一种页岩气井口主控阀带压更换装置
技术领域
本发明涉及页岩气井口带压作业领域,更具体地说,涉及的是一种页岩气井口主控阀带压更换装置。
背景技术
我国页岩气资源丰富,但由于页岩地层渗透率很低,页岩气井完井后需要经过储层改造才能获得理想的产量,而水力压裂是页岩气开发的核心技术之一,在压裂施工时,由于油管头和主控阀要参与分段加砂压裂施工,井口设备高压工作液冲刷、腐蚀,损伤主控阀阀芯,导致密封失效,阀腔容易进砂,造成井口装置压裂后试压不合格,主控阀关闭不严后,导致了如下问题:(1)位于油管头出口部的主控阀是采气井口的总开关,是最关键的切断开关,若发生泄漏,整个井口处于无控制状态,重则造成井口事故,威胁井场和人身安全、造成地下资源浪费,轻则污染环境;(2)由于主控阀是直接控制处于近30MPa高压状态的井内气的采集(通、断),一经安装好,即处于工作状态,因而对主控阀的维修、更换极为困难。
传统的换阀方法主要有两种,一是压井换阀或维修,在换阀、维修前,先向井内注入泥浆,并使泥浆液柱压力略大于井内油(气)压力,待保持稳定后再进行换阀处理。采用该方法既要动用大量人力、物力,又必须停产进行,且压井后由于施工中泥浆杂质堵塞地层孔隙,往往要降低气产量,甚至造成低产井变成死井,更不适用于页岩气;二是采用卡瓦定位卡点换阀或维修,该方法靠卡瓦牙啮合于管头内壁某固定点密封;但由于油管头流道因长期工作遭受酸性介质腐蚀,其内壁往往凹凸不平、卡点位置的选择较难,卡头与内壁啮合的可靠性差、安全又无保障,而换阀后取出又较难,因此,该方法一般只限于井压低于20MPa的油、气井井口装置上使用。
目前,带压更换井口阀门技术是一种非常经济的技术,但也是一种风险性很大的技术。因此,亟需一种适用于页岩气的安全、快速和低成本的井口主控阀带压更换装置。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷,并提供至少后面将说明的优点。
本发明还有一个目的是提供一种页岩气井口主控阀带压更换装置,其能够满足页岩气井口空间小、井口压力高等特点,避免压井法带来的环境污染问题和产量减少问题,作业成本低,堵塞器具有双重锁定功能,确保了换阀安全可靠。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点,提供了一种页岩气井口主控阀带压更换装置,包括:
堵塞机构,其包括可拆卸连接的堵塞器和固定装置,所述堵塞器用于穿过主控阀到达预定位置以堵塞油管头,所述固定装置与所述油管头固定连接以将所述堵塞器固定在所述预定位置;
送进机构,其包括活塞杆式的第一油缸,用于将所述堵塞器推送至所述预定位置,所述第一油缸的活塞杆的自由端与所述堵塞器可拆卸连接;
支撑机构,其包括可拆卸连接的第一法兰和一对支柱,所述第一法兰水平设置并与所述第一油缸固定连接,所述一对支柱竖直设置在所述第一油缸的两侧,所述一对支柱的第一端和第二端分别与所述第一法兰和所述油管头可拆卸连接;
提升机构,其包括设置在所述第一油缸的两侧的活塞杆式的一对第二油缸,所述一对第二油缸与所述第一法兰固定连接,所述一对第二油缸的活塞杆的自由端设有与所述主控阀可拆卸连接的线性构件,用于提升所述主控阀。
优选的是,所述的页岩气井口主控阀带压更换装置,所述堵塞器包括杆体和塞体,所述杆体通过快速接头与所述第一油缸的活塞杆的自由端实现可拆卸连接,所述塞体的外周设有环状凹槽,所述堵塞器到达所述预定位置时,与所述环状凹槽相对应的所述油管头的外部环槽上设有可容纳顶丝的多个第一通孔。
优选的是,所述的页岩气井口主控阀带压更换装置,所述固定装置为开有U形开口的板体,所述U形开口的曲线部分恰好容纳所述杆体,所述板体上开设有多个第三通孔,所述油管头的上部设有第三法兰,所述第三法兰沿轴向开设有多个第二通孔,所述多个第三通孔和所述多个第二通孔一一对应且形成能够实现连接装配的贯通的空间。
优选的是,所述的页岩气井口主控阀带压更换装置,所述快速接头包括球头和锁紧螺母,所述球头的一端与所述第一油缸的活塞杆的自由端螺纹连接,所述球头的另一端为球形凸面,所述锁紧螺母和所述杆体均设有与所述球形凸面相配合的球形凹面并通过螺纹连接,从而实现所述杆体通过快速接头与所述第一油缸的活塞杆的自由端的可拆卸连接。
优选的是,所述的页岩气井口主控阀带压更换装置,所述第一油缸的活塞杆上套设有滑动连接的第二法兰,所述第一油缸的活塞杆与所述第二法兰之间设有滑动密封圈。
优选的是,所述的页岩气井口主控阀带压更换装置,所述第二法兰沿轴向开设有位于圆心的第四通孔和位于圆周的多个第五通孔,所述第一油缸的活塞杆穿过所述第四通孔实现所述第一油缸的活塞杆与所述第二法兰的滑动连接。
优选的是,所述的页岩气井口主控阀带压更换装置,所述主控阀的上部设有第四法兰,所述第四法兰沿轴向开设有多个第六通孔,所述多个第五通孔和所述多个第六通孔一一对应且形成能够实现连接装配的贯通的空间。
优选的是,所述的页岩气井口主控阀带压更换装置,所述第一法兰沿轴向开有位于圆心的第七通孔和位于圆周的多个第八通孔,所述第一油缸穿过所述第七通孔实现所述第一油缸与所述第一法兰的固定连接,所述一对支柱的第一端分别穿过一个所述第八通孔实现所述一对支柱和所述第一法兰的可拆卸连接,所述一对第二油缸分别穿过一个所述第八通孔实现所述一对第二油缸与所述第一法兰的固定连接。
优选的是,所述的页岩气井口主控阀带压更换装置,所述油管头的外部环槽沿径向对称设有一对L形拉块,对于任意一个拉块,其第一直角边开设有多个第九通孔或盲孔,所述多个第二通孔和所述多个第九通孔或盲孔一一对应且形成能够实现连接装配的贯通的空间,所述拉块的第二直角边开有第十通孔。
优选的是,所述的页岩气井口主控阀带压更换装置,所述一对支柱的第二端设有U形提环,所述提环的相互平行的两个长边之间设有容纳所述拉块的第二直角边的空间,所述提环的相互平行的两个长边上分别开有第十一通孔,所述第十通孔和两个所述第十一通孔相对设置且形成实现连接装配的贯通的空间,销钉穿过所述第十通孔和两个所述第十一通孔实现所述拉块和所述提环的可拆卸连接。
本发明至少包括以下有益效果:
第一、本发明通过设置堵塞机构、送进机构、支撑机构和提升机构,实现整个页岩气井口主控阀带压更换过程,能够满足页岩气井口空间小、井口压力高等特点,能够避免压井法带来的环境污染问题和产量减少问题;
第二、本发明通过活塞杆式油缸组在液压压力下对堵塞器进行送进和提升,具有更高的自动化程度,节约人力物力;堵塞器堵住油管头后,将连接有堵塞器的板体锁定在油管头上,具有双重锁定功能,确保换阀安全可靠;本装置的安装仅需要先将各组件预先装配在一起,然后在更换阀门时通过销钉连接在油管头上,节约了换阀时间,减少了安全隐患。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现,部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明所述的页岩气井口主控阀带压更换装置的结构示意图;
图2为本发明所述的板体的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明,以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
如图1-2所示,本发明提供一种页岩气井口主控阀带压更换装置,包括:
堵塞机构,其包括可拆卸连接的堵塞器6和固定装置,所述堵塞器6用于穿过主控阀802到达预定位置以堵塞油管头902,所述固定装置与所述油管头902固定连接以将所述堵塞器6固定在所述预定位置;
送进机构,其包括活塞杆式的第一油缸1,用于将所述堵塞器6推送至所述预定位置,所述第一油缸1的活塞杆的自由端与所述堵塞器6可拆卸连接;
支撑机构7,其包括可拆卸连接的第一法兰3和一对支柱701,所述第一法兰3水平设置并与所述第一油缸1固定连接,所述一对支柱701竖直设置在所述第一油缸1的两侧,所述一对支柱701的第一端和第二端分别与所述第一法兰3和所述油管头902可拆卸连接;
提升机构,其包括设置在所述第一油缸1的两侧的活塞杆式的一对第二油缸2,所述一对第二油缸2与所述第一法兰3固定连接,所述一对第二油缸2的活塞杆的自由端设有与所述主控阀802可拆卸连接的线性构件,用于提升所述主控阀802。
在另一种技术方案中,所述的页岩气井口主控阀带压更换装置,所述堵塞器6包括杆体601和塞体602,所述杆体601通过快速接头5与所述第一油缸1的活塞杆的自由端实现可拆卸连接,所述塞体602的外周设有环状凹槽,所述堵塞器6到达所述预定位置时,与所述环状凹槽相对应的所述油管头902的外部环槽上设有可容纳顶丝的多个第一通孔。
在另一种技术方案中,所述的页岩气井口主控阀带压更换装置,所述固定装置为开有U形开口的板体10,所述U形开口的曲线部分恰好容纳所述杆体601,所述板体10上开设有多个第三通孔,所述油管头902的上部设有第三法兰901,所述第三法兰901沿轴向开设有多个第二通孔,所述多个第三通孔和所述多个第二通孔一一对应且形成能够实现连接装配的贯通的空间。
在另一种技术方案中,所述的页岩气井口主控阀带压更换装置,所述快速接头5包括球头501和锁紧螺母502,所述球头501的一端与所述第一油缸1的活塞杆的自由端螺纹连接,所述球头501的另一端为球形凸面,所述锁紧螺母502和所述杆体601均设有与所述球形凸面相配合的球形凹面并通过螺纹连接,从而实现所述杆体601通过快速接头5与所述第一油缸1的活塞杆的自由端的可拆卸连接。
在另一种技术方案中,所述的页岩气井口主控阀带压更换装置,所述第一油缸1的活塞杆上套设有滑动连接的第二法兰4,所述第一油缸1的活塞杆与所述第二法兰4之间设有滑动密封圈。
在另一种技术方案中,所述的页岩气井口主控阀带压更换装置,所述第二法兰4沿轴向开设有位于圆心的第四通孔和位于圆周的多个第五通孔,所述第一油缸1的活塞杆穿过所述第四通孔实现所述第一油缸1的活塞杆与所述第二法兰4的滑动连接。
在另一种技术方案中,所述的页岩气井口主控阀带压更换装置,所述主控阀802的上部设有第四法兰801,所述第四法兰801沿轴向开设有多个第六通孔,所述多个第五通孔和所述多个第六通孔一一对应且形成能够实现连接装配的贯通的空间。
在另一种技术方案中,所述的页岩气井口主控阀带压更换装置,所述第一法兰3沿轴向开有位于圆心的第七通孔和位于圆周的多个第八通孔,所述第一油缸1穿过所述第七通孔实现所述第一油缸1与所述第一法兰3的固定连接,所述一对支柱701的第一端分别穿过一个所述第八通孔实现所述一对支柱701和所述第一法兰3的可拆卸连接,所述一对第二油缸2分别穿过一个所述第八通孔实现所述一对第二油缸2与所述第一法兰3的固定连接。
在另一种技术方案中,所述的页岩气井口主控阀带压更换装置,所述油管头902的外部环槽沿径向对称设有一对L形拉块704,对于任意一个拉块704,其第一直角边开设有多个第九通孔或盲孔,所述多个第二通孔和所述多个第九通孔或盲孔一一对应且形成能够实现连接装配的贯通的空间,所述拉块704的第二直角边开有第十通孔。
在另一种技术方案中,所述的页岩气井口主控阀带压更换装置,所述一对支柱701的第二端设有U形提环702,所述提环702的相互平行的两个长边之间设有容纳所述拉块704的第二直角边的空间,所述提环702的相互平行的两个长边上分别开有第十一通孔,所述第十通孔和两个所述第十一通孔相对设置且形成实现连接装配的贯通的空间,销钉703穿过所述第十通孔和两个所述第十一通孔实现所述拉块704和所述提环702的可拆卸连接。
堵塞机构包括堵塞器6和板体10,堵塞器6包括一体化连接的杆体601和塞体602,杆体601的自由端为球形凹面并设有外螺纹,塞体602是由油管挂改进而成,采用O型密封圈、挤压式橡胶圈、盘根组组合密封,是一种成熟可靠的堵塞装置,塞体602的外圆周设有环状凹槽。板体10开有U形开口,U形开口的曲线部分恰好容纳杆体601,板体10上开设有多个第三通孔,油管头902上部固定连接的第三法兰901沿轴向开设有多个第二通孔,多个第三通孔和多个第二通孔一一对应且形成能够实现连接装配的贯通的空间,多个第三通孔和多个第二通孔通过例如螺栓连接的方式实现板体10和第三法兰901的固定连接。
送进机构包括第一油缸1,第一油缸1为活塞单杆式的油缸,第一油缸1的活塞杆的自由端设有外螺纹,第一油缸1的自由端和杆体601通过快速接头5连接。快速接头5包括球头501和锁紧螺母502,球头501的一端设有内螺纹,并与第一油缸1的活塞杆的自由端螺纹连接,球头501的另一端为球形凸面并设有外螺纹,锁紧螺母502设有与球形凸面相配合的球形凹面和内螺纹,锁紧螺母502和球头501球面配合且螺纹连接,杆体601也设有与球形凸面相配合的球形凹面和外螺纹,杆体601与球头501球面配合且与锁紧螺母502螺纹连接。第一油缸1的活塞杆上套设有第二法兰4,第二法兰4可相对于第一油缸1的活塞杆上下滑动,第一油缸1的活塞杆与第二法兰4之间设有滑动密封圈。第二法兰4沿轴向开设有位于圆心的第四通孔和位于圆周的多个第五通孔,第一油缸1的活塞杆穿过第四通孔实现第一油缸1的活塞杆与第二法兰4的滑动连接。主控阀802的上部固定连接有第四法兰801,第四法兰801沿轴向开设有多个第六通孔,多个第五通孔和多个第六通孔一一对应且形成能够实现连接装配的贯通的空间,多个第五通孔和多个第六通孔通过例如螺栓连接的方式实现第二法兰4和第四法兰801的固定连接。
支撑机构7包括第一法兰3和一对支柱701,第一法兰3和一对支柱701通过例如螺纹连接的方式实现可拆卸连接,第一法兰3水平设置,第一法兰3沿轴向开有位于圆心的第七通孔和位于圆周的多个第八通孔,第一油缸1穿过所述第七通孔通过例如焊接或螺纹连接的方式实现第一油缸1与第一法兰3的固定连接。一对支柱701的第一端穿过第八通孔通过例如螺纹连接的方式实现一对支柱701和第一法兰3的可拆卸连接。一对支柱701的第二端通过例如螺纹连接的方式固定连接有U形提环702,提环702的相互平行的两个长边上分别开有第十一通孔。油管头902的外部环槽开有可容纳顶丝的多个第一通孔,当堵塞器6到达预定位置时,塞体602的环状凹槽恰好与第一通孔位于同一水平面上。油管头902的外部环槽沿径向对称设有一对L形拉块704,对于任意一个拉块704,其第一直角边开设有多个第九通孔或盲孔,多个第二通孔和多个第九通孔或盲孔一一对应且形成能够实现连接装配的贯通的空间,多个第二通孔和多个第九通孔或盲孔通过例如螺栓连接的方式实现第三法兰901和拉块704的固定连接。拉块704的第二直角边恰好设置在提环702的相互平行的两个长边之间的空间内,拉块704的第二直角边开有第十通孔,第十通孔和两个第十一通孔相对设置且形成实现连接装配的贯通的空间,销钉703穿过第十通孔和两个第十一通孔实现拉块704和提环702的可拆卸连接。
提升机构包括一对第二油缸2,一对第二油缸2对称设置在第一油缸1的两侧,第二油缸2为活塞单杆式的油缸,一对第二油缸2穿过第八通孔通过例如焊接或螺纹连接的方式实现一对第二油缸2与第一法兰3的固定连接。一对第二油缸2的活塞杆的自由端设有例如绳子的线性构件与主控阀802实现可拆卸连接。
当需要更换主控阀802时,将两侧的拉块704插入油管头902的外部环槽,将两个拉块704与第三法兰901固定连接,将一对支柱701的第一端分别与第一法兰3固定连接,第二端旋入提环702固定连接,将第一油缸1的活塞杆套上第二法兰4然后通过快速接头5与堵塞器6固定连接,将第一油缸1和一对第二油缸2分别与第一法兰3固定连接,然后再将提环702和拉块704通过销钉703快连接,这样就已经将堵塞机构、送进机构、支撑机构7和提升机构都已装配完毕。
液压站控制第一油缸1和一对第二油缸2,此时第一油缸1在液压压力下将第一油缸1的活塞杆送出,第一油缸1的活塞杆推动堵塞器6至主控阀802的阀板至与其接触,将第二法兰4与第四法兰801固定连接,第二法兰4与活塞杆之间有滑动密封圈防止气体逸出,然后开启主控阀802,第一油缸1的活塞杆在液压压力下完全送出,并将堵塞器6送至位于油管头902内部的预定位置,将顶丝从油管头902的外部环槽的第一通孔插入堵塞器6的环状凹槽,此时解除主控阀802的下法兰与第三法兰901的连接,一对第二油缸2在液压站的控制下用绳子连接第二法兰4和第四法兰801吊装起来,此时将板体10的U形曲线部分插入堵塞器6位于油管头902上部的杆体601上,将板体10与第三法兰901固定连接,然后解除第一油缸1的活塞杆和堵塞器6的连接,拆除销钉703解除提环702和拉块704的连接,此时就可以将上部装置整体调离,再解除第二法兰4和第四法兰801的连接,然后就可以更换油管头902了。
将一对第二油缸2的活塞杆装配上新的主控阀802后,将送进机构、支撑机构7和提升机构装配好,打开主控阀802,使得第一油缸1的活塞杆穿过主控阀802的阀板,将第一油缸1的活塞杆通过快速接头5与堵塞器6的杆体601依次固定连接,将第二法兰4和第四法兰801固定连接,然后将位于一对支柱701第二端的提环702与拉块704通过销钉703快速连接,第一油缸1的活塞杆在液压压力下堵塞器6送至位于油管头902内部的预定位置,并抵压住堵塞器6,此时解除板体10和第三法兰901的连接,移出板体10,然后一对第二油缸2将新的主控阀802送至油管头902上方,将主控阀802复位,并且将主控阀802的下法兰与第三法兰901固定连接,解除顶丝,第一油缸1的活塞杆在液压站控制下,将堵塞器6向上吊离远离油管头902,离开主控阀802阀板位置后,迅速关闭主控阀802,解除第二法兰4和第四法兰801的连接,放掉主控阀802的阀板以上的余气,将堵塞器6彻底吊离主控阀802,最后解除提环702与拉块704的连接,将堵塞机构、送进机构、支撑机构7和提升机构整体撤走,拆除拉块704与第三法兰901的连接,从而完成更换主控阀802的全过程。
尽管本发明的实施方案已公开如上,但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用,它完全可以被适用于各种适合本发明的领域,对于熟悉本领域的人员而言,可容易地实现另外的修改,因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下,本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。