个封井器不能同时打开，需要时，按操作要求才能同时打开2个封井器。

本发明自动过接箍装置具有在限定速度下起下油管自动过接箍功能，密封压力高，工作安全可靠，工作寿命长，胶芯有补偿功能，控制合理，可提高不压井作业的效率和工艺技术水平。

Claims (8)

1.不压井作业自动过接箍装置，其特征在于，是由主体设备和电气液压控制系统两大部分组成，主体设备包括上下2个结构完全相同的1号和2号封井器，中间用短节相连；封井器壳体中间有通径，上下有连接法兰，左右有连接螺孔，壳体内部有油道，外部有油口，壳体内具有3个水平腔体，中间腔体为带圆角的矩形水平腔，腔内有与通径相连的上置油道，壳体上下两个腔体为水平矩形滑道；

封井器壳体上下两个腔体内分别设置有压感式接箍探测器，对油管接箍进行定心探测；

封井器壳体内的中间腔体内设置有：

预应力接箍导入胶芯机构，可使无倒角油管接箍顺利导入关闭的胶芯；

胶芯直压密封机构，用于密封油管；

活塞行程调节机构，用于调节封井器液压缸活塞的行程；

电气液压控制系统由液压控制装置和电气控制系统组成，装在一独立的控制柜中。

2.根据权利要求1所述的不压井作业自动过接箍装置，其特征在于，所述压感式接箍探测器是由定心滑块、连接螺母、触头、活塞、压力开关、液压缸、液控单向阀和溢流阀组成，封井器上下两个水平腔体为矩形截面的滑腔，滑腔中有2个对称的定位凹台，滑腔内具有2个对称的定心滑块，所述定心滑块前端有钳形半圆通孔，后端有定位凸台，定心滑块上装有可更换的触头，定心滑块可在滑腔内滑动，当所述2个定心滑块的定位凸台与所述滑腔的定位凹台接触后，2个定心滑块的前端刚好在中心形成一直径大于接箍直径的圆形通道，油管被定心在此通道中，此时左右2个触头间的距离比油管直径大2-3mm，油管在所述圆形通道内可自由通过，接箍探测器左右两侧各有1个液压缸，液压缸中的活塞通过连接螺母与定心滑块相连，液压缸上设有压力开关、液控单向阀和溢流阀。

3.根据权利要求1所述的不压井作业自动过接箍装置，其特征在于，所述预应力油管接箍导入胶芯机构包括半环压板、胶芯和加压板组成；半环压板上有半环，半环内径大于接箍外径8-10mm，半环厚度4-8mm，胶芯有与油管直径相同的半圆密封面，半环压板通过胶芯上的滑销与胶芯相连。

4.根据权利要求1所述的不压井作业自动过接箍装置，其特征在于，所述胶芯直压密封机构是由胶芯，加压板、增压缸，压力开关、液控单向阀和封井器液压缸组成，胶芯有与油管直径相同的半圆密封面，加压板对胶芯施加密封压力，封井器液压缸中的活塞杆与加压板相连，封井器液压缸上设有压力开关、液控单向阀和增压缸。

5.根据权利要求1所述的不压井作业自动过接箍装置，其特征在于，所述活塞行程调节机构，包括活塞、花键套、花键轴，定位盘，花键套与活塞固定，活塞前移，花键套脱离花键轴，转动花键轴一定角度后锁定，活塞后移，花键套不能进入花键轴，活塞短行程工作，需要时，花键轴转回原位，活塞后移，花键套进入花键轴，活塞长行程工作。

6.根据权利要求1所述的不压井作业自动过接箍装置，其特征在于，所述液压控制装置，安放在独立的液压电气控制柜下部，是由2个电液阀和液压管线组成，每个电液阀控制1个封井器打开或关闭，接箍探测器液压缸独立供压，液压控制装置由液压站供油和回油。

7.根据权利要求1所述的不压井作业自动过接箍装置，其特征在于，所述电气控制系统，安放在独立的液压电气控制柜VII上部，自动控制起下油管时，压力开关信号可自动控制过接箍的作业过程；下放油管自动控制和上提油管自动控制可通过万能转换开关进行转换；意外情况或需要时，可用手动操作方式，按压关闭或打开按钮；工作中有声音警示，指示灯，工作过程指示，电源为独立直流蓄电池；控制系统在工作时无论是自动还是手动都有互锁装置，2个封井器只能打开1个，2个封井器不能同时打开，需要时，按操作要求才能同时打开2个封井器。

8.如权利要求1所述的不压井自动过接箍装置的控制方法，其特征在于，在限定速度下，下放油管自动过接箍过程的工作准备工位为2号封井器关闭，1号封井器打开；在此状态下，接箍触碰1号封井器下接箍探测器触头时，压力开关X2发出关闭1号封井器控制信号，1号封井器关闭后，压力开关X5发出打开2号封井器控制信号，在2号封井器液缸压力降为0尚未打开时，接箍即可进入或延迟进入胶芯，并通过2号封井器；在接箍触碰2号封井器下接箍探测器触头时，压力开关X4发出延迟关闭2号封井器控制信号，2号封井器关闭后，压力开关X6发出打开1号封井器控制信号，此时又回到工作准备工位，第1个接箍通过，完成第1个工作循环，此工作循环期间，压力开关X1发出警示信号及控制系统复位辅助控制信号；

上提油管自动过接箍过程的工作准备工位为1号封井器关闭，2号封井器打开，在此状态下，接箍触碰2号封井器上接箍探测器触头时，压力开关X3发出关闭2号封井器控制信号，2号封井器关闭后，压力开关X6发出打开1号封井器控制信号，当1号封井器液缸压力降为0尚未打开时，接箍即可进入或延迟进入，并通过1号封井器；在接箍触碰1号封井器上接箍探测器触头时，压力开关X2发出延迟关闭1号封井器控制信号，1号封井器关闭后，压力开关X5发出打开2号封井器控制信号，此时又回到工作准备工位，第1个接箍通过，完成第1个工作循环，此工作循环期间，压力开关X4发出警示信号及控制系统复位辅助控制信号；

下放油管自动过接箍控制与上提油管自动过接箍控制通过万能转换开关进行转换；自动过接箍控制有自动和手动控制功能，有互锁机构，紧急情况下可迅速关闭封井器。