CN107237611B - 高温高压油井油泵防喷阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高温高压油井油泵防喷阀；属于防喷阀技术领域；其技术要点包括本体，所述本体沿竖直方向设有第一安装腔，在第一安装腔内穿设有采油泵活塞杆，在第一安装腔上下两端与采油泵活塞杆之间分别设有上密封结构和下密封结构，在上、下密封结构之间的采油泵活塞杆外壁上活动套设有上压环和下压环，在上、下压环外围设有齿轮轴，齿轮轴与上、下压环相对的内壁上分别设有上螺纹和下螺纹，上螺纹与上压环螺纹连接，下螺纹与下压环螺纹连接，当齿轮轴转动时，上、下压环运动方向相反；本发明旨在提供一种性能稳定、结构紧凑、密封可靠、使用方便且效果优良的高温高压油井油泵防喷阀；用于防止污染气体排放及保证生产的安全。

Description

高温高压油井油泵防喷阀

技术领域

本发明涉及一种防喷阀，更具体地说，尤其涉及一种高温高压油井油泵防喷阀。

背景技术

阀门技术日新月异，在长期的设计、生产、使用实践中，积累了丰富的经验，不断改进新结构、新工艺、新材料，以满足各行各业日益提出的新用途、新需求。结合目前的环保、节能理念，正在不断推陈出新，逐步向更高、更好、更全面、更完美的方向发展。油田采油，为了防止污染气体排放以及生产的安全，在抽油泵末端，即地表处需要安装阀门，此阀门有效防止油气、甲烷、硫化氢、高温蒸汽等有害气体直接排放到大气中，造成大气污染，同时也为了节省能源的损耗。由于抽油泵结构是由活塞筒及采油泵活塞杆组成的结构，不同于管道，常规的球阀、截止阀、闸阀、止回阀、旋塞阀等阀门不能实现启闭工作，因此，在该工作条件下使用能实现启闭且工作更可靠的新型阀门——防喷阀。

目前，在整个油田生产领域里使用的防喷阀，都是采用一对锥体橡胶进行密封。但随着油井采油技术不断发展，该类型的防喷阀使用温度受到限制，不能满足采油技术的发展需求。由于待开采的优质石油都隐藏在地表下2000到3000米深度，该处的石油大多为固态或浓稠的液态，为了便于采油，需将固态或浓稠态的石油融化成粘度比较低的液态，采用地面注入14MPa压力和350℃温度的蒸汽进行融化，由于抽油泵只对粘度较大的液体有较好的密封，而高温高压气体很容易透过抽油泵窜到防喷阀处，致使橡胶密封的防喷阀满足不了工况，正常情况橡胶密封的防喷阀只能用一次注气工作，造成采油维护成本高，影响采油生产工作。在14MPa压力和350℃的高温高压工况环境下，采用橡胶密封是无法满足需求，为此通过对结构的设计，密封原理的转换变更，新型材料的使用。发明一款能满足于该工况下的高温高压防喷阀。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种性能稳定、结构紧凑、密封可靠、使用方便且效果优良的高温高压油井油泵防喷阀。

本发明的技术方案是这样实现的：一种高温高压油井油泵防喷阀，包括本体，其中所述本体沿竖直方向设有第一安装腔，在第一安装腔内穿设有采油泵活塞杆，在第一安装腔上下两端与采油泵活塞杆之间分别设有上密封结构和下密封结构，在上、下密封结构之间的采油泵活塞杆外壁上活动套设有上压环和下压环，在上、下压环外围设有齿轮轴，齿轮轴与上、下压环相对的内壁上分别设有上螺纹和下螺纹，上螺纹与上压环螺纹连接，下螺纹与下压环螺纹连接，当齿轮轴转动时，上、下压环运动方向相反；在齿轮轴侧边的本体上沿水平方向设有与第一安装腔相互垂直且相互导通的第二安装腔，在第二安装腔内活动设置有阀杆，阀杆位于本体外侧的端部连接有操作手轮，阀杆位于本体内的端部与齿轮轴之间通过联动机构联动。

上述的高温高压油井油泵防喷阀中，所述第一安装腔上端与采油泵活塞杆配合形成上环形安装槽；所述上密封结构由若干依序层叠设置在上环形安装槽内的开口碳纤石墨构成。

上述的高温高压油井油泵防喷阀中，所述第一安装腔下端与采油泵活塞杆配合形成下环形安装槽；所述下密封结构由若干依序层叠设置在下环形安装槽内的开口碳纤石墨构成。

上述的高温高压油井油泵防喷阀中，所述联动机构由通过平行键设置在阀杆位于本体内的端部的主动锥齿轮和通过平行键设置在齿轮轴外壁上且与主动锥齿轮相互啮合的从动锥齿轮组成。

上述的高温高压油井油泵防喷阀中，所述本体由相互配合的阀体和设置在阀体上端的阀盖组成；所述第一安装腔由设置在阀体上的第一台阶孔和设置在阀盖上且与第一台阶孔相配合的第二台阶孔构成；所述上密封结构位于第二台阶孔内顶部，所述下密封结构位于第一台阶孔内底部；在阀盖下端面和阀体内分别设有与齿轮轴相对应的环形安装槽，在齿轮轴沿轴向的两端分别成形有与环形安装槽一一对应的安装环，在各环形安装槽内设有与各安装环连接的滑动轴承。

上述的高温高压油井油泵防喷阀中，所述阀体与阀盖的接触部之间设有环形的石墨缠绕垫片。

上述的高温高压油井油泵防喷阀中，所述阀杆对应的第二安装腔内设有定位环，在定位环内侧的第二安装腔内设有第一滚动轴承，第一滚动轴承夹设在定位环与联动机构之间；在定位环外侧的第二安装腔内依序层叠设置有若干密封圈，在密封圈外端面设有填料压盖，填料压盖与本体通过双头螺柱和六角螺母紧固。

上述的高温高压油井油泵防喷阀中，所述阀杆与填料压盖外端面之间形成有安装槽，在安装槽内设有第二滚动轴承，阀杆通过第二滚动轴承与填料压盖连接；在第二滚动轴承外端对应的阀杆上设有卡簧。

本发明采用上述结构后，通过操作手轮、阀杆和联动机构配合，使齿轮轴转动速度平滑、稳定，同时配合填料压盖和密封圈使阀杆和第二安装腔之间保持良好的密封效果，防止高温气体泄漏；上、下密封结构采用含高分子结构纳米技术的高碳低硫碳纤石墨，具有耐磨、耐高温和防粘结功能，满足350℃的使用工况的同时，便于在线更换，无需拆开磕头机提升杆设备；齿轮轴转动并通过对应的螺纹带动上压环和下压环进行反向运动，压环配合对应安装槽内的开口碳纤石墨对第一安装腔与采油泵活塞杆之间进行密封，达到同时控制上、下压环压紧或松开的作用，控制精度高、密封效果好，在不影响抽油泵正常工作的情况下，保证高温高压气体不发生泄漏。

附图说明

下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的详细说明，但并不构成对本发明的任何限制。

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明本体的结构示意图；

图3是图1中A处的局部放大结构示意图；

图4是图1中B处的局部放大结构示意图。

图中：本体1、阀体1a、阀盖1b、第一安装腔2、第一台阶孔2a、第二台阶孔2b、采油泵活塞杆3、上密封结构4、下密封结构5、上压环6、下压环7、齿轮轴8、安装环8a、第二安装腔9、阀杆10、操作手轮11、主动锥齿轮12、从动锥齿轮13、滑动轴承14、石墨缠绕垫片15、定位环16、第一滚动轴承17、密封圈18、填料压盖19、第二滚动轴承20、卡簧21。

具体实施方式

参阅图1至图4所示，本发明的一种高温高压油井油泵防喷阀，包括本体1，所述本体1沿竖直方向设有第一安装腔2，在第一安装腔2内穿设有采油泵活塞杆3，采油泵活塞杆长度一般2000米到10000米，轴直径25、28、32毫米等尺寸。所述第一安装腔2上端与采油泵活塞杆3配合形成上环形安装槽。所述第一安装腔2下端与采油泵活塞杆3配合形成下环形安装槽。所述本体1由相互配合的阀体1a和设置在阀体1a上端的阀盖1b组成；阀体1a和阀盖1b之间通过双头螺柱和六角螺母固定连接。阀体1a下端外圆柱上有锥形螺纹与抽油泵系统的外部管道相接，所述阀盖1a上端外圆柱上同样设有与阀体1a相同尺寸的锥形螺纹与油井管道设备连接。

为提高阀体1a与阀盖1b之间的密封性能，所述阀体1a与阀盖1b的接触部之间设有环形的石墨缠绕垫片15。石墨缠绕垫片15具有热稳定、自润滑、耐腐蚀、不老化、不发脆等众多优点。

同时，所述第一安装腔2由设置在阀体1a上的第一台阶孔2a和设置在阀盖1b上且与第一台阶孔2a相配合的第二台阶孔2b构成；在第一安装腔2上下两端与采油泵活塞杆3之间分别设有上密封结构4和下密封结构5。所述上密封结构4由若干依序层叠设置在上环形安装槽内的开口碳纤石墨构成，所述上密封结构4位于第二台阶孔2b内顶部。所述下密封结构5由若干依序层叠设置在下环形安装槽内的开口碳纤石墨构成，所述下密封结构5位于第一台阶孔2a内底部。本实施例中，上下密封结构均采用四个开口碳纤石墨依序叠加组成，根据具体情况，开口碳纤石墨的数量可以适应性地增加或减少。开口碳纤石墨采用含高分子结构纳米技术的高碳低硫碳纤石墨，具有耐磨、耐高温和防粘结功能，满足350℃的使用工况的同时，便于在线更换，无需拆开磕头机提升杆设备。

在上、下密封结构5之间的采油泵活塞杆3外壁上活动套设有上压环6和下压环7，上压环6和下压环7采用铝青铜材料，具有耐磨自润滑性能。在上、下压环6，7外围设有齿轮轴8，齿轮轴8采用304SS为材料，QPQ表面处理技术，将表面硬度处理到HV1024，既有高耐磨，低润滑系数。在阀盖1b下端面和阀体1a内分别设有与齿轮轴8相对应的环形安装槽，在齿轮轴8沿轴向的两端分别成形有与环形安装槽一一对应的安装环8a，在各环形安装槽内设有与各安装环8a连接的滑动轴承14。优选的，滑动轴承14为陶瓷滑动轴承，为达到耐高温的作用，其光洁度应达到1.6μm以上，减少相邻零件间的摩擦力。

齿轮轴8与上、下压环6，7相对的内壁上分别设有上螺纹和下螺纹，上螺纹与上压环6螺纹连接，本实施例中，上螺纹为右螺纹，并在对应的齿轮轴和上压环6之间设有相互配合的弹簧销孔和弹簧销；下螺纹与下压环7螺纹连接，本实施例中，下螺纹为左螺纹，并在对应的齿轮轴和下压环7之间设有相互配合的弹簧销孔和弹簧销。上下螺纹的螺纹方向并不固定，只要上下螺纹的螺纹方向相反即可。当齿轮轴8转动时，上、下压环6，7运动方向相反；在齿轮轴8侧边的本体1上沿水平方向设有与第一安装腔2相互垂直且相互导通的第二安装腔9，在第二安装腔9内活动设置有阀杆10，所述的阀杆3采用17-4PH材料，QPQ表面处理技术，将表面硬度处理到HV900提高扭曲强度，提高耐磨性能。

阀杆10位于本体1外侧的端部连接有操作手轮11，阀杆10位于本体1内的端部与齿轮轴8之间通过联动机构联动。所述联动机构由通过平行键设置在阀杆10位于本体1内的端部的主动锥齿轮12和通过平行键设置在齿轮轴8外壁上且与主动锥齿轮12相互啮合的从动锥齿轮13组成。主动锥齿轮12和从动锥齿轮13采用304SS材料，QPQ表面处理技术，将表面硬度处理到HV1024，提高齿面的接触强度和耐高温性能要求，抗啮齿。联动机构也可以采用蜗轮蜗杆传动装置或电动执行装置等本领域常用的驱动装置。

为了保证阀杆10与第二安装腔9之间具有良好的密封效果，所述阀杆10对应的第二安装腔9内设有定位环16，在定位环16内侧的第二安装腔9内设有第一滚动轴承17，第一滚动轴承17夹设在定位环16与联动机构之间，通过第一滚动轴承能够减少定位环16与联动机构之间的摩擦损失，提高转动效果，使阀杆10转动更稳定。在定位环16外侧的第二安装腔9内依序层叠设置有若干密封圈18，本实施例中，密封圈18采用三个碳纤石墨的方形填料，密封圈18的个数可根据实际情况进行适当调整，碳纤石墨采用含高分子结构纳米技术的高碳低硫碳纤石墨，具有耐磨、耐高温和防粘结功能。在密封圈18外端面设有填料压盖19，填料压盖19与本体1通过双头螺柱和六角螺母紧固。

同时，所述阀杆10与填料压盖19外端面之间形成有安装槽，在安装槽内设有第二滚动轴承20，阀杆10通过第二滚动轴承20与填料压盖19连接；在第二滚动轴承20外端对应的阀杆10上设有卡簧21。卡簧21起到固定作用，防止第二滚动轴承20产生轴向运动。

当抽油泵工作时，操作手轮11作顺时钟方向旋转，阀杆10推动联动机构转动，联动机构通过平键带动齿轮轴转动，齿轮轴通过方向相反的上下螺纹分别带动上下压环转动，上压环6和下压环7在竖直方向上，同时朝相对靠拢的方向发生位移，此时，上压环6松开阀盖1b中的开口碳纤石墨，下压环7松开阀体1a中的开口碳纤石墨，阀门处于开启状态。当向油井内注入高温高压蒸汽时，抽油泵停止工作，操作手轮11作逆时钟方向旋转，上压环6和下压环7在竖直方向上，同时朝相对分离的方向发生位移，此时，上压环6压紧阀盖1b中的开口碳纤石墨，下压环7压紧阀体1a中的开口碳纤石墨，阀门处于关闭状态，防止高温气体喷出，若注入高温高压蒸汽结束后，油泵重新开始新一轮的抽油工作，防喷阀需要再次打开,让抽油泵活塞杆自由灵活地再次工作。

以上所举实施例为本发明的较佳实施方式，仅用来方便说明本发明，并非对本发明作任何形式上的限制，任何所属技术领域中具有通常知识者，若在不脱离本发明所提技术特征的范围内，利用本发明所揭示技术内容所作出局部更动或修饰的等效实施例，并且未脱离本发明的技术特征内容，均仍属于本发明技术特征的范围内。

Claims (8)

1.一种高温高压油井油泵防喷阀，包括本体（1），其特征在于，所述本体（1）沿竖直方向设有第一安装腔（2），在第一安装腔（2）内穿设有采油泵活塞杆（3），在第一安装腔（2）上下两端与采油泵活塞杆（3）之间分别设有上密封结构（4）和下密封结构（5），在上、下密封结构（5）之间的采油泵活塞杆（3）外壁上活动套设有上压环（6）和下压环（7），在上压环（6）和下压环（7）外围设有齿轮轴（8），齿轮轴（8）与上压环（6）和下压环（7）相对的内壁上分别设有上螺纹和下螺纹，上螺纹与上压环（6）螺纹连接，下螺纹与下压环（7）螺纹连接，当齿轮轴（8）转动时，上压环（6）和下压环（7）运动方向相反且上压环（6）压紧上密封结构（4）、下压环（7）压紧下密封结构（5），对第一安装腔（2）与采油泵活塞杆（3）之间进行密封；

在齿轮轴（8）侧边的本体（1）上沿水平方向设有与第一安装腔（2）相互垂直且相互导通的第二安装腔（9），在第二安装腔（9）内活动设置有阀杆（10），阀杆（10）位于本体（1）外侧的端部连接有操作手轮（11），阀杆（10）位于本体（1）内的端部与齿轮轴（8）之间通过联动机构联动。

2.根据权利要求1所述的高温高压油井油泵防喷阀，其特征在于，所述第一安装腔（2）上端与采油泵活塞杆（3）配合形成上环形安装槽；所述上密封结构（4）由若干依序层叠设置在上环形安装槽内的开口碳纤石墨构成。

3.根据权利要求1所述的高温高压油井油泵防喷阀，其特征在于，所述第一安装腔（2）下端与采油泵活塞杆（3）配合形成下环形安装槽；所述下密封结构（5）由若干依序层叠设置在下环形安装槽内的开口碳纤石墨构成。

4.根据权利要求1所述的高温高压油井油泵防喷阀，其特征在于，所述联动机构由通过平行键设置在阀杆（10）位于本体（1）内的端部的主动锥齿轮（12）和通过平行键设置在齿轮轴（8）外壁上且与主动锥齿轮（12）相互啮合的从动锥齿轮（13）组成。

5.根据权利要求1所述的高温高压油井油泵防喷阀，其特征在于，所述本体（1）由相互配合的阀体（1a）和设置在阀体（1a）上端的阀盖（1b）组成；所述第一安装腔（2）由设置在阀体（1a）上的第一台阶孔（2a）和设置在阀盖（1b）上且与第一台阶孔（2a）相配合的第二台阶孔（2b）构成；所述上密封结构（4）位于第二台阶孔（2b）内顶部，所述下密封结构（5）位于第一台阶孔（2a）内底部；在阀盖（1b）下端面和阀体（1a）内分别设有与齿轮轴（8）相对应的环形安装槽，在齿轮轴（8）沿轴向的两端分别成形有与环形安装槽一一对应的安装环（8a），在各环形安装槽内设有与各安装环（8a）连接的滑动轴承（14）。

6.根据权利要求5所述的高温高压油井油泵防喷阀，其特征在于，所述阀体（1a）与阀盖（1b）的接触部之间设有环形的石墨缠绕垫片（15）。

7.根据权利要求1或4所述的高温高压油井油泵防喷阀，其特征在于，所述阀杆（10）对应的第二安装腔（9）内设有定位环（16），在定位环（16）内侧的第二安装腔（9）内设有第一滚动轴承（17），第一滚动轴承（17）夹设在定位环（16）与联动机构之间；在定位环（16）外侧的第二安装腔（9）内依序层叠设置有若干密封圈（18），在密封圈（18）外端面设有填料压盖（19），填料压盖（19）与本体（1）通过双头螺柱和六角螺母紧固。

8.根据权利要求7所述的高温高压油井油泵防喷阀，其特征在于，所述阀杆（10）与填料压盖（19）外端面之间形成有安装槽，在安装槽内设有第二滚动轴承（20），阀杆（10）通过第二滚动轴承（20）与填料压盖（19）连接；在第二滚动轴承（20）外端对应的阀杆（10）上设有卡簧（21）。

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