CN104763376A - 一种有浮动阀座的方钻杆旋塞阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及到一种钻井防喷工具，具体说是涉及一种方钻杆旋塞阀，属于防喷工具制造领域。本发明旨在解决由于旋塞阀上下压差过大，密封面比压较大，所导致的旋塞阀打不开、密封面磨损、旋杆损坏等问题。本发明采用了上阀座-楔块-顶环-分半环之间的浮动机构，并引入了偏心旋钮，与浮动机构组成凸轮机构，在通过旋转旋钮来调节浮动机构位置，利用液体的本身压力打开旋塞阀。

Description

一种有浮动阀座的方钻杆旋塞阀

技术领域

本发明专利涉及到一种钻井防喷工具，具体说是涉及一种方钻杆旋塞阀，属于防喷工具制造领域。

背景技术

方钻杆旋塞阀是石油钻柱循环系统中的手动防喷工具，有上部方钻杆旋塞阀和下部方钻杆旋塞阀两种，是钻修井必不可少的防喷工具。方钻杆旋塞阀的操作比较简单，可以通过工具旋转旋杆实现旋塞阀的开关。

近些年，在旋塞阀关闭状态下，当旋塞阀上下压差超过一定值时，旋塞阀阀球和楔形上阀座间的比压过大，使开启旋塞阀需要克服较大的摩擦力矩，因此工人无法手动打开旋塞阀，无法展开下一阶段的工作。同时扭转阀球的所需的巨大扭矩也会损伤旋杆、十字节等传递部件，造成旋塞阀报废。即使能够打开旋塞阀，但在密封面间的高比压下，阀球和阀座间的相对运动会对密封面造成磨损，导致再次使用时密封不严，降低阀的使用寿命。一系列的失效问题给油田生产带来巨大的经济损失，严重时会导致井喷事故。

为解决旋塞阀开启困难等问题，专利CN200620035431.2采用保持圈和填料的方案降低摩阻，专利CN200920075283.0采用了高压端向外泄压的方式降低阀球两端的压差，减小开启力矩，专利CN200620159312.8等采用了旁通道旋塞阀，在主通道旁开有旁通道，平衡阀球两端的压差专利CN200920094805.1采用了分离阀瓣、楔椎体、螺旋机构来控制阀瓣来转化钻井液压力的方案。虽然在一定程度上解决了上述的问题，但还存在着一些问题，如使用的高分子材料容易蠕变、沉淀物堵塞泄压通道而降低旋塞阀寿命，或因阀球两端的压差较大，打开旋塞阀时虽然作用在阀球之上液体的压力转化楔椎体之上，但同样转化到了旋杆和连接杆之上，轴向力不仅要克服和楔椎体间的摩擦力矩和液体压力分力，而且还要克服旋杆和阀体间的摩擦力和摩擦力矩，因此开启时的扭矩也是较大的。

发明内容

为了解决以上问题，本发明专利提供了一种有浮动阀座的方钻杆旋塞阀，能够有效的改善旋塞阀阀球两端压差较大，很难打开阀球的状况。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：设计阀球-楔形上阀座-楔形块-顶环组成的浮动系统，浮动系统各部件依靠斜面相连。楔形上阀座或顶环(开启时楔形上阀座向上移动，将近完全打开时顶环向上移动)挤压楔形块，使其沿着分半环的下表面滑动，从而带动顶环或楔形上阀座移动。偏心形状的旋杆，与浮动系统形成凸轮机构，通过和顶环接触控制浮动系统的位置，并在开关位置锁定浮动系统，保证阀球和楔形上阀座的接触。设计有特殊的十字节，能够使旋杆在关闭或打开旋塞阀时有一定角度的空转行程，使浮动系统轻松地从锁定状态转换为浮动状态。

本发明的技术效果是：在高压差下打开旋塞阀时，先旋转旋杆一定角度，使其带动阀球空转，使浮动系统处于浮动状态，阀座-楔形块-顶环-旋杆间的平衡状态被打破，在液体压力的作用下迫使楔形上阀座上移。同时由于阀球在微小运动后位置被固定销限定，接触面密封失效，流体通过接触面，两端压力降低，继续旋转旋杆打开控制阀。因此能够在很小的扭矩下打开旋塞阀，并且在打开时避免了密封面的高压接触，减小磨损。

附图说明

附图1旋塞阀开启状态剖面图

附图2浮动系统示意图

附图3、4偏心旋杆

附图5、6十字节

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

由附图1可以看到该旋塞阀包括阀体(1)、下阀座(2)、阀球(3)、顶环(4)、楔形块(5)、挡圈(6)、分半环(7)、楔形上阀座(8)、固定销(9)、旋杆(10)、阀套(11)、十字节(12)、波形弹簧(13)及其他密封件。旋杆(10)通过十字节(12)和阀球(3)连接在一起。阀球(3)的上部依次是楔形上阀座(8)、楔形块(5)、分半环(7)和挡圈(6)。阀球(3)的下部是下阀座(2)，在波形弹簧(13)的作用下，下阀座(2)和阀球(3)紧密贴合，且下阀座(2)坐落在阀体(1)的台阶上。

如附图3、4所示，旋杆(10)顶端的投影面为偏心圆，且一端有内孔。如附图5、6所示，十字节(12)与旋杆(10)连接的一面有槽，根据附图6所示，该槽是非对称槽，与旋杆(10)配合转动时，旋杆(10)能够有一定角度的空转行程。

如附图1所示，固定销(9)安装在旋杆(10)一端的孔内，为小间隙配合，与十字节(12)的孔有较大的配合间隙，间隙大约0.15mm-0.2mm，使阀球(3)有一定的运动间隙，也方便浮动系统的安装。

附图2所示为楔形上阀座(3)-楔形块(5)-顶环(4)-分半环(7)组成的一个浮动系统，其中楔形块(5)与楔形上阀座(8)、顶环(4)为楔块机构，且楔形块(5)能够在阀球(3)或顶环(4)的挤压下能够沿着分半环(7)的下表面平移，从而使楔形上阀座(8)和顶环(4)能够上下移动。

其中旋杆(10)与顶环(4)下表面接触，和浮动系统组成凸轮机构，能在极限位置锁定浮动系统，保证阀的密封。

在旋塞阀的开通状态下，旋塞阀流道如附图1所示。在波形弹簧(13)和旋杆(10)的作用下，浮动系统和旋杆(10)组成的凸轮机构处于锁定位置，即波形弹簧(13)作用在下阀座(2)上，使下阀座(2)和阀球(3)、阀球(3)和楔形上阀座(8)贴合。整个系统处于平衡状态。当需要关闭旋塞阀时，旋转旋杆(10)直到旋塞阀完全被关闭。

在关闭状态，旋塞阀下部有较大压力时，在液体的巨大压力和旋杆(10)的作用下，浮动系统被锁定，保证阀球(2)和楔形上阀座(8)间有足够的密封比压。

当需要打开旋塞阀时，首先旋转旋杆(10)一定角度，如附图5、6，旋杆(10)在十字节(12)内会无载转动一定角度，此时阀球(3)并没有转动，旋杆(10)与顶环(4)接触点降低，浮动系统-阀球(3)-旋杆(10)之间不再平衡，因此在液体压力的作用下，楔形上阀座(8)向上移动，同时带动浮动系统各部件移动，直到阀球(3)被固定销(9)-旋杆(10)-十字节(12)结构固定，密封面间的接触压力减小，甚至出现间隙，继而旋塞阀密封失效，流体通过密封面，使阀球(3)两端的压差减小，继续转动旋杆(10)打开旋塞阀通道，旋杆(10)重新锁定浮动系统，旋塞阀打开。

Claims (7)

1.新型结构方钻杆旋塞阀，由阀体(1)、下阀座(2)、阀球(3)、顶环(4)、楔形块(5)、挡圈(6)、上部分半环(7)、楔形上阀座(8)、固定销(9)、旋杆(10)、阀套(11)、十字节(12)、波形弹簧(13)及其它密封件组成。其中由上阀座(8)、锲块(5)、分半环(7)和顶环(4)组成浮动机构。

2.根据权利要求1所述的楔形上阀座(12)的上面为楔形面，有一定的角度倾角，并和楔块(5)配合，能够随着楔块的左右移动，而上下移动。

3.根据权利要求1所述的顶环与楔块的接触面是斜面，楔块能够随着顶环的上下移动而左右移动。

4.根据权利要求1所述的旋杆(10)有一个偏心的柱面，旋杆(10)的最高点随着旋杆转动而变化，并且旋杆的一端内孔与固定销(9)配合。

5.根据权利要求1所述的十字节(12)是一个有特殊形状的槽，能够使在和旋杆配合时有一定的空载角度，并且开有孔，和固定销配合。

6.根据权利要求1所述的楔形上阀座(8)、锲块(5)、分半环(7)和顶环(4)组成浮动机构，并且和旋杆(10)组成凸轮机构，在旋杆(10)和作用在阀球(3)的压力下的控制下，能够相对移动。

7.根据权利要求1所述的固定销和旋杆配合，属于较小的间隙配合，能够限制固定销的移动。固定销(9)和十字节(12)的配合为较大间隙配合，能在浮动机构有微小运动后，限定阀球的位置。