CN102817584B - 全通径井下安全阀 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种全通径井下安全阀，包括：第一接头(1)、外筒(2)、第二接头(3)、阀座(4)、阀片(5)和滑套(6)，第一接头(1)、第二接头(3)和阀座(4)均具有流体通路；第一接头(1)、外筒(2)和第二接头(3)依次连接并围合成容纳腔室(123)；阀座(4)设置在容纳腔室(123)内，滑套(6)设置在外筒(2)和阀座(4)围成的环形腔室(24)内，滑套(6)驱动阀片(5)关合。这样，全通径井下安全阀可以根据管柱内外压力差与设定的安全值大小而自行及时开关，从源头上消除了井控安全的风险，大大地提高了生产安全性，缩短了作业时间，提高了工作效率。

Description

全通径井下安全阀

技术领域

本发明涉及阀门领域，特别地，涉及一种全通径井下安全阀。

背景技术

目前国内外在完井试油和井下作业施工中，常常遇到因地层压力大于管柱内压力而使管柱内液体上窜出现溢流的现象，严重者会导致井喷；另外在提管柱时由于抽吸作用也可能导致管柱内外压力不平衡而发生事故，这些情况严重危及井下施工作业的安全。目前，常用压井和关井来避免这种事故。

然而，采用关井、压井消除井控风险存在许多弊端：一是不能及时知道井内压力变化，导致来不及关井；二是压井会造成油层污染；三是关井、压井延长了施工作业时间，降低了作业效率，增大了作业成本。

发明内容

本发明目的在于提供一种全通径井下安全阀，根据管柱内外压力差与设定的安全值大小而自行及时开关，从源头上消除了井控安全的风险。

为实现上述目的，本发明提供了一种全通径井下安全阀，包括：第一接头、外筒、第二接头、阀座、阀片和滑套，第一接头、第二接头和阀座均具有流体通路；外筒的第一端与第一接头连接，外筒的第二端与第二接头连接，第一接头、外筒和第二接头围合成容纳腔室；阀座设置在容纳腔室内，阀座的第一端与第一接头连接，阀座的第二端与阀片轴连接，阀座和第一接头以及第二接头同轴设置，阀片上设置有凸轮；滑套设置在外筒和阀座围成的环形腔室内，滑套的内壁面与阀座的外壁面滑动密封接触；滑套的第一端周围设置有凸缘，凸缘的外端面与外筒的内壁面滑动密封接触，第一接头、外筒、阀座和滑套围合成第一压力腔，滑套的第二端可驱动凸轮地与凸轮配合设置；外筒的内壁面上还设置有第一限位结构，第一限位结构的内端面与滑套的外壁面滑动密封接触，凸缘、滑套、第一限位结构和外筒围合成第二压力腔；外筒上还设置有第一气压通孔和第二气压通孔，第一气压通孔与第一压力腔连通，第二气压通孔与第二压力腔连通。

进一步地，外筒包括相互连接的第一外筒和第二外筒，第一气压通孔和第二气压通孔均设置在第一外筒上，第一限位结构设置在第二外筒上。

进一步地，第一外筒的内壁面上还设置有第二限位结构，第一气压通孔设置在第二限位结构上。

进一步地，全通径井下安全阀还包括定位块，定位块设置在滑套上的定位导槽内，且与阀座和第二外筒分别连接。

进一步地，阀座的第二端的端面上设置有一对凸耳，凸耳上设置有转动轴，阀片通过转动轴与阀座连接。

进一步地，滑套上与凸轮相对应的位置设置有调节开口，凸轮伸入到调节开口内。

进一步地，滑套沿调节开口处在轴向方向上分隔形成固定连接的第一滑套和第二滑套。

进一步地，第一接头的内壁上设置有内连接肩头，第一接头的外壁上设置有外连接肩头；阀座的第一端在内连接肩头处与第一接头固定连接，外筒的第一端在外连接肩头处与第一接头固定连接。

进一步地，阀片为可拆卸地装配在转动轴上的蝶形阀片。

进一步地，阀座的内表面或/和两端面设置有软金属层或者软合金层。

本发明具有以下有益效果：

1、滑套与第一接头、第二接头以及阀座分别围成第一压力腔和第二压力腔，滑套在第一压力腔和第二压力腔的压力差的作用下轴向移动，从而驱动阀片关起或者关闭阀座的流体通路，并且由于可以根据管柱内外压力差与设定的安全值大小而自行及时开关，从源头上消除了井控安全的风险，大大地提高了生产安全性，缩短了作业时间，提高了工作效率。

2、阀片为可拆卸地设置在转轴上的蝶形阀片，一方面当阀片损坏或者失效时，能够及时对阀片进行更换，另一方面，蝶形阀片调节性能好，能够承受更高的压力。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的全通径井下安全阀关闭状态的结构示意图；

图2是本发明优选实施例的全通径井下安全阀打开状态的结构示意图；

图3是图1中K-K向的剖切结构示意图；以及

图4是图1中R处的放大结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

参见图1和图2，本发明实施例的全通径井下安全阀，用于钻井、完井试油和井下作业，可以防止井内液体上窜。该全通径井下安全阀包括：第一接头1、外筒2、第二接头3、阀座4、阀片5和滑套6。第一接头1、第二接头3和阀座4均具有流体通路，该流体通路不小于作业管柱的内径，使用时，油液等流体可以经过第一接头1、第二接头3和阀座4上的流体通路从井下流出。

外筒2的第一端与第一接头1连接，外筒2的第二端与第二接头3连接，第一接头1、外筒2和第二接头3围合成容纳腔室123。优选地，第一接头1的外壁上设置有外连接肩头12，外筒2的第一端在外连接肩头12处与第一接头1固定连接；第二接头3的内壁上设置有第二内连接肩头31，外筒2的第二端的相应部位设置有对应的搭接结构，外筒2的第二端在第二内连接肩头31处与第二接头3固定连接。外筒2的第一端与第一接头1固定连接以及外筒2的第二端与第二接头3固定连接的方式可以为焊接或者螺纹连接或者卡接。优选地，外筒2的外径与第一接头1的外径以及第二接头3的外径大小相等。外筒2的内壁面上还设置有第一限位结构21，用于限制该全通径井下安全阀的其他构件的移动位置。外筒2上还设置有第一气压通孔22和第二气压通孔23。

作为另外的实施例，外筒2分为第一外筒25和第二外筒26，第一外筒25的第一端与第一接头1固定连接连接，第一外筒25第二端与第二外筒26的第一端固定连接，第二外筒26的第二端与第二接头3固定连接。第二外筒26向内伸出有凸块，该凸块两端在轴向上的延长边分别反扣在第一外筒25的内壁上和第二接头3的内壁上。该凸块充当设置在外筒2的内壁面上的第一限位结构21。第一气压通孔22和第二气压通孔23均设置在第一外筒25上。优选地，第一外筒25的内壁面上还设置有第二限位结构27，该第二限位结构27用于限制全通径井下安全阀的其他构件的移动位置，第一气压通孔22设置在第二限位结构27上。

阀座4设置在容纳腔室123内，阀座4和第一接头1以及第二接头3同轴设置，阀座4的第一端与第一接头1连接。优选地，第一接头1的内壁上设置有内连接肩头11，阀座4的第一端在内连接肩头11处与第一接头1固定连接。阀座4的第一端与第一接头1固定连接的方式可以为焊接或者螺纹连接或者卡接。

阀片5设置在阀座4的第二端上，阀片5与阀座4的第二端轴连接，阀片5可以绕轴在水平方向和竖直方向之间转动。阀片5包括用于关闭阀座4的流体通路的阀片主体和用于驱使阀片5转动的凸轮51，阀片主体用于以关闭或者开启阀座4的流体通路，或者通过调节阀片5的位置以调节流过阀座4的流体通路的流量；凸轮51设置在阀片主体的相对一侧，用于与该全通径井下安全阀的其他构件相配合以驱动阀片5绕轴转动。优选地，阀座4的内表面或/和两端面设置有软金属层或者软合金层，这样，使得阀座4的密封和承压效果更好。

结合参见图3，优选地，阀座4的第二端的端面上设置有一对凸耳41，具体地，凸耳41设置在阀座4的第二端端面边缘，并沿阀座4的轴向方向向外延伸。凸耳41上设置有转动轴42，阀片5通过转动轴42与阀座4连接。凸耳41、转动轴42以及阀片5的装配保证阀片5能够密封阀座4的流体通路。优选地，阀片5为可拆卸地装配在转动轴42上的蝶形阀片。

结合参见图4，滑套6设置在外筒2和阀座4围成的环形腔室24内，滑套6的内壁面与阀座4的外壁面滑动密封接触。滑套6的第一端周围设置有凸缘61，凸缘61的外端面与外筒2的内壁面滑动密封接触。外筒2内壁面上的第一限位结构21的内端面与凸缘61下部的滑套6外壁面滑动密封接触。凸缘61凸出滑套6外壁面的高度与第一限位结构21伸出外筒2内壁面的高度相等。这样，第一接头1、外筒2、阀座4和滑套6围合成第一压力腔1246，具体地，第一压力腔1246是由第一接头1的下端面、外筒2的上部内壁面、阀座4的上部外壁面和滑套6以及凸缘61的上端面围合而成；凸缘61、滑套6、第一限位结构21和外筒2围合成第二压力腔261，具体地，第二压力腔261是由凸缘61的下端面、滑套6的外端面、第一限位结构21的上端面和外筒2的下部内壁面围合而成。第一压力腔1246与第一气压通孔22相连通，第二压力腔261与第二气压通孔23相连通。这样，可以通过调节第一压力腔1246和第二压力腔261内的气体压力而驱使滑套6上下移动，从而调节滑套6的位置。滑套6的第二端可操作地驱动凸轮51转动，这样，通过滑套6的上下移动而驱动凸轮51转动，从而带动阀片5打开或者关闭阀座4的流体通路。优选地，滑套6上与凸轮51相对应的位置设置有调节开口63，凸轮51伸入到调节开口63内，这样，调节开口63的上沿顶抵住凸轮51，当滑套6上下移动时，驱动凸轮51转动。滑套6沿调节开口63处在轴向方向上分为第一滑套64和第二滑套65，第一滑套64和第二滑套65固定连接，这样，使得阀片5的安装更加方便。

优选地，全通径井下安全阀还包括定位块7，定位块7穿过设置在滑套6上的定位导槽62与阀座4和第二外筒26分别连接。该定位块7用于固定阀座4的轴向位置和周向位置。

全通径井下安全阀的使用原理是：

在使用全通径井下安全阀时，通过第一气压通孔22向第一压力腔1246内充入预定压力的氮气，此时，该第一压力腔1246内的压力大于与外部空间相连通的第二压力腔261内的压力，第一压力腔1246和第二压力腔261内的压力差推动滑套6向着第二压力腔261方向移动，从而滑套6拨动凸轮51转动，进而带动阀片5的阀片主体转动，使得阀片5处于关闭状态。

当井下外部空间的压力增大时，该压力通过第二气压通孔23传递到第二压力腔261内，当第二压力腔261内的压力大于第一压力腔1246内的压力时，第二压力腔261和第一压力腔1246内的压力差推动滑套6向着第一压力腔1246方向移动，从而滑套6不再抵挡凸轮51动，进而使得阀片5的阀片主体向下转动，使得阀片5处于打开状态。这样，井下油液从该全通径井下安全阀的流体管路中流出。

当井下外部环境的压力减小到小于第一压力腔1246内的预定压力时，第一压力腔1246和第二压力腔261内的压力差推动滑套6向着第二压力腔261方向移动，从而滑套6拨动凸轮51转动，进而带动阀片5的阀片主体转动，使得阀片5处于关闭状态。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种全通径井下安全阀，其特征在于，包括：第一接头(1)、外筒(2)、第二接头(3)、阀座(4)、阀片(5)和滑套(6)，

所述第一接头(1)、所述第二接头(3)和所述阀座(4)均具有流体通路；

所述外筒(2)的第一端与所述第一接头(1)连接，所述外筒(2)的第二端与所述第二接头(3)连接，所述第一接头(1)、所述外筒(2)和所述第二接头(3)围合成容纳腔室(123)；

所述阀座(4)设置在所述容纳腔室(123)内，所述阀座(4)的第一端与所述第一接头(1)连接，所述阀座(4)的第二端与所述阀片(5)轴连接，所述阀座(4)和所述第一接头(1)以及所述第二接头(3)同轴设置，所述阀片(5)上设置有凸轮(51)；

所述滑套(6)设置在所述外筒(2)和所述阀座(4)围成的环形腔室(24)内，所述滑套(6)的内壁面与所述阀座(4)的外壁面滑动密封接触；

所述滑套(6)的第一端周围设置有凸缘(61)，所述凸缘(61)的外端面与所述外筒(2)的内壁面滑动密封接触，所述第一接头(1)、所述外筒(2)、所述阀座(4)和所述滑套(6)围合成第一压力腔(1246)，所述滑套(6)的第二端可驱动所述凸轮(51)地与所述凸轮(51)配合设置；

所述外筒(2)的内壁面上还设置有第一限位结构(21)，所述第一限位结构(21)的内端面与所述滑套(6)的外壁面滑动密封接触，所述凸缘(61)、所述滑套(6)、所述第一限位结构(21)和所述外筒(2)围合成第二压力腔(261)；

所述外筒(2)上还设置有第一气压通孔(22)和第二气压通孔(23)，所述第一气压通孔(22)与所述第一压力腔(1246)连通，所述第二气压通孔(23)与所述第二压力腔(261)连通。

2.根据权利要求1所述的全通径井下安全阀，其特征在于，所述外筒(2)包括相互连接的第一外筒(25)和第二外筒(26)，所述第一气压通孔(22)和所述第二气压通孔(23)均设置在所述第一外筒(25)上，所述第一限位结构(21)设置在所述第二外筒(26)上。

3.根据权利要求2所述的全通径井下安全阀，其特征在于，所述第一外筒(25)的内壁面上还设置有第二限位结构(27)，所述第一气压通孔(22)设置在所述第二限位结构(27)上。

4.根据权利要求3所述的全通径井下安全阀，其特征在于，所述全通径井下安全阀还包括定位块(7)，所述定位块(7)设置在所述滑套(6)上的定位导槽(62)内，且与所述阀座(4)和所述第二外筒(26)分别连接。

5.根据权利要求4所述的全通径井下安全阀，其特征在于，所述阀座(4)的第二端的端面上设置有一对凸耳(41)，所述凸耳(41)上设置有转动轴(42)，所述阀片(5)通过所述转动轴(42)与所述阀座(4)连接。

6.根据权利要求5所述的全通径井下安全阀，其特征在于，所述滑套(6)上与所述凸轮(51)相对应的位置设置有调节开口(63)，所述凸轮(51)伸入到所述调节开口(63)内。

7.根据权利要求6所述的全通径井下安全阀，其特征在于，所述滑套(6)沿所述调节开口(63)处在轴向方向上分隔形成固定连接的第一滑套(64)和第二滑套(65)。

8.根据权利要求7所述的全通径井下安全阀，其特征在于，所述第一接头(1)的内壁上设置有内连接肩头(11)，所述第一接头(1)的外壁上设置有外连接肩头(12)；所述阀座(4)的第一端在所述内连接肩头(11)处与所述第一接头(1)固定连接，所述外筒(2)的第一端在所述外连接肩头(12)处与所述第一接头(1)固定连接。

9.根据权利要求8所述的全通径井下安全阀，其特征在于，所述阀片(5)为可拆卸地装配在所述转动轴(42)上的蝶形阀片。

10.根据权利要求9所述的全通径井下安全阀，其特征在于，所述阀座(4)的内表面或/和两端面设置有软金属层。