CN110593812B - 一种井口安全阀液压控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种井口安全阀液压控制系统，包括油箱，油箱出油口通过截止阀连接有液压泵，液压泵通过单向阀分两路，一路连接减压阀进油口，减压阀出油口连接液控型换向阀的进油口，液控型换向阀出油口连接地面主安全阀，另一路为单向阀通过蓄能器连接井下安全阀，蓄能器与井下安全阀之间还连接有液控型换向阀，减压阀出油口分为两路，一路为减压阀连接加压阀，加压阀分别连接控制阀和高低压导阀，另一路为减压阀分别通过二位三通液控换向阀和二位三通液控换向阀连接地面主安全阀和地面翼安全阀，可适应高温、高压、爆炸等危险环境，带蓄能器自动补压，性能可靠；能自动且可靠地实现三种安全阀的逻辑顺序开井和顺序关井，保证井口的生产安全。

Description

一种井口安全阀液压控制系统

技术领域

本发明属于液压系统技术领域，具体涉及一种井口安全阀液压控制系统。

背景技术

油气井口安全阀控制系统要求安全、可靠，且对三种安全阀—井下安全阀、地面主安全阀和地面翼安全阀所要求的控制要求较高，主要表现在：井下安全阀控制压力较高，10000psi到20000psi之间，而地面主安全阀和地面翼安全阀压力一般在3000psi左右，各级压力差距较大；油气井口一般在偏远无人值守的区域，在生产管道压力过高或过低，甚至发生火灾时无人干预可能引起重大事故；当地面主阀关断时，地面翼阀也要关断。只有在当地面主阀开启时，地面翼阀才能开启，目前尚无简单可靠的自动控制方法；三种安全阀关井顺序要求：先关闭地面翼安全阀，延时关闭地面主安全阀，最后延时关闭井下安全阀，目前无简单可靠自动的控制方法；三种安全阀开井顺序要求：先打开井下安全阀，再打开地面主安全阀，最后打开地面翼安全阀，否则无法全部打开也会影响生产安全性；生产工艺要求当井下安全阀关断时，地面主阀、地面翼阀也必须关断，只有在当井下安全阀开启时，地面主阀、地面翼阀才能开启，目前尚无简单可靠的自动控制方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种井口安全阀液压控制系统，解决了现有技术中存在的可靠性差、结构复杂、不能自动控制以及使用环境受限的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种井口安全阀液压控制系统，包括油箱，油箱出油口通过截止阀B连接有液压泵，所述液压泵通过单向阀A分两路，一路连接减压阀进油口，减压阀出油口连接液控型换向阀A的进油口，二位三通液控型换向阀A出油口连接地面主安全阀，另一路为单向阀A通过蓄能器A连接井下安全阀，蓄能器A与井下安全阀之间还连接有二位三通液控型换向阀，减压阀出油口分为两路，一路为减压阀连接加压阀，加压阀分别连接控制阀和高低压导阀，另一路为减压阀分别通过液控换向阀A和液控换向阀B连接地面主安全阀和地面翼安全阀。

本发明的特点还在于：

其中所述油箱通过截止阀C还连接有手摇泵，手摇泵还连接有单向阀，所述单向阀与单向阀A汇至一路；

其中所述控制阀通过单向节流阀连接有易熔塞，易熔塞用于保护管路，所述单向节流阀还连接有紧急关断阀；

其中所述单项节流阀通过导油管还连接控制阀；

其中所述控制阀还连接油箱的回油口；

其中所述加压阀出油口通过控制阀分两路，一路为加压阀出油口连接控制阀进油口，控制阀出油口连接二位三通手动型换向阀A进油口，二位三通手动型换向阀A出油口连接液控型换向阀A，所述二位三通手动型换向阀A与液控型换向阀A之间还连接有二位三通手动型换向阀，所述二位三通手动型换向阀连接二位三通液控型换向阀B，所述二位三通液控型换向阀B还通过回油管连接二位三通手动型换向阀，组成回油路，所述二位三通手动型换向阀A与液控型换向阀A之间还设置有单向节流阀A；另一路为加压阀连接控制阀，控制阀连接二位三通液控型换向阀；

其中所述控制阀与二位三通液控型换向阀之间还连接二位三通手动型换向阀A，所述二位三通手动型换向阀A还连接二位三通液控型换向阀C，所述控制阀与二位三通液控型换向阀之间还依次连接有单向节流阀B和蓄能器，所述单向节流阀B和蓄能器用于延缓回油速度；

其中所述控制阀、二位三通手动型换向阀A、二位三通液控型换向阀C、二位三通手动型换向阀、二位三通液控型换向阀B、二位三通液控型换向阀A和二位三通液控型换向阀还通过油管连接油箱回流口；

其中所述二位三通液控型换向阀的进油口与回油口之间还连接有溢流安全阀，所述二位三通液控型换向阀A的进油口与回油口之间还连接有溢流安全阀A，所述二位三通液控型换向阀B的进油口与回油口之间还连接有溢流安全阀B；

其中所述油箱通过两个截止阀分别连接两个吸油过滤器，两个所述吸油过滤器分别连接两个截止阀A，两个截止阀A汇至一路连接截止阀B，组成并联输油线路；

本发明的有益效果是：

本发明的一种井口安全阀液压控制系统可适应高温、高压、爆炸等危险环境，带蓄能器自动补压，性能可靠；能自动且可靠地实现三种安全阀的逻辑顺序开井和顺序关井，保证井口的生产安全；带高低压导阀关闭功能，当油气管道压力波动较大时，系统自动关闭地面主安全阀和地面翼安全阀；带紧急关断功能，逃生路上一次操作完成三种安全阀的关断，操作快捷简单可靠。设置冗余油路保证系统的可靠性。

附图说明

图1是本发明的一种井口安全阀液压控制系统的结构示意图。

图中，1.油箱，2.截止阀，3.吸油过滤器，4.截止阀A，5.液压泵，6.截止阀B，7.截止阀C，8.手摇泵，9.单向阀，10.单向阀A，11.溢流安全阀，12.二位三通液控型换向阀，13.溢流安全阀A，14.二位三通液控型换向阀A，15.溢流安全阀B，16.二位三通液控型换向阀B，17.易熔塞，18.紧急关断阀，19.二位三通手动型换向阀，20.二位三通液控型换向阀C，21.二位三通手动型换向阀A，22.单向节流阀，23.控制阀，24.加压阀，25.单向节流阀A，26.单向节流阀B，27.蓄能器，28.减压阀，29.蓄能器A。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明提供了一种井口安全阀液压控制系统，如图1所示包括油箱1，所述油箱通过两个截止阀2分别连接两个吸油过滤器3，两个所述吸油过滤器3分别连接两个截止阀A4，然后两个截止阀A4汇至一路连接截止阀B6，组成并联输油线路；

油箱1出油口通过截止阀B6连接有液压泵5，所述液压泵5通过单向阀A10分两路，一路连接减压阀28进油口，减压阀28出油口连接二位三通液控型换向阀A14的进油口，二位三通液控型换向阀A14出油口连接地面主安全阀，另一路为单向阀A10通过蓄能器A29连接井下安全阀，蓄能器A29与井下安全阀之间还连接有二位三通液控型换向阀12，减压阀28出油口分为两路，一路为减压阀28连接加压阀24，加压阀24分别连接控制阀23和高低压导阀，另一路为减压阀28分别通过二位三通液控换向阀A14和二位三通液控换向阀B16连接地面主安全阀和地面翼安全阀，控制阀23通过单向节流阀22连接有易熔塞17，易熔塞17用于保护管路，所述单向节流阀22还连接有紧急关断阀18，单向节流阀22通过导油管还连接控制阀23；

油箱1通过截止阀C7还连接有手摇泵8，手摇泵8还连接有单向阀9，所述单向阀9与单向阀A10汇至一路；

加压阀24出油口通过控制阀23分两路，一路为加压阀24出油口连接控制阀23进油口，控制阀23出油口连接二位三通手动型换向阀A21进油口，二位三通手动型换向阀A21出油口连接二位三通液控型换向阀A14，所述二位三通手动型换向阀A21与二位三通液控型换向阀A14之间还连接有二位三通手动型换向阀19，所述二位三通手动型换向阀19连接二位三通液控型换向阀B16，所述二位三通液控型换向阀B16还通过回油管连接二位三通手动型换向阀19，组成回油路，所述二位三通手动型换向阀A21与二位三通液控型换向阀A14之间还设置有单向节流阀A25；另一路为加压阀24连接控制阀23，控制阀23连接二位三通液控型换向阀12；

控制阀23与二位三通液控型换向阀12之间还连接二位三通手动型换向阀A21，所述二位三通手动型换向阀A21还连接二位三通液控型换向阀C20，所述控制阀23与二位三通液控型换向阀12之间还依次连接有单向节流阀B26和蓄能器27，所述单向节流阀B26和蓄能器27用于延缓回油速度；

控制阀23、二位三通手动型换向阀A21、二位三通液控型换向阀C20、二位三通手动型换向阀19、二位三通液控型换向阀B16、二位三通液控型换向阀A14和二位三通液控型换向阀12还通过油管连接油箱回流口；

二位三通液控型换向阀12的进油口与回油口之间还连接有溢流安全阀11，所述二位三通液控型换向阀A14的进油口与回油口之间还连接有溢流安全阀A13，所述二位三通液控型换向阀B16的进油口与回油口之间还连接有溢流安全阀B15。

通过工作原理解释本发明的优点：

如图1所示，液压油从油箱1经截止阀2、截止阀A4和吸油过滤器3之后，经截止阀B6进入液压泵5，泵5将液压油提高压力经单向阀A10后分成两路，一路经减压阀28为地面主安全阀和地面翼安全阀供油。另一路进入蓄能器A29为其充压并为打开井下安全阀供油，当压力过高时液压油经溢流安全阀11回油箱。蓄能器A29充满液压油后，可作辅助动力源为系统提供持续的压力，保证正常功能，此时可停机停泵，直到蓄能器压力不足电机再次启动泵。

液压油经减压阀28后再次分为两路，一路经过减压阀24作为先导油为控制阀23和高低压导阀供油。另一路为地面主安全阀和地面翼安全阀供油的二位三通液控型换向阀A14、二位三通液控型换向阀B16供油，当压力过高时液压油经溢流安全阀A13、溢流安全阀B15回油箱；

三种安全阀逻辑开井：压力油经减压阀24进入二位三通手动型换向阀23，此阀手动控制井下安全阀，当手动拉拔二位三通手动型换向阀23手柄，使A₁口和B₁口导通，经过二位三通手动型换向阀23的B₁口之后先导油分成四路：Ⅰ一路流经单向节流阀22后回流到二位三通手动型换向阀23的液控口D₁使该二位三通手动型换向阀23保持开启状态；Ⅱ一路给控制地面安全主阀的二位三通手动型换向阀A21供油；Ⅲ一路给二位三通液控型换向阀C20的D₇口供油，Ⅳ一路经单向节流阀B26直接通向二位三通液控型换向阀12的D₆口，推动二位三通液控型换向阀12阀芯动作，使其油口A₆与B₆联通，则从液压泵5流出的液压油通向井下安全阀使其打开。只有当井下安全阀的控制阀23打开后，先导油才能进入地面主安全阀的二位三通手动换向阀A21，此时手动打开使A₂口与B₂口导通，先导油经单向节流阀A25进入二位三通液控型换向阀A14的液控口D₅，推动二位三通液控型换向阀A14阀芯动作，使其油口A₅与B₅联通，则液压油通向地面主安全阀使其打开。同理，在高低压导阀正常时只有地面主安全阀的二位三通手动型换向阀A21打开时，先导油才能通过二位三通手动型换向阀19使地面安全阀打开。据此，实现了三种安全阀的顺序打开逻辑功能：先打开井下安全阀，才能打开地面主安全阀；地面主安全阀打开后才能打开地面翼安全阀。

三种安全阀逻辑关井：在三种安全阀都打开的状态下，当手动关闭井下安全阀的手动控制阀23时，B₁口与泄油口C₁相通先导油流回油箱。同时与其联通的二位三通液控型换向阀C20的D₇口液压油回油，则二位三通液控换向阀C20弹簧力使其阀芯复位B₇与C₇口联通，二位三通手动型换向阀A21的D₂口先导油经二位三通液控型换向阀C20的直接回油箱，则地面主安全阀控制二位三通液控型换向阀A21也在弹簧作用下关闭。同时与二位三通手动型换向阀A21联通的二位三通手动型换向阀19的供油口A₃也随之回油，紧接着地面翼安全阀的二位三通手动型换向阀19也关闭。控制三种安全阀的手动控制阀23、二位三通手动型换向阀A21和二位三通手动型换向阀19先后间隔很短时间关闭(相比可视为同时关闭)，依次对应控制二位三通液控型换向阀12、二位三通液控型换向阀A14和二位三通液控型换向阀B16的换向，继而对应的井下安全阀、主安全阀和翼安全阀关闭。二位三通手动型换向阀19与二位三通液控型换向阀B16之间仅通过管线连接，直接回油速度最快，因此翼安全阀最先关闭；二位三通手动型换向阀A21与二位三通液控型换向阀A14之间通过单向节流阀A25连接，经过节流减缓了回油的过程，回油时间长于二位三通液控型换向阀B16的直接回油，因此主安全阀在翼安全阀后关闭；控制阀23与二位三通液控型换向阀12之间通过单向节流阀B26和蓄能器27连接，经过节流回油速度慢，且蓄能器27向管内补充液压油进一步延缓了回油过程，因此井下安全阀在主安全阀后关闭。综上所述，关井时地面翼安全阀最先关闭，其次地面主安全阀关闭，最后井下安全阀关闭，实现了三种安全阀的逻辑关井顺序。

当三种安全阀都打开时，仅手动拉拔地面主安全阀的二位三通手动型换向阀A21的手柄将其关闭则其B₂口与C₂口相联通先导油回油箱，二位三通手动型换向阀19先导油也回油箱，在其自身弹簧力作用下二位三通手动型换向阀19关闭。二位三通手动型换向阀19与二位三通液控型换向阀B16之间仅通过管线连接，直接回油速度快，因此翼安全阀先关闭；二位三通手动型换向阀A21与二位三通液控型换向阀A14之间通过单向节流阀A25连接，经过节流减缓了回油的过程，回油时间长于二位三通液控换向阀B16的直接回油，因此主安全阀在翼安全阀后关闭。此时井下安全阀仍处于开启状态，两种地面安全阀按逻辑顺序关闭。

发生火灾温度升高自动关井：当井口发生火灾时，采油(气)树的温度升高，使安装在采(气)油树上的易熔塞17融化，从而使该路油路导通，液压油流向液压油管外使得液压油压力降低流量减少，单向节流阀22阻碍了该阀前端的液压油的补充，随着控制阀23的D₁口液压油流出，不足以平衡控制阀23自身弹簧力，在弹簧力的作用下控制阀23关闭，供油口A₁口断开，B₁口与C₁口相连通，液压油回油箱，三种安全阀会依次按逻辑顺序关闭，减少油气井的损失保证了生产安全。

紧急关井：当发生泄漏、压力突然升高且无法控制等紧急情况时，现场操作人员迅速撤离，在撤离逃生路径上设置的“紧急关断”，操作人员打开紧急关断阀18，液压油则流向管外，压力降低流量较少，重复上述三种安全阀依次按逻辑顺序关闭。

压力波动时自动关闭地面主、翼安全阀：经减压阀24减压后另一路液压油给高低压导阀供油，当生产管道压力在正常范围内时，液压油能从高低压导阀回油，到达二位三通液控型换向阀C20的A₇口，正常工作时二位三通液控型换向阀C20的D₇口有压力油供应使其A₇口与B₇口导通，则使高低压导阀的回油作用于二位三通手动型换向阀A21的D₂口，保证二位三通手动型换向阀A21保持在开启状态即A₂与B₂导通。当生产管道压力波动较大不在正常范围内时，高低压导阀关闭，高低压导阀的回油不能作用于二位三通手动型换向阀A21的D₂口使其保持开启即C₂与B₂导通，则生产压力出现较大波动时二位三通手动型换向阀A21在自身弹簧力的作用下自动复位，从而引起二位三通液控型换向阀A14开始复位，联动引起二位三通手动型换向阀19关闭，引起二位三通液控型换向阀B16的关闭，由于二位三通液控型换向阀A14和二位三通液控型换向阀B16回油时间不同，因此二位三通液控型换向阀B16控制的地面翼安全阀先与二位三通液控型换向阀A14控制的地面主安全阀关闭。

不停机在线更换滤芯：系统设置一用一备两条吸油过滤回路，当工作滤芯需更换时，关闭截止阀2和截止阀A4可更换滤芯，同时打开备用吸油回路的截止阀，不停机且不影响系统正常工作。

手动应急油源：截止阀C7、手摇泵8和单向阀9与液压泵5并联作为备用泵油路，在系统失电情况下可操作手摇泵8作为应急油源使用。

Claims (5)

1.一种井口安全阀液压控制系统，其特征在于，包括油箱(1)，油箱(1)通过截止阀C(7)还连接有手摇泵(8)，手摇泵(8)还连接有单向阀(9)，所述单向阀(9)与单向阀A(10)汇至一路；油箱(1)出油口通过截止阀B(6)连接有液压泵(5)，所述液压泵(5)通过单向阀A(10)分两路，一路连接减压阀(28)进油口，减压阀(28)出油口连接二位三通液控型换向阀A(14)的进油口，二位三通液控型换向阀A(14)出油口连接地面主安全阀，另一路为单向阀A(10)通过蓄能器A(29)连接井下安全阀，蓄能器A(29)与井下安全阀之间还连接有二位三通液控型换向阀(12)，减压阀(28)出油口分为两路，一路为减压阀(28)连接加压阀(24)，加压阀(24)分别连接控制阀(23)和高低压导阀，另一路为减压阀(28)分别通过二位三通液控型换向阀A(14)和二位三通液控型换向阀B(16)连接地面主安全阀和地面翼安全阀，所述加压阀(24)出油口通过控制阀(23)分两路，一路为加压阀(24)出油口连接控制阀(23)进油口，控制阀(23)出油口连接二位三通手动型换向阀A(21)进油口，二位三通手动型换向阀A(21)出油口连接二位三通液控型换向阀A(14)，所述二位三通手动型换向阀A(21)与二位三通液控型换向阀A(14)之间还连接有二位三通手动型换向阀(19)，所述二位三通手动型换向阀(19)连接二位三通液控型换向阀B(16)，所述二位三通液控型换向阀B(16)还通过回油管连接二位三通手动型换向阀(19)，组成回油路，所述二位三通手动型换向阀A(21)与二位三通液控型换向阀A(14)之间还设置有单向节流阀A(25)；另一路为加压阀(24)连接控制阀(23)，控制阀(23)连接二位三通液控型换向阀(12)，所述控制阀(23)通过单向节流阀(22)连接有易熔塞(17)，易熔塞(17)用于保护管路，所述单向节流阀(22)还连接有紧急关断阀(18)，单向节流阀(22)通过导油管还连接控制阀(23)，控制阀(23)还连接油箱的回油口。

2.根据权利要求1所述的一种井口安全阀液压控制系统，其特征在于，所述控制阀(23)与二位三通液控型换向阀(12)之间还连接二位三通手动型换向阀A(21)，所述二位三通手动型换向阀A(21)还连接二位三通液控型换向阀C(20)，所述控制阀(23)与二位三通液控型换向阀(12)之间还依次连接有单向节流阀B(26)和蓄能器(27)，所述单向节流阀B(26)和蓄能器(27)用于延缓回油速度。

3.根据权利要求2所述的一种井口安全阀液压控制系统，其特征在于，所述控制阀(23)、二位三通手动型换向阀A(21)、二位三通液控型换向阀C(20)、二位三通手动型换向阀(19)、二位三通液控型换向阀B(16)、二位三通液控型换向阀A(14)和二位三通液控型换向阀(12)还通过油管连接油箱回流口。

4.根据权利要求1所述的一种井口安全阀液压控制系统，其特征在于，所述二位三通液控型换向阀(12)的进油口与回油口之间还连接有溢流安全阀(11)，所述二位三通液控型换向阀A(14)的进油口与回油口之间还连接有溢流安全阀A(13)，所述二位三通液控型换向阀B(16)的进油口与回油口之间还连接有溢流安全阀B(15)。

5.根据权利要求1所述的一种井口安全阀液压控制系统，其特征在于，所述油箱通过两个截止阀(2)分别连接两个吸油过滤器(3)，两个所述吸油过滤器(3)分别连接两个截止阀A(4)，两个截止阀A(4)汇至一路连接截止阀B(6)，组成并联输油线路。

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