一种由压力与流量控制的采气井口安全关闭装置.pdf

一种由压力与流量控制的采气井口安全关闭装置，包括有压差控制阀、高压传感器、低压传感器及关闭气缸；它还包括一流量控制器，流量控制阀本体内安装有流量控制关闭阀芯；关闭气缸置于流量控制阀本体的上方，具有一中空的活塞及活塞杆，活塞及活塞杆的中孔与井口所采气相通；上述流量控制器的关闭阀芯悬挂在关闭气缸的活塞杆底端；压差控制阀的上、下腔分别与所述关闭气缸活塞的上、下腔相通；高压传感器和低压传感器底部气口也与关闭气缸活塞的下腔相通，两个传感器上的泄压孔则均与大气相通。其不仅具有一般油气井口安全装置的全部功能，而且能在压力传感器失灵的情况下，仍能截断气源，增加了高、低压油气井、天然气井口安全保护的可靠性。

1、  一种由压力与流量控制的采气井口安全关闭装置，包括有压差控制阀、高压传感器、低压传感器及关闭气缸，其特征在于：
它还包括一流量控制器，该流量控制器本体设于采气井口装置经减压后与外输管线之间的路径中，流量控制阀本体内安装有流量控制关闭阀芯；
所述的关闭气缸置于流量控制阀本体的上方，具有一中空的活塞及活塞杆，活塞及活塞杆的中孔与井口所采气相通；上述流量控制器的关闭阀芯挂在关闭气缸的活塞杆底端；
所述压差控制阀的上、下腔分别与所述关闭气缸活塞的上、下腔相通；
所述高压传感器和低压传感器底部气口也与关闭气缸活塞的下腔相通，两个传感器上的泄压孔则均与大气相通。

2、  根据权利要求1所述的由压力与流量控制的采气井口安全关闭装置，其特征在于：所述的压差控制阀体内设置有压差控制阀芯，在阀芯的下腔安装有复位弹簧，压差控制阀的上端口与复位截止阀相连接。

3、  根据权利要求2所述的由压力与流量控制的采气井口安全关闭装置，其特征在于：所述压差控制阀体内设置的压差控制阀芯上部装有密封圈，在压差控制阀的下端安装有压力表。

4、  根据权利要求1所述的由压力与流量控制的采气井口安全关闭装置，其特征在于：所述的高压传感器的压力腔下部本体上有下密封凸台，并同时开设有与关闭气缸下腔相通的通道，一密封盖座在凸台上，一传感器弹簧紧压在密封盖上部，还开设有与大气相通的泄压孔。

5、  根据权利要求1所述的由压力与流量控制的采气井口安全关闭装置，其特征在于：所述的低压传感器中部本体上有向下密封凸台，下密封盖抵在上密封凸台下方，低压传感器弹簧安装在密封凸台的内腔里，通过调节杆压在下密封盖上，压力腔的下部开设与关闭活塞下腔相通的通道，同时开设与大气相通的泄压孔。

6、  根据权利要求1所述的由压力与流量控制的采气井口安全关闭装置，其特征在于：所述的关闭气缸内安装有带活塞杆的活塞，活塞杆与活塞为中空的一体部件，中孔的上部通至活塞上腔，中孔的下部与井口输入的气相通，活塞上腔开设用于与压差传感器上腔连通的通道，活塞下腔开设用于与压差传感器下腔连通的通道及与压差控制阀下腔连通的通道。

7、  根据权利要求6所述的由压力与流量控制的采气井口安全关闭装置，其特征在于：所述关闭气缸的活塞上有密封装置，活塞杆外有密封圈。

8、  根据权利要求1所述的由压力与流量控制的采气井口安全关闭装置，其特征在于：所述的流量控制阀本体内装有的流量控制关闭阀芯上端装有双联密封圈，关闭阀芯座在一预压复位弹簧上。

9、  根据权利要求1所述的由压力与流量控制的采气井口安全关闭装置，其特征在于所述流量控制器的关闭阀芯挂在关闭气缸的活塞杆底端的具体连接结构为：在关闭气缸活塞杆下端开设圆槽，圆槽内装有双半卡环，用悬挂螺母将关闭阀芯悬挂在双半卡环上。

一种由压力与流量控制的采气井口安全关闭装置
技术领域
本实用新型属于石油天然气安全生产装备制造技术领域，尤其涉及一种由压力与流量控制的采气井口安全关闭装置。
背景技术
在现有技术中，为降低天然气井生产成本，天然气在井口进行降压处理后，由几十Mpa降至几MPa，再进入长距离的低压输气管线。
为防止天然气中水合物在井口及输送管道管线中形成冰堵，除了在井口给井内注醇之外，还大量采用在某一井深(该井深处的井温足以防止降压结冰)的油管内下入节流降压装置，这也是防止水合物结冰的最有效的方法之一，但这一装置常会出现密封失效的问题。密封失效后，降压随之失效，天然气井口压力与井底压力几近相同，也就是高压天然气将进入低压输气管线，如不及时关闭天然气井口，将引起爆管等事故，后果十分严重。目前在国内各天然气田采用天然气井下节流降低压力的气井，均采用安全关闭阀。由压力传感器作信号源，指挥关闭井口高压天然气。现有技术的缺点是：如果压力传感器失灵，再没有其他手段可以关闭天然气井口，这无论是机电一体化或气动控制，都是如此。同时在现有的技术中也有采用机电一体化的设计，对我国西部沙漠地区，天然气井口无人值守、井口无电，也是不实用的。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种由压力与流量控制的采气井口安全关闭装置，其既能控制采气井超过高压设定值(例如6MPa)或低压设定值(例如0.5MPa)的井口关闭问题，同时提供在压力传感器失灵后，由流量控制的安全关闭装置。所有的操作均为本井口的采气压力，无外部动力控制源。
为实现上述目的，本实用新型采取以下设计方案：
一种由压力与流量控制的采气井口安全关闭装置，包括有压差控制阀、高压传感器、低压传感器及关闭气缸；
它还包括一流量控制器，该流量控制器本体设于采气井口装置经减压后与外输管线之间的路径中，流量控制阀本体内，安装有流量控制关闭阀芯；
所述的关闭气缸置于流量控制阀本体的上方，具有一中空的活塞及活塞杆，活塞及活塞杆的中孔与井口所采气相通；上述流量控制器的关闭阀芯悬挂在关闭气缸的活塞杆底端；
所述压差控制阀的上、下腔分别与所述关闭气缸活塞的上、下腔相通；
所述高压传感器和低压传感器底部气口也与关闭气缸活塞的下腔相通，两个传感器上的泄压孔则均与大气相通。
本实用新型的优点是：本实用新型不仅具有一般采气井口安全装置的全部功能，而且能在压力传感器失灵的情况下，仍能截断气源，增加了采气井口安全保护的可靠性；其次，本实用新型使用范围广，其无需外部动力源，也无需外接电源，即可自动完成低压输气管线的超压保护及管线断裂后的保护，特别适用于我国西部荒凉沙漠及戈壁地区作高、低压油气井及天然气井等井口安全保护关闭装置使用。
附图说明
图1为本实用新型结构示意图。
图2为本实用新型中的压差控制器结构示意图。
图3为本实用新型中的高压传感器结构示意图。
图4为本实用新型中的低压传感器结构示意图。
图5为本实用新型中的关闭气缸结构示意图。
图6为本实用新型中的流量控制阀结构示意图。
下面结合附图对本实用新型做进一步详细说明：
具体实施方式
参阅图1所示，本实用新型由压力与流量控制的采气井口安全关闭装置包括有压差控制阀1、高压传感器2、低压传感器3及关闭气缸4，它还包括一流量控制器5。
参见图2所示，所述的压差控制阀1阀体10内设置有压差控制阀芯7，阀芯7上部装有密封圈8(双联密封圈为佳)，在阀芯的下腔安装有复位弹簧9，压差控制阀的上端口与复位截止阀6相连接，压差控制阀的下端安装有检查关闭活塞下腔压力的压力表11。
参见图3所示，所述的高压传感器2的压力腔内安装有可供调节高压压力整定值的传感器弹簧12，弹簧12紧压在密封盖13上部，密封盖座在本体上的下密封凸台14上，压力腔开设与关闭气缸下腔相通的通道15，还开设有与大气相通的泄压孔16。
参见图4所示，所述的低压传感器3的本体上加工有一个向下的密封凸台18，下密封盖19抵在上密封凸台上，低压传感器弹簧17安装在上密封凸台18的内腔里，通过调节杆21压在下密封盖19上，下密封盖所在空腔20与关闭活塞下腔相通，还开设有与大气相通的泄压孔22。
参见图5所示，所述的关闭气缸内安装有活塞24，活塞上有密封装置25，活塞杆27与活塞24为一体，活塞杆与活塞中部带有中孔28，杆外有密封圈29，中孔28的上部通至活塞上腔，中孔28的下部与井口输入的气相通，活塞上腔开设用于与压差传感器上腔连通的通道32，活塞下腔26开设用于与压差传感器下腔连通的通道30及与压差控制阀下腔连通的通道31，上腔上部安装有检测压力表23。
参见图6所示，首先在采气井口装置经减压后与外输管线之间的路径中设置安全关闭装置本体42，其具有一形成井口天然气输入口33与输出口34通道关卡的阀座40，阀座40的内孔中置有预压复位弹簧41，其上端设流量控制器的关闭阀芯35，阀芯上端装有双联密封圈36，在关闭气缸活塞杆27的下端处39的圆槽内装有双半卡环38，用悬挂螺帽37将关闭阀芯悬挂在关闭气缸的活塞杆27上，悬挂的位置及活塞杆27延伸出的长度可保证活塞杆27的中孔28与井口所采气相通；关闭阀芯35座在预压复位弹簧41上。
如图1所示，所述的关闭气缸4置于流量控制器的上方，流量控制器的关闭阀芯悬挂在关闭气缸的活塞杆底端；所述压差控制阀1的上、下腔分别与所述关闭气缸活塞的上、下腔相通；所述高压传感器2和低压传感器3底部气口也与关闭气缸活塞的下腔相通。
所述的采气井包括高、低压油气井及天然气井等，以下以天然气井为例对本实用新型井口安全关闭装置的工作原理及过程进行说明：
本实用新型的工作原理是：压力传感器(高压或低压)超过设定的压力值后，瞬间与大气接通，关闭阀中的活塞下腔与大气接通而变成低压，与此同时，压差控制器的下腔变成低压，压差控制器上腔的高压天然气流经压差控制器阀而使其关闭，以保持关闭阀中的活塞上腔仍然是高压，于是活塞下行推动关闭阀芯关闭天然气的气路。如果高压传感器或低压传感器失灵，本实用新型仍能做到关闭高压气源的安全保护工作。当高压传感器失灵时，高压天然气(例如30MPa)将进入低压输气管网(例如6MPa)，在如此大的压差下，井口天然气流量将骤然增大，通过流量控制器阀芯的间隙后，形成压力降。此时关闭阀芯上腔是高压，下腔是低压，于是阀芯下行将井口天然气的气路关闭。同理，如外输管线断裂，而此时低压传感器失灵，同样形成压差，骤然增大的天然气流量仍将经过流量控制阀器，而关闭气路。
本实用新型的工作过程如下：本实用新型安装在采气井口装置经减压后与外输管线之间的任何位置均可。在正常情况下，经过减压的井口天然气由本实用新型的输入通道33进入，然后通过流量控制关闭阀芯的侧孔进入输出通道，从而进入低压输气管道。此时，压差控制阀上下端压力相同，阀芯7在复位弹簧9的作用下，保持打开状态，因此关闭活塞的下腔压力与活塞上腔的压力相同，在复位弹簧41的作用下，始终处在顶部位置，关闭阀芯35在打开状态，而关闭气缸活塞下腔26通过连接通道30与高压传感器和低压传感器中的充满井口天然气的压力腔相通，但均处于密封状态。如出现高压传感器的压力超过了设定值，此时高压传感器中密封盖将与凸台14的密封面脱离，瞬间通过通道15将关闭活塞下腔26内的天然气压力由泄压孔16与大气接通，与此同时，通过通道37使压差控制阀的下腔与大气接通，此时阀芯7的上腔仍是井口天然气压力，于是天然气通过阀芯与阀体之间的间隙向下流动，形成阻力压差，而使阀芯关闭了压差阀，于是关闭气缸活塞上腔是井口天然气高压，而活塞下腔是与大气相连通的低压，活塞将向下运动带动活塞杆及下部的关闭阀芯35下行，关闭了输出天然气的通道34，达到了安全保护的目的。同理，低压传感器在压力低于设定值，低压传感器打开与大气相通道，各部件的动作过程与上述是完全相同的。现假定，由于本实用新型的压力传感器长期运作，而在有腐蚀性的天然气介质中发生阻卡而不能正常工作，本实用新型中的流量控制阀将提供另一种安全保障。首先描述高压传感器失灵的情况，这时井口天然气的压力已经超过了设定值，输入安全关闭装置内的是高压天然气，而输出的低压管线内的天然气是低压，二者的压力差大约在5～6倍左右。例如采气井口的天然气压力为30MPa，而低压外输管线压力为6MPa左右。由于高压天然气流向低压端流动，因此天然气的输出量将急骤增大，在关闭阀芯入口37处形成压差，从而将关闭阀芯关闭，而使关闭装置关闭。如天然气的外输管线出现意外损坏，而低压传感器失灵，与上述描述相同，骤然增大的天然气流经流量控制阀后，造成关闭阀上下产生压差而自动关闭阀芯35，从而关闭天然气源，以达到安全保护的目的。
本实用新型在完成一次安全关闭气源的保护后，要再次投入正常生产，首先将低压传感器的下密封盖通过手轮压紧，然后打开压差控制阀的复位截止阀6，松开低压传感器下密封盖，观察压力表11和压力表23的读数相同，即可恢复正常生产。