CN111386380A - 高压浮阀 - Google Patents

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CN111386380A CN201780097211.3A CN201780097211A CN111386380A CN 111386380 A CN111386380 A CN 111386380A CN 201780097211 A CN201780097211 A CN 201780097211A CN 111386380 A CN111386380 A CN 111386380A
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帕玛拉·兰妮·克雷斯
D·N·迪亚兹
S·J·格瑞格
B·M·穆林斯
S·M·西摩
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Abstract

高压浮阀用于在井中对井下打孔进行定位，以便控制流体流动，它包括：阀筒，该阀筒有一对侧部密封槽，各槽用于在其中接收外部弹性体密封件；以及多个切除部分，这些切除部分在阀筒的顶端上。阀筒能够进行氮化物热处理，内部部件由1018热轧钢制成。5RF模式柱塞类型阀和5RG模式挡板类型浮阀的尺寸能够改变，以便满足10ksi额定值的高压。

Description

高压浮阀
技术领域
本发明总体上涉及一种阀结构。本发明特别涉及一种用于在钻杆柱中使用的浮阀，以便在钻井过程中控制流过的流体的流量。
背景技术
钻杆浮动阀是井下安全阀，它产生屏障，以便防止流体不希望地沿钻杆柱向上流动。在钻油井的孔时，高密度的流体(称为泥浆)通常通过杆柱来泵送，以便帮助钻头穿过地层钻孔。有时，在井孔中的高压能够引起反向循环，并产生称为“井喷”的危险情况。浮阀应用于钻杆中，用于控制流体的流动，因此，流体例如钻孔泥浆能够向下流过杆柱，但是阻止压力下的流体在压力作用下通过钻杆向上返回，例如井喷事件。当沿钻杆柱向下的流体流停止时，在浮阀下面的更高压力(高于在浮阀上方的压力)使得阀保持关闭。因此，防止流体往回沿钻杆柱向上运动。这允许在地面上对钻杆柱进行操作，例如增加或移除钻杆。已经设计了多种形式的浮动控制阀来提供这样的特征：基本不受限制的通过该阀向下流动；以及当来自上方的加压流动循环停止或者井下压力突然升高时快速关闭该阀。
这种类型的阀的实例是F模式柱塞类型阀，F模式柱塞类型阀提供了即时关闭功能。当在标准钻孔操作中进行连接或断开连接时，活塞提供了可靠和经济的方式来完全停止回流。该模式能够实现确实瞬时关闭，同时在整个钻孔过程中有一致的流体控制。
这种类型的阀的另一实例是G模式全流量挡板类型阀，它有熔模铸造件挡板。它允许完全无阻碍地流过阀，且它的快速打开机构防止切屑在循环停止时进入钻杆柱。另外，当第一接头从孔中升高时，阀完全打开，从而防止拉动湿接头。通过这些挡板，熔模铸造件表面硬化，以便耐磨损。
现有技术的浮阀在美国专利No.3997009和5379835中公开。Baker Line F模式钻杆浮阀在技术手册No.480-13中公开。通常用于固井操作中的阀和密封组件在美国专利No.4624316和5450903中公开。
目前已知和使用的钻杆浮阀不能满足某些条件，且在钻井中遇到操作问题。在某些情况下，例如深水钻孔或在钻非常深的地下井的情况下，钻头和井孔底部可能经受极端的压力和温度。在某些实施例中，压力可能是大约10千磅每平方英寸(ksi)或更大。由于高压，浮阀可能变形并失去它们在管道内的完整性，且不能有效地控制流体的回流。
因此，有利的是有一种浮阀，该浮阀可以构造得能够承受来自浮阀的上面或下面的高压，从而使得浮阀在高压条件下并不变形或损坏。
发明内容
本发明实施例是一种高压浮阀，它包括：阀筒，该阀筒有一对侧部密封槽，各侧部密封槽用于在其中接收外部弹性体密封件；其中，阀筒受到氮化物热处理；在阀筒内的内部部件，其中，阀筒的内部部件由热轧钢制成；且高压浮阀能够承受直到10ksi的压力。在实施例中，一对侧部密封槽位于阀的下游侧。在实施例中，多个切除部分存在于阀筒的顶端处。在实施例中，高压浮阀还包括阀元件，该阀元件包括：阀杆和阀头，其中，在阀筒的内表面和阀头的圆锥形外表面之间的界面角为大约50度至大约60度；以及支承件和引导件，用于将阀元件限制成基本沿浮阀的中心轴线运动。在实施例中，界面角为大约55度。在实施例中，高压浮阀还包括在阀杆和阀头的界面处的圆角。在实施例中，阀头的厚度为大约0.375英寸。在实施例中，阀头的厚度为0.375英寸。在实施例中，阀头的直径为大约2.948英寸。在实施例中，阀头的直径为2.948英寸。在实施例中，阀杆的长度为大约5.148英寸。在实施例中，阀杆的长度为5.148英寸。在实施例中，高压浮阀还包括挡板阀，该挡板阀能够与密封环的下端接合；密封环由保持器套筒来保护；其中，该保持器套筒装配在阀筒中的密封保持器空腔内；燕尾槽位于阀筒中的密封保持器空腔的底部。在实施例中，高压浮阀还包括位于密封保持器空腔的密封表面处的后角。在实施例中，后角为大约3.0度至大约8.0度。在实施例中，后角为大约5.0度。在实施例中，挡板阀的厚度为大约0.418英寸。在实施例中，挡板阀的厚度为0.418英寸。在实施例中，密封保持器空腔的高度为大约0.500英寸。在实施例中，密封保持器空腔的高度为0.500英寸。
本发明实施例是一种改进的浮阀，用于在井下环境中承受高压。浮阀包括阀筒，该阀筒有一对侧部密封槽，各侧部密封槽用于在其中接收外部弹性体密封件。多个切除部分设置在阀筒的顶端上。对于柱塞类型浮阀，它还包括：阀元件，该阀元件包括阀杆和阀头；以及支承件和引导件，用于将阀元件限制成基本沿浮阀的中心轴线运动。对于挡板类型浮阀，它还包括挡板阀，该挡板阀向上摆动而与由保持器套筒来保护的密封环的下端接合，该保持器套筒装配在阀筒中的密封保持器空腔内。
本发明实施例是一种改进的浮阀，该浮阀能够承受直到10ksi的额定压力。
在实施例中，将氮化物热处理应用于阀筒，且内部部件由钢制成。在实施例中，内部部件由1018热轧钢制成。
在实施例中，侧部密封槽和密封件重新定位得更朝向阀的下游侧；从而保持浮阀的外径不变，并减小阀的内径或喉部。
在实施例中，对于柱塞类型浮阀，在阀筒的内表面和阀头的圆锥形外表面之间的角度从50度至60度变化，圆角添加在阀杆和阀头之间的拐角上。在实施例中，引导件朝向浮阀的下游侧重新定位，以便使得用于高压设计的阀保持很容易装配和现场维修。阀杆的长度能够减少，以便防止阀杆从阀的背面伸出，且阀密封盘的半径轮廓进行更新，以便匹配阀杆的轮廓。阀头的厚度增加，以便提高压力承受能力，且阀头的直径减小，以便能够使用新设计的当前生产的弹性体密封件。相应地，阀座界面将根据阀头设计的更新而稍微增加，以便保证与阀筒的充分密封接触。
在实施例中，对于挡板类型浮阀，燕尾槽设置在阀筒中的密封保持器空腔的基部处。相对于密封保持器空腔的密封表面而设置后角，以便帮助减少密封保持器挤入阀筒内径中的机会。后角可以是大约3度至大约8度。在优选实施例中，后角α为大约5度。在实施例中，挡板的高度增加，以便减小在升高压力下的应力，且外部密封件重新定位至阀的下游侧，以便减小阀筒在升高压力下的应力。相应地，挡板界面朝向阀的下游侧重新定位，以便能够允许重新定位的侧部密封槽的间隙。密封保持器空腔的高度增加，以便防止与当前生产设计的互换性，且密封保持器空腔的深度增加。
改进的浮阀能够承受套杆柱内部的高压。
前面已经相当广泛地概述了本发明的特征，以便可以更好地理解下面的详细说明。本发明的附加特征和优点将后面介绍，它们形成权利要求的主题。
附图说明
为了获得本发明的上述和其它增强和目的，将通过参考在附图中表示的本发明特定实施例来更具体地介绍上面简要描述的本发明。应当理解，这些附图只表示了本发明的典型实施例，因此并不认为是限制本发明范围，本发明将通过使用附图通过附加特征和细节来介绍，附图中：
图1是现有技术的F模式柱塞类型阀的剖视图；
图2是根据所述实施例的浮阀的顶端的剖视图；
图3是根据所述实施例的F模式柱塞类型浮阀的剖视图；
图4是根据所述实施例的阀元件的透视图；
图5是现有技术的G模式挡板类型阀的剖视图；
图6是根据所述实施例的G模式挡板类型浮阀的剖视图；
图7是表示根据所述实施例的密封保持器空腔的详细的放大剖视图；
图8是根据所述实施例的挡板类型5R G模式浮阀的分解图；
图9是图8中的浮阀的剖视图；
图10是图8中的浮阀的正视图；
图11是图10中的区域A的详细视图；
图12是图8中的浮阀的另一剖视图；
图13是图12中的区域C的详细视图；
图14是图8中的浮阀的另一剖视图，表示了凸耳；
图15是图14中的区域F的详细视图；
图16是图8中的浮阀的正视图，表示了凸耳和凹入部分；
图17是图16中的区域D的详细视图；
图18是挡板阀的俯视图。
图19是挡板阀沿图18中的线A-A的剖视图；
图20是图18中的挡板阀的正视图；
图21是图18中的挡板阀的正视图，表示了凸台的尺寸。
具体实施方式
本文中所示的细节只是作为示例，目的是示例说明本发明的优选实施例，且提供的原因是相信能够最有用和最容易地理解本发明各种实施例的原理和概念方面的说明。在这个方面，并不尝试比基本理解本发明所需更详细地表示本发明的结构细节，结合附图进行的说明使得本领域技术人员清楚可以怎样实现本发明的几种形式。
下面定义和解释都将用于控制任何将来的构造，除非在下面的实例中清楚和明确的修改，或者当含义的应用使得任何构造变得无意义或基本上无意义时。如果术语的构造将使它变得无意义或基本无意义，定义将取自韦伯斯特词典第3版。
美国专利No.5850881介绍了一种F模式柱塞类型浮阀，该文献整个被本文参引。图1表示了在井中用于控制流体流动的F模式柱塞类型浮阀10。浮阀10包括套筒形的阀筒12，该阀筒12可以由钢金属铸件制成，并应用渗碳热处理，以使得阀筒12的表面耐磨损。阀筒包括大致柱形的外表面14，该外表面14中形成流动通路30，用于使流体通过浮阀。一对环形侧部密封槽16形成在阀筒12上，各密封槽16容纳外部弹性体密封件18。该密封件18用于在浮阀10定位于子接头(sub)20中时防止流体在阀筒12和浮动子接头20之间通过。
浮动子接头20有上部和下部螺纹22和24，以便与钻杆上的其它组件的相应螺纹接合。止动凸肩26形成在子接头20中，用于与浮阀10的上端表面27接合，从而限制浮阀10在浮动子接头20内的轴向运动。管的销端28可以与阀的底端表面29接合，以便将阀体接收在浮动子接头20内。
浮阀10还包括周向间隔开的臂32，该臂32使得阀筒12与中心环形本体支承件34相互连接。流体可以通过在臂之间的浮阀空间到达管的销端28。在中心支承件34内的杆引导件36有通道38，以便接收阀元件40，且阀元件40能够在阀的打开和关闭过程中在通道38中向上或向下运动。因此，支承件34和引导件36限制阀元件40基本沿浮阀10中心轴线66运动。阀元件40包括阀杆50和阀头52，该阀头52与阀杆50固定连接。盘簧42设置在支承件34和阀头52之间，以便偏压阀使其关闭。盘簧42保持在引导件36的凸肩44上。阀元件40还包括阀密封盘46和弹性体阀密封件48。阀密封盘46由弹簧42按压成与弹性体阀密封件48接合，该弹性体阀密封件48被按压成与阀头52的基本平表面54接合。阀头52有圆锥形表面56，该圆锥形外表面56设置成与在阀体上的表面58接合。阀密封件48与阀体上的环形密封表面60和阀头52上的平面54密封，密封件48上的内表面62与阀杆50密封。
在常规的浮阀中，阀筒12应用渗碳热处理。机械加工的阀筒12在有含碳材料(例如木炭或一氧化碳)的情况下被加热，以便吸收碳，从而使得阀筒12的表面耐磨损，芯保持强度和韧性。但是，阀筒12的渗碳热处理使它在高压条件下易于破裂，这不符合NACE MR0175。NACE MR0175是美国的材料标准(全球承认的ISO 15156)。该材料标准解决了在石油和天然气生产中用于H2S服务的材料的要求。
阀筒12的材料修改为具有氮化物热处理。氮化是使得新生氮扩散至钢和铸铁的表面中的铁素体热化学方法。该扩散处理基于氮在铁中的溶解性。在实施例中，阀筒12在525-550℃暴露于氮气中，新生氮与阀筒12中的各种合金元素(包括但不局限于Al、Mo、Cr或其组合)反应，以便形成氮化物。在阀筒12的表面上形成的氮化物层非常硬。
氮化处理的好处在于，它不需要从铁素体到奥氏体的相变，也不需要从奥氏体到马氏体的进一步变化。在整个过程中，阀筒12的钢保持在铁素体相中。这意味着铁氧体的分子结构(体心立方(bcc)晶格)并不像在更常规方法(例如渗碳)中那样改变它的构造或生长成奥氏体的面心立方(fee)晶格特征。而且，因为只进行自然冷却，而不进行快速冷却或淬火，所以不会发生从奥氏体到马氏体的随后转变。而且，因为没有分子尺寸的变化，更重要的是没有尺度的变化，所以只由氮的扩散而引起轻微的增长(由于钢表面的体积变化)。由处理的热量而释放的感应的表面应力能够产生变形，从而引起呈扭曲和弯曲形式的运动。通过原子氮扩散通过表面，气体氮化使得阀筒12获得高硬度，提高腐蚀特性以及显著提高在阀筒12表面上的耐磨性和疲劳强度。
常规浮阀的内部部件由1018冷轧或热轧钢制成。对于NACEMR0175，本发明中的内部部件由1018热轧钢(NACE MR0175A.2.1.2)制成。在实施例中，内部部件包括本体支承件、杆引导件，阀元件、阀杆和阀头。在实施例中，内部部件包括盘簧。
图2是根据各种实施例的浮阀的顶端的剖视图。参考图2，侧部密封槽16和密封件18重新定位得更朝向阀的下游侧(与传统的浮阀相比)，远离上端表面27(沿箭头方向)，以使得侧部密封槽16能够承受更高压力。这改善了应力水平。通过保持常规浮阀的外径不变和减小阀的内径(ID)或喉部，阀头密封表面周围的应力水平提高，因为在阀头密封表面和阀筒12的内表面之间的接触面积扩大。常规浮阀的模式是5RF，在5RF浮阀的阀筒12的顶端上设置三个城堡形切除部分。三个附加的城堡形切除部分85增加在阀筒12上，以便帮助进行产品识别，并在视觉上与当前生产的5RF阀筒区分开。六个城堡形切除部分85沿阀筒12的周边均匀分布。
传统的5RF浮阀的阀筒的外径为3.875英寸，内径为2.75英寸。在实施例中，为了改善阀头密封表面周围的应力水平，浮阀的阀筒12的内径可以减小到2.70英寸。在实施例中，阀筒12的内径可以是2.72英寸。
图3是浮阀的剖视图。在图3中，在阀筒12的内表面和阀头52的圆锥形外表面56之间的角度称为界面角β，阀头52的厚度称为Wp，阀头52的底部的外径称为Dp，阀头52和密封件48的厚度总和称为Wc，阀杆50的长度称为Ls，在阀杆导向件36的凸肩和阀体的端表面29之间的长度称为Hg。
在实施例中，为了改善在升高的压力差负载下的阀筒/阀界面的应力响应，与传统的浮阀相比，阀座界面58可以朝向阀的下游侧重新定位，且界面角β可以增大。
在另一实施例中，引导件36重新定位得朝向浮阀的下游侧，以便使得用于高压设计的阀保持很容易装配和现场维修。阀杆的Ls可以减小，以便防止阀杆从阀的背面伸出。阀头52的厚度Wp增加，以便提高压力承受能力，阀头52的直径Dp减小，以使得当前生产的弹性体密封件48能够用于新设计。相应地，基于阀头52设计的更新，阀座界面58能够稍微增大，以便保证与阀筒12的足够的密封接触。在实施例中，常规浮阀的模式是5RF，界面角β是45度。为了改善阀头52的应力响应，阀头52的外表面56能够改变而使得界面角β大于大约45度。在实施例中，新设计的界面角β可以从大约50度到大约60度变化。在实施例中，界面角β为大约55度。
传统浮阀的模式为5RF，Hg为3.500英寸，Ls为5.484英寸，Dp为2.990英寸，Wp为0.125英寸，Wc为0.562英寸。在实施例中，Wp可以增加至大约0.375英寸，以便提高压力承载能力。在实施例中，Wc可以增加至大约0.688英寸，Dp可以减少至大约2.948英寸。相应地，Hg可以减小至大约2.375英寸，从而能够调节引导件36的位置。Ls可以减小至大约5.148英寸，以便防止阀杆50从阀的背面伸出。
在实际应用中，当阀受到高压时，阀元件40易于在阀杆50和阀头52的接合处破裂。能够发生这种情况是因为在阀头52和阀杆50之间的尖锐拐角附近局部应力增加。阀元件40的本体将没有这种尖锐拐角(在该尖锐拐角处比其它地方更加应力集中)。为了解决阀杆断裂的现有技术问题，较大的机械加工圆角53添加在阀杆50和阀头52之间的拐角上(图4)。通过在尖锐拐角处提供圆角半径，横截面积逐渐减小，而不是突然减小，这使得应力在阀元件40中更均匀地分布。再参考图3，阀密封盘46包围阀杆50和阀头52的接合处。在实施例中，由于圆角，阀密封盘46的半径轮廓47应当增大，以便匹配阀杆的新轮廓。
美国专利No.3058534介绍了一种G模式挡板类型浮阀，该文献整个被本文参引。图5表示了用于在井中对井下打孔进行定位的G模式挡板类型浮阀，以便控制流体流动。参考图5，浮阀布置在钻杆柱内，管的上端提供止动凸肩，用于与阀筒12的上端表面27接合。相邻钻杆的销端28可以与阀的底端表面29接合，以便将阀体接收在浮动子接头内。
阀筒12包括上部部分75，该上部部分75有穿过的中心通道77。它还包括：下部部分72，该下部部分72搁置在相邻钻杆的下部止动凸肩上；以及通道79，用于使流体通过浮阀。这两个部分75和79通过多个支腿70连接。
一对环形侧部密封槽16形成在阀筒12上，各密封槽16容纳外部弹性体密封件18。密封件18用于防止流体在阀筒12和浮动子接头20之间通过。
上部本体部分75的下端是具有密封环82的阀座88，且密封环82凸出至阀座88的下部金属面的下面。密封环82由保持器套筒84来保护，该保持器套筒84布置在阀筒12中的密封保持器空腔85内。该套筒84压配合装配至阀筒12内，还横过密封环82的内表面装配。
当挡板阀80向上摆动而与密封环82的下端接合时，阀能够关闭，以便阻止流体在通道77中的流动，如图5中所示，挡板阀80有圆盘形状，它的上表面用于与密封环82的下端接合。臂(未示出)伸向阀筒12的侧部，其中，该臂的外部部分与上部阀筒本体部分75成整体。铰链销76穿过对齐的孔延伸，以向阀筒12的一侧提供用于挡板阀80的枢转支承，因此，挡板阀80能够向阀筒12的一侧向下摆动，以便提供通过通道77的开口。挡板阀80由环绕铰链销76的弹簧74沿向上方向推压。
浮阀能够用于钻杆中，用于控制流过的流体的流动，当浮阀下面的压力高于浮阀上方的压力时，挡板阀80将向上摆动，以便防止流体通过钻杆柱向上流动。不过，当钻孔泥浆或其它流体通过钻杆被向下泵送时，它将迫使挡板阀80打开，以使得钻井液能够流过钻杆。在向下泵送流体时，它不会沿橡胶密封元件82运动。
在实施例中，为了使本装置符合NACE MR0175，与在F模式柱塞类型浮阀中对阀筒12的热处理类似，G模式挡板类型浮阀的阀筒12的材料改变而进行氮化物热处理。氮化物热处理的方法和好处如上所述。本发明中的G模式挡板类型浮阀的内部部件改变成由1018热轧钢制成。
在实施例中，常规的G模式挡板类型浮阀的模式是5RG，且三个城堡形切除部分73设置在5RG浮阀的阀筒12的顶端上。为了帮助产品识别和与当前生产的5RG阀筒区别开，三个附加的城堡形切除部分73添加在阀筒12上。在实施例中，六个城堡形切除部分73沿阀筒12的周边均匀分布。
图6是根据所述实施例的G模式挡板类型浮阀的剖视图。在图6中，从上端表面27到在挡板阀80和阀筒12之间的界面的长度称为Lu，挡板阀80的厚度称为Hf，密封保持器空腔85的高度称为Hr。从上端表面27到上部侧部密封槽16的凸肩的长度称为Lo。
在实施例中，G模式挡板类型浮阀可以进行改变，以便满足井下高压的要求。在实施例中，挡板的高度增加，以便减小在升高压力下的应力；外部密封件朝向阀的下游侧重新定位，以便减小阀筒在升高压力下的应力。因此，挡板界面能够朝向阀的下游侧重新定位，以便允许重新定位的侧部密封槽16的间隙。密封保持器空腔85的高度增加，以便防止与先前的生产设计互换，且密封保持器空腔85的深度增加。
在实施例中，当前浮阀的模式是5RG，Lo是1.240英寸，Hr是0.500英寸，Hf是0.418英寸，且Lu是3.750英寸。在实施例中，为了提高压力承载能力，Lo可以增加至大约1.972英寸。相应地，在实施例中，Lu可以增加至大约4.750英寸。在实施例中，Hr可以增加至大约0.568英寸，且Hf可以增加至大约0.668英寸。
在实际应用中，发现常规浮阀中的密封保持器空腔85在阀受到高压时易于在它的尖锐底部拐角处破裂，因为应力集中在该尖锐底部拐角处。密封保持器空腔85将没有这样的尖锐拐角(在该尖锐拐角处比其它地方更加压力集中)。为了在升高压力下减小在阀筒中在密封保持器空腔85的拐角处的应力集中，燕尾槽90设置在阀筒12中在密封保持器空腔85的基部处(图7)。后角α提供给密封表面，以便帮助减少将密封保持器84挤入阀筒12内径中的机会。在实施例中，后角α可以是大约3.0度至大约8.0度。在优选实施例中，后角α是大约5.0度。
图8是根据所述实施例的挡板类型5R G模式浮阀800的分解图。图8中的浮阀800与图5中的阀类似，不同之处在于，减震器92与阀的底部连接，以便减小对阀的冲击，且凹入部分71在支承挡板阀80的两个凸耳83之间。
图9是图8中的浮阀800的剖视图，为了提高压力承载能力，浮阀800和装配的减震器92的长度L100为9.750英寸，浮阀800的外径D100为3.875英寸。图10是图8中的浮阀800的正视图，浮阀的长度L102为9.250英寸，而上部本体部分75的长度L104为4.750英寸。图11是图10中的区域A的详细视图，它介绍了密封槽16的尺寸。在两个槽16之间的距离L121为0.500英寸，各槽16包括两个部分，即深槽部分和浅槽部分，深槽部分的外径D108为3.220英寸，深槽部分的宽度L124为0.328英寸，而浅槽部分的外径D107为3.562英寸，浅槽部分的宽度L126为0.313英寸。提供两个圆角，用于减少在深槽中在拐角处的应力集中，圆角半径R102为0.030英寸。在浅槽部分和阀800的外表面之间有倾斜平面，以便减小应力集中，且该倾斜平面的倾斜角CI10为45度。
图12是浮阀800的另一剖视图，从阀800的顶表面到上部密封槽16的底部的距离L106为2.250英寸，从阀800的顶表面到密封环82的底部的距离L105为4.688英寸，下部部分72包括槽，用于与减震器92接合。槽的外径D114为3.42英寸，且在槽的顶表面至浮阀800的底表面之间的距离L112为0.687英寸。在浮阀800的底部，凸肩的外径Dl12为3.61英寸，且在槽的底表面至浮阀800的底表面之间的距离L110为0.500英寸。上部本体部分75的内侧是倾斜平面，这样，上部本体部分75在浮阀800的顶表面处的内径D102为2.750英寸，而在上部本体部分75的底部附近的、上部本体部分的最小内径D104为2.313英寸，上部本体部分75的内侧的倾斜部的倾斜角C102为5度。为了减少在上部本体部分75的顶端处的应力集中，上部本体部分75内侧的顶部提供了斜切部分，该斜切部分的倾斜角Cl101为60度，它的高度H101为0.125英寸，上部本体部分75内侧的顶部提供了圆角，该圆角的半径R101为0.031英寸。
图13是图12中的区域C的详细视图，它介绍了密封保持器空腔85和密封环82的尺寸。从密封保持器空腔85的顶部到密封环82的底部的距离L130为0.563英寸。密封环82包括两个部分，即大环和小环，该大环的外径D121为3.000英寸，小环的外径D125为2.795英寸。大环的宽度L132为0.093英寸，而小环的宽度L133为0.087英寸。密封保持器空腔85的直径D123为2.558英寸。为了在升高压力下减少在阀筒中在密封保持器空腔85的拐角处的应力集中，燕尾槽90设置在密封保持器空腔85的基部。燕尾槽90有圆角拐角，该圆角拐角的半径R106为0.03英寸。参考图13，C116的角度为85度，因此后角α为5.0度。在燕尾槽90的延长线和上部本体部分75的内侧之间的角度C114为45度。
图14是浮阀800的另一剖视图，表示了上部本体部分75上的凸耳83。从凸耳83的中心到浮阀的轴线的距离L137为1.532英寸，且从凸耳83的中心到阀筒12的底部的距离H120为0.315英寸，凹入部分71的高度H124为0.312英寸。图15是图14中的区域F的详细视图，它介绍了凸耳83的尺寸。在凸耳83上有斜切部分，该斜切部分的倾斜角C120为45度，这样，斜切部分的两个直角侧边H126和H127都等于0.251英寸。
图16是浮阀800的正视图，表示了凸耳83和凹入部分71。图17是图16中的区域D的详细视图，它介绍了凸耳83和凹入部分71的尺寸。在两个凸耳83之间的距离L138为1.255英寸，各凸耳的宽度H128为0.287英寸，凸耳的高度L143为0.625英寸，在凹入部分71的中心和凸耳83的内表面之间的距离L142为0.565英寸，凹入部分71的高度L140为0.500英寸，凹入部分71的半径R140为0.188英寸。
在实施例中，浮阀800的本体由1519-5RG-001-C钢制成。在热处理过程中，浮阀800应用气体氮化物处理，以使得它的硬度为45-55RC，最大壳体深度为0.006英寸。
图18是挡板阀80的俯视图。在挡板阀80的顶部，在两个臂81之间的外表面距离L150为1.245英寸，在挡板阀80的中心线和臂的外表面之间的距离L151为0.623英寸，在挡板阀80的中心线和臂的内表面之间的距离L152为0.335英寸，各臂在根部段处向外凸出的距离H130为0.031英寸。
图19是挡板阀80沿图18中的线A-A的剖视图。半径R150为0.156英寸的半球形孔93设置在挡板阀80的顶部，以便容纳弹簧74的一端。在铰链销76的中心和半球形孔93的中心之间的距离L155为1.375英寸，在半球形孔93的底部和挡板阀80的底部之间的距离L154为0.202英寸，且在臂81的底部和挡板阀80的底部之间的距离L153为0.164英寸。臂81的倾斜底平面的倾斜角P150为10.0度，臂81的倾斜顶平面的倾斜角P151为7.0度。
图20是图18中的挡板阀80的正视图。挡板阀80的直径D150为2.812英寸，挡板阀80的高度H150为0.539英寸，且在凸台89的顶部和挡板阀80的底部之间的距离H151为0.451英寸。挡板阀80的上部部分的半径R152为2.96英寸，凸耳81的外径D151为0.500英寸，凸耳81的内径D152为0.25英寸。在凸耳81的中心与挡板阀80的底部之间的距离H153为0.348英寸。
图21是图18中的挡板阀80的正视图，表示了凸台89的尺寸。凸台89的宽度L158为0.987英寸，从凸台的顶部到挡板阀80的底部的高度H156为0.481英寸，从凸台的底部到挡板阀80的底部的高度H155为0.188英寸。
在实施例中，挡板阀80由AISI 1035钢制成，它的耐磨性和硬化性通过添加少量的铬而增加。在热处理过程中，挡板阀80进行标准化，以使得它的硬度为95-99HRB，然后应用气体氮化物处理，以使得它的硬度为45-55RC，最大壳体深度为0.006英寸。
根据本发明，本文所述和要求保护的所有组成和方法能够在不需要过度实验的情况下进行制造和实施。尽管已经根据优选实施例介绍了本发明的组成和方法，但是本领域技术人员显然知道，在不脱离本发明的概念、精神和范围的情况下，本文所述的组合和方法以及方法的多个步骤或步骤顺序可以进行变化。更具体地说，显然，化学相关的特定试剂可以代替本文所述的试剂，同时将获得相同或相似的结果。本领域技术人员显然知道的所有这些类似的替代和变化都认为在如由附加权利要求确定的本发明的精神、范围和概念内。

Claims (21)

1.一种高压浮阀，包括：
阀筒，该阀筒有一对侧部密封槽，各侧部密封槽用于在其中接收外部弹性体密封件，其中，阀筒受到氮化物热处理；
在阀筒内的内部部件，其中，阀筒的内部部件由热轧钢制成；以及
高压浮阀能够承受直到10ksi的压力。
2.根据权利要求1所述的高压浮阀，其中：所述一对侧部密封槽位于所述阀的下游侧。
3.根据权利要求1所述的高压浮阀，其中：多个切除部分存在于阀筒的顶端处。
4.根据权利要求1所述的高压浮阀，还包括：
阀元件，该阀元件包括阀杆和阀头，其中，在阀筒的内表面和阀头的圆锥形外表面之间的界面角是大约50度至大约60度；以及
支承件和引导件，用于将阀元件限制成基本沿所述浮阀的中心轴线运动。
5.根据权利要求4所述的高压浮阀，其中：所述界面角为大约55度。
6.根据权利要求4所述的高压浮阀，还包括：在阀杆和阀头的界面处的圆角。
7.根据权利要求4所述的高压浮阀，其中：阀头的厚度为大约0.375英寸。
8.根据权利要求4所述的高压浮阀，其中：阀头的厚度为0.375英寸。
9.根据权利要求4所述的高压浮阀，其中：阀头的直径为大约2.948英寸。
10.根据权利要求4所述的高压浮阀，其中：阀头的直径为2.948英寸。
11.根据权利要求4所述的高压浮阀，其中：阀杆的长度为大约5.148英寸。
12.根据权利要求4所述的高压浮阀，其中：阀杆的长度为5.148英寸。
13.根据权利要求1所述的高压浮阀，还包括：
挡板阀，该挡板阀能够与密封环的下端接合；
密封环，该密封环由保持器套筒来保护；
保持器套筒，其中，该保持器套筒装配在阀筒中的密封保持器空腔内；以及
燕尾槽，该燕尾槽位于阀筒中的密封保持器空腔的基部处。
14.根据权利要求13所述的高压浮阀，还包括：位于所述密封保持器空腔的密封表面处的后角。
15.根据权利要求14所述的高压浮阀，其中：所述后角为大约3.0度至大约8.0度。
16.根据权利要求15所述的高压浮阀，其中：所述后角为大约5.0度。
17.根据权利要求13所述的高压浮阀，其中：所述挡板阀的厚度为大约0.418英寸。
18.根据权利要求17所述的高压浮阀，其中：所述挡板阀的厚度为0.418英寸。
19.根据权利要求13所述的高压浮阀，其中：所述密封保持器空腔的高度为大约0.500英寸。
20.根据权利要求19所述的高压浮阀，其中：所述密封保持器空腔的高度为0.500英寸。
21.根据权利要求13所述的高压浮阀，还包括：两个凸耳，所述两个凸耳支承所述挡板阀80；以及在所述两个凸耳之间的凹入部分。
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