CN105332674B - 井下低速开启、高速关闭的双向可控阀门 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种井下低速开启、高速关闭的双向可控阀门，解决了现有阀门不能进行双向控制的问题。具体包括主体及调压阀体，主体与调压阀体间设置流道，主体上开有锁槽，调压阀体左右两端分别安装调压锁块及弹簧，调压阀体中部径向上安装节流锁块及弹簧，低流速时，上述锁块及弹簧处于初始状态，流道打开，高流速时，相应锁块动作关闭流道。因该双向可控阀门满足低速开启、高速关闭的工艺要求，所以可广泛应用于油气田开发的多种作业过程中。

Description

井下低速开启、高速关闭的双向可控阀门

技术领域

本发明涉及一种阀门。

背景技术

近年来，页岩气、煤层气等非常规油气资源已成为常规油气资源的有力接替。单流阀和限压阀是非常规油气资源开采的一种重要装置，主要作用是控制管路流体流向和释放流体的高压，保证管柱及工具的施工安全。目前传统的单流阀只能使液体从阀门一侧流向阀门另一侧，逆流则无法实现。传统的限压阀则是在进口压力小于指定压力时，阀门关闭；当进口压力大于指定压力时，阀门自动打开。

根据工程需要，亟需开发一种低流速开启、高流速关闭，且流体正反双向流动均可控制流道开关的阀门，以实现流体在泵入井下和反排时，工具均能依据流速自行控制流道开关的特殊功能。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种双向定速开关阀，在没有流体或有低速流体通过阀门时，阀门打开，在有高速流体通过阀门时，阀门关闭，并且可以实现双向控制，还能够重复利用，结构简单，控制方便。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种井下低速开启、高速关闭的双向可控阀门，包括主体、调压阀体、两个节流锁块、两个调压锁块及四个弹簧，其中：

所述主体为圆筒状，主体两侧分别设有与钻井工具连接的螺纹结构；主体两端口内分别设有环形左节流板和环形右节流板，主体内中间位置还设有环状凸块，环状凸块与左节流板及右节流板的中心孔的直径相等，凸块的周向设有若干轴向贯通槽，贯通槽内设有径向卡槽，环状凸块的曲面上设有螺纹结构。

所述调压阀体为圆柱状，其外表面设有外螺纹，调压阀体插于环状凸块与左节流板及右节流板的中心孔内并与环状凸块螺纹连接，调压阀体与主体之间的环形空腔为流体流通的通道，调压阀体的左右两侧分别设置圆柱形腔室，两腔室之间通过轴向液压流道连通，调压阀体的中间位置还设置与主体贯通槽数量相等的径向锁腔，各锁腔与轴向液压流道之间通过径向液压流道连通；上述径向锁腔内设置弹簧及节流锁块，节流锁块径向弹出时卡在主体的径向卡槽内；上述圆柱形腔室内设置弹簧及调压锁块，圆柱形腔室的端口内沿周向设置若干调压锁块限位销钉。

优选调压阀体左右两侧圆柱形腔室横截面积分别与径向锁腔面积相等，这样可以保证即使调压阀体周围静压力不同，节流锁块和调压锁块保持初始位置，不会受静压影响而串动。

本发明的有益效果：

1.在流体低速通过双向可控阀门时，工具流道开启，流体可顺利通过工具内腔；

2.在流体高速通过双向可控阀门时，工具流道关闭，流体不通过工具内腔；

3.无论流体是从左至右流动，还是从右至左流动，该双向可控阀门均可实现低速开启，高速关闭；

4.本发明在阀体开关过程中不受地层压力的影响。

附图说明

图1是本发明双向可控阀门的结构示意图。

图2是主体的结构示意图。

图3是调压阀体的结构示意图。

图4是低流速下流道开启状态示意图。

图5是高流速下流道关闭状态示意图。

图6是反向低流速下流道开启状态示意图。

图7是反向高流速下流道关闭状态示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

由图1所示：一种井下低速开启、高速关闭的双向可控阀门，包括主体1、调压阀体2、两个节流锁块、两个调压锁块及四个弹簧，其中：

所述主体1为圆筒状，由图2所示：主体1两侧分别设有与钻井工具连接的内螺纹结构1-1及外螺纹结构1-2；主体1的两端口内分别设有环形左节流板1-3和环形右节流板1-4，主体内中间位置还设有环状凸块1-5，环状凸块1-5与左节流板1-3及右节流板1-4的中心孔的直径相等，环状凸块1-5的周向设有两个轴向贯通槽1-6，每个贯通槽1-6内设有径向卡槽1-7，环状凸块1-5的曲面上设有螺纹结构。

由图3所示：所述调压阀体2为圆柱状，其外表面设有外螺纹，调压阀体2插于环状凸块1-5与左节流板1-3及右节流板1-4的中心孔内并与环状凸块1-5螺纹连接，调压阀体2与主体1之间的环形空腔为流体的流通通道12，调压阀体2的左右两侧分别设置圆柱形腔室2-1，两腔室之间通过轴向液压流道连通2-2，调压阀体2的中间位置还设置两个径向锁腔2-3，各锁腔2-3与轴向液压流道2-2之间通过径向液压流道2-4连通；上述径向锁腔2-3内设置弹簧及节流锁块，节流锁块径向弹出时卡在主体的径向卡槽内1-7；上述圆柱形腔室2-1内设置弹簧及调压锁块，圆柱形腔室2-1的端口内沿周向设置若干限位销钉11。

下面具体说明本发明双向可控阀门的工作过程：

如图4所示，当流体静止或流体由工具左端向工具右端低速流动时，工具处于初始状态，调压锁块5和调压锁块6位于调压阀体2两侧，节流锁块3和节流锁块4收缩在各自的径向锁腔2-3内。此状态下，弹簧9压缩、弹簧8拉伸，保证调压锁块5和调压锁块6、节流锁块3和节流锁块4均处于初始位置，且低速流体不会诱发调压锁块5和调压锁块6、节流锁块3和节流锁块4提前运动，保证流道12处于稳定的开启状态。流体从左节流板1-3、贯通槽1-6及右节流板1-4通过，即流体的流通通道12打开，流体可以自由流通。

如图5所示，当流体由工具左端向工具右端高速流动时，因在左节流板1-3两端产生节流压差，使调压锁块5上游产生高压，在节流锁块3、节流锁块4以及调压锁块6处产生低压，最终节流压差推动调压锁块5向右移动并压缩弹簧9，调压锁块5将压力由轴向液压流道2-2及径向液压流道2-4分别传递给节流锁块3、节流锁块4及调压锁块6，节流锁块3及节流锁块4沿径向伸出，并分别卡入卡槽1-5和1-6内，但调压锁块6由于受到限位销钉11的限制，不能向右运动，最终达到封闭流体流通通道12的目的。当流体的流速降低或无流速时，节流板1-3产生的节流压差减小，作用在调压锁块5上游的高压逐渐减小，其他位置低压逐渐增大时，整个装置内压力趋于相等，节流锁块3及节流锁块4分别在弹簧7和弹簧8的回弹力作用下，缩回到各自的径向锁腔2-3内，调压锁块5在弹簧9的弹出力作用下，运动到与限位销钉11接触的初始位置，流体流通通道12再次被打开。

如图6及图7所示，流体由工具右端向工具左端低速或高速流动时，流体的流通通道12被打开或关闭的工作原理与图4及图5所示的原理相同，在此不再赘述。

本发明双向可控阀门适用于油气田开发中，泵送开关滑套工具、开关器等工具时使用。在小排量泵送滑套开关工具时，本发明流道开启，建立油管环空循环通道，使滑套开关顺利泵送至目的位置。当滑套开关工具运动到目的位置并打开压裂通道，提高排量进行施工压裂时，本发明流道自动关闭，封堵油管环空循环通道，使压裂液全部流入压裂通道内。

本发明双向可控阀门适用于油气田开发中，释放井底压力时使用。当井底压力过高无法正常施工作业时，可通过此阀门进行可控的安全释放压力。在释放井底高压时，地面压力要适当低于井底压力，建立环空油管循环通道，如若地面压力控制不当，可能造成井底流体高速从油管流出，其后果是井内和地面工具发生严重振动或失效，最终导致安全事故。在油管底端安装此发明工具时可有效解决类似问题，因为高速流体从环空进入油管反排到地面时，必然要经过此阀门，而此阀门具备的低速开启、高速关闭功能，可有效控制油管内流速，一旦油管内流速超过本发明开关临界流速时，本发明工具流道将逐渐缩小，直至关闭，这样可以依据油管内流速，自行调节阀门开关程度，以到达在安全流速下可控释放压力的目的。

本发明双向可控阀门还适用于油气田开发中，反排井下工具时使用。当井下工具完成作业任务，需要依靠底层压力或环空高压反排至地面时，可通过此阀门安全可靠的控制反排流速，一旦油管内流速超过阀门开关临界流速时，本发明工具流道将逐渐缩小，直至关闭。这样可以有效控制工具反排速度，保证油管及工具的安全稳定。

Claims (2)

1.一种井下低速开启、高速关闭的双向可控阀门，包括主体、调压阀体、两个节流锁块、两个调压锁块及四个弹簧，其特征在于：

所述主体为圆筒状，主体两侧分别设有与钻井工具连接的螺纹结构；主体两端口内分别设有环形左节流板和环形右节流板，主体内中间位置还设有环状凸块，环状凸块的中心孔直径与左节流板及右节流板中心孔的直径相等，凸块的周向设有若干轴向贯通槽，贯通槽内设有径向卡槽，环状凸块的曲面上还设有螺纹结构；

所述调压阀体为圆柱状，其外表面设有外螺纹，调压阀体插于环状凸块与左节流板及右节流板的中心孔内并与环状凸块螺纹连接，调压阀体与主体之间的环形空腔为流体流通的通道，调压阀体的左右两侧分别设置圆柱形腔室，两腔室之间通过轴向液压流道连通，调压阀体的中间位置还设置与主体贯通槽数量相等的径向锁腔，各锁腔与轴向液压流道之间通过径向液压流道连通；上述径向锁腔内设置弹簧及节流锁块，节流锁块径向弹出时卡在主体的径向卡槽内；上述圆柱形腔室内设置弹簧及调压锁块，圆柱形腔室的端口内沿周向设置若干调压锁块限位销钉。

2.根据权利要求1所述的井下低速开启、高速关闭的双向可控阀门，其特征在于：所述调压阀体左右两侧圆柱形腔室横截面积分别与所有径向锁腔的横截面积之和相等。