CN106639978A - 连续可调式油嘴阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及油气井口生产节流装置技术领域，是一种连续可调式油嘴阀，其包括阀体、一体化控制阀芯、直线动力单元、控制器，阀体内部设有阀孔，一体化控制阀芯的一端与阀孔相配合，一体化控制阀芯的另一端与直线动力单元的动力输出端连接，出油口处设有第一压力传感器，第一压力传感器的信号输出端与控制器连接，控制器的信号输出端与直线动力单元的控制端连接。本发明采用直线动力单元作为驱动力，传动效率高，安全性高；通过检测出口油压力，实现闭环控制，能够实时、快速、精确的连续调节阀的出口压力；波纹管密封结构将阀芯头和直线动力单元密封隔离，省去了动密封件，且耐高温性能好。

Description

连续可调式油嘴阀

技术领域

本发明涉及油气井口生产节流装置技术领域，是一种连续可调式油嘴阀。

背景技术

在油气生产过程中，井口油嘴对合理控制油气生产压差，控制油井产量起着至关重要的作用。井口油嘴通常用到一种固定式油嘴套，其油嘴通径从2mm到14mm，以0.5mm递增，总计有25种规格，不同通径规格的固定油嘴通过螺纹安装在油嘴套内。当需要改变油气井出油口压力和产量时，首先必须关井，然后卸压，再更换上不同通径的油嘴，这种形式存在如下问题：每更换一次油嘴费时费工、影响采油生产时效，阶梯式通径规格的油嘴不可做线性流量调节，且每口油井配备多种规格油嘴，给生产备件管理也带来了一定的难度。

申请公布号为CN104047568A的专利文献公开了“一种可调式圆盘油嘴阀及采油气出油口产量的控制方法”，申请公布号为CN102733785A的专利文献公开了“可调式连续防喷装置”，其共同点是将不同通径的油嘴或孔集成在一套装置内，通过手动或电动方式转动阀杆，实现不同通径的油嘴或孔的切换或组合实现。这种形式虽然在一定程度上解决了费工费力的效率问题，但其仍然存在如下问题：1.采用的方法还是阶梯式调整，难以满足精细化的生产压差和产量调节；2.因为不关井作业，若人工现场旋动可调转子，存在安全隐患；3.难以实现生产调节自动化。

申请公布号为CN102296940A的专利文献公开了一种“可调式油嘴套”，其设计了线性调节流量并可完全关闭的结构，但存在以下问题：1.人工操作搬动手轮进行调节，很难做到实际上的线性无级调节；2.仍然存在带压作业，人工费力且存在安全隐患；3.不能实现调节的自动化；4.阀杆上的密封填料存在磨损和老化问题，尤其在稠油和超稠油的高温生产环境下，更容易加剧密封处的泄露。

发明内容

本发明提供了一种连续可调式油嘴阀，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有油气井口生产节流装置存在的人工调节费时费力、无法做到无级调节、自动化程度低、施工效率较低、存在安全隐患的问题。

本发明的技术方案是通过以下措施来实现的：一种连续可调式油嘴阀，包括阀体、一体化控制阀芯、直线动力单元、控制器，阀体为中空结构，阀体的第一端设有进油口，阀体的第二端设有出油口，进油口和出油口之间的阀体内部设有阀孔，在阀体的第三端内设置有能够调节阀孔大小的一体化控制阀芯，一体化控制阀芯的动力输入端与直线动力单元的动力输出端连接，出油口处设有第一压力传感器，第一压力传感器的信号输出端通过电缆与控制器的第一信号输入端连接，控制器的信号输出端通过电缆与直线动力单元的控制端连接。

下面是对上述发明技术方案的进一步优化或/和改进：

上述一体化控制阀芯包括阀杆和密封装置，阀杆的左端设有阀芯头，阀芯头与阀孔相配合；密封装置包括密封套筒、波纹管支架、波纹管、第二安装座，阀体的第三端与密封套筒的左端连接，波纹管支架位于密封套筒内，阀杆的右端与波纹管支架的左端连接，波纹管支架上安装有波纹管，波纹管的外壁与密封套筒的内壁形成密封腔，波纹管的左端固定安装在阀杆的右端面上，波纹管的右端固定安装在第二安装座的左端面上。

上述阀体包括水平管和竖直管，竖直管安装在水平管的下方中部，水平管的内部与竖直管的内部连通，位于竖直管左侧的水平管内壁上设有阀孔，一体化控制阀芯位于阀孔右侧的水平管内，一体化控制阀芯的左端与阀孔相配合，一体化控制阀芯的右端与直线动力单元的输出轴连接。

上述阀杆与波纹管支架之间设有导向柱，水平管的右侧内壁设有导向孔，导向柱安装在导向孔中，导向柱的右端设有第一安装座，波纹管的左端固定安装在第一安装座上，密封套筒的右端内壁设有第一环形槽，第二安装座的左端面上设有第一环形凸台，第一环形凸台插入密封套筒的内壁，第一环形凸起的外壁与第一环形槽形成密封环槽，密封环槽内安装有密封垫圈，第一安装座的外径大于导向孔的孔径。

上述导向孔的内壁上沿周向均布有至少两个三角锥形槽。

上述连续可调式油嘴阀还包括联轴器，联轴器的左侧与波纹管支架的右端连接，联轴器的右侧与直线动力单元的输出轴连接。

上述连续可调式油嘴阀还包括联轴器套筒，联轴器套筒的左端固定安装在密封套筒的右端面上，联轴器套筒的右端面上固定安装有直线动力单元，联轴器位于联轴器套筒的内部。

上述直线动力单元为伺服电动缸、直线电机、液压油缸或气缸；或/和，进油口处设有第二压力传感器，第二压力传感器的信号输出端通过电缆与控制器的第二信号输入端连接。

本发明结构合理而紧凑，使用方便，其采用直线动力单元驱动一体化控制阀芯，直线动力单元的输出轴带动一体化控制阀芯直线运动，传动效率高；第一压力传感器采集出油口压力并将出油口压力值发送至控制器，控制器将检测到的出油口压力值P1与设定的出油口压力目标值P0进行对比，根据差值进行闭环调节运算，当P1<P0时，控制器发送控制指令至直线动力单元，直线动力单元带动一体化控制阀芯向阀孔打开方向微动，直至P1=P0；当P1>P0时，直线动力单元带动一体化控制阀芯向阀孔关闭方向微动，直至P1=P0；直线动力单元的输出轴为直线运动，输出轴带动一体化控制阀芯直线运动，传动效率高，无需人工干预，安全性高；通过检测出口油压力，构建电控伺服系统，实现闭环控制，能够实时、快速、精确的连续调节阀的出口压力；波纹管密封结构将阀芯头和直线动力单元密封隔离，省去了动密封件，且耐高温性能好，不但适应于常温稀油生产井口，更适用于高温稠油生产井口，具有安全、省力、简便、高效的特点。

附图说明

附图1为本发明最佳实施例的主视剖视结构示意图。

附图2为附图1中所示结构的仰视结构示意图。

附图3为附图1中密封套筒的主视结构示意图。

附图4为附图3中所示结构的左视结构示意图。

附图5为本发明最佳实施例的控制原理示意图。

附图中的编码分别为：1为进油口，2为出油口，3为阀孔，4为阀杆，5为阀芯头，6为导向柱，7为第一安装座，8为波纹管支架，9为波纹管，10为水平管，11为竖直管，12为密封套筒，13为导向孔，14为三角锥形槽，15为联轴器套筒，16为联轴器，17为伺服电动缸，18为环形密封槽，19为第二安装座。

具体实施方式

本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。

在本发明中，为了便于描述，各部件的相对位置关系的描述均是根据说明书附图1的布图方式来进行描述的，如：前、后、上、下、左、右等的位置关系是依据说明书附图的布图方向来确定的。

下面结合实施例及附图对本发明作进一步描述：

如附图1、2、3、4、5所示，该连续可调式油嘴阀阀体、一体化控制阀芯、直线动力单元、控制器，阀体为中空结构，阀体的第一端设有进油口，阀体的第二端设有出油口2，进油口和出油口2之间的阀体内部设有阀孔3，在阀体的第三端内设置有能够调节阀孔3大小的一体化控制阀芯，一体化控制阀芯的动力输入端与直线动力单元的动力输出端连接，出油口2处设有第一压力传感器，第一压力传感器的信号输出端通过电缆与控制器的第一信号输入端连接，控制器的信号输出端通过电缆与直线动力单元的控制端连接。本发明采用直线动力单元驱动一体化控制阀芯，直线动力单元的输出轴带动一体化控制阀芯直线运动，传动效率高；第一压力传感器采集出油口压力并将出油口压力值发送至控制器，控制器将检测到的出油口压力值P1与设定的出油口压力目标值P0进行对比，根据差值进行闭环调节运算，当P1<P0时，控制器发送控制指令至直线动力单元，直线动力单元带动一体化控制阀芯向阀孔3打开方向微动，直至P1=P0；当P1>P0时，直线动力单元带动一体化控制阀芯向阀孔3关闭方向微动，直至P1=P0，第一压力传感器、控制器、直线动力单元形成闭环控制系统，可以自动调节出油口2压力，自动化程度高，无需人工干预，大大降低了工人的劳动强度，提高生产效率，安全性好。可以采用公知公用的密封结构对一体化控制阀芯与阀体之间进行密封，保证检测到的出油口压力值P1的准确性。一体化控制阀芯可以采用现有公知公用的能够调节阀孔3大小的阀芯结构。

可根据实际需要，对上述连续可调式油嘴阀作进一步优化或/和改进：

如附图1所示，上述一体化控制阀芯包括阀杆4和密封装置，阀杆4的左端设有阀芯头5，阀芯头5与阀孔3相配合；密封装置包括密封套筒12、波纹管支架8、波纹管9、第二安装座19，阀体的第三端与密封套筒12的左端连接，波纹管支架8位于密封套筒12内，阀杆4的右端与波纹管支架8的左端连接，波纹管支架8上安装有波纹管9，波纹管9的外壁与密封套筒12的内壁形成密封腔，波纹管9的左端固定安装在阀杆4的右端面上，波纹管9的右端固定安装在第二安装座19的左端面上。该一体化控制阀芯在阀杆4的左端设置阀芯头5，阀芯头5与阀孔3相配合，通过调节阀芯头5与阀孔3之间的间隙，来控制出油口压力或进油口1与出油口2之间的压差；密封套筒12的右侧端面与第二安装座19通过螺栓连接；波纹管支架8、第二安装座19和波纹管9均安装在密封套筒12内，在传递动力的同时形成了很好的密封，波纹管9具有弹性特性，波纹管9的外壁与密封套筒12的内壁相配合又具有良好的密封特性，波纹管9可以是U型、C型、S型、Ω型、V型等波纹管形式中的任意一种，根据C腔内的压力情况，可以设计成双层或多层的波纹管结构。该一体化控制阀芯采用波纹管9与密封套筒12的配合作为密封结构，较传统节流装置的密封结构而言，结构大大简化，制造和安装方便，密封效果好，更换方便。阀芯头5与阀孔3之间的间隙形成节流口，节流口形式不局限于附图1所示的形式，可以是针阀式节流口、轴向三角槽式节流口、轴向缝隙式节流口。阀芯头5与阀孔3表面附着有硬质合金材料，耐油气冲刷。

如附图1、2所示，上述阀体包括水平管10和竖直管11，竖直管11安装在水平管10的下方中部，水平管10的内部与竖直管11的内部连通，位于竖直管11左侧的水平管10内壁上设有阀孔3，一体化控制阀芯位于阀孔3右侧的水平管10内，一体化控制阀芯的左端与阀孔3相配合，一体化控制阀芯的右端与直线动力单元的输出轴连接。密封套筒12的左侧法兰通过螺栓组件与水平管10的右侧端面法兰连接，两端面设有密封垫。这种阀体的结构简单，连接方便，一体式控制阀芯和直线动力单元安装连接方便，便于更换和维修，水平管10的左端和右端均设有连接法兰，竖直管11的下端设有连接法兰，这种形式的阀体结构只是阀体的一种形式，含有其他形式阀体的连续可调式油嘴阀也应当包含在本发明的保护范围之内。

如附图1、2、3、4所示，上述阀杆4与波纹管支架8之间设有导向柱6，水平管10的右侧内壁设有导向孔13，导向柱6安装在导向孔13中，导向柱6的右端设有第一安装座7，波纹管9的左端固定安装在第一安装座7上，密封套筒12的右端内壁设有第一环形槽，第二安装座19的左端面上设有第一环形凸台，第一环形凸台插入密封套筒12的内壁，第一环形凸起的外壁与第一环形槽形成密封环槽，密封环槽内安装有密封垫圈，第一安装座7的外径大于导向孔13的孔径。水平管10右端内部设有导向孔13，导向柱6安装在导向孔13中并沿导向孔13直线运动，导向孔13可以为导向柱6及阀杆4导向，使得一体化控制阀芯的运动更加平稳，阀芯头5与阀孔3的同轴度更高，能够更好地调节节流口开度，减少阀杆4晃动，减少磨损，延长一体化控制阀芯的使用寿命。在环形密封槽18中安装有密封垫圈,密封垫圈依据C腔内的温度可以选择耐中低温的橡胶或塑料密封垫圈，也可以选择耐高温高压的金属密封垫圈。导向柱6与导向孔13为间隙配合，利于利用油液膜润滑，导向柱6与导向孔13表面均附着硬质合金材料。

如附图1所示，上述导向孔13的内壁上沿周向均布有至少两个三角锥形槽14。在导向孔13内壁上开设三角锥形槽14，可以起到均压的作用，同时在阀杆4向阀孔3关闭方向动作时，C腔内积存的油液可以通过三角锥形槽14排出。

如附图1、2所示，上述连续可调式油嘴阀还包括联轴器16，联轴器16的左侧与波纹管支架8的右端连接，联轴器16的右侧与直线动力单元的输出轴连接。联轴器16具有缓冲、减振和提高轴系动态性能的作用，使得直线动力单元的动力能够更好地传递给波纹管支架8，进而推动或拉动阀杆4直线运动，调整节流口大小，进而控制出油口压力或进油口1与出油口2压差，确保油气井生产安全，提高生产效率。

如附图1、2所示，上述连续可调式油嘴阀还包括联轴器套筒15，联轴器套筒15的左端固定安装在密封套筒12的右端面上，联轴器套筒15的右端面上固定安装有直线动力单元，联轴器位于联轴器套筒15的内部。联轴器套筒15可以保护联轴器，延长联轴器16的使用寿命，提高联轴器16的工作稳定性。

如附图1、2所示，上述直线动力单元为伺服电动缸17、直线电机、液压油缸或气缸；或/和，进油口处设有第二压力传感器，第二压力传感器的信号输出端通过电缆与控制器的第二信号输入端连接。在本实施例中直线动力单元是伺服电动缸17，其驱动电机可以是伺服电机或步进电机，其输出轴依据精度要求，可以是梯形丝杠或滚珠丝杠，其内部设定有输出轴防转机构（因波纹管9不能受扭转力矩），伺服电动缸17的输出轴是直线运动，伺服电动缸17的输出轴通过联轴器16与波纹管支架8刚性连接，控制器可以通过有线或无线信号方式，接收设定的出口压力信号，并同时接收安装在出油口2的第一压力传感器检测到的出油口压力信号，对比两者之间的实际差值，进行闭环调节运算，驱动伺服电机或步进电机带动输出轴精确调整节流口开度。

在第一压力传感器的基础上，还可以在进油口1设置第二压力传感器，第一压力传感器采集出油口压力并将出油口压力值发送给控制器，第二压力传感器采集进油口压力并将进油口压力值发送给控制器，控制器将采集到的出油口压力值P1与进油口压力值P2进行计算，得出实测进出油口压力差值，将该实测进出油口压力差值与设定的压差值进行比较，通过动态调节节流口开度，将实测进出油口压力差值调整至设定的压力差值范围之内，确保油气井生产安全，提高生产效率。

另外，直线动力单元还可以采用直线电机、液压油缸或气缸。直线电机、液压油缸或气缸的输出轴均为直线运动，能够驱动一体化控制阀芯直线往复运动，进而调节节流口开度，将实测进出油口压力差值调整至设定的压力差值范围之内，确保油气井生产安全，提高生产效率。

以上技术特征构成了本发明的最佳实施例，其具有较强的适应性和最佳实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。

本发明最佳实施例的使用过程：

第一压力传感器采集出油口压力并将出油口压力值发送至控制器，控制器将检测到的出油口压力值P1与设定的出油口压力目标值P0进行对比，根据差值进行闭环调节运算，当P1<P0时，控制器发送控制指令至直线动力单元，直线动力单元带动一体化控制阀芯向节流口打开方向微动，直至P1=P0；当P1>P0时，直线动力单元带动一体化控制阀芯向节流口关闭方向微动，直至P1=P0。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：直线动力单元的输出轴为直线运动，输出轴带动一体化控制阀芯直线运动，传动效率高，无需人工干预，安全性高；通过检测出口油压力，构建电控伺服系统，实现闭环控制，能够实时、快速、精确的连续调节阀的出口压力；波纹管9密封结构将阀芯头5和直线动力单元密封隔离，省去了动密封件，且耐高温性能好，不但适应于常温稀油生产井口，更适用于高温稠油生产井口。

Claims (10)

1.一种连续可调式油嘴阀，其特征在于包括阀体、一体化控制阀芯、直线动力单元、控制器，阀体为中空结构，阀体的第一端设有进油口，阀体的第二端设有出油口，进油口和出油口之间的阀体内部设有阀孔，在阀体的第三端内设置有能够调节阀孔大小的一体化控制阀芯，一体化控制阀芯的动力输入端与直线动力单元的动力输出端连接，出油口处设有第一压力传感器，第一压力传感器的信号输出端通过电缆与控制器的第一信号输入端连接，控制器的信号输出端通过电缆与直线动力单元的控制端连接。

2.根据权利要求1所述的连续可调式油嘴阀，其特征在于一体化控制阀芯包括阀杆和密封装置，阀杆的左端设有阀芯头，阀芯头与阀孔相配合；密封装置包括密封套筒、波纹管支架、波纹管、第二安装座，阀体的第三端与密封套筒的左端连接，波纹管支架位于密封套筒内，阀杆的右端与波纹管支架的左端连接，波纹管支架上安装有波纹管，波纹管的外壁与密封套筒的内壁形成密封腔，波纹管的左端固定安装在阀杆的右端面上，波纹管的右端固定安装在第二安装座的左端面上。

3.根据权利要求1所述的连续可调式油嘴阀，其特征在于阀体包括水平管和竖直管，竖直管安装在水平管的下方中部，水平管的内部与竖直管的内部连通，位于竖直管左侧的水平管内壁上设有阀孔，一体化控制阀芯位于阀孔右侧的水平管内，一体化控制阀芯的左端与阀孔相配合，一体化控制阀芯的右端与直线动力单元的输出轴连接。

4.根据权利要求2所述的连续可调式油嘴阀，其特征在于阀体包括水平管和竖直管，竖直管安装在水平管的下方中部，水平管的内部与竖直管的内部连通，位于竖直管左侧的水平管内壁上设有阀孔，一体化控制阀芯位于阀孔右侧的水平管内，一体化控制阀芯的左端与阀孔相配合，一体化控制阀芯的右端与直线动力单元的输出轴连接。

5.根据权利要求4所述的连续可调式油嘴阀，其特征在于阀杆与波纹管支架之间设有导向柱，水平管的右侧内壁设有导向孔，导向柱安装在导向孔中，导向柱的右端设有第一安装座，波纹管的左端固定安装在第一安装座上，密封套筒的右端内壁设有第一环形槽，第二安装座的左端面上设有第一环形凸台，第一环形凸台插入密封套筒的内壁，第一环形凸起的外壁与第一环形槽形成密封环槽，密封环槽内安装有密封垫圈，第一安装座的外径大于导向孔的孔径。

6.根据权利要求5所述的连续可调式油嘴阀，其特征在于导向孔的内壁上沿周向均布有至少两个三角锥形槽。

7.根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的连续可调式油嘴阀，其特征在于连续可调式油嘴阀还包括联轴器，联轴器的左侧与波纹管支架的右端连接，联轴器的右侧与直线动力单元的输出轴连接。

8.根据权利要求7所述的连续可调式油嘴阀，其特征在于连续可调式油嘴阀还包括联轴器套筒，联轴器套筒的左端固定安装在密封套筒的右端面上，联轴器套筒的右端面上固定安装有直线动力单元，联轴器位于联轴器套筒的内部。

9.根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的连续可调式油嘴阀，其特征在于直线动力单元为伺服电动缸、直线电机、液压油缸或气缸；或/和，进油口处设有第二压力传感器，第二压力传感器的信号输出端通过电缆与控制器的第二信号输入端连接。

10.根据权利要求7或8所述的连续可调式油嘴阀，其特征在于直线动力单元为伺服电动缸、直线电机、液压油缸或气缸；或/和，进油口处设有第二压力传感器，第二压力传感器的信号输出端通过电缆与控制器的第二信号输入端连接。