CN104314520A - 一种滑套式井下安全阀 - Google Patents

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    • E21B2200/06—Sleeve valves

Abstract

本发明涉及一种滑套式井下安全阀，它包括下接头（1）、上接头（2）、外壳（3）、动力装置（5）和滑套（6），下接头（1）内部设置有油气通道（4），下接头（1）上部的细轴部分与上接头（2）通过螺纹配合连接，下接头（1）下部的粗轴部分和上接头（2）分别与外壳（3）配合，下接头（1）内部沿轴线方向开设有环形插槽（11），动力装置（5）安装在下接头（1）、上接头（2）与外壳（3）之间所形成密闭的腔体内，滑套（6）包括连接部（9）和隔离部（10），连接部（9）与动力装置（5）的输出端相连，隔离部（10）与环形插槽（11）插接配合。本发明的优点在于：反应迅速灵敏、隔离完全和可重复使用。

Description

一种滑套式井下安全阀
技术领域
本发明涉及石油钻井领域，特别是一种滑套式井下安全阀。
背景技术
井下安全阀（SSSV）(SubSurface Safety Valve)是一种装在油气井内，在油气开采设备发生故障（如火警、管线破裂等）或发生不可抗拒的自然灾害（如地震、冰情、强台风等）非正常情况时，能紧急关闭，防止井喷、保证油气井措施、生产安全的井下工具。
国内外的井下安全阀按用途分类有两种：一是注水井的注水量或采油井的产量的控制阀；一是与封隔器组合使用以防井喷的安全阀。其中以地面控制油管回收式最具代表性，它直接与油管下端连接并安装在油管某一深度，同时连接一条小直径不锈钢控制管线，从阀体连接到底面并与自动控制系统连接起来，组成一套井下安全阀系统。油气井正常生产时，地面控制系统通过泵给安全阀提供液压油并使其自动保持在设定的打开压力下，液压力推动活塞及中心管移动，同时压缩弹簧，中心管顶开阀板，井下安全阀处于打开状态。一旦出现紧急情况，地面控制系统可泄掉控制管线内的压力，中心管和活塞在弹簧力的作用下回到原位，阀板关闭，井下安全阀处于关闭状态。
如中国专利200910312467.9公开了提升阀式井下内外一体式防喷器，可实现钻杆内外同时封隔，采用脉冲方式发送控制信号，但存在如下缺点：1、在紧急情况下，关井过程中橡胶体膨胀后不能锁定，即不能有效关井或不能承受较高的关井压力；2、信号传输方式可靠性不好。
又如，中国专利200910312469.8公开了球阀式内外一体井下防喷器，通过蜗轮蜗杆传动，带动球阀旋转，阶段钻井内部通路，实现钻杆内部防喷，但是当井喷压力过高时，球阀的开启力远远大于正常情况下的球阀开启力。因此，容易出现通路关闭不及时，甚至无法关闭的现象，从而无法遏制井喷。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种反应迅速灵敏、隔离完全和可重复使用的一种滑套式井下安全阀。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种滑套式井下安全阀，它包括下接头、上接头、外壳、动力装置和滑套，下接头内部设置有油气通道，下接头上部的细轴部分与上接头通过螺纹配合连接，下接头下部的粗轴部分与外壳通过螺纹配合连接，上接头与外壳间隙配合，下接头内部沿轴线方向开设有环形插槽，动力装置安装在下接头、上接头与外壳之间所形成密闭的腔体内，滑套包括连接部和隔离部，连接部与动力装置的输出端相连，隔离部为圆环形的柱面结构，隔离部与环形插槽插接配合。
所述的动力装置为空心杯电机，空心杯电机的输出轴为空心轴，且动力装置的输出轴套装在下接头的细轴上，动力装置的输出轴外壁具有梯形螺纹，并与连接部配合连接。
所述的外壳内壁上沿轴线方向对称开设有滑槽，所述的滑套外壁上沿轴向设置有凸起，凸起与滑槽滑动配合。
所述的下接头与外壳、上接头与外壳配合连接处分别设置有密封圈。
所述的隔离部的内壁和外壁上分别至少安装有两根密封圈，隔离时，位于隔离部下侧的两根密封圈与油气通道一侧的环形插槽配合密封，位于隔离部上侧的两根密封圈与油气通道另一侧的上接头配合密封。
本发明具有以下优点：
1、滑套的隔离部为圆环形柱面结构，油气通道与隔离部作用面垂直，当出现井喷现象后，滑套在动力装置的带动下下移插入环形插槽内，油气通道对称设置，隔离部侧壁受气压压力总和为零，且不受轴线方向的力，滑套的上下移动自由，始终与动力装置的输出端保持同步，反应速度快，能在出现井喷的第一时间进行隔离。
2、隔离时，位于隔离部下侧的两根密封圈与油气通道一侧的环形插槽配合密封，位于隔离部上侧的两根密封圈与油气通道另一侧的上接头配合密封，当隔离部插入环形插槽内时，隔离部与油气通道一侧的环形插槽的两侧壁在密封圈作用下隔离，与油气通道另一侧的下接头配合面在密封圈作用下隔离，从而使得油气通道两侧被完全隔离，确保在压力状态下不出现漏气现象。
3、滑套在动力装置的带动下，可实现上下移动，从而开启或关闭油气通道，当出现井喷时，滑套下移，隔离油气通道，当井喷得到控制后，滑套在动力装置的带动下上移，开启油气通道，然后可以继续进行钻进，并且在下次井喷发生时，可以继续使用。
附图说明
图1 为本发明在正常工作状态旁通开启的结构示意图；
图2 为本发明在异常情况时通道关闭的结构示意图；
图3 为图1中A-A处剖视结构示意图；
图4 为图1中B-B处剖视结构示意图；
图5 为滑套的剖视结构示意图；
图6 为图1中E处放大结构示意图；
图7 为图1中F处放大结构示意图；
图中：1-下接头，2-上接头，3-外壳，4-油气通道，5-动力装置，6-滑套，7-滑槽，8-凸起，9-连接部，10-隔离部，11-环形插槽。 
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和图2所示，一种滑套式井下安全阀，它包括下接头1、上接头2、外壳3、动力装置5和滑套6，下接头1内部设置有油气通道4，下接头1上部的细轴部分与上接头2通过螺纹配合连接，下接头1下部的粗轴部分与外壳3通过螺纹配合连接，上接头2与外壳3间隙配合，如图4所示，下接头1内部沿轴线方向开设有环形插槽11，动力装置5安装在下接头1、上接头2与外壳3之间所形成密闭的腔体内，如图5所示，滑套6包括连接部9和隔离部10，连接部9与动力装置5的输出端相连，隔离部10为圆环形的柱面结构，隔离部10与环形插槽11插接配合。滑套6在动力装置5的带动作用下向下移动，从而使得隔离部10插入环形插槽11内。
进一步地，在本实施例中，所述的动力装置5为空心杯电机，空心杯电机的输出轴为空心轴，且动力装置5的输出轴套装在下接头1的细轴上，动力装置5的输出轴外壁具有梯形螺纹，并与连接部9配合连接。如图3所示，所述的外壳3内壁上沿轴线方向对称开设有滑槽7，所述的滑套6外壁上沿轴向设置有凸起8，凸起8与滑槽7滑动配合。
空心杯电机转动时，空心轴的梯形螺纹与连接部9的梯形螺纹配合，并结合滑槽7和凸起8的配合下，使得滑套6沿下接头1的轴线方向移动。
进一步地，所述的下接头1与外壳3、上接头2与外壳3配合连接处分别设置有密封圈，使得下接头1、上接头2与外壳3形成一个常压的腔室，将动力装置5密封在内。
进一步地，所述的隔离部10的内壁和外壁上分别至少安装有两根密封圈，隔离时，位于隔离部10下侧的两根密封圈与油气通道4一侧的环形插槽11配合密封，位于隔离部10上侧的两根密封圈与油气通道4另一侧的上接头1配合密封。当隔离部10插入环形插槽11内时，隔离部10与油气通道4一侧的环形插槽11的两侧壁在密封圈作用下隔离，与油气通道4另一侧的下接头1配合面在密封圈作用下隔离，从而使得油气通道4两侧被完全隔离，确保在压力状态下不出现漏气现象。
本发明的工作过程如下：正常采油气工作状态下，油气流出通道如图6所示，油气从下接头1的油气通道4向上溢出，此时，滑套6处于上限位置，油气通道4完全开启，当遇到井底高压油气溢流时候，需要迅速将通道切断，空心杯电机旋转，带动滑套6沿着滑槽7向下运动，隔离部10插入环形插槽11内，并在密封圈的密封作用下，切断油气通道4，实现通道切断，如图7所示。待井底油气压力恢复正常后，空心杯电机旋转带动滑套6沿着滑槽7上移，隔离部10从环形插槽11中抽出，油气通道4再次联通，从而实现关断功能。
空心杯电机的导电缆线和控制数据线从上接头引出，空心杯电机的启闭判断通过井底压力传感器实现。 

Claims (5)

1.一种滑套式井下安全阀，其特征在于：它包括下接头（1）、上接头（2）、外壳（3）、动力装置（5）和滑套（6），下接头（1）内部设置有油气通道（4），下接头（1）上部的细轴部分与上接头（2）通过螺纹配合连接，下接头（1）下部的粗轴部分与外壳（3）通过螺纹配合连接，上接头（2）与外壳（3）间隙配合，下接头（1）内部沿轴线方向开设有环形插槽（11），动力装置（5）安装在下接头（1）、上接头（2）与外壳（3）之间所形成密闭的腔体内，滑套（6）包括连接部（9）和隔离部（10），连接部（9）与动力装置（5）的输出端相连，隔离部（10）为圆环形的柱面结构，隔离部（10）与环形插槽（11）插接配合。
2.根据权利要求1所述的一种滑套式井下安全阀，其特征在于：所述的动力装置（5）为空心杯电机，空心杯电机的输出轴为空心轴，且动力装置（5）的输出轴套装在下接头（1）的细轴上，动力装置（5）的输出轴外壁具有梯形螺纹，并与连接部（9）配合连接。
3.根据权利要求1所述的一种滑套式井下安全阀，其特征在于：所述的外壳（3）内壁上沿轴线方向对称开设有滑槽（7），所述的滑套（6）外壁上沿轴向设置有凸起（8），凸起（8）与滑槽（7）滑动配合。
4.根据权利要求1所述的一种滑套式井下安全阀，其特征在于：所述的下接头（1）与外壳（3）、上接头（2）与外壳（3）配合连接处分别设置有密封圈。
5.根据权利要求1所述的一种滑套式井下安全阀，其特征在于：所述的隔离部（10）的内壁和外壁上分别至少安装有两根密封圈，隔离时，位于隔离部（10）下侧的两根密封圈与油气通道（4）一侧的环形插槽（11）配合密封，位于隔离部（10）上侧的两根密封圈与油气通道（4）另一侧的上接头（1）配合密封。
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