油井泄漏封堵装置 所属技术领域
本发明涉及一种应用于石油开采中油井泄漏的封堵装置， 是一种用限容气囊膨胀 配合防脱出保险机构对油井管道进行封堵的装置。 背景技术
目前， 在石油开采过程中， 由于失火、 爆炸或遇风浪等特殊情况会发生钻井采油管 道断裂的问题， 管道断裂时， 如果备用阀门失控不起作用或者断裂部位位于阀门的下方或 很深的海底， 此时就会发生原油泄漏， 给环境造成极大的破坏 ： 如墨西哥湾原油泄漏事故， 每天都有大量的原油泄漏， 造成了极大的生态灾难。 发生此类事故后， 目前采用的堵漏方法 有： 向水下放置上百吨的水泥罩、 向漏油管道内注入重金属、 在管道上放置金属罩收集漏油 等， 这些方法收效都不大， 仍然无法彻底阻止原油和天然气的泄漏。发明内容
本发明是为了解决石油钻探开采过程中， 管道突然发生断裂产生漏气、 漏油， 而现 有解决方案施工难度大、 堵漏不及时、 效果不明显、 对环境污染破坏大的问题而设计的。
本发明是由以下技术方案实现的， 具体说明如下 ：
本发明的设计原理是用限容气囊膨胀阻塞油井管道， 从而对漏气漏油进行封堵。 全套装置由 ： 防脱出气囊封堵部、 液压加压部、 重力下垂部三部分组成。
本装置防脱出气囊封堵部设置一个比油井管道细的空心钢管， 空心钢管的头端是 封闭的， 并且设计为锥形， 以利于顺利进入油井管道。空心钢管的侧面设置限容气囊的位 置， 开有通气孔， 用于注入气体或液体。 在开有通气孔的部位外侧， 设置限容气囊， 限容气囊 共分三层 ： 内层气囊用弹性材料制成， 在充气或充液时可以膨胀而不会漏气漏液 ； 中间层 是用无弹性超强纤维织物材料制成的囊， 其设计直径略大于油井管道的内径， 此层结构是 在内层气囊充气充液加压膨胀后， 可以承载气囊膨胀时的压力， 阻止内层气囊无限制膨胀， 从而实现封堵功能 ； 最后一层用与内层基本相同的弹性材料制成， 此层弹性材料有向内收 紧的力量和作用， 可以保证中间层的无弹性纤维织物材料向内收缩并进入保护套管内。
为了保证封堵效果并分散和减轻单个气囊的压力， 在空心钢管上可以同时设置多 个相同的气囊， 在充气充液时， 这些气囊可以同时膨起， 对管道进行封堵， 多个气囊同时膨 起， 等于在纵向上增加了多层结构， 可以减少单个气囊受承的压力， 同时可以增加气囊外壁 与油井管道内壁的接触面积和摩擦力， 从而极大的增加了封堵的可靠性， 保证了封堵的效 果。
在限容气囊的外侧， 设置一个钢制保护套管， 保护套管可以保护气囊在下沉和置 入输油管道时不受损伤。 保护套管可以沿空心钢管向后移动， 在保护套管的后端， 焊接一个 用钢板制成的三角形的阻挡板， 阻挡板的宽度比油井直径的宽度长一倍， 以保证阻挡板不 会进入油井管道。为了控制保护套管的移动距离， 在空心钢管的一定位置设置一个保护套 管限位环。防脱出气囊封堵部向油井管道内置入时， 保护套管同时进入油井管道， 在到达预 定的位置时， 保护套管后端的三角形阻挡板便会卡在油井顶端管壁上不再前进， 继续向前 置入气囊封堵部， 气囊便会从保护套管内逐渐暴露出来， 在三角形阻挡板与限位环会合后， 气囊已从保护套内完全脱出， 此时便可以加压充气充液， 使气囊膨胀。 气囊封堵部的设计直 径为油井管道内径的三分之一左右， 因此在置入管道时对原油的喷出只有少量影响， 大量 原油仍可从旁边的缝隙中喷出， 因此对气囊封堵部的置入影响不大。
防脱出气囊封堵部到达预定位置后， 在向气囊内充气或充液的过程中， 由于气囊 的膨胀， 喷出的油气对封堵部的压力增加， 会将气囊封堵部从油井管道内向外推出， 为了保 证气囊不从管道内脱出， 设计了一套防脱出保险固定机构， 在空心钢管上， 固定设置一个保 险索固定钢板， 保险索固定钢板上连接有高强度钢丝绳制成的保险索， 钢丝绳的下端连接 高强度钢制挂钩， 在气囊封堵部到达预定位置后， 用水下机器人将钢制挂钩挂在油井管道 的卡环上， 或者在油井管道上钻两个孔， 将钢钩直接挂在油井管道的孔内， 这样就可以将整 套装置与油井管道固定拴紧在一起， 保证气囊在膨胀过程中即使受到很大的上升压力也不 会从油井内脱出。 保护套限位环的后面， 设置一个截止阀门或单向阀门， 它的作用是在气囊 完全膨胀并成功封堵油井后， 可以用水下机器人关闭阀门， 使气囊处于固定膨胀封堵状态， 此后便可以断开后面的液压加压装置了。 如果安装单向阀门， 则可自动关闭， 可以省略水下 机器人关闭阀门的操作。 在截止阀门的后面， 设置液压加压装置， 该装置的作用是向气囊内注入使其膨胀 的液体或气体。 液压加压装置内设置一个容器， 容器内装入向气囊内注入的液体或气体， 在 封堵气囊到达预定的位置后， 启动该装置向气囊内注入气体或液体， 使其膨胀封堵， 封堵成 功后， 停止加压， 关闭截止阀门， 使气囊保持设定压力， 此时便可断开液压加压装置与空心 钢管的连接， 向石油管道内注入水泥等可固化的封堵物质， 彻底封住油井。 在去除液压加压 装置和后面的重力下垂部后， 可用一个大的套管将油井管道封堵部、 截止阀门等全部套入， 然后向其内注入水泥等可固化封堵物， 使其完全封闭。
由于油井内向外大量喷出原油和天然气， 封堵部向下进入油井时会遇到一定的阻 力， 因此在加压装置上面设置重力下垂部， 重力下垂部由一定体积的钢铁铸件制成， 其作用 是利用其自身重量保证整个装置下垂到指定位置， 同时利用其下垂的力量和水下机器人的 帮助保证将封堵部送入油井管道内。
该装置利用限容气囊在管道内下面的一定位置进行膨胀后封堵， 只要气囊内的压 力超过油井喷出油气的压力， 膨胀后的气囊便会紧贴在管壁上， 从而彻底封堵住漏油。 这个 方法可以适用于任何油管断裂造成的漏油事故。该装置设计合理、 结构简单、 操作可靠、 封 堵漏油立竿见影， 可以大大减轻发生事故后漏油对环境的污染。
附图说明 ：
图 1 是本发明结构示意图。
图 2 是本发明实施封堵示意图。
图 3 是本发明未充气限容气囊装入金属保护套管内示意图。
图 4 是本发明限容气囊充气膨胀后示意图。
图 5 是本发明限容气囊结构示意图。图中 ： 1 是油井管道、 2 是油井管道卡环、 3 是钢钩挂环、 4 是油井管壁钻孔、 5 是头 部圆锥、 6 是金属保护套管、 7 是限容气囊、 8 是三角形限位阻挡板、 9 是钢钩、 10 是空心钢管、 11 是保险索、 12 是阻挡板限位环、 13 是截止阀门或单向阀、 14 是保险索固定钢板、 15 是贮液 容器、 16 是活塞、 17 是液压装置、 18 是重力下垂钢铁部件、 19 是弹性内层气囊、 20 是非弹性 限容囊、 21 是外层弹性气囊、 22 是空心钢管通气孔。具体实施方式 ：
下面结合附图说明本发明的具体实施方式 ：
由图 1 和图 2 可以看出 ： 在空心钢管 10 的头部设置头部圆锥 5， 头部圆锥 5 的后面 设置多个限容气囊 7， 限容气囊 7 未充气时处于缩紧状态， 其外部设置一个可以移动的金属 保护套管 6， 金属保护套管 6 的后面连接有三角形限位阻挡板 8， 在气囊封堵部进入到油井 管道 1 的一定位置时， 三角形限位阻挡板 8 便会卡在油井管道 1 的井口管壁上不再进入， 此 时继续向下推进气囊封堵部， 限容气囊 7 便从金属保护套管 6 内逐渐暴露出来， 在空心钢管 10 上的一定位置， 固定有阻挡板限位环 12， 当三角形限位阻挡板 8 与阻挡板限位环 12 会合 后， 限容气囊 7 已完全从金属保护套管 6 内暴露出来， 同时因为三角形限位阻挡板 8 卡在油 井管道 1 的口上， 气囊封堵部便不会继续向油井管道 1 内进入。在空心钢管 10 上的阻挡板 限位环 12 后面， 设置一个截止阀门或单向阀 13， 当限容气囊 7 膨胀封堵成功后， 可用水下机 器人关闭截止阀门 13( 如果设置单向阀， 则可不必进行此操作 )。在截止阀门或单向阀 13 的后面设置保险索固定钢板 14， 保险索固定钢板 14 上设置钢丝绳制成的保险索 11， 保险索 11 上设置钢钩 9， 在气囊封堵部到达预定位置后， 用水下机器人将保险索 11 上的钢钩 9 挂 在钢钩挂环 3 上或直接在油井管道 1 上钻两个油井管壁钻孔 4， 将钢钩 9 直接挂在油井管壁 钻孔 4 上， 此时便可向限容气囊 7 内注入气体或液体， 使其膨胀封堵。在限容气囊 7 膨胀的 时候， 油井内喷出的油气会产生向上的推力， 但由于保险索 11 已将气囊封堵部和油井管道 1 牢牢的栓紧在一起， 所以限容气囊 7 不会从油井管道 1 内脱出， 从而保证了封堵成功。在 保险索固定钢板 14 的后面， 设置一套液压装置 17， 液压装置 17 内设有贮液容器 15， 贮液容 器 15 内贮有液体或气体， 启动液压装置 17 后， 活塞 16 向前移动， 将贮液容器 15 内的液体 或气体压入限容气囊 7 内， 使其膨胀封堵。在液压装置 17 的后面， 根据需要设置足够重量 的金属铸件， 这样在气囊封堵部进入油井管道 1 时， 即使遇到一定的阻力， 也可以利用其自 身重量将气囊封堵部送入油井管道 1 中。
本装置利用一套保险机构将气囊封堵装置与油井管道拴紧在一起， 使其不会从油 井管道内脱出， 然后用耐压的限容气囊进行封堵， 这种结构的设计可以有效和彻底的在最 短的时间内对漏油的油井进行封堵， 从而大大减少了石油泄漏对环境的污染和破坏。