CN103046898B - 一种新型控压钻井节流阀的阀针 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型控压钻井节流阀的阀针，它包括阀芯（1）、阀杆上部（2）、阀杆中部（3）、阀杆下部（4）、纵向流体通道（5）、圆柱销（6）和铅注区（11），沿阀芯（1）的轴线方向开设有阶梯通孔，阀杆上部（2）开设有横向流体通道（12），设置在阀杆内部的纵向流体通道（5）与横向流体通道（12）连通；阀杆下部（4）与阀芯（1）通过螺纹配合连接，阀芯（1）与阀杆中部（3）底端面配合处用O型密封圈（10）密封，圆柱销槽内部插有圆柱销（6）。本发明的优点在于：阀芯采用YG8合金，阀芯轮廓依据形面曲线方程进行数控加工，加工精度高，耐磨、耐冲蚀性好，使用寿命长；阀芯与阀杆连接牢固、密封性好及拆卸方便。

Description

一种新型控压钻井节流阀的阀针

技术领域

本发明涉及控压钻井井口节流管汇技术领域，特别是一种新型控压钻井节流阀的阀针。

背景技术

控压钻井是通过控压钻井系统装备和工艺实时控制井口套压，实现在整个钻进、接单根、下钻、起钻等过程中对井底环空压力的精确控制。井口套压的控制对控压钻井至关重要，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，其中井口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，而阀针作为控压钻井自动调节节流阀的主要部件，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能。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，阀针的设计变得尤为重要。

目前，国外一些石油公司已拥有较为成熟的控压钻井技术及其配套的节流管汇系统，而我国控压钻井技术起步较晚，尚没有用于控压钻井自动调节节流阀的阀芯。采用常规节流阀阀芯，其控制思路、控制精度与控制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。

中国专利200910027015.6公开了一种新型针式节流阀的阀针，包括头部、连接部及尾部，头部开有倒锥形的内孔，连接部的上端呈倒锥形，连接部的上端置于头部的内孔中，在连接部上端与头部内孔之间压入胀套，胀套外径的锥角与头部内孔的锥角相一致，从而连接部与头部锲合连接于一体。其中胀套沿纵向均等分解为三块，组装时，依次将每块胀套压入头部的倒锥形内孔中，在压入的过程中，容易出现装配偏差，导致头部和尾部的同轴度误差大，影响节流精度。而且压入头部内孔的胀套很难取出，使得在不损坏头部和连接部的情况下，分开头部和连接部的难度大幅度地增加。

中国专利200910027016.0公开了一种针式节流阀的硬质合金钢件组合阀针，包括头部、连接部及尾部，头部设有倒锥形的内孔，连接部为分体式结构，连接部的中心开有通孔，连接部的上端呈倒锥形，连接部上端的锥角与头部内孔的锥角相一致，分体式连接部拼合于一体置于头部的内孔内，连接部的中心通孔内压入塞棒，使得连接部上端的外径与头部内孔的内径形成过盈配合，从而连接部与头部连接为一体；连接部的下端与尾部相连接。本发明采用的分体式连接部连接头部和尾部，在连接部的中心通孔内压入塞棒，连接牢固，但是在装配和拆卸时难度较大，而且在将塞棒强制塞入连接部的中心通孔内部时，易导致连接部发生变形，从而使得头部和尾部的同轴度误差大，控制精度低，不能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，提供一种连接牢固、密封性好、易于拆卸、控制精度高、线性度好和使用寿命长的新型控压钻井节流阀的阀针。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种新型控压钻井节流阀的阀针，它包括阀芯、阀杆上部、阀杆中部、阀杆下部、纵向流体通道、圆柱销和铅注区，沿阀芯的轴线方向开设有阶梯通孔，阶梯通孔上端的内壁上开设有内螺纹，阶梯通孔的下端为光滑圆孔，阶梯通孔下端的内壁上开设有圆柱销槽；阀杆上部、阀杆中部和阀杆下部一体成型，阀杆上部开设有横向流体通道，阀杆中部的底端面上开设有环形密封槽，阀杆下部为二级环形台阶，靠近阀杆中部的环形台阶的外壁上开设有外螺纹，远离阀杆中部的环形台阶的外壁上开设有圆柱销槽，阀杆上部、阀杆中部和阀杆下部的中心处开设有纵向流体通道，纵向流体通道与横向流体通道连通；阀杆下部与阀芯通过螺纹配合连接，环形密封槽内装填有O型密封圈，在圆柱销槽内部插有一根圆柱销；圆柱销下方还设置有铅注区。

所述的阀芯的材质为YG8合金，阀杆上部、阀杆中部和阀杆下部的材质为12Cr13，圆柱销的材质为铜。

所述的阀芯中部的形面曲线方程为：

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本发明具有以下优点：

1、本发明设计新颖，阀芯与阀杆下部采用螺纹连接，用圆柱销防止阀芯在阀杆上的周向相对转动，并在圆柱销端部采用铅注密封，连接牢固且密封性能好，同时圆柱销的材质选为铜，在拆卸阀芯时，钻除非常方便。

2、阀芯的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，控制精度高、线性度好。

3、阀芯采用YG8合金，增强了阀芯的耐磨、耐冲蚀性能，提高了阀芯的使用寿命，阀杆采用12Cr13，降低了阀针的制造成本。

4、阀芯内孔平衡了阀芯上下两端压差，大大降低了阀针旋转所需扭矩。

附图说明

图1 为本发明的结构示意图

图2 为阀杆的结构示意图

图3 为阀芯的结构示意图

图4 为本发明压差-开度关系曲线图

图中：1-阀芯，2-阀杆上部，3-阀杆中部，4-阀杆下部，5-纵向流体通道，6-圆柱销，7-阶梯通孔，8-圆柱销槽，9-环形密封槽，10-O型密封圈，11-铅注区，12-横向流体通道。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1、图2和图3所示，一种新型控压钻井节流阀的阀针，它包括阀芯1、阀杆上部2、阀杆中部3、阀杆下部4、纵向流体通道5、圆柱销6和铅注区11，沿阀芯1的轴线方向开设有阶梯通孔7，阶梯通孔7上端的内壁上开设有内螺纹，阶梯通孔7的下端为光滑圆孔，阶梯通孔7下端的内壁上开设有圆柱销槽8；阀杆上部2、阀杆中部3和阀杆下部4一体成型，阀杆上部2开设有横向流体通道12，阀杆中部3的底端面上开设有环形密封槽9，阀杆下部4为二级环形台阶，靠近阀杆中部3的环形台阶的外壁上开设有外螺纹，远离阀杆中部3的环形台阶的外壁上开设有圆柱销槽8，阀杆上部2、阀杆中部3和阀杆下部4的中心处开设有纵向流体通道5，纵向流体通道5与横向流体通道12连通。

在组装时，在环形密封槽9内装填O型密封圈10，阀杆下部4与阀芯1通过螺纹配合连接，旋紧后，在圆柱销槽8内部插上一根圆柱销6，防止阀芯的周向转动，圆柱销6下方还设置有铅注区11，在铅注区11内灌注热铅进行密封。流体经纵向流体通道4到达横向流体通道12，贯穿阀芯1的上下端，平衡了流体压差，减小转动阀杆所需的扭矩。在阀芯1的上端面与阀杆中部3的下端面之间加高粘油脂，阀芯1的上端面与阀杆中部3的下端面之间采用O型密封圈10密封，流体无法侵入，增强密封效果。

在拆卸阀芯1时，只需将铅和铜质的圆柱销6钻除，即可旋下阀芯1。

其中：阀芯1的材质为YG8合金，耐磨性和耐冲蚀性良好，提高阀芯的使用寿命；阀杆上部2、阀杆中部3和阀杆下部4的材质为12Cr13，制造成本低，圆柱销6的材质为铜，钻除非常方便。

如图3所示，阀芯1的形面曲线轴向总长为30mm，其中6～24mm区间内，阀芯1的形面曲线方程为：

阀芯1的轮廓依据形面曲线方程进行数控加工，制造工艺简单而且阀芯的表面精度高。

如图4所示，节流阀的进出口压差与开度呈线性变化：当开度为6mm时，进出口压差为8MPa；当开度为9mm时，进出口压差为7MPa；当开度为12mm时，进出口压差为6MPa；当开度为15mm时，进出口压差为5MPa；当开度为18mm时，进出口压差为4MPa；当开度为21mm时，进出口压差为3MPa；当开度为24mm时，进出口压差为2MPa。

Claims (3)

1.一种新型控压钻井节流阀的阀针，其特征在于：它包括阀芯（1）、阀杆上部（2）、阀杆中部（3）、阀杆下部（4）、纵向流体通道（5）、圆柱销（6）和铅注区（11），沿阀芯（1）的轴线方向开设有阶梯通孔（7），阶梯通孔（7）上端的内壁上开设有内螺纹，阶梯通孔（7）的下端为光滑圆孔，阶梯通孔（7）下端的内壁上开设有圆柱销槽（8）；阀杆上部（2）、阀杆中部（3）和阀杆下部（4）一体成型，阀杆上部（2）开设有横向流体通道（12），阀杆中部（3）的底端面上开设有环形密封槽（9），阀杆下部（4）为二级环形台阶，靠近阀杆中部（3）的环形台阶的外壁上开设有外螺纹，远离阀杆中部（3）的环形台阶的外壁上开设有圆柱销槽（8），阀杆上部（2）、阀杆中部（3）和阀杆下部（4）的中心处开设有纵向流体通道（5），纵向流体通道（5）与横向流体通道（12）连通；阀杆下部（4）与阀芯（1）通过螺纹配合连接，环形密封槽（9）内装填有O型密封圈（10），在圆柱销槽（8）内部插有一根圆柱销（6）；圆柱销（6）下方还设置有铅注区（11）。

2.根据权利要求1所述的一种新型控压钻井节流阀的阀针，其特征在于：所述的阀芯（1）的材质为YG8合金，阀杆上部（2）、阀杆中部（3）和阀杆下部（4）的材质为12Cr13，圆柱销（6）的材质为铜。

3.根据权利要求1所述的一种新型控压钻井节流阀的阀针，其特征在于：所述的阀芯（1）中部的形面曲线方程为：

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