CN115539658A

CN115539658A - 一种防砂压裂平板闸阀阀座密封结构

Info

Publication number: CN115539658A
Application number: CN202211181012.XA
Authority: CN
Inventors: 吴启春; 吴伟; 张锦荣
Original assignee: Jianhu County Hongda Valve & Pipe Fitting Co ltd
Current assignee: Jianhu County Hongda Valve & Pipe Fitting Co ltd
Priority date: 2022-09-27
Filing date: 2022-09-27
Publication date: 2022-12-30

Abstract

本发明公开了一种防砂压裂平板闸阀阀座密封结构，包括：阀体，所述阀体内设有方腔；阀板，所述阀板设于方腔内，且所述阀板位于方腔内的两侧均设有阀座，所述阀板上下两端分别与阀杆和尾杆连接；一组挡砂环，所述挡砂环设于阀座与阀体的贴合端面，且所述挡砂环的外圆同时与阀体内孔、阀座内孔紧密配合。本发明所述的一种防砂压裂平板闸阀阀座密封结构，通过在阀体内设置方腔，确保启闭全过程中阀板流道孔始终在阀体方腔内，让阀体中腔为不进压结构，有效解决压裂过程中压裂平板闸阀中腔集砂，杜绝阀座与阀体贴合面进砂或阀座与阀板贴合密封面，避免阀门因为砂堵造成阀门无法启闭或阀座与阀体之间进砂导致密封失效。

Description

一种防砂压裂平板闸阀阀座密封结构

技术领域

本发明属于页岩气钻采压裂过程技术领域，特别涉及一种防砂压裂平板闸阀阀座密封结构。

背景技术

目前页岩气钻采领域水力加砂压裂被国内外广泛应用，水力加砂压裂工艺被公认为页岩气行之有效的增产措施。

压裂时利用地面压裂泵组或压裂车组，以超过地层吸收能力的排量将压裂液通过地面阀门组及压裂井口装置泵入井口内，使压裂液在井口内憋起高压。当井口憋压的应力达到井壁地壳岩石抗挤压强度后，井壁地壳岩石产生裂纹。将带有支撑剂的携砂液注入岩石裂缝，使裂缝继续延伸并在裂缝中填充支撑剂。地面停泵后，由于支撑剂对地壳岩石裂缝的支撑作用，可在地层中形成足够长并有导流能力的填砂裂缝。压裂加砂不足导致砂比过低，造成支撑剂在岩石裂缝内单层铺置，破碎和嵌入比例增加，对裂缝导流能力不利。砂量过少使得压开的岩石裂缝得不到有效支撑，裂缝宽度长度达不到设计要求，裂缝导流能力下降，最终导致后期井口产量低。

国内页岩气单井压裂段数超40段，且每段压裂时间近4小时，压裂液配置常用到200目的压裂砂，压裂砂直径仅为0.074mm，施工过程中对压力的需求也越来越高。常规设计的压裂平板闸阀为阀体中腔进压结构，即阀门在关闭时阀体中腔承受进压端的压力，借助阀体中腔压力与封隔端的压力差实现阀板阀座自由贴合形成密封。高压力、高含砂、高目数压裂砂、多段数的工况，极容易在压裂施工过程中压裂砂借助压力作用，进入压裂平板闸阀阀体中腔或阀座与阀体贴合的密封面，造成压裂井口装置中压裂平板闸阀无法启闭到位或阀座密封失效，极容易引发井控风险。

发明内容

发明目的：为了克服以上不足，本发明的目的是提供一种防砂压裂平板闸阀阀座密封结构，阀体中腔为不进压结构，有效解决压裂过程中压裂平板闸阀中腔集砂，杜绝阀座与阀体贴合面进砂或阀座与阀板贴合密封面，避免阀门因为砂堵造成阀门无法启闭或阀座与阀体之间进砂导致密封失效。

技术方案：为了实现上述目的，本发明提供了一种防砂压裂平板闸阀阀座密封结构，包括：

阀体，所述阀体内设有方腔；

阀板，所述阀板设于方腔内，且所述阀板位于方腔内的两侧均设有阀座，所述阀板上下两端分别与阀杆和尾杆连接；

一组挡砂环，所述挡砂环设于阀座与阀体的贴合端面，且所述挡砂环的外圆同时与阀体内孔、阀座内孔紧密配合。

本发明所述的一种防砂压裂平板闸阀阀座密封结构，通过在阀体内设置方腔，确保启闭全过程中阀板流道孔始终在阀体方腔内，让阀体中腔为不进压结构，有效解决压裂过程中压裂平板闸阀中腔集砂，杜绝阀座与阀体贴合面进砂或阀座与阀板贴合密封面，避免阀门因为砂堵造成阀门无法启闭或阀座与阀体之间进砂导致密封失效。

其中，所述挡砂环与阀体内孔、阀座内孔之间的轴向配合间隙小于压裂砂最小目数。有效杜绝压裂砂借助压力作用，窜入到阀座与阀体贴合面，避免阀门开关不动或密封失效。

优选的，所述阀板的上下两端设有T形槽，并通过T型槽与对应的阀杆和尾杆连接。

进一步优选的，所述阀座与阀体配合外圆端部均设有波形弹簧。

更进一步的，所述阀座的外圆与阀体的内腔之间配合处设有密封结构，所述密封结构包括密封圈和挡圈，所述挡圈设于密封圈内。

此外，所述阀体的上、下分别设有上阀盖和下阀盖，所述上阀盖和下阀盖分别通过螺栓与阀体固定，所述上阀盖和下阀盖上均设有注脂口，所述注脂口处设有注脂阀，且位于下阀盖的下方设有阀罩，所述阀杆与上阀盖之间通过阀杆盘根密封连接，所述尾杆的末端通过尾杆盘根与阀罩密封连接，所述上阀盖的上方设有调节机构，所述阀杆与调节机构连接。

本发明中所述调节机构可以采用手动调节机构也可以采用液动调节机构。本案中的防砂压裂平板闸阀阀座密封结构能够根据用户的实际需要选择安装手动调节机构或者液动调节机构，提高该密封结构的适用范围。

本发明中所述手动调节机构包括阀帽、转动套、滚珠丝杆、转换接头和手轮组件，所述阀帽设于上阀盖的上方，所述转动套的下部设于阀帽内，位于转动套的上部设有滚珠丝杆套，所述转换接头设于滚珠丝杆套的上方，并通过螺栓同时与滚珠丝杆套和转动套连接，所述滚珠丝杆上部设于转换接头的空腔内，下部穿过滚珠丝杆套后通过连接头与阀杆连接，并通过定位销固定，所述手轮组件设于转换接头的上方，并通过螺栓与转换接头连接。

优选的，所述转动套的下部外侧设有凸台，所述阀帽空腔内位于凸台的上下均设有滚珠轴承。

本发明中所述液动调节机构包括支架、缸体、上缸盖，所述支架设于上阀盖的上方，所述缸体设于支架上方，且所述缸体内设有活塞，所述活塞与缸体之间设于O形圈，所述上缸盖设于缸体的上方，并通过锁紧螺母与阀杆连接，且所述上缸盖上设有液压油进口，所述支架上设有液压油出口，所述液压油进口和液压油出口处均设有丝堵。

上述技术方案可以看出，本发明具有如下有益效果：

1、本发明所述的一种防砂压裂平板闸阀阀座密封结构，通过在阀体内设置方腔，确保启闭全过程中阀板流道孔始终在阀体方腔内，让阀体中腔为不进压结构，有效解决压裂过程中压裂平板闸阀中腔集砂，杜绝阀座与阀体贴合面进砂或阀座与阀板贴合密封面，避免阀门因为砂堵造成阀门无法启闭或阀座与阀体之间进砂导致密封失效。

2、本发明中阀体中腔为方腔结构，阀体与阀板两侧之间间隙小于1mm，阀板在半开半关状态时中腔密封脂不易流失，压裂砂不容易进入阀体内腔。

3、本发明中阀门在全开全关状态时，阀体内腔不进压力，压裂砂无法通过压力作用进入到阀体内腔。

4、本发明中两处阀座与阀体贴合端外圆处的波形弹簧，始终对阀板密封面有初始密封预紧力。阀门在空载时阀座与阀板贴合面不会进入泥砂杂质，杜绝压力载荷时泥砂杂质对阀座、阀板密封面造成损伤。

5、本发明中所述阀座与阀体贴合端面的挡砂环设计，避免压裂砂在压力作用下进入到阀座与阀体贴合面，杜绝压裂砂填满阀体、阀座、阀板组件的刚性间隙，造成阀门开关卡死。

附图说明

图1为本发明所述的防砂压裂平板闸阀阀座密封结构的结构示意图；

图2为本发明中阀板安装局部示意图；

图3为本发明中采用手动调节机构的结构示意图；

图4为本发明中手动调节机构的局部结构示意图；

图5为本发明A-A部破面图；

图6为本发明中采用液动调节机构的结构示意图；

图7为本发明中液动调节机构的局部结构示意图；

图8为本发明中注脂阀的局部结构示意图；

图中：阀体1、阀板2、阀座3、阀杆4、尾杆5、挡砂环6、波形弹簧7、密封结构8、上阀盖9、下阀盖10、调节机构11、注脂阀101、阀罩102；

手动调节机构111、阀帽1111、转动套1112、滚珠丝杆1113、转换接头1114、手轮组件1115、滚珠丝杆套1116、定位销1117、滚珠轴承1118

液动调节机构112、支架1121、缸体1122、上缸盖1123、活塞1124、密封圈1125、液压油进口1126、液压油出口1127、丝堵1128。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明。

实施例

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”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。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

如图1、2所示一种防砂压裂平板闸阀阀座密封结构，包括：

阀体1，所述阀体1内设有方腔；

阀板2，所述阀板2设于方腔内，且所述阀板2位于方腔内的两侧均设有阀座3，所述阀板2的上下两端设有T形槽，并通过T型槽与对应的阀杆4和尾杆5连接；

一组挡砂环6，所述挡砂环6设于阀座3与阀体1的贴合端面，且所述挡砂环6的外圆同时与阀体1内孔、阀座2内孔紧密配合。挡砂环的设置避免压裂砂在压力作用下进入到阀座与阀体贴合面，杜绝压裂砂填满阀体、阀座、阀板组件的刚性间隙，造成阀门开关卡死。

其中，所述挡砂环6与阀体1内孔、阀座2内孔之间的轴向配合间隙小于压裂砂最小目数。从而杜绝压裂砂借助压力作用，窜入到阀座与阀体贴合面，避免阀门开关不动或密封失效。

如图2所示，所述阀座3与阀体1配合外圆端部均设有波形弹簧7，两侧的阀座3对阀板2均有密封预紧力。当阀板2关闭时，阀门一端进压，低压段借助波形弹簧7的预紧力建立起初始密封，当压力升高时，压力推动阀座3往阀板2方向，形成密封。在此过程中阀门中腔无压力窜入，有效避免压力带介质进入阀体中腔。

当阀门开启时，从阀门流道进压，由于两端阀座3对阀板2均有预紧力，低压段两端阀座3借助波形弹簧7预紧力建立与阀板2初始密封，当压力升高时两端阀座3均由压力推向阀板2方向，形成密封。在此过程中阀门中腔同样无压力窜入，有效避免压力带介质进入阀体中腔。

如图2所示，所述阀座3的外圆与阀体1的内腔之间配合处设有密封结构8，所述密封结构8包括密封圈和挡圈，所述挡圈设于密封圈内。

如图1所示，所述阀体1的上、下分别设有上阀盖9和下阀盖10，所述上阀盖9和下阀盖10分别通过螺栓与阀体1固定，所述上阀盖9和下阀盖10上均设有注脂口，所述注脂口处设有注脂阀101，且位于下阀盖10的下方设有阀罩102，所述阀杆4与上阀盖9之间通过阀杆盘根41密封连接，所述尾杆5的末端通过尾杆盘根51与阀罩102密封连接，所述上阀盖9的上方设有调节机构11，所述阀杆4与调节机构11连接。

本实施例中所述调节机构11可以采用手动调节机构111也可以采用液动调节机构112。

实施例2

如图1、2所示一种防砂压裂平板闸阀阀座密封结构，包括：

阀体1，所述阀体1内设有方腔；

一组挡砂环6，所述挡砂环6设于阀座3与阀体1的贴合端面，且所述挡砂环6的外圆同时与阀体1内孔、阀座2内孔紧密配合。

挡砂环的设置避免压裂砂在压力作用下进入到阀座与阀体贴合面，杜绝压裂砂填满阀体、阀座、阀板组件的刚性间隙，造成阀门开关卡死。

本实施例中所述调节机构11可以采用手动调节机构111

所述手动调节机构111包括阀帽1111、转动套1112、滚珠丝杆1113、转换接头1114和手轮组件1115，如图3、4、5所示，所述阀帽1111设于上阀盖9的上方，所述转动套1112的下部设于阀帽1111内，位于转动套1112的上部设有滚珠丝杆套1116，所述转换接头1114设于滚珠丝杆套1116的上方，并通过螺栓同时与滚珠丝杆套1116和转动套1112连接，所述滚珠丝杆1113上部设于转换接头1114的空腔内，下部穿过滚珠丝杆套1116后通过连接头与阀杆4连接，并通过定位销1117固定，所述手轮组件1115设于转换接头1114的上方，并通过螺栓与转换接头1114连接。

本实施例中所述转动套1112的下部外侧设有凸台，如图4所示，所述阀帽1111空腔内位于凸台的上下均设有滚珠轴承1118。

实施例3

如图1、2所示一种防砂压裂平板闸阀阀座密封结构，包括：

阀体1，所述阀体1内设有方腔；

本实施例中所述调节机构11可以采用液动调节机构112。

如图6、7所示，所述液动调节机构112包括支架1121、缸体1122、上缸盖1123，所述支架1121设于上阀盖9的上方，所述缸体1122设于支架1121上方，且所述缸体1122内设有活塞1124，所述活塞1124与缸体1122之间以及缸体1122与支架1121之间均设于密封圈1125，所述上缸盖1123设于缸体1122的上方，并通过锁紧螺母1129与阀杆4连接，且所述上缸盖1123上设有液压油进口1126，所述支架1121上设有液压油出口1127，所述液压油进口和液压油出口处均设有丝堵1128。

需要说明的是密封圈可以根据实际需要采用任何形式的形式、结构，本案优选O形圈。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种防砂压裂平板闸阀阀座密封结构，其特征在于：包括：

阀体（1），所述阀体（1）内设有方腔；

阀板（2），所述阀板（2）设于方腔内，且所述阀板（2）位于方腔内的两侧均设有阀座（3），所述阀板（2）上下两端分别与阀杆（4）和尾杆（5）连接；

一组挡砂环（6），所述挡砂环（6）设于阀座（3）与阀体（1）的贴合端面，且所述挡砂环（6）的外圆同时与阀体（1）内孔、阀座（2）内孔紧密配合。

2.根据权利要求1所述的防砂压裂平板闸阀阀座密封结构，其特征在于：所述挡砂环（6）与阀体（1）内孔、阀座（2）内孔之间的轴向配合间隙小于压裂砂最小目数。

3.根据权利要求1所述的防砂压裂平板闸阀阀座密封结构，其特征在于：所述阀板（2）的上下两端设有T形槽，并通过T型槽与对应的阀杆（4）和尾杆（5）连接。

4.根据权利要求1所述的防砂压裂平板闸阀阀座密封结构，其特征在于：所述阀座（3）与阀体（1）配合外圆端部均设有波形弹簧（7）。

5.根据权利要求1所述的防砂压裂平板闸阀阀座密封结构，其特征在于：所述阀座（3）的外圆与阀体（1）的内腔之间配合处设有密封结构（8），所述密封结构（8）包括密封圈和挡圈，所述挡圈设于密封圈内。

6.根据权利要求1所述的防砂压裂平板闸阀阀座密封结构，其特征在于：所述阀体（1）的上、下分别设有上阀盖（9）和下阀盖（10），所述上阀盖（9）和下阀盖（10）分别通过螺栓与阀体（1）固定，所述上阀盖（9）和下阀盖（10）上均设有注脂口，所述注脂口处设有注脂阀（101），且位于下阀盖（10）的下方设有阀罩（102），所述阀杆（4）与上阀盖（9）之间通过阀杆盘根（41）密封连接，所述尾杆（5）的末端通过尾杆盘根（51）与阀罩（102）密封连接，所述上阀盖（9）的上方设有调节机构（11），所述阀杆（4）与调节机构（11）连接。

7.根据权利要求6所述的防砂压裂平板闸阀阀座密封结构，其特征在于：所述调节机构（11）可以采用手动调节机构（111）也可以采用液动调节机构（112）。

8.根据权利要求7所述的防砂压裂平板闸阀阀座密封结构，其特征在于：所述手动调节机构（111）包括阀帽（1111）、转动套（1112）、滚珠丝杆（1113）、转换接头（1114）和手轮组件（1115），所述阀帽（1111）设于上阀盖（9）的上方，所述转动套（1112）的下部设于阀帽（1111）内，位于转动套（1112）的上部设有滚珠丝杆套（1116），所述转换接头（1114）设于滚珠丝杆套（1116）的上方，并通过螺栓同时与滚珠丝杆套（1116）和转动套（1112）连接，所述滚珠丝杆（1113）上部设于转换接头（1114）的空腔内，下部穿过滚珠丝杆套（1116）后通过连接头与阀杆（4）连接，并通过定位销固定，所述手轮组件（1115）设于转换接头（1114）的上方，并通过螺栓与转换接头（1114）连接。

9.根据权利要求8所述的防砂压裂平板闸阀阀座密封结构，其特征在于：所述转动套（1112）的下部外侧设有凸台，所述阀帽（1111）空腔内位于凸台的上下均设有滚珠轴承（1117）。

10.根据权利要求7所述的防砂压裂平板闸阀阀座密封结构，其特征在于：所述液动调节机构（112）包括支架（1121）、缸体（1122）、上缸盖（1123），所述支架（1121）设于上阀盖（9）的上方，所述缸体（1122）设于支架（1121）上方，且所述缸体（1122）内设有活塞（1124），所述活塞（124）与缸体（1122）之间设于O形圈（1125），所述上缸盖（1123）设于缸体（1122）的上方，并通过锁紧螺母与阀杆（4）连接，且所述上缸盖（1123）上设有液压油进口（1126），所述支架（1121）上设有液压油出口（1127），所述液压油进口（1126）和液压油出口（1127）处均设有丝堵（1128）。