CN114809985B - 一种双向控制阀 - Google Patents

Abstract

本发明属于石油开采井下工具技术领域，公开了一种能够解决石油开采不顺畅问题的双向控制阀。包括依次同轴连通的上接头、外壳以及下接头，外壳内形成有连通上接头和下接头的中心流道，外壳内的底部形成有第一台阶，其上形成有连通下接头和中心流道的偏心通道，位于中心流道内的第一台阶与上接头之间的主阀组件，位于偏心通道内的泄压阀组件。双向控制阀构造为具有双向关闭状态：主阀组件封闭中心流道，泄压阀组件封闭偏心通道；正向开启状态：主阀组件打开中心流道，泄压阀组件封闭偏心通道，以使流体自下而上经中心流道进入上接头；反向开启状态：主阀组件封闭中心流道，泄压阀组件打开偏心通道，以使自上而下的流体经偏心通道进入下接头。

Description

一种双向控制阀

技术领域

本发明涉及石油开采井下工具技术领域，具体涉及一种双向控制阀。

背景技术

在石油开采中，通常需要用到流体单向控制阀，单向控制阀正向开启以使井下的石油自下而上进行开采收集。然而，现有的单向控制阀无法将单向控制阀上方管柱与下方管柱之间的压差保持在合理的范围内，存在因单向控制阀上方管柱的压力过高而导致石油开采不顺畅的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双向控制阀，以解决现有技术中单向控制阀因上方管柱压力过高而引起的石油开采不顺畅的问题。

根据本发明的双向控制阀，包括：依次同轴连通的上接头、外壳以及下接头，位于外壳内的主阀组件和泄压阀组件，外壳内形成有轴向的中心流道，中心流道分别与上接头和下接头连通，外壳内的底部形成有第一台阶，第一台阶上形成有偏心通道，偏心通道分别与下接头和中心流道连通，主阀组件位于中心流道内的第一台阶与上接头之间，泄压阀组件位于偏心通道内，其中，双向控制阀构造为具有双向关闭状态：主阀组件封闭中心流道，泄压阀组件封闭偏心通道；正向开启状态：主阀组件开启以打开中心流道，泄压阀组件封闭偏心通道，以使流体自下而上经中心流道进入上接头；以及反向开启状态：主阀组件封闭中心流道，泄压阀组件开启以打开偏心通道，从而使自上而下流经中心流道的流体经偏心通道进入下接头。

进一步地，主阀组件包括：固定在中心流道内的弹簧座，弹簧座包括与外壳的内壁抵接固定的第一壳段和与第一壳段同轴连通的第二壳段，第二壳段的外周壁与外壳的内壁之间形成有环隙，第二壳段的下部形成有第一过流孔，第一壳段的内侧壁形成有第二台阶，第一壳段上形成有分别与环隙和上接头连通的第二过流孔；同轴设置在弹簧座内的球座，球座的下部形成有第三台阶，球座的上部形成有用于防止球座脱出弹簧座的第四台阶；设置在弹簧座与球座之间的第一弹簧，第一弹簧弹性抵接在第二台阶与第三台阶之间，以及抵接在第一台阶与球座的底端之间的第一球；主阀组件构造为在双向关闭状态下：第一弹簧使球座挤压第一球，以使第一球封堵中心流道；在正向开启状态下，自下而上的流体推动第一球向上运动的同时带动球座上移，以使中心流道与第一过流孔、环隙以及第二过流孔相连通；在反向开启状态下，第一球封堵中心流道，以使环隙内的流体推动泄压阀组件开启并经偏心通道进入下接头。

进一步地，第一壳段通过卡接结构与外壳的内壁抵接固定，卡接结构包括形成在第一壳段的外周上的多个凸块和形成在外壳的内壁上的多个防旋卡槽，凸块分别卡接在相应的防旋卡槽中，相邻凸块之间的间隙形成为第二过流孔。

进一步地，第一台阶上形成有第一内倒角，球座的底端形成有第二内倒角，第一球抵接在第一内倒角与第二内倒角之间。

进一步地，球座的中心形成有中心通道，第二内倒角形成在中心通道的底端。

进一步地，泄压阀组件包括：与偏心通道的底端相连的堵头，堵头上形成有分别与偏心通道和下接头连通的通孔；位于偏心通道内的第二弹簧；套设在第二弹簧的顶端内的支撑轴，以及位于支撑轴与偏心通道的顶端之间的第二球。其中，第二弹簧弹性抵接在堵头与支撑轴之间，泄压阀组件构造为在双向关闭状态下：第二弹簧使支撑轴支撑第二球，以使第二球封堵偏心通道的顶端；在正向开启状态下，自下而上的流体推动支撑轴支撑第二球封堵偏心通道的顶端；在反向开启状态下，流经环隙的流体推动第二球下移以连通环隙、偏心通道、通孔以及下接头。

进一步地，偏心通道包括与环隙连通的小等径段和与下接头连通的大等径段，以及连接在小等径段与大等径段之间的变径段，第二球的直径大于小等径段的内径。

进一步地，支撑轴包括插入第二弹簧内的杆体和与杆体的顶端相连的支撑体，支撑体与杆体的连接处形成有第五台阶，第二弹簧弹性抵接在第五台阶与堵头之间，杆体的长度小于第二弹簧的长度。

进一步地，支撑体的上表面形成有凹陷。

进一步地，堵头与偏心通道的底端螺纹连接。

与现有技术相比，本发明的双向控制阀可以实现对流体进行双向的自动控制，其结构简单，性能可靠，既可以保持正向开启大流量的流通也可以保证在压差过大的情况进行反向泄压，保持双向控制阀上下压差保持在合理的范围内。此外，本发明的双向控制阀结构紧凑，可适用于径向空间较小的井下环境。

附图说明

图1为根据本发明实施例的双向控制阀的结构示意图；

图2为图1所示的A处的放大图；

图3为图1所示的沿B-B方向的截面示意图；

图4为图1所示的沿C-C方向的截面示意图。

具体实施方式

为了更好的了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明做进一步详细的描述。

图1示出了根据本发明实施例的双向控制阀100的结构。该双向控制阀100可包括：依次同轴连通(优选螺纹连接)的上接头1、外壳2以及下接头3，位于外壳2内的主阀组件4和泄压阀组件5，外壳2内形成有轴向的中心流道21，中心流道21分别与上接头1和下接头3连通，外壳2内的底部形成有第一台阶22，第一台阶22上形成有偏心通道23，偏心通道23分别与下接头3和中心流道21连通，主阀组件4位于中心流道21内的第一台阶22与上接头1之间，泄压阀组件5位于偏心通道23内。其中，双向控制阀100构造为具有双向关闭状态：主阀组件4封闭中心流道21，泄压阀组件5封闭偏心通道23；正向开启状态：主阀组件4开启以打开中心流道21，泄压阀组件5封闭偏心通道23，以使流体自下而上经中心流道21进入上接头1；以及反向开启状态：主阀组件4封闭中心流道21，泄压阀组件5开启以打开偏心通道23，从而使自上而下流经中心流道21的流体经偏心通道23进入下接头3。

本发明实施例的双向控制阀100在不工作时保持双向关闭状态，此时主阀组件4封闭中心流道21，泄压阀组件5封闭偏心通道23，使得流体自下而上流动的正向通道关闭，且流体自上而下流动的反向通道也关闭；而当本发明实施例的双向控制阀100在工作时，当双向控制阀100上方管柱与下方管柱的压力之差达到支持开启正向通道时开启正向开启状态，此时流体自上而下流动的反向通道关闭，流体自下而上经中心流道21进入上接头1，以实现正常的采油过程，当双向控制阀100上方管柱压力过高导致石油开采不顺畅时，双向控制阀100上方管柱与下方管柱的压力之差使得双向控制阀100开启反向开启状态，此时流体自下而上流动的正向通道关闭，反向通道开启，流体自上而下经偏心通道23进入下接头3，以实现对上方管柱过高的压力进行泄压。

本发明实施例的双向控制阀100通过设置主阀组件4和泄压阀组件5，使得双向控制阀100同时兼具单流阀和泄压阀的功能，在实现对流体单向流动控制的基础上实现了对上方管柱过高压力的自动泄压，这不仅可以提高双向控制阀100在工作时内部压力的稳定性，还大大地提高了石油开采的顺畅性，其结构简单，动作可靠，有利于广泛使用和推广。

在如图1所示的优选的实施例中，主阀组件4可包括：固定在中心流道21内的弹簧座41，弹簧座41包括与外壳2的内壁抵接固定的第一壳段411和与第一壳段411同轴连通的第二壳段412，第二壳段412的外周壁与外壳2的内壁之间形成有环隙45，第二壳段412的下部形成有第一过流孔413，第一壳段411的内侧壁形成有第二台阶46，第一壳段411上形成有分别与环隙45和上接头1连通的第二过流孔414(如图3所示)；同轴设置在弹簧座41内的球座42，球座42的下部形成有第三台阶421，球座42的上部形成有用于防止球座42脱出弹簧座41的第四台阶422；设置在弹簧座41与球座42之间的第一弹簧43，第一弹簧43弹性抵接在第二台阶46与第三台阶421之间，以及抵接在第一台阶22与球座42的底端之间的第一球44；主阀组件4构造为在双向关闭状态下：第一弹簧43使球座42挤压第一球44，以使第一球44封堵中心流道21；在正向开启状态下，自下而上的流体推动第一球44向上运动的同时带动球座42上移，以使中心流道21与第一过流孔413、环隙45以及第二过流孔414相连通；在反向开启状态下，第一球44封堵中心流道21，以使环隙45内的流体推动泄压阀组件5开启并经偏心通道23进入下接头3。

在双向关闭状态下，如图1所示，第一弹簧43的回弹力推动球座42在弹簧座41内保持向下的运动趋势，于是球座42挤压固定第一球44在第一台阶22上形成密封，此时正向通道关闭，同时泄压阀组件5封堵偏心通道23，反向通道关闭；在正向开启状态下，反向通道关闭，自下而上的流体推动第一球44向上运动的同时带动球座42相对于弹簧座41上移，第一弹簧43被进一步压缩，球座42相对于弹簧座41的上移使得弹簧座41上的第一过流孔413露出，以使得中心流道21与第一过流孔413、环隙45以及第二过流孔414相连通，自下而上的流体可依次经中心流道21、第一过流孔413、环隙45以及第二过流孔414后进入上接头1。在反向开启状态下，正向通道关闭，第一球44封堵中心流道21，自上而下的流体可依次经第二过流孔414、环隙45后推动泄压阀组件5开启并经偏心通道23进入下接头3。

优选地，结合图1、图3及图4所示，第一壳段411可通过卡接结构与外壳2的内壁抵接固定，卡接结构可包括形成在第一壳段411的外周上的多个凸块47(如图3所示)和形成在外壳2的内壁上的多个防旋卡槽48(如图4所示)，凸块47分别卡接在相应的防旋卡槽48中，相邻凸块47之间的间隙形成为第二过流孔414。该卡接结构的设置可实现弹簧座41与外壳2的快速固定连接。

进一步优选地，如图2所示，第一台阶22上可形成有第一内倒角221，球座42的底端形成有第二内倒角424，第一球44抵接在第一内倒角221与第二内倒角424之间。第一内倒角221的设置使得第一球44与第一台阶22的接触面积更大，从而有助于提高第一球44封堵中心流道21的密封性；第二内倒角424可提高第一球44与球座42的底端的接触面积，有助于提高第一球44对球座42推力的稳定性，同时也可以防止第一球44脱出球座42的底端。

进一步地，如图1所示，球座42的中心可形成有中心通道423，第二内倒角424形成在中心通道423的底端。中心通道423的设置可降低球座42的重量，利于双向控制阀100正向开启的同时可节约生产成本。

根据本发明，结合图1和图2所示，泄压阀组件5可包括：与偏心通道23的底端相连的堵头51，堵头51优选与偏心通道23的底端螺纹连接。堵头51上形成有分别与偏心通道23和下接头3连通的通孔511；位于偏心通道23内的第二弹簧52；套设在第二弹簧52的顶端内的支撑轴，以及位于支撑轴与偏心通道23的顶端之间的第二球54。其中，第二弹簧52弹性抵接在堵头51与支撑轴之间，泄压阀组件100构造为在双向关闭状态下：第二弹簧54使支撑轴支撑第二球54，以使第二球54封堵偏心通道23的顶端；在正向开启状态下，自下而上的流体推动支撑轴支撑第二球54封堵偏心通道23的顶端；在反向开启状态下，流经环隙45的流体推动第二球54下移以连通环隙45、偏心通道23、通孔511以及下接头3。

在该实施例中，在双向关闭状态下，主阀组件4封堵中心流道21，正向通道关闭，第二弹簧52的回弹力推动支撑轴保持向上的运动趋势，支撑轴将第二球54封堵偏心通道23的顶端形成密封，反向通道关闭。在正向开启状态下，第二弹簧54的回弹力和下部压力与上部压力之差推动支撑轴保持向上的运动趋势，支撑轴将第二球54支撑在偏心通道23的顶端形成密封，反向通道关闭，同时双向控制阀100下部与上部压力之差作用于第一球44的向上作用力大于第一球44、球座42的重力以及第一弹簧43的回弹力之和，下部压力推动第一球44、球座42向上运动；在反向开启状态下，第一弹簧43的回弹力和上部压力与下部压力之差推动球座42在弹簧座41内保持向下的运动趋势，于是球座42挤压第一球44在第一内倒角221上形成球面对锥面的密封，正向通道关闭，同时第二弹簧52的回弹力小于第二球54、支撑轴的重力以及上部与下部压力之差作用于第二球54的向下作用力之和，上部压力推动第二球52、支撑轴向下运动，完成反向开启。

优选地，如图2所示，偏心通道23可包括与环隙45连通的小等径段231和与下接头3连通的大等径段233，以及连接在小等径段231与大等径段233之间的变径段232，第二球54的直径大于小等径段231的内径。在该实施例中，大等径段233用于容纳支撑轴和第二弹簧52，第二球54可在支撑轴和第二弹簧52的支撑下封堵在小等径段231与变径段232的连接处，变径段232的设置增加了其与第二球54的接触面积，从而提高了第二球54封堵偏心通道23的密封性。

进一步地，如图2所示，支撑轴可包括插入第二弹簧52内的杆体531和与杆体531的顶端相连的支撑体532，支撑体532与杆体531的连接处形成有第五台阶55，第二弹簧52弹性抵接在第五台阶55与堵头51之间，杆体531的长度小于第二弹簧52的长度。该支撑轴的设置一方面可起到与第二弹簧52的连接配合作用以及对第二弹簧52的扶正作用，另一方面还可实现对第二球54更好地支撑作用。

优选地，支撑体532的上表面可形成有凹陷，以实现其对第二球54更稳定地支撑。

还优选地，中心流道21的直径远大于偏心通道23的直径，因此双向控制阀100的反向开启压力远大于正向开启压力，从而保证双向控制阀100上下压差保持在合理范围内。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种双向控制阀，其特征在于，包括：依次同轴连通的上接头、外壳以及下接头，位于所述外壳内的主阀组件和泄压阀组件，所述外壳内形成有轴向的中心流道，所述中心流道分别与所述上接头和所述下接头连通，所述外壳内的底部形成有第一台阶，所述第一台阶上形成有偏心通道，所述偏心通道分别与所述下接头和所述中心流道连通，所述主阀组件位于所述中心流道内的所述第一台阶与所述上接头之间，所述泄压阀组件位于所述偏心通道内，其中，所述双向控制阀构造为具有双向关闭状态：所述主阀组件封闭所述中心流道，所述泄压阀组件封闭所述偏心通道；正向开启状态：所述主阀组件开启以打开所述中心流道，所述泄压阀组件封闭所述偏心通道，以使流体自下而上经所述中心流道进入所述上接头；以及反向开启状态：所述主阀组件封闭所述中心流道，所述泄压阀组件开启以打开所述偏心通道，从而使自上而下流经所述中心流道的流体经所述偏心通道进入所述下接头，

其中，所述主阀组件包括：

固定在所述中心流道内的弹簧座，所述弹簧座包括与所述外壳的内壁抵接固定的第一壳段和与所述第一壳段同轴连通的第二壳段，所述第二壳段的外周壁与所述外壳的内壁之间形成有环隙，所述第二壳段的下部形成有第一过流孔，所述第一壳段上还形成有分别与所述环隙和所述上接头连通的第二过流孔，

同轴设置在所述弹簧座内的球座，

设置在所述弹簧座与所述球座之间的第一弹簧，以及

抵接在所述第一台阶与所述球座的底端之间的第一球，

所述主阀组件构造为在所述双向关闭状态下：所述第一弹簧使所述球座挤压所述第一球，以使所述第一球封堵所述中心流道；在所述正向开启状态下，自下而上的流体推动所述第一球向上运动的同时带动所述球座上移，以使所述中心流道与所述第一过流孔、所述环隙以及所述第二过流孔相连通；在所述反向开启状态下，所述第一球封堵所述中心流道，以使所述环隙内的流体推动所述泄压阀组件开启并经所述偏心通道进入所述下接头。

2.根据权利要求1所述的双向控制阀，其特征在于，所述第一壳段的内侧壁形成有第二台阶，所述球座的下部形成有第三台阶，所述球座的上部形成有用于防止所述球座脱出所述弹簧座的第四台阶，所述第一弹簧弹性抵接在所述第二台阶与所述第三台阶之间。

3.根据权利要求2所述的双向控制阀，其特征在于，所述第一壳段通过卡接结构与所述外壳的内壁抵接固定，所述卡接结构包括形成在所述第一壳段的外周上的多个凸块和形成在所述外壳的内壁上的多个防旋卡槽，所述凸块分别卡接在相应的所述防旋卡槽中，相邻所述凸块之间的间隙形成为所述第二过流孔。

4.根据权利要求2或3所述的双向控制阀，其特征在于，所述第一台阶上形成有第一内倒角，所述球座的底端形成有第二内倒角，所述第一球抵接在所述第一内倒角与所述第二内倒角之间。

5.根据权利要求4所述的双向控制阀，其特征在于，所述球座的中心形成有中心通道，所述第二内倒角形成在所述中心通道的底端。

6.根据权利要求1所述的双向控制阀，其特征在于，所述泄压阀组件包括：

与所述偏心通道的底端相连的堵头，所述堵头上形成有分别与所述偏心通道和所述下接头连通的通孔，

位于所述偏心通道内的第二弹簧，

套设在所述第二弹簧的顶端内的支撑轴，以及

位于所述支撑轴与所述偏心通道的顶端之间的第二球，

其中，所述第二弹簧弹性抵接在所述堵头与所述支撑轴之间，所述泄压阀组件构造为在所述双向关闭状态下：所述第二弹簧使所述支撑轴支撑所述第二球，以使所述第二球封堵所述偏心通道的顶端；在所述正向开启状态下，自下而上的流体推动所述支撑轴支撑所述第二球封堵所述偏心通道的顶端；在所述反向开启状态下，流经所述环隙的流体推动所述第二球下移以连通所述环隙、所述偏心通道、所述通孔以及所述下接头。

7.根据权利要求6所述的双向控制阀，其特征在于，所述偏心通道包括与所述环隙连通的小等径段和与所述下接头连通的大等径段，以及连接在所述小等径段与所述大等径段之间的变径段，所述第二球的直径大于所述小等径段的内径。

8.根据权利要求7所述的双向控制阀，其特征在于，所述支撑轴包括插入所述第二弹簧内的杆体和与所述杆体的顶端相连的支撑体，所述支撑体与所述杆体的连接处形成有第五台阶，所述第二弹簧弹性抵接在所述第五台阶与所述堵头之间，所述杆体的长度小于所述第二弹簧的长度。

9.根据权利要求8所述的双向控制阀，其特征在于，所述支撑体的上表面形成有凹陷。

10.根据权利要求6所述的双向控制阀，其特征在于，所述堵头与所述偏心通道的底端螺纹连接。