CN101787866B - 气井井口先导式自保持电磁阀 - Google Patents

Abstract

气井井口先导式自保持电磁阀，应用于天然气井场及输气管道上。特征是：在阀体内有圆筒状主阀芯。阀盖固定在阀体上部。在阀盖的侧壁上横向连接有销定电磁头、一级开启电磁头、二级开启电磁头。副阀芯为圆筒状，其下端在主阀芯内。副阀芯内有上、下压缩弹簧，在下压缩弹簧内有芯杆。在阀体及副阀芯内有平衡压力孔。阀体与阀盖内有连通孔。阀盖上有卸压孔。副阀芯外壁有环形凹槽。效果是：能适用于天然气井口管线，在不依赖外接气源驱动情况下，依靠微弱电磁力完成阀门开关。与远程控制系统协作，可实现远程控制开关单井、高低压自动保护等功能。通过阀芯两级传动使主阀芯完全开启，从而可以解决原结构电磁阀节流效应引起的冻堵及积砂导致的内漏。

Description

气井井口先导式自保持电磁阀

技术领域

本发明涉及油田采气技术领域，特别涉及一种天然气井场及输气管道上的电磁气动开关阀。应用于天然气生产过程中的一种开启后不需要电力和前后压差来维持其状态的电磁阀，具体地说，是一种新型先导式自保持电磁阀。

背景技术

天然气井生产过程中，当采用井下节流工艺生产时，井筒及地面管线可采用中低压设计。此时为防止井下节流器失效对下游中低压管线及相应设备的破坏，同时防止因下游管线破裂造成天然气的大量泄露，井口需要安装高低压安全保护截断装置。此时开关井工作只能在井场完成。当气田面积大、生产井数量多、井位分散时，气井生产后期转入间歇生产时，开关井工作量大，无法实现人工开关井阀门，气井管理维护难度大；而当出现紧急情况时，无法及时关闭井口气源，存在一定安全隐患。因此需要研制一种新型远程控制开关井装置，以保证系统运行安全，减少人力物力消耗。而气井井位分散，无外接电源等，传统阀门无法满足现场需要。

中国专利公开(公告)号：CN101575958，提供了一种“天然气井电磁气动开关井阀”，是最接近的开关井阀。

中国专利公开(公告)号：CN2918908Y，提供了一种“天然气用的直通式防爆电磁阀”，是用于压缩天然气为工作介质，在管路中实现开闭控制功能的天然气用的直角式防爆电磁阀。由壳体、出口接管、主活门部件、防爆电磁铁、先导活门部件、连接螺母组成，壳体一端经连接螺母与防爆电磁铁连接，壳体另一端与出口接管连接，主活门部件位于出口接管与壳体形成的空间内，先导活门部件位于防爆电磁铁中，其一端在壳体内；防爆电磁铁由线圈、衔铁、螺母、隔离套构成，衔铁内有阶梯轴向孔，阶梯轴向孔上有先导活门部件；有二个活门，工作时先导活门打开，主活门再打开，是分二步实现的，气体通过出口接管排于阀门的壳体内部，使用安全性提高。

目前，现场实用的电磁阀阀芯无法完全开启，应用中存在一定程度的节流效应。阀芯提升稳定后，阀前后存在0.1～0.2MPa压差，并引起约1℃左右温降，易造成电磁阀冬季冻堵。同时，由于阀芯开启程度非常小，故密封接触面易积砂而导致电磁阀内漏。所以必须对该电磁阀结构进行改进，才能适应现场实用要求。

发明内容

本发明的目的是：提供一种气井井口先导式自保持电磁阀，使阀芯能够完全开启。能适用于天然气井口外输管线关闭，在不依赖外接高压气源驱动的情况下，在微弱电量控制下实现天然气井井口远程控制开关井及超欠压关井，实现气井生产的安全高效管理。克服目前气田井口电磁阀阀芯无法完全开启的不足。

本发明采用的技术方案是：气井井口先导式自保持电磁阀，包括阀盖、阀体、主阀芯、副阀芯、销定电磁头、一级开启电磁头、二级开启电磁头、芯杆、下压缩弹簧和上压缩弹簧，阀体两侧分别有连接管线的进气口与出气口，进气口内有进气通道，出气口内有出气通道。出气通道与进气通道之间有主阀芯座，阀体内有圆筒状主阀芯，主阀芯能在阀体的中心孔内上下滑动，主阀芯的底平面在主阀芯座上。其特征在于：阀盖为圆柱状，阀盖端部有中心孔，阀盖固定在阀体上部，阀盖中心孔与阀体上部中心孔相对；在阀盖的侧壁上并垂直阀盖侧壁连接有销定电磁头、一级开启电磁头和二级开启电磁头；副阀芯为圆筒状，副阀芯中心孔内有横隔板，副阀芯下端在主阀芯内，并且副阀芯的底部压在主阀芯的内底部，副阀芯上端在阀盖中心孔内，副阀芯能在阀盖及阀体的中心孔内上下滑动；芯杆在副阀芯内，副阀芯的横隔板上部有上压缩弹簧，阀盖中心孔上平面压在上压缩弹簧的顶部；在副阀芯的横隔板下部有下压缩弹簧，下压缩弹簧的下端压在副阀芯下端内丝堵上部，在下压缩弹簧内有一个T形圆柱状芯杆，芯杆顶部凸出的下平面压在下压缩弹簧顶部，芯杆的下端与主阀芯螺纹连接；副阀芯下端内丝堵有中心孔，副阀芯下端内丝堵套在芯杆上，副阀芯下端内丝堵能沿芯杆上下滑动；在阀体进气通道内侧上部钻有平衡压力孔一，平衡压力孔一的另一端开口处在阀体的中心孔内，并在主阀芯的上部，衡压力孔一连通阀体的进气通道与阀体的中心孔，副阀芯中部横隔板有平衡压力孔二，平衡压力孔二将副阀芯上下两部分连通，副阀芯外壁中上部有环形凹槽，当副阀芯开启后，销定电磁头内部弹簧可推动销定电磁头磁芯，销定电磁头磁芯的端部能嵌入副阀芯的环形凹槽内；阀体与阀盖上有主连通孔，主连通孔的下端开口处位于阀体的出气通道内，主连通孔的上端与一级连通孔及二级连通孔的下端相接，一级连通孔上端开口位于阀盖外壁用于固定一级开启电磁头的带外螺纹的圆柱体的中心孔内，二级连通孔与一级连通孔对称，二级连通孔上端开口位于阀盖外壁用于固定二级开启电磁头的带外螺纹的圆柱体的中心孔内；阀盖上有一级卸压孔和二级卸压孔，一级卸压孔联通阀盖的中心孔和位于阀盖外壁用于固定一级开启电磁头的带外螺纹的圆柱体的中心孔内；二级卸压孔一端开口位于阀盖外壁用于固定二级开启电磁头的带外螺纹的圆柱体的中心孔内，二级卸压孔的另一端在阀盖的底部，并联通阀体的中心孔；一级卸压孔能将副阀芯内的高压气体导入主连通孔，从而实现副阀芯的提升，二级卸压孔能将主阀芯内的高压气体导入主连通孔从而实现主阀芯的提升；

销定电磁头内部弹簧可推动销定电磁头磁芯水平运动，该销定电磁头磁芯的圆柱型端部能在弹簧推动下嵌入副阀芯的环形凹槽内；一级开启电磁头和二级开启电磁头内有各自弹簧及磁芯，一级开启电磁头和二级开启电磁头的磁芯顶端分别位于一级连通孔、二级连通孔开口处，并且磁芯顶端均固定有密封盖，一级开启电磁头水平运动能打开或关闭一级连通孔；二级开启电磁头水平运动能打开或关闭二级连通孔。

所述的销定电磁头、一级开启电磁头、二级开启电磁头均为直流电控制的电磁头，内有线圈及电磁铁，此非本发明的创新，本领域技术人员能完成，不再详述。

本发明的有益效果：本发明气井井口先导式自保持电磁阀，通过阀芯两级传动使主阀芯完全开启，从而可以解决原结构电磁阀节流效应引起的冻堵及积砂导致的内漏。

天然气井井口电磁阀本身不需要外来气源驱动，可在较小电力驱动下实现阀门开关，与远程控制系统协作，可实现远程控制开关单井、高低压自动保护等功能，能够提高单井信息化管理水平，保证生产运行的安全平稳。其在气田具有广阔的应用前景。

附图说明

图1a是本发明气井井口先导式自保持电磁阀剖面正视图。

图1b是本发明气井井口先导式自保持电磁阀剖面左视图。

图2a是阀盖1剖面正视图。

图2b是阀盖1剖面左视图。

图3是阀体2示意图。

图4是主阀芯3示意图。

图5是副阀芯4示意图。

图6是芯杆8示意图。

图7a是一级开启阀门时销定电磁头磁芯18与副阀芯4之间的锁定位置关系。

图7b是关闭阀门时销定电磁头磁芯18与副阀芯4之间的锁定位置关系。

图中，1.阀盖，2.阀体，3.主阀芯，4.副阀芯，5.销定电磁头，6.一级开启电磁头，7.二级开启电磁头，8.芯杆，9.下压缩弹簧，10.上压缩弹簧，11.一级卸压孔，12.一级连通孔，13.二级卸压孔，14.二级连通孔，15.主连通孔，16.平衡压力孔一，17.平衡压力孔二，18.销定电磁头磁芯。

具体实施方式

实施例1：以一个气井井口先导式自保持电磁阀为例，对本发明作进一步详细说明。

参阅图1a、图1b。气井井口先导式自保持电磁阀，主要由阀盖1、阀体2、主阀芯3、副阀芯4、销定电磁头5、一级开启电磁头6、二级开启电磁头7、芯杆8、下压缩弹簧9和上压缩弹簧10组成。阀体2采用奥氏体型不锈钢2Cr13锻造而成。阀体2两侧分别有连接管线的进气口与出气口，进气口和出气口内径均为45毫米。进气口内有进气通道，出气口内有出气通道。平面主阀芯座加工在出气通道与进气通道之间，阀体2内有圆筒状主阀芯3，主阀芯3外径60毫米。主阀芯3能在阀体2的中心孔内上下滑动，主阀芯3的底平面在主阀芯座上。阀盖1为圆柱状，阀盖1下端部有中心孔，阀盖1固定在阀体2上部，阀盖1中心孔与阀体2上部中心孔相对；在阀盖1的侧壁上并垂直阀盖1侧壁连接有销定电磁头5、一级开启电磁头6和二级开启电磁头7；副阀芯4为圆筒状，副阀芯4中心孔内有横隔板，副阀芯4下端在主阀芯3内，并且副阀芯4的底部压在主阀芯3的内底部，副阀芯4上端在阀盖1中心孔内，副阀芯4能在阀盖1及阀体2的中心孔内上下滑动；芯杆8在副阀芯4内，副阀芯4的横隔板上部有上压缩弹簧10，阀盖1中心孔上平面压在上压缩弹簧10的顶部；在副阀芯4的横隔板下部有下压缩弹簧9，下压缩弹簧9的下端压在副阀芯4下端内丝堵上部，在下压缩弹簧9内有一个T形圆柱状芯杆8，芯杆8顶部凸出的下平面压在下压缩弹簧9顶部，芯杆8的下端与主阀芯3的M12×1.5螺纹连接；副阀芯4下端内丝堵有中心孔，副阀芯4下端内丝堵套在芯杆8上，副阀芯4下端内丝堵能沿芯杆8上下滑动；在阀体2进气通道内侧上部钻有一个平衡压力孔一16，平衡压力孔一16的另一端开口处在阀体2的中心孔内，并在主阀芯3的上部，平衡压力孔一16连通阀体2的进气通道与阀体2的中心孔。平衡压力孔一16直径为1.2毫米。副阀芯4中部横隔板有平衡压力孔二17，平衡压力孔二17将副阀芯4上下两部分连通，平衡压力孔二17直径为1毫米。副阀芯4外壁中上部有环形凹槽，当副阀芯4开启后，销定电磁头5内部弹簧可推动销定电磁头磁芯18，销定电磁头磁芯18的端部能嵌入副阀芯4的环形凹槽内。

参阅图1a、图1b。阀体2与阀盖1上有主连通孔15，主连通孔15的下端开口处位于阀体2的出气通道内，主连通孔15的上端与一级连通孔12及二级连通孔14的下端相接。一级连通孔12上端开口位于阀盖1外壁用于固定一级开启电磁头6的带外螺纹的圆柱体的中心孔内，二级连通孔14与一级连通孔12对称，二级连通孔14上端开口位于阀盖1外壁用于固定二级开启电磁头7的带外螺纹的圆柱体的中心孔内；阀盖1上有一级卸压孔11和二级卸压孔13，一级卸压孔11联通阀盖1的中心孔和位于阀盖1外壁用于固定一级开启电磁头6的带外螺纹的圆柱体的中心孔内；二级卸压孔13一端开口位于阀盖1外壁用于固定二级开启电磁头7的带外螺纹的圆柱体的中心孔内，二级卸压孔13的另一端在阀盖1的底部，并联通阀体2的中心孔；一级卸压孔11能将副阀芯4内的高压气体导入主连通孔15，主连通孔15直径为1.8毫米。从而实现副阀芯4的提升，二级卸压孔13能将主阀芯3内的高压气体导入主连通孔15从而实现主阀芯3的提升；

参阅图1a、图1b。销定电磁头5、一级开启电磁头6、二级开启电磁头7均通过由壬帽固定在各自电磁头固定座上。销定电磁头5内部弹簧可推动销定电磁头磁芯18水平运动，该销定电磁头磁芯18的圆柱型端部能在弹簧推动下嵌入副阀芯4的环形凹槽内。一级开启电磁头6和二级开启电磁头7内有各自弹簧及磁芯，一级开启电磁头6和二级开启电磁头7的磁芯顶端分别位于一级连通孔12、二级连通孔14开口处，并且磁芯顶端均固定有密封盖，一级开启电磁头6水平运动能打开或关闭一级连通孔12；二级开启电磁头7水平运动能打开或关闭二级连通孔14。

二级连通孔14上端开口位于阀盖1外壁上用于固定二级开启电磁头7的带外螺纹的圆柱体的底面中心位置。阀盖1上紧邻一级连通孔12、二级连通孔14开口处分别有一级卸压孔11、二级卸压孔13的开口。一级卸压孔11的另一端通向阀盖1的中心孔，二级卸压孔13的另一端在阀盖1的底部，通向阀体2的中心孔。一级卸压孔11能将副阀芯4内的高压气体导入主连通孔15从而实现副阀芯4的提升，二级卸压孔13可将主阀芯3内的高压气体导入主连通孔15从而实现主阀芯3的提升。

气井井口先导式自保持电磁阀的工作过程：参阅图1a、图1b。

1、开阀过程：给一级开启电磁头6供电，其磁芯回缩，一级连通孔12打开，副阀芯4内部高压通过一级卸压孔11、一级连通孔12、主连通孔15组成的卸压通道，与下游出气通道低压连通，副阀芯4腔内压力迅速减小，其内外压差推动副阀芯4上移，当副阀芯4外壁环形凹槽上移到销定电磁头5的销定电磁头磁芯18处时，销定电磁头磁芯18端部插入凹槽销定副阀芯4，下压缩弹簧9、上压缩弹簧10压缩储能，此时一级开启电磁头6断电。随后给二级开启电磁头7通电，其磁芯回缩，二级连通孔14打开，主阀芯3内部高压通过二级卸压孔13、二级连通孔14、主连通孔15组成的卸压通道，与出气通道低压连通，主阀芯3内压力迅速降低，上游进气通道高压推动主阀芯3上移，并在下压缩弹簧9向上推动芯杆8的辅助作用下，使主阀芯3完全打开，此时二级开启电磁头7断电。开阀过程结束。

2、关阀过程：给销定电磁头5通电，销定电磁头磁芯18回缩并从副阀芯4的环形凹槽内退出，销定解除，副阀芯4在重力及上压缩弹簧10的作用下下移并推动主阀芯3关闭阀门。此时，上游进气通道压力继续升高，并通过平衡压力孔一16继续向主阀芯3内进气，主阀芯3内压力继续增大，阀芯3向下压的愈紧，阀关的愈严。关阀过程结束。

Claims (1)

1.一种气井井口先导式自保持电磁阀，包括阀盖(1)、阀体(2)、主阀芯(3)、副阀芯(4)、销定电磁头(5)、一级开启电磁头(6)、二级开启电磁头(7)、芯杆(8)、下压缩弹簧(9)和上压缩弹簧（10），阀体(2)两侧分别有连接管线的进气口与出气口，进气口内有进气通道，出气口内有出气通道，出气通道与进气通道之间有主阀芯座，阀体(2)内有圆筒状主阀芯(3)，主阀芯(3)能在阀体(2)的中心孔内上下滑动，主阀芯(3)的底平面在主阀芯座上；其特征在于：阀盖(1)为圆柱状，阀盖(1)下端部有中心孔，阀盖(1)固定在阀体(2)上部，阀盖(1) 中心孔与阀体(2)上部中心孔相对；在阀盖(1)的侧壁上并垂直阀盖(1)侧壁连接有销定电磁头(5)、一级开启电磁头(6)和二级开启电磁头(7)；副阀芯(4)为圆筒状，副阀芯(4)中心孔内有横隔板，副阀芯(4)下端在主阀芯(3)内，并且副阀芯(4)的底部压在主阀芯（3）的内底部，副阀芯(4)上端在阀盖(1) 中心孔内，副阀芯(4)能在阀盖(1)及阀体(2)的中心孔内上下滑动；芯杆(8)在副阀芯(4)内，副阀芯(4)的横隔板上部有上压缩弹簧(10)，阀盖(1)中心孔上平面压在上压缩弹簧(10)的顶部；在副阀芯(4)的横隔板下部有下压缩弹簧(9)，下压缩弹簧(9)的下端压在副阀芯(4)下端内丝堵上部，在下压缩弹簧(9)内有一个T形圆柱状芯杆(8)，芯杆(8)顶部凸出的下平面压在下压缩弹簧(9)顶部，芯杆(8)的下端与主阀芯(3)螺纹连接；副阀芯(4)下端内丝堵有中心孔，副阀芯(4)下端内丝堵套在芯杆(8)上，副阀芯(4)下端内丝堵能沿芯杆(8)上下滑动；在阀体(2)进气通道内侧上部钻有第一平衡压力孔(16)；第一平衡压力孔(16)的一端开口处在阀体(2)进气通道内侧上部,第一平衡压力孔(16)的另一端开口处在阀体(2)的中心孔内，并在主阀芯(3)的上部，第一平衡压力孔(16)连通阀体(2)的进气通道与阀体(2)的中心孔，副阀芯(4)中部横隔板有第二平衡压力孔(17)，第二平衡压力孔(17)将副阀芯(4)上下两部分连通，副阀芯(4)外壁中上部有环形凹槽，当副阀芯(4)开启后，销定电磁头(5)内部弹簧能推动销定电磁头磁芯(18)，销定电磁头磁芯(18)的端部能嵌入副阀芯(4)的环形凹槽内；阀体(2)与阀盖(1)上有主连通孔(15)，主连通孔(15)的下端开口处位于阀体(2)的出气通道内，主连通孔(15)的上端与一级连通孔(12)及二级连通孔(14)的下端相接，一级连通孔(12)上端开口位于阀盖(1)外壁用于固定一级开启电磁头(6)的带外螺纹的圆柱体的中心孔内，二级连通孔(14)与一级连通孔(12)对称，二级连通孔(14)上端开口位于阀盖(1)外壁用于固定二级开启电磁头(7)的带外螺纹的圆柱体的中心孔内；阀盖(1)上有一级卸压孔(11)和二级卸压孔(13)，一级卸压孔(11)联通阀盖(1)的中心孔和位于阀盖(1)外壁用于固定一级开启电磁头(6)的带外螺纹的圆柱体的中心孔内；二级卸压孔(13)一端开口位于阀盖(1)外壁用于固定二级开启电磁头(7)的带外螺纹的圆柱体的中心孔内，二级卸压孔(13)的另一端在阀盖(1)的底部，并联通阀体(2)的中心孔；一级卸压孔(11)能将副阀芯(4)内的高压气体导入主连通孔(15)，二级卸压孔(13)能将主阀芯(3)内的高压气体导入主连通孔(15)；

销定电磁头(5)内部弹簧能推动销定电磁头磁芯(18)水平运动，该销定电磁头磁芯(18)的圆柱型端部能在弹簧推动下嵌入副阀芯(4)的环形凹槽内；一级开启电磁头(6)和二级开启电磁头(7)内有各自弹簧及磁芯，一级开启电磁头(6)和二级开启电磁头(7)的磁芯顶端分别位于一级连通孔(12)、二级连通孔(14)开口处，并且磁芯顶端均固定有密封盖，一级开启电磁头(6)水平运动能打开或关闭一级连通孔(12)；二级开启电磁头(7) 水平运动能打开或关闭二级连通孔(13)。

Images