固井作业用井口智能控压保护装置
技术领域
本发明涉及固井作业中的控压工具技术领域，尤其涉及一种固井作业用井口智能控压保护装置。
背景技术
在固井作业过程中，使用平衡压力固井技术有助于提高固井质量。
破坏固井过程压力平衡的主要因素有：①采用紊流顶替以提高顶替效率的同时，过大的环空流动阻力会产生过高的环空动液柱压力，致使地层破裂，水泥浆漏失，固井失败。②进入环空的固井流体不能平衡油、气、水层的压力，造成油、气、水侵窜槽，从而影响固井质量。
平衡压力固井技术是指在高效顶替和尽量减少对产层污染的前提下，将规定数量的水泥浆成功地驱替到设计的封固环空井段，且在注入、顶替甚至凝固的全过程中不发生固井流体的漏失和地层油、气、水层的侵窜，实现注替施工及候凝全过程的压力平衡。
传统的方法是采用人工控制，其缺点是作业过程对人员要求高，劳动强度大，且存在一定的安全隐患。也有使用弹簧实现机械自动控制平衡压力，压力过高时，使弹簧压缩以打开泄压阀门，从而控制作业过程的压力平衡。这种控制方式控制精度低，且随着弹簧频繁操作后性能的变化，平衡压力得不到保证，因而不能满足油气田固井作业对安全连续作业以及质量的要求。
因此，本领域的技术人员致力于开发一种固井作业用井口智能控压保护装置，采用数字自动控制技术，提高了平衡压力的控制精度和固井作业的自动化水平，从而保证了固井作业的安全性能和整体质量。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何提供一种控制精度高、自动化水平高的用于固井作业的控压保护装置，从而保证固井作业的整体质量。
为实现上述目的，本发明一种固井作业用井口智能控压保护装置，包括控压保护装置本体、油壬盘、压力变送器、碟形弹片、驱动机构和弹片座；所述控压保护装置本体通过所述油壬盘连接至固井系统，所述压力变送器安装在所述控压保护装置本体进口侧，其中，所述控压保护装置本体内部依次设置轴向通道、阀座、阀芯、阀杆、驱动机构和在所述阀座处与所述轴向通道大体上正交布置的泄气孔，通过所述驱动机构可操作所述阀芯、阀杆移动，所述碟形弹片围绕所述阀杆设置，所述弹片座套设在所述碟形弹片外侧。
进一步地，所述控压保护装置本体包括水平段和在所述水平段末端大体上正交布置的竖直段，所述水平段内部设有所述轴向通道，靠近所述进口侧设有径向通道，所述径向通道与轴向通道垂直相连，所述压力变送器安装在所述径向通道末端上，所述竖直段上设有所述泄气孔，所述阀座安装在所述水平段末端和所述竖直段之间。
进一步地，所述阀座与控压保护装置本体通过螺纹连接。
进一步地，所述驱动机构包括电机和丝杆，所述丝杆设置在所述阀芯内，所述电机和丝杆配置为可驱动所述阀杆，从而带动所述阀芯水平移动。
进一步地，所述阀芯包括阀芯头部和阀芯尾部，所述阀芯头部与所述阀座紧密配合，所述阀芯尾部容纳于所述弹片座内，所述阀芯尾部的直径小于所述弹片座的内径。
进一步地，所述阀芯头部为椭球形或卵形，所述阀芯尾部为圆柱形。
进一步地，所述阀芯由高强度材料制成。
进一步地，所述弹片座和控压保护装置本体通过螺纹连接。
进一步地，还包括调节螺栓和调节螺母，所述弹片座端部开设有通孔，所述调节螺栓中心开设沉孔，所述调节螺栓穿过所述弹片座端部的所述通孔连接至所述驱动机构，所述调节螺母旋设在所述调节螺栓上，所述调节螺母的一侧法兰面紧靠在所述弹片座的外端面上。
进一步地，还包括控制单元，所述控制单元包括显示模块和通信模块，所述控制单元被配置为接收所述压力变送器采集的压力信号，并通过所述驱动机构控制所述阀杆和阀芯移动，所述显示模块被配置为显示所述压力信号，所述通信模块被配置为将所述压力信号传送至控制中心。
本发明的有益效果是：
1. 采用数字控制技术，提高了固井作业过程中压力控制的精度；
2. 减轻现场作业人员的劳动强度，减少因人员操作失误引起的安全风险；
3. 安装便捷、使用安全可靠，并可实现远程监控，自动化程度高。
附图说明
图1 是本发明的一个较佳实施例的剖视结构示意图。
具体实施方式
以下参考说明书附图介绍本发明的优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。
如图1所示，本发明提供了一种固井工具作业用智能控压保护装置，包括控压保护装置本体1、油壬盘2、压力变送器3、阀座4、阀芯5、弹片座以及控制单元，其中弹片座包括弹片座本体7、碟形弹簧6、调节螺母8、调节螺栓9、阀杆11、电机12。
控压保护装置本体1通过油壬盘2可以与现场的固井系统快速连接牢固，控压保护装置本体1由水平段和竖直段构成，水平段内部设有轴向通道，靠近进口侧设有径向通道，径向通道与轴向通道垂直相连，径向通道内径小于轴向通道，其上安装有压力变送器3，可以及时查看内部压力。竖直段上设有斜向安全泄气孔10，可以保证安全泄压。在控压保护装置内部水平段末端和竖直段之间安装有阀座4，阀座4内部与轴向通道相连。阀座4与控压保护装置本体1螺纹连接，控压保护装置内部与阀座4对应位置设有阀芯5和阀杆11，围绕阀杆11安装有若干个碟形弹片6。阀杆11和碟形弹片6的外侧套设有可以容纳碟形弹片6的弹片座7，弹片座7与控压保护装置本体1螺纹连接，阀杆11末端设置有可以带动阀芯5压缩蝶形弹片6的驱动机构12。
优选地，驱动机构12包括电机和丝杆，丝杆设置在阀杆11内，通过电机和丝杆驱动阀杆11，从而带动阀芯5水平移动。
优选地，阀芯5由阀芯头部和阀芯尾部组成，阀芯尾部直径略小于弹片座7的内径，允许阀芯5可以被纳入弹片座7中，阀芯头部采用椭球形或卵形，与阀座4紧密配合。
优选地，阀芯5由高强度材料制成，例如，金属材料，可以承受高压多次冲刷。
在弹片座7尾部安装有调节螺母8和调节螺栓9，调节螺栓9上刻有3个调节档，可以通过手动调节调节螺栓9，初步设定使得控压保护装置大体在合适的压力附近推动阀杆11（粗调整），再由外置的控制单元通过比较压力变送器3测得的实际压力信号，经由驱动机构12辅助推动阀杆11（细调整），以使控压保护装置以合适的压力推动阀杆11，从而达到调节固井系统内部压力的作用。
本发明采用碟形弹片6和阀杆驱动机构12相配合，可以在长期的固井连续作业过程中，在碟形弹片6使用磨损和疲劳的情况下，保证平衡压力基本上维持不变，提高了固定作业的整体质量。固井压力一般较高，通过碟形弹片6承担基础的高压力，而让驱动机构12仅在较小的压力范围内进行调节，满足了控压保护装置结构紧凑的需要，同时也节省了使用和维护成本。
控压保护装置的工作原理和使用流程如下：
该智能控压保护装置用于固井施工和水泥候凝过程中，由于井下压力的变化，传导到井口，当压力超过设定值时，自动控制碟形弹片6压缩，露出泄压孔10，高压释放；当压力减少到正常范围时，自动控制碟形弹片6回位，堵塞泄压孔10。整个压力变化都可以远程监看、记录，从而保证固井施工安全和质量。该装置还有压力显示和远程电子传输功能。该控压保护装置现场应用便捷，自动化程度较好，自动控制井下压力变化，安全可靠，且方便随时查看，随时了解现场情况。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
