CN107762434A - 一种换阀堵 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种换阀堵，具有前端和后端，其包括换阀堵体、推杆、阀芯、弹簧和挡圈。换阀堵体的中心设有从前端向后端方向延伸的导流孔，在导流孔内靠近前端位置处装设有挡圈，弹簧安装于挡圈靠近后端方向的一侧，弹簧的另一端连接有阀芯，在导流孔中设置有可与阀芯锥面密封的第二锥面，推杆设置在阀芯远离弹簧的一侧。当换阀工具安装于换堵阀的后端时，推杆会推动阀芯挤压弹簧并与密封面脱开，实现导流孔的导通。本发明对介质的敏感度不高，阀芯与换阀堵体的密封面采用锥面密封，在力的作用下锥面之间的间隙为零，可以承受20000Psi的工作压力。本发明具有结构紧凑，使用寿命长，安全可靠，在压力降低或波动情况下不会影响密封质量等优点。

Description

一种换阀堵

技术领域

本发明涉及石油修井技术作业领域，尤其涉及一种井口带压换阀门用堵塞器。

背景技术

随着油气田的开采进入中后期，采油树及其阀门的工作环境恶化，H₂S的腐蚀，频繁开关加之日晒雨淋，致使阀门损坏，因而需要频繁更换阀门。然而当采油树的某些阀门发生损坏后，更换比较困难，一种方法是将井压住后更换，这样会使开采中后期的中低压井被压死或污染产层，而压死后的复活费用昂贵且困难，排除压井对产层的污染更困难；高压井的压井也很困难。为避免压井换阀门作业，行业内普遍使用换阀堵。

换阀堵是被用于井口装置在紧急情况下更换旁侧阀门的一种应急工具，换阀堵借助于适配法兰和换阀工具能够将载体内部的压力通过换阀堵自身的导流孔将压力引导到换阀堵的后端，使换阀堵前端压力与后端压力达到平衡,起到快速安装和拆卸换阀堵的作用，换阀堵通过自身密封以及与载体之间的密封，借助换阀工具泄放换阀堵后端压力，可以进行更换和维护井口装置旁侧阀门的操作，换阀堵属于API6A规范领域中的超高压装置，在API6A的规范领域中，载体指的是油管头四通、套管头四通、阀门，参见说明书附图图1。

在API6A的井口装置中，换阀堵是一个不可缺少的重要工具，它不但要具备抗硫化氢、二氧化碳腐蚀的能力，还要有承受与载体连接密封的能力以及自身承受高压(液体压力或气体压力)密封的能力，在材料的选用上还要符合API6A和NACE MR0175规范的要求，如果在使用中一旦失效，将会发生灾难性损失，所以换阀堵在使用安全上显得非常重要。

目前常见的换阀堵主要有两种，一种是整体式换阀堵，另一种是导流孔式换阀堵。

其中，整体式换阀堵是利用一定形状螺纹将换阀堵安装在载体上，并通过锥面上的“O”型密封圈起到了锥面与锥面之间的密封。由于没有导流孔，当换阀堵锥面与载体内锥面将要接触的时候，由于“O”型圈的存在此时建立了密封，载体内的压力对换阀堵的端面就产生了一个推力，该推力的大小可按公式计算F＝πD²P/4(F—作用在端面上的力、D—与介质接触的面积、P—单位面积上承受的压强)，从公式中可以看出压强与作用力是成正比的，压强越大作用力也越大，当载体内的压强达到20000Psi时，其作用在换阀堵端面的力达到了最大值，换阀堵左右运动是靠一定形状螺纹相对转动传递的，此时螺纹处的摩擦力也达到了最大值，要想换阀堵继续朝着载体内锥面运动必须要用很大的操作扭矩才能实现，否则无法使换阀堵运动。同样要想拆除换阀堵也必须要用很大的操作扭矩。因此，该种换阀堵不具备快速安装与拆卸的能力。

而导流孔式换阀堵中由于钢球与换阀堵体的接触是线接触，该处的密封属于金属对金属密封，对接触的区域其表面粗糙度要求非常高，否则会发生渗漏，所以对制造设备要求很高。另外，通常井内的介质不是很纯净，介质中含有石油、天然气、流砂、硫化氢、二氧化碳，特别是流砂，当介质通过导流孔时，流砂会对钢球、密封面进行冲刷，钢球和密封面的表面就会产生磨损和严重的凹槽，这种缺陷的发生会导致密封失效，会发生严重渗漏。尤其是当介质是重油时，由于重油中含有砂，一旦重油和砂积聚在密封机构处也会影响密封质量。因此，该种换阀堵对介质的敏感度很高，这样就影响导流孔换阀堵自身在承受载体内部压力的状态下绝对密封的能力。

发明内容

为克服上述问题，本发明提供了一种换阀堵，其解决了传统产品对介质敏感度高，不易安装与拆卸的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种换阀堵，具有与载体密封配合的前端，以及工作时可与换阀工具相配合的后端，包括：换阀堵体、推杆、阀芯、弹簧、“O”型密封圈、弹簧垫和挡圈。

其中，换阀堵体的中心设有从前端向后端方向延伸的导流孔，该导流孔为换阀堵提供了压力平衡通道。在换阀堵体对应前端位置处设有与载体内锥面之间密封的第一锥面，对应后端位置处设有外六角。在第一锥面上开有凹槽，“O”型密封圈安装在凹槽中进而与载体内锥面实现密封。在换阀堵体的外壁上开设有与载体内螺纹相配合的螺纹。在导流孔内靠近前端位置处装设有挡圈，弹簧安装于挡圈靠近后端方向的一侧，弹簧的另一端连接有阀芯。所述导流孔中设置有可与阀芯锥面密封的第二锥面，在不受到其他外力时，阀芯在弹簧作用下可与导流孔的第二锥面实现密封。在挡圈和弹簧之间还设有弹簧垫。推杆设置在阀芯远离弹簧的一侧，当换阀工具安装于换堵阀的后端时，推杆会推动阀芯挤压弹簧并与密封面脱开，实现导流孔的导通。

采用上述技术方案，通过对阀芯的结构进行改进，并将其与换阀堵体的导流孔密封面采用锥面密封，在力的作用下锥面之间的间隙为零，这样换阀堵可以承受20000Psi的工作压力。

进一步的，在阀芯与导流孔的第二锥面相配合的密封面上开设有密封槽，该密封槽中设有一密封材料，该处密封为非金属密封。非金属密封所要求的密封表面粗糙度不像金属密封对密封表面所要求的密封表面高，一般密封表面的粗糙度达到3.2微米就可以了，所以对制造来说不是要求很高，这样便于在现场进行维修和保养。除此以外，采用非金属密封的目的就是考虑介质中含有流砂，流砂会对密封表面进行冲刷，当流砂对密封面的表面产生磨损和严重的凹槽时，非金属密封材料在密封时可以对磨损的表面进行变形与弥补，非金属密封材料对流砂有吸附和减磨的作用，在力的作用下不会失去密封的能力。不难看出，本发明的换堵阀对介质的敏感度不高,这样就不影响导换阀堵自身在承受载体内部压力的状态下绝对密封的能力。

优选的，上述阀芯上的密封材料采用HNBR-高饱和抗硫化氢橡胶，该高饱和抗硫化氢橡胶可用于-46℃低温、120℃高温、以及含二氧化碳和硫化氢介质。此外，阀芯上的密封材料采用直接在阀芯上硫化而成型，在工作中该密封材料不会自行脱落，这样就保证了换阀堵在使用中的安全可靠。

本发明与现有技术相比，其优点在于：

1、本发明的换阀堵在导流孔处采用的是非金属密封，该种方式对介质的敏感度不高，这样就不影响换阀堵自身在承受载体内部压力的状态下绝对密封的能力。即使是流砂对密封面的表面产生磨损，产生严重的凹槽时，非金属密封材料在密封时依然可以对磨损的表面进行变形与弥补，使其不会失去密封的能力。

2、阀芯与换阀堵体的密封面采用锥面密封，在力的作用下锥面之间的间隙为零，这样换阀堵可以承受20000Psi的工作压力。

3、非金属密封所要求的密封表面粗糙度不像金属密封对密封表面所要求的密封表面高，一般密封表面的粗糙度达到3.2微米就可以了，所以对制造工艺要求不是很高，便于在现场进行维修和保养。

综上，本发明具有结构紧凑，使用寿命长，安全可靠，在压力降低或波动情况下不会影响密封质量的优点。

以下将结合附图和实施例，对本发明进行较为详细的说明。

附图说明

图1为本发明的使用状态图。

图2为本发明的剖视图。

图3为图2的局部放大图。

图4为导通孔导通时，本发明的工作原理图。

图5为导通孔密封时，本发明的工作原理图。

图中，100、载体，101、换阀堵，102、阀门，103、适配法兰，104、换阀工具，101a、前端，101b、后端，1、换阀堵体，2、推杆，3、阀芯，4、弹簧，5、“O”型密封圈，6、弹簧垫，7、挡圈，8、导流孔，9、第一锥面，10、外六角，11、螺纹，12、第二锥面，31、密封面，32、密封槽，33、密封材料。

具体实施方式

实施例，

请参阅图1至5，一种换阀堵101，具有前端101a和后端101b，其包括：换阀堵体1、推杆2、阀芯3、弹簧4、“O”型密封圈5、弹簧垫6和挡圈7。

其中，换阀堵体1的中心设有从前端向后端方向延伸的导流孔8，该导流孔8为换阀堵提供了压力平衡通道。前述推杆2、阀芯3、弹簧4、弹簧垫6和挡圈7均安装在导流孔8内。

在换阀堵体1对应前端101a位置处，设有与载体100内锥面之间密封的第一锥面9，对应后端位置处设有外六角10。在第一锥面9上开有凹槽，“O”型密封圈5安装在凹槽中进而与载体内锥面实现密封。此锥面与载体内锥面之间的密封属于非金属密封。

在换阀堵体1的外圆周壁上开设有与载体内螺纹相配合的螺纹11。工作时，通过适配法兰103和换阀工具104，利用该螺纹11将换堵阀101安装在载体100上。

在导流孔8内靠近前端101a位置处装设有挡圈7，弹簧4安装于挡圈7靠近后端101b方向的一侧，在挡圈7和弹簧4之间还设有弹簧垫6。弹簧4的另一端连接有阀芯3，该阀芯3上设有锥形的密封面31，密封面31上开设有密封槽32，该密封槽中直接硫化有一密封材料33，该处密封为非金属密封。优选的，密封材料采用HNBR-高饱和抗硫化氢橡胶，该高饱和抗硫化氢橡胶可用于-46℃低温、120℃高温、以及含二氧化碳和硫化氢介质。

在导流孔8中设置有可与阀芯锥面密封的第二锥面12，在不受到其他外力时，阀芯3在弹簧4作用下可与导流孔的第二锥面12实现非金属密封。

推杆2设置在阀芯3远离弹簧4的一侧，当换阀工具104安装于换堵阀的后端时，推杆2会推动阀芯3挤压弹簧4并与密封面脱开，实现导流孔的导通。

本发明的工作原理如下：

1、当换阀堵被安装在换阀工具上时，换阀堵中的推杆会推动阀芯与第二锥面脱开，导流孔导通，弹簧此时受压缩并积蓄回弹能量，在换阀堵安装的整个过程当中，导流孔始终保持畅通，载体内的压力可以通过导流孔传递到换阀堵的后端，这样在换阀堵前端压力与后端压力达到平衡，在换阀堵外壁螺纹处几乎没有摩擦力，这样通过换阀工具就能很轻松把换阀堵安装好。

2、当取出换阀工具后，受压缩的弹簧回弹，推动阀芯与第二锥面接触并密封，泄放换阀堵后端压力直到为零，这样就可以更换阀门了。

3、当需要拆卸换阀堵时只要重新利用适配法兰和换阀工具，推动换阀堵推杆并顶开阀芯，导流孔导通，换阀堵前端压力与后端压力达到平衡，这样就可以轻松拆卸换阀堵。

以上所述仅是对发明的较佳实施例，并非对发明的范围进行限定，故在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明所述的构造、特征及原理所做的等效变化或装饰，均应落入本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种换阀堵，具有与载体密封配合的前端，以及工作时可与换阀工具相配合的后端；其特征在于：包括换阀堵体、推杆、阀芯、弹簧和挡圈；

所述换阀堵体的中心设有从前端向后端方向延伸的导流孔，在导流孔内靠近前端位置处装设有挡圈，弹簧安装于挡圈靠近后端方向的一侧，弹簧的另一端连接有阀芯，在导流孔中设置有可与阀芯锥面密封的第二锥面；在不受到其他外力时，所述阀芯在弹簧作用下可与导流孔的第二锥面实现密封；所述推杆设置在阀芯远离弹簧的一侧，当换阀工具安装于换堵阀的后端时，推杆会推动阀芯挤压弹簧并与密封面脱开，实现导流孔的导通。

2.如权利要求1所述换阀堵，其特征在于：所述换阀堵体对应前端位置处设有与载体内锥面之间密封的第一锥面，对应后端位置处设有外六角；所述第一锥面上开有凹槽，该凹槽中安装有与载体内锥面实现密封的“O”型密封圈。

3.如权利要求1所述换阀堵，其特征在于：所述挡圈和弹簧之间还设有弹簧垫。

4.如权利要求1所述换阀堵，其特征在于：所述换阀堵体的外壁上开设有与载体内螺纹相配合的螺纹。

5.如权利要求1至4任一项所述换阀堵，其特征在于：所述阀芯与导流孔的第二锥面相配合的密封面上开设有密封槽，该密封槽中设有一密封材料，所述阀芯与导流孔之间的密封为非金属密封。

6.如权利要求5所述换阀堵，其特征在于：所述密封材料采用HNBR-高饱和抗硫化氢橡胶材料制成。

7.如权利要求5所述换阀堵，其特征在于：所述密封材料直接在阀芯上硫化成型。

8.如权利要求2所述换阀堵，其特征在于：所述第一锥面与载体内锥面之间的密封为非金属密封。