[发明专利]带有故障保护特征的井下液压控制系统

说明书

技术领域

本发明的领域是用于井下工具(例如是井下安全阀、球阀、滑动 衬套或封隔开的管线悬挂器)的对管路压力不敏感的控制系统，尤其 是涉及这样的系统，该系统在元件出现故障的情况下允许安全阀进入 故障保护模式。

背景技术

井下安全阀是用在井中以在无法控制的条件下将井关闭以确保地 面人员的安全并且防止财产的损失和污染。一般来说，这些阀包括一 挡板，所述挡板是闭合元件并且被枢转地安装以在打开与关闭位置之 间转动90度。称作“流体管道”的空心管被向下送进，抵靠所述挡板， 以使挡板转动到所述流体管道后方的位置并使挡板离开其基座。此即 打开位置。当流体管道收回时，所述挡板由安装在其枢转杆上的弹簧 推动以转动到与形状相似的基座相抵靠的关闭位置。

所述流体管道由液压控制系统操作，所述液压控制系统包括从地 面延伸到活塞一侧的控制管线。增大控制管线中的压力会使活塞沿一 个方向移动并由此使所述流体管道移动。这种移动要对抗一闭合弹簧， 该闭合弹簧的尺寸一般制作成能够抵消所述控制管线内的流体静压 力、要在相反的方向上移动的活塞密封件上的摩擦损失以及元件的重 量，使流体管道向上并远离所述挡板移动从而所述挡板能够关闭。

通常地，在所述液压控制系统中处于故障模式的情况下，以及在 正常操作期间控制管线压力损失或消失的情况下，使所述挡板处于关 闭的位置是理想的。在过去，对于满足对管路压力不敏感控制系统(尤 其是在设置在深处的安全阀应用场合)中的正常模式和故障模式需求 的需要提出了挑战。结果提出了多种方法，这些方法通过增加零部件 以使得不论哪个密封件失效均能确保获得故障安全位置，给设计添加 了复杂性。一些这样的系统使用了多个导向活塞和多个加压气体贮存 器，而其它的一些则需要多个来自于地面的控制管线以部分地补偿来 自于控制管线流体静压力的压力。这些尝试的一些现有的示例可以在 美国专利6427778和6109351中看到。

尽管做了这些尝试，但是使设置在深处的安全阀的管路压力不敏 感控制系统更简单、具有增强的可靠性和降低的生产成本仍然是待完 成的目标。本发明引入了一种大大简化的具有更少泄漏路径和移动元 件的设计。其具有连接到地面的单个控制管线，并且大大减小了单一 管线中的控制管线流体静压力的影响；该设计具有一对相对的活塞， 两活塞具有不同的直径并且在分开的壳体内串联地移动。每个活塞的 一侧为控制管线压力，每个活塞的另一侧经由贮存器内的可压缩流体 相互流体连通，不过也可以遇见到其它类型的流体。从结合附图对优 选实施方式的描述并结合对所附的完全确定本发明范围的权利要求的 进一步理解中将会使本发明的这些以及其它方面对本领域技术人员来 说更显而易见。

发明内容

一种井下安全阀控制系统，其旨在实现正常的打开和关闭操作以及 如果关键的系统元件失效时实现故障保护操作。其具有来自于地面的单 个控制管线，该控制管线在井下安全阀处呈支路分开并到达两个分离的 活塞腔室的一端，两个腔室优选地是对齐的。在一个腔室中的活塞大于 另一个腔室中的活塞，所述活塞相互连接以便于串联运动。每个活塞具 有安装其上的密封件，并且具有连接其上的并从腔室伸出的连杆。跨接 管线在每个腔室的密封件之间的部位连接所述腔室，并且具有贮存器。 所述跨接管线可以填充有可压缩的或者其它类型的流体。四个密封件任 何一个失效都会发生阀的故障保护关闭。具体而言，本发明的一个方面 提供了一种具有受控元件的安装于井下管路的工具，包括：延伸到井 下的单个控制管线，该控制管线分成支路以将控制管线压力传递到至 少一对活塞，所述活塞分别布置在分离的壳体中，其中，每个活塞具 有延伸出所述壳体的连接构件，使得所述连接构件能够在所述壳体的 外部彼此连接，并且所述活塞能够沿至少第一方向串联地运动以便于 使所述受控元件运动。

附图说明

图1是处于挡板关闭位置的控制系统的系统布局图。

具体实施方式