油井安全装置和相关的安全设施 |
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| 申请号 | CN200680031636.6 | 申请日 | 2006-08-28 | 公开(公告)号 | CN101273182B | 公开(公告)日 | 2013-03-13 |
| 申请人 | 地质服务设备公司; | 发明人 | F·米勒; J·吉拉尔迪; C·米肖; | ||||
| 摘要 | 本 发明 的装置包括限定 流体 流动通道(52)的 阀 套(40)。所述阀套(40)包括：阀(58)，其用于关闭所述通道且在打开 位置 和关闭位置之间活动；和持久促动部件，其将所述阀朝其关闭位置持久促动。阀套(40)还包括可释开的连接部件(54)，其与工作缆线体进行连接，所述工作缆线体用于使所述阀套(40)在所述管内移动。所述装置包括：可收起的保持部件(42)，其使所述阀(58)保持在其打开位置；作动部件(44、46)，其液压作动所述保持部件(42)，以在接收到打开阀的控制 信号 时作动所述保持部件(42)。所述保持部件(42)和所述作动部件(44、46)连接于所述阀套(40)，以便它们在所述工作缆线体的操控下同 时移 动。 | ||||||
| 权利要求 | 1.用于流体开采井(12)的安全装置(10)，所述安全装置包括： |
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| 说明书全文 | 油井安全装置和相关的安全设施技术领域[0002] -阀套，其用于密封固定在流体流动管内，所述阀套限定流体流动的通道并包括： [0003] 阀，其用于关闭所述通道，在通道的打开位置和通道的关闭位置之间活动； [0004] 持久促动部件，其将所述阀朝其关闭位置持久促动；以及 [0005] 连接部件，其将所述阀套连接至联接构件，所述联接构件与工作缆线体进行联接，所述工作缆线体用于使所述阀套在所述管内移动并固定； [0006] -保持部件，其使所述阀抵抗着所述持久促动部件的作用而保持在其打开位置，所述保持部件包括：至少一移动构件，其用于使所述阀移动，并在所述阀套内于息止位置与促动所述阀的工作位置之间活动；及回位构件，其持久地使所述移动构件朝其息止位置回复；及 [0007] -作动部件，其液压作动所述保持部件，并能被控制信号操控，从而在所述作动部件接收到打开阀的控制信号时作动所述保持部件，并在缺乏所述打开阀的控制信号时使所述保持部件怠动(désactiver)。 背景技术[0009] 从US 4 002 202中已知上述类型的装置，所述装置通过工作缆线体被降到油井的生产套管中。所述装置包括阀套、将阀保持于打开位置的保持杆以及作动保持杆的电磁感应圈。感应圈被固定在套管外部于该套管的一确定部位，且通过电缆被电连接于表面。 [0010] 当电控制信号被电磁感应圈接收到时，阀抵抗着回位弹簧的作用而被保持杆保持于打开位置。 [0011] 当缺乏控制信号时，回位弹簧展开以移动所述杆，这使阀迅速关闭。 [0012] 还已知相同类型的安全装置，其被从表面在套管外部延伸的液压控制线体操控。 [0013] 所述装置不完全令人满意。安全装置必须在工作线圈对面被定位在井的一确定部位，且线圈必须通过供电线体被连接到表面，或者所述安全装置必须位于液压管进口的对面。 发明内容[0014] 本发明的目的因此在于提出自主安全装置，其包括安全阀，无论装备井的完井结构如何，所述安全阀都可以安装和固定在井的任意部位，且可从表面被操控。 [0015] 为此，本发明的目的在于提出所述类型的装置，其特征在于，所述保持部件和所述作动部件连接于所述阀套，以便它们在所述工作缆线体的操控下同时移动。 [0016] 按照本发明的装置可包括一个或多个以下特征，这些特征可独立地或依据所有可能的技术组合被采用： [0017] -所述作动部件包括液压作动缸和操控该作动缸的液压中心； [0018] -所述液压中心相对于所述阀套至少部分地凸出在所述流动通道的外部，所述流动通道在所述连接部件和所述阀之间畅通； [0019] -所述液压中心相对于所述阀套是可拆卸的，所述阀套包括接纳所述液压中心的部件； [0020] -所述作动缸包括：加压室，其使控制流体加压，所述加压室接纳移动所述阀的所述移动构件的一部分；以及储存和排放控制流体的箱， [0021] 并且液压控制单元在加压室内包括：泵，其将控制流体引入所述加压室内；加压管道，其将所述加压室连接至进行排放的所述箱；以及第一排放管道，其安插在所述加压管道上，并具有排放阀，所述排放阀在没有控制信号时开放，并在存在控制信号时被关闭； [0023] -所述作动部件包括被安插在所述加压管道上的快速排放管道，所述快速排放管道配设有所述排放阀打开时可释开的封闭构件； [0024] -所述第一排放管道的及所述加压管道位于所述可释开的封闭构件上游的上游部分的最大截面小于所述快速排放管道的及所述加压管道位于所述可释开的封闭构件下游的下游部分的最小截面； [0025] -所述作动部件包括连接于所述加压室的控制流体的储积器； [0027] -所述液压中心包括控制所述作动缸的控制部件，所述控制部件包括：接收器；控制单元，其适于操控所述作动缸，以在所述接收器接收到打开阀的控制信号时作动所述保持部件，并当缺乏所述打开阀的控制信号时使所述保持部件怠动； [0028] -所述控制单元适于操控所述作动缸，以在缺乏打开阀的信号的情况下，在所述接收器接收到静默信号(signal de mise sous silence)之后，至少临时作动所述保持部件；且 [0029] -所述装置包括可释开的固定部件，所述固定部件以可释开的方式将所述阀套固定在所述管内，并由所述阀套支承。 [0030] 本发明的目的还在于提出用于流体开采井的安全设施，其包括流体流通管，所述设施包括： [0031] -按照上述描述的装置，以及 [0033] 本发明将在阅读仅以举例方式给出的、且参考所述附图的以下说明中获得更好的理解，其中： [0034] -图1A是开采油井时按油井的中垂面的剖面图，该油井配备有按照本发明的安全装置； [0035] -图1B是在所述油井内安装所述装置时的类似于图1A的视图； [0036] -图2是在图1A上和图1B上所示出的安全装置的侧视图； [0037] -图3是按照图2装置的一细部的中垂面的剖面图； [0038] -图3A是图3所示的标记为IIIA的细部的视图； [0039] -图4是按照图3的平面IV-IV的横剖面图； [0040] -图5是图2装置的液压作动部件的示意图；且 [0041] -图6是与图3类似的图，其中，安全装置的阀被关闭。 具体实施方式[0042] 在所有以下描述中，词语“近侧”表示相对更靠近地表，而词语“远侧”表示相对更接近设置在地中的井的底部。 [0043] 在图1至图6上所示的按照本发明的自主安全装置10用于借助缆铺展部件14被降至油井12中。 [0045] 如图1A和图1B所示，井12包括设置在地下18的被称为“套管柱”的第一管16、以及大致固定于第一管16中间的被称为“生产套管”的第二管或管筒20。 [0046] 井12还包括在表面的用以可选择地封闭第一管16以及第二管20的井头22。 [0047] 第二管20的长度小于第一管16的长度。它通向第一管16的位于井12一远侧部分的部位23。环形衬填元件24靠近部位23设置在第一管16与第二管20之间。 [0048] 所述衬填元件24以密封方式封闭管16和20之间所确定的环形空间25。 [0049] 第二管20在内部限定多个圆形联接沟道或环形联接槽26A、26B，英文术语将它们称为“landing nipple(抵靠接头)”。所述槽26A、26B位于沿管20被纵向隔开的部位。 [0050] 在实施变型中，第二管20没有槽26A、26B，且装置10被直接靠着管20的光滑壁固定。 [0051] 如图1B所示，为了在井12内安装所述装置10，装置10的铺展部件14包括工作缆线体30、能在井12内铺展或收缩该线体30的表面绞车32以及安装在井头22上的线体30的定向滑轮34。 [0053] 在实施变型中，线体30是机械上得以强化的电缆，通常由英文术语“electric line”表示，或者所述线体是螺旋中空缆，其通常由英文术语“coiled tubing(挠性管)”表示。 [0054] 绞车32和滑轮34能使工作线体30穿过井头22连续在第二管20内、然后在第一管16内铺展开。 [0055] 如图1A所示，开采井12时，铺展部件14已被收回且井12包括发送安全装置10控制信号的发射部件35。在所示举例中，控制信号是电磁信号且部件35被设置在表面。在实施变型中，所述信号是声音信号。 [0056] 如图2所示，安全装置10包括安全阀套40、将安全阀保持在打开位置的保持部件42、以及作动保持部件42的液压作动缸44。装置10还包括液压中心(centrale)46，所述液压中心以可拆卸的方式固定于阀套40的远侧端部，单元46包括作动缸44控制部件48、以及用来为单元46供电的电池49。 [0057] 如图3所示，阀套40包括：纵轴线为X-X’的管状主体50，所述管状主体50在内部限定用于石油流体流动的贯通纵向通道52；与安设机构31进行连接的连接部件54，其安装在主体50的近侧端部；以及固定部件56，其将装置10固定在第二管20内。 [0058] 阀套40还在其远侧端部附近包括通道52封闭阀58。 [0059] 从图3右侧的近侧端部开始向图3左侧的远侧端部移动，所述主体50包括：近侧管状部分60、引导和支撑阀的中间部分62、以及连接至液压中心46的远侧部分64。 [0060] 如图3A所示，中间部分62确定近侧管套66，所述管套安装在管状部分60中且限定指向主体60的横向环形表面68。 [0061] 中间部分62还限定指向远侧部分64的远侧环形凸肩70、以及在近侧表面68和远侧凸肩70之间延伸的引导柱形表面72。 [0063] 沿图3的轴线X-X’向远侧移动，远侧管状部分64限定：使活门收起的侧开口74，其通到通道52中；朝主体40远侧端部取向的环形凸肩76；以及侧通道78，其用于安装液压中心，并通到流动通道52中。部分64在其远侧端部具有通到流动通道52中的远侧开口。 [0064] 连接部件54包括接纳安设机构31的接纳头部80，所述接纳头部80确定内槽82。接纳头部80被旋拧在管状部分60的近侧端部。 [0065] 槽82在远侧通到通道52中，且在近侧通到近侧开口84。因此，当安设机构31布置成离开槽82时，流体可以进入阀套40的中心通道52。 [0066] 固定部件56包括用于锁闭的侧卡头或侧“棘爪”86，其由英文术语“lock mandrel”表示。棘爪86径向凸出于头部80的外部，且具有的形状与设置在第二管20内的联接槽26A、26B的形状互补。 [0067] 固定部件56还包括可压缩环形衬封件(未示出)，其被用来实现管20的壁和头部80之间的密封。 [0068] 封闭阀58包括：环形座88，其在通道52内安装连接于主体50；以及活门90，其在通道52的打开位置和通道52的关闭位置之间活动。阀58还包括使活门90朝其关闭位置回复的回位弹簧92。 [0069] 阀座88被固定在通道52中，且在中间部分62和远侧管状部分64之间实现机械连接。如图3A所示，阀座的近侧环形表面93延伸在中间部分62的远侧表面70对面。阀座88的远侧锥形环形表面94与远侧部分64的壁在接纳侧开口74处齐平。 [0070] 活门90围绕垂直于轴线X-X’的水平轴旋转活动，该水平轴位于阀座88的远侧表面94附近。 [0071] 在活门90的打开位置，活门90基本延伸在管状部分64的延长部分中，以便关闭侧开口74并释放通道52。 [0072] 如图6所示，在关闭位置，活门90延伸在基本垂直于阀套40的纵轴线X-X’的平面中。它支靠在远侧锥形环状表面94上，以关闭通道52。 [0073] 弹簧92把活门90持久地朝向其关闭位置促动。 [0074] 将阀保持于其打开位置的保持部件42包括柱形套筒98，所述套筒安装成在通道52内沿轴线X-X’、在阀58的近侧息止位置和远侧打开位置之间平移地活动。部件42还包括远侧增压活塞100、引导套筒的近侧挡块102、以及使套筒向其近侧位置回位的螺旋弹簧 104，它们都安装在套筒98上。 [0075] 套筒98在主体40内面对近侧管状部分60和中间部分62纵向延伸，并在其近侧位置面对远侧部分64纵向延伸。如图4所示，套筒包括外表面106，该外表面的横截面与中间部分62的引导表面72基本互补，从而中间部分62在套筒于其近侧位置和其远侧位置之间移动时引导该套筒98。 [0076] 如图3A所示，表面106和阀座88一起限定一环形空间107。所述表面106包括环形肋107B，其限定朝阀座88取向的远侧槽。该槽接纳在远侧封闭环形空间107的密封垫圈108。空间107在近侧被近侧垫圈73封闭。 [0077] 远侧环形活塞100在外表面106和近侧管状部分60之间滑动安装在套筒98上。所述活塞限定面对近侧表面68延伸的远侧环形表面110。此外，该活塞还限定近侧环形表面112，弹簧104的远侧端部支靠在所述表面上。 [0078] 近侧环形挡块102安装成连接于套筒98的近侧端部。该挡块在套筒98和管状部分60之间延伸。挡块102在管状部分60内滑动，且限定远侧环形表面114，弹簧104的近侧端部支靠在该表面上。挡块102包括承靠于管状部分60上的刮擦垫圈115。 [0079] 在套管98的近侧位置，如图6所示，垫圈108在阀座88的近侧表面93附近延伸。此外，挡块102位于接纳头部80附近。分开活塞100和挡块102的距离因此最大。弹簧 104被预加应力，从而它在活塞100上和挡块102上施加最小的复位力。在该位置，套筒98的环形肋107B抵靠在凸肩70上。 [0080] 在该位置，套筒98的远侧边位于阀座88对面，接近活门90。 [0081] 在套筒98的远侧位置，如图3所示，活塞100和挡块102之间的距离为最小且弹簧104的压缩为最大，从而它在活塞100上和挡块102上施加最大的复位力。 [0082] 在该位置，套筒98的远侧部分相对于侧开口74延伸。套筒98的远侧边支靠在远侧部分64的止挡凸肩76上。套筒98掩挡活门90。此外，垫圈108在远侧远离阀座88的近侧表面93。 [0083] 如图3至图6所示，液压作动缸44包括加压室120、和储存及排放箱122，所述加压室和所述箱分别通过连接管道124A、124B被液压连接至单元46。箱122和室120容纳操控作动缸44的液压流体。 [0084] 室120包括容积恒定的中间空间121和容积可变的环形空间107。 [0085] 中间空间121在主体50和套筒98之间延伸。该中间空间在近侧被中间部分62的远侧凸肩70、阀座88的近侧表面93以及套筒的外表面106所界定。空间121被连接到环形空间107。 [0086] 在套筒98的近侧位置，近侧垫圈73与远侧垫圈108之间的距离为最小且室120的容积为最小。在套筒98的远侧位置，该距离最大且室120的容积为最大。 [0087] 箱122在主体50和套筒98之间靠近室120延伸。所述箱由近侧管状部分60、中间部分62的近侧表面68、表面106以及活塞100的远侧表面110所界定。 [0088] 箱122的容积取决于活塞100沿套筒98及主体50的纵向位置。 [0089] 如图2所示，管道124A、124B在主体50外沿所述主体延伸。这些管道在远侧通向安装单元46的侧通道78处。此外，远侧连接管道124A在近侧穿过中间部分62通向室120的中间空间121内。近侧连接管道124B在近侧穿过中间部分62通向箱122内。 [0090] 如图5所示，单元46包括管状盒125，其接纳液压电泵126、及为室120选择性加压的管道128，所述管道128把电泵126连接到远侧连接管道124A。 [0091] 管状盒125在远侧沿轴线X-X’凸出于主体50的外部。管状盒的近侧端部被引入远侧部分64的远侧开口内，且被收纳在安装通道78中，以便被固定在主体50的远侧部分64上。 [0092] 电泵126把近侧连接管道124B连接到管道128的一入口，以便把箱122连接到管道128。 [0093] 加压管道128从上游到下游、从电泵126向室120包括：零泄漏式止回活门130；上游部分128A，安全管道132和第一排放管道134安插在其上，所述安全管道和所述第一排放管道被接纳在盒125内。管道128还包括安插有快速排放管道136的下游部分128B以及被接纳在管状盒125内的储积器138。 [0095] 第一排放管道134在管道132下游被安插于管道128的上游部分128A上。管道134配备有通常是开放的受控安全电动阀144，该阀通到近侧连接管道124B内。 [0096] 电动阀144电连接到控制部件48。 [0097] 快速排放管道136通过旁通活门146被安插在加压管道128上，从而在管道128上限定上游部分128A和下游部分128B。 [0098] 活门146包括第一入口148和第一出口150，它们分别通到加压管道128朝向电泵126的上游部分128A和管道128朝向室120的下游部分128B。活门146还包括被连接到快速排放管道136的第二出口152。 [0099] 当支配在第一入口148处的压力大于或基本等于支配在第一出口150处的压力时，第二出口152被关闭，从而使第一入口148液压连接到第一出口150。 [0100] 相反，当支配在第一入口处148的压力小于支配在第一出口150处的压力时，第一入口148被关闭且第一出口150液压地连接到第二出口152，且因此通过管道124B连接到箱122。 [0101] 穿过下游部分128B、第二出口152以及穿过快速排放管道136的最小流动截面远大于穿过上游部分128A、电动阀144以及穿过第一排放管道134的最大流动截面，例如是其至少两倍。 [0102] 如图2所示，控制部件48被接纳在管状盒125内。所述控制部件包括接收器154和作动缸44控制单元156。 [0103] 接收器154能接收从表面发射的打开阀的控制信号，且能向控制单元156传输指令，以便当控制信号被接收器154接收到时使活门90保持在其打开位置。 [0104] 接收器154还能够接收井12的临时静默信号且能向控制单元156传输指令，以使活门90临时保持在其打开位置，即便在缺乏打开阀的信号时。 [0105] 控制单元156被电连接到电动阀144、电泵126及气压继电器140上，以便操控作动缸44。 [0106] 为了替换在井12中的有缺陷的阀，现在将在下面描述按照本发明的自主安全装置10的运行。 [0107] 首先，选择其尺寸适于插入第二管20内的阀套40。 [0108] 共用于不同直径的阀套40的一液压中心46被固定在侧通道78内，且被液压连接到管道124A和124B的远侧端部。 [0109] 由此形成按照本发明的自主装置10。 [0110] 随后，参考图1B，铺展部件14被设置在井头22上。安设机构31在阀套40的近侧端部安装于接纳头部80上。 [0111] 形成装置10的阀套40、保持部件42、液压作动作动缸44及联结于阀套40的液压中心46因此被引入第二管20内，且它们因此在工作缆线体30的操控下同时下降。 [0112] 当装置10在第二管20内到达理想的位置，例如当固定部件56面对联接槽26B设置时，中止缆线体30。 [0113] 因此固定部件56被操作者作动，以将阀套40在管20内锁定在位。 [0114] 为此，联接棘爪86被插在槽26B内，并在阀套40和第二管20之间实现密封连接。 [0115] 随后，安设机构31从连接部件54中释出，以便在通道52的入口释开所述开口84。此时收回铺展部件14(图1A)。 [0116] 活门90被保持在其封闭通道52的位置，套筒98处在其近侧位置。 [0117] 安全装置10因此以密封方式封闭第二管20。 [0118] 一旦油井操作者希望打开第二管20，他就作动在表面的发射部件35，以发出打开阀的控制信号。 [0119] 当接收器154收到打开阀的控制信号时，它向控制单元156传输作动指令。单元156因此作动电泵126和电动阀144，以在室120内引入一部分的容纳在箱122内的液体。 箱122的容积减小，这引起活塞100向远侧的移动。 [0120] 为此，受到预加应力的回位弹簧104的存在有利于电泵126的作动，当套筒98位于其近侧位置时，所述回位弹簧支靠在活塞100上，以便稍微压缩容纳在箱122内的流体。 [0121] 一旦电泵126被作动且电动阀144关闭，室120内的压力增加且施加在近侧垫圈73和远侧垫圈108之间的环形空间107内，这会引起套筒98抵抗着压缩在活塞100和挡块 102之间的回位弹簧104的作用，而向其远侧位置移动。 [0122] 在该移动中，套筒98的远侧边推动活门90，且使其抵抗着促动弹簧92的作用，而从其关闭位置移向其打开位置。 [0123] 当套筒98到达其抵靠着止挡凸肩76的位置时，活门90被固定靠于远侧部分64且关闭侧开口74，如图3所示。 [0124] 此外，室120内的压力增加到一阈值，该阈值被气压继电器140检测到并被传输至单元156。当控制单元156确定室120内的压力大于该阈值，它切断电泵126。 [0125] 当接收器154接收到打开阀的控制信号时，电动阀144保持关闭。 [0126] 如果室120内的压力减小到电泵126的一重启值以下，控制单元156就重新作动电泵126，以使室120内的压力再次上升到阈值。 [0127] 然而，零泄漏式止回活门130的存在减少了电泵126的运行时间且提高了装置10的自主性。 [0128] 储积器138能使室120内的压力变化得到补偿，尤其由于阀套40内的温度变化导致了所述压力变化。 [0129] 在表面出现事故时，发射部件35发送的打开阀的控制信号被切断。 [0130] 一旦接收器154不再接收所述信号，控制单元156在切断打开阀的控制信号之前，确定是否已经发出临时静默信号。若缺乏所述临时静默信号，控制单元156就使电动阀144怠动，该电动阀因而重新回到其通常的打开位置。 [0131] 参考图5，在快速排放活门146的第一入口148上游容纳于管道128上游部分128A的流体因此通过第一排放管道134和近侧连接管道124B，被重新引入箱122内。 [0132] 支配在第一入口148处的压力因此减小到一数值，该数值小于支配在第一出口150处的压力值。 [0133] 随后，快速排放活门146的第二出口152打开，且第一入口148关闭。容纳在加压室120内的流体因此通过管道128的下游部分128B、第一出口150、第二出口152、快速排放管道136及近侧连接管道124B，被快速排放至箱122内。 [0134] 当室120内的压力快速下降时，回位弹簧104把套筒98相当快速地朝其近侧位置移动。将注意到，为了当泵104怠动时使箱122加压、且为在表面发生事故时能使套筒98回复到其近侧位置，必须存在唯一弹簧104。阀套40的长度因此减小。此外，箱122的容积在快速排放活门146打开后增加，紧靠活塞100上的弹簧104在套筒98的近侧位置和远侧位置之间的长度差小于这些位置之间的套筒98行程。 [0135] 促动弹簧92因此使活门90穿过通道52再次被引向其关闭位置，如图6所示。油井12因此处于安全状态。 [0136] 然而，如果操作员在切断阀打开信号之前已发出预先程控的临时静默信号，控制单元156则在确定的时间内，使电动阀144保持封闭且使室120处于压力中，尽管缺乏控制信号。活门90因此保持在打开位置。 [0137] 该运行方式保持油井12的生产，即便要求缺乏任何控制信号的干预必须在另一临近的井上进行。 [0138] 如果控制信号被再次发出，控制单元156就被重新作动，从而控制信号的切断再次引起活门90的关闭。 [0139] 得益于上述描述的本发明，可获得这样一自主安全装置10，其通过工作缆线体30被简单安装并固定在井12内。所述装置包括阀套40、将阀保持于打开位置的保持部件42、以及液压作动部件44、46，所述液压作动部件44、46液压作动保持部件42并连接于阀套40，从而它们在井12内同时移动。 [0140] 这种装置10可在油井12的任意部位使用，无需引入液压的或电动的控制线，或者用以替换井12内存在的缺陷阀，或者用以在井12内安装新阀，而无需将生产套管重新升起。 [0142] 液压中心46的结构适于其连接在直径不同的阀套40上。此外，对于装置10在6个月到2年的长时间的自主运转，所述单元的结构耗能很低，且无需再次将装置10升到表面。 |
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