CN111502573B - 喷嘴式止回阀 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种喷嘴式止回阀，涉及石油工业钻井内防喷工具技术领域，包括壳体、密封座、动阀体和护管；密封座设置在阀套上端且与阀套密封固定连接，密封座下部设有多个环形的与密封座内腔连通的泥浆通道，密封座的下端中心部位设有主密封；动阀体活动设置在密封座下端与限位台阶之间形成的活动腔内，且动阀体外壁与阀套内壁形成环形的泥浆间隙，动阀体的上端设有与密封座的外圆锥密封面密封配合的内圆锥密封面，动阀体的腔体内壁上固定设有喷嘴，所述喷嘴与主密封接触时密封动阀体内腔；动阀体下端与阀套的弹簧台阶之间设有弹簧；本发明能消除密封阻力，打开和关闭更加顺畅，防止返浆、溢流等井场事故。
Description
技术领域
本发明涉及石油工业钻井内防喷工具技术领域，特别涉及一种喷嘴式止回阀。
背景技术
在石油、天然气及其他钻井和修井作业中，为防止在接单根或起下钻时，环空里的泥浆返至钻柱内而喷洒到钻台上，同时为了防止底层流体在地层压力的作用下进入钻具发生溢流、井涌或井喷的情况发生，而在钻柱底部连接一个钻具浮阀。
常用的钻具浮阀有箭式钻具浮阀和板式钻具浮阀，开泵时泥浆压力推动箭式阀芯下移或阀板翻转打开泥浆通道，停泵时在弹簧力及地层压力的作用下箭式阀芯和阀板复位，关闭泥浆通道，防止泥浆回流，阻止其进入钻柱，起到内防喷的目的。
现有的石油钻井用注油浮阀在开泵时，活塞正常打开，停泵时活塞在弹簧力的作用下克服活塞与阀套之间安装的两道密封圈的预紧力和泥浆在活塞与阀套之间沉积的泥砂等固体颗粒的阻力上移，才能关闭泥浆通道。而实际工作过程中，经常因为活塞与阀套之间安装的两道密封圈的预紧力和泥浆在活塞与阀套之间沉积的泥砂等固体颗粒的阻力之和大于弹簧的安装预紧力而使活塞无法正常复位，导致浮阀失效，从而出现返浆现象，这样存在着极大的安全隐患。
发明内容
为了解决以上存在的问题，本发明提供了一种能消除密封阻力，打开和关闭更加顺畅，防止返浆、溢流等井场事故的喷嘴式止回阀。
为了实现上述目的，本发明采用以下具体方案：
喷嘴式止回阀，包括：
壳体，所述壳体内由上至下依次设有相互连通的安装腔和泥浆腔，所述安装腔内设有阀套，所述阀套内壁上由上至下依次设有限位台阶和弹簧台阶；
密封座，所述密封座设置在阀套上端且与阀套密封固定连接，所述密封座的下端设有外圆锥密封面，所述外圆锥密封面上设有次密封圈，所述密封座下部设有多个环形的与密封座内腔连通的泥浆通道，所述密封座的下端中心部位设有主密封；
动阀体，所述动阀体活动设置在密封座下端与限位台阶之间形成的活动腔内，且动阀体外壁与阀套内壁形成环形的泥浆间隙，所述动阀体的上端设有与密封座的外圆锥密封面密封配合的内圆锥密封面，所述动阀体的上端面与密封座的泥浆通道出口相接触；所述动阀体的腔体内壁上固定设有伸出动阀体上端面的喷嘴，所述喷嘴与主密封接触时密封动阀体内腔；所述动阀体下端与阀套的弹簧台阶之间设有弹簧；
护管，所述护管固定安装在动阀体下端，且弹簧套设在护管外部，所述护管内腔分别与动阀体内腔和泥浆腔连通，当动阀体下端压缩弹簧下移时，所述护管下端进入泥浆腔内；所述阀套、密封座、动阀体和护管均同轴设置。
优选的，所述动阀体的上端面位于泥浆通道出口处设有沉砂限位槽。
优选的，所述密封座的下端伸入阀套内并与阀套密封设置，所述密封座通过连接销与阀套固定连接。
优选的，所述阀套与密封座之间、所述阀套与壳体内壁之间、所述密封座与壳体内壁之间均设有密封圈。
优选的，所述安装腔的直径大于泥浆腔直径，所述安装腔与泥浆腔连接处形成安装台阶，所述安装台阶处设有与阀套下端连接的胶环。
优选的，所述限位台阶的内径大于弹簧台阶的内径。
优选的，所述次密封圈固定在密封座下部的外圆锥密封面上的环形槽内。
优选的，所述喷嘴为氧化锆陶瓷、硬质合金或高铬铸铁材料制成。
优选的，所述次密封圈的硬度不低于邵氏90度，材料为聚四氟乙烯或者氢化丁腈橡胶。
与现有技术性比，本发明具有以下优点：
1、通过动阀体与阀套之间环形的泥浆间隙，可以使开泵时，有少量泥浆通过，既不至于砂卡也不会因为泥浆流量过大而冲蚀密封面；停泵时，消除了活塞与阀套之间安装的两道密封圈的预紧力和泥浆在活塞与阀套之间沉积的泥砂等固体颗粒的阻力。
2、通过在密封座上设置两条或三条泥浆通道，主密封设置在中间部位的下部，同时在动阀体的上端面位于泥浆通道出口处设有沉砂限位槽，可以在动阀体在移动和复位时保证同轴准确性，能快速实现密封，并在试压时，保护密封件不因过度压缩而失效；在关闭过程中，使泥浆中的少量砂子等杂物沉积于沉砂限位槽内，避免卡在密封面处使密封失效。
3、密封座、壳体、阀套相互之间都有密封；并将活塞与阀套之间的动密封改为动阀体与密封座之间的静密封，避免了因阻力过大活塞无法正常复位，而导致浮阀失效的现象，同时能有效防止因活塞运动而导致密封件的损坏，延长其使用寿命；动阀体的内圆锥密封面经表面硬化处理；密封圈固定在密封座下部外圆锥面上的环形槽内，密封圈硬度不低于邵氏90度，材料为聚四氟乙烯、氢化丁腈橡胶或复合密封材料。
4、喷嘴的节流作用使动阀体压缩弹簧保持在稳定状态。
综上所述，本发明消除了活塞与阀套之间安装的两道密封圈的预紧力和泥浆在活塞与阀套之间沉积的泥砂等固体颗粒的阻力，即消除了浮阀活塞在移动过程中的密封阻力，在打开和关闭时都更加顺畅，停泵时，不会出现因活塞不能正常复位而导致的浮阀失效现象，避免出现返浆、溢流等井场事故。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是密封座的结构示意图；
图3是图2的俯视图；
图中： 1、壳体，2、胶环，3、阀套，4、密封圈，5、限位台阶，6、弹簧，7、动阀体，8、泥浆间隙，9、次密封圈，10、连接销，11、密封座，12、主密封，13、沉砂限位槽，14、喷嘴，15、护管，16、安装腔，17、泥浆腔，18、弹簧台阶，19、外圆锥密封面，20、内圆锥密封面，21、泥浆通道。
具体实施方式
现结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步的描述。
实施例1
参照图1-图3，喷嘴式止回阀，包括壳体1、阀套3、密封座11、动阀体7和护管15，阀套3、密封座11、动阀体7和护管15均同轴设置。
其中，在壳体1内由上至下依次设有相互连通的安装腔16和泥浆腔17，有阀套3安装在安装腔16内，在阀套3内壁上由上至下依次设有限位台阶5和弹簧台阶18。
密封座11设置在阀套3上端且与阀套3通过连接销10密封固定连接，密封座11的下端伸入阀套3内并与阀套3密封设置。动阀体7和护管15依次设置在阀套3内密封座11的下端。密封座11的下端设有外圆锥密封面19，动阀体7的上端设有与密封座11的外圆锥密封面19密封配合的内圆锥密封面20，次密封圈9固定在密封座11下部的外圆锥密封面19上的环形槽内，这样当动阀体7在弹簧6的作用下上升时，动阀体7的内圆锥密封面20与密封座11的外圆锥密封面19接触通过次密封圈9密封。
密封座11的下端设有多个环形的与密封座11内腔连通的泥浆通道21，泥浆通道21可以为2个或3个，动阀体7下端与阀套3的弹簧台阶18之间设有弹簧6；泥浆经泥浆通道21推动动阀体7压缩弹簧6，并使泥浆通道21通过喷嘴14与动阀体内腔连通。密封座11的下端中心部位设有主密封12，当动阀体7在弹簧6的作用下继续上升时，喷嘴14与主密封12接触实现密封。
上述的动阀体7活动设置在密封座11下端与限位台阶5之间形成的活动腔内，且动阀体7外壁与阀套3内壁形成环形的泥浆间隙8，动阀体7的上端面与密封座11的泥浆通道21出口相接触。控制泥浆间隙8的大小使开泵时，有少量泥浆通过泥浆间隙8通过，既不至于砂卡也不会因为泥浆流过大而冲蚀密封面，在停泵时，通过泥浆间隙8，消除了浮阀活塞在移动过程中的密封阻力，在打开和关闭时都更加顺畅，不会出现因活塞不能正常复位而导致的浮阀失效现象，避免出现返浆、溢流等井场事故。
动阀体7的腔体内壁上固定设有伸出动阀体7上端面的喷嘴14（喷嘴的节流作用使动阀体压缩弹簧保持在稳定状态），喷嘴14与主密封12接触时能密封动阀体7内腔。
另外，护管15固定安装在动阀体7的下端，且弹簧6套设在护管15外部，护管15内腔分别与动阀体7内腔和泥浆腔17连通，当动阀体下端压缩弹簧6下移时，护管15的下端进入泥浆腔17内，即通过护管15将动阀体内腔和壳体1的泥浆腔17连通，将泥浆导入下部钻具。
实施例2
与实施例1基本相同，不同之处在于，在动阀体7的上端面位于泥浆通道21出口处设有沉砂限位槽13，通过沉砂限位槽13在动阀体7在下移和复位时保证同轴准确性，能快速实现密封，并在试压时，保护密封件不因过度压缩而失效；在关闭过程中，使泥浆中的少量砂子等杂物沉积于沉砂限位槽13内，避免卡在密封面处使密封失效。
在实施例2的基础上，本发明进一步做以下优化：
阀套3与密封座11之间、阀套3与壳体1内壁之间、密封座11与壳体1内壁之间均设有密封圈4。
安装腔16的直径大于泥浆腔17的直径，安装腔16与泥浆腔17连接处形成安装台阶，安装台阶处设有与阀套3下端连接的胶环2。限位台阶5的内径大于弹簧台阶18的内径。喷嘴14为氧化锆陶瓷、硬质合金或高铬铸铁材料制成。另外，动阀体7的内圆锥密封面20经表面硬化处理； 次密封圈9的硬度不低于邵氏90度，材料为聚四氟乙烯、氢化丁腈橡胶或复合密封材料。
本发明的工作原理如下：
喷嘴式止回阀初始为关闭状态，将其通过上下两端螺纹接入钻柱，泥浆通道连通完毕，可以进行正常的钻井、起下钻等作业。打开泥浆泵，泥浆从上部进入喷嘴式止回阀的壳体1的上部内孔，泥浆压力克服弹簧6的弹力，泥浆通过密封座11的泥浆通道21推动动阀体7压缩弹簧6沿阀套3内腔下行，此时，动阀体7的内圆锥密封面20与密封座11的外圆锥密封面19分离，有少量泥浆通过环形的泥浆间隙8，通过控制泥浆间隙8的大小使其既不至于砂卡也不会因为泥浆流过大而冲蚀密封面，同时喷嘴14与主密封12分离，泥浆依次经喷嘴14、动阀体7的内腔、护管15的内腔和壳体1下部的泥浆腔17，最后流入下部钻具；当动阀体7的下端面接触到限位台阶5时，停止下移，弹簧6被保护，达到设定的最大压缩量。
泥浆泵关闭时，泥浆停止循环，泥浆在动阀体7上端的压力消失，动阀体7在被压缩状态的弹簧6的弹簧力和下部泥浆的作用下向上移动，这样可使动阀体7的内圆锥密封面20与密封座11的外圆锥密封面19紧密贴合在一起，形成密封副，同时喷嘴14与主密封12接触实现密封，关闭泥浆通道，同时，通过环形的泥浆间隙8消除了动阀体7在移动过程中的密封阻力，在打开和关闭时都更加顺畅，停泵时，防止下部泥浆沿钻柱内孔回流，防止地层压力向上传递，不会出现因活塞不能正常复位而导致的浮阀失效现象，避免出现返浆、溢流等井场事故，也防止了泥浆的浪费和环境污染。
通过对上述各实施例，有助于公众对本发明的理解，本发明的保护范围不局限于以上各实施例，任何对本发明各部件特征或整体结构形式而非实质内容的变更都视为本发明的技术方案。
Claims (9)
1.喷嘴式止回阀，其特征在于，包括：
壳体，所述壳体内由上至下依次设有相互连通的安装腔和泥浆腔，所述安装腔内设有阀套，所述阀套内壁上由上至下依次设有限位台阶和弹簧台阶；
密封座，所述密封座设置在阀套上端且与阀套密封固定连接，所述密封座的下端设有外圆锥密封面，所述外圆锥密封面上设有次密封圈，所述密封座下部设有多个环形的与密封座内腔连通的泥浆通道，所述密封座的下端中心部位设有主密封；
动阀体，所述动阀体活动设置在密封座下端与限位台阶之间形成的活动腔内，且动阀体外壁与阀套内壁形成环形的泥浆间隙，所述动阀体的上端设有与密封座的外圆锥密封面密封配合的内圆锥密封面，所述动阀体的上端面与密封座的泥浆通道出口相接触；所述动阀体的腔体内壁上固定设有伸出动阀体上端面的喷嘴，所述喷嘴与主密封接触时密封动阀体内腔；所述动阀体下端与阀套的弹簧台阶之间设有弹簧；
护管，所述护管固定安装在动阀体下端，且弹簧套设在护管外部，所述护管内腔分别与动阀体内腔和泥浆腔连通，当动阀体下端压缩弹簧下移时，所述护管下端进入泥浆腔内；所述阀套、密封座、动阀体和护管均同轴设置。
2.根据权利要求1所述的喷嘴式止回阀，其特征在于：所述动阀体的上端面位于泥浆通道出口处设有沉砂限位槽。
3.根据权利要求1或2所述的喷嘴式止回阀，其特征在于：所述密封座的下端伸入阀套内并与阀套密封设置，所述密封座通过连接销与阀套固定连接。
4.根据权利要求3所述的喷嘴式止回阀，其特征在于：所述阀套与密封座之间、所述阀套与壳体内壁之间、所述密封座与壳体内壁之间均设有密封圈。
5.根据权利要求3所述的喷嘴式止回阀，其特征在于：所述安装腔的直径大于泥浆腔直径，所述安装腔与泥浆腔连接处形成安装台阶，所述安装台阶处设有与阀套下端连接的胶环。
6.根据权利要求3所述的喷嘴式止回阀，其特征在于：所述限位台阶的内径大于弹簧台阶的内径。
7.根据权利要求3所述的喷嘴式止回阀，其特征在于：所述次密封圈固定在密封座下部的外圆锥密封面上的环形槽内。
8.根据权利要求3所述的喷嘴式止回阀，其特征在于：所述喷嘴为氧化锆陶瓷、硬质合金或高铬铸铁材料制成。
9.根据权利要求7所述的喷嘴式止回阀，其特征在于：所述次密封圈的硬度不低于邵氏90度，材料为聚四氟乙烯或者氢化丁腈橡胶。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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Denomination of invention: Nozzle check valve Effective date of registration: 20220105 Granted publication date: 20201002 Pledgee: China Co. truction Bank Corp Dongying Shengda subbranch Pledgor: DONGYING NERA PETROLEUM MECHANICAL MANUFACTURING CO.,LTD. Registration number: Y2021980017409 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Date of cancellation: 20231218 Granted publication date: 20201002 Pledgee: China Co. truction Bank Corp Dongying Shengda subbranch Pledgor: DONGYING NERA PETROLEUM MECHANICAL MANUFACTURING CO.,LTD. Registration number: Y2021980017409 |
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: Nozzle type check valve Granted publication date: 20201002 Pledgee: Bank of China Limited Dongying Branch Pledgor: DONGYING NERA PETROLEUM MECHANICAL MANUFACTURING CO.,LTD. Registration number: Y2024980008959 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |