CN203641638U - 酸化压裂远程高压泄压系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种酸化压裂远程高压泄压系统，包括旋塞阀、旋塞阀旋动装置、控制装置和人机交互单元，旋塞阀设置在井内高压管线上；旋塞阀旋动装置包括液压执行机构、液压站和高压管线；液压执行机构是两个相互平行、反向设置的活塞缸，活塞缸的活塞之间垂直于活塞平面设置一个轴套，该轴套一端被两根活塞夹持、另一端固定套接旋塞阀的转动轴；液压站输出两条高压管线、分别与两个活塞缸的进/出油口连接；控制装置包括PLC控制器、供油执行元件和人机交互单元。本实用新型可以实现任意角度开关阀门，达到安全、平稳、可靠的泄压目的。本实用新型精确控制工作压力和介质流速、实现阀门的精确控制，以达到控制旋塞阀开闭角度大小的目的。

Description

酸化压裂远程高压泄压系统

技术领域

本实用新型涉及石油天然气勘探及开发领域，具体是在酸化压裂作业中的一种酸化压裂远程高压泄压系统，实现现场阀门的精确控制。 

背景技术

酸化压裂作业作为油气井储层改造中的一种常用手段，在其泄掉高压管线内压力时，常采用人工泄压的方式。压裂作业现场管汇工作压力非常高，现阶段常规最高工作压力可达到140MPA。正常情况下、现场需要4～5个成年人合力通过杠杆原理手动打开阀门，特殊情况下、8人甚至无法打开阀门泄压。而且，当阀门打开到一定角度时，由于管内压介质的作用、阀门可能会产生回转或者是突然增大打开角度。因为管线内存在高压，导致旋塞不易开关，或者人工泄压用力不均，导致泄压无法控制，甚至于旋塞易刺漏滑，从而危及泄压人员的人身安全，及影响后期的加砂压裂或酸化改造作业。 

现有的远程泄压控制技术及产品适用于常规范围，主要利用电控、气控或者液控原理来解决问题，现有的远程泄压技术是由电控、气控、液控这三个方面来控制，但是它们的控制方式存在很大的缺陷，无法满足高压场所作业要求：电动控制可以实现精确控制，主要针对压力级别低的作业场所，输出扭矩越大，电机功率也就越大。气动控制适用于低压环境下，而且设备体积大，噪音大，也能不能实现精确控制。现有的液动控制系统不适用于高扭矩输出场所，也无法实现精确控制，只能简单的实现全开或者全关。 

但是，酸化压裂现场阀门开关需要大扭矩，高精度。现有的远程泄压技术无法适用于酸化压裂作业中远程泄压。 

发明内容

本实用新型的目的在于：为了解决背景技术存在的问题，提供一种酸化压裂远程高压泄压系统，对高压管线进行精确泄压。 

本实用新型所采用的技术方案是： 

酸化压裂远程高压泄压系统，包括旋塞阀、旋塞阀旋动装置、控制装置和人机交互单元，具体的：

旋塞阀设置在井内高压管线上；

旋塞阀旋动装置包括液压执行机构、液压站和高压管线；液压执行机构是两个相互平行、反向设置的活塞缸，活塞缸的活塞之间垂直于活塞平面设置一个轴套，该轴套一端被两根活塞夹持、另一端固定套接旋塞阀的转动轴；液压站输出两条高压管线、分别与两个活塞缸的进/出油口连接；

控制装置包括PLC控制器、供油执行元件和人机交互单元，所述人机交互单元的信号输入/输出端与PLC控制器的信号输入/输出端连接，供油执行元件包括设置在高压管线上的电比例调节阀、电比例流量阀和电磁换向阀，所述电比例调节阀、电比例流量阀和电磁换向阀的控制信号输入端连接PLC控制器的信号输出端。

所述两个活塞的运动方向相反。 

所述活塞表面夹持轴套的位置与轴套表面设置有连接装置。 

所述活塞缸呈筒状、两端分别设置有进/出油口，活塞设置在活塞缸的中部、具有向活塞缸两端左右运动的趋势。 

所述人机交互单元是触摸屏。 

所述液压站上设置有电机和手动泵。 

所述活塞缸的所有进/出油口上设置有开关装置，该开关装置的执行信号输入端连接与PLC控制器的信号输出端连接。 

本实用新型所产生的有益效果是： 

本实用新型是一种酸化压裂远程高压泄压系统，在油气井进行酸化压裂改造作业中、对高压管线内压力进行泄压。本酸化压裂远程高压泄压系统利用远程控制高压泄压系统进行泄压作业，通过液压动力开关旋塞阀，可以实现任意角度开关阀门，达到安全、平稳、可靠的泄压目的。本实用新型通过液压控制系统、对液压执行机构进行精确控制，从而精确控制工作压力和介质流速、实现阀门的精确控制，以达到控制旋塞阀开闭角度大小的目的。通过操纵远程泄压系统控制台上的仪器仪表来控制液压执行机构的动作，以此来控制整个泄压过程，使整个过程平稳，安全。本实用新型具有以下特点：

1、本实用新型使用快速连接工装将液压执行机构和旋塞阀连接起来, 通过操纵远程高压泄压系统控制台上的仪器仪表来控制液压执行机构的动作，对液压执行机构的精确控制以达到控制旋塞阀开闭角度大小的目的，达到整个泄压过程，使整个过程平稳，安全。

2、本实用新型利用活塞工作原理，结构简单易维修；能适应不同工况和设备；尺寸装拆方便；动静密封均可用；静密封几乎没有泄漏；单件使用双向密封；动摩擦力小；微调装置，更换不同旋塞后仍能保证开关阀门的精确度；平衡装置保证执行元件在非工作状态下压力平衡，增长了执行元件的寿命。 

3、本实用新型采用智能控制系统，保证操作的精确度；压力调节系统，确保设备适用于不同压力级别的作业场所；监控系统，保证操作人员即时的掌握设备的运行情况；备用系统，保证设备在停电后仍能继续工作；设备结构简单，维修方便 ；动静密封均可用 ；静密封几乎没有泄漏 ；单件使用双向密封；动摩擦力小。 

4、本实用新型在智能控制系统的控制下能按照一定的角度分多次（可以无极调速）将旋塞阀从0°开到90°，开关过程中能停留在任何位置，能自动限位，不产生无控制反转，开到90°以后能根据需要实施反向关闭，旋塞阀开关角度能直观反映，一次开关完90°需要的时间为4-8s，通过更换不同工装该执行机构用于2＂、21/2＂、3＂等规格，压力级别为105MPa、140 MPa的旋塞阀。 

下面结合附图对本发明专利作进一步的说明。 

附图说明

图1是本实用新型各部件的连接关系与结构示意图； 

图2是本实用新型旋塞阀与执行单元的连接结构示意图；

图3是本实用新型执行单元的结构示意图。

图中标号表示：1-轴套、2-液压执行机构、3-高压管线、4-旋塞阀转动轴、5-旋塞阀、6-连接工装、A-活塞缸、B-活塞缸、a-进/出油口、b-进/出油口。 

具体实施方式

如图1～3所示，本实用新型是一种酸化压裂远程高压泄压系统，包括旋塞阀5、旋塞阀旋动装置、控制装置和人机交互单元，具体的： 

- 旋塞阀5设置在井内高压管线上；

- 旋塞阀旋动装置包括液压执行机构2、液压站和高压管线3。具体的：

液压执行机构2是两个相互平行、反向设置的活塞缸A和B，本具体实施方式中，活塞缸A的活塞和活塞缸B的活塞的运动方向相反。活塞缸A的活塞和活塞缸B的活塞之间、垂直于活塞平面设置一个轴套1，该轴套1一端被两根活塞（即活塞缸A和B的活塞）夹持、另一端固定套接旋塞阀5的旋塞阀转动轴4，即轴套1为套接固定在旋塞阀转动轴4上的旋转套筒。本具体实施方式中，采用连接工装6将液压执行机构2固定连接在旋塞阀5的阀壳上，其中液压执行机构2伸出一根轴套1套接固定旋塞阀转动轴4。活塞表面夹持轴套1的位置与轴套1表面设置有连接装置，可以是相互啮合的齿条齿轮连接、也可以是螺纹丝杆连接等。

活塞缸A和B呈筒状、两端分别设置有进/出油口，即活塞缸A两端分别设置有进/出油口a-1和a-2、活塞缸B两端分别设置有进/出油口b-1和b-2。活塞设置在活塞缸A和B的中部、具有向活塞缸A和B两端左右运动的趋势。 

活塞缸A和B的所有进/出油口a-1、a-2、b-1和b-2上设置有开关装置，该开关装置的执行信号输入端连接与PLC控制器的信号输出端连接，构成液压执行机构2的稳压装置。当旋塞阀5需要在一定角度上保持一段时间时，稳压装置工作，立即关闭进出活塞缸A和B的进/出油口a-1、a-2、b-1和b-2，使得活塞缸A和B内的活塞两侧的压力恒定、使其均停止在稳定位置，从而使得轴套1不再发生转动、使得旋塞阀5的开度恒定。 

液压站输出两条高压管线3，高压管线3-1与活塞缸A的进/出油口连接、高压管线3-2与活塞缸B的进/出油口连接。本具体实施方式中，高压管线3-1和3-2是高压软管。液压站上设置有电机和手动泵。电机就是给液压站提供动力，使得液压油从液压站上的液压油输出端进入高压管线3-1和3-2。 

- 控制装置包括PLC控制器、供油执行元件和人机交互单元。具体的： 

人机交互单元的信号输入/输出端与PLC控制器的信号输入/输出端连接，本具体实施方式中，人机交互单元是触摸屏。通过触摸屏实现系统状态显示，对系统调压、调流量操作时设定值的输入，打开关闭阀门、启停电机的开关控制操作等。

供油执行元件包括设置在高压管线3-1和3-2上的两套电比例调节阀、电比例流量阀和电磁换向阀。电比例调节阀、电比例流量阀和电磁换向阀的控制信号输入端连接PLC控制器的信号输出端。手动泵的设置，使得本酸化压裂远程高压泄压系统在断电情况下、依旧能够正常使用。 

PLC控制器主要是精确控制电比例调压阀、电比例流量阀和电磁换向阀的开关及开度，还有电机的启停及功率大小。其中：电比例调压阀用来调节液压站的输出压力，根据现场不同的压力级别作业选择不同的压力输出，保证设备的通用性。电比例流量阀是用来控制液压站流量输出，流量大小决定了阀门开关动作的周期，流量越大，阀门动作越快，反之越慢。电磁换向阀主要是控制正反向打压，从而控制阀门打开或者关闭。PLC控制器通过电比例调压阀、电比例流量阀和电磁换向阀，控制进入活塞缸A和B的液压油介质的压力和流量，进一步控制活塞的运动时间，从而控制旋塞阀5的开合速度。 

当液压站提供的压力通过高压管线3-1和3-2进入执行机构的活塞缸A和B时，活塞缸A和B内的压力驱动其中的两个活塞分别进行前进或者后退动作，使得两个活塞夹持的轴套1旋转、带动旋塞阀转动轴4，从而实现旋塞阀5的开关。因为液压执行机构2采用的双缸设计、反向运动的活塞缸A和B，这样可以保证旋塞阀5能进行在任意角度开关（从0℃到90℃）。 

当液压站停止供压时，稳压装置立即关闭进出活塞缸A和B的所有进/出油口a-1、a-2、b-1和b-2，保证活塞缸A和B内部压力恒定，这样其内部的活塞就不会继续前进或者后退，从而保证旋塞阀5能在任意角度上停留。 

因为，酸化压力作业场所施工复杂，施工压力在70MPa-140MPa之间、甚至更高。为了更好的适应现场作业需要，系统安装了电比例调压阀和电比例流量阀，这样才能提高系统的现场适应能力，可以使系统根据不同的工况对轴套1（旋塞阀转动轴4）输出不同的扭矩，从而保证现场旋塞阀5开关平稳。 

本实用新型的具体使用方法如下所示： 

首先，打开QF1系统总电源，设备通电，系统处于准备运行状态。调节液压站、高压管线3-1和3-2的输出压力和流量，然后启动电机带动油泵打压、从而驱动活塞缸A和B内的活塞运动。具体的：根据现场需要，在触摸屏上调节电比例调压阀和电比例流量阀，确定液压站的输出压力和输出流量，输出压力决定液压执行机构2所产生的扭矩大小。

然后，启动电机，液压站通过高压管线3-1和3-2对液压执行机构2供油。 

当活塞缸A的进/出油口a-1和活塞缸B的进/出油口b-2进油时，活塞缸A内的液压油介质推动活塞由左向右运动，活塞缸B内的液压油介质推动活塞由右向左运动，使得轴套1顺时针旋转、即旋塞阀转动轴4顺时针旋转，从而实现旋塞阀5的打开。具体的：点击触摸屏上的阀门打开按键，电磁阀换向阀作用，活塞缸A的进/出油口a-1和活塞缸B的进/出油口b-2进油，从而使得旋塞阀5打开。 

当活塞缸A的进/出油口a-2和活塞缸B的进/出油口b-1进油时，活塞缸A内的液压油介质推动活塞由右向左运动，活塞缸B内的液压油介质推动活塞由左向右运动，使得轴套1逆时针旋转、即旋塞阀转动轴4逆时针旋转，从而实现旋塞阀5的关闭。具体的：点击触摸屏上的阀门关闭按键，电磁换向阀电磁换向，活塞缸A的进/出油口a-2和活塞缸B的进/出油口b-1进油，从而使得旋塞阀5关闭。 

在上述两个步骤中的任意位置停止操作时、启动稳压装置，同时关闭进出活塞缸A和B的所有进/出油口a-1、a-2、b-1和b-2，保证活塞缸A和B内部压力恒定，使得旋塞阀5不会继续打开或者关闭。具体的：当阀门在任意角度（0～90°）时，操作人员手指离开触摸屏上的阀门打开按钮，液压站停止打压，稳压装置关闭进/出油口a-1、a-2、b-1和b-2，液压执行机构2的进油腔和回油腔仍然保持压力，从而保证阀门不会发生回转或者继续打开。 

当选择关闭阀门时，电磁换向阀电磁换向，过高压管线3-1和3-2内的油路反向运动从而实现关闭旋塞阀5。 

Claims (7)

1.酸化压裂远程高压泄压系统，其特征在于：包括旋塞阀、旋塞阀旋动装置、控制装置和人机交互单元，具体的：

旋塞阀设置在酸化压裂高压管线上；

旋塞阀旋动装置包括液压执行机构、液压站和高压管线；液压执行机构是两个相互平行、反向设置的活塞缸，活塞缸的活塞之间垂直于活塞平面设置一个轴套，该轴套一端被两根活塞夹持、另一端固定套接旋塞阀的转动轴；液压站输出两条高压管线、分别与两个活塞缸的进/出油口连接；

控制装置包括PLC控制器、供油执行元件和人机交互单元，所述人机交互单元的信号输入/输出端与PLC控制器的信号输入/输出端连接，供油执行元件包括设置在高压管线上的电比例调节阀、电比例流量阀和电磁换向阀，所述电比例调节阀、电比例流量阀和电磁换向阀的控制信号输入端连接PLC控制器的信号输出端。

2.根据权利要求1所述的酸化压裂远程高压泄压系统，其特征在于：所述两个活塞的运动方向相反。

3.根据权利要求1所述的酸化压裂远程高压泄压系统，其特征在于：所述活塞表面夹持轴套的位置与轴套表面设置有连接装置。

4.根据权利要求1所述的酸化压裂远程高压泄压系统，其特征在于：所述活塞缸呈筒状、两端分别设置有进/出油口，活塞设置在活塞缸的中部、具有向活塞缸两端左右运动的趋势。

5.根据权利要求1所述的酸化压裂远程高压泄压系统，其特征在于：所述人机交互单元是触摸屏。

6.根据权利要求1所述的酸化压裂远程高压泄压系统，其特征在于：所述液压站上设置有电机和手动泵。

7.根据权利要求1所述的酸化压裂远程高压泄压系统，其特征在于：所述活塞缸的所有进/出油口上设置有开关装置，该开关装置的执行信号输入端连接与PLC控制器的信号输出端连接。

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