CN105889529A - 柱塞式钻井节流阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柱塞式钻井节流阀，包括阀体（1）、设置在阀体（1）内的阀座（2）、阀杆组件（3），阀体（1）上设有阀盖（6）和壳体（7），阀杆组件（3）具有阀杆（301）和连接在阀杆（301）的下端并与阀座（2）配合的阀芯（302），阀杆（301）活动穿过阀盖（6）并与设在壳体（7）内的活塞（8）连接，阀体（1）内固设有导套（5），导套（5）与阀体（1）之间密封配合，阀芯（302）可上下运动地配合设置在导套（5）内；所述阀盖（6）将导套（5）压紧固定在阀体（1）内。本发明采用了阀盖压紧导套的结构，对阀杆起到保护的作用，提升了柱塞式钻井节流阀的安全性和可靠性，延长了阀门的使用寿命，尤其适用于高温高压的钻井工况中。

Description

柱塞式钻井节流阀

技术领域

本发明涉及阀门技术领域，尤其是适用于陆地和海上石油、天然气钻井的节流压井管汇中的钻井用节流阀。

背景技术

节流阀是通过改变节流截面或节流长度以控制流体流量的阀门。柱塞式节流阀用于安装在石油、天然气钻井的管汇系统中，用来控制油气井的生产流量和压力。随着石油开采力度的加强，高压甚至超高压油井的不断出现，对钻井设备提出了更高的要求。钻井节流阀作为节流管汇的核心部件，在钻井过程中起到控制井涌压力的作用，通过调节节流阀的开度，实现压力控制。钻井节流阀的安全性和可靠性是用于评价节流管汇水平的两个主要因素。

现有节流阀的结构中，阀杆及其下端的硬质合金结构的阀芯暴露在流体通道中，在长期受高压力介质的冲击作用下，阀杆易产生震动，硬质合金结构的阀芯容易与阀杆分离和脱落，严重时甚至会造成阀杆断裂等问题，造成节流阀失去作用。

尤其是对于腐蚀性强，冲蚀性高的高温高压的钻井工况，现有技术的节流阀已不再适用。因此，目前亟需针对节流阀的结构进行改进，以加强节流阀的耐腐蚀和抗冲蚀能力，使其更适用于钻井节流工况中。

发明内容

有鉴于此，为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种耐腐蚀性和抗冲蚀性更强的节流阀，以提升节流阀的安全性和可靠性，从而可适用于高温高压的钻井工况中。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种柱塞式钻井节流阀，包括阀体、设置在所述阀体内的阀座、阀杆组件，阀体上设有阀盖和壳体，所述阀杆组件具有阀杆和连接在所述阀杆的下端并与所述阀座配合的阀芯，所述阀杆活动穿过所述阀盖并与设在所述壳体内的活塞连接，其特征在于：

所述阀体内固设有导套，所述导套与所述阀体之间密封配合，所述阀芯可上下运动地配合设置在所述导套内；所述阀盖将所述导套压紧固定在所述阀体内。

本发明的柱塞式钻井节流阀采用了导套的结构，阀芯在导套中上下运动而实现开启和关闭阀门，有效地避免了高温高压的介质直接冲击阀杆，保护了阀杆组件，延长了阀门的使用寿命。

优选地，所述导套的上部外周具有向外凸起的台阶部支撑在所述阀体上，所述导套的上端具有向上凸起的凸起段，所述阀盖的下部与所述阀体螺纹连接并且所述阀盖的下端具有套在所述配合段上的凹槽，所述台阶部被所述阀盖的下端压紧在所述阀体上。

更优选地，所述导套在所述台阶部下方的外周上与所述阀体之间设有导套下密封组件，所述导套的凸起段的外周与所述阀盖的凹槽之间设有导套上密封组件。

其中，所述阀杆的上部与所述上固定座之间、所述阀杆的中部与所述阀盖之间以及所述阀芯与所述导套之间分别通过密封件密封配合。阀杆的上部、中部以及下部的阀芯处都设有密封件，不仅起到更好密封的效果，而且使阀杆组件运行更平稳。

优选地，所述壳体上固定有上固定座，所述上固定座上设有开度指示装置，所述阀杆的上端向上穿过所述上固定座并与所述开度指示装置连接。

为了实现本地开度显示，所述开度指示装置包括与所述阀杆连接的顶杆和指示盘。优选地，所述指示盘上设有带刻度的指示板。阀杆组件的上下运动带动顶杆上下运动，通过顶杆在指示板上显示的刻度，可以显示阀门的开度。

为了实现远程开度显示，所述柱塞式钻井节流阀还包括阀门位置指示器和开度表，所述阀门位置指示器检测所述阀杆的直线位移信号并将所述直线位移信号转换为电信号传递到节流压井管汇的开度表上。

优选地，所述活塞的外圆周面的上部和下部分别设有与所述壳体的内壁密封配合的活塞密封件。采用双密封的结构，使活塞运行更加平稳。

在具体实施例中，所述阀杆在超过所述阀盖的部分设有活塞固定台阶和活塞连接螺纹，所述活塞通过螺纹连接在所述活塞连接螺纹上并通过锁紧螺母固定在所述活塞固定台阶上。

由于采用上述技术方案，本发明达到的技术效果是：

（1）通过增加导套的结构，避免了介质直接冲击阀杆，增强发明的耐腐蚀性和抗冲蚀性，延长了阀门寿命；

（2）在阀杆组件的上部、中部和下部分别都设有密封件，实现良好的密封效果的同时，使阀杆组件运行更平稳；

（3）活塞采用双密封的结构，密封效果更好且活塞运行更加平稳。

附图说明

图 1为本发明的柱塞式钻井节流阀的主视图。

图 2为图 1中的C-C向剖视图。

图 3为图 1中的A向局部视图。

图 4为图 1中的B向局部视图。

图 5为图 2中的I部放大示意图。

附 图中：1-阀体，2-阀座，3-阀杆组件，301-阀杆，302-阀芯，303-活塞固定台阶，304-活塞连接螺纹，4-堵头，5-导套，51-台阶部，52-凸起段，6-阀盖，61-凹槽，7-壳体，8-活塞，9-上固定座，10-传感器保护筒，11-螺母，12-螺柱，13-顶杆，14-指示盘，15-弹簧垫圈，16-垫环，17-防尘圈，18-阀杆上部密封件，19-O型圈，20-锁紧螺母，21-活塞密封件，22-导向带，23-阀杆中部密封，24-阀杆填料，25-垫环，26-挡圈，27-阀杆下部密封件，28-挡圈，29-O形圈，30-挡圈，31-O形圈，32-挡圈，33-O形圈，34-O形圈，35铭牌，36指向箭头，37-铆钉，38-指示板，39-螺钉。

具体实施方式

下面结合附图对本发明优选的实施方式进行详细说明。

实施例一

请参阅图 1 至 5，本实施例的一种柱塞式钻井节流阀，包括阀体1、阀座2、设置在阀体1内的阀座2、阀杆组件3、堵头4、导套5、阀盖6、壳体7、活塞8、上固定座9、阀门开度指示装置、阀门位置指示器和传感器保护筒10。

导套5设在阀体1内，导套5与阀体1之间密封配合。阀杆组件3具有阀杆301和连接在阀杆301的下端并与阀座2配合的阀芯302，阀芯302通过螺纹与阀杆301连接并由螺钉固定。阀芯302可上下运动地配合设置在导套5内，阀杆组件3上下运动带动阀芯302上下运动，从而实现阀门的开启和关闭。本实施例中，阀芯302为硬质合金结构。

阀盖6设置在阀体1上，将导套5压紧固定在阀体1内，阀杆301的上端活动穿过阀盖6。导套5的上部外周具有向外凸起的台阶部51支撑在所述阀体1上，导套5的上端具有向上凸起的凸起段52，阀盖6的下部与阀体1螺纹连接并且阀盖6的下端具有套在所述配合段52上的凹槽61，台阶部51被阀盖6的下端压紧在阀体1上。

导套5在台阶部51下方的外周上与阀体1之间设有导套下密封组件，导套5的凸起段52的外周与阀盖6的凹槽61之间设有导套上密封组件。如图 5所示，导套上密封组件包括挡圈30和O形圈31，导套下密封组件包括挡圈32和O形圈33。

壳体7固定在阀盖6的上端，上固定座9固定在壳体7上端，阀盖6、壳体7和上固定座9组成一个内部具有密闭空腔的结构，活塞8可上下运动地设在壳体7中并且将该密闭空腔分隔上上下两部分，阀杆301活动穿过阀盖6、活塞8和上固定座9，活塞8与阀杆301固定连接。具体地，活塞8的外圆周面的上部和下部分别设有与壳体7的内壁密封配合的活塞密封件21，上下两个活塞密封件21之间还设有导向带22。采用双密封的结构，使活塞8运行更加平稳。活塞8与阀杆301的连接方式是：阀杆301在超过阀盖6的部分设有活塞固定台阶303和活塞连接螺纹304，活塞8通过螺纹连接在活塞连接螺纹304上并通过锁紧螺母20固定压紧在活塞固定台阶303上。

阀杆301的上部与上固定座9之间设有阀杆上部密封件18，阀杆301的中部与阀盖6之间设有阀杆中部密封件23，阀杆组件3的阀芯302与导套5之间设有阀杆下部密封件27。由于上、中、下部分都设有密封，不仅确保阀杆组件3的密封效果更好，而且使阀杆组件3运行更平稳。

本实施例的柱塞式钻井节流阀的工作过程描述如下。

阀门开启过程：通过阀盖6上的进油口，将液压介质注入到壳体7内的下部分的密闭容腔中，同时上部分的密闭容腔中的液压介质从上固定座9上的油口排出，在液压介质的作用下推动活塞8向上运动，活塞8带动阀杆组件3向上运动，从而使阀杆组件3的阀芯302与阀座2形成的节流面积变大，阀门开启。

阀门关闭过程：通过上固定座9上的进油口，将液压介质注入到壳体7内的上部分的密闭容腔中，同时下部分的密闭容腔的液压油从阀盖6上的油口排出，在液压介质的作用下推动活塞8向下运动，活塞8带动阀杆组件3向下运动，从而使阀杆组件3的阀芯302与阀座组件2形成的节流面积变小，阀门关闭。

另外，本实施例中，阀杆组件3的下端部的外周面上还具有一个直径从上至下由大变小的锥形密封面，位于阀芯302的下部，阀座组件2上具有与阀杆组件3锥形密封面对应配合的阀座密封斜面，如图 2所示，当阀门关闭到阀杆3的锥形密封面与阀座组件2的阀座密封斜面接触配合时，就实现了阀杆3与阀座组件2之间的密封，阻止介质通过。

为了实现开度显示，上固定座9上设有开度指示装置，阀杆301的上端向上穿过上固定座9并与开度指示装置连接。开度指示装置包括与阀杆301连接的顶杆13和指示盘14。如图 4所示，指示盘14上设有带刻度的指示板28。阀杆组件3的上下运动带动顶杆13上下运动，通过顶杆13在指示板28上显示的刻度，可以本地显示阀门的开度。为了实现远程开度显示，本实施例的柱塞式钻井节流阀还包括阀门位置指示器和开度表，阀门位置指示器检测阀杆301的直线位移信号并将直线位移信号转换为电信号传递到节流压井管汇的开度表上。上固定座9上还设有传感器保护筒10保护开度显示装置和阀门位置指示器。

本实施例的柱塞式钻井节流阀采用了阀盖6压紧导套5的结构，阀芯302在导套5中上下运动而实现开启和关闭阀门，有效地避免了高温高压的介质直接冲击阀杆301，保护了阀杆组件3，延长了阀门的使用寿命。本实施例的柱塞式钻井节流阀具有更好的耐腐蚀性和抗冲蚀性，在高温高压的钻井工况使用更加安全可靠。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种柱塞式钻井节流阀，包括阀体（1）、设置在所述阀体（1）内的阀座（2）、阀杆组件（3），阀体（1）上设有阀盖（6）和壳体（7），所述阀杆组件（3）具有阀杆（301）和连接在所述阀杆（301）的下端并与所述阀座（2）配合的阀芯（302），所述阀杆（301）活动穿过所述阀盖（6）并与设在所述壳体（7）内的活塞（8）连接，其特征在于：

所述阀体（1）内固设有导套（5），所述导套（5）与所述阀体（1）之间密封配合，所述阀芯（302）可上下运动地配合设置在所述导套（5）内；所述阀盖（6）将所述导套（5）压紧固定在所述阀体（1）内。

2.根据权利要求1所述的一种柱塞式钻井节流阀，其特征在于：所述导套（5）的上部外周具有向外凸起的台阶部（51）支撑在所述阀体（1）上，所述导套（5）的上端具有向上凸起的凸起段（52），所述阀盖（6）的下部与所述阀体（1）螺纹连接并且所述阀盖（6）的下端具有套在所述配合段（52）上的凹槽（61），所述台阶部（51）被所述阀盖（6）的下端压紧在所述阀体（1）上。

3.根据权利要求2所述的一种柱塞式钻井节流阀，其特征在于：所述导套（5）在所述台阶部（51）下方的外周上与所述阀体（1）之间设有导套下密封组件，所述导套（5）的凸起段（52）的外周与所述阀盖（6）的凹槽（61）之间设有导套上密封组件。

4.根据权利要求1所述的一种柱塞式钻井节流阀，其特征在于：所述阀杆（301）的上部与所述上固定座（9）之间、所述阀杆（301）的中部与所述阀盖（6）之间以及所述阀芯（302）与所述导套（5）之间分别通过密封件密封配合。

5.根据权利要求1所述的一种柱塞式钻井节流阀，其特征在于：所述壳体（7）上固定有上固定座（9），所述上固定座（9）上设有开度指示装置，所述阀杆（301）的上端向上穿过所述上固定座（9）并与所述开度指示装置连接。

6.根据权利要求5所述的一种柱塞式钻井节流阀，其特征在于：所述开度指示装置包括与所述阀杆（301）连接的顶杆（13）和指示盘（14）。

7.根据权利要求6所述的一种柱塞式钻井节流阀，其特征在于：所述指示盘（14）上设有带刻度的指示板（28）。

8.根据权利要求6或7所述的一种柱塞式钻井节流阀，其特征在于：所述柱塞式钻井节流阀还包括阀门位置指示器和开度表，所述阀门位置指示器检测所述阀杆（301）的直线位移信号并将所述直线位移信号转换为电信号传递到节流压井管汇的开度表上。

9.根据权利要求1所述的一种柱塞式钻井节流阀，其特征在于：所述活塞（8）的外圆周面的上部和下部分别设有与所述壳体（7）的内壁密封配合的活塞密封件（21）。

10.根据权利要求9所述的一种柱塞式钻井节流阀，其特征在于：所述阀杆（301）在超过所述阀盖（6）的部分设有活塞固定台阶（303）和活塞连接螺纹（304），所述活塞（8）通过螺纹连接在所述活塞连接螺纹（304）上并通过锁紧螺母（20）固定在所述活塞固定台阶（303）上。