CN117646614A - 一种冷冻暂堵换阀装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种冷冻暂堵换阀装置及方法，涉及石油天然气勘探开发技术领域。本发明包括液氮杜瓦罐、液氮传输管线、低温电磁阀、波纹管、温度控制器和热电偶；低温电磁阀串联在液氮传输管线上，液氮传输管线一端与液氮杜瓦罐相连，另一端经低温电磁阀与波纹管相连，波纹管通过旋转缠绕的方式缠绕在井口装置上；温度控制器中设定作业时需要的温度范围，并根据热电偶的温度反馈控制低温电磁阀的启闭。本发明提供的冷冻暂堵换阀装置及方法，适用于各种型号采油（气）树井口，能精确控制井口冷冻温度，减少作业人员劳动强度，降低作业人员风险，进一步提升井口带压换阀作业能力和效率。

Description

一种冷冻暂堵换阀装置及方法

技术领域

本申请涉及石油天然气勘探开发技术领域，特别涉及带压修井工艺技术领域，更具体地说涉及一种冷冻暂堵换阀装置及方法。

背景技术

在石油天然气开采过程中，每口油气井都必须安装采油（气）树，才能对每口井进行有效控制，使油（气）开采按照要求实现可控制开采或关井作业。由于油（气）井中含有大量腐蚀性极强的液体、气体，采油（气）树长期接触这些，受到液体、气体腐蚀后，采油（气）树会出现泄漏，锈蚀卡死，操作困难等情况，从而使采油（气）树主控阀失去对井口的控制作用，如果井口一旦失控，会导致严重的安全隐患及事件。因此，一旦井口主控阀出现事故隐患，就必须实施井口主控阀更换。

通过调研表明，当前国内主要采用干冰冷冻暂堵技术更换采油（气）树井口主控阀。其原理是在套管外围安装冷冻盒，在冷冻盒中添加干冰和甲醇，使冷冻盒安装位置处的套管保持在低温状态，利用冷冻暂堵装置向井内注入暂堵剂，暂堵剂遇低温后形成的冷冻桥塞可封堵井内压力，达到安全更换泄漏井口装置的目的。然而在实际作业中，干冰冷冻暂堵换阀作业存在方井开挖困难，冷冻温度不能精确控制，干冰挥发易导致作业人员窒息，甲醇属于危化品，冷冻盒安装困难等问题。

如公开号为CN204717218U，公开日为2015年10月21日的中国专利文献，提供了一种冷冻暂堵装置，所述冷冻暂堵装置包括夹套、容纳冷冻剂的储存罐、冷冻剂输送管路、调节阀、温度检测装置、测控装置等。该实用新型专利夹套安装位置局限性较大，需花费大量时间开挖方井，影响现场作业效率。

发明内容

为了克服上述现有技术中存在的缺陷和不足，本发明提供了一种冷冻暂堵换阀装置及方法，本发明的发明目的在于解决现有技术中冷冻暂堵装置夹套安装位置局限大，需要花费大量时间开挖方井，影响现场作业效率的问题。本发明提供的冷冻暂堵换阀装置及方法，适用于各种型号采油（气）树井口，能精确控制井口冷冻温度，减少作业人员劳动强度，降低作业人员风险，进一步提升井口带压换阀作业能力和效率。

为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明是通过下述技术方案实现的。

本发明第一方面提供了一种冷冻暂堵换阀装置，该装置包括液氮杜瓦罐、液氮传输管线、低温电磁阀、波纹管、温度控制器和热电偶；所述低温电磁阀串联在液氮传输管线上，液氮传输管线一端与液氮杜瓦罐相连，另一端经低温电磁阀与波纹管相连，所述波纹管通过旋转缠绕的方式缠绕在井口装置上；所述温度控制器分别连接热电偶和低温电磁阀，热电偶用于测量波纹管的温度，温度控制器中设定作业时需要的温度范围，并根据热电偶的温度反馈控制低温电磁阀的启闭。

进一步优选的，该装置还包括温度监测器，所述温度监测器与热电偶连接，通过热电偶监测并显示波纹管的温度。

更进一步优选的，所述温度监测器实时监测冷冻暂堵过程中系统及环境温度。

更进一步优选的，所述系统及环境温度包括波纹管上、中、下温度，环境温度以及方井地面温度。

进一步优选的，该装置还包括手动控制阀，所述手动控制阀通过密封螺纹与液氮杜瓦罐连接，手动控制阀的出口与液氮传输管线相接。

进一步优选的，所述温度控制器采用PID算法，温度调节精度达到±0.5℃。

进一步优选的，所述波纹管通过快装螺纹接头与液氮传输管线连接。

进一步优选的，所述低温电磁阀采用直动活塞式结构，密封材质选用聚四氟乙烯，最低工作温度达到﹣196℃。

更进一步优选的，所述低温电磁阀为常闭式电磁阀，在冷冻作业过程中，通过温度控制器输出信号打开低温电磁阀的通路；当温度达到设定值后，温度控制器控制低温电磁阀关闭。

本发明第二方面提供了一种基于上述第一方面所述的冷冻暂堵换阀装置的冷冻暂堵换阀方法，该方法具体为：

在采气树主控阀门失效的情况下，需要封堵油气井内压力，进行安全更换泄漏井口装置时，将液氮传输管线的一端与液氮杜瓦罐连接，将液氮传输管线的另一端与波纹管连接，将波纹管以旋转缠绕的方式缠绕在井口装置上；将温度控制器与液氮传输管线上的低温电磁阀通过信号线连接，在波纹管缠绕位置处设置热电偶，并通过热电偶线与温度控制器连接；

在温度控制器中设定作业时需要的温度范围，打开液氮杜瓦罐上的手动控制阀，液氮杜瓦罐中的液氮经液氮传输管线进入到波纹管中；

其中，液氮传输管线上的低温电磁阀为常闭式电磁阀，温度控制器通过波纹管处的热电偶检测波纹管处温度未达到预设值时，温度控制器控制低温电磁阀通路开启，液氮传输管线中输送的液氮经低温电磁阀通路后进入到波纹管中；

当波纹管缠绕的井口装置位置处的温度达到温度控制器内设定的温度值时，温度控制器控制低温电磁阀关闭其通路；根据温度控制器内设定的温度范围，温度控制器通过信号线控制低温电磁阀启闭，进行作业温度的自动控制。

与现有技术相比，本发明所带来的有益的技术效果表现在：

1、本发明形成了一种冷冻暂堵换阀方法，能够精确控制井口冷冻温度，能够远程自动调节井口温度范围，可大幅减少作业人员劳动强度，降低作业人员风险，进一步提升井口带压换阀作业能力。

2、本发明研制的波纹管具有耐低温、柔韧性高的特点，适用于各种型号、多种结构的采气树井口冷冻暂堵作业。

附图说明

图1为本发明冷冻暂堵换阀装置的结构示意图；

附图标记：1、温度控制器，2、信号控制线，3、手动控制阀，4、低温电磁阀，5、液氮传输管线，6、波纹管，7、热电偶，8、温度监测器。

具体实施方式

以下是结合附图的以帮助全面理解由权利要求及其等同物限定的本发明的示例性实施例，其中所述特定细节将仅被视为示例性的，而不限制本发明的范围。因此，本领域普通技术人员可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对实施例进行各种改变和修改。

实施例1

作为本发明一较佳实施例，参照说明书附图1所示，本实施例公开了一种冷冻暂堵换阀装置，该装置包括液氮杜瓦罐、液氮传输管线5、低温电磁阀4、波纹管6、温度控制器1和热电偶7；所述低温电磁阀4串联在液氮传输管线5上，液氮传输管线5一端与液氮杜瓦罐相连，另一端经低温电磁阀4与波纹管6相连，所述波纹管6通过旋转缠绕的方式缠绕在井口装置上；所述温度控制器1分别连接热电偶7和低温电磁阀4，热电偶7用于测量波纹管6的温度，温度控制器1中设定作业时需要的温度范围，并根据热电偶7的温度反馈控制低温电磁阀4的启闭。其中，波纹管6的另一端连接放空管线进行放空。

实施例2

作为本发明又一较佳实施例，本实施例是在上述实施例1的基础上，对本发明的技术方案作的进一步详细地补充和阐述。在本实施例中，低温电磁阀4串联在液氮传输管线5上，液氮传输管线5一端与液氮杜瓦罐相连，另一端经低温电磁阀4与波纹管6相连，所述波纹管6通过旋转缠绕的方式缠绕在井口装置上；所述温度控制器1分别连接热电偶7和低温电磁阀4，热电偶7用于测量波纹管6的温度，温度控制器1中设定作业时需要的温度范围，并根据热电偶7的温度反馈控制低温电磁阀4的启闭。

进一步的，冷冻暂堵换阀装置包括温度监测器8，所述温度监测器8与热电偶7连接，通过热电偶7监测并显示波纹管6的温度。

作为一个示例，所述温度监测器8实时监测冷冻暂堵过程中系统及环境温度。便于作业过程中操作人员实时观察系统及环境温度，以便于更好的进行作业控制和管控。

作为又一个示例，所述系统及环境温度包括波纹管6上、中、下温度，环境温度以及方井地面温度。

实施例3

作为本发明又一较佳实施例，本实施例是在上述实施例1或实施例2的基础上，对本发明的技术方案作出的进一步详细地补充和阐述。在本实施例中，参照说明书附图1所示，该装置还包括手动控制阀3，所述手动控制阀3通过密封螺纹与液氮杜瓦罐连接，手动控制阀3的出口与液氮传输管线5相接。

作为一个示例，所述温度控制器1采用PID算法，温度调节精度达到±0.5℃。所述波纹管6通过快装螺纹接头与液氮传输管线5连接。所述低温电磁阀4采用直动活塞式结构，密封材质选用聚四氟乙烯，最低工作温度达到﹣196℃。所述低温电磁阀4为常闭式电磁阀，在冷冻作业过程中，通过温度控制器1输出信号打开低温电磁阀4的通路；当温度达到设定值后，温度控制器1控制低温电磁阀4关闭。

实施例4

作为本发明又一较佳实施例，本实施例通过对冷冻暂堵换阀方法研究和配套装置研制，研发了一种冷冻暂堵换阀装置及方法，该装置能够在不规则的井口上对井口实施精确降温。研制的冷冻介质输送管线耐低温、柔韧性强，可在各种型号采气井口安装。研制的冷冻系统设定温度范围后，可实现全自动精确控温。

所述的一种冷冻暂堵换阀装置，其包括：温度控制器1、信号控制线2、手动控制阀3、低温电磁阀4、液氮传输管线5、波纹管6、热电偶7、温度监测器8。

所述的温度控制器1采用PID算法，具有超调小、降温快等特点，温度调节精度可达到±0.5℃。

所述的温度控制器1控制输出、报警输出、变送输出功能，可选择热电偶7、热电阻、MA等多种输入信号类型。

所述的手动控制阀3通过密封螺纹与液氮杜瓦罐连接，手动控制阀3为不锈钢球阀，操作方便，开闭迅速，从全开到全关只要旋转90°。

所述低温电磁阀4采用直动活塞式结构，密封材质选用聚四氟乙烯，最低工作温度可达-196℃。

所述低温电磁阀4为常闭式，在冷冻作业过程中，通过温控控制器输出信号打开电磁阀通道。当温度达到设定值后，温控控制器控制电磁阀关闭，实现远距离自动控温。

所述液氮传输管线5为波纹管6，其具有耐低温、柔韧性高的特点，可以在采气树套管、四通、阀门颈部等位置自由缠绕，不受采气树型号和结构的限制，适用性高。

所述温度监测器8通过连接热电偶7可实时监测冷冻暂堵过程中系统及环境温度，温度监测包括波纹管6上、中、下温度点位、环境温度点位、波纹管6上部温度点位、方井地面温度点位等。

实施例5

作为本发明又一较佳实施例，本实施例公开了一种冷冻暂堵换阀方法，在采气树主控阀门失效的情况下，需要封堵油气井内压力，实现安全更换泄漏井口装置的操作。具体如下：手动控制阀3、低温电磁阀4和液氮杜瓦罐通过液氮传输管线5连接。波纹管6通过旋转的方式缠绕在井口装置上，另一端通过快装螺纹接头与液氮传输管线5连接。温度控制器1与低温电磁阀4的通过信号控制线2连接，温度控制器1与波纹管6通过热电偶7连接。通过温度控制器1设定作业时需要的温度范围，热电偶7将从波纹管6上获取的实时温度传递到温度控制器1，根据设定的温度范围，温度控制器1通过信号控制线2控制低温电磁阀4不定时开关，达到作业温度的自动控制。

更具体的，在采气树主控阀门失效的情况下，需要封堵油气井内压力，进行安全更换泄漏井口装置时，将液氮传输管线5的一端与液氮杜瓦罐连接，将液氮传输管线5的另一端与波纹管6连接，将波纹管6以旋转缠绕的方式缠绕在井口装置上；将温度控制器1与液氮传输管线5上的低温电磁阀4通过信号线连接，在波纹管6缠绕位置处设置热电偶7，并通过热电偶线与温度控制器1连接；

在温度控制器1中设定作业时需要的温度范围，打开液氮杜瓦罐上的手动控制阀3，液氮杜瓦罐中的液氮经液氮传输管线5进入到波纹管6中；

其中，液氮传输管线5上的低温电磁阀4为常闭式电磁阀，温度控制器1通过波纹管6处的热电偶7检测波纹管6处温度未达到预设值时，温度控制器1控制低温电磁阀4通路开启，液氮传输管线5中输送的液氮经低温电磁阀4通路后进入到波纹管6中；

当波纹管6缠绕的井口装置位置处的温度达到温度控制器1内设定的温度值时，温度控制器1控制低温电磁阀4关闭其通路；根据温度控制器1内设定的温度范围，温度控制器1通过信号线控制低温电磁阀4启闭，进行作业温度的自动控制。

尽管已经参照本发明的示例性实施例具体显示和描述了本发明构思，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节上的各种改变。

Claims (10)

1.一种冷冻暂堵换阀装置，其特征在于：包括液氮杜瓦罐、液氮传输管线（5）、低温电磁阀（4）、波纹管（6）、温度控制器（1）和热电偶（7）；所述低温电磁阀（4）串联在液氮传输管线（5）上，液氮传输管线（5）一端与液氮杜瓦罐相连，另一端经低温电磁阀（4）与波纹管（6）相连，所述波纹管（6）通过旋转缠绕的方式缠绕在井口装置上；所述温度控制器（1）分别连接热电偶（7）和低温电磁阀（4），热电偶（7）用于测量波纹管（6）的温度，温度控制器（1）中设定作业时需要的温度范围，并根据热电偶（7）的温度反馈控制低温电磁阀（4）的启闭。

2.如权利要求1所述的一种冷冻暂堵换阀装置，其特征在于：该装置还包括温度监测器（8），所述温度监测器（8）与热电偶（7）连接，通过热电偶（7）监测并显示波纹管（6）的温度。

3.如权利要求2所述的一种冷冻暂堵换阀装置，其特征在于：所述温度监测器（8）实时监测冷冻暂堵过程中系统及环境温度。

4.如权利要求3所述的一种冷冻暂堵换阀装置，其特征在于：所述系统及环境温度包括波纹管（6）上、中、下温度，环境温度以及方井地面温度。

5.如权利要求1-4任意一项所述的一种冷冻暂堵换阀装置，其特征在于：该装置还包括手动控制阀（3），所述手动控制阀（3）通过密封螺纹与液氮杜瓦罐连接，手动控制阀（3）的出口与液氮传输管线（5）相接。

6.如权利要求1-4任意一项所述的一种冷冻暂堵换阀装置，其特征在于：所述温度控制器（1）采用PID算法，温度调节精度达到±0.5℃。

7.如权利要求1-4任意一项所述的一种冷冻暂堵换阀装置，其特征在于：所述波纹管（6）通过快装螺纹接头与液氮传输管线（5）连接。

8.如权利要求1-4任意一项所述的一种冷冻暂堵换阀装置，其特征在于：所述低温电磁阀（4）采用直动活塞式结构，密封材质选用聚四氟乙烯，最低工作温度达到﹣196℃。

9.如权利要求1-4任意一项所述的一种冷冻暂堵换阀装置，其特征在于：所述低温电磁阀（4）为常闭式电磁阀，在冷冻作业过程中，通过温度控制器（1）输出信号打开低温电磁阀（4）的通路；当温度达到设定值后，温度控制器（1）控制低温电磁阀（4）关闭。

10.一种基于权利要求1-9任意一项所述的冷冻暂堵换阀装置的冷冻暂堵换阀方法，其特征在于：该方法具体为：

在采气树主控阀门失效的情况下，需要封堵油气井内压力，进行安全更换泄漏井口装置时，将液氮传输管线（5）的一端与液氮杜瓦罐连接，将液氮传输管线（5）的另一端与波纹管（6）连接，将波纹管（6）以旋转缠绕的方式缠绕在井口装置上；将温度控制器（1）与液氮传输管线（5）上的低温电磁阀（4）通过信号线连接，在波纹管（6）缠绕位置处设置热电偶（7），并通过热电偶线与温度控制器（1）连接；

在温度控制器（1）中设定作业时需要的温度范围，打开液氮杜瓦罐上的手动控制阀（3），液氮杜瓦罐中的液氮经液氮传输管线（5）进入到波纹管（6）中；

其中，液氮传输管线（5）上的低温电磁阀（4）为常闭式电磁阀，温度控制器（1）通过波纹管（6）处的热电偶（7）检测波纹管（6）处温度未达到预设值时，温度控制器（1）控制低温电磁阀（4）通路开启，液氮传输管线（5）中输送的液氮经低温电磁阀（4）通路后进入到波纹管（6）中；

当波纹管（6）缠绕的井口装置位置处的温度达到温度控制器（1）内设定的温度值时，温度控制器（1）控制低温电磁阀（4）关闭其通路；根据温度控制器（1）内设定的温度范围，温度控制器（1）通过信号线控制低温电磁阀（4）启闭，进行作业温度的自动控制。