发明内容
技术问题:在防喷器悬挂连续油管时,进入矿井中的连续油管的长度并不固定。因此,矿井中连续油管的质量不固定,为了满足连续油管在矿井中的悬挂需求,防喷器需要对连续油管施加较大的夹持力。但是,夹持力过大容易导致挠性的连续油管变形和能源浪费,夹持力过小容易导致连续油管滑脱。
本发明实施例提供了一种连续油管防喷器及其使用方法,能够根据连续油管进入矿井中的长度,实时调整防喷器输出的夹持力,以使连续油管稳固无损地悬挂在矿井中。
第一方面,本发明实施例提供了一种连续油管防喷器,包括壳体、密封夹持单元、密封剪切单元、传感器单元、液压控制单元和主控单元;
所述壳体设置在矿井口;
所述密封夹持单元设置于所述壳体中,用于在矿井中夹持连续油管,以及用于将连续油管外壁与矿井口之间密封;
所述密封剪切单元设置于所述壳体中,用于剪切连续油管并密封矿井口;
所述传感器单元用于采集压强数据和位移数据,并将所述压强数据和所述位移数据传输至所述主控单元,其中,所述压强数据为矿井内的压强,所述位移数据包括连续油管在矿井中的位移长度和位移速度;
所述主控单元用于根据所述压强数据和所述位移数据计算出预设夹持力,并通过所述液压控制单元控制所述密封夹持单元输出所述预设夹持力以夹持连续油管,所述主控单元还用于通过所述液压控制单元控制所述密封剪切单元剪切连续油管。
优选地,所述密封夹持单元包括第一密封夹持单元和第二密封夹持单元,所述第一密封夹持单元设置有第一卡瓦牙和第一密封组件,所述第二密封夹持单元设置有第二卡瓦牙和第二密封组件,所述第一卡瓦牙和所述第二卡瓦牙用于夹持连续油管,所述第一密封组件和所述第二密封组件用于密封连续油管外壁和所述密封夹持单元之间的间隙,以使连续油管外壁与矿井口之间保持密封。
优选地,所述密封剪切单元包括第一密封剪切单元和第二密封剪切单元,所述第一密封剪切单元和所述第二密封剪切单元分别设置有第一剪切部和第二剪切部,所述第一密封剪切单元还包括第三密封组件,所述第一剪切部和所述第二剪切部用于剪切连续油管,所述第三密封组件用于在所述第一剪切部和所述第二剪切部剪切连续油管的过程中,使连续油管和所述第一剪切部、所述第二剪切部之间保持密封。
优选地,所述主控单元用于输出夹持指令和剪切指令至所述液压控制单元;
所述液压控制单元用于根据所述夹持指令来驱动所述密封夹持单元输出所述预设夹持力以夹持连续油管,以及用于根据所述剪切指令来驱动所述密封剪切单元剪切连续油管。
优选地,所述传感器单元包括压力传感器,位移传感器,所述压力传感器用于采集所述压强数据,所述位移传感器用于采集所述位移数据。
第二方面,本发明实施例提供了一种第一方面中任一项所述的连续油管防喷器的使用方法,包括:
将连续油管防喷器安装在矿井口;
将连续油管通过所述连续油管防喷器通入矿井内部;
利用所述传感器单元采集所述压强数据和所述位移数据,并将所述压强数据和所述位移数据传输至所述主控单元;
利用所述主控单元根据所述压强数据和所述位移数据计算出预设夹持力,并控制所述密封夹持单元输出所述预设夹持力以夹持连续油管,以及将连续油管外壁与矿井口之间密封;
利用主控单元控制密封剪切单元剪切连续油管。
优选地,所述利用所述主控单元根据所述压强数据和所述位移数据计算出预设夹持力,并控制所述密封夹持单元输出所述预设夹持力以夹持连续油管,包括:
利用所述主控单元根据所述压强数据和所述位移长度计算出第一预设夹持力,并控制所述密封夹持单元输出所述第一预设夹持力以夹持连续油管,以使连续油管悬挂在矿井中。
优选地,所述利用所述主控单元根据所述压强数据和所述位移数据计算出预设夹持力,并控制所述密封夹持单元输出所述预设夹持力以夹持连续油管,包括:
利用所述主控单元根据所述压强数据计算出第二预设夹持力,并控制所述密封夹持单元输出所述第二预设夹持力以夹持连续油管,以使连续油管在矿井中可连续起下。
优选地,所述利用所述主控单元根据所述压强数据和所述位移数据计算出预设夹持力,并控制所述密封夹持单元输出所述预设夹持力以夹持连续油管,包括:
当连续油管位移速度超过预设速度时,利用所述主控单元根据所述压强数据、所述位移长度和所述位移速度计算出第三预设夹持力,并控制所述密封夹持单元输出所述第三预设夹持力以夹持连续油管,以使连续油管停止位移。
本发明与现有技术相比至少具有如下有益效果:
在本发明的实施例中,壳体设置在矿井口,壳体中设置有密封夹持单元,密封夹持单元用于夹持矿井中的连续油管,密封夹持单元夹持连续油管后,密封夹持单元与连续油管之间密封,进而能够将连续油管外壁与矿井口之间密封,以防止矿井内的高压气体从连续油管外壁和所述密封夹持单元之间泄露。密封剪切单元用于剪切连续油管,并且能够在其完成剪切后密封矿井口。传感器单元采集压强数据和位移数据,并将压强数据和位移数据传输至主控单元,其中,压强数据为矿井内的压强,位移数据包括连续油管在矿井中的位移长度和位移速度,主控单元根据接收的压强数据和位移数据后计算出预设夹持力,并将预设夹持力的数值输出到密封夹持单元,以使密封夹持单元施加给连续油管的力为预设夹持力。主控单元还用于控制密封剪切单元剪切连续油管。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例,基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
在本发明实施例的描述中,除非另有明确的规定和限定,术语“第一”、“第二”仅用于描述的目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性;除非另有规定或说明,术语“多个”是指两个或两个以上;术语“连接”、“固定”等均应做广义理解,例如,“连接”可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接,或电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本说明书的描述中,需要理解的是,本发明实施例所描述的“上”、“下”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的,不应理解为对本发明实施例的限定。此外,在上下文中,还需要理解的是,当提到一个元件连接在另一个元件“上”或者“下”时,其不仅能够直接连接在另一个元件“上”或者“下”,也可以通过中间元件间接连接在另一个元件“上”或者“下”。
如图1所示,本发明实施例提供了一种连续油管防喷器,包括壳体1、密封夹持单元2、密封剪切单元3、传感器单元、液压控制单元4和主控单元;
壳体1设置在矿井口;
密封夹持单元2设置于壳体1中,用于在矿井中夹持连续油管,以及用于将连续油管外壁与矿井口之间密封;
密封剪切单元3设置于壳体1中,用于剪切连续油管并密封矿井口;
传感器单元用于采集压强数据和位移数据,并将压强数据和位移数据传输至主控单元,其中,压强数据为矿井内的压强,位移数据包括连续油管在矿井中的位移长度和位移速度;
主控单元用于根据压强数据和位移数据计算出预设夹持力,并通过所述液压控制单元4控制密封夹持单元2输出预设夹持力以夹持连续油管,主控单元还用于通过所述液压控制单元4控制密封剪切单元3剪切连续油管。
在本发明的实施例中,壳体1设置在矿井口,壳体1中设置有密封夹持单元2,密封夹持单元2用于夹持矿井中的连续油管,密封夹持单元2夹持连续油管后,密封夹持单元2与连续油管之间密封,进而能够将连续油管外壁与矿井口之间密封,以防止矿井内的高压气体从连续油管外壁和所述密封夹持单元2之间泄露。密封剪切单元3用于剪切连续油管,并且能够在其完成剪切后密封矿井口。传感器单元采集压强数据和位移数据,并将压强数据和位移数据传输至主控单元,其中,压强数据为矿井内的压强,位移数据包括连续油管在矿井中的位移长度和位移速度,主控单元根据接收的压强数据和位移数据后计算出预设夹持力,并将预设夹持力的数值输出到密封夹持单元2,以使密封夹持单元2施加给连续油管的力为预设夹持力。主控单元还用于控制密封剪切单元3剪切连续油管。
可以理解的是,根据使用需求并结合压强数据和位移数据能够计算出多个预设夹持力,例如,需要将连续油管稳定悬挂在矿井中时,可以根据压强数据和位移数据计算出第一预设夹持力,以使连续油管稳定地悬挂在矿井中,且不会由于夹持力过大导致油管变形;例如,需要起下连续油管时,可以根据压强数据计算出第二预设夹持力,连续油管在第二夹持力的作用下,既能保持连续油管外壁与密封悬挂单元之间密封,又能允许连续油管在矿井中起下;例如,检测测到连续油管意外脱落时,可以根据位移速度、位移长度和压强数据计算第三预设夹持力,具体地,当连续油管意外脱落时,传感器单元采集到位移速度数据异常(例如,位移速度异常可以是位移速度超过连续油管起下的最大速度,也可以是预设值),根据位移速度计算出第三预设夹持力,以夹持住脱落的连续油管,并将连续油管外壁与密封悬挂单元之间密封。
根据使用需求结合压强数据和位移数据计算多个预设夹持力的具体方法如下:
例如,需要将连续油管稳定悬挂在矿井中时,可以根据压强数据和位移长度计算出第一预设夹持力,以使连续油管稳定地悬挂在矿井中,且不会由于夹持力过大导致油管变形,上述计算公式为:
F1=(ρπ(r1+r2)(r1-r2)h1g)/μ+2Pπr1h2
其中,F1为第一预设夹持力,ρ为连续油管的密度,r1为连续油管的外径,r2为连续油管的内径,h1为位移长度,g为重力加速度,μ为连续油管与密封夹持单元2之间的滑动摩擦因数,P为压强数据,h2为连续油管与密封夹持单元2之间的密封接触长度;
例如,需要起下连续油管时,可以根据压强数据计算出第二预设夹持力,连续油管在第二夹持力的作用下,既能保持连续油管外壁与密封悬挂单元之间密封,又能允许连续油管在矿井中起下,上述计算公式为:
F2=2Pπr1h2
其中,F2为第二预设夹持力;
例如,需要应对连续油管意外脱落时,可以根据位移数据计算第三预设夹持力,具体地,当连续油管意外脱落时,传感器单元采集到位移速度数据超过预设速度(例如,预设速度可以是位移速度超过连续油管起下的最大速度,也可以是根据经验设置的预设值),根据位移速度、位移长度和压强数据计算出第三预设夹持力,以夹持住脱落的连续油管,并将连续油管外壁与密封悬挂单元之间密封,上述计算公式为:
F3=(ρπ(r1+r2)(r1-r2)h1g)/μ+2Pπr1h2+(v/t)ρπ(r1+r2)(r1-r2)h1g
其中,F3为第三预设夹持力, v为位移速度,t为位移时间。
需要说明的是,连续油管的密度,连续油管的外径和内径,连续油管与密封夹持单元2之间的滑动摩擦因数,连续油管与密封夹持单元2之间的密封接触长度,可以提前测量获得,位移时间可以利用主控单元获得,也可以设置单独的计时装置。
需要说明的是,传感器单元采集实时数据并传输给主控单元,主控单元接收数据计算预设夹持力并将预设加持力输出至密封悬挂单元,密封悬挂单元以预设加持力夹持连续油管,上述三个步骤同步进行,能够即时灵活地实现稳定夹持连续油管的效果。
在本发明的一些实施例中,壳体1采用优质的低合金钢锻造成形,具有优良的机械性能,具有较好的承受井底高压能力和耐硫化氢能力。
如图2、图3所示,根据一些优选的实施方式,密封夹持单元2包括第一密封夹持单元21和第二密封夹持单元22,第一密封夹持单元21设置有第一卡瓦牙23和第一密封组件24,第二密封夹持单元22设置有第二卡瓦牙 26和第二密封组件 27,第一卡瓦牙23和第二卡瓦牙26用于夹持连续油管,第一密封组件24和第二密封组件27用于密封连续油管外壁和密封夹持单元2之间的间隙,以使连续油管外壁与矿井口之间保持密封。
在本发明的实施例中,密封夹持单元2包括第一密封夹持单元21和第二密封夹持单元22,第一密封夹持单元21和第二密封夹持单元22用于将连续油管夹持在二者中间并将连续油管与矿井口之间密封。第一密封夹持单元21设置有第一卡瓦牙23和第一密封组件24,第二密封夹持单元22设置有第二卡瓦牙 26和第二密封组件 27,第一卡瓦牙23、第二卡瓦牙26用于增加第一密封夹持单元21和第二密封夹持单元22与连续油管之间的摩擦力,第一密封组件24、第二密封组件27用于密封连续油管外壁和密封夹持单元2之间的间隙,以使连续油管外壁与矿井口之间保持密封,其中,第一密封组件、24、第二密封组件27可以采用橡胶材料制成。
需要说明的是,第一密封夹持单元21和第二密封夹持单元22上端均设置有第一顶部密封组件25、第二顶部密封组件28,用于使第一密封夹持单元21和第二密封夹持单元22在壳体1内移动的过程中保持密封。
如图4、图5所示,根据一些优选的实施方式,密封剪切单元3包括第一密封剪切单元31和第二密封剪切单元32,第一密封剪切单元31和第二密封剪切单元32分别设置有第一剪切部33和第二剪切部35,第一密封剪切单元31还包括第三密封组件311,第一剪切部33和第二剪切部35用于剪切连续油管,第三密封组件311用于在第一剪切部33和第二剪切部35剪切连续油管的过程中,使连续油管和第一剪切部33、第二剪切部35之间保持密封。
在本发明的实施例中,密封剪切单元3包括第一密封剪切单元31和第二密封剪切单元32,第一密封剪切单元31和第二密封剪切单元32分别设置有第一剪切部33和第二剪切部35,第一密封剪切单元31还包括第三密封组件311,其中,第一剪切部33、第二剪切部35可以是双V形刀口,第三密封组件311环绕式设置于第一密封剪切单元31的双V形刀口的侧面上,以使第一剪切部33、第二剪切部35剪切连续油管的过程中,连续油管和第一剪切部33、第二剪切部35之间保持密封接触,完成剪切后两个第一剪切部33、第二剪切部35互相贴合,第三密封组件311使互相贴合后的第一剪切部33、第二剪切部35之间密封,进而使矿井完全密封。
需要说明的是,第一密封剪切单元31和第二密封剪切单元32上端均设置有第二顶部密封组件34和第三顶部密封组件36,用于使第一密封夹持单元21和第二密封夹持单元22在壳体1内移动的过程中保持密封。
根据一些优选的实施方式,主控单元用于输出夹持指令和剪切指令至液压控制单元4;
液压控制单元4用于根据夹持指令来驱动密封夹持单元2输出预设夹持力以夹持连续油管,以及用于根据剪切指令来驱动密封剪切单元3剪切连续油管。
在本发明的实施例中,主控单元通过液压控制单元4驱动密封夹持单元2和密封剪切单元3,液压控制单元4能够提供稳定且持续的驱动力。液压控制单元4包括侧门、缸盖、油缸、活塞以及锁紧组件,液压控制单元4使得连续油管防喷器密封夹持单元2和密封剪切单元3的驱动和更换省时省力,便于操作。另外液压控制单元4配置有手动锁紧装置,在液压控制单元4提供的驱动力需要保持较长时间段时,可通过锁紧组件将密封夹持单元2或密封剪切单元3锁定在关闭位置,然后可将液压管路中的压力源撤销,这样可避免现场长期处于带压工作状态,降低现场安全隐患,提高安全性能。在本实施例中,液压控制单元4通过液压系统输出压力,此外,液压控制系统与主控单元电连接,主控单元包括PLC控制器,PLC控制器用于使液压控制单元输出的压力可控。液压控制单元4与密封夹持单元2和密封剪切单元3连接,具体工作流程为:主控单元与液压控制系统电连接,液压系统中的液压泵将液体的压力能转换为机械能,驱动负载液压杆作直线运动以驱动密封夹持单元2和密封剪切单元3工作,其中,主控单元通过控制增压器和比例减压阀来调整液压泵的液压以控制液压控制单元4输出的压力。
根据一些优选的实施方式,传感器单元包括压力传感器,位移传感器,压力传感器用于采集压强数据,位移传感器用于采集位移数据。
在本发明的实施例中,传感器单元包括压力传感器,位移传感器,压力传感器用于采集压强数据,位移传感器用于采集位移数据。传感器单元可以与主控单元有线连接,也可以与主控单元无线连接。
如图6所示,本发明实施例还提供了一种上述中任一项所述的连续油管防喷器的使用方法,包括:
步骤100、将连续油管防喷器安装在矿井口;
步骤102、将连续油管通过连续油管防喷器通入矿井内部;
步骤104、利用传感器单元采集压强数据和位移数据,并将压强数据和位移数据传输至主控单元;
步骤106、利用主控单元根据压强数据和位移数据计算出预设夹持力,并控制密封夹持单元2输出预设夹持力以夹持连续油管,以及将连续油管外壁与矿井口之间密封;
步骤108、利用主控单元控制密封剪切单元3剪切连续油管。
在本发明的实施例中,在将连续油管防喷器安装在矿井口之后,将连续油管通过连续油管防喷器通入矿井中,根据具体需求确定通入矿井中的连续油管长度,在通入油管的过程中,利用传感器单元采集压强数据和位移数据,并将压强数据和位移数据实时传输至主控单元,利用主控单元根据压强数据和位移数据计算出预设夹持力,并控制密封夹持单元2输出预设夹持力以夹持连续油管,利用密封夹持单元2夹持连续油管的后,密封夹持单元2与连续油管之间密封,将连续油管外壁与矿井口之间密封,在需要将连续油管剪切时,主控单元发出指令控制密封剪切单元3剪切连续油管并将矿井完全密封。
在步骤106中,根据使用需求并结合压强数据和位移数据可以计算出多个预设夹持力:
例如,需要将连续油管稳定悬挂在矿井中时,可以根据压强数据和位移长度计算出第一预设夹持力,以使连续油管稳定地悬挂在矿井中,且不会由于夹持力过大导致油管变形;
例如,需要起下连续油管时,可以根据压强数据计算出第二预设夹持力,连续油管在第二夹持力的作用下,既能保持连续油管外壁与密封悬挂单元之间密封,又能允许连续油管在矿井中起下;
例如,需要应对连续油管意外脱落时,可以根据位移数据计算第三预设夹持力,具体地,当连续油管意外脱落时,传感器单元采集到位移速度数据超过预设速度(例如,预设速度可以是位移速度超过连续油管起下的最大速度,也可以是根据经验设置的预设值),根据位移速度、位移长度和压强数据计算出第三预设夹持力,以夹持住脱落的连续油管,并将连续油管外壁与密封悬挂单元之间密封。
需要说明的是,连续油管的密度,连续油管的外径和内径,连续油管与密封夹持单元2之间的滑动摩擦因数,连续油管与密封夹持单元2之间的密封接触长度,可以提前测量获得,位移时间可以利用主控单元获得,也可以设置单独的计时装置。
最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。