專利名稱：高壓石油井噴失控的解決方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種因?yàn)橛途绹娖骰蚋邏嚎傞y門的失效及損壞而導(dǎo)致高壓石油氣 井噴失控的解決方法。也即采用安裝了彈簧彈子鎖套裝置的新高壓閥門裝置，通過可操作 的輪柄盤以及使用專用的螺栓自動(dòng)松緊機(jī)，實(shí)現(xiàn)對高壓井噴管口在惡劣環(huán)境下安裝新的高 壓閥門。該法不僅適用于地面而且適用于深海海底石油井噴。另外也可以采用在井噴管口 海底周圍，通過打井樁的方法架構(gòu)一個(gè)完全密閉的鋼結(jié)構(gòu)混凝土封箱，將失控的油井完全 封閉起來，然后在上方安裝梯型鋼罩、并預(yù)裝高壓閥門，從而達(dá)到對失控井噴的控制和安全 利用。
背景技術(shù)：
石油鉆井發(fā)生井噴事故，通常是由于各種原因造成的，如果油井防噴器或總高壓 閥門沒有失效或損壞，那么高壓井噴最終可以通過關(guān)閉上述閥門解決問題。如果是因?yàn)楦?壓的石油氣造成了防噴器或總高壓閥門的損壞或失效而無法關(guān)閉閥門、發(fā)生的井噴，那么 問題就非常嚴(yán)重，不好解決。歷史上曾經(jīng)出現(xiàn)過的嚴(yán)重井噴，比如1956年8月26日伊朗庫 姆附近的井噴，無法控制的原油噴到了 51. 8米高度，每天噴出12萬桶；1979年6月3日墨 西哥灣海底石油井噴，每天泄漏噴出4000-5000噸原油。它們都是在用了三個(gè)多月的時(shí)間 后，才將失控的高壓井噴完全控制住，但已經(jīng)對周圍的環(huán)境造成了嚴(yán)重污染。井噴往往伴 隨著有毒氣體，易燃易著火，造成對環(huán)境和人群較大的危害。通常，解決高壓石油氣井噴失 控的搶險(xiǎn)方法有壓井法，是將密度大的重晶石粉灌到井里，以增加壓力，止住井噴的繼續(xù)發(fā) 生?；蛘哂酶邏罕脤⒋罅恐啬酀{或水泥砂漿一次性打入井管，將油井控制住或封住。打救 援井法，如果井噴壓力過高，直接壓井壓不住，可在距離井噴油井的附近打一個(gè)斜向的井， 與井噴的油井交匯；或在離開井噴油井的安全距離打兩個(gè)同樣的井，通過向井底注入水泥 砂漿，將井噴的油井在底部封死。美國墨西哥灣2010年4月發(fā)生的深水地平線鉆井平臺爆 炸所形成的井噴，就是采用打救援井的方法，但持續(xù)了近4-5個(gè)月，并造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損 失。采用前述方法雖然最終能夠解決問題，但對于超高壓力失控的油氣井噴來講，速度較 慢，效果不是太理想，同時(shí)造成井噴的油井完全報(bào)廢。另外操作的周期過長，也需付出極大 的代價(jià)。尤其是對于深海海底失控的高壓石油井噴來講，由于無法進(jìn)行深水人工作業(yè)，若不 能在較短的時(shí)間內(nèi)制止住巨量泄漏的井噴原油，將會對周圍的海域和生態(tài)環(huán)境造成無法估 量和難以挽回的損失。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對井噴高壓油氣的惡劣環(huán)境不易操作的背景，提出了一整套便于操作和 易于控制的解決方法，可以在較短的時(shí)間內(nèi)，以很少的成本或極低的代價(jià)解決地面或深海 海底高壓石油氣井噴失控的問題。
為了適應(yīng)在高壓井噴管口法蘭安裝新閥門的需要，采用特殊處理的新的直通式高 壓閥門，通過以下幾個(gè)步驟來實(shí)現(xiàn)。
在直通式高壓閥門的上方頸部或者以及下方頸部，安裝可以自由拆裝的操控輪 盤，用以在高壓井噴管口的法蘭上能夠方便的操作安裝新的高壓閥門。該操控輪盤的安裝 是這樣實(shí)現(xiàn)的在高壓閥門的頸部安裝不銹鋼卡箍，卡箍上帶有橫式或豎式的扁孔鼻或掛 環(huán)式扁孔鼻?？ü靠梢圆扇∩暇o的方式，也可采取焊接的方式固定在高壓閥門的頸部。操 作輪盤的輪輻通過軸連接與輪柄相連，將輪輻另一端穿過安裝在閥門頸部不銹鋼卡箍上的 扁孔或掛環(huán)式扁孔鼻，經(jīng)折疊連接軸后通過扣緊裝置固定，將全部輪輻繃緊后，使輪柄通過 輪輻與高壓閥門一體化，以實(shí)現(xiàn)通過操控外緣輪柄來方便的完成在高壓井噴管口上方安裝 高壓閥門的過程。
在直通式高壓閥門欲與油井管口法蘭相連接的閥門法蘭邊緣，焊接上專用的彈簧 彈子鎖套裝置，在閥門法蘭上對稱的固定兩個(gè)定位螺栓，用以在安裝高壓閥門時(shí)，為了適應(yīng) 高壓井噴的環(huán)境，能夠使上下法蘭的法蘭孔準(zhǔn)確對位。當(dāng)通過操控輪柄將高壓閥門通過專 用彈簧彈子鎖套裝置下方的滑卡套入管口法蘭、定位螺栓與管口法蘭孔準(zhǔn)確對接后，通過 輪柄向下施壓，高壓閥門通過彈簧彈子鎖套裝置便與下面的管口法蘭緊密扣合在一起，由 于具有一定強(qiáng)度的彈子鎖鎖套裝置的止逆作用，因此即使在很高的管口噴壓作用下，高壓 閥門也不會再被沖起，從而使閥門法蘭與管口法蘭能夠完全扣合在一起。
通過操作專用螺栓自動(dòng)松緊機(jī)，將閥門法蘭孔的螺栓、螺母依次上緊。這樣，由于 油井管口防噴器或總閥門失效而造成的不可控性高壓石油氣井噴，在通過上述方法安裝了 新的高壓直通式閥門后，得到控制。該螺栓自動(dòng)松緊機(jī)，還擔(dān)負(fù)著將油井管口上下法蘭的連 接螺栓與螺母松開的任務(wù)，以方便的拆除油井管口的上法蘭管。該專用螺栓自動(dòng)松緊機(jī)具 有很大的電動(dòng)扭矩，可以解決在特殊環(huán)境下法蘭螺栓不易卸下的難題。另外，若采用手工板 子能解決問題，當(dāng)然也可以。
最后將新裝上的高壓閥門關(guān)閉。該法不僅適用于地面高壓石油氣井噴，而且也完 全適用于海底井噴安裝新的控制閥門的需要，本法所安裝的高壓閥門一般宜采用直通式高 壓閘閥。
螺栓自動(dòng)松緊機(jī)的工作方法。通過液壓桿的升降控制直流電機(jī)頭螺栓卡槽的升降 進(jìn)給，液壓桿與滑動(dòng)套管與直流電機(jī)相連接，滑動(dòng)套管套在控制臺的中央立柱上、通過滾珠 式上下滑動(dòng)從而帶動(dòng)電機(jī)的升降，立柱內(nèi)配置高能鋰電池。在直流電動(dòng)機(jī)頭的螺栓槽內(nèi)側(cè) 面有強(qiáng)磁性材料，下方螺母卡槽也可采用液壓控制升降以適應(yīng)井噴管口的特殊環(huán)境，其螺 母卡槽液壓升降的液壓內(nèi)桿及液壓腔，可以采用正方型六角型或三角型。當(dāng)上下螺母栓槽 縱向進(jìn)給對準(zhǔn)螺栓螺母后，啟動(dòng)無級變速直流電機(jī)，從而完成對螺栓螺母的電動(dòng)旋緊和松 開；在螺栓卡槽的底部設(shè)置觸壓式感知裝置，與液壓升降桿的液壓循環(huán)泵聯(lián)動(dòng)控制，當(dāng)上下 螺栓母槽壓緊螺栓螺母后，便不再縱向過度進(jìn)給，從而實(shí)現(xiàn)自控升降的電動(dòng)松緊螺母的過 程。直流電機(jī)可以采用垂直式的無級變速旋轉(zhuǎn)機(jī)頭。也可以采用轉(zhuǎn)彎式的無級變速旋轉(zhuǎn)機(jī) 頭，轉(zhuǎn)彎處采用球籠式萬向節(jié)以實(shí)現(xiàn)電機(jī)軸彎轉(zhuǎn)后的縱向進(jìn)給，其目的是使旋轉(zhuǎn)機(jī)頭具有 很小的半徑，以實(shí)現(xiàn)在管口法蘭螺栓狹小的空間內(nèi)，能夠使電機(jī)頭螺栓槽貼近并對準(zhǔn)需要 松緊的螺栓，從而實(shí)現(xiàn)有效的安裝和拆卸。
在高壓閥門的法蘭上焊接具有特殊結(jié)構(gòu)的不銹鋼彈簧彈子鎖套裝置，使高壓閥門 能夠順利的套鎖在高壓井噴管口的法蘭上，從而有利于在惡劣的高壓井噴環(huán)境下，容易的 上緊連接法蘭的螺栓螺母，以完成安裝新閥門的過程。該裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是鎖套為圓柱狀套筒型，套筒的內(nèi)徑略大于安裝閥門法蘭的外徑。在套筒的內(nèi)壁、同一個(gè)截平面上均勻分布 的各鎖槽內(nèi)，安裝一組大約8-24個(gè)彈簧及錐形彈子銷、或8-24個(gè)彈簧及軸撐半轉(zhuǎn)板銷。從 截平面到套筒上平面的距離略大于閥門法蘭盤厚度與井管口法蘭盤的厚度之和。將平面截 開的套筒上半段，與預(yù)裝了彈簧鎖銷的下半段，在套筒的內(nèi)外壁與截面相交的弧線上，進(jìn)行 無縫焊接，制成彈簧彈子鎖套裝置。在該裝置的下平面的內(nèi)圈，均勻的無縫焊接一組傾斜的 不銹鋼引導(dǎo)滑卡條，以利于順利套入井管法蘭盤。將制備好的該裝置上部內(nèi)圓壁及閥門法 蘭盤外圓壁，涂上金屬膠粘劑，然后套合在一起，且上平面對齊，通過精密而有強(qiáng)度的圓周 焊接，將該不銹鋼彈簧彈子鎖套裝置的上平面內(nèi)圓線與閥門法蘭盤的外圓線焊接在一起。 為了使焊接完好，可以在焊接弧線上預(yù)制焊接淺槽。
在井噴的油井四周海底，以溝槽預(yù)埋密封法，造一個(gè)海底井樁基鋼結(jié)構(gòu)混凝土的 密封室，石油從梯型罩頂?shù)母邏洪y門導(dǎo)出。
首先，在失控的石油井噴的油井管口周圍清除海底淤泥。通過海上石油鉆井平臺 在油井周圍正方的四個(gè)角定位打四個(gè)樁井，穿過海底巖石大約3-20米深度。在四個(gè)樁井相 連的略小于內(nèi)切線、略大于外切線的兩個(gè)正方形線的巖石上，用開槽機(jī)開出兩個(gè)正方形深 型溝槽。在地面焊接好海底井樁鋼結(jié)構(gòu)的四方框架，將框架的四只角鋼腿，插入到四個(gè)樁井 的底部并使框架整體處于水平，然后通過泵壓輸送管由樁井的底部灌注高強(qiáng)度速凝水泥砂 漿，同時(shí)向上驅(qū)趕出海水；當(dāng)水泥砂漿灌注滿樁井并由井口大量溢出時(shí)，在樁井口上方注入 比重大于海水的重油，同時(shí)浮在水泥漿之上保持一定厚度，從而將井樁內(nèi)的水泥漿被重油 所封閉，與海水隔絕。經(jīng)過1-5天，速凝水泥砂漿凝結(jié)定型。完成海底油井四周的井樁基鋼 結(jié)構(gòu)框架。
其次，建造海底鋼箱的密閉腔。將預(yù)制好的矩形齒底的雙層鋼箱的內(nèi)外鋼箱板，插 入到海底巖石預(yù)先開鑿出的兩個(gè)正方形的深型溝槽內(nèi)，通過壓力輸送管插入到槽的底部， 灌注高強(qiáng)度速凝水泥砂漿，同時(shí)向上驅(qū)趕出海水。當(dāng)水泥砂漿灌注滿內(nèi)外正方形溝槽并由 表面大量溢出時(shí)，在內(nèi)外正方形溝槽上方注入比重大于海水的重油、同時(shí)浮在水泥漿之上 并在槽內(nèi)保持一定厚度，從而將溝槽內(nèi)的水泥漿被重油所封閉，與海水隔絕。經(jīng)過1-5天， 速凝水泥砂漿凝結(jié)定型。這樣，雙層的方鋼箱便與四個(gè)井樁的鋼結(jié)構(gòu)框架完全混凝，同時(shí)與 海底巖石層完全密封。
最后，將鋼箱夾層的海水抽空，然后注入速凝水泥砂漿，經(jīng)過2-10天，速凝水泥砂 漿凝結(jié)定型，從而在油井四周制成鋼結(jié)構(gòu)混凝土密閉的方室。在方型室的上平面，將帶有2-3個(gè)高壓閥門的梯型鋼罩扣住，然后緊固密封，失控的井噴原油將由鋼罩的閥門導(dǎo)出。
在井噴的油井四周海底，通過持續(xù)供給的粘稠油性粘合漿劑對具有夾層的方鋼箱 的底部、與海底平面密封，然后造一個(gè)海底樁基鋼結(jié)構(gòu)混凝土的密封室，石油從梯型罩頂?shù)?高壓閥門導(dǎo)出。
首先，在失控的石油井噴的油井管口周圍清除海底淤泥，海底巖石作底面找平處 理。通過海上石油鉆井平臺在油井周圍正方的四個(gè)角定位打四個(gè)樁井，穿過海底巖石大約3-20米深度。在地面焊接好海底井樁鋼結(jié)構(gòu)方形框架，將框架的四只角鋼腿，插入到四個(gè)樁 井的底部并使框架處于完全水平，然后通過泵壓輸送管由樁井的底部灌注高強(qiáng)度速凝水泥 砂漿，同時(shí)向上驅(qū)趕出海水。當(dāng)水泥砂漿灌注滿樁井并由井口大量溢出時(shí)，在樁井口上方注 入比重大于海水的重油，同時(shí)浮在水泥漿之上保持一定厚度，從而將井樁內(nèi)的水泥漿被重油所封閉，與海水隔絕。經(jīng)過1-5天，速凝水泥砂漿凝結(jié)定型，完成海底油井四周的井樁基 鋼結(jié)構(gòu)框架。
其次，在預(yù)制的雙層鋼箱的內(nèi)外側(cè)面，焊接上導(dǎo)管及與其相連的箱底周邊粘稠油 性粘合漿出料夾層。在鋼箱平底部鋼板端，可套上軟的橡膠套，也可不套。將該雙層鋼箱的 內(nèi)外層鋼板，套包住預(yù)制好的井樁基鋼結(jié)構(gòu)方型框架。開啟粘合漿泵，將罐中的粘稠油性粘 合劑漿，通過管道輸送到鋼箱導(dǎo)管至底部周邊的出料夾層內(nèi)，以恒壓徐徐供給粘合劑漿料， 從而將雙層鋼箱的內(nèi)外壁與海底巖石平面封閉。如果粘合劑漿料凝固密封，可停止供料；如 果不凝固，則恒壓持續(xù)供給漿料，使之保持密閉，以隔絕鋼箱底部海水對鋼箱層內(nèi)的后續(xù)侵 入。
最后，在鋼箱夾層內(nèi)灌注水泥砂漿。鋼箱層內(nèi)可作抽空處理，也可不抽空而直接灌 注。通過泵壓力輸送管在鋼箱層底部的4-12個(gè)進(jìn)漿管口，快速大量注入速凝水泥砂漿，同 時(shí)向上驅(qū)趕出海水。當(dāng)水泥砂漿灌注滿鋼箱層內(nèi)空間并由箱頂平面充分大量溢出后，拔出 輸送管并封閉所有的鋼箱孔口。經(jīng)過2-10天，速凝水泥砂漿凝結(jié)定型，從而在油井四周制 成鋼結(jié)構(gòu)混凝土密閉的方室。在方型室的上平面，將帶有2-3個(gè)高壓閥門的梯型鋼罩扣住， 然后緊固密封，失控的井噴原油將由鋼罩的閥門導(dǎo)出。


圖示說明
圖1 :安裝了彈簧彈子鎖套裝置的高壓閥門。
圖2 :彈簧彈子鎖套裝置的A-A剖面圖。
圖3 :操作輪盤之輪柄輪輻卡箍的示意圖。
圖4 :螺栓螺母自動(dòng)松緊機(jī)示意圖。
圖5 :預(yù)裝了彈簧彈子鎖套裝置的閥門法蘭與管口法蘭的對接圖。
圖6 :通過雙層鋼箱套包住井樁鋼結(jié)構(gòu)框架的混凝土封井室示意圖。
圖7 :預(yù)制井樁的鋼結(jié)構(gòu)框架示意圖。
圖8 :矩形齒底的雙層鋼箱示意圖。
圖9 :地溝槽預(yù)埋式雙層鋼箱預(yù)封操作一。
圖10 :地溝槽預(yù)埋式雙層鋼箱預(yù)封操作二。
圖11 :粘稠油性粘合漿包封式雙層鋼箱操作一。
圖12 :粘稠油性粘合漿包封式雙層鋼箱操作二。
圖13 :套包井粧鋼結(jié)構(gòu)混凝土鋼箱、S封井口的方室不意圖。
圖14 :梯型鋼罩閥門。
圖例說明
1.予安裝在高壓閥門頸部的卡箍。
2.予安裝在高壓閥門法蘭上的彈簧彈子鎖套裝置。
3.彈簧彈子鎖套下面的不銹鋼滑卡。
4.高壓閥門閥閘的開關(guān)旋軸。
5.高壓閥門的連接法蘭。
6.高壓閥門的頸部。
7.彈簧彈子鎖套的焊接線。
8.梯角型不銹鋼彈子插銷。
9.不銹鋼彈子彈簧。
10.彈簧彈子鎖套裝置的A-A截面。
11.操作輪盤的輪柄。
12.操作輪盤的輪輻。
13.操作輪盤輪輻的扣緊裝置。
14.輪輻與輪盤的軸連接。
15.輪輻掛緊的卡箍(焊接式或上緊式)。
16.卡箍上的掛緊輪輻的橫向扁孔鼻或掛環(huán)式扁孔鼻。
17.卡箍上的掛緊輪輻的豎向扁孔鼻。
18.軸連接。
19.輪輻的折疊段。
20.閥門法蘭盤外圓壁。
21.彈簧彈子鎖套裝置上部內(nèi)圓壁。
22.螺栓自動(dòng)松緊機(jī)的操作架。
23.螺栓自動(dòng)松緊機(jī)的立柱。
24.攜帶電機(jī)的滑動(dòng)套管。
25.液壓升降的套管。
26.液壓升降桿。
27.固體電池。
28.液壓循環(huán)泵。
29.液壓循環(huán)管。
30.彎頭式密封直流電機(jī)。
31.直流電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)軸。
32.球籠式萬向節(jié)。
33.上緊螺栓的卡槽。
34.頂住螺母的卡槽。
35.采用液壓升降的螺栓母卡槽。
36.操作按鈕。
37.垂直式密封直流電機(jī)。
38.閥門法蘭與彈簧彈子鎖套的焊接點(diǎn)。
39.閥門法蘭上的兩個(gè)固定定位螺栓。
40.油井管口法蘭。
41.轉(zhuǎn)板式彈子。
42.轉(zhuǎn)板軸支撐。
43.油井管口法蘭孔。
44.樁井內(nèi)灌注速凝水泥。
45.樁井內(nèi)的角鋼。
46.井噴油井。
47.雙層鋼板箱。
48.鋼板箱內(nèi)灌注速凝水泥。
49.雙層鋼板封箱立體圖。
50.箱底灌注水泥砂漿孔。
51.箱頂排除海水孔。
52.插入到樁井內(nèi)的角鋼腿。
53.灌注了速凝水泥的井樁基。
54.焊接條形鋼。
55.套包住井樁框架的鋼箱。
56.鋼箱的矩形齒底。
57.海水。
58.安裝的雙層鋼箱。
59.海底巖石基。
60.巖石基內(nèi)開出的深型插槽。
61.速凝水泥漿。
62.封住速凝水泥漿的重油。
63.抽空海水。
64.鋼箱側(cè)面油性粘合漿導(dǎo)管。
65.恒壓持續(xù)灌注油性粘合漿的原料罐。
66.盛裝速凝水泥砂漿的罐。
67.底部灌注速凝水泥漿驅(qū)逐海水。
68.鋼箱底部周邊的粘合漿出料夾層。
69.梯型鋼罩。
70.上緊裝置。
71.聞壓閥11。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合圖示及圖例，進(jìn)一步說明本發(fā)明的具體實(shí)施過程。
一.在直通式高壓閥門(圖1)的上方頸部I或者以及下方頸部6，安裝可以自由拆裝的操控輪盤(圖3上)，用以在高壓井噴管口的法蘭上能夠方便的操作安裝新的高壓閥門。該操控輪盤的安裝是這樣實(shí)現(xiàn)的在高壓閥門的頸部安裝不銹鋼卡箍1，卡箍15上帶有橫式16或豎式17的扁孔鼻或掛環(huán)式扁孔鼻；卡箍可以采取上緊的方式，也可采取焊接的方式固定在高壓閥門的頸部。操作輪盤的輪輻12通過軸連接14與輪柄11相連，將輪輻另一端穿過安裝在閥門頸部不銹鋼卡箍上的扁孔或掛環(huán)式扁孔鼻，經(jīng)過折疊19連接軸18后通過扣緊裝置13固定。將全部輪輻繃緊后，使輪柄通過輪輻與高壓閥門一體化，以實(shí)現(xiàn)通過操控外緣輪柄11來方便的完成在高壓井噴管口上方安裝高壓閥門的過程。
在直通式高壓閥門欲與油井管口法蘭相連接的閥門法蘭5邊緣，焊接上專用的彈簧彈子鎖套裝置2，在閥門法蘭上對稱的固定兩個(gè)定位螺栓39，用以在安裝高壓閥門時(shí)，為了適應(yīng)高壓井噴的環(huán)境，能夠使上下法蘭的法蘭孔43準(zhǔn)確對位。當(dāng)通過操控輪柄將高壓閥 門通過專用彈簧彈子鎖套裝置2下方的滑卡3套入管口法蘭、定位螺栓39與管口法蘭孔43 準(zhǔn)確對接后，通過輪柄向下施壓(圖5上)，高壓閥門通過彈簧彈子鎖套裝置便與下面的管 口法蘭緊密扣合在一起(圖5下)，由于具有一定強(qiáng)度的彈子鎖鎖套裝置的止逆作用，因此 即使在很高的管口噴壓作用下，高壓閥門也不會再被沖起，從而使閥門法蘭與管口法蘭能 夠完全扣合在一起(圖5下)。
通過操作本法專用的螺栓自動(dòng)松緊機(jī)(圖4)，將閥門法蘭孔的螺栓、螺母依次上 緊。這樣，由于油井管口防噴器或總閥門失控而造成的不可控性高壓石油氣井噴，在通過上 述方法安裝了新的高壓直通式閥門后，得到控制和關(guān)閉。該螺栓自動(dòng)松緊機(jī)，還擔(dān)負(fù)著將 油井管口上下法蘭的連接螺栓與螺母松開的任務(wù)，以方便的拆除油井管口的上法蘭管。該 專用螺栓自動(dòng)松緊機(jī)具有很大的電動(dòng)扭矩，可以解決在特殊環(huán)境下法蘭螺栓不易卸下的難 題。另外，若采用手工板子能解決問題，當(dāng)然也可以。
最后將新裝上的高壓閥門4關(guān)閉。該法不僅適用于地面高壓石油氣井噴，而且也 完全適用海底井噴安裝新的控制閥門的需要，本法所安裝的高壓閥門一般宜采用直通式高 壓閘閥。二.螺栓自動(dòng)松緊機(jī)的工作方法。通過液壓桿26的升降控制電機(jī)頭螺栓卡槽33 的升降進(jìn)給，液壓桿26與滑動(dòng)套管24與直流電機(jī)30或37相連接，滑動(dòng)套管套24在控制 臺22的中央立柱上23、通過滾珠式上下滑動(dòng)從而帶動(dòng)電機(jī)30或37的升降，立柱內(nèi)配置高 能鋰電池17。在直流電動(dòng)機(jī)頭的螺栓槽內(nèi)側(cè)面有強(qiáng)磁性材料，下方螺母卡槽34也可采用液 壓控制升降35以適應(yīng)井噴管口的特殊環(huán)境，其螺母卡槽液壓升降的液壓內(nèi)桿及液壓腔，可 以采用正方型六角型或三角型。當(dāng)上下螺母栓槽縱向進(jìn)給對準(zhǔn)螺栓螺母后，啟動(dòng)無級變速 直流電機(jī)，從而完成對螺栓螺母的電動(dòng)旋緊和松開；在螺栓卡槽33的底部設(shè)置觸壓式感知 裝置，與液壓升降桿的液壓循環(huán)泵28聯(lián)動(dòng)控制，當(dāng)上下螺栓母槽壓緊螺栓螺母后，便不再 縱向過度進(jìn)給，從而實(shí)現(xiàn)自控升降的電動(dòng)松緊螺母的過程。直流電機(jī)可以采用垂直式37的 無級變速旋轉(zhuǎn)機(jī)頭。也可以采用轉(zhuǎn)彎式30的無級變速旋轉(zhuǎn)機(jī)頭，轉(zhuǎn)彎處采用球籠式萬向節(jié) 32以實(shí)現(xiàn)電機(jī)軸31彎轉(zhuǎn)后的縱向進(jìn)給，其目的是使旋轉(zhuǎn)機(jī)頭具有很小的半徑，以實(shí)現(xiàn)在管 口法蘭螺栓狹小的空間內(nèi)，能夠使電機(jī)頭螺栓槽貼近并對準(zhǔn)需要松緊的螺栓，從而實(shí)現(xiàn)有 效的安裝和拆卸。三.在高壓閥門的法蘭上焊接具有特殊結(jié)構(gòu)的不銹鋼彈簧彈子鎖套裝置 (圖2)，使高壓閥門能夠順利的套鎖在高壓井噴管口的法蘭上2，從而有利于在惡劣的高壓 井噴環(huán)境下，容易的上緊連接法蘭的螺栓螺母，以完成安裝新閥門的過程。該裝置的結(jié)構(gòu)特 點(diǎn)是鎖套為圓柱狀套筒型，套筒的內(nèi)徑略大于安裝閥門法蘭的外徑。在套筒的內(nèi)壁、同一 個(gè)截平面(圖2)上均勻分布的各鎖槽內(nèi)，安裝一組大約8-24個(gè)彈簧9及錐形彈子銷8、或 8-24個(gè)彈簧及軸撐41半轉(zhuǎn)板銷42。從截平面(A-A)到套筒上平面38的距離略大于閥門法 蘭盤厚度與井管口法蘭盤的厚度之和。將平面截開的套筒上半段，與預(yù)裝了彈簧鎖銷的下 半段，在套筒的內(nèi)外壁與截面相交的弧線7上，進(jìn)行無縫焊接，制成彈簧彈子鎖套裝置。在 該裝置的下平面的內(nèi)圈，均勻的無縫焊接一組傾斜的不銹鋼引導(dǎo)滑卡條3，以利于順利套入 井管法蘭盤40。將制備好的該裝置上部內(nèi)圓壁21及閥門法蘭盤外圓壁20，涂上金屬膠粘 劑，然后套合在一起，且上平面對齊，通過精密而有強(qiáng)度的圓周焊接，將該不銹鋼彈簧彈子 鎖套裝置的上平面內(nèi)圓線與閥門法蘭盤的外圓線38焊接在一起。為了使焊接完好，可以在 焊接弧線上預(yù)制焊接淺槽。四.在海底井噴的油井四周，以插入溝槽60預(yù)埋法密封，造一個(gè)海底井樁基鋼結(jié)構(gòu)混凝土的密封室(圖6)，然后石油從梯型罩頂69的高壓閥門71導(dǎo)出。
首先，在失控的石油井噴的油井管口周圍清除海底淤泥。通過海上石油鉆井平臺 在油井46周圍正方的四個(gè)角定位打四個(gè)樁井44，穿過海底巖石大約3-20米深度。在四個(gè) 樁井相連的略小于內(nèi)切線、略大于外切線的兩個(gè)正方形線的巖石上，用開槽機(jī)開出兩個(gè)正 方形的深型溝槽47、60。在地面焊接好海底井樁鋼結(jié)構(gòu)方形框架(圖7)，將框架的四只角 鋼腿52，插入到四個(gè)樁井53的底部并使框架處于完全水平，然后通過泵壓輸送管由樁井的 底部灌注高強(qiáng)度速凝水泥砂漿，同時(shí)向上驅(qū)趕出海水；當(dāng)水泥砂漿灌注滿樁井53并由井口 大量溢出時(shí)，在樁井口上方注入比重大于海水的重油，同時(shí)浮在水泥漿之上保持一定厚度， 從而將井樁內(nèi)的水泥漿被重油所封閉，與海水隔絕。經(jīng)過1-5天，速凝水泥砂漿凝結(jié)定型， 完成海底油井四周的井樁基鋼結(jié)構(gòu)框架。
其次，建造海底鋼箱的密閉腔48。將預(yù)制好的矩形齒底56 (有利于砂漿的均布) 的雙層鋼箱55的內(nèi)外層鋼板47，插入到海底巖石預(yù)先開鑿出的兩個(gè)正方形的深型溝槽內(nèi) 60、47，通過壓力輸送管插入到槽的底部，灌注高強(qiáng)度速凝水泥砂漿61，同時(shí)向上驅(qū)趕出海 水(圖9、圖10)。當(dāng)水泥砂漿灌注滿內(nèi)外正方形溝槽60、47并由表面大量溢出時(shí)，在內(nèi)外 正方形溝槽上方注入比重大于海水57的重油62，同時(shí)浮在水泥漿之上并在槽內(nèi)保持一定 厚度62，從而將溝槽內(nèi)的水泥漿61被重油所封閉，與海水隔絕。經(jīng)過1-5天，速凝水泥砂漿 凝結(jié)定型。這樣，雙層的方鋼箱便將四個(gè)樁基及鋼結(jié)構(gòu)框架完全包住，同時(shí)與海底巖石層完 全密封(圖6)。
最后，將鋼箱層內(nèi)的海水抽空63，然后注入速凝水泥砂漿48，經(jīng)過2-10天，速凝水 泥砂漿凝結(jié)定型，從而在油井四周制成鋼結(jié)構(gòu)混凝土密閉的方室；在方型室的上平面，將帶 有2-3個(gè)高壓閥門的錐形鋼罩69扣住，然后緊固密封70，失控的井噴原油將由鋼罩的閥門 71導(dǎo)出。
五·在海底井噴的油井四周，以恒壓持續(xù)灌注到鋼箱底部夾層68的粘稠油性粘合 劑漿65進(jìn)行包封，然后造一個(gè)海底樁基鋼結(jié)構(gòu)混凝土的密封室，石油從梯型罩頂?shù)母邏洪y 門導(dǎo)出。
首先，在失控的石油井噴的油井管口周圍清除海底的淤泥，海底巖石作底面找平 處理。通過海上石油鉆井平臺在油井周圍正方的四個(gè)角定位打四個(gè)樁井44，穿過海底巖石 大約3-20米深度。在地面焊接好海底井樁鋼結(jié)構(gòu)方框架(圖7)，將框架的四只角鋼腿52， 插入到四個(gè)樁井的底部并使框架處于完全水平，然后通過泵壓輸送管由樁井的底部灌注高 強(qiáng)度速凝水泥砂漿53，同時(shí)向上驅(qū)趕出海水。當(dāng)水泥砂漿灌注滿樁井并由井口大量溢出時(shí)， 在樁井口上方注入比重大于海水的重油，同時(shí)浮在水泥漿之上保持一定厚度，從而將井樁 內(nèi)的水泥漿被重油所封閉，與海水隔絕。經(jīng)過1-5天，速凝水泥砂漿凝結(jié)定型，完成海底油 井四周的井樁基鋼結(jié)構(gòu)方型框架。
其次，在預(yù)制帶夾層的鋼箱內(nèi)外側(cè)面(圖11)，焊接上導(dǎo)管64及與其相連的箱底周 邊粘稠油性粘合漿出料夾層68 ;在鋼箱平底部鋼板端，可套上松軟的膠套，也可不套。將該 雙層鋼箱的內(nèi)外層鋼板47，套包住預(yù)制好的井樁基44、45鋼結(jié)構(gòu)框架。開啟粘合漿泵，將罐 中65的粘稠油性粘合劑漿，通過管道輸送到鋼箱導(dǎo)管64至底部周邊的出料夾層68內(nèi)，以 恒壓徐徐供給粘合劑漿料，從而將雙層鋼箱的外壁與海底巖石平面完全封閉。如果粘稠油 性粘合劑漿料凝固密封，可停止供料；如果不凝固，則恒壓徐徐供給漿料，使之保持密閉，從而隔絕鋼箱底部海水對鋼箱層內(nèi)的后續(xù)侵入。
最后，在鋼箱層內(nèi)灌注水泥砂漿66。鋼箱層內(nèi)可作抽空處理，也可不抽空而直接 灌注。通過泵壓力輸送管在鋼箱層底部的4-12個(gè)進(jìn)漿口 50，快速大量注入速凝水泥砂漿 67，同時(shí)向上驅(qū)趕出海水，當(dāng)水泥砂漿灌注滿鋼箱層內(nèi)空間并由箱頂平面充分大量溢出后， 拔出輸送管并封閉所有的鋼箱孔口，經(jīng)過2-10天，速凝水泥砂漿凝結(jié)定型，從而在油井四 周制成鋼結(jié)構(gòu)混凝土密閉的方室(圖13);在方型室的上平面，將帶有2-3個(gè)高壓閥門的梯 形鋼罩扣住(圖14)，然后緊固密封70，失控的井噴原油將由鋼罩的閥門71導(dǎo)出。
采用本發(fā)明的方法，解決因?yàn)榉绹娖骰蚩傞y門失效損壞等而造成的失控性石油高 壓井噴，比傳統(tǒng)的方法速度快而且效果好，穩(wěn)定可靠。通常在高壓井噴爆發(fā)后，采用本法可 以在20天左右解決問題而且油井不報(bào)廢，而傳統(tǒng)方法則需要2-3個(gè)月甚至更多的時(shí)間。
權(quán)利要求
1.一種解決高壓石油井噴的方法，其基本特征是，為了適應(yīng)在高壓井噴管口法蘭安裝新閥門的需要，采用經(jīng)過特殊處理的直通式高壓閥門裝置，通過以下幾個(gè)步驟來實(shí)現(xiàn)。
在直通式高壓閥門的上方頸部或者以及下方頸部，安裝可以自由拆裝的操控輪盤，用以在高壓井噴管口的法蘭上能夠方便的操作安裝新的高壓閥門。該操控輪盤的安裝是這樣實(shí)現(xiàn)的在高壓閥門的頸部安裝不銹鋼卡箍，卡箍上帶有橫式或豎式的扁孔鼻或掛環(huán)式扁孔鼻?？ü靠梢圆扇∩暇o的方式，也可采取焊接的方式固定在高壓閥門的頸部。操作輪盤的輪輻通過軸連接與輪柄相連，將輪輻另一端穿過安裝在閥門頸部不銹鋼卡箍上的扁孔或掛環(huán)式扁孔鼻，經(jīng)折疊連接軸后通過扣緊裝置固定，將全部輪輻繃緊后，使輪柄通過輪輻與高壓閥門一體化，以實(shí)現(xiàn)通過操控外緣輪柄來方便的完成在高壓井噴管口上方安裝高壓閥門的過程。
在直通式高壓閥門欲與油井管口法蘭相連接的閥門法蘭邊緣，焊接上專用的彈簧彈子鎖套裝置，在閥門法蘭上對稱的固定兩個(gè)定位螺栓，用以在安裝高壓閥門時(shí)，為了適應(yīng)高壓井噴的環(huán)境，能夠使上下法蘭的法蘭孔準(zhǔn)確對位。當(dāng)通過操控輪柄將高壓閥門通過專用彈簧彈子鎖套裝置下方的滑卡套入管口法蘭、定位螺栓與管口法蘭孔準(zhǔn)確對接后，通過輪柄向下施壓，高壓閥門通過彈簧彈子鎖套裝置便與下面的管口法蘭緊密扣合在一起。由于具有一定強(qiáng)度的彈子鎖鎖套裝置的止逆作用，因此即使在很高的管口噴壓作用下，高壓閥門也不會再被沖起，從而使閥門法蘭與管口法蘭能夠完全扣合在一起。
通過操作專用螺栓自動(dòng)松緊機(jī)，將閥門法蘭孔的螺栓、螺母依次上緊。這樣，由于油井管口防噴器或總閥門失效而造成的不可控性高壓石油氣井噴，在通過上述方法安裝了新的高壓直通式閥門后，得到控制。該螺栓自動(dòng)松緊機(jī)，還擔(dān)負(fù)著將油井管口上下法蘭的連接螺栓與螺母松開的任務(wù)，以方便的拆除油井管口的上法蘭管與失控閥門。該專用螺栓自動(dòng)松緊機(jī)具有很大的電動(dòng)扭矩，可以解決在特殊環(huán)境下法蘭螺栓不易卸下的難題。另外，若采用手工板子能解決問題，當(dāng)然也可以。
最后將新的高壓閥門裝置關(guān)閉。該法不僅適用于地面超高壓石油氣井噴，而且也完全適用于海底環(huán)境井噴安裝新控制閥門的需要，本法所安裝的高壓閥門裝置一般采用直通式閘閥。
2.如權(quán)利要求1一種解決高壓石油井噴的方法所述，專用螺栓自動(dòng)松緊機(jī)的基本特征是，通過液壓桿的升降控制直流電機(jī)頭螺栓卡槽的升降進(jìn)給，液壓桿與滑動(dòng)套管與直流電機(jī)相連接，滑動(dòng)套管套在控制臺的中央立柱上、通過上下滑動(dòng)從而帶動(dòng)電機(jī)的升降，立柱內(nèi)配置高能鋰電池。在直流電動(dòng)機(jī)頭的螺栓槽內(nèi)側(cè)面有強(qiáng)磁性材料，下方螺母卡槽也可采用液壓控制升降以適應(yīng)井噴管口的特殊環(huán)境，其螺母卡槽液壓升降的液壓內(nèi)桿及液壓腔，可以采用正方型六角型或三角型。當(dāng)上下螺母栓槽縱向進(jìn)給對準(zhǔn)螺栓螺母后，啟動(dòng)無級變速直流電機(jī)，從而完成對螺栓螺母的電動(dòng)旋緊和松開。在螺栓卡槽的底部設(shè)置觸壓式感知裝置，與液壓升降桿的液壓循環(huán)泵聯(lián)動(dòng)控制，當(dāng)上下螺栓母槽壓緊螺栓螺母后，便不再縱向過度進(jìn)給，從而實(shí)現(xiàn)自控升降的電動(dòng)松緊螺母的過程。直流電機(jī)可以采用垂直式的無級變速旋轉(zhuǎn)機(jī)頭，或者采用轉(zhuǎn)彎式的無級變速旋轉(zhuǎn)機(jī)頭，轉(zhuǎn)彎處采用球籠式萬向節(jié)以實(shí)現(xiàn)電機(jī)軸彎轉(zhuǎn)后的縱向進(jìn)給，其目的是使旋轉(zhuǎn)機(jī)頭具有很小的半徑，以實(shí)現(xiàn)深海環(huán)境在管口法蘭螺栓狹小的空間內(nèi)，能夠使電機(jī)頭螺栓槽貼近并對準(zhǔn)需要松緊的螺栓，從而實(shí)現(xiàn)有效的安裝和拆卸。
3.一種解決高壓石油井噴的方法，其基本特征是，在高壓閥門的法蘭上焊接具有特殊結(jié)構(gòu)的不銹鋼彈簧彈子鎖套裝置，使高壓閥門能夠順利的套鎖住高壓井噴管口的法蘭，從而有利于在惡劣的高壓井噴環(huán)境下，容易上緊連接法蘭的螺栓螺母，完成安裝新閥門裝置的過程。該裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是鎖套為圓柱狀套筒型，套筒的內(nèi)徑略大于安裝閥門法蘭的外徑。在套筒的內(nèi)壁、同一個(gè)截平面上均勻分布的各鎖槽內(nèi)，安裝一組大約8-24個(gè)彈簧及錐形彈子銷、或8-24個(gè)彈簧及軸撐半轉(zhuǎn)板銷。從截平面到套筒上平面的距離略大于閥門法蘭盤厚度與井管口法蘭盤的厚度之和。將平面截開的套筒上半段，與預(yù)裝了彈簧鎖銷的下半段，在套筒的內(nèi)外壁與截面相交的弧線上，進(jìn)行無縫焊接，制成彈簧彈子鎖套裝置。在該裝置的下平面的內(nèi)圈，均勻的無縫焊接一組傾斜的不銹鋼引導(dǎo)滑卡條，以利于順利套入井管法蘭盤。將制備好的該裝置上部內(nèi)圓壁及閥門法蘭盤外圓壁，涂上金屬膠粘劑，然后套合在一起，且上平面對齊，通過精密強(qiáng)度的圓周無縫焊接，將該不銹鋼彈簧彈子鎖套裝置的上平面內(nèi)圓線與閥門法蘭盤的外圓線焊接在一起。為了使焊接完好，可以在焊接弧線上預(yù)制焊接淺槽。
4.一種解決石油高壓井噴的方法，其基本特征是，在井噴的油井四周海底，以溝槽預(yù)埋密封法，造一個(gè)海底井樁基鋼結(jié)構(gòu)混凝土的密封室，石油從梯型罩頂?shù)母邏洪y門導(dǎo)出。
首先，在失控的石油井噴的油井管口周圍清除海底淤泥。通過海上石油鉆井平臺在油井周圍正方的四個(gè)角定位打四個(gè)樁井，穿過海底巖石大約3-20米深度。在四個(gè)樁井相連的略小于內(nèi)切線、略大于外切線的兩個(gè)正方形線的巖石上，用開槽機(jī)開出兩個(gè)正方形深型溝槽。在地面焊接好海底井樁鋼結(jié)構(gòu)的四方框架，將框架的四只角鋼腿，插入到四個(gè)樁井的底部并使框架整體處于水平，然后通過泵壓輸送管由樁井的底部灌注高強(qiáng)度速凝水泥砂漿，同時(shí)向上驅(qū)趕出海水；當(dāng)水泥砂漿灌注滿樁井并由井口大量溢出時(shí)，在樁井口上方注入比重大于海水的重油，同時(shí)浮在水泥漿之上保持一定厚度，從而將井樁內(nèi)的水泥漿被重油所封閉，與海水隔絕。經(jīng)過1-5天，速凝水泥砂漿凝結(jié)定型。完成海底油井四周的井樁基鋼結(jié)構(gòu)框架。
其次，建造海底鋼箱的密閉腔。將預(yù)制好的矩形齒底的雙層鋼箱的內(nèi)外鋼箱板，插入到海底巖石預(yù)先開鑿出的兩個(gè)正方形的深型溝槽內(nèi)，通過壓力輸送管插入到槽的底部，灌注高強(qiáng)度速凝水泥砂漿，同時(shí)向上驅(qū)趕出海水。當(dāng)水泥砂漿灌注滿內(nèi)外正方形溝槽并由表面大量溢出時(shí),在內(nèi)外正方形溝槽上方注入比重大于海水的重油、同時(shí)浮在水泥漿之上并在槽內(nèi)保持一定厚度，從而將溝槽內(nèi)的水泥漿被重油所封閉，與海水隔絕。經(jīng)過1-5天，速凝水泥砂漿凝結(jié)定型。這樣，雙層的方鋼箱便與四個(gè)井樁的鋼結(jié)構(gòu)框架完全混凝，同時(shí)與海底巖石層完全密封。
最后，將鋼箱夾層的海水抽空，然后注入速凝水泥砂漿，經(jīng)過2-10天，速凝水泥砂漿凝結(jié)定型，從而在油井四周制成鋼結(jié)構(gòu)混凝土密閉的方室。在方型室的上平面，將帶有2-3個(gè)高壓閥門的梯型鋼罩扣住，然后緊固密封，失控的井噴原油將由鋼罩的閥門導(dǎo)出。
5.一種解決石油高壓井噴的方法，其基本特征是，在井噴的油井四周海底，通過持續(xù)供給的粘稠油性粘合漿劑對具有夾層的方鋼箱的底部、與海底平面密封，然后造一個(gè)海底樁基鋼結(jié)構(gòu)混凝土的密封室，石油從梯型罩頂?shù)母邏洪y門導(dǎo)出。
首先，在失控的石油井噴的油井管口周圍清除海底淤泥，海底巖石作底面找平處理。通過海上石油鉆井平臺在油井周圍正方的四個(gè)角定位打四個(gè)樁井，穿過海底巖石大約3-20米深度。在地面焊接好海底井樁鋼結(jié)構(gòu)方形框架，將框架的四只角鋼腿，插入到四個(gè)樁井的底部并使框架處于完全水平，然后通過泵壓輸送管由樁井的底部灌注高強(qiáng)度速凝水泥砂漿，同時(shí)向上驅(qū)趕出海水。當(dāng)水泥砂漿灌注滿樁井并由井口大量溢出時(shí)，在樁井口上方注入比重大于海水的重油，同時(shí)浮在水泥漿之上保持一定厚度，從而將井樁內(nèi)的水泥漿被重油所封閉，與海水隔絕。經(jīng)過1-5天，速凝水泥砂漿凝結(jié)定型，完成海底油井四周的井樁基鋼結(jié)構(gòu)框架。
其次，在預(yù)制的雙層鋼箱的內(nèi)外側(cè)面，焊接上導(dǎo)管及與其相連的箱底周邊粘稠油性粘合漿出料夾層。在鋼箱平底部鋼板端，可套上軟的橡膠套，也可不套。將該雙層鋼箱的內(nèi)外層鋼板，套包住預(yù)制好的井樁基鋼結(jié)構(gòu)方型框架。開啟粘合漿泵，將罐中的粘稠油性粘合劑漿，通過管道輸送到鋼箱導(dǎo)管至底部周邊的出料夾層內(nèi)，以恒壓徐徐供給粘合劑漿料，從而將雙層鋼箱的內(nèi)外壁與海底巖石平面封閉。如果粘合劑漿料凝固密封，可停止供料；如果不凝固，則恒壓持續(xù)供給漿料，使之保持密閉，以隔絕鋼箱底部海水對鋼箱層內(nèi)的后續(xù)侵入。
最后，在鋼箱夾層內(nèi)灌注水泥砂漿。鋼箱層內(nèi)可作抽空處理，也可不抽空而直接灌注。通過泵壓力輸送管在鋼箱層底部的4-12個(gè)進(jìn)漿管口，快速大量注入速凝水泥砂漿，同時(shí)向上驅(qū)趕出海水。當(dāng)水泥砂漿灌注滿鋼箱層內(nèi)空間并由箱頂平面充分大量溢出后，拔出輸送管并封閉所有的鋼箱孔口。經(jīng)過2-10天，速凝水泥砂漿凝結(jié)定型，從而在油井四周制成鋼結(jié)構(gòu)混凝土密閉的方室。在方型室的上平面，將帶有2-3個(gè)高壓閥門的梯型鋼罩扣住，然后緊固密封，失控的井噴原油將由鋼罩的閥門導(dǎo)出。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種因?yàn)橛途绹娖骰蚋邏嚎傞y門的失效及損壞而導(dǎo)致高壓石油氣井噴失控的解決方法。也即采用安裝了彈簧彈子鎖套裝置的新高壓閥門裝置，通過可操作的輪柄盤以及使用專用的螺栓自動(dòng)松緊機(jī)，實(shí)現(xiàn)對高壓井噴的管口在惡劣環(huán)境下安裝新的高壓閥門裝置，從而關(guān)閉失控的高壓井噴，該法不僅適用于地面而且適用于深海海底石油井噴。另外也可以采用在井噴管口海底周圍，通過予制井樁的方法架構(gòu)一個(gè)完全密閉的鋼結(jié)構(gòu)混凝土封箱，將失控的油井完全封閉起來，然后在上方安裝預(yù)裝了高壓閥門梯型鋼罩，失控的井噴原油將由鋼罩的閥門導(dǎo)出，從而達(dá)到對失控高壓井噴的完全控制和安全利用。
文檔編號B25B29/02GK103015947SQ20111028523
公開日2013年4月3日 申請日期2011年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月23日
發(fā)明者王健柏 申請人:王健柏