CN115023563A - 水封式压裂阀 - Google Patents

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CN115023563A CN202080068554.9A CN202080068554A CN115023563A CN 115023563 A CN115023563 A CN 115023563A CN 202080068554 A CN202080068554 A CN 202080068554A CN 115023563 A CN115023563 A CN 115023563A
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Abstract

用于密封压裂阀的改进的设备、系统和方法，其在密封组件部件没有显著的相对移动的情况下使用加压流体来驱动一个或多个密封组件与阀闸板密封接触。在一些实施例中，该改进的设备、系统和方法提供：到阀闸板的面的密封剂，以确保不透流体的密封；多个偏压的弹簧，以确保密封组件正确定位以形成不透流体的密封；护罩，以防止流体、颗粒和/或其它材料干扰密封组件的操作或损坏密封组件；和/或用于接收流体、颗粒和/或其它材料的凹部，否则该流体、颗粒和/或其它材料将干扰不透流体的密封或对密封组件或阀闸板造成损坏。

Description

水封式压裂阀
相关申请的交叉引用
本申请要求2019年7月31日提交的美国非临时专利申请No. 16/528,412的优先权，该申请的所有通过引用以其整体并入本文。
技术领域
本发明大体上涉及石油和天然气压裂(fracturing)装备，并且更具体地涉及阻止或防止流体、颗粒和其它材料进入压裂(水力压裂(fracking)或压裂(frac))装备和阀的内孔的改进的设备、系统和方法。
背景技术
在石油和天然气工业中有一种叫做水力压裂的做法，以加快天然气和原油流体从烃源岩或储集岩的运移。这是一个过程，其中高压泵和功率强大的发动机通过附接到水力压裂装置的高压流线、阀和装备泵送沙子、水和/或化学品，该水力压裂装置在行业中称为压裂阀、压裂堆或压裂装备，以下统称为压裂阀。压裂阀可构造成许多不同的尺寸和压力额定值。每种设计通常都是特定于用户的应用和要求的。压裂阀附接到井口，井口附接到高压管道，高压管道可延伸到地下数千英尺处，并被巩固到天然气或石油地层中。这些装置通过螺栓或其它众所周知的紧固手段附接到井口，并通过液压装置或震击钻具拧紧到预定扭矩。
水力压裂过程需要高压泵将包括支撑剂(诸如沙子、陶瓷或其它颗粒的细粒的材料，其在停止注入时防止裂缝闭合)在内的压裂流体通过压裂阀推入注入的流体和化学品，持续几小时或几天；这取决于在高压下注入地下所需的支撑剂和流体的量以及在地层中破碎和产生裂缝的速度。
图1中示出了典型的压裂阀100。在水力压裂过程期间，磨蚀性支撑剂、流体和化学品120能够在高压和高速下流过压裂阀100的孔(例如，在方向130上)并进入套管井筒，并且最终进入地层。在该过程期间，材料120被允许流入压裂阀100的空腔140，通过阀闸板(valve gate)110的移动而留空的区域。这允许材料120行进到空腔140中并用诸如支撑剂和化学品的碎屑150填充该空腔。一旦这样的碎屑工作进入诸如空腔140(或任何运动零件正常工作所需的零件之间的空间)的空腔和孔，则出现许多问题，所述问题导致装备磨损、故障、失效或变得无法操作。这可对生命和/或环境造成危险的情况，特别是考虑到这样的装备可能处于高压下。
如图1中所示的典型压裂阀100用来通过利用诸如手动操作轮的装置或使用空气或液压致动器或其它方式打开和关闭阀闸板110(例如，通过升高阀闸板110以允许流动或降低阀闸板110以停止流动)来控制和切断压力，以在压裂操作期间执行特殊或特定的功能。在压裂操作期间或之后，通过关闭阀闸板110来密封高压。
压裂阀100和其它相关联的高压阀必须在高压下或利用高压操作。另外，压裂阀100有时需要高扭矩以迫使闸板在高压下打开和关闭，该高压压靠压裂阀100的打开或关闭的闸板110。虽然像压裂阀100这样的压裂阀和相关联的配件具有严格控制的内部和外部参数，但必须有较宽松的公差，以便像阀闸板110这样的阀闸板进入和离开其空腔(例如，空腔140)。相应地，由于这些宽松的公差，阀闸板110不能恰当地密封或座置在空腔140的一侧或两侧上。另外，用于这样的阀闸板的附加密封可紧密配合以帮助防止不充分的密封，但也可能密封过紧并阻止或妨碍阀闸板110向打开或关闭位置的移动。
本申请的署名发明人开发的专利申请序列号15/848,400通过提供一种设备和方法来提供这些问题的解决方案，该设备和方法用于机械地激励至少一个阀座移动并以足够的力和压力压靠闸板，以防止和阻止流体和碎屑的通过进入阀空腔的本体中。
发明内容
本发明提出的设备、系统和方法提供了对上述问题的改进解决方案，该改进解决方案比专利申请序列号15/848,400中提供的解决方案更简单、更鲁棒且更有效。在本发明提出的设备、系统和方法中，提供了一种一体式或多部件式密封组件，其在密封组件的部件之间没有任何显著的相对运动的情况下操作，从而提供更简单且更高效的手段来产生对阀闸板的加压流体密封。此外，改进的构造允许包括额外的特征来确保有效的密封。
例如，在一些实施例中，本发明提出的设备、系统和方法的密封组件包括一个或多个弹簧，所述一个或多个弹簧被偏压以将密封组件定位成与阀闸板紧密接近和/或接触。在这样的实施例中，弹簧不提供足够的力来防止阀闸板在打开位置和关闭位置之间的移动，但确实有助于确保密封组件在由流体力加压时总是足够接近以产生有效的密封。
在一些实施例中，在密封组件的远端部处设置护罩，护罩防止来自阀内腔的流体、颗粒和其它物质进入密封组件和阀体之间的阀孔的部分，其否则可能干扰或损坏密封组件或阀体。例如，护罩可用来防止来自阀内腔的材料干扰和/或侵蚀偏压的弹簧。
在一些实施例中，本发明提出的设备、系统和方法的密封组件包括用于每个密封组件的多于一个流体注射端口；例如，其中第一流体注射端口提供与密封组件(但不是阀闸板的面)接触的加压流体，以驱动密封组件与阀闸板密封接触，并且第二流体注射端口通过密封组件中的一个或多个内腔提供非加压流体，以向阀闸板的面提供诸如烃基密封剂的密封剂，并由此提供附加的密封手段。例如，在加压流体在提供足够的密封方面无效或不能提供充分加压的流体的情况下，这样的构造可能是有利的。
在一些实施例中，在密封组件的一部分周围设置凹部，该凹部可接收来自阀内腔的流体、颗粒和其它物质，所述流体、颗粒和其它物质否则可能被截留在密封组件和阀闸板之间，并且如果不被这样的凹部接收，则可能干扰密封或导致对密封组件和/或阀闸板的损坏。
在一些实施例中，一个或多个密封组件由诸如活塞部件和阀座的多个部件制成，所述部件各自具有小于或等于阀闸板的最大轴向长度的最大轴向长度，以便密封组件可定位在已经存在的压裂阀设备中，即通过将它们通过用于阀闸板的开口定位在这样的压裂阀设备中。
本发明提出的设备、系统和方法的其它目的、优点和新颖特征和进一步的适用范围将部分地在下面的详细描述中结合附图来阐述，并且部分地对于本领域的技术人员在检查以下内容时将变得显而易见，或者可通过实践本发明提出的设备、系统和方法来了解。
术语“联接”被限定为连接，尽管不一定直接地连接，并且不一定机械地连接；“联接”的两个物件可能与彼此是整体的。除非本公开另有明确要求，否则术语“一”和“一个”被限定为一个或多个。如本领域普通技术人员所理解的，术语“基本上”被限定为在很大程度上但不一定完全是所指定的标准(并包括所指定的标准；例如，基本上平行包括平行)。在任何公开的实施例中，术语“基本上”可用在指定的标准的“[百分比]内”来代替，其中该百分比包括0.1%、1%和5%。
短语“和/或”是指和或者或。为了说明，A、B和/或C包括：单独的A、单独的B、单独的C、A和B的组合、A和C的组合、B和C的组合或A、B和C的组合。换句话说，“和/或”作为包含性的或操作。
此外，以某种方式构造的装置或系统至少以该方式构造，但它也能够以除具体描述的那些方式之外的其它方式构造。
术语“包括(comprise)”(和任何形式的包括，诸如“包括(comprises)”和“包括(comprising)”)、“具有(have)”(和任何形式的具有，诸如“具有(has)”和“具有(having)”)和“包含(include)”(和任何形式的包含，诸如“包含(includes)”和“包含(including)”)是开放式连系动词。因此，“包括”、“具有”或“包含”一个或多个元件的设备或系统具有这样的一个或多个元件，但不限于仅具有这些元件。同样，“包括”、“具有”或“包含”一个或多个步骤的方法具有这样的一个或多个步骤，但不限于仅具有这样的一个或多个步骤。
附图说明
以下附图通过示例而非限制的方式进行图示。为了简洁和清楚起见，给定结构的每个特征并不总是在出现该结构的每个图中都标记。相同的附图标记不一定表示相同的结构。相反，可使用相同的附图标记来指示类似的特征或具有类似功能的特征，就像可使用不相同的附图标记一样。
图1描绘了现有技术中已知的压裂阀。
图2描绘了根据本系统、设备和方法的一些实施例的压裂阀设备的横截面俯视图。
图3A和图3B描绘了如本文中的图2中所指示的图2的不同部分的放大视图。
图4A和图4B分别描绘了根据本系统、设备和方法的一些实施例的阀密封组件的阀座部件和活塞部件的横截面俯视图。
图5描绘了图4B的活塞部件沿着本文中的图4B中所指示的线A-A的横截面图。
图6描绘了根据本系统、设备和方法的一些实施例的用于密封压裂阀的方法的流程图。
具体实施方式
参考附图，图2描绘了具有阀体1100、阀闸板1200、密封组件1300和流体注射端口1400的压裂阀设备1000的俯视横截面图。阀体1100可构造成类似于图1中所示的压裂阀100的阀体，但是具有本文中所述的附加特征，诸如用于接收一个或多个密封组件1300的孔1132、在外表面上的一个或多个注射端口凹部1120(以有利于连接诸如非加压流体注射端口1440的一个或多个注射端口)、和/或在阀体1100的外表面和孔1132之间延伸的一个或多个注射端口空腔1136，用于各自在其中接收流体注射端口1400的至少一部分(例如，管1414、1444)。阀孔1132、凹部1120和空腔1136可通过模制、机加工或其它制造方法形成在阀体1100中，并且现有的阀体可被修改(例如，通过机加工)以包括这样的特征。
阀体1100具有第一端部1104和第二端部1108。每个端部1104、1108可具有诸如凸缘1112的凸缘，以有利于端部与诸如管路或泵的其它装备的连接(尽管可备选地或附加地使用其它连接手段，诸如螺纹连接)。阀体1100包括沿着端部1104和1108之间的轴线基本上居中地定位的内腔1116。当阀闸板1200至少部分地打开时，诸如增产流体(stimulationfluids)(例如，化学品)和采出流体(例如，石油和天然气)的流体、颗粒(例如，支撑剂)和其它物质可在端部1104和1108之间行进通过阀内腔1116。
阀闸板1200可构造成类似于图1中所示的阀闸板110，使得其可移动进入和离开孔1132的中心部分，以允许(当离开时)和防止(当进入时)端部1104和1108之间沿着阀内腔1116的流体连通。阀闸板1200可具有一个或多个阀闸板面1204(例如，两个)，当阀闸板1204处于关闭位置中时，所述阀闸板面1204各自与阀内腔1116流体连通。如下面参照图3A和图3B进一步解释的，每个阀闸板面1204可构造成当这样的密封组件1300通过经由对应的加压流体注射端口1410注射加压流体而被激活时与密封组件1300的相邻面接触。
一个或多个密封组件1300可定位在阀体1100的孔1132内。当如此定位时，密封组件1300(当处于关闭位置中时与阀闸板1200一起)可基本上填充孔1132。密封组件1300可定位在阀闸板1200的任一侧上，以防止(当这样的密封组件被激活时)流体、颗粒和/或其它材料从阀内腔1116进入阀孔。每个密封组件1300可具有基本上圆柱形的形状，该形状具有阶梯状的外圆柱表面1304，该外圆柱表面1304在直径上在沿着其长度的不同间隔处变化，并且对应于阀孔1132的形状。每个密封组件1300还可具有内圆柱表面1308，该内圆柱表面1308具有与阀内腔1116的直径基本上相同的基本上恒定的直径。如图2中所示，当这样的密封组件定位在阀孔1132中时，阀组件1300的内表面1308与阀内腔1116流体连通。每个密封组件1300可如所示那样由诸如阀座1500和活塞部件1600的多个部件制成，或者可为单个一体部件。
转到为图2的部分(如图2中所指示)的放大视图的图3A和图3B，将讨论密封组件1300及其操作的进一步细节。在图3A的右侧上开始，活塞部件1600基本上定位在孔1132的一部分内，使得在活塞部件1600和阀体1100的内表面之间的孔1132中(在肩部1128处，参见图3B)形成凹穴(pocket)1604。加压流体注射端口1410的管1414与凹穴1604流体连通。管1414(和加压流体注射端口1410的其它部分)可设置在空腔1136内，如上文所讨论的，使得在管1414和空腔1136之间存在不透流体的密封；如果需要，这可通过将管1414诸如利用永久性粘合剂或其它方式永久地附连在空腔1136内来实现。加压流体(例如，液压或气动流体)可通过加压流体注射端口1410通过管1414注射并抵靠活塞部件1600进入凹穴1604，以朝向阀闸板1200驱动活塞部件1600。备选地，可不采用管1414，并且加压流体可直接通过空腔1136注射并进入凹穴1604中。加压流体注射端口1410可包括阀组件1418，阀组件1418由弹簧1422偏压以防止流体注射通过管1414(或直接进入空腔1136)，并且当远侧部件1426朝向凸缘1430被压缩时允许加压流体注射到管1414中(或直接进入空腔1136)。活塞部件1600可由诸如钢的材料制成，该材料足够坚固以承受这样的流体压力注射(包括反复地)而不会显著磨损或失效。圆柱形密封件1624和1628(例如，O形环等)围绕活塞部件1600的整个外圆周表面设置在凹穴1604的任一侧上，以基本上防止任何加压流体流出凹穴1604。附加的圆柱形密封件1636(例如，增能环)设置在密封件1628附近，并且包括多个(例如，四个)开口，所述开口对应于活塞部件1600的开口1668(如图5中更清楚地示出)，开口1668在活塞部件1600的外圆周表面上以间距间隔开，各自用于接收销1640。销1640将密封件/增能环1636和活塞部件1600的本体联接在一起，使得当例如通过向凹穴1604内注射加压流体而驱动时，它们一起移动(例如，在没有显著的相对移动的情况下)。
在所示的实施例中，活塞部件1600在面1612处与阀座1500的面1512接触，使得当活塞部件1600由凹穴1604中的加压流体朝向阀闸板1200驱动时，阀座1500被驱动(例如，通过活塞部件1600的移动)成在其面1520处与阀闸板1200的阀闸板面1502密封接触。这样的动作在活塞部件1600和阀座1500之间没有显著的(或任何)相对移动的情况下执行。(在其它实施例(未示出)中，活塞部件1600和阀座1500可为一体的。以下参照阀座1500描述的任何特征也可包括在这样的一体实施例中。)另外，如图3B中更清楚地示出的，活塞部件1600(或总体上密封组件1300)可包括各自定位在活塞部件1600的弹簧凹部1660内的一个或多个弹簧1664，其可朝向(并且在一些情况下抵靠)阀闸板面1204偏压/驱动密封组件1300。来自弹簧1664的偏压/力可足以保持密封组件1300非常紧密接近阀闸板面1204(并且甚至与其接触)，但不会太大以至于它将防止阀闸板1200相对容易地移动到打开或关闭位置。如由图2中横跨线1004的不同交叉影线所指示(并在图5中更清楚地示出)，弹簧凹部1660是以间距间隔开的，但没有定位在与接收销1640的以间距间隔开的开口1668相同的轴向平面中。这在图5中更清楚地示出，图5是沿着图4B的线A-A的横截面图(其为活塞部件1600的侧横截面图，在组装到压裂阀设备1000中之前示出)。如图5中所示，活塞部件1600具有一系列的12个弹簧凹部1660，所述凹部以等距间距周向地间隔开，用于在其中接收12个弹簧(每个中一个)(尽管可采用任何合理数目的凹部和弹簧)。四个开口1668类似地以等距间距周向地间隔开，用于在其中接收(通过在该位置处的活塞部件1600的外圆周表面)四个销1640(每个中一个)(尽管可采用任何合理数目的凹部和销)，尽管在不同的周向位置处，使得凹部1660和1668不相交。(在一些实施例(未示出)中，弹簧凹部(并且因此还有对应的弹簧)可定位在密封组件中的不同位置处，只要这样的弹簧能够以所讨论的方式将密封组件充分地朝向阀闸板偏压。例如，在一体密封组件实施例中(即，没有单独的活塞和阀座部件)，一个或多个弹簧凹部(和对应的弹簧)可基本上在图3B中所指示的位置1312处以周向间距定位。在这样的示例性构造中，弹簧凹部(和对应的弹簧)和销凹部(和对应的销)不需要定位在不同的轴向平面中。)
如在图2、图3A、图3B和图4B中所示，在活塞部件1600的远端部(即，进一步远离阀闸板1200的端部)处，可设置周向延伸(即，圆柱形)的护罩1620。当活塞部件1600朝向阀闸板1200被驱动时，护罩1620基本上防止诸如增产流体(例如，化学品)和采出流体(例如，石油和天然气)的流体、颗粒(例如，支撑剂)和阀内腔1116中的其它物质进入孔1132的部分，诸如邻近密封件1636的部分。例如，在没有护罩1620的情况下，当活塞部件1600朝向阀闸板1200并远离邻近部分1140的阀体1100的部分被驱动时，诸如支撑剂砂的颗粒可进入阀体1100和活塞部件1600之间的孔1132的部分1140。当凹穴1604中的加压流体被释放(例如，通过加压流体通过注射端口1414返回)时，这样的颗粒可变得被截留在阀体1100和活塞部件1600之间的部分1140中，并因此导致对阀体和/或活塞部件1600(和/或密封件1636)的损坏(例如由于由这样的颗粒对这样的部件的磨蚀作用)。这样的材料还可以其它方式进入凹部1660，并干扰偏压的弹簧1664的操作和/或侵蚀偏压的弹簧1664。通过阻止这样的材料的通过进入部分1140中，即使在活塞部件1600朝向阀闸板1200被驱动时，护罩1620也基本上防止了这样的问题。附加的成角度的圆柱形孔1148可沿着例如阀体1100中的线1124(或沿着另一锐角)邻近护罩1620的远端部形成(例如，通过机加工)。当护罩1620与活塞部件1600的其余部分一起朝向阀闸板1200移动时，成角度的孔1148可允许诸如增产流体(例如，化学品)和采出流体(例如，石油和天然气)的流体、颗粒(例如，支撑剂)和其它物质从开放以与内腔1116流体连通的孔1132的部分排出。当流体在其中流动时(例如，相对于延伸到密封件1636的成角度的孔)，成角度的孔1148的小直径仅在阀内腔1116中产生少量的管道损失。
作为相对于阀闸板1200密封阀组件1300的附加手段(例如，在通过将密封组件1300加压到与阀闸板1200接触而形成的密封不足的情况下)，密封组件1300可包括用于向阀闸板1200的面1204提供诸如烃基密封剂的密封剂的装置，该装置可用这样的密封剂涂覆这样的面。为了有利于这样的附加密封手段，活塞部件1600可包括圆柱形活塞内腔1608，用于有利于将这样的密封剂流体输送到阀闸板面1204。内腔1608可为活塞部件1600内的圆柱形开口，其具有如图3A中所示的横截面。内腔1608可定位成比凹穴1604更靠近阀闸板1200，并且通过密封件1628与凹穴1604隔开，使得内腔1608通过密封件1628基本上防止与凹穴1604流体连通。另一周向密封件1632(例如，O形环等)可定位在活塞部件1600的外圆周表面上的内腔1608的另一侧上(即，更靠近阀闸板1200)，其可基本上防止(与密封件1628一起)任何非加压流体逸出活塞内腔1608。活塞内腔1608可在一个端部处从非加压注射端口1440的管1444延伸并与该管1444流体连通。活塞内腔1608的这样的端部可包括周向半圆开口1652(在图3B中更清楚地示出)，如果需要，该开口可延伸到靠近圆柱形密封件1628、1632的边缘，其可帮助非加压流体从活塞内腔1608中的注射端口1440的注射(例如，在活塞部件已经朝向闸阀1200被驱动之后)。如图3B中更清楚地所示，内腔1608包括第一区段1644，该第一区段1644基本上正交于(但不必)阀组件1000的轴线并终止于孔1132中阀体1100的内表面处的一个端部(即，周向半圆开口1652)处。活塞内腔1608的区段1644在其另一端部处终止于阀内腔1608的相交区段1648处。区段1648基本上平行于(但不必)阀组件1000的轴线，并且延伸到活塞部件1600的面1612(其与阀座15000的面1512接触)并终止于该面1612处，使得内腔1608与定位在阀座1500内的内腔1508流体连通。活塞内腔1608和阀座内腔1508可在由分别在分别地活塞部件1600和阀座1500的面1612、1512中形成(例如，通过机加工)的对应圆柱形半圆开口1616、1516形成的凹穴处相遇。
阀座内腔1508可为阀座1500内的圆柱形开口，其具有如图3A中所示的横截面，并且可延伸到端部1520，并且在端部1520(即，在阀座面1520的圆柱形半圆开口1524)处与阀闸板面1204流体连通。阀座1500可包括圆柱形密封件1528(例如，O形环等)，该密封件1528在大于内腔1508的直径的直径处设置在面1512上(即，在凹部1540中，参见图3B和图4A)，以基本上防止来自注射端口1440的任何注射的流体在该方向上(即，朝向阀体1100)流出凹穴1616、1516。备选地，圆柱形密封件1528可定位在活塞部件1600的面1612上的凹部(基本上类似于凹部1540)中。凹部1540(或在这样的实施例中的面1612上的对应凹部)可定位在不延伸到阀座1500的外圆周表面的沿着面1512(或在这样的实施例中的面1612)的任何地方。如图3B中更清楚地所示，活塞部件1600包括设置在小于内腔1508的直径的直径处的一个或多个(例如，如所示的，五个)周向延伸的流体凹穴1656，其可接收通过内腔1608注射的不进入内腔1508并在面1512和1612之间流动的流体。如果这样的流体是诸如烃基密封剂的密封剂，那么保持在(多个)这样的密封剂凹穴1656中的密封剂将基本上密封面1512、1612之间的任何间隙。
附加地或备选地，可基本上类似于密封件1528的第二圆柱形密封件(未示出)可在小于内腔1508的直径的直径处设置在面1512(或面1612)上，以基本上防止来自注射端口1440的任何注射流体在该方向上(即，远离阀体1100)流出凹穴1616、1516。附加地或备选地，一个或多个周向延伸的流体凹穴(诸如凹穴1656)可设置在大于内腔1508的直径的直径处，其可接收通过内腔1608注射的不进入内腔1508并在面1512和1612之间流动的流体。如果这样的流体是诸如烃基密封剂的密封剂，那么保持在(多个)这样的密封剂凹穴中的密封剂将基本上密封面1512、1612之间的任何间隙，并且基本上防止任何另外的流体进入这样的间隙。
在操作中，非加压流体注射端口1440(其可能能够注射加压流体)可将包括非加压流体(例如，烃基密封剂)在内的流体通过管1444(或直接进入空腔1136中，如上文参照加压注射端口1410类似地描述的那样)注射到内腔1608中，通过内腔1608注射到内腔1508中，并通过内腔1508与阀闸板面1204密封接触，从而将阀闸板面1204相对于密封组件1300的面1520密封。非加压流体注射端口1444可构造成类似于加压流体注射端口1410，并且可包括阀组件1448，该阀组件1448由弹簧1452偏压以防止流体注射通过管1444(或直接进入空腔1136)，并且当远侧部件1456朝向凸缘1460被压缩时允许诸如烃基密封剂流体的流体注射到管1444中(或直接进入空腔1136)。非加压流体注射端口1440可至少部分地定位在阀体1100的凹部1120中。
阀座1500还可包括在阀座1500的外圆周表面1532上的圆柱形阀座凹部1536，以有利于排出否则可定位在阀闸板面1204和阀座面1520之间(例如，当密封组件1300和阀闸板1200之间的密封被释放从而阀闸板1200可打开时)的任何流体或颗粒。外圆周表面1532可在孔1132邻近阀座1500的位置处具有小于孔1132的直径的直径(例如，小相对较小的量，该直径仍然足以允许流体、化学品和其它物质从阀内腔1116通过)。如图3A中所示，表面1532和孔1132的相邻部分之间的直径上的差异可仅延伸到阀座凹部1536。定位在阀闸板面1204和阀座面1520之间的流体、颗粒或其它材料(例如，当密封组件1300和阀闸板1200之间的密封被释放从而阀闸板1200可打开时)可至少部分地通过孔1132和阀座1500的表面1532之间的间隙朝向孔1132的部分1144排出，并进入凹部1536。该特征防止流体、颗粒和其它材料变得被截留在阀闸板面1204和阀座表面1520之间，在那里它们否则可能干扰密封件和/或对阀闸板1200或密封组件1300造成损坏。由于由密封组件抵靠阀闸板施加的高压，甚至诸如支撑剂砂的小颗粒也能够对这样的部件造成显著的损坏。
现在参考图4A和图4B，分别示出了在组装成诸如压裂阀设备1000的压裂阀设备之前阀座1500和活塞部件1600的侧横截面图。图4A和图4B中所示的部件不包括任何密封件，诸如周向地延伸的密封件1528、1632、1628、1624和1636(当组装时，它们将分别设置在凹部1540、1680、1672和1676(用于密封件1604和1636两者)中)。类似地，弹簧1664在图4B中未示出设置在凹部1660中。阀座1500和活塞部件1600分别包括内腔1544、1684，当组装在压裂阀设备1000中时，内腔1544、1684具有基本上彼此相同的直径，并且具有与阀内腔1116的直径基本上相同的直径。
现在将参照图6讨论操作诸如压裂阀设备1000的压裂阀设备的方法2000。首先，在步骤2100处，将诸如密封组件1300的密封组件定位在压裂阀设备的阀体(诸如阀体1100)中。这可通过以下方式执行：将诸如管道或泵的任何其它装备与阀体脱离(例如，在诸如凸缘连接1112的凸缘连接处)，并且移除阀闸板和阀闸板组件(如果必要或需要)，以便进入阀体的内孔并允许将密封组件放置在其中。如果现有阀体正被修改为诸如本文中教导的压裂阀设备，则可能需要执行附加步骤2004。在步骤2004中，在移除阀闸板和相关部件之后，通过机加工孔以匹配接受密封组件(即，类似于本文中提供的孔1132的密封组件)来机加工孔以接受一个或多个阀组件，诸如阀组件1300。
在一个实施例中，在步骤2100处，可移除阀闸板(诸如阀闸板1200)，并且将具有密封件、弹簧、销和操作所需要或期望的其它部件的密封组件的活塞部件(诸如活塞部件1600)插入到阀闸板所定位在的位置，并且然后沿着阀内腔(诸如阀内腔1116)移动到位进入其在阀孔中(诸如以本文中的图2中所示的方式在孔1132中)的适当位置中。然后可将具有密封件和操作所需要或期望的其它部件的密封组件的阀座(诸如阀座1500)类似地插入到阀闸板所定位在的位置，并且然后沿着阀内腔移动到位进入其抵靠阀孔中活塞部件的适当位置中(例如，类似于在本文中的图2中阀座1500如何定位)。可执行类似的过程以将第二密封组件定位到阀体中的阀闸板的另一侧上的孔中。如将理解的，使用诸如具有活塞部件1600和阀座1500的密封组件1300的多个(例如，两个)部件密封组件具有这样的优点：允许将密封组件组装到已经制造的阀体中，只要所述部件各自具有小于或等于阀闸板的最大轴向长度的最大轴向长度(在阀内腔轴向方向上)，使得这样的部件可配合到阀闸板在移动通过阀内腔之前所定位在的空间中。
在将密封组件定位在阀体中之后，可执行步骤2200，由此重新组装被移除的阀闸板和其它压裂阀部件，并且诸如流体注射阀1400(如果尚未存在于阀体1100中)的流体注射阀可被插入并且如果需要则附连到阀体。
接下来，在步骤2300处，在压裂阀设备的组装(和测试，如果需要的话)之后，可通过将加压流体注射到(多个)密封组件的凹穴(诸如活塞部件1600的凹穴1604)中来关闭和密封阀闸板，以驱动(多个)密封组件成抵靠阀闸板密封接触，如本文中所述。附加地或备选地，在步骤2400处，可通过将诸如烃基密封剂的非加压流体通过流体注射端口注射到阀闸板的(多个)面来密封阀闸板，以将它们抵靠密封组件密封。虽然步骤2400在图6中示出为在步骤2300之后发生，但这不是必需的，并且步骤2400可独立地执行，包括在步骤2300之前或根本不发生步骤2300。类似地，步骤2300可如所指示的那样独立于步骤2400而执行，包括如所示的那样在步骤2400之前或根本不发生步骤2400。在一些应用中，步骤2300将提供密封阀闸板的主要手段，并且步骤2400将提供密封阀闸板的附加的(例如，预防/冗余的)手段。
权利要求书并不旨在包括，并且也不应被解释为包括手段加功能或步骤加功能限制，除非在给定的权利要求中分别使用短语“用于...的手段”或“用于...的步骤”明确地叙述了这样的限制。

Claims (20)

1. 一种阀密封设备，包括：
密封组件，其构造成定位为(A)与阀体接触、(B)在形成在所述阀体中的密封组件孔中、(C)至少部分地在所述阀体的流体流动路径内、以及(D)基本上邻近阀闸板的面；和
第一流体注射端口，其构造成(A)与所述密封组件流体连通并且(B)有利于在抵靠所述密封组件的压力下将第一流体注射到所述密封组件孔的凹穴中，并且不注射到所述阀闸板的所述面，以驱动所述密封组件与所述阀闸板的所述面接触，而在所述密封组件的部件之间没有显著的相对移动。
2. 根据权利要求1所述的设备，其中，所述密封组件包括：
阀座，其构造成基本上邻近于所述阀闸板的所述面定位，并且不与所述第一流体流体连通；和
活塞，其构造成与所述第一流体流体连通。
3.根据权利要求1所述的设备，还包括弹簧，所述弹簧构造成(A)定位在所述阀体和所述密封组件之间并且(B)朝向所述阀闸板的所述面偏压所述密封组件。
4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述密封组件包括构造成防止来自所述流体流动路径的颗粒或流体进入所述凹穴的护罩。
5.根据权利要求4所述的设备，其中，所述阀体包括邻近所述护罩的成角度的孔，以允许从所述密封组件孔中排出颗粒或流体。
6.根据权利要求1所述的设备，还包括第二流体注射端口，所述第二流体注射端口构造成(A)与所述密封组件的内腔流体连通并且(B)有利于将第二流体注射到所述密封组件的所述内腔中并注射到所述阀闸板的所述面。
7.根据权利要求1所述的设备，其中，所述密封组件包括凹部，所述凹部定位在所述密封组件的外圆周表面中并且构造成接收进入所述密封组件与所述阀闸板的所述面之间的间隙的颗粒或流体。
8. 一种用于密封阀的方法，包括：
将密封组件定位成(A)与阀体接触、(B)在形成在所述阀体中的密封组件孔中、(C)至少部分地在所述阀体的流体流动路径内、以及(D)基本上邻近阀闸板的面；和
在抵靠所述密封组件的压力下将第一流体注射到所述密封组件孔的凹穴中，并且不注射到所述阀闸板的所述面，以驱动所述密封组件与所述阀闸板的所述面接触，而在所述密封组件的部件之间没有显著的相对移动。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括利用所述第一流体驱动所述密封组件的活塞部件的步骤，使得所述活塞部件驱动所述密封组件的阀座部件与所述阀闸板的所述面接触，其中，所述第一流体不接触所述阀座。
10.根据权利要求8所述的方法，还包括将所述密封组件朝向所述阀闸板的所述面偏压的步骤，其中，弹簧定位在所述阀体和所述密封组件之间。
11.根据权利要求8所述的方法，还包括利用所述密封组件的护罩部件防止来自所述流体流动路径的颗粒或流体进入所述凹穴的步骤。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括通过允许所述护罩移动到所述颗粒或流体进入的所述密封组件孔的所述部分中而将已经进入所述密封组件孔的一部分的颗粒或流体排出到邻近所述护罩定位的所述阀体的成角度的孔中的步骤。
13.根据权利要求8所述的方法，还包括将第二流体注射到所述密封组件的内腔中和所述阀闸板的所述面的步骤。
14.根据权利要求8所述的方法，还包括在所述密封组件的外圆周表面上的凹部内接收已经进入所述密封组件和所述阀闸板的所述面之间的间隙的颗粒或流体的步骤。
15.一种用于密封阀的系统，包括：
阀体，其具有第一端部、第二端部、密封组件孔和阀内腔，所述阀内腔构造成有利于流体在所述第一端部和所述第二端部之间流动；
阀闸板，其构造成进入所述阀内腔，以防止流体沿着所述阀内腔在所述阀体的所述第一端部和第二端部之间流动；
密封组件，其构造成定位为(A)与所述阀体接触、(B)在所述密封组件孔中、(C)与所述阀内腔流体连通、以及(D)基本上邻近所述阀闸板的面；和
第一流体注射端口，其构造成(A)与所述密封组件流体连通并且(B)有利于在抵靠所述密封组件的压力下将第一流体注射到所述密封组件孔的凹穴中，并且不注射到所述阀闸板的所述面，以驱动所述密封组件与所述阀闸板的所述面接触，而在所述密封组件的部件之间没有显著的相对移动。
16. 根据权利要求15所述的系统，其中，所述密封组件还包括：
阀座，其构造成基本上邻近于所述阀闸板的所述面定位，并且不与所述第一流体流体连通；和
活塞，其构造成与所述第一流体流体连通。
17.根据权利要求15所述的系统，其中，所述密封组件还包括弹簧，所述弹簧构造成定位在所述阀体和所述密封组件之间并且还构造成将所述密封组件朝向所述阀闸板的所述面偏压。
18. 根据权利要求15所述的系统，其中，
所述密封组件包括构造成防止来自所述流体流动路径的颗粒或流体进入所述凹穴的护罩，并且
所述阀体包括邻近所述护罩的成角度的孔，以允许从所述密封组件孔中排出颗粒或流体。
19.根据权利要求15所述的系统，还包括第二流体注射端口，所述第二流体注射端口构造成(A)与密封组件内腔流体连通并且(B)有利于将第二流体注射到所述密封组件内腔中并注射到所述阀闸板的所述面。
20.根据权利要求15所述的系统，其中，所述密封组件包括：凹部，其定位在所述密封组件的外圆周表面中并且构造成接收已经进入所述密封组件与所述阀闸板的所述面之间的间隙的颗粒或流体。
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