CN1092276C - 用于堵塞油气钻杆的阀的设备 - Google Patents

Abstract

采用堵塞生产管或钻管的方法来控制油井火焰的系统。有一采用可动活塞的箱被配装在钻管的周围。活塞的前端装有一个钻孔筒(3)，通过一个液压的活塞和圆筒装置可使钻孔筒(3)向钻管移动，随后钻孔筒可钻透钻管的壁，于是该钻孔筒或一个分开的堵塞筒(4)可留在钻出的孔内并堵塞液体不让它通过钻管流出。该过程可遥控。

Description

用来堵塞油气钻杆的阀的设备

本发明的主题为一控制油井起火或其他相当液态物质起火的系统。采用本发明可燃物质的喷发可被停止，而石油钻杆在堵塞后有可能重新被打开。

目前有三种不同的方法可尝试用来扑灭油井的火灾。

用水喷洒在火根上，同时消防人员在保护罩的掩护下力图接近火焰并尝试用手工关闭油管的阀门。这种方法是危险的，并且需要大量的水，这在火场并不是总能供上的。

爆炸燃烧的油井，这样在周围区域内，氧的用量就会暂时大增，致使火焰由于缺乏足够的氧而被熄灭，在此之后就可更换阀门和其他破损设备。这种方法是极其危险的。

用燃烧的油管在同一口油井内钻出一个新孔，将水泵入其内，这样油的喷出就会被水的喷出替代，可将火焰扑灭。这是一个费钱而又费时的操作，并不能保证成功。另外，这种方法实现起来是危险的。

本发明的系统的目的是要控制油及/或气的火情，使巨大的油及/或气的钻探设备的毁坏得以避免。本发明的设备可装到一个正在施工的油及/或气的钻探系统上，或者一个已经选好的油及/或气的钻探系统上，或者甚至于装到一个正在燃烧的系统上。当该设备已经预先安装在石油钻探系统上时，由于该设备是遥远安装的并且自动控制的，油井之火不会对人们造成威胁，即使是装在已经燃烧的系统上的设备也不需要人们跑到火根邻近，相反地该设备被装在地下。由此可见本发明的优点，即设备和操作方法都很安全，他们可以拯救环境，节省金钱和油或气。

本发明提供了一种用来堵塞油或气的钻杆的阀门设备，包括：一个钻孔和堵塞机构，该机构有一框架装在要被堵塞的钻杆的支座上，该框架有一沿钻杆横向的第一框架部，其设在钻杆的第一侧，还有一个第二框架部，其设在钻杆的另一侧与第一侧相对；一个液压转动的钻头，用来钻透钻杆，该钻头被布置在第一框架部内以便沿钻杆横向而运动；一个堵塞筒，用来堵塞在钻杆上钻出的孔，堵塞筒被布置在第一或第二框架部内以便沿钻杆横向而运动；及用来使堵塞筒移动到钻杆上钻出孔的堵塞位置的装置；其特征为，钻孔和堵塞机构包括：由硬质材料制成的填料箱，该填料箱设在第一框架部和第二框架部之内的所说框架部与钻头和堵塞筒之间，用来导引钻头和堵塞筒的运动方向，填料箱具有尖锐的面向钻杆的前端，该前端被制成与钻杆外壁相一致的形状，填料箱可在所说框架部的导引下从钻杆的两侧沿横向朝向钻杆运动，以便用来密封钻杆的堵塞缝；还有收紧器，用来将填料箱推到钻杆上；及锁紧装置，用来将收紧器锁紧在一个相对于框架部为固定的位置上。

下面本发明将结合附图较详细地说明。

图1为第一钻孔筒运动时设备的剖面图。

图2为第一堵塞筒就位时设备的剖面图。

图3为所有三个堵塞筒都就位时设备的剖面图。

图4为半球形筒的剖面图。

图5为具有磨光表面的圆锥形筒的部分割面图。

图6为具有伸出刀片的圆锥形筒的部分剖面图。

图7为安装的设备和液压容器的部分剖面图，该图没有示出设备所在地下构筑空间的结构。

图8详细示出箱式夹具和锁紧的堵塞栓。

图9示出一个应用例，其中钻孔筒和堵塞筒(图上未画出)操作时都从油及/或气的钻杆的同一侧开始，并且上述两筒被填料箱导引，切割缝也被填料箱密封。在图中在右手侧的填料箱还没有被收紧到位。

在图1、2和3中，我们的想法是，在油及/或气的钻杆和堵塞筒的右手侧可以有一个与在油及/或气的钻杆的左侧类似的推动及/或转动机构。撇开这些图，同样合适的做法是将一个接着另一个操作的钻孔单元分别设置在油及/或气的钻杆的两个对侧，这样接续进行的钻孔和堵塞就可分别从钻杆的两个对侧开始。如果有三个或更多的钻孔单元环绕着同一个油及/或气的钻杆，那么每一个单元可被这样设置使它们从完全不同的方向上开始操作，这样便能在钻孔和堵塞时使在钻杆上造成的合力尽可能地减小。

当设备起动时，压力蓄积器10的压力被排放到液压容器11内，该压力使液压马达8及其阀开始操作。流入液压筒1内的油推动活塞2，而活塞又推动钻头5和钻孔筒向前。当钻孔筒3穿透得足够远即通过石油钻杆7时，机械的反向阀就下令给钻头5和钻孔筒3使它们返回，还下令给堵塞筒4使它进行堵塞。堵塞筒4也可设在钻孔筒3的后面，在该情况下就只需一个方向的运动。当所有钻孔单元都已操作过如果需要还可封闭堵塞栓。这个工作可用液压或炸药来做。堵塞筒可只是用被推动的方法来操作或者还可装上转动的例如可用来磨削的马达。在堵塞时或堵塞后，可另外将一种带压力的灭火物质如液氮送入到气或油的钻杆内。送入时通过一个用类似钻孔筒3的装置在油或气的钻杆上切割出孔。所有这些无需用电，可用强制的控制来完成，在该情况下一旦操作开始就不能停止。设备被箱式夹具6固定在油管的周围并被支承在夹具的底部上。将各种大小的管分开来堵塞可防止在顶部的管降落。将套筒安装在管子上切割开的地方上并将塞头拔出，石油钻探系统便可重新操作。

下面的应用方法可用来堵塞外面的油或气的钻杆，说明主要是结合图9写的。

除了在早先提到的本发明的零部件以外，本发明还包括一个填料箱14、一个收紧器15、堵塞锁16、一个滑动轴承(例如一条铬带)17、压缩的油衬垫18、一条锁紧槽19和一条框架槽20。面向油或气的钻杆的填料箱14的端头被制成所要配合的钻杆的外壁形状并且十分尖锐，可被滑动轴承17和收紧器15收紧到位，收紧器15具有外螺纹可与框架12的内螺纹配合，因此可在安装时用手工或在设备开动时用自动机构予以收紧。在填料箱的收紧器15的周围制有一条锁紧槽19，当填料箱的收紧器被推到所需深度时，被弹簧/液压牵引到框架12上的堵塞锁16便被推入到锁紧槽内。另外，在设备的框架12上制有一条框架槽20，其目的是在填料箱的收紧器之外加设此槽用来防止填料箱14在抵达所需深度后发生松弛现象。而已被收紧到位的填料箱14的油或气的钻杆7的端头上是十分尖锐的并且是由极硬材料制成的，其目的是要密封被钻孔和堵塞的油或气的钻杆7的堵塞缝，并导引钻孔和堵塞联合体3-4在其内的行动。在填料箱14和轴13之间的缝隙则由一个压缩的油衬垫来密封。当钻孔进行时，从油或气的钻杆7上钻下的碎片被留在钻孔和堵塞的联合体3-4上。

阀门的监视和控制可这样地操作：

1.采用在加工和自动化技术中已知的方法。

2.用电测量传感器从系统的磁场中获知的变化，这些变化例如是由下列量的变化造成的：流率、流向、温度、压力、稳定性。磁场中发生的这些变化用电通过数个电阻器内的变化把它们记录下来，这些电阻器由晶体管定向并由计算机集成为一体，阀门的操作是由存储在计算机内的限制值控制的。阀门在水下的周围环境及在其内的变化也可通过这种方法加以监视，任何一种观察到的情况，如恐怖主义的恐吓，都可传到监视和控制的终端上。

3.分析并协调各该量，如由在钻头顶尖内和轴上的传感器测得的温度、压力、旋转速率、移动速率及在这些量中的变化。

为了控制阀门可以采用下列方式：

1.有电路连接的、单独的阀门控制，这样关闭阀门只需一个指令便可。

2.直接控制或通过液压阀间接控制。

3.用气动机构操作液压阀。

操作可以是手动的或自动的，在后一种情况下，系统是由各该独立封闭系统的安全开放而开动的。作为要测量的量可以采用温度、气体、含量、压力、流量、摇动、力学、电技术中的量或其他这类量，这些量能自动地对阀门给出指示，而人力是不可能这样做的。

指示操作的传感器可装在阀门上给我们示出阀门的操作状态。

1.在液压容器内的压力传感器可示出阀门已开始操作，指出油的工作压力。

2.计量仪表示出的油量可指出运动的距离：

-进入液压筒内的油量指出运动的距离，

-在液压筒返回侧上的压力传感器指示返回运动的操作。

3.在堵塞筒内的压力传感器指示堵塞运动。

4.指示钻头旋转的传感器位在钻头的轴上。

5.位在钻头顶尖内的传感器可测到主要量。

自动数据处理装置使用这些量便可在计算机终端上描绘出阀门操作的细节。

Claims (40)

1.用来堵塞油或气的钻杆的阀门设备，包括：

一个钻孔和堵塞机构，该机构有一框架(12)装在要被堵塞的钻杆(7)的支座上，该框架(12)有一沿钻杆横向的第一框架部，其设在钻杆的第一侧，还有一个第二框架部，其设在钻杆的另一侧与第一侧相对；一个液压转动的钻头(5)，用来钻透钻杆，该钻头被布置在第一框架部内以便沿钻杆横向而运动；一个堵塞筒(4)，用来堵塞在钻杆上钻出的孔，堵塞筒被布置在第一或第二框架部内以便沿钻杆横向而运动；及用来使堵塞筒(4)移动到钻杆上钻出孔的堵塞位置的装置；其特征为，钻孔和堵塞机构包括：由硬质材料制成的填料箱(14)，该填料箱设在第一框架部和第二框架部之内的所说框架部与钻头和堵塞筒之间，用来导引钻头和堵塞筒的运动方向，填料箱具有尖锐的面向钻杆的前端，该前端被制成与钻杆外壁相一致的形状，填料箱可在所说框架部的导引下从钻杆的两侧沿横向朝向钻杆运动，以便用来密封钻杆的堵塞缝；还有收紧器(15)，用来将填料箱推到钻杆上；及锁紧装置(16、19、20)，用来将收紧器锁紧在一个相对于框架部为固定的位置上。

2.按照权利要求1的阀门设备，其特征为，框架(12)的导引装置设有内螺纹，而收紧器(15)之一设有外螺纹，该外螺纹可与所说内螺纹配合。

3.按照权利要求1的阀门设备，其特征为，有一滑动轴承(17)，被布置在收紧器(15)和相关的填料箱(14)之间。

4.按照权利要求1的阀门设备，其特征为，锁紧装置具有一条在两框架部圆筒形内表面上的框架槽(20)、在框架槽(20)内可由弹簧偏置的堵塞锁(16)和一条环绕收紧器(15)外表面用来接纳堵塞锁(16)的锁紧槽(19)。

5.按照权利要求1的阀门设备，其特征为，钻孔和堵塞机构具有一个压缩的油衬垫(18)，用来使轴(13)密封，轴(13)使钻头(15)转动到填料箱(14)。

6.按照权利要求5的阀门设备，其特征为，阀门设备具有多个钻孔和堵塞机构，接续地沿着钻杆(7)排列，并且在每两个相邻的钻孔和堵塞机构中，钻头(5)通过钻杆的钻孔方向是相互相反的。

7.按照权利要求6的阀门设备，其特征为，在每两个相邻的钻孔和堵塞机构中，堵塞筒(4)的堵塞方向互相相反。

8.按照权利要求1的阀门设备，其特征为，阀门设备具有至少三个钻孔和堵塞机构。

9.按照权利要求1的阀门设备，其特征为，钻孔和堵塞机构具有：一根轴(13)，其上有一设有钻头(5)的钻孔筒(3)，一个用来转动轴(13)的动力源(8)，一个连结在轴(13)上的活塞(2)，和一个液压筒(1)用来使活塞和轴在轴向上移动：和阀门设备具有：箱式夹具(6)，一个堵塞栓(9)，一个压力蓄积组(10)，一个液压容器(11)和管线，一个利用静水压力的机构，和一个自动控制和监视的系统。

10.按照权利要求9的阀门设备，其特征为，钻孔筒(3)的端部为球形并设有一个刀片，可用液压使它伸出或缩回，从而钻孔筒(3)还包括堵塞筒(4)。

11.按照权利要求9的阀门设备，其特征为，钻孔筒(3)为圆锥形并设有动态钻头尺寸调节器，而堵塞筒(4)亦为圆锥形。

12.按照权利要求1的阀门设备，其特征为，堵塞筒(4)中空，可用油压或炸药锁紧。

13.按照权利要求9的阀门设备，其特征为，钻孔筒(3)为一圆筒，在其端点上有一刀片。

14.按照权利要求9的阀门设备，其特征为，钻头(5)设在钻孔筒(3)端点的中心。

15.按照权利要求9的阀门设备，其特征为，钻孔筒(3)、堵塞筒(4)和钻头(5)的向前运动的能量来自压力蓄积组(10)，通过活塞(2)、轴(13)、液压筒(1)和液压容器(11)及其管线而得到。

16.按照权利要求9的阀门设备，其特征为，钻孔筒(3)和钻头(5)的旋转运动能量来自压力蓄积组(10)，通过活塞(2)、轴(13)、用作动力源的液压马达(8)、液压容器(11)和管线而得到。

17.按照权利要求9的阀门设备，其特征为，箱式夹具(6)为一两部分的结构，从而可环绕钻杆(7)进行安装。

18.按照权利要求9的阀门设备，其特征为，箱式夹具(6)的内表面为圆锥形并设有螺纹。

19.按照权利要求9的阀门设备，其特征为，堵塞栓(9)可用炸药或液压锁紧在位。

20.按照权利要求9的阀门设备，其特征为，堵塞栓(9)比钻杆(7)宽，并具有由两个倾斜边成V字状形成的尖端。

21.按照权利要求9的阀门设备，其特征为，钻孔筒(3)和堵塞筒(4)的外直径比钻杆(7)的内直径大，而比钻杆(7)的外直径小。

22.按照权利要求9的阀门设备，其特征为，钻孔筒(3)的刀片被这样设置，当钻孔筒(3)在第一方向开始旋转时，刀片可从钻孔筒(3)伸出，而当旋转方向改变时，刀片可缩回钻孔筒(3)。

23.按照权利要求9的阀门设备，其特征为，钻孔筒(3)的外面为一磨光的表面。

24.按照权利要求9的阀门设备，其特征为，设置一个钻孔筒(3)，其作为一个堵塞筒(4)而工作，钻孔筒的膨胀被安排用液压或炸药来完成。

25.按照权利要求9的阀门设备，其特征为，钻孔筒(3)和堵塞筒(4)位于钻杆(7)的同一侧或不同侧。

26.按照权利要求9的阀门设备，其特征为，多个钻孔单元分别被设置在钻杆的相反侧，使接续进行钻孔时可从钻杆的不同侧开始，并且接续的堵塞也从钻杆不同侧开始。

27.按照权利要求1的阀门设备，其特征为，阀门设备可安装在被一块板控制的钻孔系统内。

28.按照权利要求1的阀门设备，其特征为，在水下的条件下，静水压力被一个分开的能量转换机构引导，形成可在钻孔系统内被使用的能量。

29.按照权利要求1的阀门设备，其特征为，还具有装置可用来测量钻孔系统磁场内的变化，以便用来连续监控钻孔单元及其周围，并采取行动适应监测到的磁场变化。

30.按照权利要求29的阀门设备，其特征为，包括用于电监测磁场内变化的设备，这些变化是由于流率、流向、温度、压力、稳定性和管周围材料至少一个的变化而造成的。

31.按照权利要求30的阀门设备，其特征为，用于监测磁场变化的设备包括连接于计算机的电阻器和晶体管传感器，传感器电特性变化的信息由计算机收集和分析。

32.按照权利要求31的阀门设备，其特征为，由电阻和晶体管收集到的信息整体集中到计算机编码的限制值，用该编码限制值来控制阀门的操作，并将限制值传送给监视和控制的终端。

33.按照权利要求9的阀门设备，其特征为，还包括一通过导管连接的粗大的筒，从筒内爆炸所造成的压力向阀门设备提供能量。

34.按照权利要求33的阀门设备，其特征为，爆炸所造成的空气压力可被引导到液压容器(11)或与液压容器相连的分开的中央容器中之一，空气压力与液压容器相通，其中，空气压力先导入分开的中央容器。

35.按照权利要求34的阀门设备，其特征为，在粗大的筒内有两个与轴向平行的活塞，分别位于炸药的两个不同侧。

36.按照权利要求1的阀门设备，其特征为：还包括一个可与钻杆钻出的孔连接的分开的接头，以将在孔中的负压力或多余的压力之一与阀门设备连接，作为用于阀门设备的能源。

37.按照权利要求1的阀门设备，其特征为：还包括一可编程序的计算机，其连接以控制阀门设备，并接收来自测量操作状态的传感器的信息。

38.按照权利要求37的阀门设备，其特征为：还包括用于将来自传感器的信息传递给远程控制中心的传送装置。

39.按照权利要求37的阀门设备，其特征为：还包括一压力灭火物质源，其可连接和通过一分开的接头通过在钻杆中堵塞单元上钻出的孔输送。

40.按照权利要求39的阀门设备，其特征为：压力灭火物质源将压力灭火物质送入钻杆中在时间上与钻杆由堵塞筒堵塞的时间或与堵塞无关的时间之一对应。

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