说明书 一种钻开高压天然气井口闸阀闸板的钻孔装置 所属技术领域
本实用新型涉及一种在高压天然气井口闸阀闸板无法打开的情况下，在闸板上钻孔的装置。
背景技术
高压天然气井口闸阀闸板，主要由于两个原因而无法打开：一是长期关井，闸板锈死；二是开井过程中阀杆脱落，而无法打开闸板。当高压天然气井出现闸阀无法打开的故障后，由于通道堵死，无法进行任何作业，较好地解决办法是先在闸板上钻孔，形成通道，然后进行压井作业，或用特殊的工具更换已损坏的闸阀，以恢复生产。
目前，尚未见到如何解除高压天然气井口闸阀的闸板锈死或脱落后的故障的公开报道，也未见到如何在锈死闸板上钻孔的公开报道。
【发明内容】
本实用新型的目的是提供了一种钻开高压天然气井口闸阀闸板的钻孔装置，要解决的主要技术问题是：
1、要求在不隔断高压天然气气源的状态下，在钻开闸板的全过程中，要确保人身安全、气井安全和环境安全，绝对禁止大量排放有毒天然气，或出现破炸和火灾事故，因而，要解决在施工地全过程中井口天然气压力始终处于受控状态的技术问题；
2、要求在闸阀闸板上完成的钻孔最大直径仅比闸阀原通径小2～3mm，因而，要解决钻孔过程中随时可更换钻头的技术问题；
3、要求在闸板上完成钻孔后，高压天然气井既可以进行井下施工作业(洗井、压井及参数测定等)，也可以直接投入正常生产，因而，要解决在完成所钻闸阀的上部安装有一套可供采气生产的控制阀组的技术问题。
解决其技术问题的方案是：
本实用新型所述是一种在高压天然气井口闸阀闸板上钻孔的装置，包括固定在钻孔闸板闸阀上的一套压力控制阀组和安装在压力控制阀组顶部的液压动力装置。
所述压力控制阀组，由一个扁平四通、闸阀、高压泵、铁屑收集器和节流阀组成。扁平四通的底部与钻孔闸板闸阀相连接，扁平四通的上部安装有顶部闸阀，左边安装有左端闸阀，左端闸阀的出口连接着高压泵，右边安装有右端闸阀，右端闸阀的出口与铁屑收集器相连接，收集器的另一端装有滤网，收集器的出口安装有节流阀；所述液压动力装置，由液压马达、传动轴、推力球轴承、圆柱滚子轴承、钻杆、钻杆密封法兰、加压液缸及防反转接头、防反转销轴和开槽筒组成，加压液缸的活塞杆是空心的，空心活塞杆的顶部装有一个低转数、大扭矩的液压马达，液压马达的输出轴与装在空心活塞杆内的传动轴相连接，传动轴的顶部装有一套推力球轴承，传动轴的下部连接着钻杆，传动轴和钻杆的上端均装有多付圆柱滚子轴承，钻杆的最下端装有钻头，加压液缸的下端盖上装有开槽筒，开槽筒上有一对称的两个长槽，空心活塞杆的下端连接着防反转接头，防反转接头安装在开槽筒内，在防反转接头的对称位置上，装有两个防反转销轴，防反转销轴的另一端装入长槽内，开槽筒的下部安装有钻杆密封法兰，法兰内孔安装有钻杆旋转密封组件。
液压动力装置的动力源，由现有成熟技术组装的液压油泵站供给。液压泵站通过各种阀件操作，可使液压马达作正反向旋转，并可同时通过空心活塞杆的下行运动，给由液压马达带动旋转的钻头加上可控制的轴向压力。
本实用新型的有益效果是：
1.本实用新型在闸板钻孔的过程中，通过左端的高压泵不断地向扁平四通内注入高压水，其注水压力应略高于天然气井口压力，并可由节流阀控制其大小，以保证在任何情况下，外部的空气无法进入；高压水带走了钻孔过程中钻头所产生的热量，以延长钻头使用寿命；同时高压水也将钻孔过程所产生的铁屑携带至收集器，由于收集器有滤网的阻挡，铁屑无法进入节流阀而喷出，避免钻开闸板后高压天然气流将铁屑喷出时可能与收集器、闸阀及节流阀壁摩擦起火，而点燃天然气。
2.液压动力装置中的钻杆及钻头在任何情况下，均可缩回至顶部闸阀的闸板之上，因而可将顶部闸阀完全关闭。然后，可进行更换钻孔钻头，或进一步使用扩孔工具将闸板上的钻孔直径扩大。
3.在完成闸板上钻孔工作之后，拆除液压动力装置、高压泵、铁屑收集器、节流阀等后，压力控制阀组上的三个高压闸阀完全关闭，使高压天然气井口处在压力可控状态，以保证下列后续工作的顺利进行：既可通过已钻开的闸板的孔眼进行压井作业后，更换已损坏的闸阀；也可以应用特殊工具在不压井的情况下更换掉已损坏的闸阀；还可以在压力控制阀组的基础上直接投入生产。
4.本实用新型在高压天然气井口上的操作全部采用液压动力来完成，可避免引爆天然气的事故发生。
因此，本实用新型在闸板钻孔的全过程中，高压天然气始终处于可控制状态，保证了人身安全及天然气井的安全，避免了天然气大量泄露而污染环境，杜绝引起燃烧和爆炸事故。同时本实用新型提供了在钻孔过程中更换钻头及扩孔工具的功能，完成锈死闸板上钻孔后，天然气井可进行任何井下作业，或直接投入生产，为降低后续作业费用提供了可能性，其社会效益及经济效益是非常显著的。
【附图说明】
下面结合附图和实施实例对本实用新型作进一步说明。
图1是本实用新型压力控制阀组及附件安装在需要钻孔闸板的闸阀上的结构示意图。
图2是本实用新型液压动力装置结构示意图。
图3是本实用新型压力控制阀组与液压动力装置安装在需要钻孔闸板的闸阀上的结构示意图。
图4是本实用新型在钻开闸板过程中压力控制阀组及液压动力装置的工作位置示意图。
图5是本实用新型完成闸板钻孔后，压力控制阀组保留在高压天然气井口上的结构示意图。
图中，1—扁平四通；2—闸板上需钻孔闸阀；3—顶部闸阀；4—左端闸阀；5—高压泵；6—右端闸阀；7—铁屑收集器；8—滤网；9—节流阀；10—密封钢垫环；11—高强度连接螺栓；12—需钻孔闸板；13—天然气井口装置中的油管头；14—井内高压天然气；15—空心活塞杆；16—液压马达；17—传动轴；18—推力球轴承；19—圆柱滚子轴承；20—钻杆；21—钻头；22—加压液缸；23—下端盖；24—开槽筒；25—防反转接头；26—防反转销轴；27—钻杆密封法兰；28—钻杆旋转密封组件；29—液压马达进油口；30—液压马达出油口；31—上液缸进(出)油口；32—下液缸进(出)油口；33—高压泵注入的高压水；34—经节流阀减压后的气水混合物；35—压力控制阀组内的高压天然气。
【具体实施方式】
在图1所示为实施实例中，扁平四通1已安装在钻孔闸阀2上的结构示意图，钻孔闸阀2固定在天然气井油管头13上，14为井内高压天然气，扁平四通1的上部有顶部闸阀3，其左、右出口安装有左端闸阀4和右端闸阀6，左端闸阀的出口处安装有高压泵5，右端闸阀的出口处安装有铁屑收集器7，其右端装有滤网8，为保证安全，滤网为目数30～50的铜丝编织，铁屑收集器的出口处连接着节流阀9。它们之间均采用高强度螺栓11和密封钢垫环10连接。
图2所示为实施实例中液压动力装置结构示意图。加压液缸22的空心活塞杆15的顶部装着液压马达16，液压马达的输出轴选用花键与传动轴17连接，传动轴装在空心活塞杆的空心内，传动轴的顶部安装有一套能够承100KN以上轴向力的推力球轴承18，传动轴的下端与钻杆20连接，钻杆上安装有可更换的钻头21，传动轴和钻杆的上端均装有多付圆柱滚子轴承19，这些轴承只起径向扶正的作用，不承受轴向力。加压液缸22的下端盖23上装有开槽筒24，空心活塞杆15的下端装有防反转接头25，防反转接头安装在开槽筒内，防反转接头上对称安装着两根防反转销轴26，两根防反转销轴的另一端装入开槽筒24的长槽内，并可在长槽内滑动，开槽筒的下端安装有钻杆密封法兰27，法兰内孔装有钻杆旋转密封组件28。
图3所示为实施实例中的压力控制阀组上部已安装好液压动力装置的结构示意图。
图4所示为实施实例中的正在闸板12上进行钻孔工作过程中压力控制阀组和液压动力装置的位置示意图。
图5所示为实施实例完成闸板钻孔后，压力控制阀组留装在天然气井口上的示意图。关闭顶部及左、右闸阀3、4、6，然后拆除液压动力装置、高压泵5、铁屑收集器7及节流阀9，天然气井口上保留了压力控制阀组。此时，压力控制阀组已与井内连通，内部充满天然气35，并由三个高压闸阀加以控制。
本实用新型的工作过程是这样的：首先完全打开顶部闸阀3，液压油泵站给液压马达16由进油口29供压力油，使其正转，并带动钻杆20和钻头21一起转动，同时给加压活塞上腔进油口31，供给压力可控的液压油，使空心活塞杆15下行，防反转销轴26在开槽筒24的长槽内向下滑动，钻杆20、钻头21向下移动，直至与需钻孔闸板接触，此时，一方面由加压液缸给钻头加压，另一方面，液压马达带着钻头旋转，于是在闸板上钻孔的工作开始进行。空心活塞杆15上的反扭矩通过防反转接头25传递给防反转小轴26，再传递给开槽筒24及钻杆密封法兰27，通过法兰之间的高强度连接螺栓及密封钢垫环，最终将反扭矩传递给油管头13承受。与此同时，高压泵向压力控制阀组内注入高压水33，以冷却在闸板上钻孔的钻头，并携带铁屑至铁屑收集器7内，由于滤网8的阻挡，高压水由滤网通过，但铁屑留于收集器内，一方面防止高压调节阀被堵塞，更为重要的是在钻穿闸板的过程中，高压天然气已流入压力控制阀组腔内，滤网可防止高压水和天然气的混合物携带铁屑以高速喷出，避免与闸壁摩擦时产生火花而点燃天然气的事故发生。通过节流阀的开启度以调节扁平四通腔内压力的大小，腔内压力应略低于天然气井口压力。在钻孔过程中，如发现钻头刃口崩裂，无法继续钻进，或钻孔完成后需进行扩孔等工作，此时可由加压液缸的下液缸进油口32进油，空心活塞杆带动钻头上行到上端，关闭顶部闸阀3及左、右端闸阀4和7，使高压天然气完全处于压力控制阀组内，换好钻头后，打开有关的闸阀，重新开始钻孔或扩孔工作。完成钻孔后，退出钻头，关闭顶部闸阀3及左、右端闸阀4和7。