CN107191155A - 高温井下安全阀 - Google Patents

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董海涛
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    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B34/00—Valve arrangements for boreholes or wells
    • E21B34/06—Valve arrangements for boreholes or wells in wells
    • E21B34/08—Valve arrangements for boreholes or wells in wells responsive to flow or pressure of the fluid obtained

Abstract

一种井下安全阀，包括壳体、中心管、常闭阀门以及通过液控管线驱动的活塞杆，其中中心管位于壳体内部的空腔中，与活塞杆相连；当液控管线未加压时，中心管在复位弹簧作用下不接触该常闭阀门，使该井下安全阀保持闭合状态；当液控管线加压后，中心管在活塞推动下顶开该常闭阀门，使该井下安全阀保持开启状态；其中，活塞杆与活塞腔之间的密封采用金属密封。本发明的井下安全阀可满足超高温高压等复杂的环境，即使在350℃高温下仍可正常工作；采用金属环代替常规软密封，当安全阀里的活塞行程到达极限后有活塞端部自带的金属密封来当作主密封，从而实现了活塞整体密封的可靠性和耐高温性能。

Description

高温井下安全阀
技术领域
本发明涉及采油设备技术领域，更具体地涉及一种解决海上热采井油管安全阀的耐温性能和工作可靠性的高温井下安全阀。
背景技术
目前国内外的井下安全阀耐温极限在200℃以下，而海上稠油区块的热采还属于空白阶段，由于要提高稠油区块的产量通常需要往井下注入温度高达350℃的蒸汽，因此为了提高稠油区块的热采安全性和可靠性而迫切需要全新研发一种能够耐高温的井下安全阀，以满足上述稠油热采的需求。此外，热采的钻井都深入地平面或海平面几千米以下，井内压力也非常高，井下安全阀同时还要满足耐高压的要求。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种高温井下安全阀，以解决上述技术问题中的至少之一。
为了实现上述目的，本发明提供了一种井下安全阀，包括壳体、中心管、常闭阀门以及通过液控管线驱动的活塞杆，其中中心管位于壳体内部的空腔中，与活塞杆相连；
当液控管线未加压时，中心管在复位弹簧作用下不接触该常闭阀门，使该井下安全阀保持闭合状态；当液控管线加压后，中心管在活塞推动下顶开该常闭阀门，使该井下安全阀保持开启状态；
其中，活塞杆与活塞腔之间的密封采用金属密封。
其中，该金属密封包括密封套和通过C环挡圈和C环压帽固定的金属密封C环，该密封套将该金属密封C环、C环挡圈和C环压帽包覆装配到该活塞杆上，使活塞杆在该金属密封中能保持密封的往复运动。
其中该金属密封的材质均采用INCONEL 718耐高温合金。
其中该金属密封C环与活塞杆的表面进行镀硬铬处理。
其中该活塞杆靠近液控管线一端设置有一第一密封面，在活塞杆受液控管线控制运动到最大距离时，该第一密封面与环绕设置的密封套之间能够产生密封。
其中该第一密封面为球形或锥形密封面。
其中该密封套与活塞杆连接中心管的活塞连接件之间以第二密封面形式接触，当活塞杆受液控管线控制运动到最大距离时，该密封套的第二密封面与该活塞连接件之间产生金属密封。
其中该第二密封面为锥面。
其中，该井下安全阀能够在200～400℃的温度区间正常工作而不泄露。
基于上述技术方案可知，本发明的井下安全阀可以满足超高温高压等复杂的环境，即使在350℃高温下在常规安全阀都失去作用时仍然可以正常工作；本发明在活塞密封处采用金属环代替常规的软密封，用金属密封环来当作活塞运动过程的辅助密封，当安全阀里面的活塞行程到达极限后有活塞端部自带的金属密封来当作主密封，从而实现了活塞整体密封的可靠性和耐高温性能。
附图说明
图1是本发明的井下安全阀处于开启状态时的截面结构示意图；
图2是图1中的耐高温活塞处于开启状态时的放大示意图；
图3是本发明的井下安全阀处于关闭状态时的截面结构示意图；
图4是图3中的耐高温活塞处于关闭状态时的放大示意图；
在上述附图中，附图标记含义如下：
1---上接头、2---金属密封C环、3---C环挡圈、4---C环压帽、5---活塞杆、6---活塞连接件、7---中心管、8---卡环、9---弹簧上座、10---壳体、11---大弹簧、12---弹簧下座、13---下接头、14---阀座、15---阀板、16---阀板销、17---扭簧、18---平衡阀、19---压簧、20---密封套。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
本发明主要解决目前海上热采井油管安全阀的耐温性能和工作可靠性，解决目前热采安全阀技术的空白。具体地，本发明公开了一种井下安全阀，包括阀体、中心管、常闭阀门以及通过液控管线驱动的活塞，其中中心管位于阀体内，与活塞相连，当液控管线未加压时，中心管在复位弹簧作用下不接触该能转动的常闭阀门，使该井下安全阀保持闭合状态；当液控管线加压后，中心管在活塞推动下顶开该常闭阀门，使该井下安全阀保持开启状态；
活塞与液控管线之间、以及活塞与中心管之间的密封均采用金属密封。
作为优选，该金属密封包括密封套和通过C环挡圈和C环压帽固定的金属密封C环，该密封套将该金属密封C环、C环挡圈和C环压帽包覆装配到该活塞杆上，使活塞杆在该金属密封中能保持密封的往复运动。该金属密封的材质均采用INCONEL 718耐高温合金，其中金属密封C环是采用的具体剖面结果为C型的空心金属O圈，这种C型圈可以起到与普通O型圈一样的效果，有着很好的弹性变形。由于金属密封C环会与活塞杆产生相对运动，所以对金属密封C环和活塞杆做表面镀硬铬处理，增加它们之间的耐磨效果。活塞杆前端自带第一密封面，即球形或锥形密封面，当活塞杆处于往复运动状态时有金属密封C环起到辅助密封，使其活塞杆到达顶端后再有活塞杆自带的第一密封面与密封套的接触面产生密封从而使其可以抗更高的压力而不泄露。
该密封套与活塞杆连接中心管的活塞连接件之间以第二密封面形式接触，当活塞杆受液控管线控制运动到最大距离时，该密封套的第二密封面与该活塞连接件之间产生金属密封。作为优选，该第二密封面为锥面，即以斜坡形式接触，当活塞杆越受力向前挤压，密封效果越好。
通过上述设置，该井下安全阀能够在200～400℃的温度区间正常工作而不泄露。
作为本发明的一个优选实施例，如图1-4所示，本发明的井下安全阀，包括壳体10、中心管7、能转动的常闭阀门以及通过液控管线驱动的活塞杆5，其中，中心管7位于壳体10内，壳体10两端分别连接上接头1和下接头13。活塞杆5位于与液控管线连通的活塞腔中，能够在液控管线驱动下往复运动。活塞杆5通过金属密封套20与金属密封C环2产生往复运动，由于金属密封C环具有弹性变形所以当活塞杆5与金属密封C环配合后会产生密封效果，由于金属密封C环内腔受力面积最大，所以在原理上压力越大密封效果就越好。C环挡圈3、与C环压帽4、主要作用是用来固定和锁紧金属密封C环2在与活塞杆产生往复运动时而不会产生位移。密封套20是用来装配金属密封C环2、C环挡圈3、C环压帽和活塞杆的。与壳体10的活塞腔壁之间形成密封，活塞杆5的另一端通过活塞连接件6与中心管7相连。作为复位弹簧的大弹簧11一端通过卡环8和弹簧上座9固定在活塞连接件6上，另一端通过弹簧下座12固定在壳体10的内壁。
常闭阀门位于壳体10内靠近下接头13处，包括阀座14、阀板15、阀板销16、扭簧17、平衡阀18和压簧19，其中阀板15在扭簧17的作用下保持与阀座14紧贴，从而保持常闭状态。
当液控管线未加压时，中心管7在作为复位弹簧的大弹簧11作用下不接触该能转动的常闭阀门，使该井下安全阀保持闭合状态；同时，密封套20与活塞连接件6之间形成斜坡接触，保证两者之间的密封状态。
当液控管线加压后，中心管7在活塞杆5推动下向前推顶，使阀板15绕阀板销16向外翻转，从而使该井下安全阀保持开启状态。
在具体使用时，当井下安全阀应用在350℃的高温井中时，井下安全阀通过地面的液控管线打压驱动安全阀内部的活塞杆5来推动内部中心管7，中心管7推动平衡阀18使其阀板15下部压力与上部压力平衡后，中心管继续推动阀板15使其全部打开活塞杆5在运动过程中与金属密封C环2产生密封效果从而保证在运动过程中不发生泄露，当活塞杆5运动到极限的时候，这时由活塞杆5末端的金属锥面与密封套20的锥面产生密封，此时压力越高密封效果就越强。当安全阀关闭后，活塞杆5弹回活塞腔，这时和活塞杆5连接的活塞连接件6的密封锥面再与密封套20的后端产生金属密封。从而使安全阀在高温和高压下能安全的实现开启和关闭等功能。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种井下安全阀，包括壳体、中心管、常闭阀门以及通过液控管线驱动的活塞杆，其中中心管位于壳体内部的空腔中，与活塞杆相连；
当液控管线未加压时，中心管在复位弹簧作用下不接触该常闭阀门，使该井下安全阀保持闭合状态；当液控管线加压后，中心管在活塞推动下顶开该常闭阀门，使该井下安全阀保持开启状态；
其中，活塞杆与活塞腔之间的密封采用金属密封。
2.如权利要求1所述的井下安全阀，其中该金属密封包括密封套和通过C环挡圈和C环压帽固定的金属密封C环，该密封套将该金属密封C环、C环挡圈和C环压帽包覆装配到该活塞杆上，使活塞杆在该金属密封中能保持密封的往复运动。
3.如权利要求2所述的井下安全阀，其中该金属密封的材质均采用INCONEL 718耐高温合金。
4.如权利要求2所述的井下安全阀，其中该金属密封C环与活塞杆的表面进行镀硬铬处理。
5.如权利要求2所述的井下安全阀，其中该活塞杆靠近液控管线一端设置有一第一密封面，在活塞杆受液控管线控制运动到最大距离时，该第一密封面与环绕设置的密封套之间能够产生密封。
6.如权利要求5所述的井下安全阀，其中该第一密封面为球形或锥形密封面。
7.如权利要求2所述的井下安全阀，其中该密封套与活塞杆连接中心管的活塞连接件之间以第二密封面形式接触，当活塞杆受液控管线控制运动到最大距离时，该密封套的第二密封面与该活塞连接件之间产生金属密封。
8.如权利要求7所述的井下安全阀，其中该第二密封面为锥面。
9.如权利要求1所述的井下安全阀，其中该井下安全阀能够在200～400℃的温度区间正常工作而不泄露。
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