CN107558991B - 用于工程地质钻孔压水试验的推拉式分水阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于工程地质钻孔压水试验的推拉式分水阀，包括推拉芯杆、上阀体、下阀体、支撑座、球阀座、活动钢球、钢球顶杆，上阀体、下阀体、支撑座通过丝扣连接，组成阀室，外管通过丝扣连接端盖与阀室，支撑座与下阀体以及钢球顶杆通过丝扣在外管内部形成一体，芯杆与球阀座在上下阀体内组成的阀室内丝扣相连，球阀座上部置有活动钢球。上阀体外侧钻有通气孔，下阀体内壁有两道通水环槽及2道通水孔，芯杆上的通水孔、端盖通水孔与可分别与下阀体通水孔、支撑座通水孔和下阀体内腔通道相通。本发明结构简单，能通过芯杆在阀室中不同位置的移动来实现过水通道的转换与封闭，能以此来满足钻孔压水试验的涨塞止水、压水试验、钻杆水泄压、胶囊卸压等工作要求。

Description

用于工程地质钻孔压水试验的推拉式分水阀

技术领域

本发明涉及分水阀，尤其是涉及一种用于工程地质钻孔压水试验的推拉式分水阀。

背景技术

当前的钻孔压水试验的胀塞形式主要有单管顶压式、气压式、水压式三种形式。单管顶压式胀塞压水是传统方式，它是单塞压水，钻进一段次进行一段次压水，无法进行双塞连续压水，效率低下；气压式栓塞在深孔压水时气压管在钻孔内容易堆积，起拔困难，无法完成200米以上深孔的钻孔压水任务；现在使用的水压式栓塞大多使用两套供水管路(一套胀塞、一套压水过水通道)，也有集成功能的小流量分水阀，但无法完成大流量压水试验。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种既能满足封隔试段需要，又能进行大流量试段压水，同时也能有效解除试段封隔、移塞目的的用于工程地质钻孔压水试验的推拉式分水阀，另外此分水阀要求能够在野外的各种环境下都具有使用简便、维护简单、可靠耐用的特点。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种用于工程地质钻孔压水试验的推拉式分水阀，包括上阀体、下阀体、球阀座、外管、端盖，上阀体下端与下阀体上端通过丝扣连接，下阀体外壁为上粗下细的台阶结构，外管上端连接在下阀体大外径的下端，使下阀体小外径部分套在外管中，并形成环腔，外管下端连接带有内通孔和旁通孔的端盖，形成阀室；推拉芯杆位于阀室内，下端通过丝扣连接球阀座，钢球置于推拉芯杆与阀座之间，支撑座上端在阀室内与下阀体下端丝扣相连，支撑座下端插接在端盖的内通孔中，旁通孔与环腔相通，推拉芯杆侧壁上加工有4个通水孔；上阀体侧壁设置有通气孔，下阀体大外径部分的内壁加工有上部通水环槽、下部通水环槽和位于上部通水环槽、下部通水环槽两侧的多道密封环槽，下阀体大外径部分的管壁内部加工有旁通通道，旁通通道连通上部通水环槽和由下阀体与外管之间形成的环腔，在下阀体大外径部分管壁上还加工有与下部通水环槽相通的下阀体通水孔，下阀体通水孔与外界相通，支撑座的顶部中心固定有钢球顶杆，支撑座上加工有多个与内通孔相通的支撑座通水孔，推拉芯杆和下球阀座组成的芯杆总成下移，钢球顶杆能将球阀座上的钢球顶开。

所述推拉芯杆外壁与下阀体内壁以“O”型圈密封。

所述推拉芯杆在阀室顶部位置时，推拉芯杆的4个通水孔与下阀体的上部通水环槽、旁通通道、环腔、旁通孔相通，形成涨塞过水通道；推拉芯杆在阀室中部位置时，推拉芯杆的4个通水孔与下阀体的下部通水环槽、下阀体通水孔相通，形成钻杆泄压通路；推拉芯杆在阀室最底端位置时，钢球顶杆将钢球顶开，推拉芯杆的4个通水孔被下阀体内腔的内壁及密封圈封隔，水流会沿推拉芯杆内孔向前，通过被顶起的钢球与推拉芯杆的环状间隙，再流经球阀座、支撑座通水孔和端盖的内通孔，形成压水试验过水通道。

所述钢球顶杆顶部与支撑座的端面距离可调节。

所述支撑座与端盖采用插接式连接，并采用两道“O”型密封圈槽来密封。

所述丝扣均为梯形丝扣。

本发明的最大特点是：通过巧妙的组合设计，推拉芯杆的位置变化使得流体会呈现不同的路径模式，从而实现钻孔压水中的胀塞、压水、胶囊泄压等功能，操作简单易行，尤其是钢球顶杆与支撑座的6个大径通孔设计，使得过流断面大大增加，从而加大了该分水阀的流量范围。

附图说明

图1是本发明用于工程地质钻孔压水试验的推拉式分水阀的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，本发明用于工程地质钻孔压水试验的推拉式分水阀，包括上阀体2、下阀体4、球阀座15、外管9、端盖10，上阀体2下端与下阀体4上端通过丝扣连接，下阀体4外壁为上粗下细的台阶结构，外管9上端连接在下阀体4大外径的下端，使下阀体4小外径部分套在外管9中，并形成环腔19，外管9下端连接带有内通孔20和旁通孔11的端盖10，形成阀室；推拉芯杆1位于阀室内，下端通过丝扣连接球阀座15，钢球14置于推拉芯杆1与球阀座15之间，支撑座17上端在阀室内与下阀体4下端丝扣相连，支撑座17下端插接在端盖10的内通孔中，旁通孔11与环腔19相通，推拉芯杆侧壁上加工有4个通水孔12；上阀体2侧壁设置有通气孔3，下阀体4大外径部分的内壁加工有上部通水环槽5、下部通水环槽8和位于上部通水环槽5、下部通水环槽8两侧的多道密封环槽7，下阀体4大外径部分的管壁中加工有旁通通道6，旁通通道6连通上部通水环槽5和由下阀体与外管之间形成的环腔19，在下阀体4大外径部分管壁上还加工有与下部通水环槽8相通的下阀体通水孔13，下阀体通水孔13与外界相通，支撑座17的顶部中心固定有钢球顶杆16，支撑座17上加工有多个与内通孔20相通的支撑座通水孔18，推拉芯杆1和球阀座15组成的芯杆总成下移，钢球顶杆16能将钢球14顶开。

所述推拉芯杆1外壁与下阀体4内壁以“O”型圈密封。

所述推拉芯杆1在阀室顶部位置时，推拉芯杆1的4个通水孔12与下阀体的上部通水环槽5、旁通通道6、环腔19、旁通孔11相通，形成涨塞过水通道；推拉芯杆1在阀室中部位置时，推拉芯杆1的4个通水孔12与下阀体的下部通水环槽8相通，形成钻杆泄压通路；推拉芯杆1在阀室最底端位置时，钢球顶杆16将钢球14顶开，推拉芯杆1的4个通水孔12被下阀体内腔的内壁及密封圈封隔，水流会沿推拉芯杆1内孔向前，通过被顶起钢球与推拉芯杆1的环状间隙，再流经球阀座15、支撑座通水孔18和端盖10的内通孔20，形成过水通道。

所述钢球顶杆16顶部与支撑座17的端面距离可调节。

所述支撑座17与端盖10采用插接式连接，并采用两道“O”型密封圈槽来密封。

所述丝扣均为梯形丝扣。

如图1所示，钢球顶杆16拧在支撑座17上组成了压水过水通道的一部分，与活动钢球相作用，随着推拉芯杆1在上阀体2、下阀体4形成的阀室内位置变换，可以使大流量的流体通过，通气孔3用来消除推拉芯杆1在阀室中位移时产生的负压抽吸障碍。

工程应用中，本发明推拉阀连接在压水栓塞与钻杆之间，在钻孔中呈垂直悬吊状态，压水的水流自孔口管路沿钻杆内腔先流至推拉芯杆1内部，再通过推拉芯杆的不同位移将水流分配至压水栓塞、钻孔试段、钻孔环状间隙，来实现涨塞止水、压水试验、钻杆水泄压、胶囊卸压等功能。涨塞止水：当推拉分水阀在钻孔中处于自由悬垂状态时，推拉芯杆1处于上阀体2的顶端，此时球阀座15的过水通道被钢球14封闭，下阀体通水孔13被推拉芯杆1外壁以及下阀体“O”型圈封闭，水流只能沿芯杆通水孔12与下阀体上部通水环槽5、端盖旁通孔11流至栓塞，使栓塞胶囊充水膨胀，与孔壁“抱死”，人工隔离出压水试段；压水试验：满足胀塞压力后，推拉芯杆1下移，推拉芯杆1与球阀座15组成的芯杆总成下移，球阀座15的内通孔通过钢球顶杆16的上端面时芯杆通水孔12被下阀体内壁的密封圈封闭，先期充溢在胀塞中水的进、退回路被阻断，使胀塞压力稳定不变，同时下阀体通水孔13也被封闭，钢球顶杆16顶开钢球14，钻杆中的水沿推拉芯杆1内腔、球阀座15环状间隙、支撑座通水孔18(6个大径通孔)流至钻孔压水试段，进行压水试验；钻杆水泄压：压水试验完成后，上移推拉芯杆至中间位置，推拉芯杆通水孔12与下阀体通水孔13相通时，钻杆内的压力水头经此通道被排至钻孔内壁与钻杆的环状间隙内，使钻杆内外的水压平衡；胶囊泄压：继续上提，推拉分水阀的推拉芯杆1上移至顶端，芯杆通水孔12与下阀体上部通水环槽5相通，胶囊内的高压水以此通道卸压返回钻杆内部，胀塞收缩，与孔壁分开，可以在孔内自由移动压水栓塞总成，继续进行下一段次的压水试验。

本发明推拉分水阀，结构简单、操作方便、经久耐用、维修简便可行，主要是针对水利水电、铁路、核电等领域的水文地质压水试验工程应用的分水阀，可起到涨塞止水、压水试验、钻杆水泄压、胶囊卸压等功能的转换，其胀塞压力大于10Mpa，对于1000米以内的钻孔进行压水，止水可靠，胀塞与孔壁的摩擦力完全可以承受钻杆的自重，压水时支撑座通水孔的最大流量可达到180L/min，解决了深孔和高透水地层的压水试验难题。

以上所述的实施例仅用于说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够理解本发明的内容并据以实施，不能仅以本实施例来限定本发明的专利范围，即凡本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本发明的专利范围内。

Claims (4)

1.一种用于工程地质钻孔压水试验的推拉式分水阀，包括上阀体(2)、下阀体(4)、球阀座(15)、外管(9)、端盖(10)，其特征在于，上阀体(2)下端与下阀体(4)上端通过丝扣连接，下阀体(4)外壁为上粗下细的台阶结构，外管(9)上端连接在下阀体(4)大外径的下端，使下阀体(4)小外径部分套在外管(9)中，并形成环腔(19)，外管(9)下端连接带有内通孔(20)和旁通孔(11)的端盖(10)，形成阀室；推拉芯杆(1)位于阀室内，下端通过丝扣连接球阀座(15)，钢球(14)置于推拉芯杆(1)与阀座(15)之间，支撑座(17)上端在阀室内与下阀体(4)下端丝扣相连，支撑座(17)下端插接在端盖(10)的内通孔中，旁通孔(11)与环腔(19)相通，推拉芯杆侧壁上加工有4个通水孔(12)；上阀体(2)侧壁设置有通气孔(3)，下阀体(4)大外径部分的内壁加工有上部通水环槽(5)、下部通水环槽(8)和位于上部通水环槽(5)、下部通水环槽(8)两侧的多道密封环槽(7)，下阀体(4)大外径部分的管壁内部加工有旁通通道(6)，旁通通道(6)连通上部通水环槽(5)和由下阀体与外管之间形成的环腔(19)，在下阀体(4)大外径部分管壁上还加工有与下部通水环槽(8)相通的下阀体通水孔(13)，下阀体通水孔(13)与外界相通，支撑座(17)的顶部中心固定有钢球顶杆(16)，支撑座(17)上加工有多个与内通孔(20)相通的支撑座通水孔(18)，推拉芯杆(1)和下球阀座(15)组成的芯杆总成下移，钢球顶杆(16)能将球阀座上的钢球(14)顶开；所述推拉芯杆(1)外壁与下阀体(4)内壁以“O”型圈密封，所述推拉芯杆(1)在阀室顶部位置时，推拉芯杆(1)的4个通水孔(12)与下阀体的上部通水环槽(5)、旁通通道(6)、环腔(19)、旁通孔(11)相通，形成涨塞过水通道；推拉芯杆(1)在阀室中部位置时，推拉芯杆(1)的4个通水孔(12)与下阀体的下部通水环槽(8)、下阀体通水孔(13)相通，形成钻杆泄压通路；推拉芯杆(1)在阀室最底端位置时，钢球顶杆(16)将钢球(14)顶开，推拉芯杆(1)的4个通水孔(12)被下阀体内腔的内壁及密封圈封隔，水流会沿推拉芯杆(1)内孔向前，通过被顶起的钢球(14)与推拉芯杆(1)的环状间隙，再流经球阀座(15)、支撑座通水孔(18)和端盖(10)的内通孔(20)，形成压水试验过水通道。

2.根据权利要求1所述用于工程地质钻孔压水试验的推拉式分水阀，其特征在于，所述钢球顶杆(16)顶部与支撑座(17)的端面距离可调节。

3.根据权利要求1所述用于工程地质钻孔压水试验的推拉式分水阀，其特征在于，所述支撑座(17)与端盖(10)采用插接式连接，并采用两道“O”型密封圈槽来密封。

4.根据权利要求1所述用于工程地质钻孔压水试验的推拉式分水阀，其特征在于，所述丝扣均为梯形丝扣。