專利名稱：一種鉆開高壓天然氣井口閘閥閘板的鉆孔裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種在高壓天然氣井口閘閥閘板無法打開的情況下，在閘板上鉆孔的裝置。
背景技術：
高壓天然氣井口閘閥閘板，主要由于兩個原因而無法打開一是長期關井，閘板銹死；二是開井過程中閥桿脫落，而無法打開閘板。當高壓天然氣井出現閘閥無法打開的故障后，由于通道堵死，無法進行任何作業，較好地解決辦法是先在閘板上鉆孔，形成通道，然后進行壓井作業，或用特殊的工具更換已損壞的閘閥，以恢復生產。
目前，尚未見到如何解除高壓天然氣井口閘閥的閘板銹死或脫落后的故障的公開報道，也未見到如何在銹死閘板上鉆孔的公開報道。
發明內容
本實用新型的目的是提供了一種鉆開高壓天然氣井口閘閥閘板的鉆孔裝置，要解決的主要技術問題是1、要求在不隔斷高壓天然氣氣源的狀態下，在鉆開閘板的全過程中，要確保人身安全、氣井安全和環境安全，絕對禁止大量排放有毒天然氣，或出現破炸和火災事故，因而，要解決在施工的全過程中井口天然氣壓力始終處于受控狀態的技術問題；2、要求在閘閥閘板上完成的鉆孔最大直徑僅比閘閥原通徑小2～3mm，因而，要解決鉆孔過程中隨時可更換鉆頭的技術問題；3、要求在閘板上完成鉆孔后，高壓天然氣井既可以進行井下施工作業(洗井、壓井及參數測定等)，也可以直接投入正常生產，因而，要解決在完成所鉆閘閥的上部安裝有一套可供采氣生產的控制閥組的技術問題。
解決其技術問題的方案是本實用新型所述是一種在高壓天然氣井口閘閥閘板上鉆孔的裝置，包括固定在鉆孔閘板閘閥上的一套壓力控制閥組和安裝在壓力控制閥組頂部的液壓動力裝置。
所述壓力控制閥組，由一個扁平四通、閘閥、高壓泵、鐵屑收集器和節流閥組成。扁平四通的底部與鉆孔閘板閘閥相連接，扁平四通的上部安裝有頂部閘閥，左邊安裝有左端閘閥，左端閘閥的出口連接著高壓泵，右邊安裝有右端閘閥，右端閘閥的出口與鐵屑收集器相連接，收集器的另一端裝有濾網，收集器的出口安裝有節流閥；所述液壓動力裝置，由液壓馬達、傳動軸、推力球軸承、圓柱滾子軸承、鉆桿、鉆桿密封法蘭、加壓液缸及防反轉接頭、防反轉銷軸和開槽筒組成，加壓液缸的活塞桿是空心的，空心活塞桿的頂部裝有一個低轉數、大扭矩的液壓馬達，液壓馬達的輸出軸與裝在空心活塞桿內的傳動軸相連接，傳動軸的頂部裝有一套推力球軸承，傳動軸的下部連接著鉆桿，傳動軸和鉆桿的上端均裝有多付圓柱滾子軸承，鉆桿的最下端裝有鉆頭，加壓液缸的下端蓋上裝有開槽筒，開槽筒上有一對稱的兩個長槽，空心活塞桿的下端連接著防反轉接頭，防反轉接頭安裝在開槽筒內，在防反轉接頭的對稱位置上，裝有兩個防反轉銷軸，防反轉銷軸的另一端裝入長槽內，開槽筒的下部安裝有鉆桿密封法蘭，法蘭內孔安裝有鉆桿旋轉密封組件。
液壓動力裝置的動力源，由現有成熟技術組裝的液壓油泵站供給。液壓泵站通過各種閥件操作，可使液壓馬達作正反向旋轉，并可同時通過空心活塞桿的下行運動，給由液壓馬達帶動旋轉的鉆頭加上可控制的軸向壓力。
本實用新型的有益效果是1.本實用新型在閘板鉆孔的過程中，通過左端的高壓泵不斷地向扁平四通內注入高壓水，其注水壓力應略高于天然氣井口壓力，并可由節流閥控制其大小，以保證在任何情況下，外部的空氣無法進入；高壓水帶走了鉆孔過程中鉆頭所產生的熱量，以延長鉆頭使用壽命；同時高壓水也將鉆孔過程所產生的鐵屑攜帶至收集器，由于收集器有濾網的阻擋，鐵屑無法進入節流閥而噴出，避免鉆開閘板后高壓天然氣流將鐵屑噴出時可能與收集器、閘閥及節流閥壁摩擦起火，而點燃天然氣。
2.液壓動力裝置中的鉆桿及鉆頭在任何情況下，均可縮回至頂部閘閥的閘板之上，因而可將頂部閘閥完全關閉。然后，可進行更換鉆孔鉆頭，或進一步使用擴孔工具將閘板上的鉆孔直徑擴大。
3.在完成閘板上鉆孔工作之后，拆除液壓動力裝置、高壓泵、鐵屑收集器、節流閥等后，壓力控制閥組上的三個高壓閘閥完全關閉，使高壓天然氣井口處在壓力可控狀態，以保證下列后續工作的順利進行既可通過已鉆開的閘板的孔眼進行壓井作業后，更換已損壞的閘閥；也可以應用特殊工具在不壓井的情況下更換掉已損壞的閘閥；還可以在壓力控制閥組的基礎上直接投入生產。
4.本實用新型在高壓天然氣井口上的操作全部采用液壓動力來完成，可避免引爆天然氣的事故發生。
因此，本實用新型在閘板鉆孔的全過程中，高壓天然氣始終處于可控制狀態，保證了人身安全及天然氣井的安全，避免了天然氣大量泄露而污染環境，杜絕引起燃燒和爆炸事故。同時本實用新型提供了在鉆孔過程中更換鉆頭及擴孔工具的功能，完成銹死閘板上鉆孔后，天然氣井可進行任何井下作業，或直接投入生產，為降低后續作業費用提供了可能性，其社會效益及經濟效益是非常顯著的。
以下結合附圖和實施實例對本實用新型作進一步說明。
圖1是本實用新型壓力控制閥組及附件安裝在需要鉆孔閘板的閘閥上的結構示意圖。
圖2是本實用新型液壓動力裝置結構示意圖。
圖3是本實用新型壓力控制閥組與液壓動力裝置安裝在需要鉆孔閘板的閘閥上的結構示意圖。
圖4是本實用新型在鉆開閘板過程中壓力控制閥組及液壓動力裝置的工作位置示意圖。
圖5是本實用新型完成閘板鉆孔后，壓力控制閥組保留在高壓天然氣井口上的結構示意圖。
圖中，1—扁平四通；2—閘板上需鉆孔閘閥；3—頂部閘閥；4—左端閘閥；5—高壓泵；6—右端閘閥；7—鐵屑收集器；8—濾網；9—節流閥；10—密封鋼墊環；11—高強度連接螺栓；12—需鉆孔閘板；13—天然氣井口裝置中的油管頭；14—井內高壓天然氣；15—空心活塞桿；16—液壓馬達；17—傳動軸；18—推力球軸承；19—圓柱滾子軸承；20—鉆桿；21—鉆頭；22—加壓液缸；23—下端蓋；24—開槽筒；25—防反轉接頭；26—防反轉銷軸；27—鉆桿密封法蘭；28—鉆桿旋轉密封組件；29—液壓馬達進油口；30—液壓馬達出油口；31—上液缸進(出)油口；32—下液缸進(出)油口；33—高壓泵注入的高壓水；34—經節流閥減壓后的氣水混合物；35—壓力控制閥組內的高壓天然氣。
具體實施方式
在
圖1所示為實施實例中，扁平四通1已安裝在鉆孔閘閥2上的結構示意圖，鉆孔閘閥2固定在天然氣井油管頭13上，14為井內高壓天然氣，扁平四通1的上部有頂部閘閥3，其左、右出口安裝有左端閘閥4和右端閘閥6，左端閘閥的出口處安裝有高壓泵5，右端閘閥的出口處安裝有鐵屑收集器7，其右端裝有濾網8，為保證安全，濾網為目數30～50的銅絲編織，鐵屑收集器的出口處連接著節流閥9。它們之間均采用高強度螺栓11和密封鋼墊環10連接。
圖2所示為實施實例中液壓動力裝置結構示意圖。加壓液缸22的空心活塞桿15的頂部裝著液壓馬達16，液壓馬達的輸出軸選用花鍵與傳動軸17連接，傳動軸裝在空心活塞桿的空心內，傳動軸的頂部安裝有一套能夠承100KN以上軸向力的推力球軸承18，傳動軸的下端與鉆桿20連接，鉆桿上安裝有可更換的鉆頭21，傳動軸和鉆桿的上端均裝有多付圓柱滾子軸承19，這些軸承只起徑向扶正的作用，不承受軸向力。加壓液缸22的下端蓋23上裝有開槽筒24，空心活塞桿15的下端裝有防反轉接頭25，防反轉接頭安裝在開槽筒內，防反轉接頭上對稱安裝著兩根防反轉銷軸26，兩根防反轉銷軸的另一端裝入開槽筒24的長槽內，并可在長槽內滑動，開槽筒的下端安裝有鉆桿密封法蘭27，法蘭內孔裝有鉆桿旋轉密封組件28。
圖3所示為實施實例中的壓力控制閥組上部已安裝好液壓動力裝置的結構示意圖。
圖4所示為實施實例中的正在閘板12上進行鉆孔工作過程中壓力控制閥組和液壓動力裝置的位置示意圖。
圖5所示為實施實例完成閘板鉆孔后，壓力控制閥組留裝在天然氣井口上的示意圖。關閉頂部及左、右閘閥3、4、6，然后拆除液壓動力裝置、高壓泵5、鐵屑收集器7及節流閥9，天然氣井口上保留了壓力控制閥組。此時，壓力控制閥組已與井內連通，內部充滿天然氣35，并由三個高壓閘閥加以控制。
本實用新型的工作過程是這樣的首先完全打開頂部閘閥3，液壓油泵站給液壓馬達16由進油口29供壓力油，使其正轉，并帶動鉆桿20和鉆頭21一起轉動，同時給加壓活塞上腔進油口31，供給壓力可控的液壓油，使空心活塞桿15下行，防反轉銷軸26在開槽筒24的長槽內向下滑動，鉆桿20、鉆頭21向下移動，直至與需鉆孔閘板接觸，此時，一方面由加壓液缸給鉆頭加壓，另一方面，液壓馬達帶著鉆頭旋轉，于是在閘板上鉆孔的工作開始進行。空心活塞桿15上的反扭矩通過防反轉接頭25傳遞給防反轉小軸26，再傳遞給開槽筒24及鉆桿密封法蘭27，通過法蘭之間的高強度連接螺栓及密封鋼墊環，最終將反扭矩傳遞給油管頭13承受。與此同時，高壓泵向壓力控制閥組內注入高壓水33，以冷卻在閘板上鉆孔的鉆頭，并攜帶鐵屑至鐵屑收集器7內，由于濾網8的阻擋，高壓水由濾網通過，但鐵屑留于收集器內，一方面防止高壓調節閥被堵塞，更為重要的是在鉆穿閘板的過程中，高壓天然氣已流入壓力控制閥組腔內，濾網可防止高壓水和天然氣的混合物攜帶鐵屑以高速噴出，避免與閘壁摩擦時產生火花而點燃天然氣的事故發生。通過節流閥的開啟度以調節扁平四通腔內壓力的大小，腔內壓力應略低于天然氣井口壓力。在鉆孔過程中，如發現鉆頭刃口崩裂，無法繼續鉆進，或鉆孔完成后需進行擴孔等工作，此時可由加壓液缸的下液缸進油口32進油，空心活塞桿帶動鉆頭上行到上端，關閉頂部閘閥3及左、右端閘閥4和7，使高壓天然氣完全處于壓力控制閥組內，換好鉆頭后，打開有關的閘閥，重新開始鉆孔或擴孔工作。完成鉆孔后，退出鉆頭，關閉頂部閘閥3及左、右端閘閥4和7。
權利要求1.一種鉆開高壓天然氣井口閘閥閘板的鉆孔裝置，它包括一套壓力控制閥組和液壓動力裝置所述壓力控制閥組由扁平四通(1)及上部安裝的頂部閘閥(3)，左邊安裝的左端閘閥(4)，右邊安裝的右端閘閥(6)組成，其特征是左端閘閥的出口連接著高壓泵(5)，右端閘閥的出口與鐵屑收集器(7)相連接，收集器的另一端有濾網(8)，鐵屑收集器的出口安裝有節流閥(9)，扁平四通(1)的底部固定在鉆孔閘板(12)的閘閥(2)上；所述液壓動力裝置，，由加壓液缸(22)及空心活塞桿(15)和頂部裝的一個低轉數、大扭矩的液壓馬達(16)組成，其特征是它安裝在壓力控制閥組的頂部閘閥(3)上，液壓馬達的輸出軸與空心活塞桿(15)內的傳動軸(17)相連接，傳動軸的頂部裝有一套推力球軸承(18)，傳動軸的下部連接著鉆桿(20)，鉆桿的最下端裝有鉆頭(21)，傳動軸和鉆桿的上端均裝有多付圓柱滾子軸承(19)，加壓液缸(22)的下端蓋(23)上裝有開槽筒(24)，開槽筒上有一對稱的兩個長槽，空心活塞桿(15)的下端連接著反轉接頭(25)，防反轉接頭安裝在開槽筒(24)內，在防反轉接頭的對稱位置上，裝有兩個防反轉銷軸(26)，防反轉銷軸的另一端則裝入開槽筒(24)的長槽內，開槽筒的下部安裝有鉆桿密封法蘭(27)，法蘭內孔安裝有一組鉆桿旋轉密封組件(28)。
2.根據權利要求1所述的一種鉆開高壓天然氣井口閘閥閘板的鉆孔裝置，其特征是液壓馬達(16)正轉，與其相連接的傳動軸(17)和鉆桿之間均用右螺紋連接，而與液壓馬達(16)外殼相連的空心活塞桿(15)、防反轉接頭(25)、開槽筒(24)及鉆桿密封法蘭(27)之間均為左螺紋連接。
3.根據權利要求1所述的一種鉆開高壓天然氣井口閘閥閘板的鉆孔裝置，其特征是扁平四通(1)與頂部閘閥(2)，左、右端閘閥(4)、(6)和鉆孔閘閥(2)之間以及鉆桿密封法蘭(27)與頂部閘閥(3)之間均采用高強度螺栓(11)和密封鋼墊環(10)連接。
4.根據權利要求1所述的一種鉆開高壓天然氣井口閘閥閘板的鉆孔裝置，其特征是鉆頭(21)的直徑可由小到大進行更換，其鉆孔最大直徑僅比閘閥通徑小2～3mm。
專利摘要一種鉆開高壓天然氣井口閘閥閘板的鉆孔裝置，能夠安全地完成在那些高壓天然氣井因長期關井，閘板銹死或開井過程中閥桿脫落，而無法打開閘閥的情況下，需要在閘板上進行鉆孔的全套工作。本實用新型由壓力控制閥組和液壓動力裝置組成。在銹死閘板上鉆孔的全過程，壓力控制閥組能將氣井始終處于可控狀態。鉆孔過程中，有高壓水注入進行冷卻，并與井內高壓天然氣的壓力達到平衡。安裝有鐵屑收集器，以防止鐵屑噴出閘閥時點燃天然氣。液壓動力裝置上的鉆頭是可更換的，并可進行擴孔工作。在銹死閘板上完成鉆孔之后，在天然氣井口上保留壓力控制閥組。此時，既可以進行壓井作業更換已損壞的閘閥，也可以應用特殊工具更換已損壞的閘閥，還可在壓力控制閥組的基礎上直接投入生產。
文檔編號E21B3/02GK2791233SQ20052000346
公開日2006年6月28日 申請日期2005年1月13日 優先權日2005年1月13日
發明者龔偉安 申請人:龔偉安