不壓井作業(yè)自動過接箍裝置制造方法
【專利摘要】一種不壓井作業(yè)自動過接箍裝置，是由主體設備和電氣液壓控制系統(tǒng)兩大部分組成，主體設備包括上下2個結構完全相同的1號和2號封井器，中間用短節(jié)相連；封井器殼體中間有通徑，上下有連接法蘭，左右有連接螺孔，殼體內部有油道，外部有油口，殼體內具有3個水平腔體，中間腔體為帶圓角的矩形水平腔，腔內有與通徑相連的上置油道，殼體上下兩個腔體為水平矩形滑道；封井器殼體上下兩個腔體內分別設置有壓感式接箍探測器；封井器殼體內的中間腔體內設置有預應力接箍導入膠芯機構、膠芯直壓密封機構、活塞行程調節(jié)機構，電氣液壓控制系統(tǒng)由液壓控制裝置和電氣控制系統(tǒng)組成，裝在一獨立的控制柜中。該裝置具有密封壓力高，工作安全可靠，工作壽命長。
【專利說明】不壓井作業(yè)自動過接箍裝置

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及油田油水井不壓井作業(yè)設備中的井口控制設備，特別是不壓井作業(yè)自動過接箍裝置及其控制方法。

【背景技術】
[0002]油田油水井不壓井作業(yè)中，油管接箍通過井口控制設備時，通常采用“強行過接箍”和上下封井器交替開關“倒接箍”的兩種方式；強行過接箍可使用筒形或球形封井器，由于油管接箍不帶倒角，且受結構和膠芯材料的限制，筒形封井器工作壓力低，球形封井器膠芯易損壞，工作壽命短，維修困難；“倒”接箍方式是現(xiàn)場常用的方式，由于受到井口控制設備結構的限制，“倒”接箍的過程通常由操作手手動完成，中途油管需要時停時動，稍有不慎還會損壞封井器膠芯，工作效率低；這在很大程度上制約了不壓井工藝技術水平的提高和廣泛應用。


【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明的發(fā)明目的是提供一種不壓井作業(yè)自動過接箍裝置。本發(fā)明的自動過接箍裝置在液壓電氣控制系統(tǒng)的控制下，油管接箍在限定的速度內可自動通過不壓井井口控制設備，且工作壓力高，安全可靠，壽命長，大大提高了工作效率和不壓井作業(yè)的技術水平。
[0004]本發(fā)明的不壓井作業(yè)自動過接箍裝置，是由主體設備和電氣液壓控制系統(tǒng)兩大部分組成，主體設備包括上下2個結構完全相同的I號封井器I和2號封井器II，中間用短節(jié)相連；封井器殼體中間有通徑，上下有連接法蘭，左右有連接螺孔，殼體內部有油道，外部有油口，殼體內具有3個水平腔體，中間腔體為帶圓角的矩形水平腔，腔內有與通徑相連的上置油道，殼體上下兩個腔體為水平矩形截面滑道；
[0005]封井器殼體上下兩個腔體內分別設置有壓感式接箍探測器III，對油管進行定心探測；
[0006]封井器殼體的中間腔體內設置有:
[0007]預應力油管接箍導入膠芯機構V，可使無倒角油管接箍順利導入關閉的膠芯；
[0008]膠芯直壓密封機構IV，用于密封油管；
[0009]活塞行程調節(jié)機構VI，用于對封井器液壓缸的活塞行程進行調節(jié)；
[0010]電氣液壓控制系統(tǒng)VII由液壓控制裝置和電氣控制系統(tǒng)組成，裝在一控制柜中。
[0011]所述壓感式接箍探測器是由定心滑塊3、連接環(huán)4、觸頭5、活塞6、壓力開關7、液壓缸24、液控單向閥24-1和溢流閥24-2組成，封井器上下兩個水平腔體為矩形截面的滑腔，滑腔內有2個對稱的定位凹臺，滑腔內裝有2個對稱的定心滑塊3，所述定心滑塊3前端有鉗形半圓通孔，后端有定位凸臺3-1，定心滑塊3上裝有可更換的觸頭5，定心滑塊3可在滑腔內滑動，當所述2個定心滑塊3的定位凸臺3-1與所述滑腔的定位凹臺接觸后，2個定心滑塊3的前端剛好在中心形成一直徑大于接箍直徑的圓形通道，油管被定心在此通道中，此時左右2個觸頭5間的距離大于油管直徑2-3_，油管在所述圓形通道內可自由通過，接箍探測器左右兩側各有I個液壓缸24，液壓缸中的活塞桿6通過連接螺母4與定心滑塊3相連，液壓缸24上設有壓力開關7、液控單向閥24-1和溢流閥24-2。
[0012]所述預應力油管接箍導入膠芯機構包括半環(huán)壓板17、膠芯16和加壓板15 ;半環(huán)壓板17上有半環(huán),半環(huán)內徑大于接箍外徑半環(huán)厚度5_8mm,膠芯16前端有與油管直徑相同的半圓密封面，半環(huán)壓板17通過膠芯16上的滑銷16-1與膠芯16相連，加壓板15作用在膠芯16上。
[0013]所述膠芯直壓密封機構是由膠芯16，加壓板15、增壓缸12，壓力開關10、液控單向閥22和封井器液壓缸23組成，膠芯16有與油管直徑相同的半圓密封面，加壓板對膠芯施加密封壓力，封井器液壓缸中的活塞桿與加壓板相連，封井器液壓缸上設有壓力開關、液控單向閥和增壓缸。
[0014]所述活塞行程調節(jié)機構，包括活塞13、花鍵套8-1、花鍵軸8-2，定位盤8-3，花鍵套8-1與活塞13固定，活塞13前移，花鍵套8-1脫離花鍵軸8-2，轉動花鍵軸8_2 —定角度后鎖定，活塞13后移，花鍵套8-1不能進入花鍵軸8-2，活塞13短行程工作，需要時，花鍵軸8-2轉回原位，活塞13后移，花鍵套8-1進入花鍵軸8-2，活塞長行程工作。
[0015]所述液壓控制裝置，安放在獨立的液壓電氣控制柜下部，是由2個電液閥26-1和液壓管線組成，每個電液閥控制I個封井器打開或關閉，接箍探測器液壓缸24獨立供壓，液壓控制裝置26由液壓站供油和回油。
[0016]所述電氣控制系統(tǒng)，安放在獨立的液壓電氣控制柜VII上部，自動控制起下油管時，壓力開關信號可自動控制過接箍的作業(yè)過程；下放油管自動控制和上提油管自動控制可通過萬能轉換開關29進行轉換；意外情況或需要時，可用手動操作方式，按壓關閉或打開按鈕28 ;工作中有聲音警示，指示燈，工作過程指示，電源為24V蓄電池；控制系統(tǒng)在工作時無論是自動還是手動都有互鎖裝置，2個封井器只能打開I個，2個封井器不能同時打開，需要時，按操作要求才能同時打開2個封井器。
[0017]本發(fā)明的不壓井作業(yè)自動過接箍裝置的控制方法為:在限定速度下，下放油管自動過接箍過程的工作準備工位為2號封井器關閉，I號封井器打開；在此狀態(tài)下，接箍觸碰I號封井器下接箍探測器觸頭時，壓力開關X2發(fā)出關閉I號封井器控制信號，I號封井器關閉后，壓力開關X5發(fā)出打開2號封井器控制信號,在2號封井器液缸壓力降為O尚未打開時，接箍即可進入或延遲進入膠芯，并通過2號封井器；在接箍觸碰2號封井器下接箍探測器觸頭時，壓力開關X4發(fā)出延遲關閉2號封井器控制信號，2號封井器關閉后，壓力開關X6發(fā)出打開I號封井器控制信號，此時又回到工作準備工位，第I個接箍通過，完成第I個工作循環(huán)，此工作循環(huán)期間，壓力開關Xl發(fā)出警示信號及控制系統(tǒng)復位輔助控制信號；
[0018]上提油管自動過接箍過程的工作準備工位為I號封井器關閉，2號封井器打開，在此狀態(tài)下，接箍觸碰2號封井器上接箍探測器觸頭時，壓力開關X3發(fā)出關閉2號封井器控制信號，2號封井器關閉后，壓力開關X6發(fā)出打開I號封井器控制信號，當I號封井器液缸壓力降為O尚未打開時，接箍即可進入或延遲進入，并通過I號封井器；在接箍觸碰I號封井器上接箍探測器觸頭時，壓力開關Xl發(fā)出延遲關閉I號封井器控制信號，I號封井器關閉后，壓力開關X5發(fā)出打開2號封井器控制信號，此時又回到工作準備工位，第I個接箍通過，完成第I個工作循環(huán)，此工作循環(huán)期間，壓力開關X4發(fā)出警示信號及控制系統(tǒng)復位輔助控制信號；
[0019]下放油管自動過接箍控制與上提油管自動過接箍控制通過萬能轉換開關進行轉換；自動過接箍控制有自動和手動控制功能，有互鎖機構，緊急情況下可迅速關閉封井器。
[0020]本發(fā)明的自動過接箍裝置中安裝了壓感式接箍探測器II1、預應力接箍導入膠芯機構IV、膠芯直壓密封機構V、液壓缸活塞行程調節(jié)機構VI和電氣液壓控制機構VII，這些機構有特殊的功能和作用，自動過接箍裝置將這些機構有機組合在一起，在液壓電氣控制系統(tǒng)的控制下實現(xiàn)了自動過接箍工藝過程，成為一套完整的實用的自動過接箍裝置。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1自動過接箍裝置主體設備結構圖
[0022]圖2自動過接箍裝置控制原理圖
[0023]圖3壓感式接箍探測器結構示意圖
[0024]圖4預應力接箍導入膠芯機構示意圖
[0025]圖5膠芯直壓密封機構不意圖
[0026]圖6活塞行程調節(jié)機構示意圖
[0027]圖7a液壓電氣控制柜正面示意圖
[0028]圖7b液壓電氣控制柜側面示意圖
[0029]圖8電氣控制面板示意圖
[0030]I號封井器1、2號封井器I1、接箍探測器II1、接箍導入膠芯機構IV、膠芯直壓密封機構V、活塞行程調節(jié)機構V1、電氣液壓控制柜VII
[0031]封井器油口 1、油管2、定心塊3、連接環(huán)4、觸頭5、活塞6、壓力開關Xl 7、壓力開關常開觸點7-1、壓力開關串聯(lián)觸點7-2、行程調節(jié)裝置8、花鍵套8-1、花鍵軸8-2、定位盤8-3、增壓缸9、壓力開關X5 10、壓力開關X2 11、壓力開關X6 12、活塞13、壓力開關X4 14、加壓板15、膠芯16、半環(huán)壓板17、封井器殼體18、壓力開關X3 19、法蘭短節(jié)20、探測器油口21、液控單向閥22、液壓缸23、探測器液壓缸24、液控單向閥24_1、溢流閥24_2、電氣控制系統(tǒng)25、電氣控制柜面板25-1、液壓控制裝置26、電液換向閥26-1、自動控制按鈕開關27、手動控制按鈕開關28、萬能轉換開關29、指示燈30。

【具體實施方式】
[0032]下面結合附圖對本發(fā)明做進一步詳細描述。
[0033]如圖2所示，自動過接箍的工作過程是I號封井器I和2號封井器II按控制程序自動交替開關，使接箍通過的過程，此過程中接箍不能遇阻，膠芯16不得非正常損壞，還要保持密封壓力。
[0034]以下放油管過程為例說明:
[0035]自動過接箍的過程中有2個工作位置，A和B位；A位是在2號封井器II關閉，I號封井器I打開狀態(tài)下，接箍下移觸碰探測器觸頭，壓力開關X2動作時的位置，此時I號封井器開始關閉，關閉過程中，接箍脫離I號封井器；當I號封井器關閉后，壓力開關X5控制打開2號封井器,當2號封井器液壓缸壓力降為O且尚未打開時,接箍下移到2號封井器膠芯16上平面處，即B位，此時接箍導入機構允許接箍進入膠芯16并通過2號封井器，接箍從A位移動到B位所用時間為T，A位與B位間的距離為S，接箍移動速度為Vmax，Vmax =S/T。
[0036]Vmax為油管通過自動過接箍裝置時允許移動的最大速度。
[0037]在限定的Vmax下，可實現(xiàn)自動過接箍過程，減少封井器開關過程的時間T，增加A位B位間的距離S，可提高油管通過時的允許速度Vmax。
[0038]如圖2所示，自動控制過接箍時，控制信號來源于壓力開關，本發(fā)明的控制原理及控制程序以下放油管過程為例說明:
[0039]1、按下放油管準備按鈕27，關閉2號封井器Y2，I號封井器Yl此時處于打開狀態(tài)；
[0040]2、接箍觸碰觸頭，壓力開關Xl閉合，發(fā)出聲音警示信號，控制KT，KM復位；
[0041]3、接箍觸碰觸頭，壓力開關X2閉合，控制I號封井器Yl關閉，I號封井器Yl關閉后，壓力開關X5打開,控制2號封井器Y2打開,接箍通過2號封井器Y2 ；
[0042]4、接箍觸碰觸頭，壓力開關X4閉合，在時間繼電器KT的控制下，2號封井器Y2延時關閉；
[0043]5、2號封井器Y2關閉后,壓力開關X6閉合,在中間繼電器KM的控制下，I號封井器Yl打開，完成一個工作循環(huán)。
[0044]如圖1和圖3所示，每個封井器的上下方各有I個壓感式接箍探測器，每個探測器各帶2個壓力開關，探測方式為壓感式。壓感式接箍探測器III，是由:定心滑塊3、連接螺母4、觸頭5、活塞6、壓力開關7、探測器油口 21、探測器液壓缸24、液控單向閥24_1和溢流閥24-2組成；定心滑塊3上有定位凸臺3-1 ;液壓缸24上裝有液控單向閥24_1、溢流閥24-2和壓力開關7 ;工作時在液壓缸24的推動下，左右定心滑塊3向中心移動，當定位凸臺3-1與滑腔凹臺接觸時，2個定心滑塊3中心正好形成I個比接箍直徑大的通道，且2個安裝在定心滑塊3上的觸頭5間的距離大于油管直徑2-3mm ;此時，液壓缸24的預壓力可平衡油管2的側向力，不使油管偏離中心；當接箍通過時，接箍觸碰觸頭5，觸頭5徑向外移，液壓缸24中壓力增高，當大于壓力開關7設定值時，開關動作；左右2個壓力開關7的常開觸點7-1串聯(lián)連接，只有2個開關同時動作，探測器才有信號輸出到控制系統(tǒng)中。液控單向閥24-1起保壓作用，溢流閥24-2起限壓作用。此壓感式接箍探測器有油管定心作用，探測油管接箍的準確性和可靠性高。
[0045]如圖1和圖4所示，封井器預應力接箍導入膠芯機構IV，是由；半環(huán)壓板17、膠芯16和加壓板15組成；半環(huán)壓板17上有半環(huán)，半環(huán)內徑大于接箍外徑8-10mm，半環(huán)厚度5-8mm，膠芯16前端有與油管直徑相同的半圓密封面，半環(huán)壓板17和膠芯16用滑銷16-1相連。由于半環(huán)外徑大于膠芯圓孔內徑，當加壓板15在液壓力作用下推動膠芯16時，左右兩個半環(huán)壓板15首先接觸，然后膠芯16上下部受半環(huán)阻擋變形，在半環(huán)處將膠芯撐開，形成了喇叭口 16-2。此接箍導入膠芯機構可使無倒角接箍順利進入關閉的膠芯16，不受膠芯的阻擋而損壞膠芯，當操作人員不慎超出限定速度起下油管時不會造成遇阻等意外事故；當封井器缸內壓力降為O尚未打開前時，接箍即可進入膠芯16，隨后膠芯16打開，接箍通過，且不會損壞膠芯，還提高了油管通過時限定的速度Vmax。
[0046]具有助封功能的閘板式封井器，由于井內液體的助封作用，增大了密封接觸壓力，利用較小的外部液壓力，可獲得較大的密封壓力，井的壓力越高，助封的效果越明顯；對于自動過接箍裝置，膠芯開關頻率高，需要時，封井器膠芯應快速打開，而具有助封作用的封井器，迅速打開封井器不但需要較大的外部液壓力，而且打開的速度較慢，不適合自動過接箍裝置的要求。
[0047]如圖1和圖5所示，自動過接箍裝置的封井器采用大膠芯直壓密封機構，沒有助封結構，是由:膠芯16，加壓板15、增壓缸12，壓力開關10、液控單向閥22和封井器液壓缸23組成，膠芯16在相對封閉的金屬腔內受壓縮變形來進行密封，密封效果好，密封壓力高，對膠芯16的磨損有補償作用，使用壽命更長。由于密封作用完全由外部液壓力提供，因而液壓缸23需要提供較大的壓力，增壓缸12可以將液控系統(tǒng)壓力提高2.5-4倍，來保持封井器的密封壓力，增壓過程中由液控單向閥22進行保壓，壓力開關10輸出液壓缸壓力控制信號。
[0048]如圖1和圖6所示，不壓井作業(yè)使用的封井器液壓缸必須有較大的活塞行程，使油管掛或其他井下工具能夠順利通過，即封井器打開時應滿足通徑要求。但在自動過接箍過程中，封井器打開只需要大于接箍直徑，活塞行程縮短使封井器關閉和打開的時間減少，可提高油管起下速度。本發(fā)明自動過接箍裝置的封井器采用的活塞行程調節(jié)機構VI，包括活塞13、花鍵套8-1、花鍵軸8-2，定位盤8-3，花鍵套8-1與活塞13固定?；钊?3前移，花鍵套8-1脫離花鍵軸8-2，轉動花鍵軸8-2 —定角度后鎖定，活塞13后移，花鍵套8_1不能進入花鍵軸8-2，活塞13短行程工作，需要時，花鍵軸8-2轉回原位，活塞13后移，花鍵套8_1進入花鍵軸8-2，活塞長行程工作。
[0049]如圖7a和7b所示，液壓控制裝置26安放在獨立的液壓電氣控制柜VII下部，是由:2個電液閥26-1和液壓管線組成，每個電液閥控制I個封井器打開或關閉，接箍探測器液壓缸24獨立供壓，液壓控制裝置26由液壓站大排量供油和回油。電氣控制系統(tǒng)25安放在獨立的液壓電氣控制柜VII上部，自動控制起下油管時，壓力開關信號可自動控制過接箍的作業(yè)過程；下放油管自動控制和上提油管自動控制可通過萬能轉換開關29進行轉換；意外情況或需要時，可用手動操作方式，按壓關閉或打開按鈕28 ;工作中有聲音警示，指示燈30，工作過程指示，電源為獨立直流蓄電池；控制系統(tǒng)在工作時無論是自動還是手動都有互鎖裝置，2個封井器只能打開I個，2個封井器不能同時打開，需要時，按操作要求才能同時打開2個封井器。
[0050]本發(fā)明自動過接箍裝置具有在限定速度下起下油管自動過接箍功能，密封壓力高，工作安全可靠，工作壽命長，膠芯有補償功能，控制合理，可提高不壓井作業(yè)的效率和工藝技術水平。
【權利要求】
1.不壓井作業(yè)自動過接箍裝置，其特征在于，是由主體設備和電氣液壓控制系統(tǒng)兩大部分組成，主體設備包括上下2個結構完全相同的I號和2號封井器，中間用短節(jié)相連；封井器殼體中間有通徑，上下有連接法蘭，左右有連接螺孔，殼體內部有油道，外部有油口，殼體內具有3個水平腔體，中間腔體為帶圓角的矩形水平腔，腔內有與通徑相連的上置油道，殼體上下兩個腔體為水平矩形滑道； 封井器殼體上下兩個腔體內分別設置有壓感式接箍探測器，對油管接箍進行定心探測； 封井器殼體內的中間腔體內設置有: 預應力接箍導入膠芯機構，可使無倒角油管接箍順利導入關閉的膠芯； 膠芯直壓密封機構，用于密封油管； 活塞行程調節(jié)機構，用于調節(jié)封井器液壓缸活塞的行程； 電氣液壓控制系統(tǒng)由液壓控制裝置和電氣控制系統(tǒng)組成，裝在一獨立的控制柜中。
2.根據(jù)權利要求1所述的不壓井作業(yè)自動過接箍裝置，其特征在于，所述壓感式接箍探測器是由定心滑塊、連接螺母、觸頭、活塞、壓力開關、液壓缸、液控單向閥和溢流閥組成，封井器上下兩個水平腔體為矩形截面的滑腔，滑腔中有2個對稱的定位凹臺，滑腔內具有2個對稱的定心滑塊，所述定心滑塊前端有鉗形半圓通孔，后端有定位凸臺，定心滑塊上裝有可更換的觸頭，定心滑塊可在滑腔內滑動，當所述2個定心滑塊的定位凸臺與所述滑腔的定位凹臺接觸后，2個定心滑塊的前端剛好在中心形成一直徑大于接箍直徑的圓形通道，油管被定心在此通道中，此時左右2個觸頭間的距離比油管直徑大2-3mm，油管在所述圓形通道內可自由通過，接箍探測器左右兩側各有I個液壓缸，液壓缸中的活塞通過連接螺母與定心滑塊相連，液壓缸上設有壓力開關、液控單向閥和溢流閥。
3.根據(jù)權利要求1所述的不壓井作業(yè)自動過接箍裝置，其特征在于，所述預應力油管接箍導入膠芯機構包括半環(huán)壓板、膠芯和加壓板組成；半環(huán)壓板上有半環(huán)，半環(huán)內徑大于接箍外徑8-10mm,半環(huán)厚度4_8mm,膠芯有與油管直徑相同的半圓密封面，半環(huán)壓板通過膠芯上的滑銷與膠芯相連。
4.根據(jù)權利要求1所述的不壓井作業(yè)自動過接箍裝置，其特征在于，所述膠芯直壓密封機構是由膠芯，加壓板、增壓缸，壓力開關、液控單向閥和封井器液壓缸組成，膠芯有與油管直徑相同的半圓密封面，加壓板對膠芯施加密封壓力，封井器液壓缸中的活塞桿與加壓板相連，封井器液壓缸上設有壓力開關、液控單向閥和增壓缸。
5.根據(jù)權利要求1所述的不壓井作業(yè)自動過接箍裝置，其特征在于，所述活塞行程調節(jié)機構，包括活塞、花鍵套、花鍵軸，定位盤，花鍵套與活塞固定，活塞前移，花鍵套脫離花鍵軸，轉動花鍵軸一定角度后鎖定，活塞后移，花鍵套不能進入花鍵軸，活塞短行程工作，需要時，花鍵軸轉回原位，活塞后移，花鍵套進入花鍵軸，活塞長行程工作。
6.根據(jù)權利要求1所述的不壓井作業(yè)自動過接箍裝置，其特征在于，所述液壓控制裝置，安放在獨立的液壓電氣控制柜下部，是由2個電液閥和液壓管線組成，每個電液閥控制I個封井器打開或關閉，接箍探測器液壓缸獨立供壓，液壓控制裝置由液壓站供油和回油。
7.根據(jù)權利要求1所述的不壓井作業(yè)自動過接箍裝置，其特征在于，所述電氣控制系統(tǒng)，安放在獨立的液壓電氣控制柜VII上部，自動控制起下油管時，壓力開關信號可自動控制過接箍的作業(yè)過程；下放油管自動控制和上提油管自動控制可通過萬能轉換開關進行轉換；意外情況或需要時，可用手動操作方式，按壓關閉或打開按鈕；工作中有聲音警示，指示燈，工作過程指示，電源為獨立直流蓄電池；控制系統(tǒng)在工作時無論是自動還是手動都有互鎖裝置，2個封井器只能打開I個，2個封井器不能同時打開，需要時，按操作要求才能同時打開2個封井器。
【文檔編號】E21B33/03GK204113184SQ201420555659
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年9月19日 優(yōu)先權日:2014年9月19日
【發(fā)明者】任慶生, 傅秀明, 付文杰 申請人:盤錦卓越石油機械設備制造有限公司