SSVH井口安全液压截断系统.pdf

2 0 1 0年 第 3 9 卷 第 7期第 6 9 页 石油 矿 oI L FI ELD 场 机 械 EQUI P ME NT 2 0 1 0， 3 9 7 6 9 ～ 7 2 o o 文 章 编 号 1 0 0 1 3 4 8 2 2 0 l O 0 7 0 0 6 9 0 4 S S VH井 口安全液压截 断系统 曾玉斌 ， 林元华 ， 杜旭东 ， 魏玲 西南 石油 大学 ， 成都 6 1 0 5 0 0 摘要 研制的 S S VH 井口安全液压截断系统具有高压、 低压 、 火警 自动截断功能。当高 低 压感测 管路 的压 力超过 低 于 设定 值 以及 火警感测 元件 感 测 的温度 达 到设 定值 时 ， 通过 蓄 能 器储 存 的 高 压 的液 压 油来 自动 关闭 液动 截 断 阀 ， 截 断井 口气 源 ， 保 护人 员和设 备 的安 全 。详 细介 绍 了 S S VH 系统的组成、 结构和工作原理 。现场试验证明该 系统安全可靠， 具有推广应用价值。 关键词 井 口装置 ； 液压控 制 ； 截 断 系统 中 图分 类号 T E 9 3 1 一 ． 文献标 识码 A I g u c hi S e c u r i t y S S VH o f Hy d r a u l i c S y s t e m ZENG Yu - bi n， LI N Yua n - h ua， DU Xu d o ng， W EI Li ng So u t h we s t Pe t r o l e u m Un i v e r s i t y， Ch e n g d u 6 1 0 5 0 0， Ch i n a Ab s t r a c t The s uc c e s s f u l d e ve l o pme n t of t h e we l l - he a d s e c u r i t y i nt e r c e pt s hyd r a u l i c s ys t e m o f SS V H ， t o h a v e t he f u nc t i o ns o f hi g h - pr e s s ur e， l o w pr e s s ur e， f i r e a ut oma t i c c u t o f f ． W he n t h e p r e s s u r e o f h i g h 1 o wp r e s s u r e s e n s i t i v e c o n d u i t o v e r b e l o wt o s e t v a l u e a s we l l a s t h e t e mp e r a t u r e o f f i r e a l a r m s e ns i t i v e d e v i c e c ome t o s e t v a l ue ， c a n c u t o f f t h e h yd r a ul i c v a l ve a u t oma t i c a l l y b y hi gh p r e s s ur e hy d r a ul i c o i l c u t of f t he s o ur c e of we l l t on e a nd p r o t e c t t he s a f e t y o f p e r s on ne l a n d e q u i pme n t ．The s t r u c t ur e a nd t h e op e r a t i on a l p r i nc i pl e o f S SV H s y s t e m a r e d e s c r i b e d，o n s i t e t e s t s pr o v e d t ha t t he s ys t e m i s s a f e a nd r e l i a bl e， h a s t he v a l ue o f a p pl i c a t i o n． Ke y wo r d s we l l h e a d a s s e mbl y； h yd r a u l i c c ont r ol ； i n t e r c e pt i ng s y s t e m 石 油天 然 气 井 口的压 力 通 常 在 3 0 MP a左 右 ， 输送 压力需 要 4 ～ 6 MP a ， 通 常采用 地面 节流或 井 下 节流 降压方 式达 到 压 力 要求 。如 果 节 流 阀失 效 ， 通 常靠 采油树 上 的手 动 闸板 阀来 关 闭气流 。 目前 国内 手动闸板阀存在安全性差 、 监控 困难 、 维护操作 复 杂、 可靠性低等不足之处 ， 稍有疏忽难免造成重大人 身 及设备 事故 ， 严重 影 响石油 天然气 的开 发效益 ， 因 此 需要一 个 自动控制 安全保 护 系统口 。 ] 。 泸州 川油 钻采工 具有 限公 司 自主研发 的 S S VH 井 口安全 液压 截断 系 统 为液 压 自动 控 制装 置 ， 是 井 口重 要 的安 全保 护 系 统 。 当井 场 发 生 设 备 气 压 超 高 ， 集输管线爆破失压 、 火警等险情时， 控制系统会 迅速 自动关闭液动截断阀， 截断井 口气源， 防止事故 蔓延 ， 保护 人员 、 地 面场站设 备及 输气 管线 的安全 。 1 S S V H 系统结构 S S VH 系统主 要 由液压截 断 阀 、 液压 控制 系统 、 管 路及 连接件 3 大 部件组 成 。液压 截断 阀 由液压 缸 和平 板 阀组合 而成 ， 根据 现场需 要 ， 安 装在 采气井 口与地面场站设备 或输气管线 之间， 通常安装在井 收稿 日期 2 0 0 9 1 2 0 1 基金项 目 四川省杰 出青年学科带头人培养基金 0 6 Z Qo 2 6 0 2 8 作者简介 曾玉斌 1 9 8 4 一 ， 男 ， 湖 南衡 阳人 ， 硕 士， 主要 从 事石 油 管 、 石 油钻 井 工艺 等 方面 的教 学 与研 究 工作 ， E - ma i l z e n g y u b i n O 2 1 8 1 6 3 ． c o rn。 石 油矿 场 机械 2 0 1 0年 7 月 口装置的 t 号主阀上部或节流阀的前端。液压控制 系统安装 在控 制柜 内 ， 主要 由感 测 元 件 、 控 制元 件 、 手 压泵件 、 蓄能 器 、 手 动换 向阀 组成 ， 控 制 柜 台面上 有 显示元 件及操 纵手 柄 。管 路及 连接件 由安 装在井 口装置的高压感测管路和安装在输气管线的低压感 测管路 、 火警管路 、 液压截断阀的油缸操纵管路 、 阀 位开关指示器管路等组成。高压感测管路可连接在 节流阀前或节流阀后端， 低压感测管路 、 火警管路根 据每口井 的具体情况确定连接或感测位置。S S VH 井 口安全 液压 截断 系统及 安装位 置如 图 1 。 图 1 S S VH 井 口安全液压截 断系统及安装位置 2 导阀 导阀是控制系统的核心元 件， 主要功能是接收 外部的压力信号； 将压力信号变为对换 向阀的执行 信号。其动作的灵敏性、 准确性是关键的技术要求。 2 ． 1 高压导 阀 高压导阀由阀体、 感测阀芯 、 阀芯、 调压弹簧组 成 ， 感测 口为 K， 控 制油 口为 A1 、 A2 ， 如 图 2 a 。当感 测 口压力 即井 口压 力 高 到 一 定程 度 时 ， 感 测 阀芯 推动阀芯克服弹簧力向上运动 ， 控制油 口A1 、 A2 贯 通 ， 蓄能器 内的压力油经 A1 、 A2到被控制元件 ， 使 被控制元件按要求执行动作， 导阀对被控制元件 的 控 制是一 种先导 控制 。 2 ． 2低压 导 阀 低压导 阀设计要求与高压导一致 ， 只是将阀芯 反装 ， 如图 2 b 。调定时 ， 弹簧给阀芯一个预紧力 ， 当 感测压力低 于预紧力时， 阀芯被 推开 ， A1 、 A2导通 进入工作状态。 3 液压控制系统 液压控制系统如图 3 。 K a高压 系统 ●K b 低压 l 一手轮 ； 2 一调压 弹簧 ； 3 一 阀芯 ； 4 一感测阀芯 图 2 导阀结构及工作原理 3 ． 1 液 动截 断阀关 闭 液动截断阀上端及控制装置台面上都设有显示 阀门开关位置的指示器 ， 系统在运行过程中， 高、 低压 导阀的感测和调定压力都可以由压力表及压力指示 器显示出来 。装置采用液动截断阀出口后端气压作 为控制信号， 指令控制系统自 动使液动截断阀瞬时关 闭。控制气压可根据场站设备或输气管线承压能力 调节 ， 即高压为2 ～8 MP a ， 低压为0 ． 5 ～5 ． 0 MP a 。 第 3 9 卷第 7期 曾玉斌 ， 等 S S VH 井 口安全液压截断系统 2 3 2 2 21 1 一S B手动泵 ； 2 一单 向阀； 3 一单 向阀； 4 一紧急截断开关 ； 5 一液控单向阀 ； 6 一高压导阀／ 液控开关 ； 7 一低压 导阀／ 液控开关 ； 8 一 低压 导阀／ 调节溢流 阀； 9 一蓄能器压力表 ； 1 O 一蓄能器 ； 1 1 一气液转换器 I； 1 2 一气液转换器 Ⅱ； 1 3 一易熔塞 ； 1 4 一 低压气控阀开关 ； 1 5 一高压气控开关 ； 1 6 一高压压力表 ； 1 7 一低压压力表 ； 1 8 一高压导 阀； 1 9 一低 压导阀 ； 2 O 一液控单 向阀卸压开关 ； 2 1 一低压导 阀指示器 ； 2 2 一高压导 阀指示器 ； 2 3 一液 动阀指示器 ； 2 4 一手动换向阀 ； 2 5 一液动截断阀 图 3 液压控制 系统 被感测的气源信号经气液转换器进入高压导阀 和或低压导阀。当压力增高 或 降低 时， 高压或低 压导 阀接 通 ， 蓄 能器 内 的压 力油 通 过 高 压 或低 压 导 阀进入液控单向阀的控制 口x， 打开液控单向阀， 此 时蓄 能器 内的压 力油 经 液控 单 向 阀 P 口进 入 ， A 口 输 出 ， 再进入 液动 截断 阀驱 动油缸 的上 腔 ， 推 动 主阀 闸板 向下运 动 ， 油 缸 下 腔 的液 压 油 经 手动 换 向阀 回 油箱 ， 完成液动截断 阀的关闭动作 ， 切断管线气源 。 除 了气 源压力 导致 液 压 截 断 阀关 闭 以外 ， 系 统还 能 感 测 由着火 引起 的低 压 管 路欠 压 情 况 ， 当着火 温 度 达 到易熔 塞熔 化温 度 时 ， 造 成感 测 低 压 管路 欠 压 而 关 闭液压 截断 阀 。 3 ． 2 液 动截 断阀开启 排除故障， 场站设施或长输管线要投入再运行 时， 需重新开启液动截断 阀。先使液控单 向阀的阀 芯复位 ， 以免蓄能器 内压力卸完 ， 只要打开单向阀卸 压开关 ， 让液控单向阀内的控制压力卸完 ， 在弹簧作 用下阀芯即可复位。再将手动换向阀手柄换向“ 开” 位 ， 使油缸上腔的回油路与油箱接通后启动手动泵 ， 油泵压力油经手动换 向阀进入油缸下腔推动活塞向 上运动 ， 油缸上腔的液压油经手动换向阀回油箱 ， 完 成液动截断阀的开启动作。启开动作可在油缸上部 指 针或 阀位 指示器 上显 示 。 3 ． 3蓄能器 补压 和卸 压 当完成一次液动截断阀的开关 动作后， 需对蓄 能器 补压 ， 以备 再 次 使 用 。先 要对 液 控 单 向 阀进 行 复位 即让液控单向阀处于关闭状态 ， 再将手动换 向阀处于“ 蓄能” 状态 ， 关闭高压气控开关和低压气 控开关， 启动手动泵 ， 即可对蓄能器进行补压 。卸压 时 只需打开 蓄 能器开 关 紧急截 断开关 和液 控单 向 阀 卸压开关 ， 油液 即可 回到 油箱 ， 其压 力值 由压力 表 指 示 。 3 ． 4 控制压 力 的调节 3 ． 4 ． 1 高压截 断 打开高压液控开关 ， 关闭高压气控开关， 将高压 导阀的压力调到最高位置 ， 启动手动泵， 使控制压力 达到需要的压力值 观察压力表和高压导阀指示器 后 ， 停止启动手动泵 ， 再将高压导 阀的压 力逐渐下 调， 直到液动截断阀的关闭动作开始为止 ， 此时观察 到的压力值即为调定压力 ， 但需要重复调节 2次以 上， 无误后锁定高压导 阀压力 ， 并关闭高压液控 开 关 ， 打开高压气控开关 ， 让系统进入待工作状态。 7 2 石油 矿 场机 械 2 0 1 0年 7月 3 ． 4 ． 2低 压截 断 打开低压液控开关 ， 关闭低压气控开关 ， 将低压 导阀的压力调到最低位置 ， 启动手动泵 ， 使控制压力 达到需要 的压 力 观察压力表和低压导阀指示器 后 ， 停止启动手动泵 ， 再将 低压导阀的压力逐渐上 调 ， 直到液动截断阀的关闭动作开始为止， 此时观察 到的压力值 即为调定压力 ， 同样需重复调节 2次以 上 ， 无误后锁定低压导 阀压力 ， 并关闭低压液控 开 关 ， 打开低压气控开关 ， 让系统进行待工作状态 。 调定压力时， 液动截断阀应处在未与管线连接 之前 ， 如 已经连接 ， 油管应 暂不 与液压 截 断阀油 缸连 接 ， 以避免 不 必 要 的 关 闭 ， 只需 观 察 油 管 出 油 情 况 即可 。 3 ． 5 紧急截 断和 火警截 断 当井场发生异常情况时， 若高 或低 压导阀或 气液转换器之一出现故障， 不能打开液控单 向阀， 无 法 关 闭液 动截 断 阀时 ， 可 立 即手 动 打 开 紧急 截 断 开 关 即蓄能器压力油开关 ， 并立即开启单 向阀， 压力油 立 即使液动截断阀截断井 口气源。当安装在井 口装 置及输气管线处 的易熔塞在发生火灾时感受温度达 到 2 4 0℃时， 易熔合金熔化， 造成管线欠压 ， 低压导 阀作用 ， 完成低压截断动作 。重新工作时需重装一 个 易熔塞 。 4 主要技术参数 蓄能器工作压力 l 0 ～2 1 MP a 高压控制压力2 ～8 MP a ； 2 ～3 2 MP a 低压控制压力0 ． 5 ～5 ． 0 MP a 关闭时间≤5 S 充氮压 力 7 MP a 0 ． 7 MP a 油 箱容 积1 0 L 手 动泵 排量7 mL ／ 次 适 应 温度一1 9 ～1 2 1℃ 适用介质原油、 含硫天然气 5 检测 结果 a 该 系统设 计、 选 材、 制造 、 检 验符 合 AP I S p e c 6 A 和 S Y／ T 5 1 2 7 --2 0 0 2标准 。 b 执行机构采用 液压 截断， 关 闭动作 可靠 ； 无 需 电源 ， 性 能稳定 ， 防腐 、 防爆 性能好 。 c 具有高压、 低压 、 火警 自动截断功能 ， 适用 于井 口紧急截 断 ， 能满 足现 场安全 生产 的需要 。 6 结 论 1 该 系统 主要 由液动 截断 阀与液 压控制 装置 2 大部份组成 。当高 低 压 感测管路 的压 力超过 低于 设定的值 以及火警感测元件感测的温度达到 设定值时， 可通过蓄能器储存的高压液压油来 自动 关闭液动截断阀， 截断井 口气源 ， 保护人员和设备的 安 全 。 2 现场试 验证 明， S S VH 系统具有井 口高压 及输送低压控制功能， 并带有火警截断功能 ， 是一种 综合 控制 装置 。 由于 在本 系 统 中用于 实 施 感测 、 控 制 、 执 行 、 显 示及 紧急截 断功 能 的机构全 部采用 液压 传动 ， 因此无堵塞、 腐蚀 隐患 ， 无需电源 ， 适应性好， 无爆 炸 隐患 。 3 导阀可接收外部 的压力信号 ， 还可将压力 信号变为对换向阀的执行信号， 其动作 的灵敏性和 准确性高 ， 且价格低， 易于维修 。 4 系统配有高压 、 低压压力表 ， 低压、 高压导 阀指示器及液动阀指示器 ， 有利于操作者全面监控。 5 控制系统采用蓄能器 和手动泵作为动力 源， 动力平稳 ， 不受外界干扰。液动截断阀采用双作 用油缸 ， 动作迅速 、 平稳、 可靠。无需 电源 ， 具有优 良 的防爆性 能 。 6 采用 国产 化 的通 用 可 靠 液压 元 件 ， 可 靠性 高、 成本低， 维修性好 。 参考文献 [ 1 ] 高久生， 汪三谷， 文志． 井口安全截断系统在大天池 气 田的应用 [ J ] ． 天然气与石油 ， 2 0 0 2 ， 2 0 4 1 0 1 3 ． [ 2 3 马定福 ， 钱以诚 ， 杨 小平． 高压抗 硫油气井 口安全 截断 系统概论[ J ] ． 石油矿场机械 ， 2 0 0 4 ， 3 3 6 1 1 8 1 1 9 ． [ 3 3 初吉泽 ， 许 梅 ， 许德喜． HKY 6 5 2 1型海上井 口装 置 [ J ] ． 石油机械 ， 1 9 9 9 ， 2 7 1 4 2 4 3 ． [ 4 ] 上海第二石油机械厂 ， 西南石油学院． 国内外 高压采 油 气 井 口装 置资料 汇编 [ G] ． 兰州 机械 部兰州石 油机 械研究所出版社 ， 1 9 8 5 ． [ 5 3 刘清友 ， 陈绍伟 ， 艾海提江 ， 等． 闸板 防喷器液压锁 紧装 置研究现状F j ] ． 石油矿场机 械 ， 2 0 0 7 ， 3 6 1 O 1 - 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