CN104499993A - 一种双瓣阀式井下安全阀 - Google Patents

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    • E21B34/08—Valve arrangements for boreholes or wells in wells responsive to flow or pressure of the fluid obtained

Abstract

本发明公开了一种双瓣阀式井下安全阀，包括由上短节、中短节和下短节依次连接而成的外壳体；在中短节的内腔设置有弹簧，在上短节内腔中设置有活塞管，活塞管为圆筒结构；在上短节管壁中沿轴向设置有至少两个用于安装柱塞的柱塞孔，柱塞孔的上端通过液压管线接头对外连接，每个柱塞孔中安装有一组柱塞总成；在中短节的下端口通过螺纹连接有上阀座，在上阀座的下方设置有上瓣阀，在下短节内腔凸肩上通过螺纹连接有下阀座，在下阀座的下方设置有下瓣阀。本发明装置通过双瓣阀结构，采用双柱塞驱动，实现对井下压力的双重关闭，结构简单，工作可靠。

Description

一种双瓣阀式井下安全阀
技术领域
本发明属于油气装备技术领域，涉及一种双瓣阀式井下安全阀。
背景技术
井下安全阀是油气田完井生产管柱上安装的井下工具之一，井下安全阀的主要作用是在发生火警、井喷、管线破裂等紧急情况时，能够及时的自动关闭生产管柱，以阻止事故的发展或进一步扩大。
井下安全阀应用前景广、技术难度大、产品附加值高，国内要求所有的海上油气井和陆上部分高危高产油气井必须装有井下安全阀。
现有的井下安全阀结构单一，基本都是单柱塞、单瓣阀式或者是中心管活塞式安全阀，存在密封单一、非金属密封等明显缺点，尤其是不能满足在海洋复杂环境中高压、高寿命、高可靠性要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种双瓣阀式井下安全阀，解决了现有技术的井下安全阀，在海洋复杂环境中承压能力、使用寿命、可靠性均不能满足要求的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种双瓣阀式井下安全阀，包括由上短节、中短节和下短节依次连接而成的外壳体；
在中短节的内腔设置有弹簧，在上短节内腔中设置有活塞管，活塞管为圆筒结构；在上短节管壁中沿轴向设置有至少两个用于安装柱塞的柱塞孔，柱塞孔的上端通过液压管线接头对外连接，每个柱塞孔中安装有一组柱塞总成；
在中短节的下端口通过螺纹连接有上阀座，在上阀座的下方设置有上瓣阀，在下短节内腔凸肩上通过螺纹连接有下阀座，在下阀座的下方设置有下瓣阀。
本发明的双瓣阀式井下安全阀，其特点还在于：
柱塞总成上部为安装有密封的柱塞，中下部为活塞杆通过套筒与弹簧相连，套筒通过卡环与活塞管连接在一起；
或者在活塞管外壁固定设置有连接板，弹簧上端与连接板下表面顶接，同时，连接板上表面与柱塞总成中的活塞杆顶接。
两个柱塞总成沿直径对称布置。
上瓣阀和上阀座之间是楔形金属密封，下瓣阀与下阀座之间也是楔形金属密封。
活塞管内壁上加工有井下安全阀下入工具坐放的型面。
上阀座径向设置有锁紧销，锁紧销内端通过锁紧弹簧连接有锁紧塞，活塞管壁上设置有卡槽。
本发明的有益效果是，在井下安全阀中布置有上下两个相邻的瓣阀，形成流道的双重密封，确保油气田人员设备的安全。当其中一个瓣阀密封失效后，还有另一个瓣阀可保持密封，相对于国外产品全部采用单瓣阀的技术，其密封可靠性得到提高。具体包括：
1)通过布置的双瓣阀密封井底压力，能可靠密封井底高压流体，避免造成事故，安全性高；2)液控柱塞采用双柱塞设计，推力大，可以保证安全阀在关闭之后恢复生产时可靠的开启，保证油气井的连续性生产；3)设置有锁紧装置，在开启状态时锁紧，可保证安全阀的使用不受液控压力变化的影响；4)瓣阀采用全金属楔形密封结构，摒弃了传统的橡胶密封，密封更加可靠，适合用于高温、高压、酸性腐蚀环境。
附图说明
图1是本发明装置在工作状态的装配结构示意图；
图2是本发明装置在完全关闭状态时的结构示意图；
图3是本发明装置在单阀开启过程状态的结构示意图；
图4是本发明装置在双阀开启过程状态的结构示意图；
图5是本发明装置中的活塞管受力情况示意图；
图6是图2中的A-A截面柱塞布置示意图；
图7是图2中的Ⅰ处放大图示意图；
图8是图4中的Ⅱ处放大图示意图。
图中，1.上短节，2.柱塞总成，3.活塞管，4.弹簧，5.中短节，6.上阀座7.锁紧装置，8.上瓣阀，9.下阀座，10.下瓣阀，11.下短节，12.扭簧转轴，13.锁紧塞，14.锁紧弹簧，15.水下采油树，16.控制管线，17.井下安全阀，18.生产管串，19.楔形密封，20.锁紧销。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
参照图1，是本发明在海洋油气开采中的工作状态示意图，(卧式)水下采油树15坐放于海底井口装置上，带有生产管串18的油管悬挂器坐放于水下采油树15内部，井下安全阀17设置在生产管串18内腔中，构成管串的一部分，井下安全阀17的控制管线16向上接入水下采油树15内的水下控制模块中，再通过地面操作实现对整个系统的控制。
参照图2、图3，本发明装置的结构是，包括由上短节1、中短节5和下短节11依次连接而成的外壳体；上短节1与中短节5、中短节5与下短节11之间通过具有气密封功能的螺纹联接成一个有机整体，不仅能保证可靠的密封性能，而且外壳体能有效隔阻环空压力并承受环空压力。
在中短节5的内腔设置有弹簧4，在上短节1内腔中设置有活塞管3，活塞管3为圆筒结构，该活塞管3内壁上加工有井下安全阀下入工具坐放的型面，用以下入工具对井下安全阀进行操作；在上短节1管壁中沿轴向设置有至少两个用于安装柱塞的柱塞孔，柱塞孔的上端通过液压管线接头对外连接，该接头可承受较高压力而不泄露，每个柱塞孔中安装有一组柱塞总成2，柱塞总成2以及活塞管3组成液压驱动系统；
柱塞总成2上部为安装有密封的柱塞，中下部为活塞杆通过套筒与弹簧4相连，套筒通过卡环与活塞管3连接在一起，这样液控压力进入柱塞孔中，通过推动柱塞，就可以推动活塞管3移动，同时压缩弹簧4；
或者在活塞管3外壁固定设置有连接板，弹簧4上端与连接板下表面顶接，同时，连接板上表面与柱塞总成2中的活塞杆顶接；
在中短节5的下端口通过螺纹连接有上阀座6，在上阀座6的下方设置有上瓣阀8，在下短节11内腔凸肩上通过螺纹连接有下阀座9，在下阀座9的下方设置有下瓣阀10，由上阀座6、上瓣阀8、下阀座9、下瓣阀10共同组成密封系统；
当液控压力失去后，柱塞总成2中的活塞失去向下推动力而缩回，则弹簧4伸张推动活塞管3上升到上限位置，使两组瓣阀(上瓣阀8和下瓣阀10)都自动关闭(即图2所示的状态)，这样由双瓣阀组成的密封系统就能够可靠的密封井底压力；
参照图3，本发明处于上瓣阀8单独开启状态下，此时柱塞总成2在液控压力作用下活塞杆伸张使得活塞管3下行，向下顶开上瓣阀8，使得上瓣阀8开启，但是此时下瓣阀10未开启；
参照图4，本发明处于上瓣阀8和下瓣阀10同时开启状态下，此时柱塞总成2在液控压力作用下活塞杆继续伸张使得活塞管3继续下行到底，向下再顶开下瓣阀10，下瓣阀10开启，此时两个瓣阀都完全开启。
参照图5，为本发明活塞管3的受力情况示意图，两个柱塞总成2产生的力分别为F柱塞1、F柱塞2，开启瓣阀的力为F双＝(F柱塞1+F柱塞2)-(F弹簧+f摩擦)，如果只有单个柱塞在一侧施加推力，则活塞管3就会受力不平衡，此时会增加多余的摩擦力f，此时开启瓣阀的力就变为F单＝F柱塞-(F弹簧+f摩擦+f)，很明显，F双远大于F单。因此，本发明采用双柱塞驱动技术，相比现有的单柱塞结构，推力更大，活塞管3受力更均匀，弹簧4所预设的回复力更大，这样液控压力失去后阀门关闭时间变得更短，关井可靠性更高。
参照图6，是图2中的A-A截面示意图，两个柱塞总成2沿直径对称布置，比现有产品中的单柱塞更为可靠，活塞管3受力比单柱塞推动时更加均匀，并且推力更大。
参照图7，是图2中的Ⅰ处局部放大示意图，为上瓣阀8与上阀座6的瓣阀密封结构示意图，阀板上装有扭簧(图中未画出)，两半阀板在扭簧作用下，沿扭簧转轴12转动90度后，与各自对应的阀座下端面接触，形成楔形密封19，两个阀板及两个阀座均采用金属密封，带密封锥面的密封具有压力助封作用，压力越高密封性能越好。
上瓣阀8和上阀座6之间是楔形金属密封，同样，下瓣阀10与下阀座9之间也是楔形金属密封。
参照图8，是图4中的Ⅱ处的放大图，在上阀座6径向设置有锁紧销20，锁紧销20内端通过锁紧弹簧14连接有锁紧塞13，活塞管3壁上设置有卡槽。当本发明处于图4所处状态，即活塞管3下行至最低位，上瓣阀8和下瓣阀10均已开启时，由锁紧销20固定在上阀座6内的锁紧塞13在锁紧弹簧14的推动下，卡在活塞管3相应的卡槽中，即实现锁紧活塞管3，此时锁紧装置锁紧，不论液控压力如何波动也不会造成不良影响。

Claims (6)

1.一种双瓣阀式井下安全阀，其特点在于：包括由上短节(1)、中短节(5)和下短节(11)依次连接而成的外壳体；
在中短节(5)的内腔设置有弹簧(4)，在上短节(1)内腔中设置有活塞管(3)，活塞管(3)为圆筒结构；在上短节(1)管壁中沿轴向设置有至少两个用于安装柱塞的柱塞孔，柱塞孔的上端通过液压管线接头对外连接，每个柱塞孔中安装有一组柱塞总成(2)；
在中短节(5)的下端口通过螺纹连接有上阀座(6)，在上阀座(6)的下方设置有上瓣阀(8)，在下短节(11)内腔凸肩上通过螺纹连接有下阀座(9)，在下阀座(9)的下方设置有下瓣阀(10)。
2.根据权利要求1所述的双瓣阀式井下安全阀，其特点在于：所述的柱塞总成(2)上部为安装有密封的柱塞，中下部为活塞杆通过套筒与弹簧(4)相连，套筒通过卡环与活塞管(3)连接在一起；
或者在活塞管(3)外壁固定设置有连接板，弹簧(4)上端与连接板下表面顶接，同时，连接板上表面与柱塞总成(2)中的活塞杆顶接。
3.根据权利要求1所述的双瓣阀式井下安全阀，其特点在于：所述的两个柱塞总成(2)沿直径对称布置。
4.根据权利要求1所述的双瓣阀式井下安全阀，其特点在于：所述的上瓣阀(8)和上阀座(6)之间是楔形金属密封，下瓣阀(10)与下阀座(9)之间也是楔形金属密封。
5.根据权利要求1所述的双瓣阀式井下安全阀，其特点在于：所述活塞管(3)内壁上加工有井下安全阀下入工具坐放的型面。
6.根据权利要求1所述的双瓣阀式井下安全阀，其特点在于：所述的上阀座(6)径向设置有锁紧销(20)，锁紧销(20)内端通过锁紧弹簧(14)连接有锁紧塞(13)，活塞管(3)壁上设置有卡槽。
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