CN110792589B - 无杆泵固定阀 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种无杆泵固定阀，属于煤层气井开采技术领域。所述无杆泵固定阀包括：阀头、阀头帽、悬垂机构和阀球；阀头和阀头帽连接形成中空腔体，悬垂机构位于中空腔体内部，且具有偏心设计；悬垂机构的内部在轴向上形成有流体通道，且该流体通道的一端向阀头的第一端延伸，并贯穿阀头；悬垂机构偏重一侧形成有阀球座，且阀球设置在阀球座上；阀球座上形成有过流通道，且过流通道的中轴线与流体通道的中轴线垂直。本申请实施例提供了一种适用于水平井的无杆泵固定阀，在水平井中具有较好的泵效。

Description

无杆泵固定阀

技术领域

本申请实施例涉及煤层气井开采技术领域，特别涉及一种无杆泵固定阀。

背景技术

目前，煤层气在开采过程中，主要是通过排出储层中一定量的水后，储层压力低于临界解吸压力，实现煤层中甲烷气体的解吸。

在现有技术中，主要通过无杆泵(如射流泵、管式泵、电潜螺杆泵等)配合固定阀，来将煤层气井中的水排出。固定阀呈柱状结构，固定阀的一端设置有接头，用于和无杆泵连接。固定阀的内部形成有流体通道。在无杆泵工作时，煤层气井中的水能够通过该流体通道到达无杆泵，由无杆泵将水排出。上述流体通道的打开与闭合，可以通过阀球座和阀球来配合实现。阀球座上形成有过流通道，阀球设置在阀球座上。当固定阀下部压力大于固定阀内部压力时，阀球沿固定阀的轴向向上移动，离开阀球座，阀球座上的过流通道被打开，煤层气井内的水经过流通道和固定阀内部的流体通道流入无杆泵内；当固定阀内部压力上升达到一定程度时，阀球在重力作用下，沿固定阀的轴向向下移动回落至阀球座，阀球座上的过流通道被关闭。

煤层气井包括垂直井和水平井。上述现有技术提供的无杆泵固定阀，在垂直井中具有较好的泵效。当上述现有技术提供的无杆泵固定阀应用在水平井中时，无杆泵固定阀中的阀球移动方向在水平方向而非在垂直方向，阀球无法有效回落至阀球座，导致无杆泵固定阀的流体通道无法有效关闭，影响泵效。

发明内容

本申请实施例提供了一种无杆泵固定阀，可用于解决现有技术提供的无杆泵固定阀应用在水平井中时，因其流体通道无法有效关闭,而导致影响泵效的问题。技术方案如下：

一方面，本申请实施例提供一种无杆泵固定阀，所述无杆泵固定阀包括：阀头、阀头帽、悬垂机构和阀球；

所述阀头的第一端形成有用于连接无杆泵的接头，所述阀头的第二端和所述阀头帽的第一端可拆卸连接；

当所述阀头的第二端和所述阀头帽的第一端在轴向上处于连接状态时，所述阀头和所述阀头帽之间形成中空腔体；所述阀头的侧壁和/或所述阀头帽的侧壁上，形成有贯穿所述中空腔体的槽孔；

所述悬垂机构位于所述中空腔体内部，且所述悬垂机构的第一端形成有第一旋转轴，所述悬垂机构的第二端形成有第二旋转轴；所述第一旋转轴和所述阀头之间活动连接，且所述第二旋转轴和所述阀头帽之间活动连接；

所述悬垂机构的内部在所述轴向上形成有流体通道，且所述流体通道的中轴线、所述第一旋转轴的中轴线和所述第二旋转轴的中轴线重合；所述流体通道的一端向所述阀头的第一端延伸，并贯穿所述阀头；

所述悬垂机构具有偏心设计，且所述悬垂机构位于所述流体通道的中轴线的一侧的重量，大于所述悬垂机构位于所述流体通道的中轴线的另一侧的重量；

所述悬垂机构位于所述流体通道的中轴线的一侧形成有阀球座，且所述阀球设置在所述阀球座上；

所述阀球座上形成有过流通道，且所述过流通道的中轴线与所述流体通道的中轴线垂直。

可选地，所述悬垂机构包括：所述第一旋转轴、所述第二旋转轴和阀壳；

所述第一旋转轴的第一端和所述阀头之间活动连接，所述第一旋转轴的第二端和所述阀壳的第一端可拆卸连接；所述第二旋转轴的第一端和所述阀头帽之间活动连接，所述第二旋转轴的第二端和所述阀壳的第二端可拆卸连接；

所述第一旋转轴内部形成有贯穿所述第一旋转轴的第一端和所述第一旋转轴的第二端的第一中空圆柱；

所述阀壳内部形成有贯穿所述阀壳的第一端和所述阀壳的第二端的第二中空圆柱；

所述第一中空圆柱和所述第二中空圆柱连通，形成所述流体通道。

可选地，所述第一中空圆柱的直径和所述第二中空圆柱的直径相同。

可选地，所述阀壳呈不对称中空半圆柱结构。

可选地，所述阀壳的截面半径小于所述中空腔体的截面半径。

可选地，所述第一旋转轴的第二端和所述阀壳的第一端螺纹连接；和/或，所述第二旋转轴的第二端和所述阀壳的第二端螺纹连接。

可选地，所述第一旋转轴的第二端和所述阀壳的第一端的连接位置处设置有第一密封圈；和/或，所述第二旋转轴的第二端和所述阀壳的第二端的连接位置处设置有第二密封圈。

可选地，所述阀球的直径大于所述流体通道的直径。

可选地，所述无杆泵固定阀还包括压帽；

所述压帽的第一端和所述阀头的中部可拆卸连接；

所述第一旋转轴的第一端镶嵌在所述压帽中；

所述压帽的第二端形成有用于限制所述悬垂机构在所述轴向上移动的台阶，以及形成有和所述流体通道贯穿的中空部。

可选地，所述压帽的第一端和所述阀头的连接位置处设置有密封垫。

可选地，所述阀球座和所述悬垂机构之间螺纹连接。

可选地，所述流体通道的中轴线和所述无杆泵固定阀的中轴线重合。

可选地，所述阀头的第二端和所述阀头帽的第一端螺纹连接。

本申请实施例提供的技术方案带来的有益效果可以包括：

通过将悬垂机构设计成偏心结构，使悬垂机构偏重一侧始终保持向下，从而使阀球座始终位于下方，保证了无杆泵固定阀中的阀球移动方向始终在竖直方向，保证了无杆泵固定阀的有效关闭，提升泵效。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请一个实施例提供的无杆泵固定阀的结构示意图。

其中，对附图中的各标号说明如下：

1：阀头；2：阀头帽；3：阀球；4：接头；5：第一旋转轴；6：第二旋转轴；7：阀壳；8：第一密封圈；9：第二密封圈；10：阀球座；11：压帽；12：密封垫。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。

请参考图1，其示出了本申请一个实施例提供的无杆泵固定阀的结构示意图。该无杆泵固定阀可以包括：阀头1、阀头帽2、悬垂机构和阀球3。

如图1所示，阀头1的第一端形成有用于连接无杆泵的接头4，阀头1的第二端和阀头帽2的第一端可拆卸连接。

可选地，上述接头4与无杆泵上的接头相适配，以实现无杆泵与其固定阀之间的可拆卸连接。在一个示例中，上述接头4形成有外螺纹，相应地，无杆泵的接头形成有内螺纹，从而使得无杆泵与其固定阀之间通过螺纹连接。

可选地，阀头1的第二端和阀头帽2的第一端之间为螺纹连接。在一个示例中，阀头1的第二端形成有外螺纹，且阀头帽2的第一端形成有内螺纹；在另一个示例中，阀头1的第二端形成有内螺纹，且阀头帽2的第一端形成有外螺纹。

当阀头1的第二端和阀头帽2的第一端在轴向上处于连接状态时，阀头1和阀头帽2之间形成中空腔体。阀头1的侧壁和/或阀头帽2的侧壁上，形成有贯穿上述中空腔体的槽孔。

可选地，上述中空腔体呈柱体形状，如圆柱体形状。

槽孔用作水平井内流体进入无杆泵固定阀的通道。在本申请实施例中，对槽孔的形状和数量均不作限定。槽孔的截面可以呈圆形、椭圆形、三角形、矩形、圆角矩形或者其它形状。示例性地，槽孔的截面呈圆形，且直径为5mm左右。可选地，槽孔的数量为多个，且在阀头1的侧壁和/或阀头帽2的侧壁上均匀排列。通过上述方式，可以降低对无杆泵固定阀放入水平井时的位置要求，不论侧壁的哪个位置朝向下方，均可相应的槽孔供流体进入无杆泵固定阀。

如图1所示，悬垂机构位于中空腔体内部，且悬垂机构的第一端形成有第一旋转轴5，悬垂机构的第二端形成有第二旋转轴6。第一旋转轴5和阀头1之间活动连接，第二旋转轴6和阀头帽2之间活动连接。

第一旋转轴5和第二旋转轴6的截面呈圆形，以便悬垂机构能够通过上述两个旋转轴在中空腔体内旋转。第一旋转轴5的截面的直径与第二旋转轴6的截面的直径可以相同，也可以不同，本申请实施例对此不作限定。

可选地，如图1所示，阀头1包括前、中、后三个部分，前部形成有接头4，中部形成有和第一旋转轴5相适配的第一限位机构，后部形成有和阀头帽2对接的第一连接部，且该第一连接部为中空结构，用于形成上述中空腔体。阀头帽2包括前、后两个部分，前部形成有和阀头1对接的第二连接部，且该第二连接部为中空结构，用于形成上述中空腔体，中部形成有和第二旋转轴6相适配的第二限位机构。上述第一限位机构和第二限位机构用于控制悬垂机构在轴向和径向上的移动。

如图1所示，悬垂机构的内部在轴向上形成有流体通道，且流体通道的中轴线、第一旋转轴5的中轴线和第二旋转轴6的中轴线重合。流体通道的一端向阀头1的第一端延伸，并贯穿阀头1。流体通道可用作无杆泵固定阀内的流体流入无杆泵的通道。

此外，悬垂机构具有偏心设计，且悬垂机构位于流体通道的中轴线的一侧的重量，大于悬垂机构位于流体通道的中轴线的另一侧的重量。例如，在图1中，悬垂机构位于流体通道的中轴线下方的重量，大于悬垂机构位于流体通道的中轴线上方的重量。采用上述偏心设计，无论无杆泵固定阀的侧壁的哪个位置向下，悬垂机构偏重的那部分始终垂在下方，确保阀球3的正常工作。

可选地，如图1所示，悬垂机构包括：第一旋转轴5、第二旋转轴6和阀壳7。第一旋转轴5的第一端和阀头1之间活动连接，第一旋转轴5的第二端和阀壳7的第一端可拆卸连接；第二旋转轴6的第一端和阀头帽2之间活动连接，第二旋转轴6的第二端和阀壳7的第二端可拆卸连接。

如图1所示，第一旋转轴5内部形成有贯穿第一旋转轴5的第一端和第一旋转轴5的第二端的第一中空圆柱。阀壳7内部形成有贯穿阀壳7的第一端和阀壳7的第二端的第二中空圆柱。上述第一中空圆柱和第二中空圆柱连通，形成上述流体通道。

可选地，第二旋转轴6为实心对称圆柱体。

可选地，阀壳7呈不对称中空半圆柱结构。阀壳7位于中轴一侧偏厚重，且另一侧偏轻薄。可选地，阀壳7的截面半径小于中空腔体的截面半径，以确保阀壳7能够在中空腔体内顺利转动。

可选地，第一中空圆柱的直径和第二中空圆柱的直径相同，以形成一个直通的流体通道，便于流体的顺利流动。

可选地，流体通道的中轴线和无杆泵固定阀的中轴线重合。

可选地，第一旋转轴5的第二端和阀壳7的第一端之间为螺纹连接。在一个示例中，第一旋转轴5的第二端形成有外螺纹，且阀壳7的第一端形成有内螺纹。可选地，如图1所示，第一旋转轴5的第二端和阀壳7的第一端的连接位置处设置有第一密封圈8，以提升第一旋转轴5和阀壳7的连接位置处的密封性能。

可选地，第二旋转轴6的第二端和阀壳7的第二端之间为螺纹连接。在一个示例中，第二旋转轴6的第二端形成有外螺纹，且阀壳7的第二端形成有内螺纹。可选地，如图1所示，第二旋转轴6的第二端和阀壳7的第二端的连接位置处设置有第二密封圈9，以提升第二旋转轴6和阀壳7的连接位置处的密封性能。

如图1所示，悬垂机构位于流体通道的中轴线的一侧(也即偏重一侧)形成有阀球座10，且阀球3设置在阀球座10上。阀球座10上形成有过流通道，且过流通道的中轴线与流体通道的中轴线垂直。

可选地，阀球座10和悬垂机构之间可拆卸连接，如螺纹连接，以方便阀球3的取出和放入。在一个示例中，阀球座10和悬垂机构的阀壳7之间可拆卸连接，如螺纹连接。例如，阀球座10形成有外螺纹，且阀壳7形成有内螺纹。

可选地，阀球3的直径大于流体通道的直径，避免阀球3在流体作用下滚入流体通道内。可选地，阀球3的直径小于阀球座10的直径。

可选地，如图1所示，无杆泵固定阀还包括压帽11。压帽11的第一端和阀头1的中部可拆卸连接。可选地，压帽11的第一端和阀头1的中部之间为螺纹连接。在一个示例中，压帽11的第一端形成有外螺纹，且阀头1的中部形成有内螺纹。另外，压帽11的第二端形成有用于限制悬垂机构在轴向上移动的台阶，以及形成有和流体通道贯穿的中空部，第一旋转轴5的第一端镶嵌在上述压帽11的第二端内。

可选地，如图1所示，压帽11的第一端和阀头1的连接位置处设置有密封垫12，如舌形密封垫，以提升压帽11、阀头1和悬垂机构的连接位置处的密封性能。

下面，对本申请实施例提供的无杆泵固定阀的工作过程和原理进行介绍说明：

将无杆泵固定阀的接头4与无杆泵连接后，放入水平井内，悬垂机构在偏心作用的影响下，阀壳7偏重的一侧始终向下，也即阀壳7设置有阀球3和阀球座10的一侧始终向下。

无杆泵开始工作时，首先无杆泵的活塞上行抽水，无杆泵固定阀内的压力小于水平井内的压力，阀球3沿无杆泵固定阀的径向向上移动离开阀球座10，阀球座10上的过流通道被打开，水平井内的流体依次经过槽孔、过流通道和流体通道流入无杆泵内，实现吸水过程。

无杆泵的活塞上行至最高点后，无杆泵固定阀内部的压力到达一定程度，无杆泵的活塞开始下行，阀球3在重力作用下，沿无杆泵固定阀的径向向下移动回落至阀球座10上，阀球座10上的过流通道被关闭。无杆泵内的水被排出井口，而不会倒流入井筒，实现排水过程。

在排采过程中，无杆泵的吸水和排水过程周期性运行，直到排采工作停止。

需要说明的一点是，本申请实施例中，对于可拆卸连接主要以螺纹连接为例进行介绍说明，在其它实施例中，还可以是卡扣连接、铰链连接等其它可拆卸的连接方式，本申请实施例对此不作限定。

综上所述，本申请实施例提供的技术方案中，通过将悬垂机构设计成偏心结构，使悬垂机构偏重一侧始终保持向下，从而使阀球座始终位于下方，保证了无杆泵固定阀中的阀球移动方向始终在竖直方向，保证了无杆泵固定阀的有效关闭，提升泵效。

并且，由于无杆泵固定阀的侧壁形成有槽孔，即便在排采后期产水减少时，也能确保泵的有效充满。且上述槽孔可以有效缓解流体对无杆泵固定阀内部机构的冲击，延长了无杆泵固定阀的使用寿命，保证了无杆泵固定阀工作的高效性。

应当理解的是，在本文中提及的“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

以上所述仅为本申请的示例性实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无杆泵固定阀，其特征在于，所述无杆泵固定阀包括：阀头、阀头帽、悬垂机构和阀球；

所述阀头的第一端形成有用于连接无杆泵的接头，所述阀头的第二端和所述阀头帽的第一端可拆卸连接；

当所述阀头的第二端和所述阀头帽的第一端在轴向上处于连接状态时，所述阀头和所述阀头帽之间形成中空腔体；所述阀头的侧壁和/或所述阀头帽的侧壁上，形成有贯穿所述中空腔体的槽孔；

所述悬垂机构位于所述中空腔体内部，且所述悬垂机构的第一端形成有第一旋转轴，所述悬垂机构的第二端形成有第二旋转轴；所述第一旋转轴和所述阀头之间活动连接，且所述第二旋转轴和所述阀头帽之间活动连接；

所述悬垂机构的内部在所述轴向上形成有流体通道，且所述流体通道的中轴线、所述第一旋转轴的中轴线和所述第二旋转轴的中轴线重合；所述流体通道的一端向所述阀头的第一端延伸，并贯穿所述阀头；

所述悬垂机构具有偏心设计，且所述悬垂机构位于所述流体通道的中轴线的一侧的重量，大于所述悬垂机构位于所述流体通道的中轴线的另一侧的重量；

所述悬垂机构位于所述流体通道的中轴线的一侧形成有阀球座，且所述阀球设置在所述阀球座上；

所述阀球座上形成有过流通道，且所述过流通道的中轴线与所述流体通道的中轴线垂直。

2.根据权利要求1所述的无杆泵固定阀，其特征在于，所述悬垂机构包括：所述第一旋转轴、所述第二旋转轴和阀壳；

所述第一旋转轴的第一端和所述阀头之间活动连接，所述第一旋转轴的第二端和所述阀壳的第一端可拆卸连接；所述第二旋转轴的第一端和所述阀头帽之间活动连接，所述第二旋转轴的第二端和所述阀壳的第二端可拆卸连接；

所述第一旋转轴内部形成有贯穿所述第一旋转轴的第一端和所述第一旋转轴的第二端的第一中空圆柱；

所述阀壳内部形成有贯穿所述阀壳的第一端和所述阀壳的第二端的第二中空圆柱；

所述第一中空圆柱和所述第二中空圆柱连通，形成所述流体通道。

3.根据权利要求2所述的无杆泵固定阀，其特征在于，所述第一中空圆柱的直径和所述第二中空圆柱的直径相同。

4.根据权利要求2所述的无杆泵固定阀，其特征在于，所述阀壳呈不对称中空半圆柱结构，所述阀壳位于中轴一侧偏厚重，且另一侧偏轻薄。

5.根据权利要求4所述的无杆泵固定阀，其特征在于，所述阀壳的截面半径小于所述中空腔体的截面半径。

6.根据权利要求2所述的无杆泵固定阀，其特征在于，

所述第一旋转轴的第二端和所述阀壳的第一端螺纹连接；

和/或，

所述第二旋转轴的第二端和所述阀壳的第二端螺纹连接。

7.根据权利要求2所述的无杆泵固定阀，其特征在于，

所述第一旋转轴的第二端和所述阀壳的第一端的连接位置处设置有第一密封圈；

和/或，

所述第二旋转轴的第二端和所述阀壳的第二端的连接位置处设置有第二密封圈。

8.根据权利要求1至7任一项所述的无杆泵固定阀，其特征在于，所述阀球的直径大于所述流体通道的直径。

9.根据权利要求1至7任一项所述的无杆泵固定阀，其特征在于，所述无杆泵固定阀还包括压帽；

所述压帽的第一端和所述阀头的中部可拆卸连接；

所述第一旋转轴的第一端镶嵌在所述压帽中；

所述压帽的第二端形成有用于限制所述悬垂机构在所述轴向上移动的台阶，以及形成有和所述流体通道贯穿的中空部。

10.根据权利要求1至7任一项所述的无杆泵固定阀，其特征在于，所述阀头的第二端和所述阀头帽的第一端螺纹连接。

Images