远程高压开井紧急切断装置 |
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| 申请号 | CN201510119235.7 | 申请日 | 2015-03-18 | 公开(公告)号 | CN104727778A | 公开(公告)日 | 2015-06-24 |
| 申请人 | 中国石油大学(北京); 西安海智机电设备有限公司; | 发明人 | 刘广峰; 顾岱鸿; 张帆; 魏会军; 王娟; 孙钢峰; | ||||
| 摘要 | 本 发明 为一种远程高压开井紧急切断装置，是在紧急切断 阀 的 阀体 一侧密封固定连接一减压阀；减压阀包括一减压阀阀体、一减压阀阀盖和一减压阀阀芯；减压阀阀体内的压 力 气体进孔和压力气体出孔分别与进气通道和出气通道连通。减压阀阀盖内设置减压阀阀芯，减压阀阀芯与减压阀阀盖之间设有减压阀主 弹簧 。减压阀阀芯的下端设有减压阀主 密封圈 ，该减压阀主密封圈具有锥形密封面，并采用耐 腐蚀 材料制成。减压阀主弹簧采用模具弹簧，该减压阀主弹簧表面经过 电泳 处理。本发明使压力管线开启更安全、更平稳，能根据不同的工况条件选择减压镶套流通通径的尺寸，满足不同井位的各种需求。减压阀主密封圈防止腐蚀，密封 稳定性 好，减压阀主弹簧稳定可靠。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种远程高压开井紧急切断装置，包括一紧急切断阀，该紧急切断阀的阀体内水平设有一进气通道和一出气通道，其特征在于：在所述紧急切断阀的阀体一侧密封固定连接一减压阀；所述减压阀包括一减压阀阀体、一减压阀阀盖和一减压阀阀芯；所述减压阀阀体内与紧急切断阀的阀体相邻的一侧设有一压力气体进孔和一压力气体出孔，所述压力气体进孔通过紧急切断阀的阀体内的第一连接通道与所述进气通道连通；所述压力气体出孔通过紧急切断阀的阀体内的第二连接通道与所述出气通道连通；所述减压阀阀盖密封连接在该减压阀阀体的上部，该减压阀阀盖内设置有所述减压阀阀芯，该减压阀阀芯的上部与所述减压阀阀盖之间设有一减压阀主弹簧；所述减压阀阀芯上部与减压阀阀盖之间形成一减压阀阀芯上腔，所述减压阀阀芯下部与减压阀阀体之间形成一减压阀阀芯下腔；所述减压阀阀体内与该减压阀阀芯对应位置竖直设有一第三连接通道，该第三连接通道上端与所述减压阀阀芯下腔相通并能被减压阀阀芯封闭，该第三连接通道下端与所述压力气体出孔连通；所述压力气体进孔与所述减压阀阀芯下腔相通，所述压力气体进孔上方通过一第四连接通道与所述减压阀阀芯上腔相通；所述减压阀阀盖的上方密封连接一减压阀卸荷阀芯，该减压阀卸荷阀芯内设有一竖直方向的第五连接通道及一环绕第五连接通道设置的环形通道，该第五连接通道下端通过一第六连接通道与所述压力气体出孔连通，该第五连接通道上端与所述环形通道连通；在该第五连接通道上端与所述环形通道连通处设有一能将该第五连接通道上端封闭与打开的电磁头启闭装置；所述环形通道通过一第七连接通道与所述减压阀阀芯上腔相通。 |
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| 说明书全文 | 远程高压开井紧急切断装置技术领域背景技术[0003] ⑴气井产能低，稳产时间普遍较短，井底流压、油压、套压均下降较快； [0004] ⑵气井普遍产水和少量的凝析油，井底有积液现象，而气井携液能力差，影响气井的正常生产； [0005] ⑶气井关井压力恢复程度较低，压力恢复较慢； [0006] ⑷气井在较低的井底流压下具有一定的稳产能力。 [0007] 随着我国天然气大力推广应用，带动了管路输送控制元件市场需求的快速增长，现场高压气井的开启通常是采用放空的形式，将高压气降低至中压下游输送管线压力范围之内，然后停止放空，开始正常输气。采用上述方案，在浪费气源、污染环境、工作量加大的同时带来很多安全隐患，尤其是高含硫井位。所以高压防爆电磁阀作为重要的管路输送切断控制元件被广泛的应用，但是，现有的电磁阀大多为传统的先导式高压防爆电磁阀，此结构在高气量井上工作很稳定，但是在低产量井或地形比较复杂的井口，因下游压力的波动破坏了先导阀内部工作的动平衡，容易出现跳井现象，导致电磁阀出现工作不稳定现象。 发明内容[0009] 本发明的目的在于提供一种远程高压开井紧急切断装置，以实现在上游管线高压的状态下更安全、更平稳的开启，具备缓慢开井、远程开关的功能。 [0010] 本发明的另一目的在于提供一种远程高压开井紧急切断装置，能根据不同的工况条件，来选择合适的压力和流量，满足不同井位的各种需求。 [0011] 本发明的目的是这样实现的，一种远程高压开井紧急切断装置，包括一紧急切断阀，该紧急切断阀的阀体内水平设有一进气通道和一出气通道，在所述紧急切断阀的阀体一侧密封固定连接一减压阀；所述减压阀包括一减压阀阀体、一减压阀阀盖和一减压阀阀芯；所述减压阀阀体内与紧急切断阀的阀体相邻的一侧设有一压力气体进孔和一压力气体出孔，所述压力气体进孔通过紧急切断阀的阀体内的第一连接通道与所述进气通道连通；所述压力气体出孔通过紧急切断阀的阀体内的第二连接通道与所述出气通道连通；所述减压阀阀盖密封连接在该减压阀阀体的上部，该减压阀阀盖内设置有所述减压阀阀芯，该减压阀阀芯的上部与所述减压阀阀盖之间设有一减压阀主弹簧；所述减压阀阀芯上部与减压阀阀盖之间形成一减压阀阀芯上腔，所述减压阀阀芯下部与减压阀阀体之间形成一减压阀阀芯下腔；所述减压阀阀体内与该减压阀阀芯对应位置竖直设有一第三连接通道，该第三连接通道上端与所述减压阀阀芯下腔相通并能被减压阀阀芯封闭，该第三连接通道下端与所述压力气体出孔连通；所述压力气体进孔与所述减压阀阀芯下腔相通，所述压力气体进孔上方通过一第四连接通道与所述减压阀阀芯上腔相通；所述减压阀阀盖的上方密封连接一减压阀卸荷阀芯，该减压阀卸荷阀芯内设有一竖直方向的第五连接通道及一环绕第五连接通道设置的环形通道，该第五连接通道下端通过一第六连接通道与所述压力气体出孔连通，该第五连接通道上端与所述环形通道连通；在该第五连接通道上端与所述环形通道连通处设有一能将该第五连接通道上端封闭与打开的电磁头启闭装置；所述环形通道通过一第七连接通道与所述减压阀阀芯上腔相通。 [0012] 在本发明的一较佳实施方式中，减压阀卸荷阀芯的上端面、下端面分别设有第一环槽及第二环槽；所述第一环槽及第二环槽之间通过设置在减压阀卸荷阀芯内的一连通道相互连通，所述第一环槽、第二环槽及连通道构成所述环形通道。 [0013] 在本发明的一较佳实施方式中，压力气体进孔和压力气体出孔均水平设置，在所述压力气体进孔内与所述第一连接通道连接处水平设有一减压镶套，该减压镶套的侧壁上设有一透孔，该透孔与所述第四连接通道对应连通。 [0014] 在本发明的一较佳实施方式中，减压阀阀芯的下端设有一减压阀主密封圈，该减压阀主密封圈镶嵌固定在所述减压阀阀芯下端，该减压阀主密封圈具有锥形密封面，所述减压阀阀体内的第三连接通道上端为相应的锥形结构；所述减压阀主密封圈采用耐腐蚀材料制成。 [0015] 在本发明的一较佳实施方式中，减压阀主弹簧采用模具弹簧，该减压阀主弹簧表面经过电泳处理。 [0016] 在本发明的一较佳实施方式中，压力气体进孔内设有一环形凹槽，所述减压镶套卡设在该环形凹槽内。 [0017] 在本发明的一较佳实施方式中，减压阀阀芯的上部设有一凹槽，所述减压阀主弹簧的下端抵靠在该凹槽的底部，上端抵靠在所述减压阀阀盖上；所述第七连接通道竖直设置在该减压阀阀盖内，所述第七连接通道上端与所述环形通道的下部连通，第七连接通道下端与所述减压阀阀芯上腔相通。 [0018] 在本发明的一较佳实施方式中，减压阀卸荷阀芯通过压盖及螺钉密封连接在所述减压阀阀盖的上方；所述电磁头启闭装置连接在所述减压阀卸荷阀芯上方。 [0019] 由上所述，本发明通过在紧急切断阀的阀体一侧密封连接减压阀，可在高压下实现更安全、更平稳的开井，开井后阀门保持全开，不产生节流效应；同时具备紧急切断、远程开关、阀芯完全开启等功能。通过增设减压镶套，根据不同的工况条件，通过压力和流量的计算，选择合适的减压镶套流通通径的尺寸，满足不同井位的各种需求。同时，减压阀主密封圈采用耐腐蚀材料，有效防止H2S、CO2腐蚀，采用锥形密封结构可以防止密封面砂砾沉积造成的内漏现象，提高密封稳定性。减压阀主弹簧采用高性能模具弹簧，该弹簧采用进口合金钢，表面进行电泳处理，满足全压差下大载荷复位运行和防腐蚀的要求，确保长期压缩变形小、稳定可靠，现场调节简单，控制精度可达到±0.1MPa，使用30万次变形量控制在±1％范围之内。附图说明 [0020] 以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中： [0021] 图1：为本发明远程高压开井紧急切断装置一剖视面的结构示意图。 [0022] 图2：为本发明远程高压开井紧急切断装置另一剖视面的结构示意图。 [0023] 图3：为本发明远程高压开井紧急切断装置A处的局部放大视图。 [0024] 图4：为本发明远程高压开井紧急切断装置B处的局部放大视图。 具体实施方式[0025] 为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。 [0026] 如图1和图2所示，本发明提供了一种远程高压开井紧急切断装置100，包括一紧急切断阀90，该紧急切断阀90的阀体91内水平设有一进气通道910和一出气通道911，紧急切断阀90为现有技术，在本实施方式中可以采用专利申请号为201120129702.1所公开的卸荷式高压防爆电磁阀。在紧急切断阀90的阀体91一侧密封连接固定一减压阀80，例如通过螺钉将减压阀80密封固定在阀体91一侧。减压阀80包括一减压阀阀体1、一减压阀阀盖2和一减压阀阀芯3。减压阀阀体1内与紧急切断阀90的阀体91相邻的一侧设有一压力气体进孔4和一压力气体出孔5，压力气体进孔4通过紧急切断阀90的阀体91内的第一连接通道6与进气通道910连通；压力气体出孔5通过紧急切断阀90的阀体91内的第二连接通道7与出气通道911连通。减压阀阀盖2密封连接在该减压阀阀体1的上部，该减压阀阀盖2内设置有减压阀阀芯3，该减压阀阀芯3的上部与减压阀阀盖2之间设有一减压阀主弹簧8，减压阀阀芯3上部与减压阀阀盖2之间形成一减压阀阀芯上腔9，减压阀阀芯3下部与减压阀阀体1之间形成一减压阀阀芯下腔10。减压阀阀体1内与该减压阀阀芯3对应位置竖直设有一第三连接通道11，该第三连接通道11上端与减压阀阀芯下腔10相通并能被减压阀阀芯3封闭，该第三连接通道11下端与压力气体出孔5连通。压力气体进孔4与减压阀阀芯下腔10相通，压力气体进孔4上方通过一第四连接通道12与减压阀阀芯上腔9相通。减压阀阀盖2的上方密封连接一减压阀卸荷阀芯13，具体的，减压阀卸荷阀芯13通过压盖131及螺钉密封连接在减压阀阀盖2的上方。该减压阀卸荷阀芯13内设有一竖直方向的第五连接通道14及一环绕其内部设置的环形通道15，如图4所示，减压阀卸荷阀芯13的上端面、下端面的平面内分别设有第一环槽151及第二环槽152；第一环槽151及第二环槽152之间通过设置在减压阀卸荷阀芯13内的一连通道153相互连通，第一环槽151、第二环槽152及连通道153构成环形通道15。该第五连接通道14下端通过一第六连接通道16与压力气体出孔5连通，该第五连接通道14上端与环形通道15连通；在该第五连接通道14上端与环形通道15连通处设有一能将该第五连接通道14上端封闭与打开的电磁头启闭装置17，电磁头启闭装置17连接在减压阀卸荷阀芯13上方，其中的电磁头可以将第五连接通道14上端封闭或打开。电磁头启闭装置17为现有技术，可参见申请号为201020219193.7所公开的双电磁头瞬时通电启闭装置以及上述提到的专利申请号为 201120129702.1所公开的卸荷式高压防爆电磁阀。环形通道15通过一第七连接通道18与减压阀阀芯上腔9相通。 [0027] 进一步，压力气体进孔4和压力气体出孔5均水平设置，在压力气体进孔4内与第一连接通道6连接处水平设有一减压镶套19，如图3所示，该减压镶套19的侧壁上设有一透孔191，该透孔191与第四连接通道12对应连通。具体的，压力气体进孔4内设有一环形凹槽，减压镶套19卡设在该环形凹槽内。通过增设减压镶套19，可以根据不同的工况条件，通过压力和流量的计算，选择减压镶套19合适的流通通径，实现产品满足不同井位的各种需求。 [0028] 进一步，减压阀阀芯3的下端设有一减压阀主密封圈31，该减压阀主密封圈31镶嵌固定在减压阀阀芯3的下端，该减压阀主密封圈31具有锥形密封面，减压阀阀体1内的第三连接通道11上端为相应的锥形结构与其配合密封；减压阀主密封圈31采用耐腐蚀材料制成。减压阀主密封圈31采用锥面密封形式，此密封方式实现了小结构可靠地密封，同时防止了密封面砂砾沉积造成的内漏现象，相对传统球面、平面密封更加可靠，满足长周期频繁操作工况下零泄漏的要求。减压阀主密封圈31采用耐腐蚀材料，有效防止H2S、CO2腐蚀，通过前期反复开、关试验及现场应用验证，密封可靠稳定。 [0029] 进一步，减压阀主弹簧8采用模具弹簧，模具弹簧性能高，且该减压阀主弹簧8表面经过电泳处理，满足全压差下大载荷复位运行和防腐蚀的要求，确保长期压缩变形小、稳定可靠，现场调节简单，控制精度可达到±0.1MPa；确保使用30万次变形量控制在±1％范围之内。可根据现场不同的生产压力和流量选择不同刚度的弹簧，不同型号，不同规格的弹簧采用不同的颜色，有效防止装错的可能。具体的，减压阀阀芯3的上部设有一凹槽，减压阀主弹簧8的下端抵靠在该凹槽的底部，上端抵靠在减压阀阀盖2上。第七连接通道18竖直设置在该减压阀阀盖2内并位于减压阀阀芯上腔9上方，第七连接通道18上端与环形通道15的下部连通，其下端与减压阀阀芯上腔9相通。 [0030] 本发明的开启流程为：远程(或手动)开启时，给减压阀80的电磁头启闭装置17通电，其中的电磁头将第五连接通道14上端打开，使第五连接通道14上端与环形通道15连通，通过减压阀卸荷阀芯13将减压阀阀芯上腔9与管线下游连通，因减压阀卸荷阀芯13中流道的阻尼效应，在减压阀阀芯上腔9、减压阀阀芯下腔10之间形成压力差，由于减压阀阀芯下腔10与压力气体进孔4相通，所以减压阀阀芯下腔10的压力大于减压阀阀芯上腔9的压力，该压力差克服减压阀主弹簧8的弹簧力与减压阀阀芯3的摩擦力，将减压阀阀芯 3提升到最大开启高度，减压阀80打开，压力气体通过减压镶套19和第三连接通道11、压力气体出孔5的节流减压，使管线压力减压到设定的安全值之内，然后远程(或手动)关闭减压阀80，同时打开紧急切断阀90进行正常输气，紧急切断阀90的开启流程详见卸荷式高压防爆电磁阀(申请号：CN201120129702.1)。 [0031] 关闭流程：远程(或手动)关闭紧急切断阀90，气井安全关闭，上游管线压力通过长实现憋压，进入下一个开井流程。紧急切断阀90的关闭流程详见卸荷式高压防爆电磁阀(申请号：CN201120129702.1)。 [0032] 本发明的远程高压开井紧急切断装置100通过在紧急切断阀90的基础上增设一套减压阀80，高压开井时，通过减压阀80迫使流速及流体的动能改变，造成不同的压力损失，从而达到减压的目的,并依靠流动介质本身的能量控制与调节，使开阀后压力的波动与减压阀主弹簧8的弹簧力相平衡，使开阀后压力在一定的误差范围内保持恒定，等管线压力恢复正常后紧急切断阀90的阀门保持全开，不产生任何节流效应。本发明具备缓慢开井、紧急切断、远程开关、阀芯完全开启等功能。通过远程控制达到减压阀80与紧急切断阀90的分时控制，不因为高压开井而使控制上发生矛盾。该装置结构紧凑、操作简单、确保现场试验的安全性，大大减少了井口工作人员的安全风险，同时在劳动组织优化、生产管理组织优化方面也取得较好的效果。 |
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