CN106949264B - 一种井下止回阀 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种井下止回阀，其包括阀体、上支撑座、上滑动阀芯、下滑动阀芯、下支撑座、弹簧和密封圈；阀体内部轴向加工有上下连通的流道；上支撑座安装在流道上部；下支撑座安装在流道下部，内部轴向加工有滑套；弹簧、下滑动阀芯和上滑动阀芯从下到上依次安装在滑套内部；下滑动阀芯为台阶圆柱体；上滑动阀芯呈圆筒状，其外圆柱面与滑套滑动连接，内圆柱面与下滑动阀芯的上端圆柱面滑动连接；密封圈安装在上滑动阀芯下端面以及下滑动阀芯台阶面之间，形成挤压密封。本发明的优点是采用金属对非金属的软密封形式，容易密封；压力助封结构不仅可以实现高压密封，而且可以实现对密封圈磨损的补偿。

Description

一种井下止回阀
技术领域
本发明涉及石油勘探开发钻井井下工具，尤其涉及一种石油钻完井过程中使用的井下止回阀。
背景技术
井下止回阀是石油天然气钻井、完井和修井作业中常用的内防喷工具，随管具入井工作，在作业过程中一旦发生溢流、井涌或正循环停止，在管具内反循环压力及弹簧力的作用下止回阀迅速关闭，截断管具内通道，起到管具内防喷的目的。在高压油气藏勘探开发中, 地层压力大于钻井液液柱压力时，钻具内溢流甚至井喷时有发生，常用的止回阀主要有箭形止回阀和浮式止回阀。钻井作业中，当箭形止回阀在待命工况下，箭形阀芯在弹簧力的作用下紧贴阀座，阀处于关闭状态。当钻井液正循环时，流动的钻井液克服阀芯弹簧力推动阀芯向下移动离开阀座，阀开启，钻具内通道畅通；当钻井液正循环停止或发生溢流、井涌时，在弹簧力和井内压力的作用下，阀芯上串回位紧贴阀座，阀关闭，达到封闭钻具内通道的目的。浮式止回阀的阀芯为阀板状，工作原理与箭形止回阀相同。
但箭形止回阀和浮式止回阀的密封能力、工作可靠性和寿命存在不足，高速流体夹杂重晶石或铁屑等高硬度的固相颗粒经过阀芯与阀座之间的狭窄空间，引起阀芯与阀座的冲蚀破坏，导致密封不严；浮式止回阀的单臂弯曲扭转弹簧须支承处于悬空状态下的阀板,因弹簧自身支承力较弱,使弹簧处于偏心状态,受力不均,导致密封性能不好,复位性差,不易重复使用；阀芯与阀座之间为金属密封，加工和表面处理难度大，低压下经常存在渗漏现象。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术存在的问题,提供一种能够提高止回阀高低压密封能力、工作可靠性和寿命的井下止回阀.
为实现上述目的，本发明采用以下设计方案：
一种井下止回阀，包括圆筒状阀体1和从上而下依次安装在阀体1内的上支撑座3、上滑动阀芯5、弹簧9、下支撑座10，其中：下支撑座10顶部设有滑套15，滑套15与阀体1之间设有间隙，滑套15内、外的下支撑座10上分别设有上下连通的中心孔道17和旁通孔道16；上滑动阀芯5下部设有下滑动阀芯8，在上滑动阀芯5下端和下滑动阀芯8之间安装密封圈A7，上滑动阀芯5、密封圈A7、下滑动阀芯8和弹簧9从下到上依次安装在滑套15内部，上滑动阀芯5、密封圈A7和下滑动阀芯8与滑套15构成轴向滑动密封配合，且上滑动阀芯5、密封圈A7和下滑动阀芯8从滑套15伸出后与上方的上支撑座3、阀体1内壁构成滑动密封配合；上支撑座3轴向设有导流孔道12，上滑动阀芯5设有压力平衡通孔14。
上述方案进一步包括：
上滑动阀芯5上部通过安装在导向杆上的限位块4限位，上滑动阀芯5在限位块4与下滑动阀芯8之间滑动。
所述上滑动阀芯5的上端面加工有锥面A，上支撑座3下端加工有锥面B，锥面A与锥面B接触时形成锥面密封；所述上支撑座3外圆柱面与阀体1之间通过密封圈B2轴向密封。
所述下滑动阀芯8的上端圆柱体上部设有导向杆，导向杆穿过上滑动阀芯5后与上支撑座3构成轴向滑动配合；上滑动阀芯5下端和下滑动阀芯8上端构成局部密封插接配合，密封圈A7安装在上滑动阀芯5下端面以及下滑动阀芯8台阶面之间，形成挤压密封。
上滑动阀芯5下端面、下滑动阀芯8台阶面之间形成梯形空间，密封圈A7截面为梯形。
上滑动阀芯5和下滑动阀芯8插接对合面之间装有密封圈C6。
本发明的优点是采用金属对非金属的软密封形式，容易密封；下滑动阀芯在弹簧和止回阀下部压力的共同作用下挤压密封圈，此种压力助封结构不仅可以实现高压密封，而且可以实现对密封圈磨损的补偿；止回阀打开状态下，阀芯阀座过流面积大，挤压密封进入下支撑座滑套内，可有效防止流体对密封部位的冲蚀，增加止回阀使用寿命；上滑动阀芯与上支撑座之间的箭形密封为硬密封，配合软密封形成了止回阀的两道密封形式，增强了止回阀使用的可靠性。
附图说明
图1是本发明一种井下止回阀打开状态结构示意图。
图2是本发明一种井下止回阀关闭状态结构示意图。
图中 1.阀体，2.密封圈B, 3.上支撑座，4.限位块，5.上滑动阀芯，6密封圈C, 7.密封圈A, 8.下滑动阀芯，9. 弹簧，10.下支撑座，11.流道，12.导流孔道，13.孔道, 14.压力平衡孔道, 15.滑套, 16.旁通孔道， 17.中心孔道。
具体实施方式
下面结合附图1和附图2对本发明作进一步描述：
一种井下止回阀包括阀体1、上支撑座3 、上滑动阀芯5、下滑动阀芯8、下支撑座10，弹簧9和密封圈A 7；阀体1呈圆柱状，内部轴向加工有上下连通的流道 11，上端和下端分别加工有螺纹实现与上下管具的连接；上支撑座3安装在流道 11上部，呈圆柱状，其外圆柱面与阀体1的流道 11之间螺纹连接，内部轴向加工有上下连通的导流孔道 12；下支撑座10安装在流道 11下部，呈圆柱状，其外圆柱面与阀体1的流道 11之间螺纹连接，内部轴向加工有滑套15和上下连通的旁通孔道 16；滑套15位于下支撑座10上端，下支撑座10加工有中心孔道 17，中心孔道 17将滑套15与下支撑座10的下部空间连通；弹簧9、下滑动阀芯8和上滑动阀芯5从下到上依次安装在滑套15内部；下滑动阀芯8为呈“凸”字形状的台阶圆柱体，其上端圆柱体的直径小于下端圆柱体的直径，且其下端圆柱面与滑套15滑动密封连接；上滑动阀芯5呈圆筒状，其外圆柱面与滑套15滑动密封连接，内圆柱面与下滑动阀芯8的上端圆柱面滑动连接；密封圈A 7安装在上滑动阀芯5下端面以及下滑动阀芯8台阶面之间，形成挤压密封。
上滑动阀芯5下端面、下滑动阀芯8台阶面以及阀体1内壁之间形成梯形空间，密封圈A 7截面为梯形。上滑动阀芯5的上端面加工有锥面A，上支撑座3下端加工有锥面B，下滑动阀芯8、密封圈A 7 和上滑动阀芯5向上移动，当锥面A与锥面B接触时形成锥面密封；上支撑座3外圆柱面与阀体流道 11之间利用密封圈B 2实现流体轴向密封。上滑动阀芯5和下滑动阀芯8之间的滑动面利用密封圈C6实现流体密封。在下滑动阀芯8的上端圆柱体上部加工导向杆，导向杆呈圆柱状，轴向与下滑动阀芯8移动方向相同；上支撑座3轴向加工有孔道13，导向杆插入孔道 13实现对下滑动阀芯8的扶正导向；限位块4安装在导向杆上，上滑动阀芯5在限位块4与下滑动阀芯8之间滑动。
在上滑动阀芯5的锥面A内部轴向加工上下连通的压力平衡孔道 14，用于降低上滑动阀芯5上下滑动时阻力。
流体从流道 11由上向下流动（流向如图1箭头所示），止回阀打开，流体先后经过导流孔道 12和旁通孔道 16进入止回阀下部，流体推动上滑动阀芯5、密封圈A 7和下滑动阀芯8进入下支撑座10的滑套15中，弹簧9也被压缩；密封圈A7进入滑套15可有效防止流体对密封部位的冲蚀，增加止回阀使用寿命。
当流体停止循环时，弹簧9推动下滑动阀芯8、密封A 7和上滑动阀芯5进入阀体1的流道 11，上滑动阀芯5的锥面A接触到上支撑座3的锥面B后停止移动，下滑动阀芯8在弹簧力和下部流体压力的共同作用下挤压密封圈A 7，形成上滑动阀芯5、下滑动阀芯8与阀体1内壁之间的密封；上滑动阀芯5、下滑动阀芯8与阀体1内壁之间形成第一道密封，锥面A与锥面B形成第二道密封；下滑动阀芯8在弹簧9和止回阀下部流体压力的共同作用下挤压密封圈A7，此种压力助封结构不仅可以实现高压密封，而且可以实现对密封圈磨损的补偿；两道密封的结构形式增强了止回阀使用的可靠性。

Claims (6)

1.一种井下止回阀，包括圆筒状阀体（1）和从上而下依次安装在阀体（1）内的上支撑座（3）、上滑动阀芯（5）、弹簧（9）、下支撑座（10），其特征在于：下支撑座（10）顶部设有滑套（15），滑套（15）与阀体（1）之间设有间隙，滑套（15）内、外的下支撑座（10）上分别设有上下连通的中心孔道（17）和旁通孔道（16）；上滑动阀芯（5）下部设有下滑动阀芯（8），在上滑动阀芯（5）下端和下滑动阀芯（8）之间安装密封圈A（7），上滑动阀芯（5）、密封圈A（7）、下滑动阀芯（8）和弹簧（9）从下到上依次安装在滑套（15）内部，上滑动阀芯（5）、密封圈A（7）和下滑动阀芯（8）与滑套（15）构成轴向滑动密封配合，且上滑动阀芯（5）、密封圈A（7）和下滑动阀芯（8）从滑套（15）伸出后与上方的上支撑座（3）、阀体（1）内壁构成滑动密封配合；上支撑座（3）轴向设有导流孔道（12），上滑动阀芯（5）设有压力平衡通孔（14）。
2.根据权利要求1所述的井下止回阀，其特征在于：上滑动阀芯（5）上部通过安装在导向杆上的限位块（4）限位，上滑动阀芯（5）在限位块（4）与下滑动阀芯（8）之间滑动。
3.根据权利要求1或2所述的井下止回阀，其特征在于：所述上滑动阀芯（5）的上端面加工有锥面A，上支撑座（3）下端加工有锥面B，锥面A与锥面B接触时形成锥面密封；所述上支撑座（3）外圆柱面与阀体（1）之间通过密封圈B（2）轴向密封。
4.根据权利要求3所述的井下止回阀，其特征在于：所述下滑动阀芯（8）的上端圆柱体上部设有导向杆，导向杆穿过上滑动阀芯（5）后与上支撑座（3）构成轴向滑动配合；上滑动阀芯（5）下端和下滑动阀芯（8）上端构成局部密封插接配合，密封圈A（7）安装在上滑动阀芯（5）下端面以及下滑动阀芯（8）台阶面之间，形成挤压密封。
5.根据权利要求4所述的井下止回阀，其特征在于：上滑动阀芯（5）下端面、下滑动阀芯（8）台阶面之间形成梯形空间，密封圈A（7）截面为梯形。
6.根据权利要求4所述的井下止回阀，其特征在于：上滑动阀芯（5）和下滑动阀芯（8）插接对合面之间装有密封圈C（6）。
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