CN112709828B - 一种针型阀及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于天然气开发技术领域，具体涉及一种针型阀及其使用方法，包括阀体、阀芯、进气口和出气口，阀芯安装在阀体内，阀芯与进气口和出气口之间通过密封件密封连接，阀芯具有缓冲结构，阀体一侧为进气口，出气口位于阀体下部，阀芯底部设于出气口内。该针型阀采用十字柱锥型阀芯，在传统锥面阀芯结构的基础上，增加了柱体，延长了椎体长度；当阀芯向上开启时，柱形结构缓冲了上游气体的进入；十字柱锥形结构增加气体导向和缓冲，使开井过程更加稳定。采用软密封和硬密封，两种密封形式结合，提高密封效果。硬密封采用渡铬合金材质，软密封采用石墨增强四氟材质，能大大提高针型调节面的抗冲蚀性能，同时软密封能对硬密封起到保护作用。

Description

一种针型阀及其使用方法

技术领域

本发明属于天然气开发技术领域，具体涉及一种针型阀及其使用方法。

背景技术

在天然气开采集输过程中，根据生产需要，通常会采用针阀调节采气井口的生产气量。尤其对于采用中低压集输模式的气井，井筒安装有井下节流器；开井时，为了保障地面管线的安全，需要手动调节针型阀缓慢开启，逐步释放压力。

手动开启针型阀，费时费力。目前有些气田开始试验应用电动远程控制调节阀。调节阀主体基于针型阀，但是在自动开启过程中会出现气流不稳、管压波动较大的问题；关井后密封不严的问题；以及调节开启关闭动作延迟等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种针型阀，克服现有技术中存在的上述技术问题。

本发明的另一个目的在于提供一种针型阀使用方法，即可保证匀速开井，又可保证关井后下游不漏气。

为此，本发明提供的技术方案如下：

一种针型阀，包括阀体、阀芯、进气口和出气口，阀芯安装在阀体内，阀芯与进气口和出气口之间通过密封件密封连接，所述阀芯具有缓冲结构，所述阀体一侧为进气口，所述出气口位于阀体下部，所述阀芯底部设于出气口内。

所述阀芯设有自平衡结构，所述阀体内设有内筒，所述内筒连接有驱动机构，所述内筒套设在阀芯上方。

所述阀芯为十字柱锥形结构，所述十字柱锥形结构下部为锥体，上部为柱体，所述柱形长度为20-25mm。

所述密封件包括软密封和硬密封，所述软密封为密封圈一，所述软密封固设在内筒的底部且与进气口的内底平齐，所述硬密封包括密封圈二，所述密封圈二为上大下小的圆台型；

所述密封圈二设于密封圈一下方，所述阀体内设有与密封圈二匹配的双台阶结构，所述双台阶结构的台阶二水平部分与针型阀芯上部分贴合。

所述自平衡结构包括平衡腔和平衡孔，所述阀芯上部的中空结构形成平衡腔，所述平衡腔内设有平衡活塞，所述平衡活塞顶部固设有活塞杆，所述活塞杆穿过阀芯顶部后与驱动机构连接；

所述平衡孔包括平衡孔一和平衡孔二，所述平衡孔一设于阀芯上部且不低于阀芯与进气口密封部位，所述平衡孔二设于阀芯底端中心，所述阀芯设有导流通道，所述平衡孔一通过平衡腔和导流通道与平衡孔二连通。

所述驱动机构电信号连接控制系统，所述控制系统通讯连接控制平台。

所述驱动机构连接有太阳能电池板。

所述密封圈一为石墨增强四氟材质，所述密封圈二为镀络合金材质。

一种针型阀的使用方法，将针型阀的进气口连接上游天然气，出气口通过法兰连接下游管线，针型阀开启时，通过阀芯的自平衡结构使阀芯上下游压力达到平衡，之后，控制系统发送信号控制驱动机构带动阀芯上移，针型阀进入自调节开井状态，直到检测到油压和管压平衡后，针型阀进入快速开井状态，直到阀门完全开启为止。

在自调节过程中，控制系统发送信号控制驱动机构带动阀芯上移时，每开一次回落一次，每次开启范围和回落范围为设定值，每次开启范围大于回落范围，整个过程中，调节开启范围为15-20%。

本发明的有益效果是：

本发明提供的这种针型阀，采用十字柱锥型阀芯，在传统锥面阀芯结构的基础上，增加了柱体，延长了椎体长度；当阀芯向上开启时，柱形结构缓冲了上游气体的进入；十字柱锥形结构增加气体导向和缓冲，使开井过程更加稳定。

本发明中针型阀采用软密封和硬密封，两种密封形式结合，提高密封效果。硬密封采用渡铬合金材质，软密封采用石墨增强四氟材质，能大大提高针型调节面的抗冲蚀性能，同时软密封能对硬密封起到保护作用。

针型阀芯设计自平衡式结构，在阀芯正中设计导流通道，阀芯上部设计平衡腔，连接上游天然气，平衡阀芯上下游压力，可实现阀芯低扭矩均匀开启和关闭。低扭矩开关井仅需井口太阳电池板供电即可。该针型阀即可保证匀速开井，又可保证关井后下游不漏气，简单实用，成本低廉。

下面将结合附图做进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明的一种实施方式剖视图；

图2是十字柱锥形阀芯的结构示意图。

图中：1、控制系统；2、驱动机构；3、上阀盖；4、阀芯；5、平衡活塞；6、平衡腔；7、软密封；8、阀体；9、硬密封；10、平衡孔一；11、导流通道；12、平衡孔二；13、内筒；14、进气口；15、出气口；16、活塞杆；17、锥体；18、柱体。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

现参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语（包括科技术语）对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

实施例1：

本实施例提供了一种针型阀，包括阀体8、阀芯4、进气口14和出气口15，阀芯4安装在阀体8内，阀芯4与进气口14和出气口15之间通过密封件密封连接，所述阀芯4具有缓冲结构，所述阀体8一侧为进气口14，所述出气口15位于阀体8下部，所述阀芯4底部设于出气口15内。

该针型阀相对于传统的锥形阀芯，本发明阀芯4具有缓冲结构，有利于缓冲气体，使阀芯4开启过程更加稳定。

实施例2：

在实施例1的基础上，本实施例提供了一种针型阀，所述阀芯4设有自平衡结构，所述阀体8内设有内筒13，所述内筒13连接有驱动机构2，所述内筒13套设在阀芯4上方。

阀芯4通过设置自平衡结构，平衡阀芯4上下游压力，可实现阀芯4低扭矩均匀开启和关闭。驱动机构2用于带动内筒13上下运动，以打开密封件。

实施例3：

在实施例1的基础上，本实施例提供了一种针型阀，所述阀芯4设有自平衡结构，所述阀芯4为十字柱锥形结构，所述十字柱锥形结构下部为锥体17，上部为柱体18，所述柱形长度为20-25mm。

如图2所示，本实施例提供的这种针型阀，采用十字柱锥型阀芯4，在传统锥面阀芯4结构的基础上，增加了柱体18（约15mm），延长了椎体长度；当阀芯4向上开启时，柱形结构缓冲了上游气体的进入；十字柱锥形结构增加气体导向和缓冲，使开井过程更加稳定。

实施例4：

在实施例2的基础上，本实施例提供了一种针型阀，所述密封件包括软密封7和硬密封9，所述软密封7为密封圈一，所述软密封7固设在内筒13的底部且与进气口14的内底平齐，所述硬密封9包括密封圈二，所述密封圈二为上大下小的圆台型；

所述密封圈二设于密封圈一下方，所述阀体8内设有与密封圈二匹配的双台阶结构，所述双台阶结构的台阶二水平部分与针型阀芯4上部分贴合。

所述密封圈一为石墨增强四氟材质，所述密封圈二为镀络合金材质。

本发明中针型阀采用软密封7和硬密封9，两种密封形式结合，提高密封效果。硬密封9采用渡铬合金材质，软密封7采用石墨增强四氟材质，能大大提高针型调节面的抗冲蚀性能，同时软密封7能对硬密封9起到保护作用。

实施例5：

在实施例2的基础上，本实施例提供了一种针型阀，所述自平衡结构包括平衡腔6和平衡孔，所述阀芯4上部的中空结构形成平衡腔6，所述平衡腔6内设有平衡活塞5，所述平衡活塞5顶部固设有活塞杆16，所述活塞杆16穿过阀芯4顶部后与驱动机构2连接；

所述平衡孔包括平衡孔一10和平衡孔二12，所述平衡孔一10设于阀芯4上部且不低于阀芯4与进气口14密封部位，所述平衡孔二12设于阀芯4底端中心，所述阀芯4设有导流通道11，所述平衡孔一10通过平衡腔6和导流通道11与平衡孔二12连通。

阀体8的进气口14通过法兰连接井口来气，出气口15通过法兰连接下游地面管线；驱动机构2带动内筒13，露出平衡孔一10，解除密封，同时活塞杆16上行带动平衡活塞5上移让出平衡腔6空间，井口来气进入平衡腔6，当平衡腔6内压力大于管压时，气体依次通过平衡孔一10、阀芯4导流通道11、平衡孔二12进入下游管线，使阀芯4上下游压力逐渐达到平衡；当平衡活塞5上移到极限位置后，驱动机构2通过活塞杆16带动阀芯4上移，阀门进入自调节开井状态，逐渐打开，直到检测到油压和管压平衡后，该阶段结束；最后阀门进入快速开井状态，直到阀门完全开启为止。

实施例6：

在实施例2的基础上，本实施例提供了一种针型阀，所述驱动机构2电信号连接控制系统1。

控制系统1一方面将上游的井口油压、下游管线的管压、流量计、截断阀等相关信号现场采集处理后远程传输给控制平台，另一方面将控制平台发送的命令传输给驱动机构2执行现场操作命令。

在本实施例中，控制系统1为PLC控制系统。井口的压力传感器、下游管线的压力传感器及流量计均与PLC控制系统电信号连接。

实施例7：

在实施例2的基础上，本实施例提供了一种针型阀，所述驱动机构2连接有太阳能电池板。

该针型阀的阀芯4设计自平衡式结构，在阀芯4正中设计导流通道11，阀芯4上部设计平衡腔6，连接上游天然气，平衡阀芯4上下游压力，可实现阀芯4低扭矩均匀开启和关闭。低扭矩开关井仅需井口太阳电池板供电即可。

实施例8：

本实施例提供了一种针型阀，如图1所示，包括控制系统1、驱动机构2、阀体8、阀芯4、进气口14和出气口15，阀体8一侧为进气口14，阀体8下部为出气口15，阀体8上部有上阀盖3，阀芯4在阀体8内，阀芯4上设有自平衡结构，阀芯4外套有内筒13，内筒13上部与驱动机构2连接，驱动机构2连接电连接控制系统1。内筒13下部有软密封7，软密封7为密封圈一，软密封7下方有密封圈二，密封圈二与阀芯4贴合密封，密封圈一用于密封进气口14与阀芯4，密封圈二用于密封出气口15与阀芯4。内筒13上部顶部穿出上阀盖3。

其中，如图2所示，阀芯4为十字柱锥形结构，十字柱锥形结构下部为锥体17，上部为柱体18，柱形长度为20-25mm。柱体18内部中空，内置有平衡腔6，柱体18上部开有平衡孔一10，该平衡孔一10不低于阀芯4与进气口14密封部位，下部锥体17正中开有导流通道11，导流通道11末端为平衡孔二12，平衡腔6内有平衡活塞5，平衡活塞5顶部的活塞杆16穿过阀芯4后与驱动机构2连接，平衡腔6、平衡活塞5、平衡孔一10和平衡孔二12共同组成自平衡结构；密封圈二为上大下小的圆台型，与阀体8内的双台阶结构匹配，双台阶结构的台阶二水平部分与针型阀芯4上部分贴合，与密封圈二结合实现阀芯4与出气口15的密封。

驱动机构2接收控制系统1命令，并执行开井或关井的操作命令。内筒13通过弹簧连接驱动机构2，驱动机构2根据现场需求通过市场购买即可。控制系统1一方面将井口油压、下游管线管压、流量计、截断阀等相关信号现场采集处理后远程传输给控制平台，另一方面将控制平台发送的命令传输给驱动机构2执行现场操作命令。

阀芯4采用十字柱锥形结构，在传统锥面阀芯4结构的基础上，增加了柱体18，延长了椎体长度；当阀芯4向上开启时，柱形结构缓冲了上游气体的进入；十字柱锥形结构增加气体导向和缓冲，使开井过程更加稳定。

软密封7采用石墨增强四氟材质，能很好地提高调节阀芯4的气密封性能；当主体阀芯4开启时，先开软密封7；当阀芯4关闭时，后关软密封7。

硬密封9采用镀络合金材质，能大大提高针型调节面的抗冲蚀性能；当阀芯4开启时，先开软密封7，后开硬密封9；当阀芯4关闭时，先关硬密封9，后关软密封7。

使用过程：

首先将该针型阀的进气口14与出气口15通过法兰分别连接上下游管线。针型阀的自动调节开启过程是这样实现的：

如图2所示，针型阀的软密封7、硬密封9均处于关闭状态。当控制系统1发出开井命令后，驱动结构执行开井动作，开井时，驱动机构2带动内筒13上行，使软密封7上行，露出平衡孔一10，解除密封，同时活塞杆16上行带动平衡活塞5上移让出平衡腔6空间，井口来气进入平衡腔6，当平衡腔6内压力大于管压时，气体依次通过平衡孔一10、阀芯4导流通道11、平衡孔二12进入下游管线，使阀芯4上下游压力逐渐达到平衡。

当平衡活塞5上移到极限位置后，驱动机构2通过活塞杆16带动阀芯4上移，柱体18的底部离开阀体8的双台阶结构，硬密封9打开，阀门进入自调节开井状态，通道逐渐打开，气体从进气口14直接进入出气口15，直到检测到油压和管压平衡后，该阶段结束；最后阀门进入快速开井状态，直到阀门完全开启为止。

针型阀的关闭动作与开启过程是相反的：

当电动执行机构发出关井的命令后，阀芯4缓慢下降，硬密封9关闭；然后软密封7缓慢下降，直至全部关闭。

实施例9：

本实施例提供了一种针型阀的使用方法，将针型阀的进气口14连接上游天然气，出气口15通过法兰连接下游管线，针型阀开启时，通过阀芯4的自平衡结构使阀芯4上下游压力达到平衡，之后，控制系统1发送信号控制驱动机构2带动阀芯4上移，针型阀进入自调节开井状态，直到检测到油压和管压平衡后，针型阀进入快速开井状态，直到阀门完全开启为止。

阀门开启时，管线在上下压差作用下通过平衡孔使上下游压力达到平衡，从而实现低扭矩快速开启；阀门关闭时因阀芯4上下面积差而实现上下压力差，从而实现低扭矩快速关闭。

实施例10：

在实施例9的基础上，本实施例提供了一种针型阀的使用方法，在自调节过程中，控制系统1发送信号控制驱动机构2带动阀芯4上移时，每开一次回落一次，每次开启范围和回落范围为设定值，每次开启范围大于回落范围，整个过程中，调节开启范围为15-20%。

自调节过程中每次阀芯4上移后都有一定回落，实现阀门缓慢开启，自主调节。自调节过程中每次阀芯上移后都有一定回落，实现阀门缓慢开启，自主调节。每次开启范围值和回落范围值可通过控制平台发送给控制系统或在控制系统中设定。在本实施例中，每次开启范围为0.1%，回落范围为0.05%。

本发明针型阀可用于各类高、低压气井；尤其能适应高压气井的开启，代替了人工现场操作，不仅可保障操作人员人身安全，而且能提高工作效率。

以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种针型阀，包括阀体、阀芯、进气口和出气口，阀芯安装在阀体内，阀芯与进气口和出气口之间通过密封件密封连接，其特征在于：所述阀芯具有缓冲结构，所述阀体一侧为进气口，所述出气口位于阀体下部，所述阀芯底部设于出气口内；

所述阀芯设有自平衡结构，所述阀体内设有内筒，所述内筒连接有驱动机构，所述内筒套设在阀芯上方；所述自平衡结构包括平衡腔和平衡孔，所述阀芯上部的中空结构形成平衡腔，所述平衡腔内设有平衡活塞，所述平衡活塞顶部固设有活塞杆，所述活塞杆穿过阀芯顶部后与驱动机构连接；

所述平衡孔包括平衡孔一和平衡孔二，所述平衡孔一设于阀芯上部且不低于阀芯与进气口密封部位，所述平衡孔二设于阀芯底端中心，所述阀芯设有导流通道，所述平衡孔一通过平衡腔和导流通道与平衡孔二连通。

2.根据权利要求1所述的一种针型阀，其特征在于：所述阀芯为十字柱锥形结构，所述十字柱锥形结构下部为锥体，上部为柱体，所述柱体长度为20-25mm。

3.根据权利要求1所述的一种针型阀，其特征在于：所述密封件包括软密封和硬密封，所述软密封为密封圈一，所述软密封固设在内筒的底部且与进气口的内底平齐，所述硬密封包括密封圈二，所述密封圈二为上大下小的圆台型；

所述密封圈二设于密封圈一下方，所述阀体内设有与密封圈二匹配的双台阶结构，所述双台阶结构的台阶二水平部分与针型阀芯上部分贴合。

4.根据权利要求1所述的一种针型阀，其特征在于：所述驱动机构电信号连接控制系统，所述控制系统通讯连接控制平台。

5.根据权利要求1所述的一种针型阀，其特征在于：所述驱动机构连接有太阳能电池板。

6.根据权利要求3所述的一种针型阀，其特征在于：所述密封圈一为石墨增强四氟材质，所述密封圈二为镀络合金材质。

7.根据权利要求4所述的一种针型阀的使用方法，其特征在于：将针型阀的进气口连接上游天然气，出气口通过法兰连接下游管线，针型阀开启时，通过阀芯的自平衡结构使阀芯上下游压力达到平衡，之后，控制系统发送信号控制驱动机构带动阀芯上移，针型阀进入自调节开井状态，直到检测到油压和管压平衡后，针型阀进入快速开井状态，直到阀门完全开启为止。

8.根据权利要求7所述的一种针型阀的使用方法，其特征在于：在自调节过程中，控制系统发送信号控制驱动机构带动阀芯上移时，每开一次回落一次，每次开启范围和回落范围为设定值，每次开启范围大于回落范围，整个过程中，调节开启范围为15-20%。

Images