一種由壓力與流量控制的採氣井口安全關閉裝置的製作方法
2023-05-18 02:43:21 2
專利名稱：一種由壓力與流量控制的採氣井口安全關閉裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於石油天然氣安全生產裝備製造技術領域，尤其涉及一種由壓 力與流量控制的採氣井口安全關閉裝置。
背景技術：
在現有技術中，為降低天然氣井生產成本，天然氣在井口進行降壓處理後， 由幾十Mpa降至幾MPa，再進入長距離的低壓輸氣管線。
為防止天然氣中水合物在井口及輸送管道管線中形成冰堵，除了在井口給 井內注醇之外，還大量採用在某一井深(該井深處的井溫足以防止降壓結冰)的 油管內下入節流降壓裝置，這也是防止水合物結冰的最有效的方法之一，但這 一裝置常會出現密封失效的問題。密封失效後，降壓隨之失效，天然氣井口壓 力與井底壓力幾近相同，也就是高壓天然氣將進入低壓輸氣管線，如不及時關 閉天然氣井口，將引起爆管等事故，後果十分嚴重。目前在國內各天然氣田採 用天然氣井下節流降低壓力的氣井，均採用安全關閉閥。由壓力傳感器作信號 源，指揮關閉井口高壓天然氣。現有技術的缺點是如果壓力傳感器失靈，再 沒有其他手段可以關閉天然氣井口，這無論是機電一體化或氣動控制，都是如 此。同時在現有的技術中也有採用機電一體化的設計，對我國西部沙漠地區， 天然氣井口無人值守、井口無電，也是不實用的。
發明內容
本實用新型的目的是提供一種由壓力與流量控制的採氣井口安全關閉裝置， 其既能控制採氣井超過高壓設定值(例如6MPa)或低壓設定值(例如0. 5MPa)的 井口關閉問題，同時提供在壓力傳感器失靈後，由流量控制的安全關閉裝置。 所有的操作均為本井口的採氣壓力，無外部動力控制源。
為實現上述目的，本實用新型採取以下設計方案
一種由壓力與流量控制的採氣井口安全關閉裝置，包括有壓差控制閥、高壓 傳感器、低壓傳感器及關閉氣缸；
它還包括一流量控制器，該流量控制器本體設於採氣井口裝置經減壓後與外 輸管線之間的路徑中，流量控制閥本體內，安裝有流量控制關閉閥芯；
所述的關閉氣缸置於流量控制閥本體的上方，具有一中空的活塞及活塞杆， 活塞及活塞杆的中孔與井口所採氣相通；上述流量控制器的關閉閥芯懸掛在關 閉氣缸的活塞杆底端；
所述壓差控制閥的上、下腔分別與所述關閉氣缸活塞的上、下腔相通；
所述高壓傳感器和低壓傳感器底部氣口也與關閉氣缸活塞的下腔相通，兩個 傳感器上的洩壓孔則均與大氣相通。
本實用新型的優點是本實用新型不僅具有一般採氣井口安全裝置的全部功 能，而且能在壓力傳感器失靈的情況下，仍能截斷氣源，增加了採氣井口安全 保護的可靠性；其次，本實用新型使用範圍廣，其無需外部動力源，也無需外 接電源，即可自動完成低壓輸氣管線的超壓保護及管線斷裂後的保護，特別適 用於我國西部荒涼沙漠及戈壁地區作高、低壓油氣井及天然氣井等井口安全保 護關閉裝置使用。
圖1為本實用新型結構示意圖。
圖2為本實用新型中的壓差控制器結構示意圖。
圖3為本實用新型中的高壓傳感器結構示意圖。
圖4為本實用新型中的低壓傳感器結構示意圖。
圖5為本實用新型中的關閉氣缸結構示意圖。
圖6為本實用新型中的流量控制閥結構示意圖。
以下結合附圖對本實用新型做進一步詳細說明
具體實施方式
參閱圖1所示，本實用新型由壓力與流量控制的採氣井口安全關閉裝置包括 有壓差控制閥1、高壓傳感器2、低壓傳感器3及關閉氣缸4，它還包括一流量控制器5。參見圖2所示，所述的壓差控制閥1閥體10內設置有壓差控制閥芯7，閥 芯7上部裝有密封圈8 (雙聯密封圈為佳)，在閥芯的下腔安裝有復位彈簧9， 壓差控制閥的上埠與復位截止閥6相連接，壓差控制閥的下端安裝有檢查關 閉活塞下腔壓力的壓力表11。參見圖3所示，所述的高壓傳感器2的壓力腔內安裝有可供調節高壓壓力 整定值的傳感器彈簧12，彈簧12緊壓在密封蓋13上部，密封蓋座在本體上的 下密封凸臺14上，壓力腔開設與關閉氣缸下腔相通的通道15，還開設有與大氣 相通的洩壓孔16。參見圖4所示，所述的低壓傳感器3的本體上加工有一個向下的密封凸臺 18，下密封蓋19抵在上密封凸臺上，低壓傳感器彈簧17安裝在上密封凸臺18 的內腔裡，通過調節杆21壓在下密封蓋19上，下密封蓋所在空腔20與關閉活 塞下腔相通，還開設有與大氣相通的洩壓孔22。參見圖5所示，所述的關閉氣缸內安裝有活塞24，活塞上有密封裝置25， 活塞杆27與活塞24為一體，活塞杆與活塞中部帶有中孔28，杆外有密封圈29， 中孔28的上部通至活塞上腔，中孔28的下部與井口輸入的氣相通，活塞上腔 開設用於與壓差傳感器上腔連通的通道32，活塞下腔26開設用於與壓差傳感器 下腔連通的通道30及與壓差控制閥下腔連通的通道31，上腔上部安裝有檢測壓 力表23。參見圖6所示，首先在採氣井口裝置經減壓後與外輸管線之間的路徑中設置 安全關閉裝置本體42，其具有一形成井口天然氣輸入口 33與輸出口 34通道關 卡的閥座40，閥座40的內孔中置有預壓復位彈簧41，其上端設流量控制器的 關閉闊芯35，閥芯上端裝有雙聯密封圈36，在關閉氣缸活塞杆27的下端處39 的圓槽內裝有雙半卡環38，用懸掛螺帽37將關閉閥芯懸掛在關閉氣缸的活塞杆
27上，懸掛的位置及活塞杆27延伸出的長度可保證活塞杆27的中孔28與井口 所採氣相通；關閉閥芯35座在預壓復位彈簧41上。
如圖l所示，所述的關閉氣缸4置於流量控制器的上方，流量控制器的關閉 閥芯懸掛在關閉氣缸的活塞杆底端；所述壓差控制閥1的上、下腔分別與所述 關閉氣缸活塞的上、下腔相通；所述高壓傳感器2和低壓傳感器3底部氣口也 與關閉氣缸活塞的下腔相通。
所述的採氣井包括高、低壓油氣井及天然氣井等，以下以天然氣井為例對本 實用新型井口安全關閉裝置的工作原理及過程進行說明
本實用新型的工作原理是壓力傳感器(高壓或低壓)超過設定的壓力值後， 瞬間與大氣接通，關閉閥中的活塞下腔與大氣接通而變成低壓，與此同時，壓 差控制器的下腔變成低壓，壓差控制器上腔的高壓天然氣流經壓差控制器閥而 使其關閉，以保持關閉l周中的活塞上腔仍然是高壓，於是活塞下行推動關閉閥 芯關閉天然氣的氣路。如果高壓傳感器或低壓傳感器失靈，本實用新型仍能做 到關閉高壓氣源的安全保護工作。當高壓傳感器失靈時，高壓天然氣(例如30MPa) 將進入低壓輸氣管網(例如6MPa)，在如此大的壓差下，井口天然氣流量將驟然 增大，通過流量控制器閥芯的間隙後，形成壓力降。此時關閉閥芯上腔是高壓， 下腔是低壓，於是閥芯下行將井口天然氣的氣路關閉。同理，如外輸管線斷裂， 而此時低壓傳感器失靈，同樣形成壓差，驟然增大的天然氣流量仍將經過流量 控制閥器，而關閉氣路。
本實用新型的工作過程如下本實用新型安裝在採氣井口裝置經減壓後與 外輸管線之間的任何位置均可。在正常情況下，經過減壓的井口天然氣由本實 用新型的輸入通道33進入，然後通過流量控制關閉閥芯的側孔進入輸出通道， 從而進入低壓輸氣管道。此時，壓差控制閥上下端壓力相同，閥芯7在復位彈 簧9的作用下，保持打開狀態，因此關閉活塞的下腔壓力與活塞上腔的壓力相 同，在復位彈簧41的作用下，始終處在頂部位置，關閉閥芯35在打開狀態， 而關閉氣缸活塞下腔26通過連接通道30與高壓傳感器和低壓傳感器中的充滿
井口天然氣的壓力腔相通，但均處於密封狀態。如出現高壓傳感器的壓力超過 了設定值，此時高壓傳感器中密封蓋將與凸臺14的密封面脫離，瞬間通過通道
15將關閉活塞下腔26內的天然氣壓力由洩壓孔16與大氣接通，與此同時，通 過通道37使壓差控制閥的下腔與大氣接通，此時閥芯7的上腔仍是井口天然氣 壓力，於是天然氣通過閥芯與閥體之間的間隙向下流動，形成阻力壓差，而使 閥芯關閉了壓差閥，於是關閉氣缸活塞上腔是井口天然氣高壓，而活塞下腔是 與大氣相連通的低壓，活塞將向下運動帶動活塞杆及下部的關閉閥芯35下行， 關閉了輸出天然氣的通道34，達到了安全保護的目的。同理，低壓傳感器在壓 力低於設定值，低壓傳感器打開與大氣相通道，各部件的動作過程與上述是完 全相同的。現假定，由於本實用新型的壓力傳感器長期運作，而在有腐蝕性的 天然氣介質中發生阻卡而不能正常工作，本實用新型中的流量控制閥將提供另 一種安全保障。首先描述高壓傳感器失靈的情況，這時井口天然氣的壓力已經 超過了設定值，輸入安全關閉裝置內的是高壓天然氣，而輸出的低壓管線內的 天然氣是低壓，二者的壓力差大約在5 6倍左右。例如採氣井口的天然氣壓力 為30MPa，而低壓外輸管線壓力為6MPa左右。由於高壓天然氣流向低壓端流動， 因此天然氣的輸出量將急驟增大，在關閉閥芯入口 37處形成壓差，從而將關閉 閥芯關閉，而使關閉裝置關閉。如天然氣的外輸管線出現意外損壞，而低壓傳感 器失靈，與上述描述相同，驟然增大的天然氣流經流量控制閥後，造成關閉閥 上下產生壓差而自動關閉閥芯35，從而關閉天然氣源，以達到安全保護的目的。 本實用新型在完成一次安全關閉氣源的保護後，要再次投入正常生產，首 先將低壓傳感器的下密封蓋通過手輪壓緊，然後打開壓差控制閥的復位截止閥 6，鬆開低壓傳感器下密封蓋，觀察壓力表11和壓力表23的讀數相同，即可恢 復正常生產。
權利要求1、一種由壓力與流量控制的採氣井口安全關閉裝置，包括有壓差控制閥、高壓傳感器、低壓傳感器及關閉氣缸，其特徵在於它還包括一流量控制器，該流量控制器本體設於採氣井口裝置經減壓後與外輸管線之間的路徑中，流量控制閥本體內安裝有流量控制關閉閥芯；所述的關閉氣缸置於流量控制閥本體的上方，具有一中空的活塞及活塞杆，活塞及活塞杆的中孔與井口所採氣相通；上述流量控制器的關閉閥芯掛在關閉氣缸的活塞杆底端；所述壓差控制閥的上、下腔分別與所述關閉氣缸活塞的上、下腔相通；所述高壓傳感器和低壓傳感器底部氣口也與關閉氣缸活塞的下腔相通，兩個傳感器上的洩壓孔則均與大氣相通。
2、 根據權利要求1所述的由壓力與流量控制的採氣井口安全關閉裝置，其 特徵在於所述的壓差控制閥體內設置有壓差控制閥芯，在閥芯的下腔安裝有 復位彈簧，壓差控制閥的上埠與復位截止閥相連接。
3、 根據權利要求2所述的由壓力與流量控制的採氣井口安全關閉裝置，其 特徵在於所述壓差控制閥體內設置的壓差控制閥芯上部裝有密封圈，在壓差 控制閥的下端安裝有壓力表。
4、 根據權利要求1所述的由壓力與流量控制的採氣井口安全關閉裝置，其 特徵在於所述的高壓傳感器的壓力腔下部本體上有下密封凸臺，並同時開設 有與關閉氣缸下腔相通的通道， 一密封蓋座在凸臺上， 一傳感器彈簧緊壓在密 封蓋上部，還開設有與大氣相通的洩壓孔。
5、 根據權利要求1所述的由壓力與流量控制的採氣井口安全關閉裝置，其 特徵在於所述的低壓傳感器中部本體上有向下密封凸臺，下密封蓋抵在上密 封凸臺下方，低壓傳感器彈簧安裝在密封凸臺的內腔裡，通過調節杆壓在下密 封蓋上，壓力腔的下部開設與關閉活塞下腔相通的通道，同時開設與大氣相通 的洩壓孔。
6、 根據權利要求1所述的由壓力與流量控制的採氣井口安全關閉裝置，其 特徵在於所述的關閉氣缸內安裝有帶活塞杆的活塞，活塞杆與活塞為中空的 一體部件，中孔的上部通至活塞上腔，中孔的下部與井口輸入的氣相通，活塞 上腔開設用於與壓差傳感器上腔連通的通道，活塞下腔開設用於與壓差傳感器 下腔連通的通道及與壓差控制閥下腔連通的通道。
7、 根據權利要求6所述的由壓力與流量控制的採氣井口安全關閉裝置，其 特徵在於所述關閉氣缸的活塞上有密封裝置，活塞杆外有密封圈。
8、 根據權利要求1所述的由壓力與流量控制的採氣井口安全關閉裝置，其 特徵在於所述的流量控制閥本體內裝有的流量控制關閉閥芯上端裝有雙聯密 封圈，關閉閥芯座在一預壓復位彈簧上。
9、 根據權利要求1所述的由壓力與流量控制的採氣井口安全關閉裝置，其 特徵在於所述流量控制器的關閉閥芯掛在關閉氣缸的活塞杆底端的具體連接結 構為在關閉氣缸活塞杆下端開設圓槽，圓槽內裝有雙半卡環，用懸掛螺母將 關閉閥芯懸掛在雙半卡環上。
專利摘要一種由壓力與流量控制的採氣井口安全關閉裝置，包括有壓差控制閥、高壓傳感器、低壓傳感器及關閉氣缸；它還包括一流量控制器，流量控制閥本體內安裝有流量控制關閉閥芯；關閉氣缸置於流量控制閥本體的上方，具有一中空的活塞及活塞杆，活塞及活塞杆的中孔與井口所採氣相通；上述流量控制器的關閉閥芯懸掛在關閉氣缸的活塞杆底端；壓差控制閥的上、下腔分別與所述關閉氣缸活塞的上、下腔相通；高壓傳感器和低壓傳感器底部氣口也與關閉氣缸活塞的下腔相通，兩個傳感器上的洩壓孔則均與大氣相通。其不僅具有一般油氣井口安全裝置的全部功能，而且能在壓力傳感器失靈的情況下，仍能截斷氣源，增加了高、低壓油氣井、天然氣井口安全保護的可靠性。
文檔編號E21B34/08GK201176863SQ20082008014
公開日2009年1月7日 申請日期2008年4月23日 優先權日2008年4月23日
發明者龔偉安 申請人:西域科創(北京)油氣裝備技術研究院