一种用于开启井下安全阀的微型井下液站系统
技术领域
本发明涉及一种用于开启井下安全阀的微型井下液站系统，属于井下安全生产技术领域。
背景技术
井下安全阀(SSSV)(SubSurface Safety Valve)是一种装在油气井内，在生产设施发生火警、管线破裂、以及发生不可抗拒的自然灾害(如地震、冰情、强台风等)等非正常情况时，能紧急关闭，防止井喷、保证油气井设施、生产安全的井下工具。井下安全阀在系统发生非正常状况时紧急关闭油路，防止井喷，是石油开采完井工具中的关键设施。传统的井下安全阀是通过井上液压系统远程控制安全阀的启闭，传统的地面控制井下安全阀的一般原理为：从地面加液压，高压液体经控制管线进入活塞腔，推动活塞下行，压缩弹簧，并顶开阀板，实现打开；保持地面控制压力，即保持开启状态；泄掉地面控制压力，阀板在弹簧作用下复位，实现关闭。传统的井下安全阀是通过井上液压系统远程控制安全阀启闭，由于油路传输距离较远，控制有一定的延时性。
目前油井中被广泛采用的智能复合连续管道是一种非金属材料多层复合基材与嵌入内部的通讯线、加热线、电缆组成的智能管道，单根管长达几千米(中间无接头)，可大大减少完井，开采作业时间，提高采油效率和效益，提升油井系统的安全性；结合相应配套完井工具的开发，可实现整套石油系统装备的升级换代。
发明内容
本发明的目的是为解决传统的通过井上液压系统远程控制井下安全阀的启闭，油路外置逐根连接捆绑于输送油管的外部，每根油管都需要护罩捆绑，作业效率低、磕碰损坏风险高，完井修井成本高，而且由于油路传输距离较远，长距离液压控制有一定延时性且存在检修不便的技术问题。
为达到解决上述问题的目的，本发明所采取的技术方案是提供一种用于开启和关闭井下安全阀的地面控制微型井下液站控制系统，包括井上电气控制系统、井下电气控制系统和井下微型液站；井上电气控制系统与井下电气控制系统连接，井下电气控制系统通过井下微型液站与井下安全阀连接。
优选地，所述井上电气控制系统包括计算机，可编程逻辑控制器PLC和电力载波机一；所述电力载波机一中设有电力载波模块一；所述计算机通过可编程逻辑控制器PLC与电力载波模块一连接。
优选地，所述井下电气控制系统包括电力载波机二、远程数据采集传送模块和继电器；所述电力载波机二中设有电力载波模块二，电力载波机二通过远程数据采集传送模块与继电器的一端连接，继电器的另一端与井下微型液站连接。
优选地，所述井上电气控制系统设有的电力载波模块一与井下电气控制系统设有的电力载波模块二通过电力线连接。
优选地，所述井下微型液站包括油箱、电机、微型柱塞泵、溢流阀、常闭式电磁阀一、常闭式电磁阀二、单向阀和单作用液压缸；所述单作用液压缸设有油路入口，所述油箱通过常闭式电磁阀一与单作用液压缸设有的油路入口连接；油箱与常闭式电磁阀一之间设有微型柱塞泵，微型柱塞泵与电机连接；所述常闭式电磁阀一与单作用液压缸的油路入口之间设有单向阀；所述油箱通过常闭式电磁阀二与单作用液压缸设有的油路入口连接；所述油箱与常闭式电磁阀一之间设有溢流阀；所述电机、常闭式电磁阀一和常闭式电磁阀二与所述继电器连接；所述单作用液压缸与安全阀连接。
优选地，所述单作用液压缸设有的油路入口设有压力传感器，压力传感器与所述井下远程数据采集传送模块连接。
优选地，所述油箱与微型柱塞泵之间设有过滤器。
本发明还提供一种用于开启和关闭井下安全阀的微型井下液站系统工作方法，包括以下步骤：
步骤1：井上电气控制系统做出的开启安全阀的指令由井上计算机通过可编程逻辑控制器PLC和电力载波机一传输，信号通过电力线传输至井下电力载波机二，再通过远程数据采集传送模块与继电器传输至电机；
步骤2：电机驱动微型柱塞泵工作，输出压力最高约为100Mpa，常闭式电磁阀一启动，液压油流入单作用液压缸，推动活塞杆运动，直至安全阀阀瓣打开；
步骤3：当安全阀阀瓣打开后，压力传感器通过远程数据采集传送模块将此时压力值传输回到地面，井上发出指令关闭常闭式电磁阀一，通向单作用液压缸的油路通过单向阀进行保压，使阀瓣持续处于开启状态；
步骤4：当压力传感器检测到压力下降时，电机和微型柱塞泵工作，常闭式电磁阀一打开，进行补压；当压力补足到压力传感器开启压力时，常闭式电磁阀一关闭；
步骤5：井上电气控制系统做出的关闭安全阀的指令由井上计算机通过可编程逻辑控制器PLC和电力载波机一传输，信号通过电力线传输至井下电力载波机二，再通过远程数据采集传送模块与继电器传输至常闭式电磁阀一和常闭式电磁阀二，常闭式电磁阀一关闭，常闭式电磁阀二开启，油路卸荷，安全阀阀瓣关闭；当遇突发断电时，常闭式电磁阀一失电关闭，而常闭式电磁阀二在备用电源的供电下开启，油路卸荷，安全阀阀瓣关闭。
相比现有技术，本发明具有如下有益效果：
本发明提供的井下安全阀开启系统，通过井上电气系统控制井下液站再开启井下安全阀，极大地改善了传统安全阀控制延时的问题，且对井下安全阀工作状态有了更为实时、精确的监控，对消除井下安全隐患，避免修井作业有较大的帮助。
附图说明
图1为本发明一种用于开启井下安全阀的微型井下液站系统整体控制结构示意图一；
图2为本发明一种用于开启井下安全阀的微型井下液站系统整体控制结构示意图二；
图3为本发明一种用于开启井下安全阀的微型井下液站系统井下液站结构示意图；
图4为本发明一种用于开启井下安全阀的微型井下液站系统部件结构示意图；
附图标记：1.安全阀2.井下液站3.油箱4.过滤器5.电机6.微型柱塞泵7.溢流阀8.常闭式电磁阀一9.常闭式电磁阀二10.单向阀11.单作用液压缸12压力传感器13.井上电气控制系统14.井下电气控制系统；
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下：
如图1-4所示，本发明提供一种用于开启井下安全阀的微型井下液站系统，包括井上电气控制系统13、井下电气控制系统14和井下微型液站2；井上电气控制系统13与井下电气控制系统14连接，井下电气控制系统14通过井下微型液站2与安全阀1连接。井上电气控制系统13包括计算机，可编程逻辑控制器PLC和电力载波机一；电力载波机一中设有电力载波模块一；所述计算机通过可编程逻辑控制器PLC与电力载波模块一连接。井下电气控制系统14包括电力载波机二、远程数据采集传送模块(远程I/O)和继电器；电力载波机二中设有电力载波模块二，电力载波机二通过远程数据采集传送模块与继电器的一端连接，继电器的另一端与井下微型液站2连接。井上电气控制系统13设有的电力载波模块一与井下电气控制系统14设有的电力载波模块二通过电力线连接。井下微型液站2包括油箱3、电机5、微型柱塞泵6、溢流阀7、常闭式电磁阀一8、常闭式电磁阀二9、单向阀10和单作用液压缸11；单作用液压缸11设有油路入口，油箱3通过常闭式电磁阀一8与单作用液压缸11设有的油路入口连接；油箱3与常闭式电磁阀一8之间设有微型柱塞泵6，微型柱塞泵6与电机5连接；常闭式电磁阀一8与单作用液压缸11的油路入口之间设有单向阀10；油箱3通过常闭式电磁阀二9与单作用液压缸11设有的油路入口连接；油箱3与常闭式电磁阀一8之间设有溢流阀7；电机5、常闭式电磁阀一8和常闭式电磁阀二9与继电器连接；单作用液压缸11与安全阀1连接。单作用液压缸11设有的油路入口设有压力传感器12，压力传感器12与井下远程数据采集传送模块连接。油箱3与微型柱塞泵6之间设有过滤器4。
一种用于开启井下安全阀的微型井下液站系统工作方法，包括以下步骤：
步骤1：井上电气控制系统做出的开启安全阀的指令由井上计算机通过可编程逻辑控制器PLC和电力载波机一传输，信号通过电力线传输至井下电力载波机二，再通过远程数据采集传送模块与继电器传输至电机；
步骤2：电机驱动微型柱塞泵工作，输出压力最高约为100Mpa，常闭式电磁阀一启动，液压油流入单作用液压缸，推动活塞杆运动，直至安全阀阀瓣打开；
步骤3：当安全阀阀瓣打开后，压力传感器通过远程数据采集传送模块将此时压力值传输回到地面，井上发出指令关闭常闭式电磁阀一，通向单作用液压缸的油路通过单向阀进行保压，使阀瓣持续处于开启状态；
步骤4：当压力传感器检测到压力下降时，电机和微型柱塞泵工作，常闭式电磁阀一打开，进行补压；当压力补足到压力传感器开启压力时，常闭式电磁阀一关闭；
步骤5：井上电气控制系统做出的关闭安全阀的指令由井上计算机通过可编程逻辑控制器PLC和电力载波机一传输，信号通过电力线传输至井下电力载波机二，再通过远程数据采集传送模块与继电器传输至常闭式电磁阀一和常闭式电磁阀二，常闭式电磁阀一关闭，常闭式电磁阀二开启，油路卸荷，安全阀阀瓣关闭；当遇突发断电时，常闭式电磁阀一失电关闭，而常闭式电磁阀二在备用电源的供电下开启，油路卸荷，安全阀阀瓣关闭。
本发明属于石油装备领域，提供了一种井下安全阀开启系统。涉及井下安全阀操动系统的总体设计，井下液站的结构设计，井上电气控制系统设计。井上操作人员可通过上位机控制井下微型液站操动安全阀启闭。井上与井下的信号传输通过载波模块实现，电信号通过继电器实现对井下电机、电磁阀、传感器的开关控制。工作时泵抽取油箱中的液压油加压至一定程度推动安全阀的推杆，打开碟阀，开启安全阀。井下液站采取半圆环柱的结构，环抱于井下安全阀的上部管路上；其内部采用层式结构，将油箱，液压元件，电气元件等分隔开来，便于元件及管线的布置。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。
