一種用於高產天然氣井輸氣管道安全保護裝置製造方法

2023-04-25 20:52:31

一種用於高產天然氣井輸氣管道安全保護裝置製造方法
【專利摘要】一種用於高產天然氣井輸氣管道安全保護裝置，其保護裝置外殼內安裝有閥芯內套，閥芯內套下部有螺紋連接的閥座，閥座內裝有關閉滑閥，關閉滑閥通過懸掛螺母與調節螺杆的底部聯結，調節螺杆中部的活塞上有密封件，並與平衡氣缸滑動配合，平衡氣缸通過三個懸掛銷懸掛於閥芯內套上，調節螺杆下部設有一中心深孔進入氣缸，調節螺杆的最上部有反扣方螺紋，反扣方螺紋與調節螺母板連接，其內的轉軸的上部與頂蓋密封件密封，並伸出頂蓋，伸出部分和調節手輪連接。本實用新型是一個能應用在不同產量，特別是高產的天然氣井輸氣管道安全保護裝置，對天然氣井輸氣管道安全生產、環境保護、降低成本都具有現實意義。
【專利說明】-種用於高產天然氣井輸氣管道安全保護裝置

【技術領域】 [0001]
[0002] 本實用新型屬於天然氣井開採業的【技術領域】，特別涉及一種用於高產天然氣井輸 氣管道安全。

【背景技術】 [0003]
[0004] 天然氣井外輸管道發生重大洩露事故所造成的環境汙染及可能引發的火災、爆 炸，後果嚴重。因此，在天然氣輸氣管道上安裝安全保護裝置至關重要。
[0005] 國外重視天然氣井下安全保護裝置，國內重視天然氣井輸氣管道安全保護。前者 技術複雜、投入成本高、可靠性差、難維修，但可保護採油井口裝置，同時也就保護了外輸管 道。後者，技術單純、投入成本低、可靠性高、易維修，但只能保護天然氣外輸管道。目前， 國內生產的輸氣管道安全保護裝置，當天然氣井日產氣量超過30萬立方米時，已不能穩定 地、可靠地保證所有氣井正常生產，其表現為在高產氣流量下或氣流量發生巨幅波動時，安 全保護裝置出現自動關閉輸氣管道的情況，造成非正常停產。
[0006] 目前尚未見到一種能有效解決高產氣量井使用節流式原理的天然氣井外輸管道 安全保護裝置的公開報導。
[0007] 實用新型內容
[0008] 本實用新型的目的是提供一種用於高產天然氣井輸氣管道安全保護裝置。與當前 天然氣井外輸管道安全保護裝置相比，不但適用於各種小產氣量的氣井，而且解決了氣產 量超過30X 104m3/d的氣井的非正常關井停產的問題。
[0009] 本實用新型的目的是這樣實現的：設計一種用於高產天然氣輸氣管道安全保護裝 置，保護裝置外殼（1)內安裝有閥芯內套（2)，閥芯內套下部通過螺紋連接著閥座（3)，並與 保護裝置外殼（1)密封，在正常工作條件下，閥座（3)內所裝的關閉滑閥（4)尾部進入閥 座，關閉滑閥（4)上的通氣窗孔暢通，關閉滑閥與閥座採用滑動配合，關閉滑閥（4)通過懸 掛螺母（5)與調節螺杆￠)的底部聯結，調節螺杆最小端的小圓柱體與關閉滑閥上的密封 件（7)密封，調節螺杆￠)中部的活塞上有密封件（8)，並與平衡氣缸（9)滑動配合，平衡 氣缸的直徑可根據各天然氣井產量的大小，選用不同尺寸，活塞與懸掛螺母（5)之間的調 節螺杆（6)上的圓柱表面上加工有對稱的平面，並裝入防轉板（10)中心孔內，成滑動配合， 防轉板（10)上有多個貫通的孔眼，防轉板外部有對稱的兩個翼板，卡在平衡氣缸（9)的下 端部，並由氣缸蓋板（11)上的螺紋與平衡氣缸固定，平衡氣缸通過三個懸掛銷（12)懸掛於 閥芯內套（2)上，調節螺杆下部設有一中心深孔，一直鑽通至活塞上部，進入氣缸，調節螺 杆的活塞之上是一光杆，並裝入平衡氣缸上裝有密封件的上端部，可進行軸向滑動，調節螺 杆（6)的最上部有反扣方螺紋，反扣方螺紋與與調節螺母板（13)連接，調節螺母板外部有 兩塊方形翼板，裝入有兩個對稱長槽的轉軸（14)內，成滑動配合，轉軸的上部與頂蓋密封 件（15)密封，並伸出頂蓋，調節手輪（16)聯結不同剛度的組合座封彈簧（17)，安裝在關閉 滑閥（4)上部的調節螺母板（13)與平衡氣缸（9)之間，彈簧的作用力始終讓調節螺杆向 上，使關閉滑閥處於打開狀態。
[0010] 本實用新型的有益效果是：對於高產氣量的天然氣井，可選擇不同的平衡氣缸直 徑，經過平衡後的關閉滑閥的反關閉力大大增加，以便通過更大的外輸天然氣量而不會造 成非正常自動關閉。通過選用不同剛度的組合座封彈簧（17)組合，即可調整不同的懸掛關 閉滑閥的關閉力，相應保證了不同的天然氣流量順利通過，當天然氣管道發生大量洩漏時， 能自動關閉滑閥，截斷氣源，以確保安全。因而，本實用新型的有益效果是：能夠提供多種不 同直徑的平衡氣缸和組合座封彈簧，為不同產氣量的井提供了多種多樣的選擇，因而，本實 用新型能夠覆蓋國內各天然氣田從小氣量到特大氣量井的外輸管道安全保護裝置的正常 運行，對天然氣的安全生產、環境保護、降低成本具有現實意義。

【專利附圖】

【附圖說明】 [0011]
[0012] 下面結合附圖和實例對本實用新型作進一步說明。
[0013] 圖1是本實用新型平衡氣缸工作原理結構示意圖。
[0014] 圖2是本實用新型工作狀態下的結構示意圖。
[0015] 圖3是圖2中的B-B剖視圖。
[0016] 圖4是圖2中的A-A剖視圖。
[0017] 圖中，1-保護裝置外殼；2-閥芯內套；3-閥座；4-關閉滑閥；5-懸掛螺母；6-調 節螺杆；7_關閉滑閥密封件；8-活塞密封件；9-平衡氣缸；10-防轉板；11-氣缸蓋板； 12-懸掛銷；13-調節螺母板；14-轉軸；15-頂蓋密封件；16-調節手輪；17-組合座封彈簧； 18-復位截止閥；19-滑閥關閉力；20-組合彈簧反關閉力；21-平衡氣缸的反關閉力；22-由 天然氣井產出的天然氣進入有本實用新型；23-天然氣由本實用新型出口進入外輸管道。

【具體實施方式】 [0018]
[0019] 圖1所示為本實用新型平衡氣缸工作原理結構示意圖。
[0020] 當天然氣由22入口，並以Q流量進入關閉滑閥（4)的流道，然後由（23)出口進 入外輸管道，由於流道的流阻必然產生壓降ΛΡιΡ-ΡγΡ為關閉滑閥上腔的壓力（氣井流 壓），匕為關閉滑閥下腔的壓力（進入外輸管道壓力），壓差ΛΡ與通過的流量的平方成正 t匕，即ΛΡ = Κ Q2，K是一係數，在結構、溫度、組分不變的情況下為一常數，因此作用在關閉 滑閥⑷的關閉力F= (d2_a2) (π/4) Λ P，組合彈簧的反關閉力設為匕，平衡氣缸活塞的下 部向上的力為？(02-32)31/4，平衡氣缸活塞的上部向下的力為？。(0 2-32)31/4，因此平衡氣缸 反關閉的力設為F2 = P(D2_a2) /4-PQ(D 2-a2) /4 = AP(D2_a2) /4,式中D為平衡氣缸的 直徑，d為關閉滑閥直徑，a為連接圓柱的直徑。平衡缸直徑D越大，反關閉力F2就會增大， 因此可以用於大流量的天然氣井的外輸管道安全保護裝置上。在極端的情況下F = F1+F2， (D2_a2) ( π/4) Λ P = Λ P (D2_a2) π/4+F1，化簡得到 D = [ (d2+a2)-4F/K Q2]-1 設定一個流量 Q值，即可由上式計算出該流量下，關閉滑閥處於平衡狀態下的平衡缸直徑。此時，關閉滑閥 將不能關閉氣路。由於，任何情況下，要求結構設計中d > D，因此，當外輸管道發生斷裂，匕 降至大氣壓，Q突然變得很大，關閉力陡增而使關閉滑閥截斷天然氣流，從而獲得了安全保 護。
[0021] 圖2是本實用新型工作狀態下的結構示意圖，所示的實施例中，保護裝置外殼（1) 內，安裝了閥芯內套（2)，閥芯內套下部通過螺紋連接著閥座（3)，並與保護裝置外殼相密 封。在正常工作條件下，閥座⑶內所裝的關閉滑閥⑷尾部進入閥座，此時，關閉滑閥上 的通氣窗孔暢通。關閉滑閥與閥座採用滑配合，關閉滑閥（4)通過懸掛螺母（5)與調節螺 杆（6)的底部聯結。調節螺杆（6)最小端的小圓柱體與關閉滑閥上的密封件（8)密封。 調節螺杆（6)中部的活塞上有密封件（8)，並與平衡氣缸（9)滑動配合，平衡氣缸的直徑可 根據各天然氣井產量的大小選用。活塞與懸掛螺母（5)之間的調節螺杆（6)上的圓柱表面 上加工有對稱的平面，並裝入防轉板（11)內。防轉板與帶有平面的圓柱體採用滑動配合， 可作軸向運動，但不能轉動。防轉板（10)上有多個貫通的孔眼。防轉板外部有對稱的兩個 翼板，卡在平衡氣缸（9)的下端部，並由氣缸蓋板（11)上的螺紋與平衡氣缸固定，如圖3所 示。平衡氣缸通過三個懸掛銷（12)懸掛於閥芯內套（2)上，平衡氣缸外部與閥芯內套採用 間隙配合。調節螺杆下部設有一中心深孔，一直通至活塞上部，進入氣缸，調節螺杆的活塞 之上是一光杆，並裝入平衡氣缸上裝有密封件的上端部，可進行軸向滑動，調節螺杆（6)的 最上部有反扣方螺紋，反扣方螺紋與與調節螺母板（13)連接，調節螺母板外部有兩塊方形 翼板，裝入有兩個對稱長槽的轉軸（14)內，成滑動配合，可做軸向滑動，如圖4所示。轉軸 的上部與頂蓋密封件（15)密封，並伸出頂蓋，伸出部分安裝有調節手輪（16)，調節螺母板 (13)與平衡氣缸（9)之間，根據產氣量選用安裝不同剛度的組合座封彈簧（20)，彈簧的作 用力始終讓調節螺杆向上，使關閉滑閥處於打開狀態。
[0022] 本實用新型是這樣工作的：由於裝置內的平衡氣缸直徑事先按該井的天然氣產量 設計的，已能確保正常工作，但由於產量波動、計算誤差等因素，並不能精確定位，因此可以 通過順時針旋轉調節手輪（16)，使轉軸（14)轉動，帶動左旋的調節螺母板（13)轉動，由於 調節螺杆（6)中部有防轉板（10)，故只能作軸向位移，向下進一步壓縮組合座封彈簧（17)， 增大了關閉滑閥（3)的關閉力（座封力），增大了天然氣的通過量。反之，逆時針旋轉手輪， 則減小了關閉滑閥的力量。通過上述連續地微調，即可調定自動保護動作起點值。
[0023] 依據產氣量的大小，選用不同的平衡氣缸（9)的直徑，直徑越大，能正常通過的天 然氣產量越大。首先要按理論計算值設計，經過室內模擬試驗調整，再投入現場生產。
[0024] 當外輸管道發生嚴重洩露事故，或集氣站操作不平穩，而使流經本實用新型的天 然氣流量陡增，關閉滑閥（4)在兩端的壓差作用下，向下的關閉力大大超過保護動作起點 值，而使關閉滑閥瞬間關閉，從而將天然氣源切斷，達到自動保護的目的。
[0025] 本實用新型的復位操作如下：外輸管道洩漏或集氣站進行平穩操作得到了整改 後，關閉井口生產閥門，打開取樣及復位截止閥，將本實用新型內腔的壓力降至大氣壓，此 時組合彈簧（17)將使調節螺杆（8)上升，帶動關閉滑閥至正常工作位置，然後緩慢、平穩地 開啟生產閥，恢復正常輸氣工作。
【權利要求】
1. 一種用於高產天然氣井輸氣管道安全保護裝置，其特徵是，保護裝置外殼內安裝有 閥芯內套，閥芯內套下部有螺紋連接的閥座，並與保護裝置外殼密封，閥座內所裝的關閉滑 閥尾部進入閥座，關閉滑閥上的通氣窗孔暢通，關閉滑閥與閥座採用滑動配合，關閉滑閥通 過懸掛螺母與調節螺杆的底部聯結，調節螺杆最小端的小圓柱體與關閉滑閥上有密封件密 封，調節螺杆中部的活塞上有密封件，並與平衡氣缸滑動配合，活塞與懸掛螺母之間的調節 螺杆上的圓柱表面上加工有對稱的平面，並裝入防轉板的中心孔內，成滑動配合，防轉板上 有多個貫通的孔眼，防轉板外部有對稱的兩個翼板，卡在平衡氣缸的下端部，並由氣缸蓋板 上的螺紋與平衡氣缸固定，平衡氣缸通過三個懸掛銷懸掛於閥芯內套上，調節螺杆下部設 有一中心深孔，一直鑽通至活塞上部，進入氣缸，調節螺杆活塞之上是一光杆，並裝入平衡 氣缸上裝有密封件的上端部，可進行軸向滑動，調節螺杆的最上部有反扣方螺紋，反扣方螺 紋與調節螺母板連接，調節螺母板外部有兩塊方形翼板，裝入有兩個對稱長槽的轉軸內，成 滑動配合，轉軸的上部與頂蓋密封件密封，並伸出頂蓋，伸出部分和調節手輪連接。
2. 根據權利要求1所述的一種用於高產天然氣井輸氣管道安全保護裝置，其特徵是， 平衡氣缸的直徑，按天然氣井產量大小，由計算確定。
3. 根據權利要求1所述的一種用於高產天然氣井輸氣管道安全保護裝置，其特徵是， 不同剛度的組合座封彈簧，安裝在關閉滑閥上部的調節螺母板與平衡氣缸之間，彈簧的作 用力始終讓調節螺杆向上，使關閉滑閥處於打開狀態。
【文檔編號】E21B34/02GK203891836SQ201420237980
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年5月8日 優先權日:2014年5月8日
【發明者】龔偉安 申請人:西安東新石油設備廠有限公司