CN103046897B - 一种控压钻井自动调节节流阀的阀针 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种控压钻井自动调节节流阀的阀针，它包括阀芯（1）和阀杆（2），阀杆（2）的下端设有凸柱（3），阀芯（1）套装于阀杆（2）的凸柱（3）上，通孔（4）下端与凸柱（3）之间设置有堆焊连接部（5），凸柱（3）的下端面上设有内孔（6），阀杆（2）的上部设置有沿径向延伸的连接孔（7），连接孔（7）连通内孔（6）与阀杆（2）外部。本发明的有益效果是：阀芯与阀体之间采用过盈配合连接，并在端部锥角区采用堆焊固定，连接牢固；阀芯形面曲线设计使控压钻井自动调节节流阀进出口压降与开度呈线性关系，具有线性度好、可控性好、精度高等优点；阀杆内的流体通道平衡了阀芯上下端流体压差，大大降低了阀针旋转所需扭矩。

Description

一种控压钻井自动调节节流阀的阀针

技术领域

本发明涉及节流阀技术领域，特别是一种控压钻井自动调节节流阀的阀针。

背景技术

控压钻井是指通过控压钻井系统装备与工艺实时控制井口套压，实现整个钻进、接单根、起下钻过程中井底环空压力的精确控制。实施控压钻井，井口套压的控制至关重要，控压节流管汇作为井眼压力控制的关键组成设备，通过产生可调的节流来控制井口回压，实现在静态和动态条件下钻井过程中井底压力的相对稳定，其中回压的控制主要体现在控压钻井自动调节节流阀的科学设计与准确测控。控压钻井自动调节节流阀作为节流管汇中最为关键设备，通过人为设置的一个流动障碍来限制流量，从而使控压钻井自动调节节流阀前的流体产生回压，使节流阀后的流体静压力大大降低，以满足施工要求。

国内外采用的节流阀大多是针型节流阀，其通过移动针型阀芯改变阀口的通流面积大小来控制钻井液压力。阀针作为控压钻井自动调节节流阀主要部件，其结构设计直接决定控压钻井自动调节节流阀的节流性能和可控性。因此，为确保控压钻井自动调节节流阀的节流精度、可控性和使用寿命，阀针设计成为重中之重。

现有的阀针多为圆锥形或楔形。如中国专利201010562605.1，公开了一种单向节流阀，其结构包括阀体、O形橡胶密封圈、阀芯、挡圈、孔用弹性挡圈。阀芯安装在阀体内腔，阀芯有节流孔与阀体前后端相通，阀芯前端外斜面有密封安装槽用于安装O形橡胶密封圈。又如中国专利201220100901.4，公开了一种液动楔形节流阀，包括阀体、阀盖、阀杆、阀瓣、阀座，阀盖固定连接在阀体上，阀座嵌镶于阀体腔内部，阀杆间隙配合在阀盖的孔中，其下部连接有阀瓣，阀瓣上设有楔形圆弧面，圆弧面的下部相交连接着一直面，且直面与出口孔轴线平行。圆锥形阀针震动大，阀杆易断裂；楔形阀针解决了震动和阀杆断裂的问题，但节流性能差，节流不好控制，且楔形面易刺伤。

目前，尚没有用于控压钻井自动调节节流阀的阀芯，常规节流阀阀芯的控制思路、控制精度与效果都无法达到控压钻井作业技术要求，难以满足控压钻井的控制压力要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种控制精度高、线性度好、使用寿命长和易于拆卸的控压钻井自动调节节流阀的阀针。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种控压钻井自动调节节流阀的阀针，它包括阀芯和阀杆，阀杆的下端面上设有凸柱，阀芯上设有与凸柱相配合的通孔，阀芯套装于阀杆的凸柱上，且阀芯的通孔与凸柱间为过盈配合，通孔下端与凸柱之间设置有堆焊连接部，凸柱的下端面上设有内孔，且内孔沿阀杆轴向延伸至阀杆内部，阀杆的上部设置有沿径向延伸的连接孔，连接孔的一端连通内孔，连接孔的另一端连通阀杆外部。

所述的凸柱为圆柱体型，阀芯上的通孔为与该圆柱体型配合的圆形通孔。

所述的阀芯的材质为YG8合金，阀杆的材质为12Cr13。

所述的通孔的下端孔壁为具有内锥角的锥形面A，凸柱的下端外壁为具有外锥角的锥形面B，堆焊连接部设置于锥形面A和锥形面B形成的凹槽内。

所述的锥形面A的内锥角为25～45°，锥形面B的外锥角为25～45°。

所述的阀芯的形面曲线方程为：

y=-2.1721x⁵+26.496x⁴-130.27x³+326.88x²-428.56x+218.06。

阀芯轮廓依据形面曲线方程进行数控加工。

本发明具有以下优点：本发明的阀芯与阀杆采用分体结构，阀芯与阀体之间采用过盈配合连接，并在端部锥角区采用堆焊固定，连接牢固，连接可靠性高。阀芯形面曲线设计使控压钻井自动调节节流阀进出口压降与开度呈线性关系，具有线性度好、可控性好、精度高等优点，使其能够达到控压钻井作业技术要求，同时满足控压钻井的控制压力要求。阀杆内的流体通道平衡了阀芯上下端流体压差，大大降低了阀针旋转所需扭矩。本发明的阀芯采用YG8合金，阀杆材料采用12Cr13，既增强了阀针的耐磨、耐冲蚀性能，提高了使用寿命，同时又降低了制造成本，适合推广应用。

附图说明

图1 为本发明的结构示意图

图2 为本发明的阀芯的结构示意图

图3 为本发明节流压降与开度关系图

图中，1-阀芯，2-阀杆，3-凸柱，4-通孔，5-堆焊连接部，6-内孔，7-连接孔，8-锥形面A。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述，本发明的保护范围不局限于以下所述：

如图1、图2所示，一种控压钻井自动调节节流阀的阀针，它包括阀芯1和阀杆2，阀杆2的下端面上设有凸柱3，阀芯1上设有与凸柱3相配合的通孔4，阀芯1套装于阀杆2的凸柱3上，且阀芯1的通孔4与凸柱3间为过盈配合，通孔4下端与凸柱3之间设置有堆焊连接部5，凸柱3的下端面上设有内孔6，且内孔6沿阀杆2轴向延伸至阀杆2内部，阀杆2的上部设置有沿径向延伸的连接孔7，连接孔7一端连通内孔6，一端连通阀杆2外部，内孔6与连接孔7形成流体通道，流体通道下端通至阀体内腔，上端通至阀杆2上端，流体通道引导阀内流体通至阀芯1上下两端，平衡流体压差，减少阀杆2转动所需扭矩。

所述的凸柱3为圆柱体型，阀芯1上的通孔4为与该圆柱体型配合的圆形通孔。

所述的阀芯1的材质为YG8合金，增强了耐磨、耐蚀性，提高了阀芯1抗冲蚀使用寿命；阀杆2的材质为12Cr13，降低了产品制造成本。

所述的通孔4的下端孔壁为具有内锥角的锥形面A8，凸柱3的下端外壁为具有外锥角的锥形面B，堆焊连接部5设置于锥形面A8和锥形面B形成的凹槽内，阀芯1与阀杆2采用过盈配合连接，并用堆焊进行固定，连接牢固，连接可靠性较高。

所述的锥形面A8的内锥角为25～45°，优选的锥形面A8的内锥角为37.5°，锥形面B的外锥角为25～45°，优选的锥形面B的内锥角为37.5°。

阀芯1与中心纵剖面相交形成的轮廓线为形面曲线，阀芯1的形面曲线方程为：

y=-2.1721x⁵+26.496x⁴-130.27x³+326.88x²-428.56x+218.06。

阀芯1轮廓依据形面曲线方程进行数控加工，具有表面精度高、加工效率高等特点。

本实施例中阀芯1形面曲线轴向总长为30mm，其中6～24mm区间节流阀进、出口压降与开度呈线性变化，如图3所示。

本发明的阀芯1与阀体之间采用过盈配合连接，并在端部锥角区采用堆焊连接固定，使连接非常牢固；阀芯1形面曲线设计使控压钻井自动调节节流阀进出口压降与开度呈线性关系，具有线性度好、可控性好、精度高的优点，使其能够达到控压钻井作业技术要求，能够满足控压钻井的控制压力要求；阀芯1采用YG8合金，阀杆2材料采用12Cr13，既增强了阀针的耐磨、耐冲蚀性能，提高了使用寿命，同时又降低了制造成本。

Claims (4)

1.一种控压钻井自动调节节流阀的阀针，它包括阀芯（1）和阀杆（2），阀杆（2）的下端面上设有凸柱（3），阀芯（1）上设有与凸柱（3）相配合的通孔（4），阀芯（1）套装于阀杆（2）的凸柱（3）上，且阀芯（1）的通孔（4）与凸柱（3）间为过盈配合，其特征在于：通孔（4）下端与凸柱（3）之间设置有堆焊连接部（5），所述的通孔（4）的下端孔壁为具有内锥角的锥形面A（8），凸柱（3）的下端外壁为具有外锥角的锥形面B，堆焊连接部（5）设置于锥形面A（8）和锥形面B形成的凹槽内，凸柱（3）的下端面上设有内孔（6），且内孔（6）沿阀杆（2）轴向延伸至阀杆（2）内部，阀杆（2）的上部设置有沿径向延伸的连接孔（7），连接孔（7）的一端连通内孔（6），连接孔（7）的另一端连通阀杆（2）外部；

所述的阀芯（1）的形面曲线方程为：y=-2.1721x⁵+26.496x⁴-130.27x³+326.88x²-428.56x+218.06；

阀芯（1）形面曲线轴向总长为30mm，其中6～24mm区间节流阀进、出口压降与开度呈线性变化。

2.根据权利要求1所述的一种控压钻井自动调节节流阀的阀针，其特征在于：所述的凸柱（3）为圆柱体型，阀芯（1）上的通孔（4）为与该圆柱体型配合的圆形通孔。

3.根据权利要求1所述的一种控压钻井自动调节节流阀的阀针，其特征在于：所述的阀芯（1）的材质为YG8合金，阀杆（2）的材质为12Cr13。

4.根据权利要求1所述的一种控压钻井自动调节节流阀的阀针，其特征在于：所述的锥形面A（8）的内锥角为25～45°，锥形面B的外锥角为25～45°。