本发明涉及一种因为油井防喷器或高压总阀门的失效及损坏而导致高压石油气井喷失控的解决方法。也即采用安装了弹簧弹子锁套装置的新高压阀门装置，通过可操作的轮柄盘以及使用专用的螺栓自动松紧机，实现对高压井喷的管口在恶劣环境下安装新的高压阀门装置，从而关闭失控的高压井喷，该法不仅适用于地面而且适用于深海海底石油井喷。另外也可以采用在井喷管口海底周围，通过予制井桩的方法架构一个完全密闭的钢结构混凝土封箱，将失控的油井完全封闭起来，然后在上方安装预装了高压阀门梯型钢罩，失控的井喷原油将由钢罩的阀门导出，从而达到对失控高压井喷的完全控制和安全利用。
1.一种解决高压石油井喷的方法，其特征在于，为了适应在高压井喷管口法兰安装新阀门的需要，采用经过特殊处理的直通式高压阀门装置，通过以下几个步骤来实现：
在直通式高压阀门的上方颈部或者以及下方颈部，安装可以自由拆装的操控轮盘，用以在高压井喷管口的法兰上能够方便的操作安装新的高压阀门；该操控轮盘的安装是这样实现的：在高压阀门的颈部安装不锈钢卡箍，卡箍上带有横式或竖式的扁孔鼻或挂环式扁孔鼻；卡箍可以采取上紧的方式，也可采取焊接的方式固定在高压阀门的颈部；操作轮盘的轮辐通过轴连接与轮柄相连，将轮辐另一端穿过安装在阀门颈部不锈钢卡箍上的扁孔或挂环式扁孔鼻，经折叠连接轴后通过扣紧装置固定，将全部轮辐绷紧后，使轮柄通过轮辐与高压阀门一体化，以实现通过操控外缘轮柄来方便的完成在高压井喷管口上方安装高压阀门的过程；
在直通式高压阀门欲与油井管口法兰相连接的阀门法兰边缘，焊接上专用的弹簧弹子锁套装置，在阀门法兰上对称的固定两个定位螺栓，用以在安装高压阀门时，为了适应高压井喷的环境，能够使上下法兰的法兰孔准确对位；当通过操控轮柄将高压阀门通过专用弹簧弹子锁套装置下方的滑卡套入管口法兰、定位螺栓与管口法兰孔准确对接后，通过轮柄向下施压，高压阀门通过弹簧弹子锁套装置便与下面的管口法兰紧密扣合在一起；由于具有一定强度的弹子锁锁套装置的止逆作用，因此即使在很高的管口喷压作用下，高压阀门也不会再被冲起，从而使阀门法兰与管口法兰能够完全扣合在一起；
通过操作专用螺栓自动松紧机，将阀门法兰孔的螺栓、螺母依次上紧；这样，由于油井管口防喷器或总阀门失效而造成的不可控性高压石油气井喷，在通过上述方法安装了新的高压直通式阀门后，得到控制；该螺栓自动松紧机，还担负着将油井管口上下法兰的连接螺栓与螺母松开的任务，以方便的拆除油井管口的上法兰管与失控阀门；该专用螺栓自动松紧机具有很大的电动扭矩，可以解决在特殊环境下法兰螺栓不易卸下的难题；最后将新的高压阀门装置关闭；该法不仅适用于地面超高压石油气井喷，而且也完全适用于海底环境井喷安装新控制阀门的需要，本法所安装的高压阀门装置一般采用直通式闸阀。
2.如权利要求1所述的一种解决高压石油井喷的方法，其专用螺栓自动松紧机特征在于，通过液压杆的升降控制直流电机头螺栓卡槽的升降进给，液压杆与滑动套管与直流电机相连接，滑动套管套在控制台的中央立柱上、通过上下滑动从而带动电机的升降，立柱内配置高能锂电池；在直流电动机头的螺栓槽内侧面有强磁性材料，下方螺母卡槽也可采用液压控制升降以适应井喷管口的特殊环境，其螺母卡槽液压升降的液压內杆及液压腔，可以采用正方型六角型或三角型；当上下螺母栓槽纵向进给对准螺栓螺母后，启动无级变速直流电机，从而完成对螺栓螺母的电动旋紧和松开；在螺栓卡槽的底部设置触压式感知装置，与液压升降杆的液压循环泵联动控制，当上下螺栓母槽压紧螺栓螺母后，便不再纵向过度进给，从而实现自控升降的电动松紧螺母的过程；直流电机可以采用垂直式的无级变速旋转机头，或者采用转弯式的无级变速旋转机头，转弯处采用球笼式万向节以实现电机轴弯转后的纵向进给，其目的是使旋转机头具有很小的半径，以实现深海环境在管口法兰螺栓狭小的空间内，能够使电机头螺栓槽贴近并对准需要松紧的螺栓，从而实现有效的安装和拆卸。
3.一种解决高压石油井喷的方法，其特征在于，在高压阀门的法兰上焊接具有特殊结构的不锈钢弹簧弹子锁套装置，使高压阀门能够顺利的套锁住高压井喷管口的法兰，从而有利于在恶劣的高压井喷环境下，容易上紧连接法兰的螺栓螺母，完成安装新阀门装置的过程；该装置的结构特点是：锁套为圆柱状套筒型，套筒的内径略大于安装阀门法兰的外径；在套筒的内壁、同一个截平面上均匀分布的各锁槽内，安装一组8-24个弹簧及锥形弹子销、或8-24个弹簧及轴撑半转板销从截平面到套筒上平面的距离略大于阀门法兰盘厚度与井管口法兰盘的厚度之和；将平面截开的套筒上半段，与预装了弹簧锁销的下半段，在套筒的内外壁与截面相交的弧线上，进行无缝焊接，制成弹簧弹子锁套装置；在该装置的下平面的内圈，均匀的无缝焊接一组倾斜的不锈钢引导滑卡条，以利于顺利套入井管法兰盘；将制备好的该装置上部内圆壁及阀门法兰盘外圆壁，涂上金属胶粘剂，然后套合在一起，且上平面对齐，通过精密强度的圆周无缝焊接，将该不锈钢弹簧弹子锁套装置的上平面内圆线与阀门法兰盘的外圆线焊接在一起；为了使焊接完好，可以在焊接弧线上预制焊接浅槽。
高压石油井喷失控的解决方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种因为油井防喷器或高压总阀门的失效及损坏而导致高压石油气井喷失控的解决方法。也即采用安装了弹簧弹子锁套装置的新高压阀门装置，通过可操作的轮柄盘以及使用专用的螺栓自动松紧机，实现对高压井喷管口在恶劣环境下安装新的高压阀门。该法不仅适用于地面而且适用于深海海底石油井喷。
背景技术
[0002] 石油钻井发生井喷事故，通常是由于各种原因造成的，如果油井防喷器或总高压阀门没有失效或损坏，那么高压井喷最终可以通过关闭上述阀门解决问题。如果是因为高压的石油气造成了防喷器或总高压阀门的损坏或失效而无法关闭阀门、发生的井喷，那么问题就非常严重，不好解决。历史上曾经出现过的严重井喷，比如1956年8月26日伊朗库姆附近的井喷，无法控制的原油喷到了51.8米高度，每天喷出12万桶；1979年6月3日墨西哥湾海底石油井喷，每天泄漏喷出4000-5000吨原油。它们都是在用了三个多月的时间后，才将失控的高压井喷完全控制住，但已经对周围的环境造成了严重污染。井喷往往伴随着有毒气体，易燃易着火，造成对环境和人群较大的危害。通常，解决高压石油气井喷失控的抢险方法有压井法，是将密度大的重晶石粉灌到井里，以增加压力，止住井喷的继续发生。或者用高压泵将大量重泥浆或水泥砂浆一次性打入井管，将油井控制住或封住。打救援井法，如果井喷压力过高，直接压井压不住，可在距离井喷油井的附近打一个斜向的井，与井喷的油井交汇；或在离开井喷油井的安全距离打两个同样的井，通过向井底注入水泥砂浆，将井喷的油井在底部封死。美国墨西哥湾2010年4月发生的深水地平线钻井平台爆炸所形成的井喷，就是采用打救援井的方法，但持续了近4-5个月，并造成了巨大的经济损失。采用前述方法虽然最终能够解决问题，但对于超高压力失控的油气井喷来讲，速度较慢，效果不是太理想，同时造成井喷的油井完全报废。另外操作的周期过长，也需付出极大的代价。尤其是对于深海海底失控的高压石油井喷来讲，由于无法进行深水人工作业，若不能在较短的时间内制止住巨量泄漏的井喷原油，将会对周围的海域和生态环境造成无法估量和难以挽回的损失。
发明内容
[0003] 本发明针对井喷高压油气的恶劣环境不易操作的背景，提出了一整套便于操作和易于控制的解决方法，可以在较短的时间内，以很少的成本或极低的代价解决地面或深海海底高压石油气井喷失控的问题。
[0004] 为了适应在高压井喷管口法兰安装新阀门的需要，采用特殊处理的新的直通式高压阀门，通过以下几个步骤来实现。
[0005] 在直通式高压阀门的上方颈部或者以及下方颈部，安装可以自由拆装的操控轮盘，用以在高压井喷管口的法兰上能够方便的操作安装新的高压阀门。该操控轮盘的安装是这样实现的：在高压阀门的颈部安装不锈钢卡箍，卡箍上带有横式或竖式的扁孔鼻或挂环式扁孔鼻。卡箍可以采取上紧的方式，也可采取焊接的方式固定在高压阀门的颈部。操作轮盘的轮辐通过轴连接与轮柄相连，将轮辐另一端穿过安装在阀门颈部不锈钢卡箍上的扁孔或挂环式扁孔鼻，经折叠连接轴后通过扣紧装置固定，将全部轮辐绷紧后，使轮柄通过轮辐与高压阀门一体化，以实现通过操控外缘轮柄来方便的完成在高压井喷管口上方安装高压阀门的过程。
[0006] 在直通式高压阀门欲与油井管口法兰相连接的阀门法兰边缘，焊接上专用的弹簧弹子锁套装置，在阀门法兰上对称的固定两个定位螺栓，用以在安装高压阀门时，为了适应高压井喷的环境，能够使上下法兰的法兰孔准确对位。当通过操控轮柄将高压阀门通过专用弹簧弹子锁套装置下方的滑卡套入管口法兰、定位螺栓与管口法兰孔准确对接后，通过轮柄向下施压，高压阀门通过弹簧弹子锁套装置便与下面的管口法兰紧密扣合在一起，由于具有一定强度的弹子锁锁套装置的止逆作用，因此即使在很高的管口喷压作用下，高压阀门也不会再被冲起，从而使阀门法兰与管口法兰能够完全扣合在一起。
[0007] 通过操作专用螺栓自动松紧机，将阀门法兰孔的螺栓、螺母依次上紧。这样，由于油井管口防喷器或总阀门失效而造成的不可控性高压石油气井喷，在通过上述方法安装了新的高压直通式阀门后，得到控制。该螺栓自动松紧机，还担负着将油井管口上下法兰的连接螺栓与螺母松开的任务，以方便的拆除油井管口的上法兰管。该专用螺栓自动松紧机具有很大的电动扭矩，可以解决在特殊环境下法兰螺栓不易卸下的难题。另外，若采用手工板子能解决问题，当然也可以。
[0008] 最后将新装上的高压阀门关闭。该法不仅适用于地面高压石油气井喷，而且也完全适用于海底井喷安装新的控制阀门的需要，本法所安装的高压阀门一般宜采用直通式高压闸阀。
[0009] 螺栓自动松紧机的工作方法。通过液压杆的升降控制直流电机头螺栓卡槽的升降进给，液压杆与滑动套管与直流电机相连接，滑动套管套在控制台的中央立柱上、通过滚珠式上下滑动从而带动电机的升降，立柱内配置高能锂电池。在直流电动机头的螺栓槽内侧面有强磁性材料，下方螺母卡槽也可采用液压控制升降以适应井喷管口的特殊环境，其螺母卡槽液压升降的液压內杆及液压腔，可以采用正方型六角型或三角型。当上下螺母栓槽纵向进给对准螺栓螺母后，启动无级变速直流电机，从而完成对螺栓螺母的电动旋紧和松开；在螺栓卡槽的底部设置触压式感知装置，与液压升降杆的液压循环泵联动控制，当上下螺栓母槽压紧螺栓螺母后，便不再纵向过度进给，从而实现自控升降的电动松紧螺母的过程。直流电机可以采用垂直式的无级变速旋转机头。也可以采用转弯式的无级变速旋转机头，转弯处采用球笼式万向节以实现电机轴弯转后的纵向进给，其目的是使旋转机头具有很小的半径，以实现在管口法兰螺栓狭小的空间内，能够使电机头螺栓槽贴近并对准需要松紧的螺栓，从而实现有效的安装和拆卸。
[0010] 在高压阀门的法兰上焊接具有特殊结构的不锈钢弹簧弹子锁套装置，使高压阀门能够顺利的套锁在高压井喷管口的法兰上，从而有利于在恶劣的高压井喷环境下，容易的上紧连接法兰的螺栓螺母，以完成安装新阀门的过程。该装置的结构特点是：锁套为圆柱状套筒型，套筒的内径略大于安装阀门法兰的外径。在套筒的内壁、同一个截平面上均匀分布的各锁槽内，安装一组大约8-24个弹簧及锥形弹子销、或8-24个弹簧及轴撑半转板销。从截平面到套筒上平面的距离略大于阀门法兰盘厚度与井管口法兰盘的厚度之和。将平面截开的套筒上半段，与预装了弹簧锁销的下半段，在套筒的内外壁与截面相交的弧线上，进行无缝焊接，制成弹簧弹子锁套装置。在该装置的下平面的内圈，均匀的无缝焊接一组倾斜的不锈钢引导滑卡条，以利于顺利套入井管法兰盘。将制备好的该装置上部内圆壁及阀门法兰盘外圆壁，涂上金属胶粘剂，然后套合在一起，且上平面对齐，通过精密而有强度的圆周焊接，将该不锈钢弹簧弹子锁套装置的上平面内圆线与阀门法兰盘的外圆线焊接在一起。为了使焊接完好，可以在焊接弧线上预制焊接浅槽。
附图说明
[0011] 图示说明
[0012] 图1：安装了弹簧弹子锁套装置的高压阀门。
[0013] 图2：弹簧弹子锁套装置的A-A剖面图。
[0014] 图3：操作轮盘之轮柄轮辐卡箍的示意图。
[0015] 图4：螺栓螺母自动松紧机示意图。
[0016] 图5：预装了弹簧弹子锁套装置的阀门法兰与管口法兰的对接图。
[0017] 图例说明
[0018] 1.予安装在高压阀门颈部的卡箍。
[0019] 2.予安装在高压阀门法兰上的弹簧弹子锁套装置。
[0020] 3.弹簧弹子锁套下面的不锈钢滑卡。
[0021] 4.高压阀门阀闸的开关旋轴。
[0022] 5.高压阀门的连接法兰。
[0023] 6.高压阀门的颈部。
[0024] 7.弹簧弹子锁套的焊接线。
[0025] 8.梯角型不锈钢弹子插销。
[0026] 9.不锈钢弹子弹簧。
[0027] 10.弹簧弹子锁套装置的A-A截面。
[0028] 11.操作轮盘的轮柄。
[0029] 12.操作轮盘的轮辐。
[0030] 13.操作轮盘轮辐的扣紧装置。
[0031] 14.轮辐与轮盘的轴连接。
[0032] 15.轮辐挂紧的卡箍(焊接式或上紧式)。
[0033] 16.卡箍上的挂紧轮辐的横向扁孔鼻或挂环式扁孔鼻。
[0034] 17.卡箍上的挂紧轮辐的竖向扁孔鼻。
[0035] 18.轴连接。
[0036] 19.轮辐的折叠段。
[0037] 20.阀门法兰盘外圆壁。
[0038] 21.弹簧弹子锁套装置上部内圆壁。
[0039] 22.螺栓自动松紧机的操作架。
[0040] 23.螺栓自动松紧机的立柱。
[0041] 24.携带电机的滑动套管。
[0042] 25.液压升降的套管。
[0043] 26.液压升降杆。
[0044] 27.固体电池。
[0045] 28.液压循环泵。
[0046] 29.液压循环管。
[0047] 30.弯头式密封直流电机。
[0048] 31.直流电机的输出转轴。
[0049] 32.球笼式万向节。
[0050] 33.上紧螺栓的卡槽。
[0051] 34.顶住螺母的卡槽。
[0052] 35.采用液压升降的螺栓母卡槽。
[0053] 36.操作按钮。
[0054] 37.垂直式密封直流电机。
[0055] 38.阀门法兰与弹簧弹子锁套的焊接点。
[0056] 39.阀门法兰上的两个固定定位螺栓。
[0057] 40.油井管口法兰。
[0058] 41.转板式弹子。
[0059] 42.转板轴支撑。
[0060] 43.油井管口法兰孔。
具体实施方式
[0061] 下面结合图示及图例，进一步说明本发明的具体实施过程。
[0062] 一.在直通式高压阀门(图1)的上方颈部1或者以及下方颈部6，安装可以自由拆装的操控轮盘(图3上)，用以在高压井喷管口的法兰上能够方便的操作安装新的高压阀门。该操控轮盘的安装是这样实现的：在高压阀门的颈部安装不锈钢卡箍1，卡箍15上带有横式16或竖式17的扁孔鼻或挂环式扁孔鼻；卡箍可以采取上紧的方式，也可采取焊接的方式固定在高压阀门的颈部。操作轮盘的轮辐12通过轴连接14与轮柄11相连，将轮辐另一端穿过安装在阀门颈部不锈钢卡箍上的扁孔或挂环式扁孔鼻，经过折叠19连接轴18后通过扣紧装置13固定。将全部轮辐绷紧后，使轮柄通过轮辐与高压阀门一体化，以实现通过操控外缘轮柄
11来方便的完成在高压井喷管口上方安装高压阀门的过程。
[0063] 在直通式高压阀门欲与油井管口法兰相连接的阀门法兰5边缘，焊接上专用的弹簧弹子锁套装置2，在阀门法兰上对称的固定两个定位螺栓39，用以在安装高压阀门时，为了适应高压井喷的环境，能够使上下法兰的法兰孔43准确对位。当通过操控轮柄将高压阀门通过专用弹簧弹子锁套装置2下方的滑卡3套入管口法兰、定位螺栓39与管口法兰孔43准确对接后，通过轮柄向下施压(图5上)，高压阀门通过弹簧弹子锁套装置便与下面的管口法兰紧密扣合在一起(图5下)，由于具有一定强度的弹子锁锁套装置的止逆作用，因此即使在很高的管口喷压作用下，高压阀门也不会再被冲起，从而使阀门法兰与管口法兰能够完全扣合在一起(图5下)。
[0064] 通过操作本法专用的螺栓自动松紧机(图4)，将阀门法兰孔的螺栓、螺母依次上紧。这样，由于油井管口防喷器或总阀门失控而造成的不可控性高压石油气井喷，在通过上述方法安装了新的高压直通式阀门后，得到控制和关闭。该螺栓自动松紧机，还担负着将油井管口上下法兰的连接螺栓与螺母松开的任务，以方便的拆除油井管口的上法兰管。该专用螺栓自动松紧机具有很大的电动扭矩，可以解决在特殊环境下法兰螺栓不易卸下的难题。另外，若采用手工板子能解决问题，当然也可以。
[0065] 最后将新装上的高压阀门4关闭。该法不仅适用于地面高压石油气井喷，而且也完全适用海底井喷安装新的控制阀门的需要，本法所安装的高压阀门一般宜采用直通式高压闸阀。
[0066] 二.螺栓自动松紧机的工作方法。通过液压杆26的升降控制电机头螺栓卡槽33的升降进给，液压杆26与滑动套管24与直流电机30或37相连接，滑动套管套24在控制台22的中央立柱上23、通过滚珠式上下滑动从而带动电机30或37的升降，立柱内配置高能锂电池17。在直流电动机头的螺栓槽内侧面有强磁性材料，下方螺母卡槽34也可采用液压控制升降35以适应井喷管口的特殊环境，其螺母卡槽液压升降的液压內杆及液压腔，可以采用正方型六角型或三角型。当上下螺母栓槽纵向进给对准螺栓螺母后，启动无级变速直流电机，从而完成对螺栓螺母的电动旋紧和松开；在螺栓卡槽33的底部设置触压式感知装置，与液压升降杆的液压循环泵28联动控制，当上下螺栓母槽压紧螺栓螺母后，便不再纵向过度进给，从而实现自控升降的电动松紧螺母的过程。直流电机可以采用垂直式37的无级变速旋转机头。也可以采用转弯式30的无级变速旋转机头，转弯处采用球笼式万向节32以实现电机轴31弯转后的纵向进给，其目的是使旋转机头具有很小的半径，以实现在管口法兰螺栓狭小的空间内，能够使电机头螺栓槽贴近并对准需要松紧的螺栓，从而实现有效的安装和拆卸。
[0067] 三.在高压阀门的法兰上焊接具有特殊结构的不锈钢弹簧弹子锁套装置(图2)，使高压阀门能够顺利的套锁在高压井喷管口的法兰上2，从而有利于在恶劣的高压井喷环境下，容易的上紧连接法兰的螺栓螺母，以完成安装新阀门的过程。该装置的结构特点是：锁套为圆柱状套筒型，套筒的内径略大于安装阀门法兰的外径。在套筒的内壁、同一个截平面(图2)上均匀分布的各锁槽内，安装一组大约8-24个弹簧9及锥形弹子销8、或8-24个弹簧及轴撑41半转板销42。从截平面(A-A)到套筒上平面38的距离略大于阀门法兰盘厚度与井管口法兰盘的厚度之和。将平面截开的套筒上半段，与预装了弹簧锁销的下半段，在套筒的内外壁与截面相交的弧线7上，进行无缝焊接，制成弹簧弹子锁套装置。在该装置的下平面的内圈，均匀的无缝焊接一组倾斜的不锈钢引导滑卡条3，以利于顺利套入井管法兰盘40。将制备好的该装置上部内圆壁21及阀门法兰盘外圆壁20，涂上金属胶粘剂，然后套合在一起，且上平面对齐，通过精密而有强度的圆周焊接，将该不锈钢弹簧弹子锁套装置的上平面内圆线与阀门法兰盘的外圆线38焊接在一起。为了使焊接完好，可以在焊接弧线上预制焊接浅槽。
[0068] 采用本发明的方法，解决因为防喷器或总阀门失效损坏等而造成的失控性石油高压井喷，比传统的方法速度快而且效果好，稳定可靠。通常在高压井喷爆发后，采用本法可以在数天左右解决问题而且油井不报废，而传统方法则需要2-3个月甚至更多的时间。
