CN108643858B - 井下安全阀活塞进液口清洗系统及验证方法及清洗方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种井下安全阀活塞进液口清洗系统及验证方法及清洗方法，包括安全阀本体和活塞，活塞与安全阀本体内壁之间设有液压腔，液压腔内壁上开设有活塞进液口，安全阀管柱外壁上固定连接有液控管线，液控管线一端通过活塞进液口与液压腔相连通，另一端通过油套环空通往地面井口控制柜；液控管线内部增设更为细小的清洗管线，清洗管线一端伸向活塞进液口，另一端通向地面以上；可在地面以上通过清洗管线加注化学溶剂使活塞进液口处积聚的杂质得到充分溶解后，形成粘度更低的物质以便清洗管线冲洗后将其返排至井口，从而解除活塞在液压腔内的憋压状况，使弹簧能够依靠自身恢复形变的弹力动作而使活塞复位。

Description

井下安全阀活塞进液口清洗系统及验证方法及清洗方法

技术领域

本发明涉及井下安全阀技术领域，具体涉及井下安全阀活塞进液口清洗系统及关闭异常验证方法及清洗方法。

背景技术

井下安全阀是一种安装在油气井内，在生产设施发生火警、管线破裂、发生不可抗拒的自然灾害(如地震、冰情、强台风等)非正常情况时，能紧急关闭。防止井喷、保障油气井安全生产的井下工具。

目前国内各大气田所使用的井下安全阀大部分为Baker、威德福、哈里伯顿、BJ等国外纯进口井下安全阀，国内也有部分厂家生产，但由于制造工艺上的差距，其性能明显不及国外进口的井下安全阀可靠。按照行业标准对于气井尤其是含硫气井必须安装井下安全阀，其主要功能有；一、在正常情况下实施关停(如正常停产、井场设备检修等)。二、在生产过程中突发火灾、管线破裂或发生不可抗拒的自然灾害等非正常情况时实现紧急关闭，从而保障油气井安全生产。三、对于高含硫气井，它是防止天然气泄漏的重要组成部分，是保障施工安全及生命财产安全的重要保护屏障。

井下安全阀一般安装在离井口90-110米范围内，通过井口安全控制系统的液压管线来控制其阀瓣的开关状态，其液压管线的控制压力一般在8000—10000Psi(不同厂家，液控压力设定值约有变化)。尽管井下安全阀生产厂家不同，但其结构原理却大同小异。井下安全阀在结构上主要分为活塞运动部分、动力弹簧部分、自平衡部分和阀瓣开关部分。它的工作原理均是通过液压油的充压与卸压，来控制安全阀开启与关闭。即：当井口液压控制管线充压时，液压油进入活塞腔内，推动活塞向下运动、弹簧被压缩，井下安全阀阀瓣被打开。卸掉地面液控压力，弹簧恢复形变使活塞上行，井下安全阀阀瓣在扭簧作用下复位，实现安全阀关闭。

在油气田生产现场，井下安全阀使用的液压管线均为1/4”液压管线，其内径在2mm左右。而且其只有一根液压管线进入油套环空控制安全阀开关，设计上并无回油管线。在长期使用过程，由于重力、压力和温度的影响液压油中的基础油和添加剂成份会随时间推移而发生消耗或变质，即液压油老化；液压油在使用过程中会积累管线磨损等原因产生的不溶物，也相当于广义的老化。产生的“老化物质”在重力作用下会不断向安全阀活塞进油孔处累积，使其液压油粘度发生变化，从而增大液压油摩擦阻力。有的“老化物质”甚至会直接堵塞活塞进油孔。在考虑其他参数不变的情况下，液压油粘度变大或者活塞进油孔堵塞时，必然会引起活塞动作时的阻力增大。当阻力大于或者等于弹簧恢复形变的弹力时，即使在井口安全控制系统卸掉液控压力，活塞内的压力也得不到相应释放，弹簧无法恢复形变，进而导致井下安全阀无法正常关闭。所以说井下安全阀无回油管线的设计是其一大缺陷，这致使其管线内的液压油得不到定期清理与更换，长年累月必然导致油路堵塞，引起井下安全阀活塞憋压、弹簧失效，从而使得安全阀关闭异常。这样的设计缺陷，使得井下安全阀的使用寿命被大打折扣。可以说井下安全阀液控系统失效只是一个时间问题，这主要取决于生产井的温度和压力以及安全阀开关间隔周期的长短和加入液控管线内的油品质量。

综上所述，现有技术中的安全阀使用较长时间后，在活塞进液口处会滞留积聚杂质，导致活塞进液口堵塞，进液口处的油压增大，进而导致活塞在弹簧的弹力作用下无法正常复位，从而导致阀瓣无法正常关闭。使得井下安全阀使用寿命大大缩减。

发明内容

本发明的目的在于提供一种井下安全阀活塞进液口清洗系统及验证方法及清洗方法，其优点在于：在活塞进液口发生堵塞时，可在地面以上进行抽吸操作以降低活塞进液口处的液压油摩阻，并清除活塞进油口处的杂质，便于活塞在弹簧的弹力作用下自动复位，使安全阀正常关闭，而不需要将井下安全阀取出进行更换或维修。其操作简单、经济实惠、风险可控、安全科学，可有效地延长安全阀的使用寿命。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种井下安全阀的活塞进液口清洗系统，井下安全阀包括安全阀本体和液控管线，安全阀本体上设有活塞进液口，液控管线与安全阀本体相固定连接且通过活塞进液口与安全阀本体内的液压腔相连通，活塞进液口清洗系统包括清洗管线，清洗管线插入在液控管线内部，清洗管线的其中一端伸向活塞进液口处，另一端通往地面以上。

本发明进一步设置为：还包括液压加注泵，所述清洗管线通往地面以上的一端与液压加注泵相连接。

本发明进一步设置为：采用液压加注泵通过液控管线对井下安全阀进行整体抽吸，观察井下安全阀能否正常关闭，若正常关闭则可以判断为杂质堵塞活塞进液口；若仍无法关闭则可判断为其他外部原因。

一种井下安全阀的活塞进液口清洗方法，采用上述的井下安全阀的活塞进液口清洗系统，包括以下步骤：

S1：验证井下安全阀的活塞进液口是否为杂质堵塞，

采用液压加注泵通过液控管线对井下安全阀进行整体抽吸，观察井下安全阀是否能够正常关闭，若仍无法关闭则可判断为其他外部原因，若正常关闭则可以判断为杂质堵塞，若为杂质堵塞则进行以下步骤；

S2：清洗，

向活塞进液口处加注化学清洗液，化学清洗液流入至活塞进液口后，将溶解掉的杂质沿相反的方向流动排出液控管线。

本发明进一步设置为：在所述S2中，通过液压加注泵向液控管线内加入化学清洗液，化学清洗液通过液控管线流至活塞进液口后再通过清洗管线反向排出。

本发明进一步设置为：在所述S2中，通过液压加注泵向清洗管线内通入化学清洗液，化学清洗液通过清洗管线流至活塞进液口后再通过液控管线反向排出。

本发明进一步设置为：所述S1和所述S2之间还包括步骤P：溶解，

通过清洗管线向活塞进液口注入化学清洗剂、除垢剂、溶解剂等化学溶剂将杂质溶解掉。

本发明进一步设置为：所述P和所述S2之间还包括步骤Q：冲洗，

通过清洗管线或液控管线向活塞进液口加入化学清洗液，化学清洗液反复抽压以冲洗活塞进液口处的杂质。

本发明具有如下优点：

1、验证井下安全阀异常关闭方法操作简单、结果直观。采用液压加注泵通过液控管线对整个安全阀进行抽吸作业，使井下安全阀关闭。通过观察生产井油压变化即可确认安全阀关闭状况；

2、可在地面以上通过清洗管线加注化学溶剂使活塞进液口处积聚的杂质得到充分溶解后形成粘度更低的物质以便清洗管线冲洗后将其返排至井口，从而解除活塞在液压腔内的憋压状况，使弹簧能够依靠自身恢复形变的弹力动作而使活塞复位；

3、通过清洗管线或液控管线向活塞进液口加注化学清洗液，化学清洗液反复抽压以冲刷活塞进液口处的杂质，将部分杂质打散，然后再注入化学溶剂，可以提高清洗效率和清洗质量。

附图说明

图1是实施例1中体现井下安全阀处于关闭状态下的结构示意图；

图2是实施例1中体现井下安全阀处于打开状态下的结构示意图；

图3是图2中A处的局部放大图；

图4是实施例3中体现井下安全阀的活塞进液口清洗方法的步骤示意图。

其中，

1、安全阀本体；11、上接头；12、下接头；13、上限位板；14、下限位板；15、液压腔；16、活塞进液口；

2、活塞；21、挡环；22、推力斜面；

3、阀瓣；

4、扭簧；

5、复位弹簧；

6、液控管线；

7、清洗管线。

具体实施方式

为便于阅读理解，在此先叙述现有技术的实施方式，现有的工程技术手段，一般都是考虑到井下安全阀外部原因引起关闭异常。如：一、硫化物累积堵塞安全阀阀瓣使其关闭异常，其大多使用修井作业：即使用压井施工作用后在井下安全阀下面下入桥塞或者封隔器将井筒进行隔绝后加入清洗剂或者脱硫剂对井下安全阀进行侵泡处理，使堵塞物溶解，从而使井下安全阀恢复正常使用；二、外力损坏使安全阀结构变形或者损坏；在压井施工作用后使用修井机对油管进行倒扣处理，将井下安全阀取出后对其进行更换。然而对于高含硫气田，此方法井控风险极高、压井施工作用对气井生产伤害极大，因此国内无人敢用。由现有的技术手段我们可以看出，设计、施工作业人员大多是从安全阀外部原因去思考问题，并未结合其内部构造原理去解决问题，甚至无人去怀疑其结构设计的合理性——“单控液压管线的设计必然会导致井下安全阀后期无法正常关闭”，为油田的后续生产带来了极大的安全隐患。

以下正式叙述本发明的构思和实施例，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1

一种井下安全阀的活塞进液口清洗系统，如图1所示，井下安全阀包括安全阀本体1和活塞2，安全阀本体1两端分别为上接头11和下接头12，上接头11用于与上接管(图中未画出)相连接，下接头12用于与下接管(图中未画出)相连接，安全阀本体1用于控制上接管与下接管之间的连通与关闭。

活塞2为中空管状，安全阀本体1内壁上转动连接有阀瓣3，阀瓣3在旋转中心处固定连接有转轴(图中未标出)，转轴上设有扭簧4，扭簧4一端与阀瓣3的转轴相固定连接，另一端与安全阀内壁相固定连接，活塞2的下端面位于阀瓣3的上方，阀瓣3在关闭状态下与活塞2下端口相密封抵接；活塞2沿安全阀本体1内壁向下滑动后推动阀瓣3绕阀瓣3的转轴旋转，活塞2的下端口逐渐被打开。活塞2的外壁上固定连接有挡环21，安全阀本体1内壁上固定连接有上限位板13和下限位板14，挡环21位于上限位板13和下限位板14之间，活塞2沿安全阀本体1向上滑动后，挡环21可与上限位板13相抵接以限制活塞2继续向上滑动。挡环21和下限位板14之间设有复位弹簧5，复位弹簧5两端分别与挡环21以及下限位板14相抵接，复位弹簧5伸缩方向与活塞2的滑动方向相同，复位弹簧5始终保持被压缩状态。

在安全阀本体1壁上开凿有活塞2与上限位板13之间形成的密封的液压腔15，活塞2外壁上设有推力斜面22，推力斜面22位于液压腔15内部；液压腔15内壁上开设有活塞进液口16，安全阀本体1外壁上固定连接有液控管线6，液控管线6一端通过活塞进液口16与液压腔15相连通，另一端通向地面以上并与液压加注泵(图中未画出)相连接；推力斜面22沿靠近活塞进液口16的方向朝靠近安全阀本体1中心轴线的方形倾斜，液压加注泵通过液控管线6向液压腔15内部充液或抽液来改变液压腔15内部的液压；结合图2，液压腔15内部的液压增大后通过推力斜面22推动活塞2向下滑动并压缩复位弹簧5，从而驱动阀瓣3打开，阀瓣3打开过程中逐渐推动扭簧4发生弹性形变，液压腔15内的液压减小后，活塞2在复位弹簧5的推力作用下向上滑动复位，扭簧4逐渐恢复弹性形变并推动阀瓣3旋转复位关闭活塞2下端口。

如图3所示，活塞进液口清洗系统包括清洗管线7，清洗管线7插入在液控管线6内部，清洗管线7的其中一端伸向活塞进液口16，另一端通往地面以上并与单独的液压加注泵相连接。当活塞进液口16积聚较多的杂质导致活塞进液口16堵塞或导致活塞进液口16处液压增大后，可通过清洗管线7向活塞进液口16处抽液，结合图2，可以降低活塞进液口16处的液压，从而降低液压腔15内的液压，便于活塞2复位从而正常关闭阀瓣3，还可以通过清洗管线7加注化学清洗液，化学清洗液沿清洗管线7流至活塞进液口16并将杂质从液控管线6反向排出；也可以通过液控管线6向活塞进液口16通入化学清洗液，化学清洗液将杂质从清洗管线7反向排出。便于后续的正常使用，而不需要将井下安全阀从地底下取出更换或维修，操作方便，且极大地延长了井下安全阀的使用寿命。

实施例2

判断井下安全阀的活塞进液口16为杂质堵塞的验证方法，采用液压加注泵通过液控管线对井下安全阀进行整体抽吸，观察井下安全阀能否正常关闭，若正常关闭则可以判断为杂质堵塞活塞进液口；若仍无法关闭则可判断为其他外部原因。

实施例3

一种井下安全阀的活塞进液口清洗方法，包括以下步骤：

S1：验证井下安全阀的活塞进液口16是否为杂质堵塞，

采用液压加注泵通过液控管线6对井下安全阀进行整体抽吸，观察井下安全阀是否能够正常关闭，若仍无法关闭则可判断为其他外部原因，若正常关闭则可以判断为杂质堵塞，若为杂质堵塞则进行以下步骤；

P：溶解，

通过清洗管线7向活塞进液口16注入化学清洗剂、除垢剂、溶解剂等化学溶剂将杂质溶解掉；

Q：冲洗，

通过清洗管线7或液控管线6向活塞进液口16加入化学清洗液，化学清洗液反复抽压以冲洗活塞进液口16处的杂质；

S2：清洗，

向活塞进液口16处加注化学清洗液，化学清洗液流入至活塞进液口16后，将溶解掉的杂质沿相反的方向流动排出液控管线6。

在S2中，可通过液压加注泵向液控管线6内通入化学清洗液，化学清洗液通过液控管线6流至活塞进液口16后再通过清洗管线7反向排出。

在S2中，也可通过液压加注泵向清洗内通入化学清洗液，化学清洗液通过清洗管线7流至活塞进液口16后再通过液控管线6反向排出。

实施例4

一种井下安全阀的活塞进液口清洗系统，与实施例1的不同之处在于，井下安全阀还包括回液管线，回液管线一端伸向活塞进液口16处，另一端伸向地面以上，将回液管线位于地面以上的一端与液压加注泵相连接，可对活塞进液口16处进行抽吸清洗操作。

回液管线可一体集成在液控管线6内部，液控管线6的通道与回液管线的通道并排设置。也可以将回液管线独立设置在液控管线6的外部，回液管线与井下安全阀的外壁相固定连接。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (6)

1.判断井下安全阀的活塞进液口为杂质堵塞的验证方法，其特征是：采用液压加注泵通过液控管线(6)对井下安全阀进行整体抽吸，观察井下安全阀能否正常关闭，若正常关闭则可以判断为杂质堵塞活塞进液口(16)；若仍无法关闭则可判断为其他外部原因。

2.一种井下安全阀的活塞进液口清洗方法，采用井下安全阀的活塞进液口清洗系统，其特征是，包括以下步骤：

S1：验证井下安全阀的活塞进液口(16)是否为杂质堵塞，

采用液压加注泵通过液控管线(6)对井下安全阀进行整体抽吸，观察井下安全阀是否能够正常关闭，若仍无法关闭则可判断为其他外部原因，若正常关闭则可以判断为杂质堵塞，若为杂质堵塞则进行以下步骤；

S2：清洗，

向活塞进液口(16)处加注化学清洗液，化学清洗液流入至活塞进液口(16)后，将溶解掉的杂质沿相反的方向流动排出液控管线(6)。

3.根据权利要求2所述的一种井下安全阀的活塞进液口清洗方法，其特征是：在所述S2中，通过液压加注泵向液控管线(6)内加入化学清洗液，化学清洗液通过液控管线(6)流至活塞进液口(16)后再通过清洗管线(7)反向排出。

4.根据权利要求2所述的一种井下安全阀的活塞进液口清洗方法，其特征是：在所述S2中，通过液压加注泵向清洗管线(7)内通入化学清洗液，化学清洗液通过清洗管线(7)流至活塞进液口(16)后再通过液控管线(6)反向排出。

5.根据权利要求2所述的一种井下安全阀的活塞进液口清洗方法，其特征是，所述S1和所述S2之间还包括步骤P：溶解，

通过清洗管线(7)向活塞进液口(16)注入化学清洗剂、除垢剂、溶解剂将杂质溶解掉。

6.根据权利要求5所述的一种井下安全阀的活塞进液口清洗方法，其特征是，所述P和所述S2之间还包括步骤Q：冲洗，

通过清洗管线(7)或液控管线(6)向活塞进液口(16)加入化学清洗液，化学清洗液反复抽压以冲洗活塞进液口(16)处的杂质。

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