CN111236895B - 一种常开式热采排气阀 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种常开式热采排气阀，常开式热采排气阀包括上接头、阀体和下接头，上接头的下端与阀体的上端相连，阀体的下端与下接头的上端相连，阀体和下接头内设置有贯通的通路，阀体的侧壁上还开设有与阀体内部通路相连的过流孔，上接头的上端设置有管线连接孔，管线连接孔与上接头内的空腔连通，空腔与通路相对密封，上接头内设置有连杆，连杆可滑动地固定在上接头的空腔中，连杆下端连接有阀杆，阀杆穿过密封总成，密封总成使阀杆滑动时空腔与通路保持相对密封，阀杆下端设置有密封堵头，连杆和阀杆可向下滑动，使密封堵头封闭下接头内的通路。

Description

一种常开式热采排气阀

技术领域

本申请涉及但不限于石油开采井下工具领域，特别是一种常开式热采排气阀。

背景技术

为了提高热采效果，海上稠油热采一般采用环空注氮的井筒隔热方式，同时为了符合国家相关对于海上油井的安全法规，需要在必要时封隔井筒。故如何可靠控制开启和关闭热采井井下工具的环空通道是亟需解决的问题。

现有技术中的热采排气阀，或是无法适应热采高温高压工况(温度≥350℃，压力≥21MPa)或是长期处于高压工作状态降低承压可靠性，不适合在海上热采井长期使用。

发明内容

为解决上述问题至少之一，本申请提供了一种常开式热采排气阀，能够可靠地对井筒进行封隔。

本申请提供了一种常开式热采排气阀，常开式热采排气阀包括上接头、阀体和下接头，所述上接头的下端与所述阀体的上端相连，所述阀体的下端与所述下接头的上端相连，所述阀体和所述下接头内设置有贯通的通路，所述阀体的侧壁上还开设有与阀体内部通路相连的过流孔，所述上接头的上端设置有管线连接孔，所述管线连接孔与所述上接头内的空腔连通，所述空腔与所述通路相对密封，

所述上接头内设置有连杆，所述连杆可滑动地固定在所述上接头的空腔中，所述连杆下端连接有阀杆，所述阀杆穿过密封总成，所述密封总成使所述阀杆滑动时所述空腔与所述通路保持相对密封，所述阀杆下端设置有密封堵头，所述连杆和所述阀杆可向下滑动，使所述密封堵头封闭所述下接头内的通路。

相比于现有技术，本申请具有以下有益效果：

本申请提供的常开式热采排气阀，可从地面通过管线连接孔对内部通路的开启关闭进行控制，控制方便、开启及关闭方式可靠实用；在正常工作时，排气阀为常开状态，在工作状态下排气阀内部无压力，避免排气阀及连接的液控管线在高温情况下长期承压，减小了液控管线及排气阀密封失效的风险，同时全部密封机构均采用金属密封，能大大提高在高温高压工况下的密封性能。此外，本申请提供的排气阀结构相对简单，工作可靠性高，在高温高压工况下使用寿命长，大大提高了该排气阀的实用性。

本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述。

附图说明

附图用来提供对本申请技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，并不构成对本申请技术方案的限制。

图1为本申请实施例所述的常开式热采排气阀的结构示意图(开启状态)；

图2为本申请实施例所述的常开式热采排气阀的结构示意图(关闭状态)；

图3为本申请实施例所述的常开式热采排气阀的另一种结构示意图(开启状态)；

图4为本申请实施例所述的常开式热采排气阀的另一种结构示意图(关闭状态)；

图5为图2中A部结构的放大图；

图6为图2中B部结构的放大图；

图7为图2中C部结构的放大图；

图8为图2中D部结构的放大图。

图示说明：

1-上接头，11-管线连接孔，12-空腔，13-第一台阶，14-锥面，2-阀体，21-过流孔，22-密封凹槽，23-复合密封面，24-变形腔，3-下接头，4-连杆，41-弹簧，5-阀杆，51-密封堵头，512-支撑部，513-密封部，6-定位块，61-定位销钉，7-密封块，71-第一连接孔，72-第二连接孔，73-配合部，74-垫片，75-金属密封环，81-第一扶正套，82-第二扶正套，91-阀体内的通路，92-下接头内的通路，10-密封总成。

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明白，下文中将结合附图对本申请的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

本申请实施例提供了一种常开式热采排气阀，如图1至图8所示，排气阀包括上接头1、阀体2和下接头3，上接头1的下端与阀体2的上端相连，阀体2的下端与下接头3的上端相连，阀体2和下接头3内设置有贯通的通路，阀体2的侧壁上还开设有与阀体内的通路91相连的过流孔21，上接头1的上端设置有管线连接孔11，管线连接孔11与上接头1内的空腔12连通，空腔12与阀体内的通路91相对密封，上接头1内设置有连杆4，连杆4可滑动地固定在上接头1的空腔12中，连杆4下端连接有阀杆5，阀杆5穿过密封总成10，密封总成10使阀杆5滑动时空腔12与通路91保持相对密封，阀杆5下端设置有密封堵头51，连杆4和阀杆5可向下滑动，使密封堵头51封闭下接头内的通路92。

常开式热采排气阀安装在热采井下环空封隔装置之上，上部连接液控管线，通过地面对液控管线打压控制热采排气阀的关闭和开启，该排气阀为热采井下环空封隔装置提供了环空通道，同时在紧急状况下可以通过地面打压控制其关闭，保证热采上部井筒的安全。

在上接头1内的空腔12，用于安装连杆4和阀杆5；高温流体通过过流孔21进入阀体2中，然后通过下接头内的通路92进入后续管路中，即阀体2和下接头内的通路92用于通过高温流体，阀杆5下端的密封堵头51，可在阀体2的通道内上下移动，并可下移堵住下接头的通路92入口部分，从而封闭高温流体进入后续管路的通道，实现排气阀的关闭操作，进而封隔井筒。过流孔21的数量可以设置为4个。

其中，连杆4、阀杆5和密封堵头51初始设置在上端位置(即保证阀体2和下接头3内的通路开启)，可通过设置剪切销钉、卡接结构或者弹性件的方式，将连杆4、阀杆5和密封堵头51的初始位置设置在上端，并可通过施力使其下移，施力方式有多种，例如：通过管线连接孔11对上接头1的空腔12内充入流体，使空腔12内的压力大于阀体内的通路91中的压力(空腔12与阀体内的通路91相对密封)，通过压差使连杆4下行；或者，设置可遥控的电机机构(电机机构可连接其他中间连杆4等)，在需要关闭排气阀时，启动电机机构，对连杆4施力，使连杆4下行；或者，通过连接管线通过管线连接孔11伸入上接头1的空腔12内并与连杆4相连，直接对连接管线施力，使连接管线下压连杆4，进而带动连杆4下行。

在一示例性实施例中，如图1至图4所示，连杆4外侧还套设有弹簧41和定位块6，定位块6固定在连杆4上，弹簧41通过定位块6使连杆4处于上提状态。

通过弹簧41的弹性将连杆4、阀杆5和密封堵头51初始状态设置在上端位置(即保证阀体2和下接头3内的通路开启)，具体地，定位块6与连杆4固定，弹簧41一端与定位块6连接，另一端可连接在定位块6上方(一端与另一端为相对而言)，也可连接在定位块6下方的位置，通过弹簧41的弹性和排气阀的外部压力使连杆4、阀杆5和密封堵头51初始状态设置在上端位置。阀杆5通过第一连接孔71和第二连接孔72穿过密封块7，同时通过金属密封环75密封在空腔12内形成活塞腔，通过管线连接孔11对上接头1的空腔12内加压时，阀杆5在空腔12内的活塞腔内受力带动连杆4下行。

其中，定位块6固定在连杆4上的方式有多种，例如：在定位块6上设置螺纹孔，定位销钉61旋入螺纹孔中并抵住连杆4，从而将定位块6固定在连杆4上，这种固定方式灵活可靠，可根据需要改变定位块6在连杆4上的固定位置，便于调节后续弹簧41的变形大小。

具体地，密封总成10包括密封块7，2个垫片74，2个金属密封环75，第一扶正套81和第二扶正套82，密封块块7上下有第一连接孔71和第二连接孔72，金属密封环75、垫片74和第一扶正套81依次安装在第一连接孔71内，金属密封环75、垫片74和第二扶正套82依次安装在第二连接孔72内，密封总成10和其他密封结构处均采用金属密封的方式，能大大提高排气阀在高温高压工况下的密封性能。

第一扶正套81可以设置在密封块7的上方，第一扶正套81的一端插入第一连接孔71中且与密封块7螺纹连接。第一扶正套81可以使阀杆5上行或下降时不会产生左右偏移，从而使阀杆5上的密封堵头51可以更加精准的封闭下接头的通路92。第一扶正套81和密封块7之间可以设置垫片74和金属密封环75等进行滑动密封，金属密封环75的安装通过第一连接孔71与第一扶正套81螺纹连接的松紧程度和垫片74的厚度进行控制，通过上述手段控制阀杆5在密封块7中滑动时，空腔12内的压力不会通过第一连接孔71传递给通路91。

第二扶正套82可以设置在密封块7的下方，第二扶正套82的一端插入第二连接孔72中且与密封块7螺纹连接。第二扶正套82可以使阀杆5上行或下降时不会产生左右偏移，从而使阀杆5上的密封堵头51可以更加精准的封闭下接头的通路92，第二扶正套82与第一扶正套81配合使用，可进一步提高阀杆5及密封堵头51的准确性。并且，第二扶正套82可以作为密封堵头51和阀杆5的限位结构，当连杆4、阀杆5和密封堵头51初始设置在上端位置时，只需保证密封堵头51抵住第二扶正套82的下端即可。第二扶正套82和密封块7之间可以设置垫片74和金属密封环75等进行滑动密封，金属密封环75的安装通过第二连接孔72与第二扶正套82螺纹连接的松紧程度和垫片74的厚度进行控制，通过上述手段控制阀杆5在密封块7中滑动时，通路91内的压力不会通过第二连接孔72传递给空腔12。

空腔12与阀体内的通路91相对密封，可采取设置密封块7的方式，密封块7的下端与阀体2的上端连接，以对密封块7进行固定。具体地，阀体2上设置有内螺纹，密封块7上设置有外螺纹，二者通过螺纹连接的方式固定，

并且，阀体2内侧壁上设置有密封凹槽22，密封块7端部设置有配合部73，配合部73卡入密封凹槽22中以对密封块7进行密封。阀体2上设置有密封凹槽22，密封块7上设置有配合部73，配合部73可以是凸起，凸起卡入密封凹槽22中，以对密封块7进行密封，避免空腔12与阀体内的通路91相联通。

在一示例性实施例中，如图1和图2所示，上接头1的空腔12内设置有第一台阶13，定位块6固定在连杆4上端，弹簧41一端与定位块6相连，另一端与第一扶正套81相连，常开式热采排气阀下部压力和弹簧回弹力使连杆处于上提状态。

即弹簧41设置在定位块6的下方，当连杆4、阀杆5和密封堵头51在初始位置时，弹簧41处于压缩状态，弹簧41具有向上提起连杆4的作用力，从而使密封堵头51向上抵住第二扶正套82，保证阀体2和下接头3内的通路开启。在排气阀需要关闭时，通过管线连接孔11向上接头1的空腔12内注入压力流体，使定位块6受力下行，带动连杆4、阀杆5和密封堵头51下行，弹簧41进一步压缩，密封堵头51封闭下接头内的通路92，排气阀关闭；当排气阀需要再次开启时，取消注入压力流体，依靠弹簧41弹力，密封堵头51复位至初始位置。这种结构适用于井下压力较低的情况。

这种结构在使用时：

热采排气阀随环空封隔装置下入井下后，液控管线连接孔11所连接的液控管线保持地面0压力，在下接头3下部空间的压力以及弹簧41的回弹力的作用下，连杆4带动阀杆5上行，上行位置通过第一台阶13和第二扶正套82的下端面来限位，阀杆5在达到限位位置后，阀体内的通路91和下接头内的通路92连通，封隔装置上部环空可以通过过流孔21、阀体内的通路91、下接头内的通路92与环空封隔装置的下部环空相连通，在开启状态热采排气阀外部压力高于上接头11内部压力，此时通过安装在第二扶正套82与第二连接孔72之间限定空间中的中的金属密封环75和垫片74来实现阀杆5在密封块7中的滑动密封。在热采排气阀需要关闭时，地面通过液控管线打压，压力通过液控管线连接孔11进入上接头1内的空腔12中，在上接头1内空腔12压力大于弹簧41回弹力和下接头3下部空间压力之和时，连杆4带动阀杆5下行，密封堵头51封闭下接头内的通路92，从而关闭环空封隔装置的上下连通通道，在关闭状态下接头3下部空间压力小于上接头1内空腔12的压力，此时通过安装在第一扶正套81与第一连接孔71之间限定空间中的中的金属密封环75和垫片74来实现阀杆5在密封腔中的滑动密封。

在一示例性实施例中，如图3和图4所示，上接头1的空腔12内设置有第一台阶13，定位块6固定在连杆4下端，弹簧41一端与定位块6相连，另一端与第一台阶13相连，常开式热采排气阀下部压力和弹簧回弹力使连杆处于上提状态。

除“弹簧41设置在定位块6的下方”的方式外，还可将弹簧41设置在定位块6的上方，弹簧41一端固定在第一台阶13上，另一端与定位块6相连。当连杆4、阀杆5和密封堵头51在初始位置时，弹簧41处于压缩状态，排气阀下部压力克服弹簧41的回弹力，使密封堵头51向上抵住第二扶正套82，保证阀体2和下接头3内的通路开启，在排气阀需要关闭时，通过管线连接孔11向上接头1的空腔12内注入压力流体，流体压力和弹簧41回弹克服排气阀下部压力，带动连杆4、阀杆5和密封堵头51下行，弹簧41回弹，密封堵头51封闭下接头内的通路92，排气阀关闭；当排气阀需要再次开启时，取消注入压力流体，依靠弹簧41弹力，密封堵头51复位至初始位置。这种结构适用于井下压力较高的情况。应当注意的是，弹簧41设置在定位块6的上方时，上接头1内的第一台阶13可用作定位块6的限位结构(与第二扶正套82对密封堵头51限位类似)，配合第二扶正套82一同进行限位。

在一示例性实施例中，如图7所示，阀体2与上接头1的接触面为锥面与圆弧面组成的复合密封面23，上接头1与阀体2的接触面为锥面14。

复合密封面23为“锥面+圆弧面+锥面”的组成方式，与复合密封面23配合的接触面为锥面14，复合密封面23的圆弧面与接触面的锥面14抵接配合，进行密封。

其中，在复合密封面23的内部设置有变形腔24，使复合密封面23在密封时，可向内略微内凹，以提高此处的密封效果。

在一示例性实施例中，如图8所示，密封堵头51包括圆柱形的支撑部512和球面的密封部513，球面的密封部513的最大直径大于支撑部512的直径和下接头3内的通道直径。

支撑部512用于连接密封部513和阀杆5，下接头3的通道入口处设置有锥形的变径部，密封部513与变径部接触密封。支撑部512的直径大于下接头3内的通道直径，即支撑部512的直径大于变径部的最小直径，小于变径部的最大直径，便于卡入进行密封。其中，支撑部512与密封部513为一体结构，以保证密封堵头51的强度。并且，密封堵头51与阀杆5也可以是一体结构，以进一步提高强度。

本申请实施例提供的常开式热采排气阀，其开启关闭状态地面可控，能够保持常开状态，并且在打压后关闭，为相关热采井筒措施开展提供了条件。排气阀能够在350℃高温下能够承受20MPa工作压差，完全满足现场使用条件，并且结构简单，性能可靠；该热采排气阀的两种结构形式(即弹簧的不同设置方式)，可以适应海上热采不同开采阶段所对应的井筒压力等级。

在本申请中的描述中，需要说明的是，“上”、“下”、“一端”、“另一端”、“左”、“右”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结构具有特定的方位、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。

在本申请实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“相连”、“装配”、“安装”应做广义理解，例如，术语“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

本申请描述的实施例是示例性的，而不是限制性的，并且对于本领域的普通技术人员来说显而易见的是，在本申请所描述的实施例包含的范围内可以有更多的实施例和实现方案。尽管在附图中示出了许多可能的特征组合，并在具体实施方式中进行了讨论，但是所公开的特征的许多其它组合方式也是可能的。除非特意加以限制的情况以外，任何实施例的任何特征或元件可以与任何其它实施例中的任何其他特征或元件结合使用，或可以替代任何其它实施例中的任何其他特征或元件。

本申请包括并设想了与本领域普通技术人员已知的特征和元件的组合。本申请已经公开的实施例、特征和元件也可以与任何常规特征或元件组合，以形成由权利要求限定的独特的技术方案。任何实施例的任何特征或元件也可以与来自其它技术方案的特征或元件组合，以形成另一个由权利要求限定的独特的技术方案。因此，应当理解，在本申请中示出和/或讨论的任何特征可以单独地或以任何适当的组合来实现。因此，除了根据所附权利要求及其等同替换所做的限制以外，实施例不受其它限制。此外，可以在所附权利要求的保护范围内进行各种修改和改变。

Claims (7)

1.一种常开式热采排气阀，其特征在于，包括上接头、阀体和下接头，所述上接头的下端与所述阀体的上端相连，所述阀体的下端与所述下接头的上端相连，所述阀体和所述下接头内设置有贯通的通路，所述阀体的侧壁上还开设有与阀体内部通路相连的过流孔，所述上接头的上端设置有管线连接孔，所述管线连接孔与所述上接头内的空腔连通，所述空腔与所述通路相对密封，

所述上接头内设置有连杆，所述连杆可滑动地固定在所述上接头的空腔中，所述连杆下端连接有阀杆，所述阀杆穿过密封总成，所述密封总成使所述阀杆滑动时所述空腔与所述通路保持相对密封，所述阀杆下端设置有密封堵头，所述连杆和所述阀杆可向下滑动，使所述密封堵头封闭所述下接头内的通路；

所述连杆外侧套设有弹簧和定位块，所述定位块固定在所述连杆上；

常开式热采排气阀下部压力和所述弹簧回弹力使所述连杆处于上提状态；

在正常工作时，常开式热采排气阀为常开状态。

2.根据权利要求1所述的常开式热采排气阀，其特征在于，所述密封总成包括密封块、第一扶正套和第二扶正套，所述密封块套设在所述阀杆外侧且密封块下部与所述阀体连接，所述密封块上下两端分别设置有第一连接孔和第二连接孔，所述第一扶正套和所述第二扶正套分别安装在所述第一连接孔和所述第二连接孔中。

3.根据权利要求2所述的常开式热采排气阀，其特征在于，所述密封总成还包括金属密封环和垫片，所述金属密封环、所述垫片和所述第一扶正套依次安装在所述第一连接孔内，所述金属密封环、所述垫片和所述第二扶正套依次安装在所述第二连接孔内。

4.根据权利要求2所述的常开式热采排气阀，其特征在于，所述上接头的空腔内设置有第一台阶，所述定位块固定在所述连杆上端，所述弹簧一端与所述定位块相连，另一端与所述第一扶正套相连；或者，

所述上接头的空腔内设置有第一台阶，所述定位块固定在所述连杆下端，所述弹簧一端与所述定位块相连，另一端与所述第一台阶相连。

5.根据权利要求2所述的常开式热采排气阀，其特征在于，所述阀体内侧壁上设置有密封凹槽，所述密封块端部设置有配合部，所述配合部卡入所述密封凹槽中以对所述密封块进行限位和密封。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的常开式热采排气阀，其特征在于，所述阀体的与所述上接头接触面为锥面与圆弧面组成的复合密封面，所述上接头的与所述阀体接触面为锥面。

7.根据权利要求6所述的常开式热采排气阀，其特征在于，所述复合密封面的内部设置有变形腔。

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