CN109915074A - 一种石油钻井多功能安全旋塞阀 - Google Patents
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Abstract
一种石油钻井多功能安全旋塞阀，包括阀体，在阀体内设有固定阀座，沿流体流动方向在固定阀座下方设有一可相对于固定阀座移动的球阀本体，沿流体流动方向在球阀本体下抵接设有一可复位的活动阀座，活动阀座包括与阀体密封抵接设置的密封部，沿流体流动方向在密封部下设有用于容纳密封部的扩大腔，扩大腔的横截面积大于密封部的横截面积，在阀体内壁上设有若干可破坏的固定销，固定销一端与阀体固连，固定销的另一端插入到活动阀座内。本申请可以在钻井结束将本装置置于指定井深或无法开启时，可通过持续的正向加压，破坏掉固定销，使得球阀本体和活动阀座“一体”后，与固定阀座配合形成一个只能从固定阀座流向活动阀座，而不能反向流动的止逆阀。
Description
技术领域
本申请涉及一种石油钻井多功能安全旋塞阀。
背景技术
钻井过程中，由于无法预测钻井所使用钻柱的具体位置，因此在一些高压环境下，有可能发生井喷事故，由于井喷的不可控性，在发生井喷时，特别容易发生意外。为了避免该事件的发生，一般设置旋塞阀以在发生井喷井涌等事故时，通过对旋塞阀的操作来直接关闭通道，以达到解决井喷井涌的目的。
但是需要指出的是，当钻井到指定井深后，为了避免发生井喷现象，旋塞阀一般是处在关闭状态。但是此时需要旋塞阀能够起到止逆阀的作用，即外接的泥浆可以通过旋塞阀进入到内部，而内部的压力介质不会通过旋塞阀流通到外界。
CN106015625A公开了一种石油钻井用双向密封多用途旋塞阀，包括阀体、下阀座、弹簧、旋钮、球体、上阀座、定位环、扶正螺钉、转换螺钉、轴承、定位面、拆装槽、流通槽、导向螺钉等，阀体两端加工有螺纹，其台阶向上开有均匀分布的径向孔，孔内装有转换螺钉，其台阶向上还加工有另一个径向孔，孔内装有导向螺钉，阀体与下阀座间有密封，阀体与旋钮之间装有轴承，定位面位于旋钮上，拆装槽是加工于定位环上端面上的环形槽，球体分别与上阀座、下阀座形成球面密封副，该阀为整体式结构，强度高钢性强，可靠性高，易于操作，适用性强，真正实现了一阀多用，带压操作扭矩小，维护保养方便，使用成本低寿命长。该申请设置转换螺钉，使得在拆除转换螺钉时，能够使得旋塞阀转化为止逆阀。在实施过程中，主要存在如下两个问题：1、整个装置开设的外孔过多，大大降低了此装置整体的可靠性；2、该申请的一阀多用是建立在人为控制的基础上，这使得整个操作过程较为复杂，且可能产生误操作，进而可能诱发生产事故。
发明内容
为了解决上述问题，本申请提出了一种石油钻井多功能安全旋塞阀，包括阀体，在阀体内设有固定阀座，沿流体流动方向在固定阀座下方设有一可相对于固定阀座移动的球阀本体，沿流体流动方向在球阀本体下抵接设有一可复位的活动阀座，所述活动阀座包括与阀体密封抵接设置的密封部，沿流体流动方向在密封部下设有用于容纳密封部的扩大腔，所述扩大腔的横截面积大于密封部的横截面积，在阀体内壁上设有若干可破坏的固定销，所述固定销一端与阀体固连，固定销的另一端插入到活动阀座内。本申请主要是有两个作用，一是在钻井过程中，若出现井喷井涌现象，可通过关闭球阀本体来应对突发状况；二是在钻井结束将本装置置于指定井深或无法开启时，可通过持续的正向加压，破坏掉固定销，使得球阀本体和活动阀座“一体”后，与固定阀座配合形成一个只能从固定阀座流向活动阀座，而不能反向流动的止逆阀。
优选的，所述球阀本体包括设在中部的球阀通道，在球阀本体的侧部设有一与球阀通道垂直设置的调节槽，在阀体上设有一与调节槽配合设置的旋钮，所述旋钮上设有与调节槽配合设置的条形块；所述旋钮与阀体之间设有聚四氟乙烯垫圈；所述条形块通过一定位板固设在旋钮上，所述定位板上设有垂直设置的第一定位面和第二定位面，所述第一定位面和第二定位面中的一个与条形块平行设置，所述第一定位面的数量为一个或两个，所述第二定位面的数量为一个或两个。通过调节槽与旋钮的配合，使得其能够调节球阀本体，而在旋钮和调节槽沿流体流动方向设置时，旋钮不会阻碍球阀本体的运动。
优选的，所述密封部的下方设有一导向管，所述导向管的外壁上设有通孔并通过通孔与扩大腔连通设置。
优选的，所述导向管的外部设有归位弹簧，所述归位弹簧的上部与密封部抵接设置，所述归位弹簧的下部与阀体内壁抵接设置。通过将流体的传导、归位弹簧的设置、密封部的配合等集中在一个空间内，使得其互相依赖，从而降低了整个结构的复杂程度，提高了集成化水平。
优选的，所述阀体内固设有剪销座，所述固定销通过插入在剪销座内与阀体固连，所述导向管上设有轴向长孔与固定销配合设置。需要注意的是，在此种情况下，归位弹簧可以和剪销座抵接（此时可以把剪销座看做阀体的一部分）；设置轴向长孔的目的是本身具有一定抗冲击或者缓冲冲击的能力，不会时刻将作用力施加到固定销上，避免影响其压力控制的能力和准确性。
优选的，所述固定销的横截面积为15-180 mm2；所述固定销的数量为2-6个。
优选的，所述固定销被破坏时，活动阀座的上下压力差为10-20MPa。通过可破坏固定销的设置，使得可以在线进行本申请的转化，即从旋塞阀转化为止逆阀。
优选的，所述球阀本体插入到活动阀座内形成球面密封副；所述球阀本体与固定阀座之间形成球面密封副。由于在活动阀座运行时，对球阀本体起导向作用的只有旋钮部分，采用球阀本体插入到活动阀座内的方式，能够提高球阀本体运行时的稳定性，避免发生脱离或者扭曲的现象。
优选的，所述固定阀座包括沿流体流动方向依次布置的压环和上阀座。
优选的，所述固定阀座和阀体之间设有若干密封圈，所述活动阀座和阀体之间也设有若干密封圈形成密封部。
本申请能够带来如下有益效果：
1、本申请主要是有两个作用，一是在钻井过程中，若出现井喷井涌现象，可通过关闭球阀本体来应对突发状况；二是在钻井结束将本装置置于指定井深或无法开启时，可通过持续的正向加压，直接破坏掉固定销，使得球阀本体和活动阀座“一体”后，与固定阀座配合形成一个只能从固定阀座流向活动阀座，而不能反向流动的止逆阀，提高了操作的便利程度；
2、本申请通过调节槽与旋钮的配合，使得其能够调节球阀本体，而在旋钮和调节槽沿流体流动方向设置时，旋钮不会阻碍球阀本体的运动；
3、本申请通过将流体的传导、归位弹簧的设置、密封部的配合等集中在一个空间内，使得其互相协助，从而降低了整个结构的复杂程度，提高了集成化的水平。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本申请的一种结构示意图；
图2为本申请的另一种结构示意图；
图3为旋钮部分的结构示意图；
图中：1、阀体；2、固定阀座；3、球阀本体；4、密封部；5、扩大腔；6、活动阀座；7、固定销；8、剪销座；9、密封圈；21、压环；22、上阀座；31、球阀通道；32、调节槽；33、旋钮；34、条形块；35、定位板；36、第一定位面；37、第二定位面；61、导向管；62、通孔；63、归位弹簧；64、轴向长孔。
具体实施方式
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本申请进行详细阐述。
如图中所示，为了更清楚的阐释本申请的整体构思，下面结合说明书附图以示例的方式进行详细说明。
另外，在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
在第一个实施例中，如图1所示，一种石油钻井多功能安全旋塞阀，包括阀体1，在阀体1内设有固定阀座2，沿流体流动方向在固定阀座2下方设有一可相对于固定阀座2移动的球阀本体3，沿流体流动方向在球阀本体3下抵接设有一可复位的活动阀座6，活动阀座6包括与阀体1密封抵接设置的密封部4，沿流体流动方向在密封部4下设有用于容纳密封部4的扩大腔5，扩大腔5的横截面积大于密封部4的横截面积，在阀体1内壁上设有若干可破坏的固定销7，固定销7一端与阀体1固连，固定销7的另一端插入到活动阀座6内。本申请主要是有两个作用，一是在钻井过程中，若出现井喷井涌现象，可通过关闭球阀本体3来应对突发状况；二是在钻井结束将本装置置于指定井深或无法开启时，可通过持续的正向加压，破坏掉固定销7，使得球阀本体3和活动阀座6“一体”后，与固定阀座2配合形成一个只能从固定阀座2流向活动阀座6，而不能反向流动的止逆阀。
阀体1指的是本申请的外壳，在外壳内设置阀门组件，阀门组件主要是包括两个阀座，即固定阀座2和活动阀座6，和卡接在阀座之间的球阀本体3，在通常情况下球阀本体3和两个阀座之间分别存在密封结构，以保证球阀本体3通过设在中部的孔道来控制流体的流进流出。使用时，将本申请接入钻柱，然后将球阀本体3中的孔道与固定阀座2以及活动阀座6中的通道进行连通，若发生井喷或者井涌时，由于固定阀座2的阻挡，活动阀座6和球阀本体3与固定阀座2之间不会发生相对位移，因此固定销7不会破坏，此时关闭球阀本体3即能避免井喷；当钻井结束将本装置置于指定井深或无法开启时，可通过持续的正向加压，由于球阀本体3可以相对于固定阀座2以及阀体1产生滑动，因此其受到的压力会传递给活动阀座6，活动阀座作用到固定销7上，当达到固定销7的破坏阈值，此时破坏掉固定销7，使得球阀本体3和活动阀座6成为一个整体，且其可以相对于阀体1进行上下运动，与固定阀座2产生连接或者分离的效果，当分离时，流体流过球阀本体3的外表面，进入到扩大腔5，再流出活动阀座6，即完成正向流动；若正向压力消失时，可复位的活动阀座6带动关闭的球阀本体3上升，然后球阀本体3和固定阀座2之间形成密封，即完成了止逆阀的功能，活动阀座6可以通过归位件，如弹簧、配对设置的磁铁、或者是采用自控的方式，如监测位置后利用活塞杆或者伺服电机的方式完成归位。
在第二个实施例中，在前一个实施例的基础上，如图2所示，球阀本体3包括设在中部的球阀通道31，在球阀本体3的侧部设有一与球阀通道31垂直设置的调节槽32，在阀体1上设有一与调节槽32配合设置的旋钮33，如图3所示，所述旋钮33上设有与调节槽32配合设置的条形块34；所述旋钮33与阀体1之间设有聚四氟乙烯垫圈；所述条形块34通过一定位板35固设在旋钮33上，所述定位板35上设有垂直设置的第一定位面36和第二定位面37，所述第一定位面36和第二定位面37中的一个与条形块34平行设置，所述第一定位面36的数量为一个或两个，所述第二定位面37的数量为一个或两个。第一定位面36和第二定位面37为平面形式，通过此种设置提高了整体的可操作性。由于聚四氟乙烯具有自润滑性能，因此在带压开启时能够降低开启的难易程度，提高操作性能。密封部4的下方设有一导向管61，导向管61的外壁上设有通孔62并通过通孔与扩大腔5连通设置。导向管61的外部设有归位弹簧63，归位弹簧63的上部与密封部4抵接设置，归位弹簧63的下部与阀体1内壁抵接设置。通过将流体的传导、归位弹簧63的设置、密封部4的配合等集中在一个空间内，使得其互相依赖，从而降低了整个结构的复杂程度，提高了集成化水平。阀体1内固设有剪销座8，固定销7通过插入在剪销座8内与阀体1固连，导向管61上设有轴向长孔64与固定销7配合设置。在作为旋塞阀时，流体的流动方式是从固定阀座2，球阀本体3中部通道，活动阀座6流出阀体1；当作为止逆阀使用时，首先是破坏掉固定销7，此时的球阀本体3的调节槽32方向与流体方向一致，使得球阀本体3有阻断流体的作用，但是可以以调节槽32作为导向部件的条件下产生轴向活动，因此球阀阀体1将上部的压力传递给活动阀座6，活动阀座6压缩归位弹簧63，活动阀座6上的轴向长孔64相对于固定销7运动直至轴向长孔64的顶部与固定销7抵接，当压力达到阈值之后，完成剪切，此时外部破坏固定销7后，流体通过固定阀座2、球阀本体3的表面、扩大腔5、导向管61上的通孔、导向管61内部然后离开活动阀座6，完成流体的正向流动；当正向压力较小甚至有反向压力时，在归位弹簧63的作用下，活动阀座6带动球阀本体3完成与固定阀座2的抵接，即完成了止逆工作。
可以理解的，固定销7的横截面积为15-180 mm2；固定销7的数量为2-6个。当然，不管采用何种设置，其目的是控制上部压力为多少时能够有破坏的效果，一般情况下，固定销7被破坏时，活动阀座6的上下压力差为10-20MPa。通过可破坏固定销7的设置，使得可以在线进行本申请的转化，即从旋塞阀转化为止逆阀。
可以理解的，球阀本体3插入到活动阀座6内形成球面密封副；球阀本体3与固定阀座2之间形成球面密封副。由于在活动阀座6运行时，对球阀本体起导向作用的只有条形块34，采用球阀本体3插入到活动阀座6内的方式，能够提高球阀本体运行时的稳定性，避免发生脱离或者扭曲的现象。
可以理解的，固定阀座2包括沿流体流动方向依次布置的压环21和上阀座22。
可以理解的，固定阀座2和阀体1之间设有若干密封圈9，活动阀座6和阀体1之间也设有若干密封圈9形成密封部4。
可以理解的，活动阀座6、导向管61、归位弹簧63、固定销7、剪销座8可以作为一个组件使用，直接置于阀体设置的腔室内。
以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。
Claims (10)
1.一种石油钻井多功能安全旋塞阀，其特征在于：包括阀体，在阀体内设有固定阀座，沿流体流动方向在固定阀座下方设有一可相对于固定阀座移动的球阀本体，沿流体流动方向在球阀本体下抵接设有一可复位的活动阀座，所述活动阀座包括与阀体密封抵接设置的密封部，沿流体流动方向在密封部下设有用于容纳密封部的扩大腔，所述扩大腔的横截面积大于密封部的横截面积，在阀体内设有若干可破坏的固定销，所述固定销一端与阀体固连，固定销的另一端插入到活动阀座内。
2.根据权利要求1所述的一种石油钻井多功能安全旋塞阀，其特征在于：所述球阀本体包括设在中部的球阀通道，在球阀本体的侧部设有一与球阀通道垂直设置的调节槽，在阀体上设有一与调节槽配合设置的旋钮，所述旋钮上设有与调节槽配合设置的条形块；所述旋钮与阀体之间设有聚四氟乙烯垫圈；所述条形块通过一定位板固设在旋钮上，所述定位板上设有垂直设置的第一定位面和第二定位面，所述第一定位面和第二定位面中的一个与条形块平行设置，所述第一定位面的数量为一个或两个，所述第二定位面的数量为一个或两个。
3.根据权利要求1所述的一种石油钻井多功能安全旋塞阀，其特征在于：所述密封部的下方设有一导向管，所述导向管的外壁上设有通孔并通过通孔与扩大腔连通设置。
4.根据权利要求3所述的一种石油钻井多功能安全旋塞阀，其特征在于：所述导向管的外部设有归位弹簧，所述归位弹簧的上部与密封部抵接设置，所述归位弹簧的下部与阀体内壁抵接设置。
5.根据权利要求1所述的一种石油钻井多功能安全旋塞阀，其特征在于：所述阀体内固设有剪销座，所述固定销通过插入在剪销座内与阀体固连，所述导向管上设有轴向长孔与固定销配合设置。
6.根据权利要求1所述的一种石油钻井多功能安全旋塞阀，其特征在于：所述固定销的横截面积为15-180 mm2；所述固定销的数量为2-6个。
7.根据权利要求1所述的一种石油钻井多功能安全旋塞阀，其特征在于：所述固定销被破坏时，活动阀座的上下压力差为10-20MPa。
8.根据权利要求1所述的一种石油钻井多功能安全旋塞阀，其特征在于：所述球阀本体插入到活动阀座内形成球面密封副；所述球阀本体与固定阀座之间形成球面密封副。
9.根据权利要求1所述的一种石油钻井多功能安全旋塞阀，其特征在于：所述固定阀座包括沿流体流动方向依次布置的压环和上阀座。
10.根据权利要求1所述的一种石油钻井多功能安全旋塞阀，其特征在于：所述固定阀座和阀体之间设有若干密封圈，所述活动阀座和阀体之间也设有若干密封圈形成密封部。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN112943963A (zh) * | 2021-02-09 | 2021-06-11 | 贵州高峰石油机械股份有限公司 | 一种整体式安全阀 |
| CN112943963B (zh) * | 2021-02-09 | 2024-05-28 | 贵州高峰石油机械股份有限公司 | 一种整体式安全阀 |
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Denomination of invention: Multifunctional safety plug valve for petroleum drilling Effective date of registration: 20200525 Granted publication date: 20200124 Pledgee: Dongying Rural Commercial Bank Co.,Ltd. Pledgor: DONGYING NERA PETROLEUM MECHANICAL MANUFACTURING Co.,Ltd. Registration number: Y2020980002485 |
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Denomination of invention: A multifunctional safety cock valve for oil drilling Effective date of registration: 20221026 Granted publication date: 20200124 Pledgee: Dongying Branch of Bank of Communications Ltd. Pledgor: DONGYING NERA PETROLEUM MECHANICAL MANUFACTURING CO.,LTD. Registration number: Y2022980019504 |
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Denomination of invention: A multifunctional safety plug valve for oil drilling Effective date of registration: 20231030 Granted publication date: 20200124 Pledgee: Dongying Branch of Bank of Communications Ltd. Pledgor: DONGYING NERA PETROLEUM MECHANICAL MANUFACTURING CO.,LTD. Registration number: Y2023980063169 |