CN110185407B - 一种带安全阀及控制系统的注气井口装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带安全阀及控制系统的注气井口装置，其特征在于，从下至上依次包括套管头装置、油管头装置、一号主阀、二号主阀、小四通、清腊阀和采油树帽；所述一号主阀为SSV液动控制安全阀，SSV液动控制安全阀连接SSV液压控制系统；所述SSV液压控制系统用于将取压口的高压气体的压力转换为低压油液的压力，并自动判断是否关闭SSV液压控制安全阀，当井口注气管线压力超过或低于设定压力时控制SSV液压控制安全阀自动关闭，当问题解决后远程手动打开。优点：本发明的注气井口装置能够自动判断高压和低压，在超压或失压时可以自动控制阀门关闭，且采压全低压油压控制系统安全可靠。
Description
技术领域
本专利涉及油气开采工程中用的一种带安全阀及控制系统的注气井口装置，属于石油天然气开采工程设备装置领域。
背景技术
目前许多油田采用向地下注入CO2气体以增大地下压力，从而提高区块油气井口出油气压力和产量，起到增产增效的作用。向地下注气时要求注气压力不应超过压开地层的压力限定，同时也要防止外部注气管道破裂，使井下压力外泄。因为注气过程通常是长时间连续作，注气井处于无人看守状态，这就要求注气井口装置应具有自动判断和关断井下压力的功能。目前类似控制系统取压口直接接入控制统统，因控制系统常有人员观查压力，高压气体直接接入控制管线系增加了安全隐患。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种带安全阀及控制系统的注气井口装置。
为解决上述技术问题，本发明提供一种带安全阀及控制系统的注气井口装置，其特征在于，从下至上依次包括套管头装置(24)、油管头装置(23)、一号主阀(1)、二号主阀(2)、小四通(21)、清腊阀(9)和采油树帽(10)；
所述小四通(21)包括主通、上分通、左旁通以及右旁通，所述主通连接二号主阀(2)，上分通连接清腊阀(9)，左旁通和右旁通均连接有两只手动平板闸阀，左侧和右侧的两个手动平板闸阀间分别连接有第一仪表法兰(4)和第二仪表法兰(19)，第一仪表法兰(4)和第二仪表法兰(19)上均设有一个1/2NPT仪表接口，第一仪表法兰(4)的1/2NPT仪表接口用于连接第一截止阀(7)和第四压力表(8)，第二仪表法兰(19)的1/2NPT仪表接口为SSV液压控制系统的取压口，该1/2NPT仪表接口连接到SSV液压控制系统，左侧旁通的最外侧连接有固定式节流阀(5)和丝扣法兰，右侧旁通的最外侧连接焊颈法兰(12)和注气管线(13)并接有第一单向阀(17)；
所述一号主阀(1)为SSV液动控制安全阀，SSV液动控制安全阀连接SSV液压控制系统；
所述SSV液压控制系统用于将取压口的高压气体的压力转换为低压油液的压力，并自动判断是否关闭SSV液压控制安全阀，当井口注气管线压力超过或低于设定压力时控制SSV液压控制安全阀自动关闭，当问题解决后远程手动打开。
优选的，所述SSV液压控制系统包括手动液压泵(16-5)、第二单向阀(16-4)、溢流阀(16-3)、先导阀(16-6)、蓄能器(16-8)、第一压力表(16-7)、第二压力表(16-9)、三通球阀(16-11)、调压阀(16-10)、ESD快带关断控制阀(16-12)、高压机械传感器(16-1)、低压机械传感器(16-2)、第三压力表(14)、第二截止阀(15)、油气隔离压力比例装置(11)及液压管线接头，
其中油气隔离压力比例装置(11)分别连接第二截止阀(15)、高压机械传感器(16-1)、低压机械传感器(16-2)，所述第二截止阀(15)还连接第三压力表(14)，所述高压机械传感器(16-1)还分别连接ESD快带关断控制阀(16-12)、调压阀(16-10)、三通球阀(16-11)和低压机械传感器(16-2)，所述低压机械传感器(16-2)还连接三通球阀(16-11)，所述调压阀(16-10)还分别连接溢流阀(16-3)、手动液压泵(16-5)和先导阀(16-6)，所述三通球阀(16-11)还分别连接第二压力表(16-9)和先导阀(16-6)，所述先导阀(16-6)还分别连接蓄能器(16-8)、第一压力表(16-7)和液压管线接头，液压管线接头连接液压执行器，液压执行器连接SSV液动控制安全阀。
优选的，所述二号主阀(2)采用手动平板闸阀。
优选的，所述油管头装置(23)上部连接有变径上法兰(22)用于转换连接一号主阀(1)。
优选的，所述液动控制安全阀采用SSV65-35型液动控制安全阀。
优选的，所述套管头装置(24)、油管头装置(23)、一号主阀(1)、二号主阀(2)、小四通(21)、清腊阀(9)和采油树帽(10)依次通过法兰进行连接。
本发明所达到的有益效果：
本发明的注气井口装置能够自动判断高压和低压，在超压或失压时可以自动控制阀门关闭，且采压全低压油压控制系统安全可靠。
附图说明
图1是注气井口装置结构示意图；
图2是注气井口及液压控制系统原理流程图；
图3是SSV液动控制安全阀控制系统控制柜面板示意图；
图4是SSV液动控制安全阀结构示意图；
图5-1和5-2分别是SSV液动控制安全阀开关状态的全关状态和全开状态示意图；
图6是SSV液动控制安全阀短护帽使阀门常开状态示意图；
图7是油气隔离比例装置原理示意图；
图8-1和8-2分别是ESD快速关断阀开关状态的关闭状态和打开状态示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，一种带安全阀及控制系统的注气井口装置，从下至上依次包括套管头装置24、油管头装置23、一号主阀1、二号主阀2、小四通21、清腊阀9和采油树帽10。
最底部套管头装置24用于连接和悬挂套管管柱，其上部法兰与油管头装置23下部法兰相连接，油管头装置23用于连接和悬挂油管管柱。油管头装置23上部连接有变径上法兰22用于转换连接一号主阀1。一号主阀1为SSV液动控制安全阀，其上部连接二号主阀2为手动平板闸阀，二号主阀2上部连接有小四通2)。小四通21包括主通、上分通、左旁通以及右旁通，上分通连接清腊阀9和采油树帽10主要用于顶部作业如下井下工具等开关连接用；左旁通分别连接有第一手动平板闸阀3和第二手动平板闸阀6，用于控制侧翼开关用，且在第一手动平板闸阀3和第二手动平板闸阀6间连接有第一仪表法兰4，第一仪表法兰4上设有一个1/2NPT仪表接口，用于连接第一截止阀7和第四压力表8，右旁通分别连接有第一手动平板闸阀18和第二手动平板闸阀20，且在第一手动平板闸阀18和第二手动平板闸阀20间连接有第二仪表法兰19，第二仪表法兰19上设有一个1/2NPT仪表接口，用于控制系统取压口并连接油气隔离压力比例装置11。左旁通的最外侧连接有固定式节流阀5和丝扣法兰用于其他生产用业，右旁通最外侧连接焊颈法兰12和注气管线13并接有第一单向阀17主要用于注气作业，第一单向阀17是保证注入气体回流。
如图2和3所示，SSV液压控制系统包括手动液压泵16-5、第二单向阀16-4、溢流阀16-3、先导阀16-6、蓄能器16-8、第一压力表16-7、第二压力表16-9)三通球阀16-11、调压阀16-10、ESD快带关断控制阀16-12、高压机械传感器16-1、低压机械传感器16-2、第三压力表14、第二截止阀15、油气隔离压力比例装置11及液压管线接头，
其中油气隔离压力比例装置11分别连接第二截止阀15、高压机械传感器16-1、低压机械传感器16-2，所述第二截止阀15还连接第三压力表14，所述高压机械传感器16-1还分别连接ESD快带关断控制阀16-12、调压阀16-10、三通球阀16-11和低压机械传感器16-2，所述低压机械传感器16-2还连接三通球阀16-11，所述调压阀16-10还分别连接溢流阀16-3、手动液压泵16-5和先导阀16-6，所述三通球阀16-11还分别连接第二压力表16-9和先导阀16-6，所述先导阀16-6还分别连接蓄能器16-8、第一压力表16-7和液压管线接头，液压管线接头连接液压执行器，液压执行器连接SSV液动控制安全阀。
其工作原理：当注气管线13中压力值超过低压机械传感器16-2所设定的压力值且低于高压传感器16-1设定的压力值值时，同时应确定已关闭了ESD快速关断控制阀16-12和将三通球阀16-11调至系统控制面板所示的“低压”档，此时三通球阀16-11将液压控制管线的先导阀16-6驱动管线与低压机械传感器16-2直接接通。开始操作手动液压泵16-5打压，打压过程中可以通过调压阀16-10调节系统的控制压力，压力表16-9显示的值为系统控制压力，当压力到达到先导阀16-6工作压力后先导阀16-6打开，此时连接蓄能器16-8和SSV的管线进压，继续打压液压驱动器和蓄能器同时进压，当压力升高至约为2Mpa时此时SSV液压控安全阀已经开到位，继续打压直至将蓄能器16-8充压至需求压力，压力值可以观测压力表16-7。当注气管线13压力值低于低压机械传感器16-2所设定的压力值时低压机械传感器16-2内部的弹簧动作将其工作位切换，使低压机械传感器16-2与先导阀16-6间的管线压力泄出，先导阀16-6失压阀芯复位，蓄能器16-8和SSV液动控制安全阀驱动器液压直接泄出，SSV液动控制安全阀在驱动弹簧S23的作用下带动阀板S2复位，SSV液动控制安全阀1关闭。当压力高于高压机械传感器16-1设定值时，高压机械传感器16-1阀芯推动弹簧动作使其切换工作位，此时先导阀16-6驱动液压通过低压机械传感16-2和高压机械传感器16-1泄出，先导阀16-6失压阀芯复位，蓄能器16-8和SSV液动控制安全阀1驱动器液压直接泄出，SSV液动控制安全阀1在驱动弹簧S23的作用下带动阀板S2复位，SSV液动控制安全阀1关闭。
如图4、5-1、5-2以及6所示，本实施例中SSV液压控制安全阀采用的是SSV65-35型液动控制安全阀，其是由：阀体S1,阀板S2,阀座S3,波形弹簧S4，阀座密封圈S5，阀杆S6，阀盖垫环S7，注脂阀S8，阀盖螺栓S9，阀盖螺母S10，阀盖S11，阀杆盘根S12，填料压盖S13，活塞密封圈S14，耐磨扶正圈S15，指示杆S16，堵头S26，指示杆密封圈S17，指示杆耐磨扶正圈S18，防尘圈S19，液压缸S20，驱动器支架S21，弹簧上座S22，弹簧S23，过滤嘴S24，支架底座S25，液压接头S27，活塞S28，连接杆S29长护帽S30，短护帽S31等零部件组成。工作原理是：当液压P1从液压接头S26打入液压缸S20内时，受压力P1推动活塞S28,当P1产生的推力大于弹簧S23的弹力、阀腔内的压力产生的向上的推力以及其它部位的摩擦力时整体带动阀板S2下移，直至连接杆S29的下部台肩顶信填料压盖13为止，若继续向液压缸S20内打压则压力将快带上升，说明此时阀板S2已经开启到位,此时阀板S2的流道孔，阀座S3流道孔及阀体S1流道孔处于同心位置，阀门全开。若在全开状态下将短护帽S31上则当压力P1泄掉阀板S2不能复位阀门将一直处理全开状态，因为消短护帽S31挡住了指示杆S16向上移动，指示杆16所连接的活塞S28、弹簧上座S22、连接杆S29、阀杆S6、阀板S2等零件都不能上移，弹簧S23的回弹力被抵，在此种状态下可以保证在对液压系统维修和保养时不影响正常生产作业。当顶部换上长护帽S30时工作恢复正常，P1泄压时受弹簧S23弹力作用阀板S2上移至上弹簧座S22顶住液压缸S28底端面时停止，此时为全关位置，此时可以通过长护帽S30的长腰表观查槽查看指示杆S16的移置判断阀门的开关状态。由于活塞S28上下移动过程中支架S21内腔的气体会呼吸流动所以在支架21上、下两处设有过虑嘴S24，以防止杂物进入影阀门功能。液压缸S20设有两个进压孔，其中一个为备用孔，并用堵头S26封住,另一个接液压接头S27连接液压控制管线。
如图7所示，油气隔离比例装置工作原理：设压液压缸直径为D1,气压缸直径为D2,设注气井口注入的压力为P＝PX则传导给液压缸的压力为:当D2＞＞D1时PY＜＜PX。
当此油气隔离比例装置11的液压缸端压力直接作为控制系统的取压口时就将较低的油压接入系统控制箱，这将大大提高了从员操作控制系统的安全性。
如图8-1和8-2所示，EDS快速关断阀16-12的作用与工作原理:当其阀芯处于关闭状态时I口的压力即系统压力被封闭系统正常，当出现特殊情况需要手动关闭或紧急关闭SSV液动控制安全阀时只需要将EDS快速关断阀16-12的阀芯拉至打开状态的位置，此时I口的系统压力经O口快带泄出，控制系统的先导阀16-6控制压力失压使其阀芯复位，蓄能器16-8和SSV液动控制安全阀1驱动器失压，SSV液动控制安全阀1关闭。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种带安全阀及控制系统的注气井口装置，其特征在于，从下至上依次包括套管头装置（24）、油管头装置（23）、一号主阀（1）、二号主阀（2）、小四通（21）、清腊阀（9）和采油树帽（10）；
所述小四通（21）包括主通、上分通、左旁通以及右旁通，所述主通连接二号主阀（2），上分通连接清腊阀（9），左旁通和右旁通均连接有两只手动平板闸阀，左侧和右侧的两个手动平板闸阀间分别连接有第一仪表法兰（4）和第二仪表法兰（19），第一仪表法兰（4）和第二仪表法兰（19）上均设有一个1/2NPT仪表接口，第一仪表法兰（4）的1/2NPT仪表接口用于连接第一截止阀（7）和第四压力表（8），第二仪表法兰（19）的1/2NPT仪表接口为SSV液压控制系统的取压口，该1/2NPT仪表接口连接到SSV液压控制系统，左侧旁通的最外侧连接有固定式节流阀（5）和丝扣法兰，右侧旁通的最外侧连接焊颈法兰（12）和注气管线（13）并接有第一单向阀（17）；
所述一号主阀（1）为SSV液动控制安全阀，SSV液动控制安全阀连接SSV液压控制系统；
所述SSV液压控制系统用于将取压口的高压气体的压力转换为低压油液的压力，并自动判断是否关闭SSV液压控制安全阀，当井口注气管线压力超过或低于设定压力时控制SSV液压控制安全阀自动关闭，当问题解决后远程手动打开。
2.根据权利要求1所述的带安全阀及控制系统的注气井口装置，其特征在于，所述SSV液压控制系统包括手动液压泵（16-5）、第二单向阀（16-4）、溢流阀（16-3）、先导阀（16-6）、蓄能器（16-8）、第一压力表（16-7）、第二压力表（16-9）、三通球阀（16-11）、调压阀（16-10）、ESD快带关断控制阀（16-12）、高压机械传感器（16-1）、低压机械传感器（16-2）、第三压力表（14）、第二截止阀（15）、油气隔离压力比例装置（11）及液压管线接头，
其中油气隔离压力比例装置（11）分别连接第二截止阀（15）、高压机械传感器（16-1）、低压机械传感器（16-2），所述第二截止阀（15）还连接第三压力表（14），所述高压机械传感器（16-1）还分别连接ESD快带关断控制阀（16-12）、调压阀（16-10）、三通球阀（16-11）和低压机械传感器（16-2），所述低压机械传感器（16-2）还连接三通球阀（16-11），所述调压阀（16-10）还分别连接溢流阀（16-3）、手动液压泵（16-5）和先导阀（16-6），所述三通球阀（16-11）还分别连接第二压力表（16-9）和先导阀（16-6），所述先导阀（16-6）还分别连接蓄能器（16-8）、第一压力表（16-7）和液压管线接头，液压管线接头连接液压执行器，液压执行器连接SSV液动控制安全阀。
3.根据权利要求1所述的带安全阀及控制系统的注气井口装置，其特征在于，所述二号主阀（2）采用手动平板闸阀。
4.根据权利要求1所述的带安全阀及控制系统的注气井口装置，其特征在于，所述油管头装置（23）上部连接有变径上法兰（22）用于转换连接一号主阀（1）。
5.根据权利要求1所述的带安全阀及控制系统的注气井口装置，其特征在于，所述液动控制安全阀采用SSV65-35型液动控制安全阀。
6.根据权利要求1所述的带安全阀及控制系统的注气井口装置，其特征在于，所述套管头装置（24）、油管头装置（23）、一号主阀（1）、二号主阀（2）、小四通（21）、清腊阀（9）和采油树帽（10）依次通过法兰进行连接。
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