CN114059960A - 套管阀 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种套管阀。套管阀设置在套管的外壁面上，套管阀包括：阀体，阀体具有中空腔，阀体的底面具有与中空腔连通的第一中心通孔，阀体的顶面具有开口；密封球座，密封球座设置在阀体的顶面上并遮挡开口，密封球座具有与中空腔连通的第二中心通孔；密封件，密封件活动设置在中空腔内，以通过密封件的位置改变调节第二中心通孔与中空腔的通断状态；弹性件，弹性件为密封件提供抵接在密封球座上的推力；端盖，端盖设置在密封球座远离密封件的一侧，端盖具有与第二中心通孔连通的第三中心通孔，端盖与阀体固定连接。本发明解决了现有技术中井口环空压力控制不方便的问题。

Description

套管阀

技术领域

本发明涉及油气井生产技术领域，具体而言，涉及一种套管阀。

背景技术

在常规油气井和地下储气库注采井生产运行中，由于流体少量泄漏、热膨胀和生产作业，油气井一个或多个环空不可避免会聚积一定压力。该压力值必须控制在合理范围，不能超过临界允许值，如果压力过大则会对井筒完整性造成严重破坏，如井筒密封性损坏、流体大量泄漏至地面，甚至井喷，严重威胁人员、环境和设备的安全。

常规井口一般设置有油压和套压(A环空)释放管线，可释放油管、套管之间的环空压力，但无法释放其它环空的井口压力。对于高温高压气井，B、C环空带压现象常见，甚至存在B环空压力高于A环空压力的现象。解决该问题的方法之一是改进井口装置，在每个环空均安装泄压管线，用于分别释放各环空压力。该方法的不足在于改进后井口装置更为复杂，制造维护花费较高。

由上可知，现有技术中存在井口环空压力控制不方便的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种套管阀，以解决现有技术中井口环空压力控制不方便的问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种套管阀，套管阀设置在套管的外壁面上，包括：阀体，阀体具有中空腔，阀体的底面具有与中空腔连通的第一中心通孔，阀体的顶面具有开口；密封球座，密封球座设置在阀体的顶面上并遮挡开口，密封球座具有与中空腔连通的第二中心通孔；密封件，密封件活动设置在中空腔内，以通过密封件的位置改变调节第二中心通孔与中空腔的通断状态；弹性件，弹性件为密封件提供抵接在密封球座上的推力；端盖，端盖设置在密封球座远离密封件的一侧，端盖具有与第二中心通孔连通的第三中心通孔，端盖与阀体固定连接。

进一步地，第一中心通孔、第二中心通孔和第三中心通孔同轴设置；和/或第一中心通孔的孔径、第二中心通孔的孔径和第三中心通孔的孔径均相同。

进一步地，密封件为球形帽。

进一步地，密封球座靠近密封件的一侧具有球形凹面，球形凹面与球形帽相适配以密封第二中心通孔。

进一步地，密封件背离密封球座的一侧具有容置凹部，至少一部分的弹性件容置在容置凹部内以使密封件与密封球座抵接。

进一步地，套管阀还包括过滤网，过滤网设置在端盖和密封球座之间。

进一步地，过滤网的过滤孔沿轴向的截面为梯形。

进一步地，弹性件为压缩弹簧或者气动弹簧。

进一步地，套管阀为一个或者多个，当套管阀为多个时，多个套管阀间隔设置在套管的外壁面的周向上。

进一步地，端盖与阀体之间为焊接；和/或套管阀与套管之间为螺纹连接。

进一步地，阀体具有外螺纹，套管的外壁具有与阀体的外螺纹相适配的内螺纹，套管阀通过阀体与套管螺纹连接。

应用本发明的技术方案，通过密封球座与密封件之间的位置关系来调节第二中心通孔与中空腔的通断状态，从而调节套管阀的开闭，第一中心通孔、中空腔、第二中心通孔和第三中心通孔顺次连通，使得高压流体能够单向地从套管阀外流入套管阀内，套管阀设置在套管的外壁面上，使得高压流体能够从外环空单向进入各个内环空，控制井口各个环空压力均不超过临界压力，从而实现对井口环空压力的控制，解决了现有技术中井口环空压力控制不方便的问题。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了本发明的一个具体实施例中的套管阀的结构示意图；

图2示出了图1中的套管阀的过滤网的过滤孔的剖面图；

图3示出了图1中的套管阀在套管上的具体安装示意图；

图4示出了图1中的套管阀在油气井中的具体安装示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、阀体；11、第一中心通孔；20、密封球座；21、第二中心通孔；30、密封件；40、弹性件；50、端盖；51、第三中心通孔；60、过滤网；70、套管；1、套管阀；2、第一环空；3、第二环空；4、第三环空；5、第四环空；6、油管。

具体实施方式

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组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

需要指出的是，除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的，或者是针对部件本身在竖直、垂直或重力方向上而言的；同样地，为便于理解和描述，“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外，但上述方位词并不用于限制本发明。

为了解决现有技术中井口环空压力控制不方便的问题，本发明提供了一种套管阀。

如图1和图3所示，套管阀设置在套管70的外壁面上，包括阀体10、密封球座20、密封件30、弹性件40和端盖50。阀体10具有中空腔，阀体10的底面具有与中空腔连通的第一中心通孔11，阀体10的顶面具有开口。密封球座20设置在阀体10的顶面上并遮挡开口，密封球座20具有与中空腔连通的第二中心通孔21。密封件30活动设置在中空腔内，以通过密封件30的位置改变调节第二中心通孔21与中空腔的通断状态。弹性件40为密封件30提供抵接在密封球座20上的推力。端盖50设置在密封球座20远离密封件30的一侧，端盖50具有与第二中心通孔21连通的第三中心通孔51，端盖50与阀体10固定连接。

通过密封球座20与密封件30之间的位置关系来调节第二中心通孔21与中空腔的通断状态，从而调节套管阀的开闭，第三中心通孔51、第二中心通孔21、中空腔和第一中心通孔11顺次连通，使得高压流体能够单向地从套管阀外流入套管阀内，套管阀设置在套管70的外壁面上，使得高压流体能够从外环空单向进入各个内环空，控制井口各个环空压力均不超过临界压力，从而实现对井口环空压力的控制。

在本实施例中，第一中心通孔11、第二中心通孔21和第三中心通孔51同轴设置。当套管阀的某个中心通孔特别是第一中心通孔11发生堵塞时，将密封件30和弹性件40拆卸后，从第三中心通孔51插入疏通工具能够直接对第一中心通孔11进行疏通，方便快捷。如果第一中心通孔11与第二中心通孔21和第三中心通孔51不同轴设置，则会需要特制的疏通工具，且使用不方便，增加了操作工人的工作量。

具体的，第一中心通孔11的孔径、第二中心通孔21的孔径和第三中心通孔51的孔径均相同。将第一中心通孔11的孔径、第二中心通孔21的孔径和第三中心通孔51的孔径设置为相同的尺寸，使得高压流体进入套管阀时，在第一中心通孔11、第二中心通孔21和第三中心通孔51处的压力均不会发生剧烈变化，保证高压流体平稳流过套管阀，防止发生压力剧变的情况，影响井口环空压力的控制。

如图1所示，密封件30为球形帽。具体的，球形帽的中间突起部分伸入第二中心通孔21并将第二中心通孔21密封，球形帽的两侧与密封球座20抵接。这样使得套管阀具有单向流通的功能。当高压流体由第一中心通孔11进入套管阀后，对球形帽的中间突起部分向下挤压，使得密封件30与密封球座20分离，高压流体进入中空腔，然后通过第三中心通孔51流出套管阀。如果高压流体从第三中心通孔51进入中空腔，高压流体将无法使得密封件30与密封球座20分离，反而会使密封件30与密封球座20的抵接更加紧密，从而达到单向流通的目的。

如图1所示，密封球座20靠近密封件30的一侧具有球形凹面，球形凹面与球形帽相适配以密封第二中心通孔21。球形凹面与球形帽相适配使得密封件30与密封球座20之间具有足够的密封性，防止在未达到套管阀的开启压力时，流体就能从第二中心通孔21进入中空腔，保证了套管阀的压力控制的准确性。

如图1所示，密封件30背离密封球座20的一侧具有容置凹部，至少一部分的弹性件40容置在容置凹部内以使密封件30与密封球座20抵接。将弹性件40容置在容置凹部内，使得弹性件40能够更好地推动密封件30与密封球座20抵接，保证密封件30与密封球座20之间的密封性。具体的，弹性件40的刚度为密封件30提供的抵接在密封球座20上的推力与套管阀的开启压力相关联。不同型号的套管阀的开启压力不同，相应的，弹性件40的刚度和为密封件30提供的抵接在密封球座20上的推力也会进行调整，以满足套管阀的使用需求。

如图1所示，套管阀还包括过滤网60，过滤网60设置在端盖50和密封球座20之间。过滤网60能够过滤进入套管阀的高压流体中的杂质，防止杂质对套管阀内的部件造成损害或者堵塞套管阀内的各个中心通孔，因此，过滤网60设置在套管阀的靠外的位置，也就是端盖50和密封球座20之间。

如图2所示，过滤网60的过滤孔沿轴向的截面为梯形。具体的，梯形截面的两个斜边的夹角a为12°至15°，梯形截面的短边b为0.3mm。过滤孔的外侧口径小于内侧口径，使得高压流体中的杂质不易通过过滤孔，防止杂质进入套管阀内对套管阀的部件造成损害，且过滤孔的口径由外向内逐渐变大，使得高压流体更容易通过过滤孔，不易在过滤孔处形成局部高压，保证套管阀的安全。

在本实施例中，过滤网60的过滤孔的横截面为长方形，且相邻两个过滤孔的长方形横截面互相垂直。这样能够更好地过滤高压流体中的不同形状的杂质，防止杂质进入套管阀内对套管阀的部件造成损害。具体的，长方形横截面的宽为梯形截面的短边b，长方形横截面的长度为10mm。

具体的，弹性件40为压缩弹簧或者气动弹簧。在本实施例中，弹性件40为压缩弹簧。压缩弹簧使用和更换方便，结构简单，且具有较长的使用寿命，保证了套管阀的正常使用。当然，为了使得弹性件40具有更高的强度和更好的弹力控制精度，也可以采用气动弹簧，可以根据实际需求进行选择。

在本实施例中，端盖50与阀体10之间为焊接。焊接使得套管阀具有较高的强度，保证了套管阀在高压流体不断流入的过程中不会损坏，具有较长的寿命。

如图3所示，套管阀与套管70之间为螺纹连接。具体的，阀体10具有外螺纹，套管70的外壁具有与阀体10的外螺纹相适配的内螺纹，套管阀通过阀体10与套管70螺纹连接。

在本实施例中，套管阀为一个或者多个，当套管阀为多个时，多个套管阀间隔设置在套管70的外壁面的周向上。将多个套管阀间隔设置在套管70的外壁面的周向上，使得外环空的高压流体能够更快速地进入内环空，使得套管阀对井口环空压力的控制更加迅速，防止各个环空压力超过临界压力。此外，间隔设置的布置方式使得高压流体能够更平稳地由外环空进入内环空，不会产生剧烈的压力波动，保证套管70的安全。

如图4所示，本实施例中的井口由外向内依次具有第一环空2、第二环空3、第三环空4、第四环空5和油管6。第一环空2、第二环空3、第三环空4和第四环空5的套管70上均设置有套管阀1。以第四环空5为例，套管阀1设置在近井口水泥面上方或浸入到第四环空5的保护液中一定深度。当第一环空2的压力超过第一环空2的套管70上设置的套管阀1的开启压力时，第一环空2的高压流体会通过套管阀1进入第二环空3。如果第二环空3内的压力超过第二环空3的套管70上设置的套管阀1的开启压力，第二环空3的高压流体会通过套管阀1进入第三环空4。如果第三环空4内的压力超过第三环空4的套管70上设置的套管阀1的开启压力，第三环空4的高压流体会通过套管阀1进入第四环空5。此外，油管6上也设置有套管阀1，第四环空5的高压流体会通过套管阀1进入油管6，油管6与地面连通，从而使得高压流体排出井外，从而达到控制井口环空压力的目的。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：通过密封球座20与密封件30之间的位置关系来调节第二中心通孔21与中空腔的通断状态，从而调节套管阀的开闭，第一中心通孔11、中空腔、第二中心通孔21和第三中心通孔51顺次连通，使得高压流体能够单向地从套管阀外流入套管阀内，套管阀设置在套管70的外壁面上，使得高压流体能够从外环空单向进入各个内环空，控制井口各个环空压力均不超过临界压力，从而实现对井口环空压力的控制。

显然，上述所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、工作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种套管阀，所述套管阀设置在套管(70)的外壁面上，其特征在于，包括：

阀体(10)，所述阀体(10)具有中空腔，所述阀体(10)的底面具有与所述中空腔连通的第一中心通孔(11)，所述阀体(10)的顶面具有开口；

密封球座(20)，所述密封球座(20)设置在所述阀体(10)的所述顶面上并遮挡所述开口，所述密封球座(20)具有与所述中空腔连通的第二中心通孔(21)；

密封件(30)，所述密封件(30)活动设置在所述中空腔内，以通过所述密封件(30)的位置改变调节所述第二中心通孔(21)与所述中空腔的通断状态；

弹性件(40)，所述弹性件(40)为所述密封件(30)提供抵接在所述密封球座(20)上的推力；

端盖(50)，所述端盖(50)设置在所述密封球座(20)远离所述密封件(30)的一侧，所述端盖(50)具有与所述第二中心通孔(21)连通的第三中心通孔(51)，所述端盖(50)与所述阀体(10)固定连接。

2.根据权利要求1所述的套管阀，其特征在于，

所述第一中心通孔(11)、所述第二中心通孔(21)和所述第三中心通孔(51)同轴设置；和/或

所述第一中心通孔(11)的孔径、所述第二中心通孔(21)的孔径和所述第三中心通孔(51)的孔径均相同。

3.根据权利要求1所述的套管阀，其特征在于，所述密封件(30)为球形帽。

4.根据权利要求3所述的套管阀，其特征在于，所述密封球座(20)靠近所述密封件(30)的一侧具有球形凹面，所述球形凹面与所述球形帽相适配以密封所述第二中心通孔(21)。

5.根据权利要求1所述的套管阀，其特征在于，所述密封件(30)背离所述密封球座(20)的一侧具有容置凹部，至少一部分的所述弹性件(40)容置在所述容置凹部内以使所述密封件(30)与所述密封球座(20)抵接。

6.根据权利要求1所述的套管阀，其特征在于，所述套管阀还包括过滤网(60)，所述过滤网(60)设置在所述端盖(50)和所述密封球座(20)之间。

7.根据权利要求6所述的套管阀，其特征在于，所述过滤网(60)的过滤孔沿轴向的截面为梯形。

8.根据权利要求1所述的套管阀，其特征在于，所述弹性件(40)为压缩弹簧或者气动弹簧。

9.根据权利要求1所述的套管阀，其特征在于，所述套管阀为一个或者多个，当所述套管阀为多个时，多个所述套管阀间隔设置在所述套管(70)的外壁面的周向上。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的套管阀，其特征在于，

所述端盖(50)与所述阀体(10)之间为焊接；和/或

所述套管阀与所述套管(70)之间为螺纹连接。

11.根据权利要求10所述的套管阀，其特征在于，所述阀体(10)具有外螺纹，所述套管(70)的外壁具有与所述阀体(10)的外螺纹相适配的内螺纹，所述套管阀通过所述阀体(10)与所述套管(70)螺纹连接。

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