带剪切压力放大器的地面防喷器控制装置及控制方法与流程

本发明涉及防喷器，特别涉及一种带剪切压力放大器的地面防喷器控制装置及控制方法。

背景技术：

1、防喷器是控制井内压力的安全设备，其中安装的剪切闸板在紧急情况下需要及时切断作业管柱才能确保实现安全封井；但常规钻井防喷器及配套地面防喷器控制装置只能剪断常规尺寸的钻杆，如果管柱正好位于6 1/2”规格的钻铤位置、或位于5 7/8”规格的钻杆接箍位置，常规剪切闸板防喷器是无法剪断井内管柱的，为油田紧急情况下剪切管柱增加了安全隐患。

2、防喷器剪切管柱主要依靠地面防喷器控制装置的输出液压压力来实现，即输出油压的大小决定了防喷器剪切闸板的剪切力。常规的地面防喷器控制装置剪切关持续输出油压最大为21mpa。当需要更大的输出油压时，虽然也可以通过地面防喷器控制装置配置的气动油泵输出高达31.5mpa的油压，但由于气动油泵的排量较小，而剪切管柱时需大流量的液压压力，导致气动泵的排量不能满足api 16d标准的要求，即保持30秒内关闭闸板防喷器(包括剪切防喷器)。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种能够快速增加剪切管油路剪断压力的剪切压力放大器。

2、本发明的另一目的是提供一种带有上述剪切压力放大器的地面防喷器控制装置，以通过增加剪切管油路的压力剪断钻铤、钻杆接箍，以确保钻井作业过程的安全作业。

3、本发明的另一目的是提供一种采用地面防喷器控制装置实现的剪切防喷器剪断管柱方法。

4、为此，本发明技术方案如下：

5、一种剪切压力放大器，包括t形油缸、气控液换向阀、第二液控气换向阀、增压进油管、增压回油管、第二进气管和注油油管；其中，t形油缸由t形缸筒和内置在t形缸筒内的t形活塞构成，且t形活塞能够沿轴向在t形缸筒的大直径筒体端与小直径筒体端之间往复移动；t形缸筒的大直径筒体端为压力输入端、小直径筒体端为压力输出端；气控液换向阀的进油口与增压进油管的一端连接、回油口通过卸油管与液压油油箱连接、工作口与t形油缸的压力输入端连接，并以通过气控方式换向连通；第二液控气换向阀的进气口与第二进气管的一端连接、出气口与大气连通、工作口与气控液换向阀气控端连接，并以通过液控方式换向连通；t形油缸的压力输出端、第二液控气换向阀的液控端分别通过管路与增压回油管连接，且在第二液控气换向阀与增压回油管的连接管路上设置有液控开闭阀门；增压回油管的管路一端连接至注油油管，且靠近另一端的管路上设置有回油开闭阀门；注油油管的两端分别为注油进口端和注油出口端，在靠近注油进口端的注油油管上设置有阻止液压油自注油进口端回流的单流阀。

6、进一步地，t形缸筒由呈同轴设置且具有圆柱形结构的大筒体和小筒体连接而成，大直径圆柱体以与筒体内壁形成面摩擦的方式内置在大筒体内，小直径圆柱体以与筒体内壁形成面摩擦的方式内置在小筒体内，且t形缸筒的大筒体轴向长度大于t形活塞的大直径圆柱体的轴向长度。

7、进一步地，在气控液换向阀与增压进油管之间还通过管路连接有压力表和减压阀；在第二液控气换向阀与增压回油管的管路交汇处设置有压力表。

8、一种采用剪切压力放大器的地面防喷器控制装置，包括蓄能系统、液压油泵送系统、液压油输送系统、剪切压力放大器和供气系统；其中，蓄能系统由若干个蓄能器构成；各蓄能器直接或间接连接至蓄能总管上，且在各蓄能器与蓄能总管的连接管路上设置有开闭阀门，蓄能总管上设置有压力表；液压油泵送系统包括电动输油装置、气动输油装置、液压油泵送总管、第一液压油泵送支管和第二液压油泵送支管；电动输油装置包括具有电动泵的电动输油管路，其一端与液压油油箱连接、另一端与液压油泵送总管连接；气动输油装置包括具有气动泵的电气动输油管路，其一端与液压油油箱连接、另一端与液压油泵送总管连接；第一液压油泵送支管上设置有支路开闭阀门，其一端与液压油泵送总管连接、另一端与蓄能总管连接；第二液压油泵送支管的一端与液压油泵送总管连接；液压油泵送总管与设置有溢流阀的溢流管路连接；液压油输送系统包括高压油路、低压油路、换向阀油路、旁通换向阀、剪切换向阀和剪切放大器换向阀；高压油路的一端与液压油泵送总管连接，低压油路的一端通过减压阀与液压油泵送总管连接；旁通换向阀的第一进油口与低压油路的另一端连接、工作口与换向阀油路的一端连接、第二进油口连接至高压油路，且第一进油口与工作口之间的通道为常开通道，第二进油口与工作口之间的通道为常闭通道、并通过操控实现换向；剪切换向阀的进油口连接至换向阀油路，其第一工作口通过打开油路与剪切防喷器的两个闸板打开油缸连通，其第二工作口通过关闭油路与剪切防喷器的两个闸板关闭油缸连通，其回油口通过泄油管路与液压油油箱连接；剪切放大器换向阀的进油口连接至换向阀油路，其第一工作口与增压进油管的另一端连接，其第二工作口与增压回油管的另一端连接；注油油管的注油进口端和注油出口端按照液压油在关闭油管内的流向接入关闭油管；供气系统包括与外接气源连接的第一供气管路和第二供气管路，第一供气管路与气动输油装置的气动泵连接，第二供气管路与第二送气管路的另一端连接。

9、进一步地，在液压油泵送系统中，电动输油装置包括电动泵控制装置和至少一条电动输油管路，电动输油管路由通过管路依次连接的高压过滤器、电动泵和单向阀构成，第一高压过滤器的另一端通过管路连接至液压油油箱中，单向阀的另一端通过管路连接至液压油泵送总管上，并使电动输油管路内的液压油仅自液压油油箱至液压油泵送总管单向流动；电动泵控制装置包括压力控制器和防爆电箱，防爆电箱分别与防爆电箱和电动泵电性连接，压力控制器的压力探测端设置在靠近单向阀另一端的电动输油管线上，并通过监测电动输油管线的液压油输出压力控制防爆电箱与电动泵之间的电力通断。

10、进一步地，在液压油泵送系统中，气动输油装置由气动泵控制装置和至少一条气动泵输油管路和构成；气动泵输油管路由通过管路依次连接的高压过滤器、气动泵和单向阀构成；第一高压过滤器的另一端通过管路连接至液压油油箱中，单向阀的另一端通过管路连接至液压油泵送总管上，并使气动输油管路内的液压油仅自液压油油箱至液压油泵送总管单向流动；气动泵控制装置包括第一液控气换向阀，其进气端与第一送气管的一端连接，其出气端通过管路与气动泵连接，且其进气端与出气端之间的通道常开、并在液控气换向阀的进气端与出气端之间并联一个设有常闭截止阀的旁通管路，当需要气动泵不受液控气换向阀控制并可持续工作时，需将旁通管路上的截止阀打开；第一液控气换向阀的液控端通过管路连接至液压油泵送总管。

11、进一步地，供气管路上沿气源输送方向依次设置有高压过滤器、压力表、减压阀和油雾器；第一供气管路的一端与外接气源连接、另一端与第一送气管路的另一端连接；第二供气管路的一端连接至位于高压过滤器与减压阀之间的供气管路上、另一端与第二送气管路的另一端连接。

12、一种利用地面防喷器控制装置实现的剪切防喷器剪断管柱方法，步骤如下：

13、s1、剪断准备：

14、s101、初始状态下，调节第一手动减压阀和第二手动减压阀的输出压力为工作压力值，关闭液控开闭阀门和回油开闭阀门，控制剪切换向阀中进油口与第二工作口之间的管路连通；

15、s102、启动液压油泵送系统，使液压油依次通过低压油路、关闭油管进入剪切压力放大器中，经注油油管进入注入t形油缸的压力输出端中，直至t形油缸内的t形活塞移动至压力输入端侧；观测增压回油管上的压力表，当其压力值上升，则说明t形油缸内的t形活塞已完全移动至压力输入端侧；

16、s103、控制剪切换向阀至中位封闭状态，并打开回油开闭阀门，对关闭油管、注油油管和增压回油管的液压油进行泄压；而后，关闭回油开闭阀门，开启液控开闭阀门；其中，液控气换向阀的换向阈值设置为工作压力值，以利用液控气换向阀换向驱动气控液换向阀换向，使增压进油管与t形油缸压力输入端之间的管路连通，从而启动剪切压力放大器为关闭油路增压；

17、s2、管柱剪断操作：

18、s201、控制剪切换向阀中进油口与第二工作口之间的管路连通，使液压油以工作油压依次通过低压油路和关闭油管输送至剪切防喷器的两个剪切闸板关闭油缸内，驱动两个剪切闸板朝向待剪断管柱相向运动；与此同时，液压油以工作油压通过剪切放大器换向阀输送至增压进油管中；

19、s202、由于关闭油管内的液压油同时进入液控气换向阀的液控端中，当两个剪切闸板与待剪断管柱外壁接触时，液控气换向阀液控端的油压达到工作油压，通过依次驱动液控气换向阀换向、气控液换向阀换向，增压进油管与t形油缸的压力输入端连通，使t形油缸内的t形活塞在工作油压作用下自t形油缸的压力输入端朝向压力输出端移动，将油缸内储存的液压油推入剪切防喷器的两个剪切闸板关闭油缸内，实现快速增压，以高于常规最大输入油压的压力作用在剪切闸板上，闸板以高剪切力一次性完成管柱的剪断。

20、与现有技术相比，该剪切压力放大器、地面防喷器控制装置及控制方法的有益效果包括：

21、1)本技术的剪切压力放大器通过液控气、气控液的方式，实现增加剪切关压力，从而增加剪切管柱成功率，放大器高压输出自动控制；与常规需要整体提高系统压力的前提下才能提高闸板的剪切压力相比，采用剪切压力放大器在系统压力处于较低压力的状态下，即可通过局部增压实现闸板的剪切压力的大幅提高，使闸板以高剪切力一次性完成管柱的剪断，有效避免了因高油压作业导致的风险；此外，该剪切压力放大器也可以利用原地面控制系统中的备用换向阀直接接入地面控制系统中使用；

22、2)本技术的地面防喷器控制装置结构设计合理，可同时接入其他类型的防喷器闸板控制系统，同时利用该地面防喷器控制装置实现的控制方法简单，剪切压力放大器直接汇入闸板关闭油路中，使剪切关操作与原地面防喷器控制装置操作方式相同，不必更改操作人员的操作习惯。