一种水下封井闸阀用机械驱动装置、系统及方法与流程

1.本发明涉及海洋石油天然气钻采装备技术领域，具体涉及一种水下封井闸阀用机械驱动装置、系统及方法。


背景技术：

2.水下封井闸阀为海洋修完井系统的一个重要部件装置，广泛应用于海洋油气生产设备上，依靠闸阀的开启和关闭实现油气井内流体通道的开闭。驱动闸板运动开启和关闭的方式一般有液压操作、机械操作等。
3.水下封井阀通常采用平板阀结构，可通过驱动活塞杆，从而推动阀板移向井眼中心，阀板与阀座配合实现封井。由于海洋油气生产作业工况复杂，环境恶劣，对于安全性要求更高，而常规用于海洋水下封井阀仅采用纯液压控制驱动平板阀的开启和关闭，如遇到液压系统故障或液压管线、接头泄漏等情况将导致无法顺利关闭水下封井阀，造成需要紧急封井时无法顺利关井，从而导致海洋油气生产风险的增加。


技术实现要素：

4.针对上述现有技术的不足，本发明旨在提供一种水下封井闸阀用机械驱动装置、系统及方法，以便在海洋修完井作业过程中，遇到液压系统故障造成无法紧急关闭水下封井阀时，能够顺利通过机械驱动装置进行封井闸阀的关闭，实现关井。
5.本发明首先提出一种水下封井闸阀用机械驱动装置，所述装置包括：
6.转动驱动部件，其一端被配置为连接驱动元件，另一端被配置为连接横向移动部件，并将转动运动输出为直线运动；
7.横向移动部件，其被配置为能将阀板连接部件从装置的一侧横向移至另一侧；
8.阀板连接部件，其一端连接阀板，另一端为自由端，并能在需要从装置的所述一侧移至另一侧时由所述横向移动部件带动而向另一侧移动；
9.密封外周部件，其密封设置在所述转动驱动部件、横向移动部件及阀板连接部件的外周。
10.根据本发明的一种实施方式，所述阀板连接部件的所述另一端设有径向凸起部，所述横向移动部件的一端设有朝向所述凸起部延伸的止挡部，该止挡部能够止挡所述凸起部，并带动所述凸起部朝向装置的另一侧移动。
11.根据本发明的一种实施方式，所述阀板连接部件包括阀杆和阀杆螺母，所述阀杆的一端连接所述阀板，所述阀杆螺母设于所述阀杆的外周，所述阀杆螺母为所述凸起部。
12.根据本发明的一种实施方式，所述转动驱动部件至少在其一侧设有空心内腔，所述横向移动部件为空心筒状结构，所述阀板连接部件适于在所述转动驱动部件及所述横向移动部件的空心部分内移动。
13.根据本发明的一种实施方式，所述转动驱动部件与所述横向移动部件螺纹配合连接。
14.根据本发明的一种实施方式，所述横向移动部件包括驱动套和防转件，所述驱动套的内螺纹与所述横向移动部件的驱动螺纹配合连接，所述防转件与所述驱动套配合连接，以防止所述驱动套转动；优选地，所述防转件为防转销，所述驱动套外周设有沿轴向延伸的防转槽，所述防转销适配安装于所述防转槽内。
15.根据本发明的一种实施方式，所述转动驱动部件包括相连接的驱动端头和驱动轴，所述驱动轴上设有所述驱动螺纹，所述驱动端头设有四方形驱动接口；优选地，所述转动驱动部件还包括轴承，所述轴承设于所述驱动端头的外周。
16.根据本发明的一种实施方式，所述密封外周部件包括外周组件和密封组件，所述外周部件包括依次相连的端盖、驱动壳体和侧法兰，所述侧法兰设于装置的所述一侧，位于所述阀板连接部件的外周，所述驱动壳体位于所述横向移动部件与部分所述转动驱动部件的外周，所述端盖位于所述转动驱动部件的外周；优选地，所述密封组件包括密封垫圈，在各连接处设有所述密封垫圈；优选地，所述密封组件还包括密封压盖，所述密封压盖设于所述阀板连接部件的外周，该密封压盖在轴向抵接该处的密封垫圈。
17.本发明还提出一种水下封井闸阀系统，所述系统包括封井阀体、液压驱动装置和所述的水下封井闸阀用机械驱动装置，所述液压驱动装置和所述机械驱动装置均连接所述封井阀体的阀板。
18.本发明还提出一种利用所述的水下封井闸阀系统的方法，所述方法包括：
19.在正常工作时，通过所述液压驱动装置驱动所述封井阀体的阀板开闭，所述机械驱动装置的阀板连接部件随所述阀板的运动而运动；
20.在需要通过所述机械驱动装置关闭所述封井阀体的阀板时，所述机械驱动装置的转动驱动部件驱动所述横向移动部件移动，并带动所述阀板连接部件移动，从而关闭所述阀板。
21.本发明的装置可实现海洋油气作业过程中，遇到控制系统故障造成无法紧急关闭水下封井阀时，能够顺利通过机械驱动装置进行关井，提高了海洋油气生产作业的安全。
附图说明
22.图1为本发明一实施例水下封井阀外形结构示意图；
23.图2为本发明一实施例机械驱动装置轴侧外形示意图；
24.图3为本发明一实施例机械驱动装置阀杆缩回状态示意图；
25.图4为本发明一实施例机械驱动装置阀杆伸出状态示意图；
26.图5为本发明一实施例驱动套结构示意图；
27.图中：1.封井阀体，2.机械驱动装置，3.液压驱动装置，4.连接螺栓ⅰ，5.连接螺栓ⅱ，6.驱动端头，7.螺栓孔ⅰ，8.连接销，9.端盖，10.定位螺钉，11.密封ⅰ，12.驱动套，13.密封ⅲ，14.防转销，15.驱动壳体，16.密封ⅱ，17.密封压盖，18.注脂孔，19.阀杆，20.侧法兰，21.组合密封ⅰ，22.轴承，23.驱动轴，24.驱动螺纹，25.阀杆螺母，26.连接螺栓ⅲ，27.组合密封ⅱ，28.密封垫环槽，29.防转槽。
具体实施方式
28.以下将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细说明，以便更清楚理解本发明的
目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本发明范围的限制，而只是为了说明本发明技术方案的实质精神。
29.本发明所采用的技术方案是一种水下封井闸阀用系统。如图1所示，系统主要有封井阀体1，机械驱动装置2和液压驱动装置3组成。液压驱动装置和所述机械驱动装置均连接所述封井阀体的阀板。阀板的来回移动可以打开或关闭阀体。
30.在正常工作时，可通过液压驱动装置3驱动封井阀体的阀板开闭，机械驱动装置的阀板连接部件随阀板的运动而运动。
31.在紧急情况，需要通过机械驱动装2置关闭封井阀体1的阀板时，机械驱动装置2的转动驱动部件驱动横向移动部件移动，并带动阀板连接部件移动，从而关闭阀板。
32.其中，液压驱动装置3可采用常规液压缸实现驱动工作，在此不再赘述。
33.本发明中水下封井闸阀用机械驱动装置2主要包括：
34.转动驱动部件，其一端被配置为连接驱动元件，另一端被配置为连接横向移动部件，并将转动运动输出为直线运动；
35.横向移动部件，其被配置为能将阀板连接部件从装置的一侧横向移至另一侧；
36.阀板连接部件，其一端连接阀板，另一端为自由端，并能在需要从装置的所述一侧移至另一侧时由所述横向移动部件带动而向另一侧移动；
37.密封外周部件，其密封设置在所述转动驱动部件、横向移动部件及阀板连接部件的外周。
38.本发明上述技术方案，机械驱动装置能够一直保持与封井阀体1的连接，在正常工作时跟随运动，而在紧急情况时能够立刻启动自身的驱动元件带动其主动运动，从而能在较短的时间内关闭阀体，无需在此过程中进行机械驱动装置与阀体的重新连接或耦合等动作，操作既方便又及时，保障了系统工作的安全性。
39.机械驱动装置2可通过连接螺栓ⅰ4实现与封井阀体1一侧的连接，液压驱动装置3可通过连接螺栓ⅱ5实现与封井阀体1另一侧的连接。
40.在机械驱动装置2的自身驱动元件带动其工作时，根据本发明的一种实施方式，阀板连接部件的所述另一端设有径向凸起部，横向移动部件的所述一端设有朝向凸起部延伸的止挡部，该止挡部能够止挡凸起部，并带动凸起部朝向装置的另一侧移动。
41.根据本发明的一种实施方式，如图3、4所示，阀板连接部件包括阀杆19和阀杆螺母25，阀杆19的一端连接阀板，阀杆螺母25设于阀杆19的外周，阀杆螺母25为所述凸起部。
42.根据本发明的一种实施方式，转动驱动部件至少在其一侧设有空心内腔，横向移动部件为空心筒状结构，阀板连接部件适于在转动驱动部件及横向移动部件的空心部分内移动。
43.根据本发明的一种实施方式，转动驱动部件与横向移动部件螺纹配合连接。
44.根据本发明的一种实施方式，如图3、4所示，横向移动部件包括驱动套12和防转件，驱动套12的内螺纹与横向移动部件的驱动螺纹配合连接，防转件与驱动套12配合连接，以防止驱动套12转动。优选地，防转件为防转销14。如图5所示，驱动套12外周设有沿轴向延伸的防转槽29，防转销14可适配安装于防转槽29内。
45.根据本发明的一种实施方式，转动驱动部件包括相连接的驱动端头6和驱动轴24，驱动轴24上设有驱动螺纹，驱动端头6设有四方形驱动接口。优选地，转动驱动部件还包括
轴承22，轴承22设于驱动端头6的外周。
46.根据本发明的一种实施方式，密封外周部件包括外周组件和密封组件，外周部件包括依次相连的端盖7、驱动壳体15和侧法兰20，侧法兰20设于装置的所述一侧，位于阀板连接部件的外周，驱动壳体15位于横向移动部件与部分转动驱动部件的外周，端盖7位于转动驱动部件的外周。
47.优选地，密封组件包括密封垫圈，在各连接处设有所述密封垫圈。优选地，密封组件还包括密封压盖17，密封压盖17设于阀板连接部件的外周，该密封压盖17在轴向抵接该处的密封垫圈。
48.本发明的装置可实现海洋油气作业过程中，遇到控制系统故障造成无法紧急关闭水下封井阀时，能够顺利通过机械驱动装置进行关井，提高了海洋油气生产作业的安全。
49.实施例
50.参照图1，本发明在水下封井阀系统的外形结构示意图，在海洋修完井作业过程中，通过水下封井阀的开关可实现油气井通道压力的控制，以防止修完井作业中井内压力过高导致井喷事故的发生，正常作业过程中水下封井阀通过液压驱动装置3实现开启和关闭，一旦液压系统出现故障情况下可通过rov操作机械驱动装置2实现水下封井阀的关闭，确保关闭油气井通道。
51.如图3、4所示，本发明机械驱动装置阀杆处于缩回状态。驱动端头6与驱动轴23可通过连接销8实现连接，驱动轴23上设置有驱动螺纹24，通过驱动螺纹24实现与驱动套12的连接。驱动端头6设置有四方形驱动接口，可满足水下rov作业接口要求，驱动端头6安装在端盖9内部，通过组合密封ⅰ21实现密封，避免海水的进入，同时为保证驱动端头6的转动轻便，在驱动端头6与驱动轴23之间设置有轴承22，可减小转动时的阻力。端盖9的外平面设置有螺栓孔ⅰ7与外接导向装置连接，端盖9的外圆端面通过定位螺钉10实现与驱动壳体15的固定，端盖9与驱动壳体15之间通过密封ⅰ11实现密封，隔绝外界海水进入驱动装置内腔。驱动壳体15外圆设有台阶型螺栓孔，防转销14通过该孔安装到驱动套12的防转槽29中，用来实现驱动轴23转动时将驱动套12的旋转运动转换为直线方向运动。驱动壳体15与侧法兰20通过连接螺栓ⅲ26连接，侧法兰20一端面设有密封ⅱ16与驱动壳体15接触实现密封。侧法兰20另一端通过螺栓ⅰ4与封井阀体1连接，并通过密封垫环槽28安装金属密封垫环实现机械驱动装置2与封井阀体之间的密封。
52.阀杆19安装在侧法兰20的中心通道，通过组合密封ⅱ27实现机械驱动装置与油气井内压力的隔离，并通过密封压盖17挤压组合密封ⅱ27，保证密封的可靠性，阀杆19的一端采用卡槽式结构与闸板进行连接，另一端通过螺纹与阀杆螺母25连接。
53.当水下封井阀下入水下进行正式作业前，转动驱动端头6，使机械驱动装置2中的驱动套12的位置复位(如图3所示)，使其移动到驱动壳体15内腔的最右侧，以保证水下封井阀正常在液压驱动装置3的驱动下开启和关闭时，阀杆19与阀板卡槽连接在一起，随着水下封井阀的开启和关闭自由活动。
54.参照图4，本发明机械驱动装置阀杆处于伸出状态，水下封井阀开启，处于正常修完井作业阶段，驱动套12仍然位于驱动壳体15内腔的最右侧。此时如遇到紧急工况需进行水下封井作业时，可通过rov操作机械驱动装置的驱动端头6，从而带动驱动轴23转动，由于防转销14的作用将限制驱动套12转动，使驱动套12的旋转运动转换为直线方向运动，并使
得驱动套12右端的向下凸起的止挡部(可加工为台阶)能够与阀杆19上的阀杆螺母抵接，通过驱动套12的台阶拉动阀杆19及阀杆螺母25往左侧移动，实现水下封井阀的关闭，确保海洋修完井作业的安全。
55.本发明该机械驱动装置可设有rov操作标准接口，在海洋修完井作业过程中，遇到液压系统故障造成液压驱动器无法开关动作进行紧急关闭水下封井阀时，可通过rov操作机械驱动装置实现水下封井闸阀的关闭，实现关井，确保海洋油气生产作业的安全。
56.需要说明的是，在本文中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的系统或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
57.此外，在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
58.上述各实施例仅用于说明本发明，其中实施例的各零部件、装置都是可以有所变化的，各实施方式都可根据需要进行组合或删减，附图中并非所有部件都是必要设置，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术将不会被限制于本文所述的这些实施例，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。