CN110067525A - 保压取心用管形阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种保压取心用管形阀，包括启动管、测压接头、密封阀板、密封阀座和双母接头，测压接头与密封阀座经双母接头密封连接为一体，密封阀板与密封阀座配合组成动密封组合。其中密封阀座为圆筒状，其上端面设有密封曲面和凸台，凸台上设有圆弧面、凹槽和销轴孔；密封阀板为上下弧面的圆柱，圆柱的外周边设有密封曲面和凸块，凸块上设有销轴孔；密封阀板和密封阀座的密封曲面是同一三维数学曲线驱动的曲面，密封阀板与密封阀座通过销轴铰链翻转实现密封盒开启。该发明最大限度的提高了取心工具的内通径，为取心工具提供更为适应的密封阀部件，且密封方式新颖、可靠，是绳索取心工具、常规取心工具的保压重要部件。

Description

保压取心用管形阀

技术领域

本发明涉及钻探取心作业工具领域，具体是一种用于绳索取心方式、保压取心工具的保压取心用管形阀。

背景技术

天然气水合物赋存于一定的环境，即一定的压力和温度，当环境温度和压力改变时，天然气水合物就分解而失去原始状态 ；天然气水合物的勘探需要的是天然气水合物的原始状态，从而获得天然气水合物的物理性质及储存于地层的参数。要获取原始的天然气水合物只能钻探取心，而且是保温、保压取心工具才能满足要求。同样页岩气的赋存环境改变，页岩气从储存地层中溢出，获得页岩气的原始参数和页岩气储存的原始状况，保温、保压取心是理想的获取方式。石油、天然气的勘探也需要保压功能的取心工具，而保温、保压取心工具的关键部件是密封阀。

保温、保压取心工具是管形，这就对密封阀提出如下要求：一是需要的密封阀门必须是管形阀；二是保温、保压取心工具外形尺寸规范，需要的密封阀门外形尺寸受限制；三是保温、保压取心工具的密封阀内通道必须是畅通的，只是在需要时才把内通道封闭；四是工程施工时保温、保压取心工具的内径越大越有利于提高施工质量。

而传统的阀门密封件的密封面大多是平面、锥面，密封件的移动方向大多是沿阀门的轴向或垂直于阀门的轴向，虽有的密封件的移动是旋转，但是密封的介质是流体，阀门的内通道不用完全打开，而且阀门的外形不受限制，均不能满足保温、保压取心工具的需要。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述技术问题，提供一种密封阀板与密封阀座结合的运动机构、并且能对密封阀板产生机械预紧力，提高密封的可靠性的保压取心用管形阀。

本发明的技术方案包括：

保压取心用管形阀，包括：启动管、测压接头、密封阀板、密封阀座和双母接头，测压接头与密封阀座经双母接头密封连接为一体，密封阀板与密封阀座配合组成动密封组合，其特征在于：所述密封阀座为圆筒状，下端部设有连接螺纹，其上端面设有密封曲面，在一侧高位密封曲面上设有凸台，凸台上设有圆弧面、凹槽和销轴孔；所述密封阀板为上下弧面的圆柱，圆柱的外周边设有密封曲面，在密封阀板的上弧面沿母线一端设有与密封阀座凸台上凹槽动密封配合的凸块，凸块上设有销轴孔；所述密封阀板和密封阀座的密封曲面是同一三维数学曲线驱动的曲面，密封阀板凸块上的销轴孔与密封阀座凸台上的销轴孔通过销轴铰链；密封阀板通过销轴旋转后与密封阀座弧面平行为开启状态，此时密封阀板的弧面与密封阀座的弧面基本在同一弧面；密封阀板通过销轴旋转至与密封阀座弧面垂直为关闭状态时，此时密封阀板的密封曲面与密封阀座的密封曲面构成动密封配合；所述启动管在密封阀板与密封阀座开启状态时，启动管沿轴向与密封阀板内弧面滑动配合。

上述方案进一步包括：

在密封阀板的上弧面沿母线设有连杆槽，连杆槽中部垂直于侧壁设有销轴孔；销轴孔内通过销轴与连杆一端铰链；在连杆上方的双母接头内设有与双母接头轴向滑动密封配合的滑套，滑套的下端与连杆的另一端铰链，滑套的上端部径向设有锁扣孔，锁扣孔内设有锁扣和与锁扣支撑配合的弹簧，在与锁扣孔对应的双母接头内壁上设有与锁扣锁定配合的锁扣插接孔，锁扣向内伸出部分与启动管构成触动配合。

所述滑套为内表面直径相同、外表面上段粗下段细的变径圆筒，在上段设有与双母接头轴向滑动密封配合的密封圈，密封圈的上部设计三个圆周分布的锁扣孔和弹簧挡圈安装槽；锁扣设计成不等径三段圆柱，其中部比两端直径大，锁扣、弹簧、弹簧挡圈依次安装于滑套的锁扣孔内，在滑套外壁下段且位于滑套上行止点处上部的双母接头内壁设有内凸沿，内凸沿上设有与滑套轴向滑动密封配合的密封圈。

在滑套的下端连接扶正套，滑套的下端通过扶正套与连杆铰链。

所述连杆为单面倾斜的锲形板，锲形板的大头端与扶正套铰链，锲形板在密封阀板与密封阀座关闭状态时，连杆嵌入密封阀板的连杆槽内。

在密封阀座的密封曲面上设有同密封曲面相同的三维数学曲线驱动的沟槽，沟槽上安装密封型材，密封阀板的密封曲面通过密封型材与密封阀座的密封曲面构成动密封配合。

所述测压接头中部筒壁上沿径向设有径向变径的截止螺塞孔，截止螺塞孔连通筒壁内外，并由截止螺塞配合密封圈连接密封；垂直于截止螺塞孔轴线设有保护螺塞孔，保护螺塞孔与截止螺塞孔底部连通，并由保护螺塞配合端面密封圈连接密封。

本发明围绕密封阀件的密封面和密封方式进行研究，其有益效果是，解决了现有保温、保压取心工具需要的密封阀门；解决了影响取心工具内径小的瓶颈，最大限度的提高了取心工具的内通径；解决了保温、保压取心工具密封难题为取心工具提供适应的密封阀部件；利用其所处的环境的压力推动密封阀板的翻转并对密封阀板施加预紧力，加强密封阀板与密封阀座的密封可靠性。

附图说明

图1为一种保压取心用管形阀的结构示意图；

图2为图1中A-A视图；

图3为图1中密封阀板开启状态的结构图；

图4为图1中密封阀座的左视图；

图5为图1中B处局部放大图；

图6为图1中C处局部放大图；

图7为图1中密封阀板的立体示意图；

图8为密封阀板与密封阀座关闭（密封）状态的结构图。

图中：1启动管，2测压接头，3、7、9、18、19密封圈，4弹簧挡圈，5锁扣，6弹簧， 8滑套， 10扶正套，11、13、15销轴，12连杆， 14密封阀板， 16密封阀座，17双母接头， 20截止螺塞，21端面密封圈，22保护螺塞，23密封型材。

具体实施方式

下面参照附图和具体实施例，对本发明作进一步描述。

实施例1，一种自重旋转、自重压紧密封阀板的保压取心用管形阀。参照图1，包括：启动管1、测压接头2、密封阀板14、密封阀座16和双母接头17，测压接头2与密封阀座16经双母接头17密封连接为一体，密封阀板14与密封阀座16配合组成动密封组合。

参照附图4和8，所述密封阀座16为圆筒状，下端部设有连接螺纹，其上端面设有密封曲面F，在一侧高位密封曲面上设有凸台M，凸台M上设有圆弧面V、凹槽和销轴孔G。

参照附图3和7，所述密封阀板14为上下弧面的圆柱，圆柱的外周边设有密封曲面E，在密封阀板14的上弧面沿母线一端设有与密封阀座16凸台上凹槽动密封配合的凸块N，凸块N上设有销轴孔。

所述密封阀板14和密封阀座16的密封曲面E、F是同一三维数学曲线驱动的曲面，密封阀板14凸块N上的销轴孔与密封阀座凸台M上的销轴孔G通过销轴15铰链。密封阀板14通过销轴15旋转后与密封阀座16弧面平行为开启状态，此时密封阀板14的弧面与密封阀座16的弧面基本在同一弧面（参照图1）。密封阀板14通过销轴15旋转至与密封阀座16弧面垂直为关闭状态时，此时密封阀板14的密封曲面E与密封阀座16的密封曲面F构成动密封配合（参照图8）。所述启动管1在密封阀板14与密封阀座16开启状态时，启动管1沿轴向与密封阀板14内弧面(即前述的下弧面)滑动配合。

其工作原理是：密封阀板14上的不完全圆柱面U与密封阀座16凸台M的弧面V配合；启动管1插入管形阀内部，这是取心施工的状态；取心施工完毕，启动管1与管状阀差动，并带动启动管1内容物向上运动；当启动管1的下端面超过密封阀板14的高点时，启动管1对密封阀板14的限制解除，密封阀板14在自重作用下翻转到密封状态。

实施例2，是一种动力翻转、预压紧密封阀板14的保压取心用管形阀，参照附图1、5、6，在实施例1基础上，进一步包括：在密封阀板14的上弧面沿母线设有连杆槽，连杆槽中部垂直于侧壁设有销轴孔（参照附图7）；销轴孔内通过销轴13与连杆12一端铰链；在连杆12上方的双母接头17内设有与双母接头17轴向滑动密封配合的滑套8，滑套8的下端与连杆12的另一端铰链，滑套8的上端部径向设有锁扣孔，锁扣孔内设有锁扣5和与锁扣支撑配合的弹簧6，在与锁扣孔对应的双母接头17内壁上设有与锁扣5锁定配合的锁扣插接孔，锁扣5向内伸出部分与启动管构成触动配合。

实施例3，参照附图1、5、在实施例2的基础上，所述滑套8为内表面直径相同、外表面上段粗下段细的变径圆筒，在上段设有与双母接头17轴向滑动密封配合的密封圈7，密封圈的上部设计三个圆周分布的锁扣孔和弹簧挡圈安装槽；锁扣5设计成不等径三段圆柱，其中部比两端直径大，锁扣5、弹簧6、弹簧挡圈4依次安装于滑套的锁扣孔内，在滑套8外壁下段且位于滑套上行止点处上部的双母接头17内壁设有内凸沿，内凸沿上设有与滑套8轴向滑动密封配合的密封圈9。

实施例4，参照附图1、6、在实施例2或3的基础上在滑套8的下端连接扶正套10，滑套8的下端通过扶正套10与连杆12铰链。

作为实施例2/3/4的优选之一，所述连杆12为单面倾斜的锲形板，锲形板的大头端与扶正套10铰链，锲形板在密封阀板14与密封阀座16关闭状态时，连杆12嵌入密封阀板12的连杆槽内。

参照附图6，上述所有实施例进一步优选的，在密封阀座16的密封曲面F上设有同密封曲面相同的三维数学曲线驱动的沟槽，沟槽上安装密封型材23，密封阀板14的密封曲面E通过密封型材23与密封阀座16的密封曲面F构成动密封配合。

参照附1和6，上述所有实施例更进一步优选的，所述测压接头2中部筒壁上沿径向设有径向变径的截止螺塞孔，截止螺塞孔连通筒壁内外，并由截止螺塞20配合密封圈19连接密封；垂直于截止螺塞孔轴线设有保护螺塞孔，保护螺塞孔与截止螺塞孔底部连通，并由保护螺塞22配合端面密封圈21连接密封。

实施例2、3和4的工作原理：动力机构是由滑套8（或扶正套10）、连杆12依次用销轴11、销轴13连接于密封板阀14上；双母接头17凸台上的沟槽安装密封件9，安装了密封件7的滑套8装入双母接头17，启动管1装入滑套8内时推动锁扣5压缩弹簧6，锁扣5挂在双母接头17锁扣插接孔（或者螺纹与内孔的内台肩上）形成动力驱动机构的锁定，这是取心施工的状态。

取心施工完毕，启动管1与管形阀差动，并带动启动管1内容物向上运动；当启动管1的下端面超过滑套8的上端面时，锁扣5的限定解除并在弹簧6的作用下向内移动，锁扣5脱离双母接头17内台肩，驱动机构的锁定解除，管形阀内的压力与密封腔T的压力差作用在滑套8的上，产生推动滑套8的力，滑套8推动扶正套10、连杆12、密封阀板14翻转，密封阀板14翻转90度后，连杆12折叠于密封板阀14之上，滑套8继续推动扶正套10，并将密封阀板14压紧在密封阀座16上，这是密封状态。

上述实施例的管形阀其密封方式是相同的。参照附图3，密封阀板14与密封阀座16的密封方法是组合密封；密封阀板14的密封曲面E与密封阀座16的密封曲面F是机械配合，密封型材23与密封阀座16的沟槽是密封配合，密封阀板14的密封曲面E与密封型材23是密封配合。

密封状态的管形阀到达地面后卸下保护螺塞22后安装压力表等测压装置，卸松截止螺塞20即可测量压力。

Claims (9)

1.保压取心用管形阀，包括：启动管、测压接头、密封阀板、密封阀座和双母接头，测压接头与密封阀座经双母接头密封连接为一体，密封阀板与密封阀座配合组成动密封组合，其特征在于：所述密封阀座为圆筒状，下端部设有连接螺纹，其上端面设有密封曲面，在一侧高位密封曲面上设有凸台，凸台上设有圆弧面、凹槽和销轴孔；所述密封阀板为上下弧面的圆柱，圆柱的外周边设有密封曲面，在密封阀板的上弧面沿母线一端设有与密封阀座凸台上凹槽动密封配合的凸块，凸块上设有销轴孔；所述密封阀板和密封阀座的密封曲面是同一三维数学曲线驱动的曲面，密封阀板凸块上的销轴孔与密封阀座凸台上的销轴孔通过销轴铰链；密封阀板通过销轴旋转后与密封阀座弧面平行为开启状态，此时密封阀板的弧面与密封阀座的弧面基本在同一弧面；密封阀板通过销轴旋转至与密封阀座弧面垂直为关闭状态时，此时密封阀板的密封曲面与密封阀座的密封曲面构成动密封配合；所述启动管在密封阀板与密封阀座开启状态时，启动管沿轴向与密封阀板内弧面滑动配合。

2.根据权利要求1所述的保压取心用管形阀，其特征在于：在密封阀板的上弧面沿母线设有连杆槽，连杆槽中部垂直于侧壁设有销轴孔；销轴孔内通过销轴与连杆一端铰链；在连杆上方的双母接头内设有与双母接头轴向滑动密封配合的滑套，滑套的下端与连杆的另一端铰链，滑套的上端部径向设有锁扣孔，锁扣孔内设有锁扣和与锁扣支撑配合的弹簧，在与锁扣孔对应的双母接头内壁上设有与锁扣锁定配合的锁扣插接孔，锁扣向内伸出部分与启动管构成触动配合。

3.根据权利要求2所述的保压取心用管形阀，其特征在于：所述滑套为内表面直径相同、外表面上段粗下段细的变径圆筒，在上段设有与双母接头轴向滑动密封配合的密封圈，密封圈的上部设计三个圆周分布的锁扣孔和弹簧挡圈安装槽；锁扣设计成不等径三段圆柱，其中部比两端直径大，锁扣、弹簧、弹簧挡圈依次安装于滑套的锁扣孔内，在滑套外壁下段且位于滑套上行止点处上部的双母接头内壁设有内凸沿，内凸沿上设有与滑套轴向滑动密封配合的密封圈。

4.根据权利要求2所述的保压取心用管形阀，其特征在于：在滑套的下端连接扶正套，滑套的下端通过扶正套与连杆铰链。

5.根据权利要求3所述的保压取心用管形阀，其特征在于：所述连杆为单面倾斜的锲形板，锲形板的大头端与扶正套铰链，锲形板在密封阀板与密封阀座关闭状态时，连杆嵌入密封阀板的连杆槽内。

6.根据权利要求1-4任一所述的保压取心用管形阀，其特征在于：在密封阀座的密封曲面上设有同密封曲面相同的三维数学曲线驱动的沟槽，沟槽上安装密封型材，密封阀板的密封曲面通过密封型材与密封阀座的密封曲面构成动密封配合。

7.根据权利要求1-4所述的保压取心用管形阀，其特征在于：所述测压接头中部筒壁上沿径向设有径向变径的截止螺塞孔，截止螺塞孔连通筒壁内外，并由截止螺塞配合密封圈连接密封；垂直于截止螺塞孔轴线设有保护螺塞孔，保护螺塞孔与截止螺塞孔底部连通，并由保护螺塞配合端面密封圈连接密封。

8.根据权利要求5所述的保压取心用管形阀，其特征在于：所述测压接头中部筒壁上沿径向设有径向变径的截止螺塞孔，截止螺塞孔连通筒壁内外，并由截止螺塞配合密封圈连接密封；垂直于截止螺塞孔轴线设有保护螺塞孔，保护螺塞孔与截止螺塞孔底部连通，并由保护螺塞配合端面密封圈连接密封。

9.根据权利要求1所述的保压取心用管形阀，其特征在于：所述双母接头两端设有密封镗孔和连接螺纹。