CN111878020B - 一种带压换阀工具及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带压换阀工具及方法，包括连接在井口大四通法兰上的立柱组件，立柱组件的上部通过扶正横梁连接有堵塞杆，所述堵塞杆穿插在液压缸组件中，所述堵塞杆包括堵塞器，堵塞器上部通过堵塞器上接头连接至活动连接组件，活动连接组件上部连接有活塞杆，堵塞器上部的中心孔、堵塞器上接头的中心孔、活动连接组件的中心孔以及活塞杆的中心孔穿插设置有中心杆，中心杆的自由端穿出活塞杆的端部，活塞杆的端部通过固定螺母以及中心杆压帽对中心杆固定。本发明堵塞器可以断开，结构简单紧凑、安装方便，可以二次加压、密封可靠性提高，减少操作人员、缩短作业时间，在工作效率和安全性上明显提升。

Description

一种带压换阀工具及方法

技术领域

本发明属于井控技术领域，具体涉及一种带压换阀工具及方法。

背景技术

油、气井口经过较长时间的开采，井口控制阀门出现很多泄露问题，如锈蚀、密封件老化、密封磨损等，容易导致阀门和其它井口部件产生内漏或者外漏，严重影响气井的生产，一旦失控后果相当严重，因此需要一种更换故障阀门的技术。常规工艺采用压井更换。但是采用压井的方式来更换井口阀，对油、气井的正常生产会造成严重干扰，并带来以下不利因素：a)压井液对油、气井的产层会造成一定的伤害，中后期油、气井甚至可能无法恢复生产；b)需耗费大量的资金；c)需要大量准备工作并动用压井设备；d)压井液的排放会造成严重的污染。

行业内有带压换阀技术的应用，目前使用的带压换阀工具的堵塞器封堵主要依靠井口压力封堵，或者液压驱动封堵。1.依靠井口压力一般存在井口压力过高时(15Mpa以上)，堵塞器难以进入井口指定位置封堵；2.使用液压驱动封堵的堵塞器缺少二次加压来保证堵塞器的封堵效果。3.部分再使用的堵塞器杆太长，堵塞器封堵完成后，换阀过程中拆卸阀门或安装阀门时容易碰触堵塞器杆，导致堵塞器密封部分松动或者失效，给整个换阀过程造成很大的安全隐患。

现有的堵塞器杆换阀时，待更换阀门需要从堵塞器杆穿出，堵塞器杆太长，导致拆卸和安装阀门的风险加大，实际作业过程中容易触碰堵塞器杆导致密封部位移动，增加现场作业人员的安全风险，影响作业效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种带压换阀工具及方法，以克服现有技术的缺陷，本发明堵塞器可以断开，结构简单紧凑、安装方便，可以二次加压、密封可靠性提高，减少操作人员、缩短作业时间，在工作效率和安全性上明显提升。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种带压换阀工具，包括连接在井口大四通法兰上的立柱组件，立柱组件的上部通过扶正横梁连接有堵塞杆，所述堵塞杆穿插在液压缸组件中，所述堵塞杆包括堵塞器，堵塞器上部通过堵塞器上接头连接至活动连接组件，活动连接组件上部连接有活塞杆，堵塞器上部的中空、堵塞器上接头的中心孔、活动连接组件的中心孔以及活塞杆的中心孔穿插设置有中心杆，中心杆的自由端穿出活塞杆的端部，活塞杆的端部通过固定螺母以及中心杆压帽对中心杆固定；

所述堵塞器包括与堵塞器上接头连接的堵塞器接杆，堵塞器接杆内部安装有轴套，堵塞器接杆下部连接有护套，护套的自由端连接至密封胶筒，密封胶筒的自由端通过堵头固定，轴套的上端与中心杆连接，下端连接有中心轴，中心轴的自由端穿插设置在护套、密封胶筒及堵头的中心孔中，且堵头与中心轴螺纹连接；

所述液压缸组件包括液压缸，液压缸下部通过液压缸短节连接至防喷法兰，防喷法兰的下部通过阀门连接至井口大四通法兰，堵塞杆的下部穿插在井口大四通法兰内部，上部穿出液压缸，并通过活塞杆外侧凹槽与扶正横梁连接；所述防喷法兰上设置有放气阀和压力表，且防喷法兰通过组合密封进行密封。

进一步地，堵塞器接杆内部为光孔，轴套外部为光杆，且轴套与堵塞器接杆为间隙配合。

进一步地，所述活塞杆与中心杆为间隙配合。

进一步地，所述立柱组件包括两根立柱，两根立柱的底部通过立柱接头与井口大四通法兰连接，两根立柱的上部与扶正横梁配合连接。

进一步地，所述活动接头组件包括与堵塞器上接头连接的活动接头连接头，活动接头连接头通过压帽连接至活动接头，活动接头连接头和压帽之间设置有活动接头卡环，活动接头与活塞杆连接。

进一步地，堵塞器接杆与护套之间设置有第一密封件，护套与中心轴之间设置有第二密封件。

一种带压换阀方法，包括以下步骤：

步骤一：通过液压控制台控制液压站给液压缸上腔注油，使活塞杆带着堵塞器下行至指定位置，并通过活塞杆上的固定螺母压紧活塞杆，然后松开中心杆压帽，中心杆向上移动，堵塞器密封，通过中心杆向下推动轴套给密封胶筒二次加压，挤压密封胶筒，使得堵塞更加安全可靠，然后观察防喷法兰上压力表数值稳定后打开防喷法兰上放气阀，排掉堵塞器空腔的介质，关闭放气阀，则堵塞完成；

步骤二、拆掉需要更换的阀门与井口大四通上法兰的连接螺栓，然后通过液压控制台控制液压站给液压缸上腔注油，直至液压缸活塞上行至液压缸顶端停止，并安装锁紧横梁，固定堵塞杆；

步骤三：卸掉活动接头组件，卸下需要更换的阀门，将新闸阀换上，并连接新闸阀与防喷法兰的连接螺栓及螺母；

步骤四：向液压缸上腔注入液压油，使活塞杆下行，同时保证堵塞器不转动，在活塞杆的上端部正向转动活塞杆，直至活塞杆与活动连接组件的连接螺纹拧紧，拆掉锁紧横梁；向液压缸下腔注油，使得新换闸阀与大四通上法兰连接，通过液压控制台控制液压站给液压缸上腔注油，此时，活塞杆带着下部堵塞器自动向上缩回至液压缸短节内；

步骤五：关闭新闸阀，并拆卸工具、清理现场，即完成换阀过程。

进一步地，堵塞器上接头的外侧设置有卡板槽，当安装锁紧横梁时，锁紧横梁的两端与立柱组件配合连接，锁紧横梁的中部与卡板槽配合连接。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明利用液压缸、立柱组件以活塞杆、扶正横梁的有效结合，中心杆压帽可以控制中心杆使堵塞器部分进入预堵塞位置时不膨胀，活塞杆部分通过轴套、护套、中心轴、堵塞器接杆、密封胶筒、中心杆压帽的有效结合，轴套与堵塞器接杆之间有间隙设计，松开中心杆压帽后，当堵塞器受到介质压力后，可以利用井口天然气压力挤压密封胶筒，天然气压力对密封胶筒的挤压变形稳定后，可以操作中心杆控制轴套带动中心轴使密封胶筒二次挤压，增加密封可靠性；本发明中心杆、中心轴、轴套的连接结构，通过操作中心杆控制轴套带动中心轴可以使密封胶筒按照需要膨胀或者收缩，该结构操作便捷、稳定；中心杆和轴套的连接，使得中心杆可以自由断开，不影响堵塞器的密封效果，方便待更换阀门的拆卸和新更换阀门的安装。

进一步地，活动接头组件包含活动接头、活动接头连接头、活动接头卡环，其与活塞杆的连接，方便堵塞器在使用过程中的拆装，拆装简单、可靠。

进一步地，防喷法兰上设置有放气阀和压力表，密封结构采用组合密封型式，通过盘根压缩组合密封达到密封作用，密封型式更换可靠，密封件方便更换。

附图说明

图1为本发明带压换阀总装图；

图2为本发明堵塞杆示意图；

图3为本发明活动连接组件示意图；

图4为本发明堵塞器示意图。

其中，1、堵塞器接杆；2、轴套；3、护套；4、中心轴；5、堵头；6、第一密封件；7、第二密封件；8、堵塞器上接头；9、活动接头；10、活动接头连接头；11、活动接头卡环；12、压帽；13、密封胶筒；14、活塞杆；15、中心杆；16、固定螺母；17、中心杆压帽；18、扶正横梁；19、液压缸；20、立柱；21、液压缸短节；22、立柱接头；23、4号阀门；24、1号主控阀。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

参见图1至图4，一种带压换阀工具，包括堵塞杆、液压缸组件、立柱组件。堵塞杆包括堵塞器，堵塞器包括堵塞器接杆1，堵塞器接杆1外面有外六方台阶，安装螺纹使用，内部为光孔。堵塞器接杆1里面安装有轴套2，轴套2外部为光杆，一端为螺纹，一端为专用接头，轴套2与堵塞器接杆1为间隙配合。堵塞器接杆1通过螺纹与护套3连接，护套3与密封胶筒13连接，密封胶筒13通过堵头5固定，堵头5与中心轴4通过螺纹连接。堵塞器接杆1通过螺纹与堵塞器上接头8连接，堵塞器上接头8设置有安装锁紧横梁用的卡板槽。活动接头组件与堵塞器上接头8连接，活塞杆14与活动接头组件通过螺纹连接，活塞杆14中心设置有中心杆15，活塞杆14与中心杆15为间隙配合，活塞杆14上连接有固定螺母16，固定螺母16通过螺纹与活塞杆14连接。

液压缸组件包括防喷法兰，防喷法兰设置有密封组件，防喷法兰上连接有放气阀和压力表。防喷法兰与液压缸短节21连接，液压缸短节21与液压缸19通过螺纹连接。

立柱接头22与井口大四通法兰连接并固定，立柱接头22上设置有螺纹，配有扶正横梁和锁紧横梁。扶正横梁和锁紧横梁都是由公母两片横梁组成，公母横梁通过双头螺栓连接，横梁上有3个通孔，中间通孔尺寸配套中心杆尺寸，用于穿过中心杆，左右两端通孔用于安装左右立柱20，锁紧横梁用于扶正防喷法兰和防止防喷法兰旋转。

堵塞杆、液压缸的活塞杆、防喷法兰的中心位于同一中心线上。

本发明采用的堵塞器接杆可使用多种密封接头，如多级密封接头，专用螺纹密封接头，工作过程中可以根据现场需要灵活更换密封接头，大大提升密封效果。

一种换阀工具具体实施方法，包括以下步骤：

1)装置组装：先安装左右立柱20，将立柱固定螺母安装在待更换阀门法兰安装面上，安装防喷法兰、液压缸组件、堵塞杆、扶正横梁和液压控制台，专用工具安装就位后，进行试运行。

2)装置试压：装置按照试验工艺要求做气密封试验，保证装置在额定压力稳压时间段内无泄漏。

3)换阀过程：通过液压控制台控制液压站给液压缸上腔注油，使得活塞杆14带着堵塞器下行，使得活塞杆14的堵塞器到达指定位置，并通过活塞杆14上的固定螺母16压紧活塞杆14。松开中心杆压帽17，中心杆15移动，堵塞器密封，通过中心杆15操作轴套2给密封胶筒13二次加压，挤压密封胶筒13，使得堵塞更加安全可靠。观察防喷法兰上压力表数值稳定后打开防喷法兰上放气阀，排掉堵塞器空腔的介质，关闭放气阀，观察压力表，则堵塞完成。

4)拆掉需要更换的阀门与大四通上法兰的连接螺栓，然后通过液压控制台控制液压站给液压缸上腔注油，直至液压缸上行至液压缸顶端停止，并安装锁紧横梁，固定堵塞杆。

5)卸掉堵塞器上的活动接头组件，卸下需要更换的阀门，取下已损坏阀门，换上新阀门，并连接新阀门与防喷法兰的连接螺栓及螺母。

6)向油缸上腔注油，使活塞杆14下行，并于堵塞器上端的螺纹连接起来，保证堵塞器不转动，同时，必须在活塞杆的上端部正向转动活塞杆，直至上紧活塞杆与活动连接组件的连接螺纹，拆掉锁紧横梁。向液压缸下腔注油，使得新换阀门与大四通上法兰连接起来。通过液压控制台控制液压站给液压缸上腔注油，此时，活塞杆带着下部堵塞器自动向上缩回至液压缸短接内。

4)拆卸装置：关闭新阀门，并拆卸工具，清理现场。

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述：

以常用的采气井口KQ65-70采气树，需要更换1号主控阀24。现场发现严重采气树1号主控阀内漏严重，需要更换井口1号主控阀，井口油压8Mpa，套压13.5Mpa。

一、施工准备

1.施工作业队到现场后，按要求设置安全警戒区，将消防应急器材、安全警示牌、风向标，逃生路线牌按要求摆放固定。与施工及现场施工监督、监护无关人员一律不得进入安全警戒区域。将换阀装置摆放整齐，对工具及器材进行检查。

2.现场工作人员穿带好PPE，高空作业时，需要配备安全带；

3.录取井口压力并记录。

4.现场进行测量以确定堵塞位置，并做好记录。

5.对施工人员进行施工安全教育。

二、操作流程

1.准备工作

将带压换阀装置及配套器材摆放整齐，对工具及器材进行检查。将换阀装置及配套设备取出擦拭干净，液压控制柜接线，摆放整齐，液压控制台加满油；完全关闭4号阀门23并检查无泄露情况下，按照采气工艺流程操作采气井口，将采气井口4号阀门23上部拆除，并放到指定位置。

安装左右立柱，将立柱固定螺母安装在大四通法兰上，依次安装左右立柱，防喷法兰、液压缸组件、堵塞器组件、扶正横梁和液压控制台，专用工具安装就位后，进行试运行。装置按照试验工艺要求做气密封试验，保证装置在额定压力稳压时间段内无泄漏。

2.操作步骤

通过液压控制台控制液压站给液压缸上腔注油，使得活塞杆14带着堵塞器下行，液压站注入液压油的压力应与井口天然气压力相近似，并略高与井口压力。活塞杆14继续向下，直到活塞杆14带动堵塞器到达指定位置，通过活塞杆14上的固定螺母16将活塞杆14压紧。

松开中心杆压帽17，中心杆15向上移动，堵塞器密封，通过中心杆15操作轴套2给密封胶筒13二次加压，挤压密封胶筒13稳定密封效果，使得堵塞更加安全可靠。打开防喷法兰上的放气阀，将堵塞器以上空间的介质排掉，再关闭放气阀，等10分钟查看压力表是否有压力数值变化，如无压力变化，则堵塞完成。

拆掉需要更换的闸阀与大四通上法兰连接的8条螺栓，然后通过液压控制台控制液压站给液压缸上腔注油，此时，液压缸19带着拆卸的1号主控阀行，直至液压缸上行至液压缸19顶端停止，安装锁紧横梁，固定堵塞杆。

卸掉堵塞器上的活动接头组件，此时，堵塞器部分留在井口大四通通道中，通过锁紧横梁控制堵塞器，卸下需要更换的1号主控阀24，更换新的1号主控阀24，并将新的1号主控阀24与防喷法兰通过螺栓及螺母连接，固定在液压缸上。

向油缸上腔注油，使活塞杆下行，将堵塞器的连接螺纹准备好，保证堵塞器不转动，同时，必须在活塞杆的上端部正向转动活塞杆，直至上紧活塞杆与活动连接组件的连接螺纹，通过扶正横梁将活塞杆通过固定螺母固定，拆掉锁紧横梁。通过液压控制台控制液压站给液压缸下腔注油，使得新换1号主控阀24与大四通上法兰连接，安装1号主控阀24。此时，松开活塞杆上的固定螺母，将活塞杆释放。给液压缸下腔注油活塞杆带着堵塞器自动缩回至液压短节内，关闭4号阀门23。

3.拆卸装置：拆卸工具，回复井口，清理现场。

Claims (6)

1.一种带压换阀工具，其特征在于，包括连接在井口大四通法兰上的立柱组件，立柱组件的上部通过扶正横梁（18）连接有堵塞杆，所述堵塞杆穿插在液压缸组件中，所述堵塞杆包括堵塞器，堵塞器上部通过堵塞器上接头（8）连接至活动连接组件，活动连接组件上部连接有活塞杆（14），堵塞器上部的中空、堵塞器上接头（8）的中心孔、活动连接组件的中心孔以及活塞杆（14）的中心孔穿插设置有中心杆（15），中心杆（15）的自由端穿出活塞杆（14）的端部，活塞杆（14）的端部通过固定螺母（16）以及中心杆压帽（17）对中心杆（15）固定；

所述堵塞器包括与堵塞器上接头（8）连接的堵塞器接杆（1），堵塞器接杆（1）内部安装有轴套（2），堵塞器接杆（1）内部为光孔，轴套（2）外部为光杆，且轴套（2）与堵塞器接杆（1）为间隙配合，堵塞器接杆（1）下部连接有护套（3），护套（3）的自由端连接至密封胶筒（13），密封胶筒（13）的自由端通过堵头（5）固定，轴套（2）的上端与中心杆（15）连接，下端连接有中心轴（4），中心轴（4）的自由端穿插设置在护套（3）、密封胶筒（13）及堵头（5）的中心孔中，且堵头（5）与中心轴（4）螺纹连接；

所述液压缸组件包括液压缸（19），液压缸（19）下部通过液压缸短节（21）连接至防喷法兰，防喷法兰的下部通过阀门连接至井口大四通法兰，堵塞杆的下部穿插在井口大四通法兰内部，上部穿出液压缸（19），并通过活塞杆（14）外侧凹槽与扶正横梁（18）连接；所述防喷法兰上设置有放气阀和压力表，且防喷法兰通过组合密封进行密封；

所述活动连接组件包括与堵塞器上接头（8）连接的活动接头连接头（10），活动接头连接头（10）通过压帽（12）连接至活动接头（9），活动接头连接头（10）和压帽（12）之间设置有活动接头卡环（11），活动接头（9）与活塞杆（14）连接。

2.根据权利要求1所述的一种带压换阀工具，其特征在于，所述活塞杆（14）与中心杆（15）为间隙配合。

3.根据权利要求1所述的一种带压换阀工具，其特征在于，所述立柱组件包括两根立柱（20），两根立柱（20）的底部通过立柱接头（22）与井口大四通法兰连接，两根立柱（20）的上部与扶正横梁（18）配合连接。

4.根据权利要求1所述的一种带压换阀工具，其特征在于，堵塞器接杆（1）与护套（3）之间设置有第一密封件（6），护套（3）与中心轴（4）之间设置有第二密封件（7）。

5.一种带压换阀方法，采用权利要求1所述一种带压换阀工具，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：通过液压控制台控制液压站给液压缸（19）上腔注油，使活塞杆（14）带着堵塞器下行至指定位置，并通过活塞杆（14）上的固定螺母（16）压紧活塞杆（14），然后松开中心杆压帽（17），中心杆（15）向上移动，堵塞器密封，通过中心杆（15）向下推动轴套（2）给密封胶筒（13）二次加压，挤压密封胶筒（13），使得堵塞更加安全可靠，然后观察防喷法兰上压力表数值稳定后打开防喷法兰上放气阀，排掉堵塞器空腔的介质，关闭放气阀，则堵塞完成；

步骤二、拆掉需要更换的阀门与井口大四通上法兰的连接螺栓，然后通过液压控制台控制液压站给液压缸（19）上腔注油，直至液压缸活塞上行至液压缸（19）顶端停止，并安装锁紧横梁，固定堵塞杆；

步骤三：卸掉活动连接组件，卸下需要更换的阀门，将新闸阀换上，并连接新闸阀与防喷法兰的连接螺栓及螺母；

步骤四：向液压缸上腔注入液压油，使活塞杆（14）下行，同时保证堵塞器不转动，在活塞杆（14）的上端部正向转动活塞杆（14），直至活塞杆（14）与活动连接组件的连接螺纹拧紧，拆掉锁紧横梁；向液压缸（19）下腔注油，使得新换闸阀与大四通上法兰连接，通过液压控制台控制液压站给液压缸（19）上腔注油，此时，活塞杆（14）带着下部堵塞器自动向上缩回至液压缸短节（21）内；

步骤五：关闭新闸阀，并拆卸工具、清理现场，即完成换阀过程。

6.根据权利要求5所述的一种带压换阀方法，其特征在于，堵塞器上接头（8）的外侧设置有卡板槽，当安装锁紧横梁时，锁紧横梁的两端与立柱组件配合连接，锁紧横梁的中部与卡板槽配合连接。