CN1240493A - 控制和扑灭油井起火的*** - Google Patents

Abstract

采用堵塞生产管或钻管的方法来控制油井火焰的***。有一采用可动活塞的箱被配装在钻管的周围。活塞的前端装有一个钻孔筒(3),通过一个液压的活塞和圆筒装置可使钻孔筒(3)向钻管移动,随后钻孔筒可钻透钻管的壁,于是该钻孔筒或一个分开的堵塞筒(4)可留在钻出的孔内并堵塞液体不让它通过钻管流出。该过程可遥控。

Description

控制和扑灭油井起火的***

本发明的主题为一控制油井起火或其他相当液态物质起火的***。采用本发明可燃物质的喷发可被停止，而石油钻管在堵塞后有可能重新被打开。

目前有三种不同的方法可尝试用来扑灭油井的火灾。

用水喷洒在火根上，同时消防人员在保护罩的掩护下力图接近火焰并尝试用手工关闭油管的阀门。这种方法是危险的，并且需要大量的水，这在火场并不是总能供上的。

***燃烧的油井，这样在周围区域内，氧的用量就会暂时大增，致使火焰由于缺乏足够的氧而被熄灭，在此之后就可更换阀门和其他破损设备。这种方法是极其危险的。

用燃烧的油管在同一口油井内钻出一个新孔，将水泵入其内，这样油的喷出就会被水的喷出替代，可将火焰扑灭。这是一个费钱而又费时的操作，并不能保证成功。另外，这种方法实现起来是危险的。

本发明的设备的主要零部件为：一个液压筒、一个活塞、一个钻孔筒、一个堵塞筒、一个钻头、一个箱式夹具、一台液压马达或其他动力源、一个堵塞栓、一个带有导管和压力蓄积器的液压容器、及一个自动控制和监视***。我们的想法是，每一个油及/或气的钻管各有其自己一套与管径匹配的钻孔单元。就钻孔单元而言，包括钻孔机构和需要用来封闭一个油或气的钻管的堵塞机构。数个钻孔单元可使用一个共同的动力源和其液压容器。在深水的条件下如在海上石油钻探平台上，水压可被它自身的机构导引而被使用在这个***内。为了造成压力还可在一两端具有活塞的粗大圆筒内使用***，而将压力通过一个分开的中央容器导引或直接导引到液压容器内。压力还可从钻孔单元下面的油或气的钻管中通过一个钻出的孔和固定在其上的接头取得。能按所需数目装上钻孔单元，该数目在本例中为三。

本发明的***的目的是要控制油及/或气的火情，使巨大的油及/或气的钻探设备的毁坏得以避免。本发明的设备可装到一个正在施工的油及/或气的钻探***上，或者一个已经选好的油及/或气的钻探***上，或者甚至于装到一个正在燃烧的***上。当该设备已经预先安装在石油钻探***上时，由于该设备是遥远安装的并且自动控制的，油井之火不会对人们造成威胁，即使是装在已经燃烧的***上的设备也不需要人们跑到火根邻近，相反地该设备被装在地下。由此可见本发明的优点，即设备和操作方法都很安全，他们可以拯救环境，节省金钱和油或气。

下面本发明将结合附图较详细地说明。

图1为第一钻孔筒运动时设备的剖面图。

图2为第一堵塞筒就位时设备的剖面图。

图3为所有三个堵塞筒都就位时设备的剖面图。

图4为半球形筒的剖面图。

图5为具有磨光表面的圆锥形筒的部分剖面图。

图6为具有伸出刀片的圆锥形筒的部分剖面图。

图7为安装的设备和液压容器的部分剖面图，该图没有示出设备所在地下构筑空间的结构。

图8详细示出箱式夹具和锁紧的堵塞栓。

图9示出一个应用例，其中钻孔筒和堵塞筒(图上未画出)操作时都从油及/或气的钻管的同一侧开始，并且上述两筒被填料箱导引，切割缝也被填料箱密封。在图中在右手侧的填料箱还没有被收紧到位。

在图1、2和3中，我们的想法是，在油及/或气的钻管和堵塞筒的右手侧可以有一个与在油及/或气的钻管的左侧类似的推动及/或转动机构。撇开这些图，同样合适的做法是将一个接着另一个操作的钻孔单元分别设置在油及/或气的钻管的两个对侧，这样接续进行的钻孔和堵塞就可分别从钻管的两个对侧开始。如果有三个或更多的钻孔单元环绕着同一个油及/或气的钻管，那么每一个单元可被这样设置使这们从完全不同的方向上开始操作，这样便能在钻孔和堵塞时使在钻管上造成的合力尽可能地减小。

当设备起动时，压力蓄积器10的压力被排放到液压容器11内，该压力使液压马达8及其阀开始操作。流入液压筒1内的油推动活塞2，而活塞又推动钻头5和钻孔筒向前。当钻孔筒3穿透得足够远即通过石油钻管7时，机械的反向阀就下令给钻头5和钻孔筒3使它们返回，还下令给堵塞筒4使它进行堵塞。堵塞筒4也可设在钻孔筒3的后面，在该情况下就只需一个方向的运动。当所有钻孔单元都已操作过如果需要还可封闭堵塞栓。这个工作可用液压或***来做。堵塞筒可只是用被推动的方法来操作或者还可装上转动的例如可用来磨削的马达。在堵塞时或堵塞后，可另外将一种带压力的灭火物质如液氮送入到气或油的钻管内。送入时通过一个用类似钻孔筒3的装置在油或气的钻管上切割出孔。所有这些无需用电，可用强制的控制来完成，在该情况下一旦操作开始就不能停止。设备被箱式夹具6固定在油管的周围并被支承在夹具的底部上。将各种大小的管分开来堵塞可防止在顶部的管降落。将套筒安装在管子上切割开的地方上并将塞头拔出，石油钻探***便可重新操作。

下面的应用方法可用来堵塞外面的油或气的钻管，说明主要是结合图9写的。

除了在早先提到的本发明的零部件以外，本发明还包括一个填料箱14、一个收紧器15、堵塞锁16、一个滑动轴承(例如一条铬带)17、压缩的油衬垫18、一条锁紧槽19和一条框架槽20。面向油或气的钻管的填料箱14的端头被制成所要配合的钻管的外壁形状并且十分尖锐，可被滑动轴承17和收紧器15收紧到位，收紧器15具有外螺纹可与框架12的内螺纹配合，因此可在安装时用手工或在设备开动时用自动机构予以收紧。在填料箱的收紧器15的周围制有一条锁紧槽19，当填料箱的收紧器被推到所需深度时，被弹簧/液压牵引到框架12上的堵塞锁16便被推入到锁紧槽内。另外，在设备的框架12上制有一条框架槽20，其目的是在填料箱的收紧器之外加设此槽用来防止填料箱14在抵达所需深度后发生松弛现象。而已被收紧到位的填料箱14的油或气的钻管7的端头上是十分尖锐的并且是由极硬材料制成的，其目的是要密封被钻孔和堵塞的油或气的钻管7的堵塞缝，并导引钻孔和堵塞联合体3-4在其内的行动。在填料箱14和轴13之间的缝隙则由一个压缩的油衬垫来密封。当钻孔进行时，从油或气的钻管7上钻下的碎片被留在钻孔和堵塞的联合体3-4上。

阀门的监视和控制可这样的操作：

1.采用在加工和自动化技术中已知的方法。

2.用电测量传感器从***的磁场中获知的变化，这些变化例如是由下列量的变化造成的：流率、流向、温度、压力、稳定性。磁场中发生的这些变化用电通过数个电阻器内的变化把它们记录下来，这些电阻器由晶体管定向并由计算机集成为一体，阀门的操作是由存储在计算机内的限制值控制的。阀门在水下的周围环境及在其内的变化也可通过这种方法加以监视，任何一种观察到的情况，如***的恐吓，都可传到监视和控制的终端上。

3.分析并协调各该量，如由在钻头顶尖内和轴上的传感器测得的温度、压力、旋转速率、移动速率及在这些量中的变化。

为了控制阀门可以采用下列方式：

1.有电路连接的、单独的阀门控制，这样关闭阀门只需一个指令便可。

2.直接控制或通过液压阀间接控制。

3.用气动机构操作液压阀。

操作可以是手动的或自动的，在后一种情况下，***是由各该独立封闭***的安全开放而开动的。作为要测量的量可以采用温度、气体、含量、压力、流量、摇动、力学、电技术中的量或其他这类量，这些量能自动地对阀门给出指示，而人力是不可能这样做的。

指示操作的传感器可装在阀门上给我们示出阀门的操作状态。

1.在液压容器内的压力传感器可示出阀门已开始操作，指出油的工作压力。

2.计量仪表示出的油量可指出运动的距离：

-进入液压筒内的油量指出运动的距离，

-在液压筒返回侧上的压力传感器指示返回运动的操作。

3.在堵塞筒内的压力传感器指示堵塞运动。

4.指示钻头旋转的传感器位在钻头的轴上。

5.位在钻头顶尖内的传感器可测到主要量。

自动数据处理装置使用这些量便可在计算机终端上描绘出阀门操作的细节。

Claims (40)

1.阀门设备和一种用来堵塞油及/或气的钻管的***，其特征为，该设备具有一个液压筒(1)、一个活塞(2)、一个部分中空的钻孔筒(3)、一个中空的堵塞筒(4)、一个钻头(5)、箱式夹具(6)、一个动力源(8)、一个堵塞螺栓(9)、压力蓄积组(10)、一个连同管线的液压容器(11)、一个框架(12)、轴(13)、一个利用静液压的机构和一个自动控制和监视的***。

2.按照权利要求1的设备，其特征为，钻孔筒(3)的头部为球形并装有一个可用液压伸出和缩回的刀片，在该情况下，钻孔筒(3)还可用作堵塞筒(4)。

3.按照权利要求1的设备，其特征为，钻孔筒(3)为圆锥形，可装有一个动态的钻头尺寸调节器，在该情况下，堵塞筒(4)也是圆锥形的并可用油压及/或***予以锁紧。

4.按照权利要求1的设备，其特征为，钻孔筒(3)为一圆筒，其端点有一刀片。

5.按照权利要求1和4的设备，其特征为，堵塞筒(4)可用油压或***锁紧。

6.按照权利要求1、3、4的设备，其特征为，在钻孔筒(3)端点的中心有一钻头。

7.按照权利要求1-6项的设备，其特征为，钻孔筒(3)、堵塞筒(4)和钻头(5)前进运动的能量来自压力蓄积器(10)，通过活塞(2)、轴(13)、液压筒(1)和液压容器(11)以及管线而得到。

8.按照权利要求1-6项的设备，其特征为，钻孔筒(3)和钻头(5)的旋转运动的能量来自压力蓄积器(10)，通过活塞(2)、轴(13)、用作动力源的液压马达(8)和液压容器(11)以及管线而得到。

9.按照权利要求1的设备，其特征为，箱式夹具(6)由于它为两部分构成的结构，因此可从两侧装到钻管(7)的周围。

10.按照权利要求1-9项的设备，其特征为，箱式夹具(6)的内侧为圆锥体并设有螺纹。

11.按照权利要求1的设备，其特征为，用***或用油压将堵塞栓放置并锁紧在位。

12.按照权利要求1和11的设备，其特征为，堵塞栓(9)比最外边的油及/或气的钻管(7)宽并具有一个由倾斜的V字两侧形成的点。

13.按照权利要求1-8项的设备，其特征为，钻孔筒(3)和堵塞筒(4)的外直径比要被堵塞的油或气的钻管(7)的内直径大，而比要被堵塞的油或气的钻管(7)的外直径小。

14.按照权利要求1和3的设备，其特征为，当钻孔筒(3)开始旋转时，钻孔筒(3)的刀片被机械地及/或液压地伸出，而当旋转方向改变时，该刀片被机械地或液压地拉回到钻孔筒(3)内。

15.按照权利要求1、2、3、4、6、7、8、13和14的设备，其特征为，在钻孔筒(3)的外面有一磨光表面。

16.按照权利要求1、3、4、6、7、8、13、14和15的设备，钻孔筒(3)还能用作堵塞筒(4)，堵塞筒的膨胀可用液压或***来完成。

17.按照权利要求1-16的设备，其特征为，钻孔筒(3)和堵塞筒(4)两者可位在油及/或气的钻管的同一侧或不同侧。

18.按照权利要求1-17的设备，其特征为，钻孔单元被分别设置在油及/或气的钻管的两个对侧，使接续进行钻孔时可从油及/或气的钻管的不同侧开始，堵塞也是同样情况。

19.按照权利要求1-17的设备，其特征为，三个或更多的钻孔单元被设置在油及/或气的钻管的完全不同的侧向，使接续进行钻孔时可从油及/或气的钻管的不同侧开始，堵塞也是同样情况。

20.按照权利要求1-19的设备，其特征为，该设备也能被安装到一个由一块所谓板控制的油及/或气的钻孔***内。

21.按照权利要求1-19的设备，其特征为，在水下的条件下，静水压力也能被一分开的机构导引出来成为***内所可使用的能量。

22.按照权利要求1-21的设备，其特征为，通过对***磁场内变化的测量可连续监控油及/或气的钻孔单元和机器人以及其周围事物，并能采取这些变化所要求的行动。

23.按照权利要求22的设备，其特征为，磁场内的变化可用电测量，这些变化是由于流率、流向、温度、压力、稳定性或周围材料的变化而造成的。

24.按照权利要求23的设备，其特征为，借助于电阻器及其内的变化和晶体管可进行电观察，这些观察然后被计算机以综合的方式收集起来。

25.按照权利要求22-24的设备，其特征为，这些测量仪器所收集到的信息集中到计算机上，被综合到编码的限制值内，用该限制值来控制阀门的操作，并将情况传送给监视和控制的终端。

26.按照权利要求1-19的设备，其特征为，在粗大的筒内***所造成的压力可通过导管导引成为在***内可被使用的能量。

27.按照权利要求1-19、26的设备，其特征为，***所造成的空气压力可被直接导引到液压容器内或通过一个分开的中央容器。

28.按照权利要求1-19、26、27的设备，其特征为，在粗大的筒内有两个与轴向平行的活塞分别位在***的两个不同侧。

29.按照权利要求1-19的设备，其特征为，所需能量也能从油或气的钻管的下面取得，通过一个分开的接头将钻管内造成的负压力或多余压力引出。

30.按照权利要求1-19、28的设备，其特征为，接头被图8所示的箱式夹具固定。

31.按照权利要求1-30的设备，其特征为，除了权利要求1所提到的零部件外，设备还可包括一个填料箱(14)、一个收紧器(15)、堵塞锁(16)、滑动轴承(17)、压缩的油衬垫(18)、一条锁紧槽(19)和一条框架槽(20)。

32.按照权利要求1、31的设备，其特征为，在钻孔和加塞来堵塞外面的油或气的钻管(7)时所留下的缝隙是用硬质材料制成的填料箱(14)来密封的，该填料箱的一端十分尖锐并被被制成油或气的钻管(7)的形状。

33.按照权利要求1、31、32的设备，其特征为，填料箱(14)能通过一个最好为铬带的滑动轴承(17)和一个设有外螺纹的填料箱收紧器(15)手动地或自动地被收紧到位。

34.按照权利要求1、31、32、33的设备，其特征为，当填料箱的收紧器(15)到达固定的深度时，它由于其锁紧槽(19)可被牵引在设备框架(12)上的堵塞锁(16)嵌入而被锁紧。

35.按照权利要求1、31、32、33、34的设备，其特征为，框架(12)的圆筒形内表面上有一条框架槽(20)沿着其圆周延伸，当填料箱(14)被收紧时，填料箱(14)的横截面为圆形的端头可抵达该槽。

36.按照权利要求1、31-35的设备，其特征为，钻头(5)或轴(13)被一压缩的油衬垫(18)包围着，由于这个油衬垫，被用作能量的压缩的液压油便可与钻孔和堵塞联合体(3)、(4)、(5)或其头部隔开。

37.按照权利要求1-21、26-36的设备，其特征为，本设备能在计算机将设在本设备各部及其周围的各种传感器和仪表测得的量如流率、流向、温度、压力、稳定性和材料变化汇总的条件下通过计算机程序***作或控制。

38.按照权利要求1-37的设备，其特征为，通过各种传感器和其他仪表收到的关于设备维修和堵塞过程所需信息可被计算机和卫星传送到控制中心。

39.按照以上权利要求中任一项的设备，其特征为，在堵塞时或堵塞后为了扑灭火焰可将一种带压力的灭火物质例如液氮通过一个分开的、从上述堵塞单元上钻出的孔输送进去。

40.按照权利要求39的设备，其特征为，所说钻孔和送入灭火物质的操作可自动与实际进行堵塞的设备联合在一起进行或分开进行。

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