CN111101893B - 一种井下抽油泵安全阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种井下抽油泵安全阀，包括上段筒体、中段筒体、下段筒体和下接头依次连接，衬管和导向挂钩分别设置于上段筒体和中段筒体内；下段筒体下内侧设置阀座，阀座下部设有销轴、阀板以及扭簧；在衬管、导向挂钩、中段筒体、下段筒体和阀座形成的整体内部，设有轴向伸缩配合的上部芯管和下部芯管，对接短节设置于下部芯管内部；下部芯管和导向挂钩之间通过导向螺钉轴向限位，下部芯管下部外侧通过固定螺钉固定连接有推环；在衬套和上部芯管及下部芯管所形成环空内设有述弹簧A；在下段筒体和下部芯管之间设置有作用于中段筒体下端面和推环上端面之间的弹簧B。本发明适用于井下抽油泵式稠油热采注采一体化管柱。

Description

一种井下抽油泵安全阀

技术领域

本发明涉及石油开采技术领域，更具体地说，是涉及一种井下抽油泵安全阀。

背景技术

井下抽油泵是一种杆式注塞泵，由于其制造成本较低，在各大油田被广泛使用；尤其是由于其内部结构简单，且可以由全金属制成，所以在稠油热采井注采一体化管柱中也得到了较多的应用。

井下安全阀用于控制井下管柱内部通道开关，是井下安全控制系统中不可或缺的组成部分之一。

但是，在井下抽油泵式稠油热采注采一体化管柱中，由于其管柱内部设有用于驱动泵内注塞的抽油杆，当常规井下安全阀设置于泵上时安全阀的阀板无法关闭；此外，还由于现有可用在泵下的深井安全阀耐温等级无法满足耐温要求，而现有高温井下安全阀耐压等级无法满足下深要求，所以，目前井下抽油泵式稠油热采注采一体化管柱中没有满足要求的井下安全阀可用，给生产安全和工艺措施的实施带来了很大的隐患和不便。

发明内容

本发明的目的主要是针对现有井下抽油泵式稠油热采注采一体化管柱在生产过程中存在安全隐患和工艺措施实施不便的问题，提供一种井下抽油泵安全阀。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明井下抽油泵安全阀，包括上段筒体、衬管、导向挂钩、中段筒体、下段筒体、阀座、下接头、对接短节、上部芯管、弹簧A、导向螺钉、下部芯管、弹簧B、固定螺钉、推环、扭簧、销轴和阀板；

所述上段筒体、中段筒体、下段筒体和下接头上至下依次固定密封连接，所述衬管和导向挂钩分别固定设置于上段筒体和中段筒体内部，且所述衬管下端面和导向挂钩上端面接触；所述下段筒体下部内侧设置有阀座，所述阀座下部设有与其固定连接的销轴、与其绕销轴转动配合的阀板、以及同轴安装于销轴上并同时作用在阀座和阀板上的扭簧；

在所述衬管、导向挂钩、中段筒体、下段筒体和阀座形成的整体内部，设有轴向伸缩配合的上部芯管和下部芯管，所述对接短节设置于下部芯管内部；所述下部芯管和导向挂钩之间通过导向螺钉进行周向限位，所述下部芯管下部外侧通过固定螺钉固定连接有推环；

在所述衬套和上部芯管及下部芯管所形成环空内设有所述弹簧A；在所述下段筒体和下部芯管之间设置有作用于中段筒体下端面和推环上端面之间的弹簧B。

所述衬管内径上部由上至下设有两个环槽，在阀板处于关闭状态时，所述上部芯管的弹性爪上部的凸起位于两个环槽之间，且所述上部芯管的弹性爪上部的凸起到衬管内径上部由上至下第二个环槽的距离与上部芯管和下部芯管之间伸缩限位的最大行程相等；所述衬管内径中部设有用于对上部芯管向上限位的台肩，内部设有供上部芯管和弹簧A安装和运动的空间，下端与导向挂钩接触。

所述导向挂钩上部设有用于与导向螺钉配合的导向槽，其外径中部设有用于轴向限位的台肩，其下部设有弹性爪，且每个弹性爪内径下部均设有向内的挂钩。

所述中段筒体内径上部设有固定安装的导向挂钩和对导向挂钩定位的台肩，其内径中部设有供导向挂钩下部弹性爪向外张开的空间，其下端与弹簧B上端面配合，其外径下部固定密封连接有下段筒体。

所述阀座内径下部设有用于与阀板密封配合的密封面，其侧壁下部设有与其中心轴成法向并用于安装销轴的轴孔。

所述上部芯管上部设有弹性爪，且每个弹簧爪上部均设有向内和向外的凸起，其外径中部设有台肩，且该台肩上端面用于与衬管内径中部的台肩轴向限位配合，该台肩下端面与弹簧A上端接触，其下部设有用于与下部芯管配合的开口限位槽，除其弹性爪上部向内凸起的内径小于对接短节上部台肩的外径以外，其余部分内径均大于或等于对接短节上部台肩外径。

所述下部芯管上部设有与上部芯管下部的开口限位槽配合的限位臂，其外径在限位臂下部设有第一台肩，且该第一台肩上端面与弹簧A下端接触，该第一台肩的外径上设有用于安装导向螺钉的径向螺纹孔，其外径在第一台肩下部设有用于与导向挂钩下部挂钩配合且上部带有引导斜面的第二台肩，在第二台肩下部设有与导向挂钩位置相对的弹性爪，且每个该弹性爪上部设有向内的凸起，其外径下部设有通过固定螺钉固定连接的所述推环，除其弹性爪上部向内凸起的内径小于对接短节上部台肩的外径以外，其余部分内径均大于或等于对接短节上部台肩外径。

所述扭簧同轴安装于销轴上，并同时作用在阀座和阀板上，且在扭簧的作用下，所述阀板上部的密封面与阀座内径下部的密封面密封配合。

所述阀板上部设有用于与阀座内径下部的密封面配合的密封面，其侧方设有与其中心轴成法向并用于与销轴配合的轴孔。

通过下入或上提对接短节控制所述阀板的打开或关闭；开启所述阀板时，先由对接短节部分推开所述阀板，再由下部芯管完全推开阀板。

与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：

本发明实现了通过上提或下放携带对接短节的抽油杆柱来控制高温井下安全阀的关闭或开启，解决了现有井下抽油泵式稠油热采注采一体化管柱存在生产安全隐患和工艺措施实施不便的问题，在一定程度上提高了生产和作业的安全性，为稠油热采工艺技术的进步奠定了技术基础。

附图说明

图1是本发明关闭状态剖面结构示意图；

图2是本发明打开状态剖面结构示意图；

图3是本发明中上部芯管的结构示意图；

图4是本发明中下部芯管的结构示意图。

附图标记：1上段筒体，2衬管，3导向挂钩，4中段筒体，5下段筒体，6阀座，7下接头，8对接短节，9上部芯管，10弹簧A，11导向螺钉，12下部芯管，13弹簧B，14固定螺钉，15推环，16扭簧，17销轴，18阀板，19抽油杆。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的描述。

如图1至图4所示，本发明井下抽油泵安全阀，主要由上段筒体1、衬管2、导向挂钩3、中段筒体4、下段筒体5、阀座6、下接头7、对接短节8、上部芯管9、弹簧A10、导向螺钉11、下部芯管12、弹簧B13、固定螺钉14、推环15、扭簧16、销轴17和阀板18等组成。

所述上段筒体1、中段筒体4、下段筒体5和下接头7上至下依次固定密封连接。所述衬管2和导向挂钩3分别固定设置于上段筒体1和中段筒体4内部，且所述衬管2下端面和导向挂钩3上端面接触。所述下段筒体5下部内侧设置有阀座6，所述阀座6下部设有与其固定连接的销轴17、与其绕销轴17转动配合的阀板18、以及同轴安装于销轴17上并同时作用在阀座6和阀板18上的扭簧16。

在所述衬管2、导向挂钩3、中段筒体4、下段筒体5和阀座6形成的整体内部，设有轴向伸缩配合的上部芯管9和下部芯管12。所述对接短节8设置于下部芯管12内部，所述对接短节8上端与抽油杆连接，其外径上部设有双侧带有引导斜面的台肩，其外径下端与井下抽油泵注塞连接。所述下部芯管12和导向挂钩3之间通过导向螺钉11进行周向限位，所述下部芯管12下部外侧通过固定螺钉14固定连接有推环15。

在所述衬套2和上部芯管9及下部芯管12所形成环空内设有述弹簧A10。在所述下段筒体5和下部芯管12之间设置有作用于中段筒体4下端面和推环15上端面之间的弹簧B13。

所述上段筒体1，其内径上部设有用于与井下管柱连接的内螺纹，其内径中下部设有固定安装的所述衬管2，其外径下部固定密封连接有所述中段筒体4。

所述衬管2内径中部设有用于对上部芯管9向上限位的台肩，内部设有供上部芯管9和弹簧A10安装和运动的空间，下端与导向挂钩3接触。所述衬管2内径上部由上至下设有两个环槽，在阀板18处于关闭状态时，所述上部芯管9的弹性爪上部的凸起位于两个环槽之间，且所述上部芯管9的弹性爪上部的凸起到衬管2内径上部由上至下第二个环槽的距离与上部芯管9和下部芯管12之间伸缩限位的最大行程相等。

所述导向挂钩3，其设置并固定安装于所述中段筒体4内部，其上部设有数个用于与所述导向螺钉11配合的导向槽，其外径中部设有用于轴向限位的台肩，其下部设有数个弹性爪，且每个该弹性爪内径下部均设有向内的挂钩。

所述中段筒体4，其内径上部设有固定安装的所述导向挂钩3和对所述导向挂钩3定位的台肩，其内径中部设有供所述导向挂钩3下部弹性爪向外张开的空间，其下端与所述弹簧B13上端面配合，其外径下部固定密封连接有所述下段筒体5。

所述下段筒体5，其内径上中部设有供所述弹簧B13和推环15安装和运动的空间，其内径下部固定密封连接有所述阀座6，其外径下部固定密封连接有所述下接头7。

所述阀座6内径下部设有用于与阀板18密封配合的密封面，其侧壁下部设有与其中心轴成法向并用于安装销轴17的轴孔。

所述下接头7，其外径下部设有用于连接井下管柱的外螺纹。

所述上部芯管9，其上部设有数个弹性爪，且每个该弹簧爪上部均设有向内和向外的凸起，其外径中部设有台肩，且该台肩上端面用于与所述衬管2内径中部的台肩轴向限位配合，该台肩下端面与所述弹簧A10上端接触，其下部设有用于与所述下部芯管12配合的开口限位槽，除其弹性爪上部向内凸起的内径小于所述对接短节8上部台肩的外径以外，其余部分内径均大于或等于所述对接短节8上部台肩外径。

所述下部芯管12，其上部设有与所述上部芯管9下部的开口限位槽配合的限位臂，其外径在所述限位臂下部设有第一台肩，且该第一台肩上端面与所述弹簧A10下端接触，该第一台肩的外径上设有数个用于安装所述导向螺钉11的径向螺纹孔，其外径在第一台肩下部设有用于与所述导向挂钩3下部挂钩配合且上部带有引导斜面的第二台肩，在第二台肩下部设有数个与所述导向挂钩位置相对的弹性爪，且每个该弹性爪上部设有向内的凸起，其外径下部设有通过所述固定螺钉14固定连接的所述推环15，除其弹性爪上部向内凸起的内径小于所述对接短节8上部台肩的外径以外，其余部分内径均大于或等于所述对接短节8上部台肩外径。

所述扭簧16同轴安装于销轴17上，并同时作用在阀座6和阀板18上，且在扭簧16的作用下，所述阀板18上部的密封面与阀座6内径下部的密封面密封配合。

所述阀板18上部设有用于与阀座6内径下部的密封面配合的密封面，其侧方设有与其中心轴成法向并用于与销轴17配合的轴孔。

通过下入或上提对接短节8控制所述阀板18的打开或关闭。开启所述阀板18时，先由对接短节8部分推开所述阀板18，再由下部芯管12完全推开阀板18。

使用本发明时需将其安装在井下抽油泵上部并随泵一起下入井内，当打开或关闭阀板18时，需要下入或上提携带对接短节8的抽油杆柱。

当需要打开阀板18并进行生产时，将携带对接短节8的抽油杆柱下入井内，并按照打开步骤操作，具体如下：

(1)下入对接短节8，直至对接短节8下端进入下部芯管12并到达阀板18上方；

(2)继续下入对接短节8，当对接短节8下端接触阀板18并继续下入时，阀板18被向下部分打开；

(3)继续下入对接短节8，对接短节8上部的台肩接触并推动上部芯管9克服弹簧A10弹力下移，直至上部芯管9上部向外的凸起到达衬管2内径上部由上至下第二个环槽，此时上部芯管9与下部芯管12伸缩限位达到收缩极限位置；

(4)继续下入对接短节8，上部芯管9上部的弹性爪在对接短节8上部的台肩的作用下向外扩张，此时，上部芯管9上部向内的凸起内径也随之扩大直至达到对接短节8上部台肩外径；

(5)继续下入对接短节8，当对接短节8上部台肩通过上部芯管9上部向内的凸起时，上部芯管9上部的弹性爪回弹至自由状态，并在弹簧A10的作用下向上移动至上部芯管9与下部芯管12伸缩限位的伸长极限位置；

(6)继续下入对接短节8，当对接短节8上部台肩接触到下部芯管12的弹性爪上部向内的凸起后，下部芯管12的弹性爪在对接短节8的作用下向外扩张，并推动导向挂钩3的弹性爪也随之向外扩张，直至导向挂钩3下部的挂钩与下部芯管12的第二台肩脱钩；

(7)在导向挂钩3下部的挂钩与下部芯管12脱钩后，上部芯管9、弹簧A10、下部芯管12和推环15在弹簧B13的作用下整体向下移动，此时阀板18被完全打开；

(8)继续下入对接短节8，对接短节8上部的台肩通过下部芯管12；

(9)至此，阀板18打开动作完成，继续下入对接短节8并与井下抽油泵注塞对接。

当需要关闭阀板18时，按照关闭步骤操作，具体如下：

(1)将对接短节8与井下抽油泵注塞脱离；

(2)上提对接短节8，穿过下部芯管12，直至对接短节8上部台肩与上部芯管9上部向内的凸起接触；

(3)继续上提对接短节8，上部芯管9、弹簧A10、下部芯管12和推环15在对接短节8的作用下克服弹簧B13的弹力整体向上移动，在导向挂钩3下部的挂钩与下部芯管12的第二台肩接触后，导向挂钩3下部的弹性爪在下部芯管12上第二台肩的作用下向外扩张，当下部芯管12上第二台肩通过导向挂钩3下部的弹性爪下部向内的挂钩时，导向挂钩3下部的弹性爪恢复自由状态并同时恢复对下部芯管12的锁定状态；

(4)继续上提对接短节8，上部芯管9、弹簧A10、下部芯管12和推环15在对接短节8的带动下克服弹簧B13弹力整体继续向上移动，在上部芯管9向上移动过程中，阀板18在扭簧16的作用自动关闭，直至上部芯管9外径中部台肩的上端面与衬管2内径中部的台肩接触，此时上部芯管9上部向外的凸起到达衬管2内径上部由上至下第一个环槽；

(5)继续上提对接短节8，上部芯管9的弹性爪在对接短节8上部台肩的作用下向外扩张，此时，上部芯管9向内的凸起内径也随之扩大直至达到对接短节8上部台肩外径；

(6)继续上提对接短节8，当对接短节8上部台肩通过上部芯管9上部向内的凸起后，上部芯管9上部的弹性爪回弹至自由状态，上部芯管9、弹簧A10、下部芯管12和推环15在弹簧B13的作用下整体向下移动至与下部芯管12的第二台肩与导向挂钩3内径下部挂钩挂接位置；

(7)至此，阀板18关闭动作完成。

尽管上面结合附图对本发明的功能及工作过程进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体功能和工作过程，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (9)

1.一种井下抽油泵安全阀，其特征在于，包括上段筒体(1)、衬管(2)、导向挂钩(3)、中段筒体(4)、下段筒体(5)、阀座(6)、下接头(7)、对接短节(8)、上部芯管(9)、弹簧A(10)、导向螺钉(11)、下部芯管(12)、弹簧B(13)、固定螺钉(14)、推环(15)、扭簧(16)、销轴(17)和阀板(18)；

所述上段筒体(1)、中段筒体(4)、下段筒体(5)和下接头(7)上至下依次固定密封连接，所述衬管(2)和导向挂钩(3)分别固定设置于上段筒体(1)和中段筒体(4)内部，且所述衬管(2)下端面和导向挂钩(3)上端面接触；所述下段筒体(5)下部内侧设置有阀座(6)，所述阀座(6)下部设有与其固定连接的销轴(17)、绕销轴(17)转动配合的阀板(18)、以及同轴安装于销轴(17)上并同时作用在阀座(6)和阀板(18)上的扭簧(16)；

在所述衬管(2)、导向挂钩(3)、中段筒体(4)、下段筒体(5)和阀座(6)形成的整体内部，设有轴向伸缩配合的上部芯管(9)和下部芯管(12)，所述对接短节(8)设置于下部芯管(12)内部；所述下部芯管(12)和导向挂钩(3)之间通过导向螺钉(11)进行周向限位，所述下部芯管(12)下部外侧通过固定螺钉(14)固定连接有推环(15)；

在所述衬管(2)和上部芯管(9)及下部芯管(12)所形成环空内设有所述弹簧A(10)；在所述下段筒体(5)和下部芯管(12)之间设置有作用于中段筒体(4)下端面和推环(15)上端面之间的弹簧B(13)；

通过下入或上提对接短节(8)控制所述阀板(18)的打开或关闭；开启所述阀板(18)时，先由对接短节(8)部分推开所述阀板(18)，再由下部芯管(12)完全推开阀板(18)。

2.根据权利要求1所述的井下抽油泵安全阀，其特征在于，所述衬管(2)内径上部由上至下设有两个环槽，在阀板(18)处于关闭状态时，所述上部芯管(9)的弹性爪上部的凸起位于两个环槽之间，且所述上部芯管(9)的弹性爪上部的凸起到衬管(2)内径上部由上至下第二个环槽的距离与上部芯管(9)和下部芯管(12)之间伸缩限位的最大行程相等；所述衬管(2)内径中部设有用于对上部芯管(9)向上限位的台肩，内部设有供上部芯管(9)和弹簧A(10)安装和运动的空间，下端与导向挂钩(3)接触。

3.根据权利要求1所述的井下抽油泵安全阀，其特征在于，所述导向挂钩(3)上部设有用于与导向螺钉(11)配合的导向槽，其外径中部设有用于轴向限位的台肩，其下部设有弹性爪，且每个弹性爪内径下部均设有向内的挂钩。

4.根据权利要求1所述的井下抽油泵安全阀，其特征在于，所述中段筒体(4)内径上部设有固定安装的导向挂钩(3)和对导向挂钩(3)定位的台肩，其内径中部设有供导向挂钩(3)下部弹性爪向外张开的空间，其下端与弹簧B(13)上端面配合，其外径下部固定密封连接有下段筒体(5)。

5.根据权利要求1所述的井下抽油泵安全阀，其特征在于，所述阀座(6)内径下部设有用于与阀板(18)密封配合的密封面，其侧壁下部设有与其中心轴成法向并用于安装销轴(17)的轴孔。

6.根据权利要求1所述的井下抽油泵安全阀，其特征在于，所述上部芯管(9)上部设有弹性爪，且每个弹簧爪上部均设有向内和向外的凸起，其外径中部设有台肩，且该台肩上端面用于与衬管(2)内径中部的台肩轴向限位配合，该台肩下端面与弹簧A(10)上端接触，其下部设有用于与下部芯管(12)配合的开口限位槽，除其弹性爪上部向内凸起的内径小于对接短节(8)上部台肩的外径以外，其余部分内径均大于或等于对接短节(8)上部台肩外径。

7.根据权利要求1所述的井下抽油泵安全阀，其特征在于，所述下部芯管(12)上部设有与上部芯管(9)下部的开口限位槽配合的限位臂，其外径在限位臂下部设有第一台肩，且该第一台肩上端面与弹簧A(10)下端接触，该第一台肩的外径上设有用于安装导向螺钉(11)的径向螺纹孔，其外径在第一台肩下部设有用于与导向挂钩(3)下部挂钩配合且上部带有引导斜面的第二台肩，在第二台肩下部设有与导向挂钩位置相对的弹性爪，且每个该弹性爪上部设有向内的凸起，其外径下部设有通过固定螺钉(14)固定连接的所述推环(15)，除其弹性爪上部向内凸起的内径小于对接短节(8)上部台肩的外径以外，其余部分内径均大于或等于对接短节(8)上部台肩外径。

8.根据权利要求1所述的井下抽油泵安全阀，其特征在于，所述扭簧(16)同轴安装于销轴(17)上，并同时作用在阀座(6)和阀板(18)上，且在扭簧(16)的作用下，所述阀板(18)上部的密封面与阀座(6)内径下部的密封面密封配合。

9.根据权利要求1所述的井下抽油泵安全阀，其特征在于，所述阀板(18)上部设有用于与阀座(6)内径下部的密封面配合的密封面，其侧方设有与其中心轴成法向并用于与销轴(17)配合的轴孔。

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