CN108625822B - 一种多级顺序触发的能够自动剪切管柱并密封井眼的应急系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多级顺序触发的能够自动剪切管柱并密封井眼的应急系统，包括：地面电控面板、地面液压控制及监测单元、下部隔水管总成、下部防喷器总成、多级顺序触发的液压执行阀组、水下液压储能单元和水下机器人操作面板，其中，多级顺序触发的液压执行阀组包括：一级触发装置、二级触发装置和三级触发装置，三者通过液压硬管依次连接且又通过液压管路分别与大尺寸管柱剪切闸板防喷器、普通管柱剪切闸板防喷器和闸板防喷器锁紧装置连接。本发明的有益之处在于：(1)能够分步依次完成剪切管柱、密封井眼、锁定闸板等关键封井动作；(2)植入了状态监控及反馈装置、功能测试装置，使用更便利；(3)阀件类型少，降低了使用成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种应急系统，具体涉及一种多级顺序触发的能够自动剪切管柱并密封井眼的应急系统，属于海洋深水钻井、深水油田生产技术领域。
背景技术
2010年墨西哥湾深水钻井事故造成的恶劣海洋环境污染给整个海洋石油行业带来巨大冲击，在随后的国际行业标准升级中明确要求所有水下防喷器必须安装应急系统，当水下防喷器同时失去地面液压供给和地面控制能力时，或者上部的隔水管总成与下部的防喷器总成意外分离时，由应急系统来迅速剪切井内管柱并完成封井。
现有的应急系统不仅造价高昂，而且主要是针对较为先进的电控(MUX)水下防喷器系统设计的，而对于使用传统液压进行控制的水下防喷器系统并不完全适用，极易造成剪切闸板的误触发。所以，目前的使用传统液压进行控制的水下防喷器系统急需安装一种造价较低、性能可靠的应急系统。
另外，虽然现有的应急系统的主要功能是剪切管柱和密封井眼，但是由于技术原因，目前所使用的大尺寸管柱剪切闸板都不能实现井眼密封，而所使用的一般尺寸管柱剪切闸板虽然能够实现井眼密封，却不能剪切较大尺寸的管柱。权衡利弊后，目前此类应急系统都选择了在应急情况下关闭一般尺寸管柱剪切闸板，期以剪切管柱并同时密封井眼，倘若井内是大尺寸管柱，则毫无办法。
此外，现有的应急系统还存在以下两个很严重的问题：
1、大部分闸板防喷器都是在关井完成后才能进行锁紧操作，否则极易发生损坏，导致后期不能正常解锁，现有的应急系统尚未对此进行特殊处理。
2、制约剪切闸板的剪切能力的主要因素是剪切时的液压系统压力，所以剪切发生之前或发生时，不宜激发任何其他功能装置，比如闸板锁紧装置、事故安全阀、井口连接器等，因为激发这些功能装置会大大降低液压系统的液压压力，进而降低闸板的剪切能力，现有的应急系统尚未对此进行特殊处理。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种在应急状况下能够先自动剪切井内大尺寸管柱、随后自动密封井眼的多级顺序触发的应急系统。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
一种多级顺序触发的能够自动剪切管柱并密封井眼的应急系统，其特征在于，包括：地面电控面板、地面液压控制及监测单元、下部隔水管总成、下部防喷器总成、多级顺序触发的液压执行阀组、水下液压储能单元和水下机器人操作面板，其中：
前述地面电控面板通过电缆与地面液压控制及监测单元连接；
前述下部隔水管总成包括：底座、两个控制盒以及安装在两个控制盒底部的接头块，其中，前述两个控制盒对称的安装在底座上，并通过脐带管束与地面液压控制及监测单元连接；
前述下部防喷器总成包括：接头块母头、普通管柱剪切闸板防喷器、大尺寸管柱剪切闸板防喷器和闸板防喷器锁紧装置，其中，前述接头块母头位于下部防喷器总成的顶部，与下部隔水管总成中的接头块吻合，并与水下机器人操作面板通过液压软管连接，大尺寸管柱剪切闸板防喷器设置在普通管柱剪切闸板防喷器的上方，闸板防喷器锁紧装置对称的设置在普通管柱剪切闸板防喷器的两侧；
前述多级顺序触发的液压执行阀组包括：一级触发装置、二级触发装置和三级触发装置，三者通过液压硬管依次连接，一级触发装置、二级触发装置和三级触发装置又通过液压管路分别与大尺寸管柱剪切闸板防喷器、普通管柱剪切闸板防喷器和闸板防喷器锁紧装置连接；
前述水下机器人操作面板包括：功能测试装置、警戒/解除警戒装置和状态监控及反馈装置，其中，功能测试装置通过液压管线分别与警戒/解除警戒装置、一级触发装置、二级触发装置和三级触发装置连接，触发液压信号通过液压软管输入功能测试装置中，一级触发装置、二级触发装置和三级触发装置依次顺序触发；警戒/解除警戒装置通过液压管线与一级触发装置、二级触发装置和三级触发装置依次连接；状态监控及反馈装置连接在各级触发装置之间的液压管路上，用于读取液压压力数据；
前述水下液压储能单元通过水下机器人可拆装的液压软管与水下机器人操作面板的液压快速接口连接。
前述的多级顺序触发的能够自动剪切管柱并密封井眼的应急系统，其特征在于，前述地面电控面板至少有两组，分别设置在地面不同的场所，地面电控面板之间通过电缆连接、互为冗余，并且至少有一个地面电控面板是防爆设计的。
前述的多级顺序触发的能够自动剪切管柱并密封井眼的应急系统，其特征在于，前述地面电控面板均使用可编程微处理器，并由不间断供电装置提供稳定的电力、由备用电池组在应急情况下提供电力。
前述的多级顺序触发的能够自动剪切管柱并密封井眼的应急系统，其特征在于，前述地面液压控制及监测单元包括：信号储能瓶、多组两位三通阀、多组液压压力传感器、压力表和液压油路块，其中，两位三通阀、液压压力传感器和压力表固定安装在液压油路块上，通过液压油路块内的液压通道连通，信号储能瓶与液压油路块之间通过液压硬管连接，为两位三通阀提供液压动力。
前述的多级顺序触发的能够自动剪切管柱并密封井眼的应急系统，其特征在于，前述两位三通阀都是电磁线圈通电打开、弹簧复位关闭的常关型两位三通阀，该两位三通阀在断电情况下可以手动操作。
前述的多级顺序触发的能够自动剪切管柱并密封井眼的应急系统，其特征在于，前述警戒/解除警戒装置包括：两位四通阀、两组液压快速接口和一组节流阀，其中，两组液压快速接口和两位四通阀通过硬管连接，节流阀设置在液压快速接口和两位四通阀之间的管路上。
前述的多级顺序触发的能够自动剪切管柱并密封井眼的应急系统，其特征在于，前述功能测试装置包括：两位三通阀和梭阀，来自地面的触发液压信号和来自两位三通阀的触发液压信号在梭阀处汇合，然后再通过两位三通阀到达一级触发装置、二级触发装置和三级触发装置，前述两位三通阀既可以在地面由人工操作换向，也可以在水下由机器手操作换向。
前述的多级顺序触发的能够自动剪切管柱并密封井眼的应急系统，其特征在于，
前述一级触发装置包括一级触发阀；
前述二级触发装置包括二级触发阀、二级延时储能瓶和二级单向节流阀；
前述三级触发装置包括三级触发阀、三级延时储能瓶和三级单向节流阀；
其中，前述一级触发阀、二级触发阀和三级触发阀都是前导液压关闭、弹簧复位打开的常开型两位三通阀，这些两位三通阀与二级延时储能瓶和三级延时储能瓶都安装在同一个框架上，一级触发阀、二级触发阀和三级触发阀通过液压硬管依次连接，二级延时储能瓶和三级延时储能瓶与相应的触发阀的前导压力回路连接，二级单向节流阀、三级单向节流阀分别设置在相应的触发阀的前导压力回路通道上。
前述的多级顺序触发的能够自动剪切管柱并密封井眼的应急系统，其特征在于，前述状态监控及反馈装置包括：若干压力表和反馈压力管线，其中，压力表安装于各级触发装置之间的液压管路上，用于读取液压压力数据；反馈压力管线穿过位于下部防喷器总成上的接头块母头和位于下部隔水管总成上的控制盒底部的接头块将压力信号传递到地面液压控制及监测单元。
前述的多级顺序触发的能够自动剪切管柱并密封井眼的应急系统，其特征在于，在前述下部防喷器总成中，前述普通管柱剪切闸板防喷器和大尺寸管柱剪切闸板防喷器均包括一对驱动液缸和一对剪切闸板体，剪切闸板体安装在驱动液缸的活塞杆上，每对驱动液缸对称安置，两个剪切闸板体相对的一侧设有相互配合的剪切锋面，管柱安置在两个剪切闸板体之间的空间处，普通管柱剪切闸板防喷器的剪切闸板体上还安装有橡胶密封。
本发明的有益之处在于：
1、在多级顺序触发的液压执行阀组的控制下，能够分步依次完成剪切管柱、密封井眼、锁定闸板等关键封井动作；
2、植入了状态监控及反馈装置、功能测试装置，不仅可以从地面实时监控系统的工作状况并提前预警，而且可以防止各种由于系统故障造成的误触发，同时还可以模拟触发应急系统，进行地面或者水下的周期性功能测试，以验证系统性能及状况；
3、系统结构紧凑，阀件类型少，在提高系统稳定性的同时，降低了后期的使用成本，切实可行。
附图说明
图1是本发明的应急系统的组成示意图；
图2是图1中的地面液压控制及监测单元的结构示意图；
图3是图1中的大尺寸管柱剪切闸板防喷器的结构示意图；
图4是图1中的普通管柱剪切闸板防喷器及闸板防喷器锁紧装置的结构示意图；
图5是多级顺序触发的液压执行阀组和水下机器人操作面板的结构示意图；
图6是本发明的应急系统的液压回路图。
图中附图标记的含义：
1-地面电控面板、2-地面电控面板、3-地面电控面板、4-地面液压控制及监测单元、5-多级顺序触发的液压执行阀组、6-水下液压储能单元、7-水下机器人操作面板、8-下部隔水管总成、9-下部防喷器总成；
401-信号储能瓶、402-两位三通阀、403-液压压力传感器、404-压力表、405-液压油路块；
51-一级触发装置、52-二级触发装置、53-三级触发装置；
511-一级触发阀；
521-二级触发阀、522-二级延时储能瓶、523-二级单向节流阀；
531-三级触发阀、532-三级延时储能瓶、533-三级单向节流阀；
71-功能测试装置、72-警戒/解除警戒装置、73-状态监控及反馈装置；
711-两位三通阀、712-梭阀；
721-两位四通阀；
731-压力表、732-反馈压力管线；
81-控制盒、82-控制盒、83-底座、84-接头块、85-接头块；
90-管柱、91-接头块母头、92-接头块母头、93-普通管柱剪切闸板防喷器、94-大尺寸管柱剪切闸板防喷器、95-闸板防喷器锁紧装置；
931-橡胶密封、932-楔形尾杆、933-剪切闸板体、934-驱动液缸、935-活塞杆；
941-驱动液缸、942-剪切闸板体、943-活塞杆；
951-楔形锁紧器、952-驱动液缸、953-活塞杆；
实线表示液压管路、虚线表示电缆。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
参照图1，本发明的多级顺序触发的能够自动剪切管柱并密封井眼的应急系统，其包括：地面电控面板(地面电控面板1、地面电控面板2、地面电控面板3)、地面液压控制及监测单元4、下部隔水管总成8、下部防喷器总成9、多级顺序触发的液压执行阀组5、水下液压储能单元6和水下机器人操作面板7。
下面分别对各部分结构做详细的说明。
一、地面电控面板
地面电控面板至少有两组，分别记为地面电控面板1、地面电控面板2、地面电控面板3。这些地面电控面板分别设置在地面不同的场所(例如：司钻遥控室、队长办公室、水下办公室)，它们之间通过电缆连接，并且互为冗余，至少有一个是防爆设计的。
地面电控面板1、地面电控面板2和地面电控面板3均使用可编程微处理器，并由不间断供电装置提供稳定的电力、由备用电池组在应急情况下提供电力。
地面电控面板1、地面电控面板2和地面电控面板3均通过电缆与地面液压控制及监测单元4连接。
二、地面液压控制及监测单元
地面液压控制及监测单元4具有一组，固定安置在地面专用场所。
参照图2，地面液压控制及监测单元4主要包括：信号储能瓶401、多组两位三通阀402、多组液压压力传感器403、压力表404和液压油路块405，其中，两位三通阀402、液压压力传感器403和压力表404固定安装在液压油路块405上，通过液压油路块405内的液压通道连通，信号储能瓶401与液压油路块405之间通过液压硬管连接，为两位三通阀402提供液压动力。
通过操作两位三通阀402可以远程控制水下机器人操作面板7上的两位四通阀721。通过多个的压力传感器403收集系统压力数据，并通过电缆将压力数据传递到地面电控面板1、地面电控面板2和地面电控面板3上，通过分析这些数据，可编程微处理器能够实时监测应急系统的工作状态，并在系统发生异常时发出警报，这些数据还为相关工作人员进行设备调试、故障判断、维修保养等工作提供了极大的便利。
两位三通阀402都是电磁线圈通电打开、弹簧复位关闭的常关型两位三通阀，在断电情况下可以手动操作。
两位三通阀402是一种可模块化插装式液压阀门，可针对现场不同的配置需求调整两位三通阀402的数量，满足多种改造升级需求，进而可降低设计和制造成本。
三、下部隔水管总成
参照图1，下部隔水管总成8包括：控制盒81(黄色)、控制盒82(蓝色)、底座83、接头块84和接头块85。
接头块84安装在控制盒81的底部，接头块85安装在控制盒82的底部，控制盒81和控制盒82对称的安装在底座83上，并通过脐带管束与地面液压控制及监测单元4连接。
在整个下部隔水管总成8中，控制盒81和控制盒82通过接头块和接头块母头对多级顺序触发的液压执行阀组5和水下机器人操作面板7进行液压传递并收集反馈压力信号。
四、下部防喷器总成
参照图1，下部防喷器总成9包括：接头块母头91、接头块母头92、普通管柱剪切闸板防喷器93、大尺寸管柱剪切闸板防喷器94和闸板防喷器锁紧装置95。
接头块母头91和接头块母头92位于水下防喷器总成9的顶部，分别与下部隔水管总成8中的接头块84、接头块85吻合，并且同时与水下机器人操作面板7通过液压软管连接。当下部隔水管总成8上的接头块与下部防喷器总成9上的接头块母头吻合时，下部隔水管总成8和下部防喷器总成9之间便可形成密闭的液压通道。
普通管柱剪切闸板防喷器93设置在水下井口的上方，大尺寸管柱剪切闸板防喷器94设置在普通管柱剪切闸板防喷器93的上方，普通管柱剪切闸板防喷器93与大尺寸管柱剪切闸板防喷器94使用法兰进行堆叠连接。
闸板防喷器锁紧装置95具有两件，对称的设置在普通管柱剪切闸板防喷器93的两侧，通过法兰和普通管柱剪切闸板防喷器93连接。
参照图3，大尺寸管柱剪切闸板防喷器94包括：一对驱动液缸941和一对剪切闸板体942，剪切闸板体942安装在驱动液缸941的活塞杆943上，每对驱动液缸941对称安置，两个剪切闸板体942相对的一侧设有相互配合的剪切锋面。两个剪切闸板体942之间的空间可以安置管柱90，当两个剪切闸板体942在驱动液缸941的作用下相向运动时，两个剪切闸板体942之间的管柱90将被剪断，两个剪切闸板体942之间的空间完全关闭。
大尺寸管柱剪切闸板防喷器94拥有超大尺寸的驱动液缸，可以剪切大尺寸、高强度的管柱，剪切闸板体942上不安装密封装置，剪切发生后，当两个剪切闸板体942之间的空间完全关闭时，不能对剪切闸板体上下空间的流体进行有效隔离。
参照图4，普通管柱剪切闸板防喷器93与大尺寸管柱剪切闸板防喷器94的结构基本类似，包括：一对驱动液缸934和一对剪切闸板体933，剪切闸板体933安装在驱动液缸934的活塞杆935上，每对驱动液缸934对称安置，两个剪切闸板体933相对的一侧设有相互配合的剪切锋面，管柱90安置在两个剪切闸板体933之间的空间处，此外，剪切闸板体933上互相咬合的部分还安装有橡胶密封931，驱动液缸934的尾部安装有楔形尾杆932。
普通管柱剪切闸板防喷器93拥有相对较小的驱动液缸，可以剪切普通尺寸、强度较低的管柱，由于剪切闸板体上安装有橡胶密封(密封装置)，所以，剪切发生后，当两个剪切闸板体之间的空间完全关闭时，可以对剪切闸板体上下空间的流体进行有效隔离。
由于大尺寸管柱剪切闸板防喷器94设置在普通管柱剪切闸板防喷器93的上方，所以管柱90被大尺寸管柱剪切闸板防喷器94剪切后自然坠落，普通管柱剪切闸板防喷器93不需要再对管柱90进行剪切，只需要对管柱90进行密封，即关闭两个剪切闸板体间的空间并对两个剪切闸板体上下空间的流体进行有效隔离。
参照图4，闸板防喷器锁紧装置95包括：一对驱动液缸952和一对楔形锁紧器951，楔形锁紧器951安装在驱动液缸952的活塞杆953上。楔形锁紧器951位于普通管柱剪切闸板防喷器93的驱动液缸934的尾部，当普通管柱剪切闸板防喷器93处于完全关闭状态时，楔形锁紧器951在驱动液缸952的作用下，分别楔入普通管柱剪切闸板防喷器93的驱动液缸934尾部的空间，和普通管柱剪切闸板防喷器93的楔形尾杆932咬合，使普通管柱剪切闸板防喷器93保持在关闭状态。
下部隔水管总成8堆叠于下部防喷器总成9之上，二者通过水下连接器连接在一起，共同组成了一个水下井口防喷器组，整个水下井口防喷器组设置在水下油气井井口上，当水下连接器解锁后，下部隔水管总成8与下部防喷器总成9分离。
五、多级顺序触发的液压执行阀组
参照图1，多级顺序触发的液压执行阀组5包括：一级触发装置51、二级触发装置52和三级触发装置53。
一级触发装置51、二级触发装置52和三级触发装置53通过液压硬管依次连接。
一级触发装置51、二级触发装置52和三级触发装置53通过液压管路分别与大尺寸管柱剪切闸板防喷器94、普通管柱剪切闸板防喷器93和闸板防喷器锁紧装置95连接。
参照图5，一级触发装置51包括一级触发阀511，二级触发装置52包括二级触发阀521、二级延时储能瓶522和二级单向节流阀523，三级触发装置53包括三级触发阀531、三级延时储能瓶532和三级单向节流阀533。
一级触发阀511、二级触发阀521和三级触发阀531都是前导液压关闭、弹簧复位打开的常开型两位三通阀。
一级触发阀511、二级触发阀521和三级触发阀531与二级延时储能瓶522和三级延时储能瓶532都安装在同一个框架上。
一级触发阀511、二级触发阀521和三级触发阀531通过液压硬管依次连接。
二级延时储能瓶522和三级延时储能瓶532与相应的触发阀的前导压力回路连接。
二级单向节流阀523、三级单向节流阀533分别设置在相应的触发阀的前导压力回路通道上。
大尺寸管柱剪切闸板防喷器94与一级触发阀511连接，普通管柱剪切闸板防喷器93与二级触发阀521连接，闸板防喷器锁紧装置95与三级触发阀531连接。
六、水下机器人操作面板
参照图1，水下机器人操作面板7包括：功能测试装置71、警戒/解除警戒装置72和状态监控及反馈装置73。
功能测试装置71通过液压管线分别与警戒/解除警戒装置72、一级触发装置51、二级触发装置52和三级触发装置53连接，触发液压信号通过液压软管输入功能测试装置71中，一级触发装置51、二级触发装置52和三级触发装置53依次顺序触发。
警戒/解除警戒装置72通过液压管线与一级触发装置51、二级触发装置52和三级触发装置53依次连接。
状态监控及反馈装置73连接在各级触发装置之间的液压管路上，用于读取液压压力数据。
参照图5，功能测试装置71包括：两位三通阀711和梭阀712，二者通过液压硬管连接，来自地面的触发液压信号和来自两位四通阀721的触发液压信号在梭阀712处汇合，然后再通过两位三通阀711到达一级触发装置51、二级触发装置52和三级触发装置53，所述两位三通阀711既可以在地面由人工操作换向，也可以在水下由机器手操作换向。
功能测试装置71的作用是模拟触发本应急系统，进行地面或者水下的周期性功能测试，以验证系统性能及状况。在正常状态时，两位三通阀711打开，触发液压信号可以通过两位三通阀711到达各级触发阀的前导压力回路，使一级触发阀511、二级触发阀521和三级触发阀531保持在关位；在测试状态时，两位三通阀711关闭并泄压，触发液压信号中断，同时和两位三通阀711连接的各级触发阀的前导压力回路泄压，从而依次触发打开一级触发阀511、二级触发阀521和三级触发阀531。
参照图5，警戒/解除警戒装置72包括：两位四通阀721、两组液压快速接口(未图示)和一组节流阀(未图示)，其中，两组液压快速接口和两位四通阀721通过硬管连接，节流阀设置在液压快速接口和两位四通阀721之间的管路上。两位四通阀721是一种使用液缸驱动的换向阀，阀轴与驱动液缸之间使用铰链或者齿条连接，可从地面遥控操作，当驱动液缸失压时，两位四通阀721既可以在地面由人工操作换向，也可以在水下由机器手操作换向。
参照图5，状态监控及反馈装置73包括：三组压力表731和反馈压力管线732，其中，三组压力表731安装于各级触发装置之间的液压管路上，具体是：第一组压力表731安装于两位四通阀721和一级触发阀511之间的液压管路上，第二组压力表731安装于两位三通阀711和一级触发阀511之间的液压管路上，第三组压力表731安装于三级触发阀531和闸板防喷器锁紧装置95之间的液压管路上，这三组压力表731用于读取液压压力数据；反馈压力管线732穿过位于下部防喷器总成9上的接头块母头91、接头块母头92和位于下部隔水管总成8上的控制盒底部的接头块84、接头块85，连接在两位四通阀721和一级触发阀511之间的液压管路上，压力信号通过反馈压力管线732可以传递到地面液压控制及监测单元4。
当警戒/解除警戒装置72的两位四通阀721处于解除警戒模式时，阀门向下游各级触发阀的供液通道关闭，同时关闭一级触发阀511、二级触发阀521和三级触发阀531，此时二级延时储能瓶522和三级延时储能瓶532充液。此时如果发生触发液压信号中断，则应急系统不会触发。
我们设置警戒/解除警戒装置72的目的是为了防止误操作，比如水下井口防喷器组在地面维修保养期间，警戒/解除警戒装置72中的两位四通阀721应该置于解除警戒模式；又比如进行有计划的下部隔水管总成8和下部防喷器总成9分离时，警戒/解除警戒装置72中的两位四通阀721应该置于解除警戒模式。
当警戒/解除警戒装置72的两位四通阀721处于警戒模式时，其下游的供液通道打开，同时停止向二级延时储能瓶522和三级延时储能瓶532供液，此时一级触发阀511、二级触发阀521和三级触发阀531都依赖于信号储能瓶401的供液而保持在关闭状态，信号储能瓶401同时对二级延时储能瓶522和三级延时储能瓶532保持充液。
当警戒/解除警戒装置72的两位四通阀721处于警戒模式时，并且发生触发液压信号中断时，一级触发阀511因为失去前导压力而触发打开，阀门下游的供液通道打开，大尺寸管柱剪切闸板防喷器94将会关闭，井内管柱90被剪切并自然坠落；此过程中二级延时储能瓶522和三级延时储能瓶532经由二级单向节流阀523、三级单向节流阀533缓慢泄压，当二级延时储能瓶522压力小于二级触发阀521弹簧弹力时，二级触发阀521触发打开，阀门下游的供液通道打开，普通管柱剪切闸板防喷器93将会关闭，密封井眼；此后当三级延时储能瓶532压力小于三级触发阀531弹簧弹力时，三级触发阀531触发打开，阀门下游的供液通道打开，闸板防喷器锁紧装置95关闭。至此完成所有关键关井动作。
此外，在下部隔水管总成8和下部防喷器总成9分离后，如果需要进行应急剪切，则需要水下机器人将警戒/解除警戒装置72的两位四通阀721先置于解除警戒模式，从而对二级延时储能瓶522和三级延时储能瓶532充液，之后再将警戒/解除警戒装置72的两位四通阀721置于警戒模式，从而实现一级触发阀511、二级触发阀521和三级触发阀531的依次触发。
七、水下液压储能单元
水下液压储能单元6是由若干个液压储能瓶组成的液压管汇，安装在水下防喷器总成9的附近。
参照图1，水下液压储能单元6通过水下机器人可拆装的液压软管与水下机器人操作面板7上的警戒/解除警戒装置72连接(具体是与警戒/解除警戒装置72中的两位四通阀721连接)，用来给多级顺序触发的水下液压控制单元5提供液压动力。
本发明的应急系统的液压回路见图6。
在本发明的应急系统中，水下机器人操作面板7、多级顺序触发的液压执行阀组5和水下液压储能单元6都安装在下部防喷器总成9的附近，当下部防喷器总成9同时失去地面液压供给和地面控制能力时，或者下部隔水管总成8与下部防喷器总成9意外分离时，整个应急系统可迅速触发响应，并按照已设定的顺序自动操作下部防喷器总成9中的大尺寸管柱剪切闸板防喷器94、普通管柱剪切闸板防喷器93和闸板防喷器锁紧装置95，快速完成剪切管柱、密封井口、锁紧闸板等关键封井动作。
由此可见，针对海洋水下钻探的不确定风险，当发生人为误操作或者重大紧急情况时，本发明的应急系统首先保证了井眼安全，避免了恶性环境污染事件的发生，同时也最大限度的避免了设备和人员损失，并为后期的事故处理、生产恢复提供了积极的条件。
需要说明的是，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种多级顺序触发的能够自动剪切管柱并密封井眼的应急系统，其特征在于，包括：地面电控面板(1、2、3)、地面液压控制及监测单元(4)、下部隔水管总成(8)、下部防喷器总成(9)、多级顺序触发的液压执行阀组(5)、水下液压储能单元(6)和水下机器人操作面板(7)，其中：
所述地面电控面板(1、2、3)通过电缆与地面液压控制及监测单元(4)连接；
所述下部隔水管总成(8)包括：底座(83)、两个控制盒(81、82)以及安装在两个控制盒底部的接头块(84、85)，其中，所述两个控制盒对称的安装在底座(83)上，并通过脐带管束与地面液压控制及监测单元(4)连接；
所述下部防喷器总成(9)包括：接头块母头(91、92)、普通管柱剪切闸板防喷器(93)、大尺寸管柱剪切闸板防喷器(94)和闸板防喷器锁紧装置(95)，其中，所述接头块母头(91、92)位于下部防喷器总成(9)的顶部，与下部隔水管总成(8)中的接头块(84、85)吻合，并与水下机器人操作面板(7)通过液压软管连接，大尺寸管柱剪切闸板防喷器(94)设置在普通管柱剪切闸板防喷器(93)的上方，闸板防喷器锁紧装置(95)对称的设置在普通管柱剪切闸板防喷器(93)的两侧；
所述多级顺序触发的液压执行阀组(5)包括：一级触发装置(51)、二级触发装置(52)和三级触发装置(53)，三者通过液压硬管依次连接，一级触发装置(51)、二级触发装置(52)和三级触发装置(53)又通过液压管路分别与大尺寸管柱剪切闸板防喷器(94)、普通管柱剪切闸板防喷器(93)和闸板防喷器锁紧装置(95)连接；
所述水下机器人操作面板(7)包括：功能测试装置(71)、警戒/解除警戒装置(72)和状态监控及反馈装置(73)，其中，功能测试装置(71)通过液压管线分别与警戒/解除警戒装置(72)、一级触发装置(51)、二级触发装置(52)和三级触发装置(53)连接，触发液压信号通过液压软管输入功能测试装置(71)中，一级触发装置(51)、二级触发装置(52)和三级触发装置(53)依次顺序触发；警戒/解除警戒装置(72)通过液压管线与一级触发装置(51)、二级触发装置(52)和三级触发装置(53)依次连接；状态监控及反馈装置(73)连接在各级触发装置之间的液压管路上，用于读取液压压力数据；
所述水下液压储能单元(6)通过水下机器人可拆装的液压软管与水下机器人操作面板(7)的液压快速接口连接；
所述地面电控面板(1、2、3)至少有两组，分别设置在地面不同的场所，地面电控面板(1、2、3)之间通过电缆连接、互为冗余，并且至少有一个地面电控面板(1、2、3)是防爆设计的；
所述地面液压控制及监测单元(4)包括：信号储能瓶(401)、多组两位三通阀(402)、多组液压压力传感器(403)、压力表(404)和液压油路块(405)，其中，两位三通阀(402)、液压压力传感器(403)和压力表(404)固定安装在液压油路块(405)上，通过液压油路块(405)内的液压通道连通，信号储能瓶(401)与液压油路块(405)之间通过液压硬管连接，为两位三通阀(402)提供液压动力。
2.根据权利要求1所述的多级顺序触发的能够自动剪切管柱并密封井眼的应急系统，其特征在于，所述地面电控面板(1、2、3)均使用可编程微处理器，并由不间断供电装置提供稳定的电力、由备用电池组在应急情况下提供电力。
3.根据权利要求1所述的多级顺序触发的能够自动剪切管柱并密封井眼的应急系统，其特征在于，所述两位三通阀(402)都是电磁线圈通电打开、弹簧复位关闭的常关型两位三通阀，该两位三通阀(402)在断电情况下可以手动操作。
4.根据权利要求1所述的多级顺序触发的能够自动剪切管柱并密封井眼的应急系统，其特征在于，所述警戒/解除警戒装置(72)包括：两位四通阀(721)、两组液压快速接口和一组节流阀，其中，两组液压快速接口和两位四通阀(721)通过硬管连接，节流阀设置在液压快速接口和两位四通阀(721)之间的管路上。
5.根据权利要求1所述的多级顺序触发的能够自动剪切管柱并密封井眼的应急系统，其特征在于，所述功能测试装置(71)包括：两位三通阀(711)和梭阀(712)，二者通过液压硬管连接，来自地面的触发液压信号和来自两位四通阀(721)的触发液压信号在梭阀(712)处汇合，然后再通过两位三通阀(711)到达一级触发装置(51)、二级触发装置(52)和三级触发装置(53)，所述两位三通阀(711)既可以在地面由人工操作换向，也可以在水下由机器手操作换向。
6.根据权利要求1所述的多级顺序触发的能够自动剪切管柱并密封井眼的应急系统，其特征在于，
所述一级触发装置(51)包括一级触发阀(511)；
所述二级触发装置(52)包括二级触发阀(521)、二级延时储能瓶(522)和二级单向节流阀(523)；
所述三级触发装置(53)包括三级触发阀(531)、三级延时储能瓶(532)和三级单向节流阀(533)；
其中，所述一级触发阀(511)、二级触发阀(521)和三级触发阀(531)都是前导液压关闭、弹簧复位打开的常开型两位三通阀，这些两位三通阀与二级延时储能瓶(522)和三级延时储能瓶(532)都安装在同一个框架上，一级触发阀(511)、二级触发阀(521)和三级触发阀(531)通过液压硬管依次连接，二级延时储能瓶(522)和三级延时储能瓶(532)与相应的触发阀的前导压力回路连接，二级单向节流阀(523)、三级单向节流阀(533)分别设置在相应的触发阀的前导压力回路通道上。
7.根据权利要求1所述的多级顺序触发的能够自动剪切管柱并密封井眼的应急系统，其特征在于，所述状态监控及反馈装置(73)包括：若干压力表(731)和反馈压力管线(732)，其中，压力表(731)安装于各级触发装置之间的液压管路上，用于读取液压压力数据；反馈压力管线(732)穿过位于下部防喷器总成(9)上的接头块母头(91、92)和位于下部隔水管总成(8)上的控制盒底部的接头块(84、85)将压力信号传递到地面液压控制及监测单元(4)。
8.根据权利要求1所述的多级顺序触发的能够自动剪切管柱并密封井眼的应急系统，其特征在于，在所述下部防喷器总成(9)中，所述普通管柱剪切闸板防喷器(93)和大尺寸管柱剪切闸板防喷器(94)均包括一对驱动液缸(934、941)和一对剪切闸板体(933、942)，剪切闸板体(933、942)安装在驱动液缸(934、941)的活塞杆(935、943)上，每对驱动液缸(934、941)对称安置，两个剪切闸板体(933、942)相对的一侧设有相互配合的剪切锋面，管柱(90)安置在两个剪切闸板体(933、942)之间的空间处，普通管柱剪切闸板防喷器(93)的剪切闸板体(933)上还安装有橡胶密封(931)。
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