自备更换 1 号主控阀结构的抗硫采油气井口装置 技术领域 本发明属于采油 ( 气 ) 井口装置。尤其是一种自备更换 1 号主控阀结构的抗硫采 油气井口装置。
背景技术 采油气井口装置的结构多种多样。根据各种功能大致为双翼井口装置， 单翼井口 装置， 双管井口装置， 单管井口装置等。各种井口装置都能发挥各自功能， 都能控制油气井 内的原油， 天然气的压力， 产量和流体介质的流向。 由于抗硫采油气井口装置一旦安装在生 产油气井上后， 采油气树上的 1 号主控阀就是控制井内高压油气流体的总闸阀。它将直接 控制来自地层中地油气流体， 对于一口生产油气井说， 它是至关重要的。 它一旦发生漏失或 阀杆密封填料损坏， 就可能使该井失控， 造成不堪设想的严重后果。
在此之前， 如图 1 所示， 所设计生产的采油气井口装置通过在采油树 I 和套管头 III 之间的油管头体 2 内的油管挂内安装一个背压阀， 从而截断油气井内流体， 再操作更换 1 号主控闸阀 1。该背压阀油管挂固定安装在油管挂内， 采用螺纹固定， 但是， 由于油管挂内 加工的螺纹长期受高压油气流体冲刷或流体介质的腐蚀， 就有可能无法固定牢靠背压阀。 同时， 当需要更换 1 号主控闸阀 1 时， 还要拆掉 4 号闸阀 5 以上部分并安装一个长达 3 ～ 4 米左右的专用液压工具才能将背压阀送入到油管挂内的固定位置， 同时还要通过工人操作 液压杆来上紧固定背压阀。 一旦油管挂内的螺纹被腐蚀或冲刷， 就无法固定背压阀， 这时就 只有采用重泥浆压井来更换 1 号主控阀， 这样会花费大量的人力， 财力。少则花费上百万， 多则花费几百万人民币， 同时还会对井底油气产层造成伤害或污染环境。
发明内容 本发明的目的在于解决现有技术的空白， 提供一种安全， 可靠地自备更换 1 号主 控阀结构的抗硫采油气井口装置， 满足油气井开采过程中的实用需求。
本发明所采用的技术方案是 ：
一种自备更换 1 号主控阀结构的抗硫采油气井口装置， 包括井口截断装置和压力 平衡装置 ； 由操作杆和活动密封装置构成的井口截断装置布置在 1 号主控阀下方油管挂内 的油气井道上， 活动密封装置安装在油管挂内油气井道内部， 活动密封装置具有对应油气 通道内流量通道截面的活动密封面， 操作杆一端连接旋转密封装置、 另一端穿过油管挂壁 并延伸出一段距离 ； 压力平衡装置是一条高压气道， 该高压气道一端连接 1 号主控阀下方 的油管头四通套管阀的油气通道上、 另一端连接 1 号主控阀上方的采油树生产阀油气通道 上。
所述油管头内密封安装有油管挂， 旋转密封装置是一个旋转密封装置， 包括旋转 密封体、 上密封座、 下密封座与转动轴， 上、 下密封座呈套筒状， 对称安装在油管挂内， 上、 下 密封座的内径大小一致， 构成流量通道 ； 旋转密封体布置在上、 下密封座之间， 通过转动轴 与操作杆轴向连接 ； 旋转密封体的截面对应上、 下密封座的内径大小， 其两侧具有与上、 下
密封座端面对应的结构。
所述上、 下密封座的内径呈长圆形， 上密封座的下端面和下密封座的上端面具有 对称的球形斜口， 旋转密封体的上、 下两侧具有与上、 下密封座的球形斜口对应的球形结 构， 上密封座球形斜口底部对应下密封座球形斜口底部之间的距离＝旋转密封体上、 下两 侧之间的距离， 球形斜口的长边边长。
所述旋转密封体与转动轴的连接处， 旋转密封体上具有凹槽， 转动轴上具有与该 凹槽对应的卡块。
所述旋转密封装置与油管挂内部管壁的连接处具有密封环。
所述油管头外部， 操作杆的周围具有一个圆孔， 圆孔内布置有操作杆的高压密封 装置。
所述高压密封装置是一组密封填料和填料压盖， 密封填料装填在圆孔内部， 填料 压帽通过与油管头四通体上的螺纹啮合， 同轴安装并固定操作杆。
所述高压气道是一根高压软管， 一端与油管头四通体上的套管阀连接、 另一端连 接在采油树生产阀上。
所述油管挂外部设计有一观察槽， 对应操作杆与转动轴的连接位置。 本发明的优点和积极效果是 ：
1. 本发明的自备更换 1 号主控阀结构的抗硫采油气井口装置， 具有可靠控制高压 油气生产井内通道的功能 . 只要在本装置工作压力范围内， 就能有效控制井内高压流体流 动。
2. 本发明的自备更换 1 号主控阀结构的抗硫采油气井口装置的功能 ： 快速， 可靠 切断生产井内高压油气流体时， 无需任何特殊设备， 就可更换采油气树中的 1 号主控阀。
4. 本发明的自备更换 1 号主控阀结构的抗硫采油气井口装置的功能 ： 适用范围 广， 采用不同的材料加工控制零件， 就能满足不同环境下的使用要求， 适应技术规范 ： PSL1、 PSL2、 PSL3、 PSL3G、 PSL4。
采用不同的加工工艺和制造方法， 就能满足抗硫采油气井口装置的性能要求 ： PR1、 PR2。
5. 本发明的自备更换 1 号主控阀结构的抗硫采油气井口装置整体结构简单， 紧 凑适用， 设计科学合理 ： 在生产井上更换采油气树中的 1 号主控阀时， 不需要特殊设备或工 具， 只需 3 ～ 4 人在短时间内就能快速， 有效地更换完采油气树中的 1 号主控阀。使该井在 3 ～ 4 小时内就能恢复生产。
适应于压力区域范围 ： 14MPa ～ 105MPa 之间 ；
控制油管内径为 ： 11/2in、 2 in、 21/2 in、 3 in ；
是一种全新的自备更换 1 号主控阀结构的抗硫采油气井口装置。
附图说明
图 1 为现有技术的结构示意图。 图 2 为本发明的结构示意图。 图 3 为图 2 中井口截断装置 IV 的局部放大图。 图中标号表示 ： I- 采油树， II- 油管头， III- 套管头， 1-1 号主控闸阀， 2- 螺栓，3- 油管头四通体， 4- 钢环， 5-4 号闸阀， IV- 井口截断装置， 6- 高压软管， 7- 油管挂， 8- 密 封圈， 9- 大四开环， 10- 孔用弹簧格圈， 11- 圆环， 12- 操作杆， 13- 填料压帽， 14- 密封填料， 15- 转块， 16- 密封环， 17- 垫圈， 18- 下密封座， 19- 波形弹簧， 20- 卡块， 21- 旋转密封体， 22- 转动轴， 23- 小四开环， 24- 上密封座。 具体实施方式
下面结合图 2 ～图 3， 对本发明的具体实施方式做进一步详述， 需要说明的是 ： 本 实施例是描述性的， 不是限定性的， 不能以此来限定本发明的保护范围。
本发明是一种自备更换 1 号主控闸阀 1 结构的抗硫采油气井口装置， 布置在采油 树 I 和套管头 III 之间的油管头 II 上， 包括井口内截断装置 9 和压力平衡装置。油管头 II 内通过顶丝固定油管挂 7 在油管头四通体 3 内部， 油管挂 7 与油管头四通体 3 的内壁之间 布置有密封圈 8、 油管挂 7 的下部还布置有密封环 16 和垫圈 17， 起到更加完善的密封作用。 井口内截断装置 9 布置在 1 号主控闸阀 1 下方的油管头四通体 3 你的位置， 包括操作杆 12 和旋转密封装置， 旋转密封装置固定安装在 1 号主控闸阀 1 下方的油管挂 7 的内壁上， 操作 杆 12 安装在油管头四通体 3 的外部， 用来控制旋转密封体开或关。
旋转密封装置包括旋转密封体 21、 上密封座 24、 下密封座 18、 密封圈 29、 转块 15 与转动轴 22。油管挂 7 体内安装有大四开环 9 和小四开环 23。
大四开环 9 固定旋转密封体 21、 上密封座 24、 下密封座 18 与密封圈 29， 使它们形 成一个控制油气流通道的整体， 小四开环 23 固定转块 15 和转动轴 22， 使它们形成一个控 制流体的总开关。大四开环 9 与上密封座 24 之间布置有孔用弹簧隔圈 14 和圆环 11， 圆环 11 支撑大四开环 9， 孔用弹隔圈 14 进一步固定圆环 11， 起到更加稳定的加固、 密封的作用。 下密封座 18 与油管挂 7 两者接触之间布置有波形弹簧 19， 下密封座 18 始终与旋转密封体 21 接触， 达到密封良好的效果。
上密封座 24 和下密封座 18 呈内球状， 对称安装在油管挂 7 的内壁上， 上密封座 24 和下密封座 18 的内球状大小一致， 油气通过上密封座 24 和下密封座 18 内通道流动。旋转 密封体 21 布置在上密封座 24 和下密封座 18 之间， 截面对应上密封座 24 和下密封座 18 的 内径大小相同， 其两侧具有与上密封座 24 和下密封座 18 座球面对应的结构。旋转密封体 21 与上密封座 24 和下密封座 18 的内径构成油气流量通道。
旋转密封体 21 通过转动轴 22 与操作杆 12 轴向连接， 使操作杆 12- 转动轴 22- 旋 转密封体 21 连为一体， 达到联动的目的， 利用操作杆 12 来截断油气通道。旋转密封体 21 的端面上具有凹槽， 转动轴 22 的一端具有与该凹槽对应的卡块 20， 通过卡块 20 与旋转密封 体 21 上的凹槽的连接， 使转动轴 22 与旋转密封体对应连接。操作杆 12 安装在转动轴 22 的内部， 使操作杆 12 通过转动轴 22， 与旋转密封体 21 轴向连接。转动轴 22 的外廓上布置 有转块 15， 对转动轴 22 起到固定、 支撑和配合其转动的作用。转块 15 和转动轴 22 之间、 转 块 15 和油管挂 7 之间， 均安装有密封圈 8， 使之达到更好的密封、 固定效果。
上密封座 24 的下端面和下密封座 18 的上端面具有对称的球形斜口， 旋转密封体 21 的上、 下两侧具有与上述球形斜口对应的球形结构， 上密封座 24 球形斜口底部对应下密 封座 18 球形斜口底部之间的距离＝旋转密封体 21 上、 下两侧之间的距离， 球形斜口的长边 边长＝旋转密封体 21 上、 下两侧边边长。当操作杆 12 为初始状态时， 旋转密封体 21 的两侧与上密封座 24、 下密封座 18 的球形斜口接触， 构成打开的油气流量通道 ； 当操作杆 12 旋 转 90°时， 旋转密封体 21 的两侧与上密封座 24、 下密封座 18 的球面接触， 使油气流量通道 截断。
油管头四通体 3 的外部， 操作杆 12 的周围有一个圆孔， 圆孔内布置有操作杆 12 的 高压密封装置。该高压密封装置是一组密封填料 14 和填料压盖 17， 密封填料 14 装填在圆 孔内部， 填料压帽 13 通过与油管头四通体 3 上的螺纹啮合， 同轴安装并固定， 密封操作杆 12。
压力平衡装置包括高压软管及其连接器。本实施例中， 高压软管 6 通过连接器， 一 端连接在油管头四通体 3 套管阀上、 另一端连接在采油树 I 的生产阀上。由于本实施例中， 高压软管 6 连接在采油树 I 的油气树生产阀上， 因此， 并不需要在此上重新安装阀门， 油管 压力平衡装置的阀门即为采油树 I 的阀门， 控制高压软管 6 内油气的压力， 流量。
油管挂 7 外设计有一个观察槽。现场安装时， 用于观察油管头四通体 3 上的操作 杆 12 与油管挂 7 上转动轴 22 的对接情况。
井口内截断装置 9 通过采用不同的加工工艺和制造方法， 能满足不同采油气井口 装置的抗硫性能要求。 根据井内流介质不同， 装置可整体使用不锈钢或耐蚀合金， 不锈钢又 分 316， 316L， 304， 304L ； 井内流量含硫一般的用合金钢的也可以， 要求一般抗硫的进口装 置采用阀体锻钢， 其内部零件用 304 或合金都可以。在制造时应用了抗硫材料和表面处理 工艺， 可使本发明的自备更换 1 号主控阀结构的抗硫采油气井口装置能够能在含硫介质的 场合应用， 满足抗硫性能等级要求 ： PR1、 PR2。 采用不同的材料加工控制零件， 就能满足不同 环境下的使用要求， 适应技术规范 ： PSL1、 PSL2、 PSL3、 PSL3G、 PSL4。 本发明的使用方法是 ：
这种自备更换 1 号主控阀结构的抗硫采油气井口装置是在普通采油气井口装置 的基础上的一种创新， 是在油管挂 7 内设计安装一控制流体的总开关， 该总开关由安装在 油管头四通体 3 上的操作杆 12 来控制旋转密封装置内流量通道的开或关。
首先， 将油管挂 7 按要求座入到油管头四通体 3 内部的设计部位， 通过油管挂 7 安 装旋转密封体 21、 上密封座 24、 下密封座 18、 密封圈 29、 转块 15 与转动轴 22 等部件， 同时， 将安装在油管头四通体 3 上的操作杆 12 与油管挂 7 上的转动轴 22 相连， 使操作杆 12- 转 动轴 22- 旋转密封体 21 连为一体， 达到联动的目的。并且按要求对上述部件进行水密封、 气密封实验， 实验合格， 再安装到油管挂体内。
现场使用时 ：
当油气井正常生产时， 自备更换 1 号主控阀结构的抗硫采油气井口装置只是一个 流体通道， 油气流通过旋转密封体 21 与油管挂体内 11 之间的油气流通道流出。
一旦采油树 I 上的 1 号主控闸阀 1 发生泄漏或阀杆密封填料损坏时， 现场工人可 以使用普通工具将安装在油管头四通体 3 外的操作杆 12 顺时针旋转操作杆 90°就行了， 在 1 分钟之内， 旋转密封体 21 就能截断油管挂体内 11 油气流。由于， 旋转密封体 21 上、 下 都有压力， 使得旋转密封体 21 的上、 下压力平衡， 操作旋转操作杆 12， 关闭力矩小， 此时一 人就能轻松操作旋转操作杆 12 关闭旋转密封体 21， 截断油管挂体内 11 油气流道。关闭油 气流通道后， 放掉采油树 I 内的高压流体， 既可以快速， 安全更换 1 号主控闸阀 1， 更换完 1 号主控闸阀 1 后， 再将压力平衡装置的高压软管 6 正确安装， 一端连接在油管头四通体 3 的
套管阀上， 另一端连接在采油树 I 的油气树的生产阀上， 打开连接在油管头四通体 3 的套管 阀， 将油管头四通体 3 内的套管油气流量通过高压软管 6 进入采油树 I 内， 使油管挂 7 内旋 转密封体 21 的上、 下压力平衡， 这时逆时针旋转操作杆 90°就行了， 使井内流体通过旋转 密封体 21 进入到采油树 I 内， 关闭连接高压软管 6 的套管阀及生产阀， 卸掉高压软管 6， 该 油气井就能立即恢复生产。