CN111720094A - 一种集气气井远程开关阀芯、设备及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种集气气井远程开关阀芯、设备及其使用方法，包括阀芯阀杆底座、阀芯阀杆和阀芯，阀芯阀杆连接在阀芯阀杆底座上表面；阀芯阀杆底座外连接有阀芯套，阀芯阀杆位于阀芯套内，阀芯阀杆外壁套有弹簧，阀芯套内壁上还连接有滑动轴承，阀芯内开有阀芯阀杆孔，阀芯插入阀芯套内，且阀芯阀杆插入阀芯阀杆孔内，阀芯底部的外壁上连接有螺纹块，螺纹块与阀芯套内壁滑动连接，阀芯前端连接有阀芯前杆，阀芯前杆上连接有旋流叶片。通过旋流叶片形成涡流对水合物进行吹扫，解决目前电动针阀技术阀芯下游易产生水合物冰堵引起开井失败以及无法实施紧急切断问题，同时也替代人工开井，节约人力物力。

Description

一种集气气井远程开关阀芯、设备及其使用方法

技术领域

本发明属于天然气开采领域，具体涉及一种集气气井远程开关阀芯、设备及其使用方法。

背景技术

苏里格气田是我国已发现并实现规模开发的最大天然气田，建井万余口，传统方式管理难度大。

苏里格气田采用中低压集气模式，气井井筒内置有节流器。节流器可对天然气进行节流降压，并利用低温进行加热。中低压集气模式可降低地面系统压力，减少地面建设投资，防止地面管线水合物生成。

对于这万余口中低压集气气井，目前开井方法主要为人工赴井场手动操作井口针阀节流降压开井。具体地，中低压集气模式的气井在关井时间较久的情况下，气井开井时气井井口采气树压力会高于地面管线承受压力，不能瞬时通径全开阀门接入地面管线，而是需要人工操作井口针阀进行节流降压，一定时间之后，即井下节流器持续发生作用后使井筒内节流器上方气体压力降低，从而针阀下游压力低于井口地面管线设计压力，此时方可全开阀门进行生产。

发明人发现现有技术至少存在以下问题：

一是若采用人工开关井，管理难度和操作成本巨大，不利于降本增效，且易受到天气、道路、外协问题等自然及人为条件的制约，不利于精细化管理。而且对于气井生产后期，气井需要进行频繁开关，目前的人工开井方法无法满足智能化气田生产需求。

二是若利用远程控制的电动针阀进行远程调节开关井，存在问题一方面是开井过程中电动针阀阀芯下游易产生水合物冰堵引起开井失败，另一方面是市售电动针阀受原理所限，出现紧急情况时只能全速关闭，关阀速度慢时间长，无法实施紧急切断。

发明内容

本发明的目的是提供一种集气气井远程开关阀芯、设备及其使用方法，模拟人工开井流程来控制节流调节阀实现开井，并对开井过程中出现的水合物进行吹扫，并在紧急情况时紧急关闭。

本实用新型的目的是通过以下技术手段实现的，一种集气气井远程开关阀芯，包括阀芯阀杆底座、阀芯阀杆和阀芯，阀芯阀杆连接在阀芯阀杆底座上表面；阀芯阀杆底座外连接有阀芯套，阀芯阀杆位于阀芯套内，阀芯阀杆外壁套有弹簧，阀芯套内壁上还连接有滑动轴承，阀芯内开有阀芯阀杆孔，阀芯插入阀芯套内，且阀芯阀杆插入阀芯阀杆孔内，阀芯底部的外壁上连接有螺纹块，螺纹块与阀芯套内壁滑动连接，阀芯前端连接有阀芯前杆，阀芯前杆上连接有旋流叶片。

进一步的，所述螺纹块位于阀芯阀杆底座和滑动轴承之间。

进一步的，所述阀芯与阀芯套贴合处连接有密封圈。

进一步的，所述旋流叶片外缘切线与阀芯前杆中轴线夹角为45度，且旋流叶片具有一个涡波形周期。

进一步的，所述阀芯阀杆孔直径突缩，未收缩处直径等于弹簧直径，收缩后处直径等于阀芯阀杆直径，弹簧前端顶在阀芯阀杆孔直径突缩处。

进一步的，所述弹簧末端连接阀芯阀杆底座表面。

一种集气气井远程开关井设备，包括阀体外壳部，阀体外壳部后端连接有紧急切断部和电动执行部，所述阀体外壳部设有集气气井远程开关阀芯，阀芯前杆伸入阀体外壳部的下游腔室内，紧急切断部包括丝杠和阀杆，丝杠前端连接至阀芯阀杆底座下表面，另一端连接至阀杆，阀杆的另一端连接有传动机构，传动机构后端连接有气动线性单元，气动线性单元后端连接有电动执行部。

进一步的，所述紧急切断部还包括通过管道首尾依次相连的过滤减压阀、单向阀和储气罐，过滤减压阀入口连接至气源，储气罐出口连接至气动线性单元，其中储气罐与气动线性单元之间的管道上还连接有电磁阀。

进一步的，所述阀体外壳部还连接有压力检测装置，压力检测装置包括取压管和压力变送器，取压管一端与阀体外壳部的下游腔室内连通，另一端通过取压考克连接至压力变送器。

一种集气气井远程开关井设备使用方法，开井时，电动执行部旋转，带动气动线性单元、传动机构、阀杆一同旋转，丝杠将阀杆的旋转转化为直线运动，推动阀芯阀杆底座和阀芯套移动，在这个过程中，阀芯位置不变，通过改变阀芯底端与阀芯阀杆底座之间的距离模拟人工开井过程，而自阀体外壳部上游来的气体经过旋流叶片时，产生涡流，涡流将下游的水合物从阀体和管道内壁剥离，防止下游结冰堵塞，随着开井进行，在涡流引起的降压和升温作用下，水合物生成条件被破坏，水合物颗粒融化，气井井口针阀全开，开井完成；关井时，电动执行部转动，推动阀芯阀杆底座和阀芯底端贴合，最终阀芯落座在阀芯阀杆底座上，实现关井；当压力变送器检测到管线内出现超压或欠压异常时，电磁阀打开，气源的高压气体经过滤减压阀、单向阀和储气罐进入到气动线性单元中带动气动线性单元旋转，从而带动传动机构和阀杆转动，最终使得阀芯落座在阀芯阀杆底座上，实现紧急关井，关井后关闭电磁阀，气体不再进入气动线性单元中，气动线性单元进入停止状态。

本发明的有益效果在于：1、通过改变阀芯与阀芯阀杆底座之间的位置关系，实现自动模拟人工开井流程来控制节流调节阀实现开井，并通过旋流叶片形成涡流对水合物进行吹扫，解决目前电动针阀技术阀芯下游易产生水合物冰堵引起开井失败以及无法实施紧急切断问题，同时也替代人工开井，节约人力物力。

2、通过低压气体驱动气动线性单元旋转，实现了紧急关井。

附图说明

图1是本发明结构示意图；

图2是本发明电动执行部结构示意图；

图3是本发明阀芯结构示意图；

1、过滤减压阀；2、单向阀；3、储气罐；4、电磁阀；6、气动线性单元；7、传动机构；8、阀杆；9、智能电动执行单元显示屏；10、智能电动执行单元按钮盘；11-1、阀芯阀杆座；11-2、阀芯阀杆；12、阀芯套；13、螺纹块；14、滑动轴承；15、密封；16、弹簧；17、阀芯；17-1、阀芯阀杆孔；18、阀芯前杆；19、旋流叶片；20、阀体外壳部；21、紧急切断部；22、电动执行部；23、取压管；24、取压考克；25、压力变送器；26、上游法兰；27、下游法兰。

以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。

具体实施方式

【实施例1】

如图3所示，一种集气气井远程开关阀芯，包括阀芯阀杆底座11-1、阀芯阀杆11-2和阀芯17，阀芯阀杆11-2连接在阀芯阀杆底座11-1上表面；阀芯阀杆底座11-1外连接有阀芯套12，阀芯阀杆11-2位于阀芯套12内，阀芯阀杆11-2外壁套有弹簧16，阀芯套12内壁上还连接有滑动轴承14，阀芯17内开有阀芯阀杆孔17-1，阀芯17插入阀芯套12内，且阀芯阀杆11-2插入阀芯阀杆孔17-1内，阀芯17底部的外壁上连接有螺纹块13，螺纹块13与阀芯套12内壁滑动连接，阀芯17前端连接有阀芯前杆18，阀芯前杆18上连接有旋流叶片19。

阀芯阀杆底座11-1、阀芯阀杆11-2一体成型，而阀芯阀杆底座11-1又与阀芯套12通过螺纹连接，在阀芯阀杆底座11-1被推动时，阀芯阀杆底座11-1、阀芯阀杆11-2和阀芯套12一同运动。阀芯17插入阀芯套12内，阀芯17外壁和阀芯套12内壁贴合，并且阀芯17底部开有向上的阀芯阀杆孔17-1，阀芯阀杆11-2插入阀芯阀杆孔17-1内。阀芯阀杆11-2外套有弹簧16，弹簧16也插入阀芯阀杆孔17-1内。

阀芯套12内壁上还连接有滑动轴承14，阀芯17外壁与滑动轴承14内壁接触，方便阀芯17和滑动轴承14之间相对滑动。

阀芯17的前端连接有阀芯前杆18和旋流叶片19，当气流经过旋流叶片19时，会形成涡流。

【实施例2】

如图3所示，在实施例1的基础上，所述螺纹块13位于阀芯阀杆底座11-1和滑动轴承14之间。滑动轴承14内径小于螺纹块13的外径，所以螺纹块13会被滑动轴承14卡住。螺纹块13被滑动轴承14和阀芯阀杆底座11-1限定了前后移动的最远距离。

所述阀芯17与阀芯套12贴合处连接有密封圈15。

密封圈15保证了阀芯17与阀芯套12的密封，防止阀芯阀杆底座11-1和滑动轴承14之间的空腔内进入其他物质。

所述旋流叶片19外缘切线与阀芯前杆18中轴线夹角为45度，且旋流叶片19具有一个涡波形周期。

所述阀芯阀杆孔17-1直径突缩，未收缩处直径等于弹簧16直径，收缩后处直径等于阀芯阀杆11-2直径，弹簧16前端顶在阀芯阀杆孔17-1直径突缩处。所述阀芯阀杆孔17-1呈凸字型，从下至上直径突缩一次，突缩前的孔径容纳阀芯阀杆11-2及其外的弹簧16，突缩后的孔径容纳阀芯阀杆11-2，而弹簧16的前端就顶在阀芯阀杆孔17-1突缩处。

所述弹簧16末端连接阀芯阀杆底座11-1表面。弹簧16末端连接在阀芯阀杆底座11-1的上表面，前端则顶在在阀芯阀杆孔17-1突缩处。

阀芯套12从前至后，如图3所示从左至右，直径变小一次，形成了一个卡槽，与之对应的阀芯17直径也收缩一次，形成了凸台，当阀芯17底端接触到阀芯阀杆底座11-1上表面时，凸台和卡槽也相互接触，凸台和卡槽形成第二道限位结构。阀芯17直径收缩后，过一段距离，直径增大，增大的部分用于放置滑动轴承14，滑动轴承14的内径等于第一次收缩后阀芯套12的内径。

【实施例3】

如图1至图3所示，在实施例2的基础上，一种集气气井远程开关井设备，包括阀体外壳部20，阀体外壳部20后端连接有紧急切断部21和电动执行部22，所述阀体外壳部20设有集气气井远程开关阀芯，阀芯前杆18伸入阀体外壳部20的下游腔室内，紧急切断部21包括丝杠和阀杆8，丝杠前端连接至阀芯阀杆底座11-1下表面，另一端连接至阀杆8，阀杆8的另一端连接有传动机构7，传动机构7后端连接有气动线性单元6，气动线性单元6后端连接有电动执行部22。

阀体外壳部20主要由三大腔室组成，一是容纳集气气井远程开关井阀芯的阀芯腔，另外则是阀芯腔连接上游和下游的上游腔室和下游腔室，集气气井远程开关井阀芯的旋流叶片19伸入了下游腔室，这样从上游腔室吹来的气体在进入下游腔室的时候要经过旋流叶片19，由此就形成了涡流，涡流增强气流携液将已生长的水合物从阀体及管道内壁剥离吹向下游防止阀体外壳部20下游结冰堵塞。

阀体外壳部20通过上游法兰26和下游法兰27，与气井井口采气树及下游管线连。

电动执行部22由控制器和电机组成，电动执行部22上设置有智能电动执行单元显示屏9和智能电动执行单元按钮盘10，用于控制电机的运转。

如图2所示，而电机的转动则是依次带动了紧急切断部21中气动线性单元6、传动机构7、阀杆8的转动，而丝杠则将阀杆8的旋转转化为直线运动，如图3所示，驱动阀芯阀杆底座11-1左右移动。整个紧急切断部21起到了传动的作用。

【实施例4】

在实施例3的基础上，如图3所示，所述紧急切断部21还包括通过管道首尾依次相连的过滤减压阀1、单向阀2和储气罐3，过滤减压阀1入口连接至气源，储气罐3出口连接至气动线性单元6，其中储气罐3与气动线性单元6之间的管道上还连接有电磁阀4。

气源中的高压气体经过过滤减压阀1过滤减压后得到低压气源，经单向阀2、储气罐3、电磁阀4后进入气动线性单元6中，驱动气动线性单元6旋转，而气动线性单元6旋转则带动了传动机构7、阀杆8，即驱动阀芯阀杆底座11-1移动来实现紧急关井，当电动执行部22的控制器检测到整个装置关井完毕后，关闭电磁阀4，低压气体不再进入气动线性单元6，气动线性单元6也就不再旋转，气动线性单元6上还设有排气阀，打开排气阀排出低压气体，整个装置处在关井状态，进入开井待机状态，根据电动执行部22的即可再次正常开井。

所述阀体外壳部20还连接有压力检测装置，压力检测装置包括取压管23和压力变送器25，取压管23一端与阀体外壳部20的下游腔室内连通，另一端通过取压考克24连接至压力变送器25。

阀体外壳部20里还设有压力变送器25，检测管线内的压力，当出现超压(可在电动执行部22进行远程或就地设置，中低压集气气井其典型值一般设定为4MPa)或者欠压(可在电动执行部22进行远程或就地设置，中低压集气气井其典型值一般为0.5MPa)时，传输信号给电动执行部22，电动执行部就打开电磁阀4开始紧急关井。取压管23一端连通至下游腔室，另一端连接压力变送器25，取压管23和压力变送器25之间还连有个取压考克24。

【实施例5】

如图1至图3所示，一种集气气井远程开关井设备使用方法，开井时，电动执行部22旋转，带动气动线性单元6、传动机构7、阀杆8一同旋转，丝杠将阀杆8的旋转转化为直线运动，推动阀芯阀杆底座11-1和阀芯套12移动，在这个过程中，阀芯17位置不变，通过改变阀芯17底端与阀芯阀杆底座11-1之间的距离模拟人工开井过程，而自阀体外壳部20上游来的气体经过旋流叶片19时，产生涡流，涡流将下游的水合物从阀体和管道内壁剥离，防止下游结冰堵塞，随着开井进行，在涡流引起的降压和升温作用下，水合物生成条件被破坏，水合物颗粒融化，气井井口针阀全开，开井完成；关井时，电动执行部22转动，推动阀芯阀杆底座11-1和阀芯17底端贴合，最终阀芯17落座在阀芯阀杆底座11-1上，实现关井；当压力变送器25检测到管线内出现超压或欠压异常时，电磁阀4打开，气源的高压气体经过滤减压阀1、单向阀2和储气罐3进入到气动线性单元6中带动气动线性单元6旋转，从而带动传动机构7和阀杆8转动，最终使得阀芯17落座在阀芯阀杆底座11-1上，实现紧急关井，关井后关闭电磁阀4，气体不再进入气动线性单元6中，气动线性单元6进入停止状态。

在开井时，电动执行部22旋转，带动气动线性单元6、传动机构7、阀杆8一同旋转，丝杠将阀杆8的旋转转化为直线运动，推动阀芯阀杆底座11-1和阀芯套12移动。如图3所示，推动阀芯阀杆底座11-1和阀芯套12向右移动，阀芯阀杆底座11-1和阀芯17，因为阀芯17和阀芯套12是滑动连接，而不是固定连接，所以在阀芯套12右移时，阀芯并不移动，此时弹簧16处于放松状态。

开井过程中阀体外壳部20下游可能会因节流降压而生成的水合物，水合物长时间生长会引起阀体外壳部20堵塞导致开井失败。开井过程中，所述旋流叶片19与阀芯前杆18会诱导气流通道内气流产生涡流，涡流增强气流携液将已生长的水合物从阀体及管道内壁剥离吹向下游防止阀体外壳部下游结冰堵塞，约30分钟后，气井井筒内天然气在气井井筒内井下节流器的降压及升温作用下，已升温的天然气破坏水合物生成条件，融化水合物颗粒，气井井口针阀全开，开井过程完成。

而关井时电动执行部22反转，将阀芯阀杆底座11-1向左推，随着阀芯阀杆底座11-1左移，阀芯17位置又不变，阀芯阀杆底座11-1和阀芯17之间的距离逐渐变小，最终两者贴合，阀芯17落座在阀芯阀杆底座11-1，实现了贴合，弹簧16处在压缩状态。

紧急关井时雨关井时类似，不同点在于，是由低压气体驱动气动线性单元6旋转，而不是电动执行部22电机旋转带动气动线性单元6旋转。

并且电动执行部22上还安装有手轮23，在系统失电或故障或其他极端情况下，可利用手轮23进行人工旋转关井。

本实施例没有详细叙述的部件和结构属本行业的公知部件和常用结构或常用手段，这里不一一叙述。

Claims (10)

1.一种集气气井远程开关阀芯，其特征在于：包括阀芯阀杆底座(11-1)、阀芯阀杆(11-2)和阀芯(17)，阀芯阀杆(11-2)连接在阀芯阀杆底座(11-1)上表面；阀芯阀杆底座(11-1)外连接有阀芯套(12)，阀芯阀杆(11-2)位于阀芯套(12)内，阀芯阀杆(11-2)外壁套有弹簧(16)，阀芯套(12)内壁上还连接有滑动轴承(14)，阀芯(17)内开有阀芯阀杆孔(17-1)，阀芯(17)插入阀芯套(12)内，且阀芯阀杆(11-2)插入阀芯阀杆孔(17-1)内，阀芯(17)底部的外壁上连接有螺纹块(13)，螺纹块(13)与阀芯套(12)内壁滑动连接，阀芯(17)前端连接有阀芯前杆(18)，阀芯前杆(18)上连接有旋流叶片(19)。

2.根据权利要求1所述的一种集气气井远程开关阀芯，其特征在于：所述螺纹块(13)位于阀芯阀杆底座(11-1)和滑动轴承(14)之间。

3.根据权利要求1所述的一种集气气井远程开关阀芯，其特征在于：所述阀芯(17)与阀芯套(12)贴合处连接有密封圈(15)。

4.根据权利要求1所述的一种集气气井远程开关阀芯，其特征在于：所述旋流叶片(19)外缘切线与阀芯前杆(18)中轴线夹角为45度，且旋流叶片(19)具有一个涡波形周期。

5.根据权利要求1所述的一种集气气井远程开关阀芯，其特征在于：所述阀芯阀杆孔(17-1)直径突缩，未收缩处直径等于弹簧(16)直径，收缩后处直径等于阀芯阀杆(11-2)直径，弹簧(16)前端顶在阀芯阀杆孔(17-1)直径突缩处。

6.根据权利要求1所述的一种集气气井远程开关阀芯，其特征在于：所述弹簧(16)末端连接阀芯阀杆底座(11-1)表面。

7.一种集气气井远程开关井设备，包括阀体外壳部(20)，其特征在于：阀体外壳部(20)后端连接有紧急切断部(21)和电动执行部(22)，所述阀体外壳部(20)设有集气气井远程开关阀芯，阀芯前杆(18)伸入阀体外壳部(20)的下游腔室内，紧急切断部(21)包括丝杠和阀杆(8)，丝杠前端连接至阀芯阀杆底座(11-1)下表面，另一端连接至阀杆(8)，阀杆(8)的另一端连接有传动机构(7)，传动机构(7)后端连接有气动线性单元(6)，气动线性单元(6)后端连接有电动执行部(22)。

8.根据权利要求7所述的一种集气气井远程开关井设备，其特征在于：所述紧急切断部(21)还包括通过管道首尾依次相连的过滤减压阀(1)、单向阀(2)和储气罐(3)，过滤减压阀(1)入口连接至气源，储气罐(3)出口连接至气动线性单元(6)，其中储气罐(3)与气动线性单元(6)之间的管道上还连接有电磁阀(4)。

9.根据权利要求7所述的一种集气气井远程开关井设备，其特征在于：所述阀体外壳部(20)还连接有压力检测装置，压力检测装置包括取压管(23)和压力变送器(25)，取压管(23)一端与阀体外壳部(20)的下游腔室内连通，另一端通过取压考克(24)连接至压力变送器(25)。

10.一种集气气井远程开关井设备使用方法，其特征在于：开井时，电动执行部(22)旋转，带动气动线性单元(6)、传动机构(7)、阀杆(8)一同旋转，丝杠将阀杆(8)的旋转转化为直线运动，推动阀芯阀杆底座(11-1)和阀芯套(12)移动，在这个过程中，阀芯(17)位置不变，通过改变阀芯(12)底端与阀芯阀杆底座(11-1)之间的距离模拟人工开井过程，而自阀体外壳部(20)上游来的气体经过旋流叶片(19)时，产生涡流，涡流将下游的水合物从阀体和管道内壁剥离，防止下游结冰堵塞，随着开井进行，在涡流引起的降压和升温作用下，水合物生成条件被破坏，水合物颗粒融化，气井井口针阀全开，开井完成；关井时，电动执行部(22)转动，推动阀芯阀杆底座(11-1)和阀芯(17)底端贴合，最终阀芯(17)落座在阀芯阀杆底座(11-1)上，实现关井；当压力变送器(25)检测到管线内出现超压或欠压异常时，电磁阀(4)打开，气源的高压气体经过滤减压阀(1)、单向阀(2)和储气罐(3)进入到气动线性单元(6)中带动气动线性单元(6)旋转，从而带动传动机构(7)和阀杆(8)转动，最终使得阀芯(17)落座在阀芯阀杆底座(11-1)上，实现紧急关井，关井后关闭电磁阀(4)，气体不再进入气动线性单元(6)中，气动线性单元(6)进入停止状态。

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