CN106537009A - 用于采油系统的减压阀 - Google Patents

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Abstract

本公开内容涉及减压阀(100)。减压阀可适于用作采油阀。在一个实施方式中，所述减压阀可包括被构造成在阀体内滑动的活塞(5)和管(4)，其中，所述活塞被构造成保持与所述管密封接合，直到所述减压阀完全启动。在启动时，所述活塞可脱离所述管，由此允许流体从所述减压阀通过所述管外逸。

Description

用于采油系统的减压阀
相关申请的交叉引用
本申请要求Dan Goehler等人在2014年5月2日提交的名称为“OIL RECOVERYVALVE”的美国临时申请No.61/996,246的权益，该临时申请的公开内容以引用方式明确并入本文中。
技术领域
本公开内容总体上涉及用于针对过压情形提供保护的阀。更具体地，本公开内容涉及适合用于井下采油操作的阀。
背景技术
从地下矿床采油可包括井下采油操作，在该操作中，将承压流体抽吸到含油地层或油矿床中。通常，可使用承压流体来增大地层或油矿床内的压力，由此推动油向外或向上到达地表，以便收集。井下采油操作可涉及高压；因此，需要保护采油系统(例如，泵、管道、仪器和抽吸系统的附属组件)免受潜在过压损害的机构。一种这样的机构可包括阀，该阀可被构造成在达到预定压力时开启，由此允许在发生故障之前使压力外逸。
采油阀可能经受波动的高压，这会造成阀振荡或“摇摆”而没有全开，这样会让来自阀的麻烦的泄漏或振荡的泄漏进入环境中。这种泄漏会是不期望的。例如，这种泄漏会让油矿床累积在抽吸系统的阀组件或其他组件的上面、里面或周围。这些油矿床可造成阀周围环境的安全问题(例如，造成滑动)，或者会对阀的维护或操作产生负面影响。需要采油阀减少或消除麻烦的泄漏或振荡的泄漏。
采油阀的一个实施例使用屈曲销来设置可开启阀的压力。在共同拥有的美国专利申请No.11/221,856(美国公开号2007/0056629)和共同拥有的美国专利申请No.13/573,200(美国公开号2013/0199622)中公开了屈曲销阀的实施例，这两个申请中的每个的全部内容都以引用方式明确并入本文中。屈曲销阀被构造成将系统内部的压力转变成屈曲销上的压力或屈曲力。一旦达到系统中的预定压力(对应于屈曲销上的预定压力)，屈曲销就屈曲并且允许阀开启并且从系统释放压力。当压力返回到安全级别时，阀可被复位并且可将新屈曲销插入系统中。需要便于触及安装好的屈曲销例如以便取出和更换的系统。还需要便于触及和/或允许使用被设置为销套筒的部分的屈曲销(或其他失效构件)的系统。
因为可通过屈曲销来设置屈曲销阀的开启压力，所以会期望的是设置如下的屈曲销阀，该屈曲销阀可与不同横截面形状(例如，圆形或多边形)、尺寸(例如，长度、直径)、材料(例如，钢、钛)、或表面特征(例如，凹口、刻痕)的屈曲销一起使用以促成屈曲或者以其他方式改变销屈曲会需要的力。还会期望的是设置如下的系统，其中保护屈曲销免遭有可能使屈曲销变弱或以其他方式改变屈曲销性能的损害或篡改。还会期望的是设置如下的系统，其中可使用诸如(例如)不同类型的失效销(包括折断销、剪切销、张力销、扭力销或被构造成响应于预定应力或应变而失效的其他合适的失效构件组件)的不同类型的失效机构。还会期望的是设置被构造成控制阀可开启的压力的可变形启动组件(诸如，弹簧、凸轮释放机构或其他机械释放机构)。
本公开内容公开了可实现以上(或其他)益处中的一个或更多个的采油阀的实施方式。
发明内容
为了克服现有技术中的一个或更多个不足，提供以上益处中的一个或更多个，或者克服其他不足和/或提供其他益处，如本文中实施和描述的，本公开内容涉及一种减压阀，该减压阀包括：阀体，该阀体限定第一孔和第二孔，所述阀体还限定流体流动路径。所述减压阀还包括：活塞，该活塞具有第一端，其中，所述活塞被构造成在所述第一孔内滑动；以及管，该管具有第二端，其中，所述管的所述第二端被构造成与所述活塞的所述第一端密封接合，其中，所述管还被构造成在所述第二端和所述第一端密封接合的同时在所述第二孔内滑动。所述活塞的所述第一端可被构造成在所述减压阀启动时脱离所述管的所述第二端。所述管可被构造成当所述活塞的所述第一端脱离所述管的所述第二端时将流体传输到所述流体流动路径。
本公开内容还涉及一种减压阀，所述减压阀包括阀体，所述阀体包括：主体，该主体限定第一中心孔，所述第一中心孔具有第一肩部部分；以及入口构件，该入口构构件限定第二中心孔，所述第二中心孔具有第二肩部部分；其中，所述第一中心孔和所述第二中心孔对准，以限定所述第一肩部部分和所述第二肩部部分之间的管腔。浮动豆管可设置在所述管腔内，所述浮动豆管具有入口、出口和外表面，其中，所述浮动豆管被构造成在所述管腔内轴向滑动，并且其中，所述浮动豆管的所述外表面被构造成保持与所述主体和所述入口构件的不透流体的密封。活塞塞子可以能滑动地设置在所述第一中心孔内，所述活塞塞子具有第一端和第二端，所述第一端被接合，以密封所述浮动豆管的所述出口。所述减压阀还可包括释放机构，其中，所述活塞塞子被构造成向所述释放机构传输力，并且其中，所述活塞塞子被构造成当所述释放机构启动时变成与所述浮动豆管的所述出口未密封。
附图说明
被并入且构成本说明书的一部分的附图示出本公开内容的实施方式，并且与说明书一起用于解释本公开内容的原理。
图1是减压阀的横截面图；以及
图1A是减压阀的详细视图。
图2是包括屈曲销套筒的压力释放阀的横截面图。
具体实施方式
现在，将详细参照当前的示例性实施方式，在附图中示出所述实施方式的实施例。
图1示出采油阀100的一个实施方式。如图所示，采油阀100具有入口101和出口102。入口101可被暴露于承压系统(例如，井下采油抽吸系统)，并且采油阀100可被构造成在阀100开启时让承压流体从入口101通过出口102外逸。
采油阀100可包括主体1，主体1具有入口孔111和出口孔112。入口构件2可与入口孔111接合。例如，如图1所示，入口构件2可至少部分插入主体1的入口孔111内，并且可设置一个或更多个密封件3、14在主体1和入口构件2之间创建密封接合。入口构件2可包括中心孔201，中心孔201提供从承压系统到主体1的流体流动路径。可在入口构件2和主体1之间设置密封机构15(例如，密封套筒)。密封机构15可通过密封件16与主体1和/或入口构件2密封地接合。密封机构15还可与浮动豆管(floating bean tube)4密封地接合。在一个实施方式中，密封机构15可被构造成在阀体内浮动—例如，使得密封机构15可与管4共轴地移动；然而，在另一个实施方式中，密封机构15可被固定于阀体并且受约束，不随管4移动。
尽管在图1中未示出，但入口构件2的中心孔201可设置有用于将流体导入阀中的延伸件、管材或其他特征。类似地，延伸件、管材或其他特征可设置有将释放的流体导离阀的出口孔112。
入口构件2可通过任何合适装置与主体1接合。例如，入口构件2可具有带螺纹的外表面，该外表面可被旋入入口孔111的相配合的带螺纹的内表面中。在另一个实施方式中，入口构件2可具有与主体1的带凸缘连接，其中，入口构件2和主体1相配合的凸缘被螺杆固定、夹持或以其他方式附接在一起。
会期望的是容易地从主体1取下入口构件2，使得可更换该入口构件。例如，入口构件2可遭受有损害的高压、高热、或腐蚀状况。倘若由于这些状况导致损害，可通过只更换入口构件2(而非主体1或其他组件)来修理阀100。作为另一个实施例，使入口构件2可更换可允许同一阀100可适于不同的环境或应用。例如，在某些应用中，入口构件2由钢构成就可足够；而在其他环境中，会期望的是入口构件2由更耐受腐蚀或严苛状况的材料(诸如，例如，Hastelloy)构成。使入口构件2容易地可更换让阀100的剩余组件在仅仅替换入口构件2的情况下用于不同应用。作为又一个实施例，会期望的是更换入口构件2，以具有不同直径的中心孔201，从而优化通过阀100的流体流的速率或特性。
主体1的中心孔121具有成形为接纳活塞塞子5的上部部分。活塞塞子5可设置有一个或更多个密封件6，以确保活塞塞子5和主体1的中心孔121之间的不漏流体的、能滑动的关系。中心孔121还包括被成形为接纳浮动豆管4的上部跨度的下部部分。如图所示，中心孔121的下部部分具有比上部部分小的直径。在中心孔121的上部部分和下部部分之间设置肩部122(图1A)。肩部122被构造成防止浮动豆管4向上滑动超出肩部122。
入口构件2的中心孔201具有被成形为接纳浮动豆管4的下部跨度的上部部分。如图所示，设置肩部202(图1A)以防止浮动豆管4向下滑动超出肩部202。
主体1的中心孔121和入口构件2的中心孔201对准，以形成管腔400。浮动豆管4处于管腔400内。浮动豆管4可在保持与主体1、密封机构15和入口构件2的不透流体的密封的同时，相对于主体1和入口构件2滑动短距离(即，在肩部122和肩部202之间的管腔400内)。
活塞塞子5的第一端51与浮动豆管4的开口接合，以塞住浮动豆管4。在一个实施方式中，第一端51和浮动豆管4可被密封在一起。根据这个布置，如图1所示，组合的活塞塞子5和浮动豆管4可在相对于主体1和入口构件2滑动短距离(允许浮动豆管4在管腔400中行进的距离)的同时，保持密封在一起。随着活塞塞子5继续向上滑动，肩部122防止浮动豆管4进一步向上移位，并且活塞塞子5和浮动豆管4之间的密封可脱离，以允许流体从承压系统经过浮动豆管4，到达阀的出口102之外。
虽然活塞塞子5的第一端51在其与管4的接口处被图示为具有“V字形”形状，但本公开内容不限于该构造。例如，第一端51可终止于简单方形形状，使得平坦表面接合管4的端部。作为另一个实施例，塞子5和/或管4可被设计成具有软座布置(例如，使用非金属材料)。另外，可根据应用的性质和/或塞5和/或管4之间的所期望密封件或其他相互作用件的性质来选择塞子5和/或管4的材料。例如，一个或两个组件可由金属、陶瓷、塑料、橡胶或其他合适材料制成。
图1还示出安装在主体1上的失效构件组件900。如图所示，失效构件组件900包括失效构件罩9，失效构件罩9具有帽部分7和端盖10。如图所示，失效构件罩9借助紧固件8固定于帽部分7。端盖10还可通过一个或更多个紧固件(未示出)固定于失效构件罩9。在其中失效构件是屈曲销的实施方式中，失效构成组件900可以是屈曲销组件并且失效构件罩9可以是屈曲销罩。
根据一个实施方式，失效构成组件900可从主体1取下和/或拆开，以容易触及活塞塞子5(例如，便于维修)。例如，在一个实施方式中，帽部分7和主体1可具有配合的带螺纹部分，使得帽部分7可被旋入和旋出主体1。作为另一个实施例，帽部分7可通过螺杆、夹具、闩锁组件或可被释放以允许触及活塞塞子5的任何其他合适的可脱离附接机构附接到主体1。
可将失效构件12固定在调节器螺杆11和活塞塞子5的第二端52之间。调节器螺杆11可用来在压缩时预先加载失效构件12。另外或另选地，调节器螺杆可用来便于安装不同长度的失效构件。在调节器螺杆11和活塞塞子的第二端52中的一者或两者中，可设置套管13便于与失效构件12接合。可更换或替换套管13，以允许使用不同直径或形状的失效构件。
在一个实施方式中，失效构件12可以是圆柱形(即，在构件的整个长度上具有一致的圆形横截面)，例如为圆柱形屈曲销。本公开内容还料想到使用具有替代构造的失效构件。例如，失效构件可具有多边形横截面(例如，正方形、矩形、三角形、八边形)或可变的横截面(例如，不同位置处的正方形和圆形横截面)。失效构件还可设置有表面特征(例如，变窄或减缩的部分、带刻痕部分、或凹口)。例如，失效构件12可以是被构造成响应于预定应力而屈曲的屈曲销。在另一个实施方式中，可使用被构造成响应于预定应力或应变而失效的另一个合适组件作为失效构件12或取代失效构件12。例如，预料到，可使用剪切销或张力销作为失效构件，其中，剪切销或张力销被构造成响应于预定应力或应变而失效。还料想到，可使用被构造成控制阀可开启的压力的可变形失效构件(诸如，弹簧、贝氏弹簧、贝氏垫圈、可折叠波纹管、凸轮释放机构或其他机械释放机构)。失效构件12可被构造成允许阀借助失效构件的不可逆或(另选地)可逆变形而开启。
在一个实施方式中，失效构件可被设置为预安装套筒的一部分，以便于安装或更换。例如，失效构件套筒可包括与失效构件罩或失效构件组件预组装在一起的失效构件。在一个实施方式(未示出)中，活塞塞子5还可被包括作为预安装套筒的一部分。作为图2中示出的另一个实施例，失效构件212可设置在套筒230中，与失效构件罩组件902分开。套筒230可被固定在罩209内，处于端盖210和帽部分207之间，使得来自活塞252的力可被传递到套筒230内的失效构件212。
使用套筒组件可促成阀的可适应性。例如，可用不同设计的元件来取代一个套筒，以适应不同失效构件设计(例如，销具有不同材料、横截面、轮廓、直径、长度或表面特征)，从而改变阀的启动压力范围。
现在转到采油阀的操作，阀100可安装有暴露于承压系统的入口构件2。施加到入口构件2的压力向浮动豆管4和活塞塞子5施加力。该力继而以压缩载荷的形式被传递到失效构件12。
随着承压系统中的压力波动，失效构件12会变形(而不失效)，从而允许活塞塞子5相对于主体1轴向移动短距离。在已知的阀中，活塞塞子这样的移位可允许当阀密封件反复地开启和关上时从承压系统不期望地漏出流体。然而，根据本公开内容，当活塞塞子5移动短距离时，浮动豆管4随之移动。以这种方式，活塞塞子5和浮动豆管4之间的密封表面保持完好，防止了泄漏。
当承压系统中的压力达到预定水平时，失效构件12上的压缩力造成失效构件失效(即，阀被启动)，从而使活塞塞子5向上自由滑动。然而，浮动豆管4受到约束，只滑动到肩部122。因此，一旦浮动豆管4已经达到其向上运动的全范围并且活塞塞子5一直向上移动，浮动豆管4和活塞塞子5之间的密封就被破坏。因此，允许承压流体从阀入口101流过浮动豆管4并且通过阀出口102流出。一旦承压系统内的压力已经减小至安全水平，就可如上所述地更换失效构件12。
虽然以上描述了采油阀，但料想到，所公开的阀可用于需要过压保护的其他应用。另外，虽然以上将阀描述为使用屈曲销释放机构，但本公开内容不限于该构造。料想到，可使用其他释放机构。例如，活塞塞子和浮动豆管可与剪切销、张力销、弹簧、贝氏垫圈、贝氏弹簧、可折叠的波纹管或其他合适机构形式的释放机构结合来使用。释放机构可利用可变形释放机构，其中，变形是不可逆(例如，屈曲销)或可逆的(例如，弹簧)。另外，虽然以上将阀构造描述为将轴向力从活塞塞子传递到屈曲销释放机构，但还料想到，来自活塞塞子的力可借助旋转构件被转变成旋转转矩，并且释放机构可被构造成响应于预定转矩水平而释放。
料想到，一个实施方式的个体特征可与另一个实施方式的个体特征相加或被其取代。因此，涵盖由不同实施方式的不同特征的替代和取代而得到的实施方式在本公开内容的范围内。
上述的实施方式和布置只旨在是料想到的系统和方法的示例。通过考虑本文中的公开的说明书和实践，本领域的技术人员将清楚其他实施方式。

Claims (27)

1.一种减压阀，该减压阀包括：
阀体，该阀体限定第一孔和第二孔，所述阀体还限定流体流动路径；
活塞，该活塞具有第一端，其中，所述活塞被构造成在所述第一孔内滑动；
管，该管具有第二端，其中，所述管的所述第二端被构造成与所述活塞的所述第一端密封接合，其中，所述管还被构造成在所述第二端和所述第一端密封接合的同时在所述第二孔内滑动；
其中，所述活塞的所述第一端被构造成在所述减压阀启动时脱离所述管的所述第二端；以及
其中，所述管被构造成当所述活塞的所述第一端脱离所述管的所述第二端时将流体传输到所述流体流动路径。
2.根据权利要求1所述的减压阀，其中，所述管具有外表面，所述减压阀还包括：
密封机构，该密封机构被构造成保持所述管的所述外表面和所述阀体之间的不透流体的密封。
3.根据权利要求2所述的减压阀，其中，所述密封机构固定于所述阀体。
4.根据权利要求2所述的减压阀，其中，所述密封机构固定于所述管。
5.根据权利要求4所述的减压阀，其中，所述密封机构被构造成相对于所述阀体与所述管同轴地滑动。
6.根据权利要求1所述的减压阀，其中，所述活塞的所述第一端形成平坦端面，其中，所述平坦端面被构造成与所述管的所述第二端密封接合。
7.根据权利要求1所述的减压阀，其中，所述活塞的所述第一端形成具有顶点的V形，其中，所述顶点被构造成当所述管的所述第二端与所述活塞的所述第一端密封接合时延伸到所述管的内部中。
8.根据权利要求1所述的减压阀，其中，所述活塞被构造成在所述第一孔内滑动第一距离，其中，所述管被构造成在所述第二孔内滑动第二距离，并且其中，所述第一距离大于所述第二距离。
9.根据权利要求1所述的减压阀，所述减压阀还包括：
释放机构，该释放机构被构造成响应于预定压力而启动所述阀。
10.根据权利要求9所述的减压阀，其中，所述释放机构包括被构造成响应于预定压力而失效的失效构件。
11.根据权利要求9所述的减压阀，其中，所述失效构件是屈曲销。
12.根据权利要求10所述的减压阀，其中，所述失效构件选自由剪切销、张力销和扭力销组成的组。
13.根据权利要求9所述的减压阀，其中，所述释放机构包括可变形的启动组件。
14.根据权利要求13所述的减压阀，其中，所述可变形的启动组件选自由弹簧、贝氏弹簧、贝氏垫圈、可折叠的波纹管和凸轮释放机构组成的组。
15.根据权利要求10所述的减压阀，其中，所述管的所述第二端被构造成在所述失效构件变形而没有失效时与所述活塞的所述第一端密封接合。
16.根据权利要求15所述的减压阀，其中，所述活塞的所述第一端被构造成当所述失效构件失效时脱离所述管的所述第二端。
17.根据权利要求1所述的减压阀，其中，所述减压阀是采油阀。
18.一种减压阀，所述减压阀包括：
阀体，所述阀体包括：
主体，该主体限定第一中心孔，所述第一中心孔具有第一肩部部分；以及
入口构件，该入口构件限定第二中心孔，所述第二中心孔具有第二肩部部分；
其中，所述第一中心孔和所述第二中心孔对准，以限定所述第一肩部部分和所述第二肩部部分之间的管腔；
浮动豆管，该浮动豆管设置在所述管腔内，所述浮动豆管具有入口、出口和外表面，其中，所述浮动豆管被构造成在所述管腔内轴向滑动，并且其中，所述浮动豆管的所述外表面被构造成保持与所述主体和所述入口构件的不透流体的密封；
活塞塞子，该活塞塞子能滑动地设置在所述第一中心孔内，所述活塞塞子具有第一端和第二端，所述第一端被接合，以密封所述浮动豆管的所述出口；以及
释放机构；
其中，所述活塞塞子被构造成向所述释放机构传输力；并且
其中，所述活塞塞子被构造成当所述释放机构启动时变成与所述浮动豆管的所述出口未密封。
19.根据权利要求18所述的减压阀，所述减压阀还包括：
密封机构，该密封机构与所述浮动豆管的所述外表面接合；
其中，所述密封机构被构造成保持所述浮动豆管、所述主体和所述入口构件之间的不透流体的密封。
20.根据权利要求18所述的减压阀，其中，所述入口构件限定带螺纹的外表面；
其中，所述主体限定带螺纹的内表面；以及
其中，所述带螺纹的外表面被构造成与所述带螺纹的内表面螺纹接合。
21.根据权利要求18所述的减压阀，其中，所述释放机构包括失效构件组件。
22.根据权利要求21所述的减压阀，其中，所述失效构件组件包括选自由屈曲销、剪切销、张力销和扭力销组成的组的失效构件。
23.根据权利要求18所述的减压阀，其中，所述释放机构包括能变形的启动组件。
24.根据权利要求23所述的减压阀，其中，所述能变形的启动组件选自由弹簧、贝氏弹簧、贝氏垫圈、可折叠的波纹管和凸轮释放机构组成的组。
25.根据权利要求23所述的减压阀，其中，所述失效构件组件被构造成与所述阀体能释放地接合。
26.根据权利要求25所述的减压阀，其中，所述失效构件组件被构造成借助螺纹接合与所述阀体能释放地接合。
27.根据权利要求21所述的减压阀，其中，所述失效构件组件被构造成接纳失效构件套筒。
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