CN114645692A - 一种井口采油树节流阀芯及节流阀 - Google Patents
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Abstract
一种井口采油树节流阀芯及节流阀，涉及石油机械领域，具体是井口采油树所用的节流阀领域，包括可用于海洋采油工况的节流阀。该种阀芯可以持续的微调且阀芯结构及生产维护简单。本发明提供的井口采油树节流阀芯，呈筒状由封堵段和节流段构成，所述节流段上沿径向设置有节流孔；其特别处为：其所述的阀芯包括第一阀芯、第二阀芯；第一阀芯，用于通过其上设置的节流孔与阀体的节流进口、节流出口连通构成节流第一通道；或用于关闭节流第一通道；第二阀芯，用于通过其上设置的节流孔与阀体的节流进口、节流出口连通构成参与节流的节流第二通道；或用于关闭节流第二通道；且第二阀芯上的节流孔直径小于第一阀芯上的节流孔直径。
Description
技术领域
本发明涉及石油机械领域，具体是井口采油树所用的节流阀领域，包括可用于海洋采油工况的节流阀。
背景技术
采油树是自喷井和机采井等用来开采石油的井口装置，是油气井最上部控制和调节油气生产的主要设备。
节流阀为采油树所用的关键部件，其用于在石油开发作业中调整出油压力。
根据API规范及GB/T22513标准，节流阀的流体出口方向背离阀盖，其阀芯11上设置节流孔111，如图1所示，通过节流孔构成节流通道。因为采油工况会有差别，尤其是涉及海洋采油，需要根据不同工况调整节流相关的技术要求，多个节流孔构成的过流面积也需要进行调整，而现有的节流阀在调整时不利之处是，由于阀芯上节流孔沿轴向呈大直径孔到小直径孔的方式排列，因此在调整过流面积时，如果在小直径孔段可以实现微调，但是随着孔径的变化，调整的过流面积精度会越来越低，不能实现持续的微调。
中国专利申请“用于节流阀的阀芯组件以及节流阀”（申请号202010366284.1）提供了一种阀芯组件，该种阀芯组件由多个可拆卸连接的阀芯单元构成；至少部分阀芯单元上设置节流孔，不同的阀芯单元可以设置不同直径的节流孔，通过不同的阀芯单元组合形成不同过流面积及不同孔径的组合，以此来实现节流精度的调整。但该种阀芯安装完成后，依然存在不能持续微调的问题。此外该种阀芯组件还存在零部件过多，阀芯单元之间需要保证密封性能，生产及维护都带来新问题，尤其是在海洋环境采油作业中。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种井口采油树节流阀芯及节流阀，其可以持续的微调且阀芯结构及生产维护简单。
本发明提供的井口采油树节流阀芯，阀芯呈筒状由封堵段和节流段构成，所述节流段上沿径向设置有节流孔；其特别处为：所述的阀芯包括第一阀芯、第二阀芯；
第一阀芯，用于通过其上设置的节流孔与阀体的节流进口、节流出口连通构成节流第一通道；或用于关闭节流第一通道；
第二阀芯，用于通过其上设置的节流孔与阀体的节流进口、节流出口连通构成参与节流的节流第二通道；或用于关闭节流第二通道；
且第二阀芯上的节流孔直径小于第一阀芯上的节流孔直径。
作为该种阀芯进一步的技术方案：所述第一阀芯上的节流孔分布方式为沿第一阀芯轴向列有多圈。
进一步的：所述的第二阀芯上节流孔的直径均相等。
进一步的：所述第二阀芯上节流孔分布的圈数多于第一阀芯上节流孔分布的圈数。
本发明提供的井口采油树用节流阀，包括阀体、阀芯，所述阀体上设有一个节流进口、一个节流出口；阀芯呈筒状由封堵段和节流段构成，所述节流段上沿径向设置有节流孔；其特别处为：所述的阀芯包括第一阀芯、第二阀芯；
第一阀芯，用于通过其上设置的节流孔与所述节流进口、节流出口连通构成节流第一通道；或用于关闭节流第一通道；
第二阀芯，用于通过其上设置的节流孔与所述节流进口、节流出口连通构成参与节流的节流第二通道；或用于关闭节流第二通道；
且第二阀芯上的节流孔直径小于第一阀芯上的节流孔直径。
作为该种节流阀的进一步的技术方案：第一阀芯上的节流孔分布方式为沿第一阀芯轴向列有多圈。
进一步的：所述的第二阀芯上节流孔的直径均相等。
进一步的：所述第二阀芯上节流孔分布的圈数多于第一阀芯上节流孔分布的圈数。
进一步的：所述节流进口与第一阀芯连通的第一输入通道直径大于节流进口与第二阀芯连通的第二输入通道的直径。
进一步的：所述节流出口与第一阀芯连通的第一输出通道直径大于节流出口与第二阀芯连通的第二输出通道的直径。
发明中的阀芯只有第一阀芯、第二阀芯构成，可以将设置了大直径节流孔的第一阀芯设为常用阀芯，其可适用绝大多数的工况；设置了小直径节流孔的第二阀芯设为冗余阀芯；当需要粗调时，可以通过第一阀芯轴向运动使其节流孔部分被遮挡或露出实现，当需要微调时，可以通过第二阀芯的轴向运动使小直径的节流孔被遮挡或露出实现，而且第二阀芯上均为小直径节流孔，因此可以持续的微调。此外两个阀芯之间不需要进行装配，因此阀芯整体装配方式相对简单，不会产生新的阀芯密封问题及带来的加工安装问题。更进一步的特别之处还有，因为设置了小直径节流孔的第二阀芯可以作为冗余阀芯，因此其还可以避免小节流孔被频繁冲蚀造成小节流孔周边脱落、破裂，避免其无间歇的处于工作状态，而大节流孔因为直径较大其周边不易损坏，如此即延长了阀芯的使用寿命；而节流阀中的易损件即为阀芯部分，如此也延长了节流阀整体的使用寿命。
附图说明
图1为现有技术中节流阀阀芯的结构示意图；
图中：11阀芯，111节流孔；
图2为本发明中节流阀实施例的结构示意图；
图3为图2所示节流阀的A向视图；
图4为图2的B-B剖视图；
图5为图4中第一阀芯的放大结构剖视图；
图6为图4中第二阀芯的放大结构剖视图；
图中：21阀体，211节流进口，212节流出口；213第一输入通道，214第二输入通道，215第一输出通道，216第二输出通道；
22第一阀芯，221第一节流孔，
23第二阀芯，231第二节流孔，
31第一外滑套，32第一阀杆，33第一阀杆螺母，34第一手轮，35第一阀盖，36第一阀座；
41第二外滑套，42第二阀杆，43第二阀杆螺母，44第二手轮，45第二阀盖，46第二阀座。
具体实施方式
如图4、5、6中所示，该井口采油树节流阀芯，包括第一阀芯22、第二阀芯23。两个阀芯也均呈筒状，也是分为封堵段和节流段，节流段上沿径向设置有节流孔。
该阀芯其特别处为：
第一阀芯22，用于通过其上设置的第一节流孔221与阀体21的节流进口211、节流出口212连通构成节流第一通道；或用于关闭节流第一通道。
第二阀芯23，用于通过其上设置的第二节流孔231与阀体21的节流进口211、节流出口212连通构成参与节流的节流第二通道；或用于关闭节流第二通道。
第二阀芯23上的第二节流孔231直径小于第一阀芯22上的第一节流孔221直径。
两个阀芯是可以各自独自工作的。如小开度时，第二阀芯23单独工作，其部分或全部的第二节流孔231处于导通的工作状态。
当需要大开度时，第一阀芯22可单独工作，其部分或全部的第一节流孔221处于导通的工作状态，此时第二阀芯的第二节流孔231处于不导通状态，第二阀芯的第二节流孔231不工作。
上述大开度状态下，需要微调时，第一阀芯22的调整不能满足微调的需求，此时可以将第一阀芯22已经导通的部分或全部的第一节流孔221作为一级节流；使第二阀芯23的部分第二节流孔导通，因为第二阀芯的第二节流孔231直径较小，所以过流面积的调整实现了微调。而且方便根据工况的需求可持续调整第二阀芯23的第二节流孔231的过流面积，不需要拆装重新组合，即实现持续的微调；此外，第二阀芯23的部分或全部的第二节流孔231不再是全时段无间歇工作状态，从而同样的时间内降低第二节流孔的被冲击的总时长，从而降低第二节流孔受到的冲蚀激振，避免其周边过早脱落、破裂，导致过流面积控制精度不足甚至导致阀芯整体损坏。
此外，所述第一阀芯22上的第一节流孔221分布方式为沿第一阀芯22轴向列有多圈；具体的可以是两圈，也可以是更多圈。该种方式可使第一阀芯22的过流面积也为可调，从而适应更多的工况。该第一阀芯22的第一节流孔221具体的优选：每一圈的多个第一节流孔221沿阀芯周向均布呈圆形阵列，任意相邻两圈之间沿阀芯轴向的间距可以相等。使得阀芯受流体的冲击力分布更均匀，避免因为分布不均产生应力在局部过于集中导致过早损坏。
该实施例中，优选的第二阀芯23的第二节流孔231的直径均相等，这样的设置方式可以有利于简化配套的控制程序，因为涉及的要素减少，在满足持续精准微调的基础上进一步简化控制，也简化加工工艺等，进一步有利于阀芯及整个阀的成本。此外，直径均相同的第二节流孔设置，也可避免孔径大小有差别，引起的局部过度使用及阀芯主体局部应力集中造成局部早损失效。
当然作为其他的实施方式也可以：所述的第二阀芯23上至少具有两种直径规格的第二节流孔231；相同直径的第二节流孔分布成一圈或多圈。同理的，每一圈的多个第二节流孔沿阀芯周向均布呈圆形阵列，任意相邻两圈之间沿阀芯轴向的间距可以相等。
具体实施可以优选：第二阀芯23上第二节流孔231分布的圈数多于第一阀芯22上第一节流孔221分布的圈数，更有利于扩展持续微调的开度范围。
基于上述阀芯实现的一种采油树用节流阀，如图2、3、4、5、6所示，主要包括阀体21、第一阀芯22、第二阀芯23；阀体为一个整体阀体，阀体21设有一个节流进口211、一个节流出口212；第一阀芯22、第二阀芯23均位于阀体21内。
第一阀芯22，用于通过其第一节流孔221与阀体21上的节流进口211、节流出口212连通构成节流第一通道；或用于关闭节流第一通道。
该实施例中，第一阀芯22与第一外滑套31配合，第一外滑套31在第一阀杆32带动下可以沿第一阀芯轴向上下运动，以此实现第一节流孔221露出或封堵，从而实现第一阀芯的过流面积的调整；第一阀杆32由第一阀杆螺母33螺纹配合，第一阀杆螺母33与第一手轮34相对固定；如此实现转动第一手轮34即可转动第一阀杆螺母33，从而通过螺纹将圆周运动转换为阀杆的上下直线运动。
第二阀芯23，用于通过其第二节流孔231与阀体21上的节流进口211、节流出口212连通构成参与节流的节流第二通道；或用于关闭节流第二通道。
与第一阀芯的驱动同理的，该实施例中，第二阀芯23与第二外滑套41配合，第二外滑套41在第二阀杆42带动下可以沿第二阀芯轴向上下运动，以此实现第二节流孔231露出或封堵，从而实现阀芯的过流面积的调整；第二阀杆42由第二阀杆螺母43螺纹配合，第二阀杆螺母43与第二手轮44相对固定；如此实现转动第二手轮44即可转动第二阀杆螺母43，从而通过螺纹将圆周运动转换为阀杆的上下直线运动。
驱动第一阀芯、第二阀芯的机构可以采用其他结构形式，本领域一般技术人员通过常规技术手段即可实现，不再赘述，此外可手动也可自动，上述仅为目前现有技术中常见的驱动方式；不构成对本发明保护范围的实质限定。
该节流阀中，第二阀芯23上的第二节流孔231直径小于第一阀芯上的第一节流孔221直径。
作为该节流阀的进一步的技术方案：第一阀芯22上的第一节流孔221分布方式为沿第一阀芯轴向列有多圈。
此外，所述的第二阀芯上第二节流孔231的直径均相等。
作为其他实施方式，所述的第二阀芯上至少具有两种直径规格的第二节流孔；相同直径的第二节流孔分布成一圈或多圈。
与上述阀芯相应的，该节流阀进一步的：第二阀芯上第二节流孔分布的圈数多于第一阀芯上第一节流孔分布的圈数。
所述节流进口211与第一阀芯22连通的第一输入通道213直径大于节流进口211与第二阀芯23连通的第二输入通道214的直径。
所述节流出口212与第一阀芯22连通的第一输出通道215直径大于节流出口212与第二阀芯23连通的第二输出通道216的直径。
该种节流阀安装完成后，不需要拆装更换阀芯单元即可形成可持续的微调，而且第一阀芯22、第二阀芯23之间无装配关系，加工安装更简单，避免了由多个阀芯单元构成阀芯组件带来的密封问题，无论从加工工艺角度、安全可靠性，都更高。
此外，阀体上节流进口、节流出口在阀体表面形成的圆形接口为同轴设置，以提高适配性；在阀体21内部，节流进口211向上倾斜直线延伸，延伸至与阀芯对应的径向设置的输入通道连通；在阀体21内部节流出口212向下倾斜直线延伸，延伸至于阀芯对应的径向设置的输出通道连通。且第一阀芯、第二阀芯对应的第一输入通道213、第二输入通道214分别位于节流进口211的两侧；对应的第一输出通道215、第二输出通道216分别位于节流出口212的两侧。这样的结构设计既能满足两个阀芯互不干涉、互相独立，又能简化结构、方便生产安装，也满足行业标准及规范要求。该种节流阀约85%的节流工作由第一阀芯单独完成，大大延长了节流阀的寿命，第二阀芯失效后单独更换降低维护成本。
Claims (8)
1.一种井口采油树节流阀芯，阀芯呈筒状由封堵段和节流段构成，所述节流段上沿径向设置有节流孔；其特征在于：所述的阀芯包括第一阀芯、第二阀芯；
第一阀芯，用于通过其上设置的节流孔与阀体上的节流进口、节流出口连通构成节流第一通道；或用于关闭节流第一通道；
第二阀芯，用于通过其上设置的节流孔与阀体上的节流进口、节流出口连通构成参与节流的节流第二通道；或用于关闭节流第二通道；
且第二阀芯上的节流孔直径小于第一阀芯上的节流孔直径。
2.根据权利要求1所述的一种井口采油树节流阀芯，其特征在于：所述第一阀芯上的节流孔分布方式为沿第一阀芯轴向列有多圈。
3.根据权利要求1所述的一种井口采油树节流阀芯，其特征在于：所述的第二阀芯上的节流孔直径均相等。
4.一种井口采油树节流阀，包括阀体、阀芯，所述阀体上设有一个节流进口、一个节流出口；其特征在于：所述的阀芯为权利要求1所述的一种井口采油树节流阀芯。
5.根据权利要求4所述的一种井口采油树节流阀，其特征在于：第一阀芯上的节流孔分布方式为沿第一阀芯轴向列有多圈。
6.根据权利要求5所述的一种井口采油树节流阀，其特征在于：所述的第二阀芯上节流孔的直径均相等。
7.根据权利要求4所述的一种井口采油树节流阀，其特征在于：所述节流进口与第一阀芯连通的第一输入通道直径大于节流进口与第二阀芯连通的第二输入通道的直径。
8.根据权利要求4或7所述的一种井口采油树节流阀，其特征在于：所述节流出口与第一阀芯连通的第一输出通道直径大于节流出口与第二阀芯连通的第二输出通道的直径。
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