控制和撲滅油井起火的系統的製作方法

2023-11-04 12:54:32 2

專利名稱：控制和撲滅油井起火的系統的製作方法
技術領域：
本發明的主題為一控制油井起火或其他相當液態物質起火的系統。採用本發明可燃物質的噴發可被停止，而石油鑽管在堵塞後有可能重新被打開。
目前有三種不同的方法可嘗試用來撲滅油井的火災。
用水噴灑在火根上，同時消防人員在保護罩的掩護下力圖接近火焰並嘗試用手工關閉油管的閥門。這種方法是危險的，並且需要大量的水，這在火場並不是總能供上的。
爆炸燃燒的油井，這樣在周圍區域內，氧的用量就會暫時大增，致使火焰由於缺乏足夠的氧而被熄滅，在此之後就可更換閥門和其他破損設備。這種方法是極其危險的。
用燃燒的油管在同一口油井內鑽出一個新孔，將水泵入其內，這樣油的噴出就會被水的噴出替代，可將火焰撲滅。這是一個費錢而又費時的操作，並不能保證成功。另外，這種方法實現起來是危險的。
本發明的設備的主要零部件為一個液壓筒、一個活塞、一個鑽孔筒、一個堵塞筒、一個鑽頭、一個箱式夾具、一臺液壓馬達或其他動力源、一個堵塞栓、一個帶有導管和壓力蓄積器的液壓容器、及一個自動控制和監視系統。我們的想法是，每一個油及/或氣的鑽管各有其自己一套與管徑匹配的鑽孔單元。就鑽孔單元而言，包括鑽孔機構和需要用來封閉一個油或氣的鑽管的堵塞機構。數個鑽孔單元可使用一個共同的動力源和其液壓容器。在深水的條件下如在海上石油鑽探平臺上，水壓可被它自身的機構導引而被使用在這個系統內。為了造成壓力還可在一兩端具有活塞的粗大圓筒內使用爆炸，而將壓力通過一個分開的中央容器導引或直接導引到液壓容器內。壓力還可從鑽孔單元下面的油或氣的鑽管中通過一個鑽出的孔和固定在其上的接頭取得。能按所需數目裝上鑽孔單元，該數目在本例中為三。
本發明的系統的目的是要控制油及/或氣的火情，使巨大的油及/或氣的鑽探設備的毀壞得以避免。本發明的設備可裝到一個正在施工的油及/或氣的鑽探系統上，或者一個已經選好的油及/或氣的鑽探系統上，或者甚至於裝到一個正在燃燒的系統上。當該設備已經預先安裝在石油鑽探系統上時，由於該設備是遙遠安裝的並且自動控制的，油井之火不會對人們造成威脅，即使是裝在已經燃燒的系統上的設備也不需要人們跑到火根鄰近，相反地該設備被裝在地下。由此可見本發明的優點，即設備和操作方法都很安全，他們可以拯救環境，節省金錢和油或氣。
下面本發明將結合附圖較詳細地說明。


圖1為第一鑽孔筒運動時設備的剖面圖。
圖2為第一堵塞筒就位時設備的剖面圖。
圖3為所有三個堵塞筒都就位時設備的剖面圖。
圖4為半球形筒的剖面圖。
圖5為具有磨光表面的圓錐形筒的部分剖面圖。
圖6為具有伸出刀片的圓錐形筒的部分剖面圖。
圖7為安裝的設備和液壓容器的部分剖面圖，該圖沒有示出設備所在地下構築空間的結構。
圖8詳細示出箱式夾具和鎖緊的堵塞栓。
圖9示出一個應用例，其中鑽孔筒和堵塞筒(圖上未畫出)操作時都從油及/或氣的鑽管的同一側開始，並且上述兩筒被填料箱導引，切割縫也被填料箱密封。在圖中在右手側的填料箱還沒有被收緊到位。
在圖1、2和3中，我們的想法是，在油及/或氣的鑽管和堵塞筒的右手側可以有一個與在油及/或氣的鑽管的左側類似的推動及/或轉動機構。撇開這些圖，同樣合適的做法是將一個接著另一個操作的鑽孔單元分別設置在油及/或氣的鑽管的兩個對側，這樣接續進行的鑽孔和堵塞就可分別從鑽管的兩個對側開始。如果有三個或更多的鑽孔單元環繞著同一個油及/或氣的鑽管，那麼每一個單元可被這樣設置使這們從完全不同的方向上開始操作，這樣便能在鑽孔和堵塞時使在鑽管上造成的合力儘可能地減小。
當設備起動時，壓力蓄積器10的壓力被排放到液壓容器11內，該壓力使液壓馬達8及其閥開始操作。流入液壓筒1內的油推動活塞2，而活塞又推動鑽頭5和鑽孔筒向前。當鑽孔筒3穿透得足夠遠即通過石油鑽管7時，機械的反向閥就下令給鑽頭5和鑽孔筒3使它們返回，還下令給堵塞筒4使它進行堵塞。堵塞筒4也可設在鑽孔筒3的後面，在該情況下就只需一個方向的運動。當所有鑽孔單元都已操作過如果需要還可封閉堵塞栓。這個工作可用液壓或炸藥來做。堵塞筒可只是用被推動的方法來操作或者還可裝上轉動的例如可用來磨削的馬達。在堵塞時或堵塞後，可另外將一種帶壓力的滅火物質如液氮送入到氣或油的鑽管內。送入時通過一個用類似鑽孔筒3的裝置在油或氣的鑽管上切割出孔。所有這些無需用電，可用強制的控制來完成，在該情況下一旦操作開始就不能停止。設備被箱式夾具6固定在油管的周圍並被支承在夾具的底部上。將各種大小的管分開來堵塞可防止在頂部的管降落。將套筒安裝在管子上切割開的地方上並將塞頭拔出，石油鑽探系統便可重新操作。
下面的應用方法可用來堵塞外面的油或氣的鑽管，說明主要是結合圖9寫的。
除了在早先提到的本發明的零部件以外，本發明還包括一個填料箱14、一個收緊器15、堵塞鎖16、一個滑動軸承(例如一條鉻帶)17、壓縮的油襯墊18、一條鎖緊槽19和一條框架槽20。面向油或氣的鑽管的填料箱14的端頭被製成所要配合的鑽管的外壁形狀並且十分尖銳，可被滑動軸承17和收緊器15收緊到位，收緊器15具有外螺紋可與框架12的內螺紋配合，因此可在安裝時用手工或在設備開動時用自動機構予以收緊。在填料箱的收緊器15的周圍制有一條鎖緊槽19，當填料箱的收緊器被推到所需深度時，被彈簧/液壓牽引到框架12上的堵塞鎖16便被推入到鎖緊槽內。另外，在設備的框架12上制有一條框架槽20，其目的是在填料箱的收緊器之外加設此槽用來防止填料箱14在抵達所需深度後發生鬆弛現象。而已被收緊到位的填料箱14的油或氣的鑽管7的端頭上是十分尖銳的並且是由極硬材料製成的，其目的是要密封被鑽孔和堵塞的油或氣的鑽管7的堵塞縫，並導引鑽孔和堵塞聯合體3-4在其內的行動。在填料箱14和軸13之間的縫隙則由一個壓縮的油襯墊來密封。當鑽孔進行時，從油或氣的鑽管7上鑽下的碎片被留在鑽孔和堵塞的聯合體3-4上。
閥門的監視和控制可這樣的操作1.採用在加工和自動化技術中已知的方法。
2.用電測量傳感器從系統的磁場中獲知的變化，這些變化例如是由下列量的變化造成的流率、流向、溫度、壓力、穩定性。磁場中發生的這些變化用電通過數個電阻器內的變化把它們記錄下來，這些電阻器由電晶體定向並由計算機集成為一體，閥門的操作是由存儲在計算機內的限制值控制的。閥門在水下的周圍環境及在其內的變化也可通過這種方法加以監視，任何一種觀察到的情況，如恐怖主義的恐嚇，都可傳到監視和控制的終端上。
3.分析並協調各該量，如由在鑽頭頂尖內和軸上的傳感器測得的溫度、壓力、旋轉速率、移動速率及在這些量中的變化。
為了控制閥門可以採用下列方式1.有電路連接的、單獨的閥門控制，這樣關閉閥門只需一個指令便可。
2.直接控制或通過液壓閥間接控制。
3.用氣動機構操作液壓閥。
操作可以是手動的或自動的，在後一種情況下，系統是由各該獨立封閉系統的安全開放而開動的。作為要測量的量可以採用溫度、氣體、含量、壓力、流量、搖動、力學、電技術中的量或其他這類量，這些量能自動地對閥門給出指示，而人力是不可能這樣做的。
指示操作的傳感器可裝在閥門上給我們示出閥門的操作狀態。
1.在液壓容器內的壓力傳感器可示出閥門已開始操作，指出油的工作壓力。
2.計量儀表示出的油量可指出運動的距離-進入液壓筒內的油量指出運動的距離，-在液壓筒返回側上的壓力傳感器指示返回運動的操作。
3.在堵塞筒內的壓力傳感器指示堵塞運動。
4.指示鑽頭旋轉的傳感器位在鑽頭的軸上。
5.位在鑽頭頂尖內的傳感器可測到主要量。
自動數據處理裝置使用這些量便可在計算機終端上描繪出閥門操作的細節。
權利要求
1.閥門設備和一種用來堵塞油及/或氣的鑽管的系統，其特徵為，該設備具有一個液壓筒(1)、一個活塞(2)、一個部分中空的鑽孔筒(3)、一個中空的堵塞筒(4)、一個鑽頭(5)、箱式夾具(6)、一個動力源(8)、一個堵塞螺栓(9)、壓力蓄積組(10)、一個連同管線的液壓容器(11)、一個框架(12)、軸(13)、一個利用靜液壓的機構和一個自動控制和監視的系統。
2.按照權利要求1的設備，其特徵為，鑽孔筒(3)的頭部為球形並裝有一個可用液壓伸出和縮回的刀片，在該情況下，鑽孔筒(3)還可用作堵塞筒(4)。
3.按照權利要求1的設備，其特徵為，鑽孔筒(3)為圓錐形，可裝有一個動態的鑽頭尺寸調節器，在該情況下，堵塞筒(4)也是圓錐形的並可用油壓及/或炸藥予以鎖緊。
4.按照權利要求1的設備，其特徵為，鑽孔筒(3)為一圓筒，其端點有一刀片。
5.按照權利要求1和4的設備，其特徵為，堵塞筒(4)可用油壓或炸藥鎖緊。
6.按照權利要求1、3、4的設備，其特徵為，在鑽孔筒(3)端點的中心有一鑽頭。
7.按照權利要求1-6項的設備，其特徵為，鑽孔筒(3)、堵塞筒(4)和鑽頭(5)前進運動的能量來自壓力蓄積器(10)，通過活塞(2)、軸(13)、液壓筒(1)和液壓容器(11)以及管線而得到。
8.按照權利要求1-6項的設備，其特徵為，鑽孔筒(3)和鑽頭(5)的旋轉運動的能量來自壓力蓄積器(10)，通過活塞(2)、軸(13)、用作動力源的液壓馬達(8)和液壓容器(11)以及管線而得到。
9.按照權利要求1的設備，其特徵為，箱式夾具(6)由於它為兩部分構成的結構，因此可從兩側裝到鑽管(7)的周圍。
10.按照權利要求1-9項的設備，其特徵為，箱式夾具(6)的內側為圓錐體並設有螺紋。
11.按照權利要求1的設備，其特徵為，用炸藥或用油壓將堵塞栓放置並鎖緊在位。
12.按照權利要求1和11的設備，其特徵為，堵塞栓(9)比最外邊的油及/或氣的鑽管(7)寬並具有一個由傾斜的V字兩側形成的點。
13.按照權利要求1-8項的設備，其特徵為，鑽孔筒(3)和堵塞筒(4)的外直徑比要被堵塞的油或氣的鑽管(7)的內直徑大，而比要被堵塞的油或氣的鑽管(7)的外直徑小。
14.按照權利要求1和3的設備，其特徵為，當鑽孔筒(3)開始旋轉時，鑽孔筒(3)的刀片被機械地及/或液壓地伸出，而當旋轉方向改變時，該刀片被機械地或液壓地拉回到鑽孔筒(3)內。
15.按照權利要求1、2、3、4、6、7、8、13和14的設備，其特徵為，在鑽孔筒(3)的外面有一磨光表面。
16.按照權利要求1、3、4、6、7、8、13、14和15的設備，鑽孔筒(3)還能用作堵塞筒(4)，堵塞筒的膨脹可用液壓或炸藥來完成。
17.按照權利要求1-16的設備，其特徵為，鑽孔筒(3)和堵塞筒(4)兩者可位在油及/或氣的鑽管的同一側或不同側。
18.按照權利要求1-17的設備，其特徵為，鑽孔單元被分別設置在油及/或氣的鑽管的兩個對側，使接續進行鑽孔時可從油及/或氣的鑽管的不同側開始，堵塞也是同樣情況。
19.按照權利要求1-17的設備，其特徵為，三個或更多的鑽孔單元被設置在油及/或氣的鑽管的完全不同的側向，使接續進行鑽孔時可從油及/或氣的鑽管的不同側開始，堵塞也是同樣情況。
20.按照權利要求1-19的設備，其特徵為，該設備也能被安裝到一個由一塊所謂板控制的油及/或氣的鑽孔系統內。
21.按照權利要求1-19的設備，其特徵為，在水下的條件下，靜水壓力也能被一分開的機構導引出來成為系統內所可使用的能量。
22.按照權利要求1-21的設備，其特徵為，通過對系統磁場內變化的測量可連續監控油及/或氣的鑽孔單元和機器人以及其周圍事物，並能採取這些變化所要求的行動。
23.按照權利要求22的設備，其特徵為，磁場內的變化可用電測量，這些變化是由於流率、流向、溫度、壓力、穩定性或周圍材料的變化而造成的。
24.按照權利要求23的設備，其特徵為，藉助於電阻器及其內的變化和電晶體可進行電觀察，這些觀察然後被計算機以綜合的方式收集起來。
25.按照權利要求22-24的設備，其特徵為，這些測量儀器所收集到的信息集中到計算機上，被綜合到編碼的限制值內，用該限制值來控制閥門的操作，並將情況傳送給監視和控制的終端。
26.按照權利要求1-19的設備，其特徵為，在粗大的筒內爆炸所造成的壓力可通過導管導引成為在系統內可被使用的能量。
27.按照權利要求1-19、26的設備，其特徵為，爆炸所造成的空氣壓力可被直接導引到液壓容器內或通過一個分開的中央容器。
28.按照權利要求1-19、26、27的設備，其特徵為，在粗大的筒內有兩個與軸向平行的活塞分別位在炸藥的兩個不同側。
29.按照權利要求1-19的設備，其特徵為，所需能量也能從油或氣的鑽管的下面取得，通過一個分開的接頭將鑽管內造成的負壓力或多餘壓力引出。
30.按照權利要求1-19、28的設備，其特徵為，接頭被圖8所示的箱式夾具固定。
31.按照權利要求1-30的設備，其特徵為，除了權利要求1所提到的零部件外，設備還可包括一個填料箱(14)、一個收緊器(15)、堵塞鎖(16)、滑動軸承(17)、壓縮的油襯墊(18)、一條鎖緊槽(19)和一條框架槽(20)。
32.按照權利要求1、31的設備，其特徵為，在鑽孔和加塞來堵塞外面的油或氣的鑽管(7)時所留下的縫隙是用硬質材料製成的填料箱(14)來密封的，該填料箱的一端十分尖銳並被被製成油或氣的鑽管(7)的形狀。
33.按照權利要求1、31、32的設備，其特徵為，填料箱(14)能通過一個最好為鉻帶的滑動軸承(17)和一個設有外螺紋的填料箱收緊器(15)手動地或自動地被收緊到位。
34.按照權利要求1、31、32、33的設備，其特徵為，當填料箱的收緊器(15)到達固定的深度時，它由於其鎖緊槽(19)可被牽引在設備框架(12)上的堵塞鎖(16)嵌入而被鎖緊。
35.按照權利要求1、31、32、33、34的設備，其特徵為，框架(12)的圓筒形內表面上有一條框架槽(20)沿著其圓周延伸，當填料箱(14)被收緊時，填料箱(14)的橫截面為圓形的端頭可抵達該槽。
36.按照權利要求1、31-35的設備，其特徵為，鑽頭(5)或軸(13)被一壓縮的油襯墊(18)包圍著，由於這個油襯墊，被用作能量的壓縮的液壓油便可與鑽孔和堵塞聯合體(3)、(4)、(5)或其頭部隔開。
37.按照權利要求1-21、26-36的設備，其特徵為，本設備能在計算機將設在本設備各部及其周圍的各種傳感器和儀表測得的量如流率、流向、溫度、壓力、穩定性和材料變化匯總的條件下通過電腦程式被操作或控制。
38.按照權利要求1-37的設備，其特徵為，通過各種傳感器和其他儀表收到的關於設備維修和堵塞過程所需信息可被計算機和衛星傳送到控制中心。
39.按照以上權利要求中任一項的設備，其特徵為，在堵塞時或堵塞後為了撲滅火焰可將一種帶壓力的滅火物質例如液氮通過一個分開的、從上述堵塞單元上鑽出的孔輸送進去。
40.按照權利要求39的設備，其特徵為，所說鑽孔和送入滅火物質的操作可自動與實際進行堵塞的設備聯合在一起進行或分開進行。
全文摘要
採用堵塞生產管或鑽管的方法來控制油井火焰的系統。有一採用可動活塞的箱被配裝在鑽管的周圍。活塞的前端裝有一個鑽孔筒(3),通過一個液壓的活塞和圓筒裝置可使鑽孔筒(3)向鑽管移動,隨後鑽孔筒可鑽透鑽管的壁,於是該鑽孔筒或一個分開的堵塞筒(4)可留在鑽出的孔內並堵塞液體不讓它通過鑽管流出。該過程可遙控。
文檔編號E21B29/08GK1240493SQ97180690
公開日2000年1月5日 申請日期1997年10月1日 優先權日1996年10月10日
發明者塔莫·E·T·尼尼瓦拉, 泰羅·T·赫塔, 恩西·K·J·尼尼瓦拉 申請人:通海閥工程有限公司工程部