CN116181922A - 一种页岩气层压裂用平板闸阀及其工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种页岩气层压裂用平板闸阀及其工作方法，涉及油气开采机械设备领域，该页岩气层压裂用平板闸阀包括：阀体其内开设有交汇设置的主流体通道和导向槽，主流体通道贯穿阀体，导向槽的一端开口于阀体的外壁面，导向槽的另一端封闭；阀芯具有顺序设置的驱动段、连通段和封闭段，连通段内开设有沿阀芯径向贯通的内孔，阀芯穿设于导向槽内并与导向槽的内壁密封滑动配合，阀芯具有开启位置和清洗位置，阀芯位于开启位置时，连通段位于主流体通道和导向槽的交汇处并连通主流体通道，阀芯位于清洗位置时，连通段移动至阀体外且封闭段隔断主流体通道。该页岩气层压裂用平板闸阀及其工作方法能够极大提高阀芯清洗效率。

Description

一种页岩气层压裂用平板闸阀及其工作方法
技术领域
5本发明涉及油气开采机械设备领域，特别涉及一种页岩气层压裂用平板闸阀及其工作方法。
背景技术
在页岩气的开采过程中，需要向页岩气层中泵入压裂液，以改善页岩气层构造，10进而方便后期开采页岩气层中的页岩气。在向页岩气层中输送压裂液的过程中，需要
使用到平板闸阀，平板闸阀连接于井筒的顶端口和高压泵的排液口之间。使用时，工人先将平板闸阀的一端口与井筒的顶端口连接，再将平板闸阀的另一端口与高压泵的排液口连接，随后打开高压泵，高压泵将外界的压裂液抽出并泵入到平板闸阀，再经
平板闸阀进入井筒，最后进入到页岩气层中；压裂液注入完成后，工人关闭平板闸阀，15平板闸阀的阀芯5切断流道，进而防止注入的压裂液倒流。
现有的平板闸阀虽然大量应用于页岩气的开采中，但是仍然存在以下技术缺陷：
首先，随着平板闸阀的长时间使用，其阀芯5的内孔8的内壁上附着有大量的污垢，污垢阻碍了压裂液的输送，为清洗掉污垢，工人的操作方法是：先拆开平板闸阀的阀
体1，而后取出阀芯5，清理掉附着于阀芯5内孔8内壁上的污垢，清洗掉后，工人20再重新安装阀芯5，这虽然清洗掉了污垢，但是无疑是增加了清洗工序，从而极大的降低了阀芯5的清洗效率，此外需要人工进行清洗，进而增加了工人的工作强度。其次，若阀芯5在关闭状态下发生损坏，即阀芯5在将平板闸阀的两个端口切断后发生了损坏，造成压裂液根本无法输送到井内，进而导致无法继续对页岩层压裂。
有鉴于此，本发明人根据多年从事本领域和相关领域的生产设计经验，经过反复25试验设计出一种页岩气层压裂用平板闸阀及其工作方法，以期解决现有技术存在的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种页岩气层压裂用平板闸阀及其工作方法，能够极大提高阀芯清洗效率。
为达到上述目的，本发明提出一种页岩气层压裂用平板闸阀，其中，所述页岩气层压裂用平板闸阀包括：
阀体，其内开设有交汇设置的主流体通道和导向槽，所述主流体通道贯穿所述阀体，所述导向槽的一端开口于所述阀体的外壁面，所述导向槽的另一端封闭；
阀芯，具有顺序设置的驱动段、连通段和封闭段，所述连通段内开设有沿所述阀芯径向贯通的内孔，所述阀芯穿设于所述导向槽内并与所述导向槽的内壁密封滑动配合，所述阀芯具有开启位置和清洗位置，所述阀芯位于开启位置时，所述连通段位于所述主流体通道和所述导向槽的交汇处并连通所述主流体通道，所述阀芯位于清洗位置时，所述连通段移动至所述阀体外且所述封闭段隔断所述主流体通道；
所述页岩气层压裂用平板闸阀还包括用于驱动所述阀芯(5)往复滑动的阀门油缸(3)，所述阀门油缸(3)通过支架(2)固定连接在所述阀体(1)上，且所述阀门油缸(3)的活塞杆与所述阀芯(5)的所述驱动段固定连接；
所述页岩气层压裂用平板闸阀还包括清洗机构，所述清洗机构包括输液管、喷管和排污管(21)，所述输液管和所述排污管(21)安装在所述支架(2)上并分别位于所述阀芯(2)的两侧，当所述阀芯(2)位于清洗位置时，所述输液管和所述排污管(21)与所述内孔对位配合，所述喷管设于所述输液管的端部并能向所述内孔喷射清洗液；
所述阀体(1)内还开设有导流通道，所述导流通道的两端均与所述主流体通道相连通并分别位于所述阀芯(1)的相对两侧，所述导流通道与所述导向槽(4)互不连通；
所述阀体(1)内设置有能够控制所述导流通道连通和隔断的堵塞机构(12)。
所述堵塞机构(12)包括龙门架(22)、驱动油缸(25)和堵头(23)，所述阀体(1)内还开设有安装通道，所述安装通道的一端与所述导流通道相连通，所述安装通道的另一端开口于所述阀体(1)的外壁，所述龙门(22)架固设于所述阀体(1)上并与所述开口对位配合，所述驱动油缸(25)固设在所述龙门架(22)上，且所述驱动油缸(25)的活塞杆贯穿所述安装通道，所述堵头(23)固设于所述活塞杆的末端并与所述安装通道密封滑动配合，所述堵头(23)能够在所述活塞杆的驱动下伸入所述导流通道内并隔断所述导流通道。
本发明还提出一种页岩气层压裂用平板闸阀的工作方法，其中，使如上所述的页岩气层压裂用平板闸阀设于井口处，所述主流体通道的一端与所述井口相连通，所述主流体通道的另一端与所述压裂液泵相连通，使所述阀芯位于开启位置，所述压裂液泵通过所述主流通道将压裂液输送至所述井口内，输送预定量的所述压裂液后，使所述阀芯位于清洗位置并清洗所述阀芯的内孔。
与现有技术相比，本发明具有以下特点和优点：
本发明提出的页岩气层压裂用平板闸阀及其工作方法，其阀芯的连通段能够移动至阀体外部，相比传统的拆卸式清洗，无需拆装和装配阀芯，即可在线对阀芯进行污垢清洗，从而极大的提高了阀门污垢的清洗效率。
附图说明
在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。
图1为本发明的页岩气层压裂用平板闸阀结构示意图；
图2为图1的A-A剖视图；
图3为图1的左视图；
图4为本发明中阀体的结构示意图；
图5为本发明中清洗机构的结构示意图；
图6为本发明中堵塞机构的结构示意图；
图7为本发明中阀芯将进液口和出液口切断的示意图；
图8为本发明中清洗机构的锥形喷管清洗阀芯的内孔的示意图；
图9为本发明中堵头开启的示意图。
附图标记说明：
1、阀体；2、支架；3、阀门油缸；4、导向槽；5、阀芯；6、出液口；7、进液口；8、内孔；9、垂直通道段；10、水平通道段；11、旁通道段；12、堵塞机构；13、清洗机构；14、进给油缸；15、推板；16、直管；17、锥形喷管；18、喷射孔；19、接头；20、支撑架；21、排污管；22、龙门架；23、堵头；24、软管；25、驱动油缸25。
具体实施方式
结合附图和本发明具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本发明的细节。但是，在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的，而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下，技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形，这些都应被视为属于本发明的范围。
如图1至图9所示，本发明提出一种页岩气层压裂用平板闸阀，该页岩气层压裂用平板闸阀包括阀体1和阀芯5，阀体1内开设有交汇设置的主流体通道和导向槽4，主流体通道贯穿阀体1，导向槽4的一端开口于阀体1的外壁面，导向槽4的另一端封闭；阀芯5具有顺序设置的驱动段、连通段和封闭段，连通段内开设有沿阀芯5径向贯通的内孔8，阀芯5穿设于导向槽4内并与导向槽4的内壁密封滑动配合，阀芯5具有开启位置和清洗位置，阀芯5位于开启位置时，连通段位于主流体通道和导向槽4的交汇处并连通主流体通道，阀芯5位于清洗位置时，连通段移动至阀体1外且封闭段隔断主流体通道。
本发明还提出一种页岩气层压裂用平板闸阀的工作方法，使所述的页岩气层压裂用平板闸阀设于井口处，主流体通道的一端与井口相连通，主流体通道的另一端与压裂液泵相连通，使阀芯5位于开启位置，压裂液泵通过主流通道将压裂液输送至井口内，输送预定量的压裂液后，使阀芯5位于清洗位置并清洗阀芯5的内孔8。
本发明提出的页岩气层压裂用平板闸阀及其工作方法，其阀芯5的连通段能够移动至阀体1外部，相比传统的拆卸式清洗，无需拆装和装配阀芯55，即可在线对阀芯5进行污垢清洗，从而极大的提高了阀门污垢的清洗效率。
本发明提出的页岩气层压裂用平板闸阀结构紧凑、极大提高阀芯内孔清洗效率。
在本发明一个可选的实施方式中，页岩气层压裂用平板闸阀还包括用于驱动所述阀芯5往复滑动的阀门油缸3，阀门油缸3通过支架2固定连接在阀体1上，且阀门油缸3的活塞杆与阀芯5的驱动段固定连接。
在本发明一个可选的实施方式中，页岩气层压裂用平板闸阀还包括清洗机构13，清洗机构13包括输液管、喷管和排污管21，输液管和排污管21安装在支架2上并分别位于阀芯5的两侧，当阀芯5位于清洗位置时，输液管和排污管21与内孔8对位配合，喷管设于输液管的端部并能向内孔8喷射清洗液。
在该实施方式一个可选的例子中，喷管为锥形喷管，在锥形喷管的侧壁上开设有多个喷射孔。
进一步的，喷射孔朝向内孔8倾斜设置。
在该实施方式一个可选的例子中，清洗机构13还包括进给油缸14和推板15，进给油缸14固定连接在支架2上，推板15固定连接在进给油缸14的活塞杆上，输液管固定连接在推板15上，输液管能够在活塞杆的驱动下朝向内孔8移动。
在该实施方式一个可选的例子中，输液管包括直管段和软管段，直管段固定在推板15上，软管段与清洗液泵相连接。
在本发明一个可选的实施方式中，阀体1内还开设有导流通道，导流通道的两端均与主流体通道相连通并分别位于阀芯5的相对两侧，导流通道与导向槽4互不连通。采用上述结构，在阀芯5损坏的情况下，压裂液也能经导流通道输送至井口，保证压裂施工作业的正常进行。
在该实施方式一个可选的例子中，阀体1内设置有能够控制导流通道连通和隔断的堵塞机构12。
在一个可选的例子中，堵塞机构12包括龙门架22、驱动油缸25和堵头23，阀体1内还开设有安装通道，安装通道的一端与导流通道相连通，安装通道的另一端开口于阀体1的外壁，龙门架22固设于阀体1上并与开口对位配合，驱动油缸25固设在龙门架22上，且驱动油缸25的活塞杆贯穿安装通道，堵头23固设于活塞杆的末端并与安装通道密封滑动配合，堵头23能够在活塞杆的驱动下伸入导流通道内并隔断导流通道。
在该实施方式一个可选的例子中，导流通道包括垂直通道段9、水平通道段1010和旁通道段11，垂直通道段9的一端与主流体通道相连通，垂直通道段9的另一端与水平通道段1010的一端相连通，水平通道段1010与垂直通道段9垂直设置，水平通道段1010的另一端与旁通道的一端相连通，旁通道的另一端与主流体通道相连通，安装通道与水平通道相连通。
在本发明一个可选的实施方式中，主流体通道的一端为进液口，另一端为出液口。
请参考图1至图9，现结合一实施例详细说明本发明提出的页岩气层压裂用平板闸阀及其工作方法的具体实施过程：
在本实施例中，页岩气层压裂用平板闸阀包括阀体1、固设于阀体1顶部的支架2，阀体1的底表面上固设有多个支撑架20，支撑架20上开设有安装孔，支架2的顶部固设有阀门油缸3，阀体1的顶部开设有导向槽4，导向槽4内滑动安装有阀芯5，阀门油缸3的活塞杆贯穿支架2且与阀芯5固定连接，阀体1的左右侧壁上分别设置有出液口6和进液口7，进液口7和出液口6关于阀芯5的内孔8左右对称设置，进液口7和出液口6处均连接有接头19，出液口6和进液口7均与阀芯5的内孔8连通，阀体1内还开设有位于导向槽4左侧的L形通道，L形通道的垂直通道段9与出液口6连通，L形通道的水平通道段10贯穿阀体1的右侧壁设置，阀体1内开设有位于导向槽4右侧的旁通道段11，旁通道段11的上端口与进液口7连通，旁通道段11的下端口与水平通道10连通；水平通道段10的右端口处设置有堵塞机构12；
支架2的侧板上设置有清洗机构13，清洗机构13包括固设于支架2左侧板上的进给油缸14，进给油缸14活塞杆的作用端上焊接有推板15，推板15上焊接有输液管的直管段16，直管段16的左端口处连接有软管段24，直管段16的右端口处连接有喷管17，喷管17设置于阀芯5的左侧，喷管17大端面的直径小于阀芯5的内孔直径，喷管17的球面上开设有多个与其连通的喷射孔18，喷射孔18向右倾斜设置。支架2的右侧板上焊接有排污管21，排污管21与喷管17左右相对立设置，排污管21的左端面与阀芯5的右端面在垂向方向平齐。堵塞机构12包括固设于阀体1右端面上的龙门架22，龙门架22的横梁上固设有驱动油缸25，驱动油缸25的活塞杆贯穿横梁设置且延伸于水平通道10内，驱动油缸25的延伸端上固设有将旁通道11的下端口封堵住的堵头23。
该页岩气层压裂用平板闸阀的工作方法包括以下步骤：
S1、工人将平板闸阀的支撑架20经地脚螺钉固定在指定的安装位置上，以实现对平板闸阀的固定；
S2、工人将右侧的接头19与压裂液泵(高压泵)的排液口连接，并将高压泵的抽液管伸入到压裂液储槽内，而后将左侧的接头19与井口的顶端口连接，从而实现了该平板闸阀的安装；
S3、向页岩气层中泵入压裂液的操作：工人启动高压泵，高压泵将储槽内的压裂液抽出，抽出的压裂液顺次经高压泵、右侧接头19、进液口7、阀芯5的内孔8、出液口6、左侧接头19、井口，最后进入到页岩气层中，当泵入一定量后，控制阀门油缸3的活塞杆向上缩回，活塞杆带动阀芯5向上运动，阀芯5的下端部将进液口7与出液口6切断，以防止井口内的压裂液倒流，从而实现了向页岩气层中泵入压裂液。
当平板闸阀长期工作一段时间后，阀芯5的内孔的内壁上附着有大量的污垢，此时，清理污垢的具体操作步骤是：
S1、工人控制阀门油缸3的活塞杆向上缩回，活塞杆带动阀芯5向上运动，当活塞杆完全缩回后，阀芯5将进液口7和出液口6切断如图7所示，同时阀芯5的内孔8与喷管17左右相对立，且阀芯5的内孔8与排污管21连通；
S2、工人控制进给油缸14的活塞杆向右伸出，活塞杆带动推板15向右运动，推板15带动直管16和喷管17同步向右运动，喷管17从左往右伸入到阀芯5的内孔中，同时工人向软管24内泵入清洗液，在泵压下，清洗液顺次经软管段24、直管段16、喷管17，最后从喷射孔18喷出，喷出方向如图8中箭头所示，喷出的清洗液喷射到内孔8的内壁如图8所示，以将附着在内孔8内壁上的污垢冲刷下来，冲刷下来的污垢在清洗液的推动下，从排污管21向外排放，当锥形喷管17完全通过内孔8后，即可将阀芯5的内孔8内壁上的污垢全部清洗掉，从而最终实现了污垢的清洗；在该步骤S2中，通过控制清洗机构13的喷管17向右运动，并向喷管17内泵入清洗液，即可使清洗液从喷射孔18倾斜的喷出，从而实现自动清洗污垢，相比传统的拆卸式清洗，无需拆装和装配阀芯5，而是在线清洗污垢，从而极大的提高了污垢的清洗效率。此外，无需人工清洗，通过一次动作，即可完成清洗，从而极大的减轻了工人的工作强度。
S3、清洗后，停止向软管段24内泵入清洗液，而后工人控制进给油缸14的活塞杆缩回，从而即可继续使用该平板闸阀；
当平板闸阀的阀芯5在关闭状态下发生了损坏时，阀芯5将进液口7和出液口6切断，此时向井内泵入压裂液的步骤为：工人控制驱动油缸25的活塞杆向右缩回，活塞杆带动堵头23向右运动，堵头23与旁通道段11分离如图9所示，此时压裂液顺次经高压泵、右侧接头19、进液口7、旁通道段11、水平通道段10、垂直通道段9、出液口6、左侧接头19、井口最后进入到井下进行压裂页岩气层，压裂液的流动方向如图9中空心箭头所示，实现了在阀芯5损坏下输送压裂液以进行压裂页岩气层，确保了压裂液的顺利输送。
针对上述各实施方式的详细解释，其目的仅在于对本发明进行解释，以便于能够更好地理解本发明，但是，这些描述不能以任何理由解释成是对本发明的限制，特别是，在不同的实施方式中描述的各个特征也可以相互任意组合，从而组成其他实施方式，除了有明确相反的描述，这些特征应被理解为能够应用于任何一个实施方式中，而并不仅局限于所描述的实施方式。

Claims (7)

1.一种页岩气层压裂用平板闸阀，其特征在于，所述页岩气层压裂用平板闸阀包括：
阀体(1)，其内开设有交汇设置的主流体通道和导向槽(4)，所述主流体通道贯穿所述阀体，所述导向槽(4)的一端开口于所述阀体(1)的外壁面，所述导向槽(4)的另一端封闭；
阀芯(5)，具有顺序设置的驱动段、连通段和封闭段，所述连通段内开设有沿所述阀芯(5)径向贯通的内孔，所述阀芯(5)穿设于所述导向槽(4)内并与所述导向槽(4)的内壁密封滑动配合，所述阀芯(5)具有开启位置和清洗位置，所述阀芯(5)位于开启位置时，所述连通段位于所述主流体通道和所述导向槽(4)的交汇处并连通所述主流体通道，所述阀芯(5)位于清洗位置时，所述连通段移动至所述阀体(1)外且所述封闭段隔断所述主流体通道；
所述页岩气层压裂用平板闸阀还包括用于驱动所述阀芯(5)往复滑动的阀门油缸(3)，所述阀门油缸(3)通过支架(2)固定连接在所述阀体(1)上，且所述阀门油缸(3)的活塞杆与所述阀芯(5)的所述驱动段固定连接；
所述页岩气层压裂用平板闸阀还包括清洗机构，所述清洗机构包括输液管、喷管和排污管(21)，所述输液管和所述排污管(21)安装在所述支架(2)上并分别位于所述阀芯(2)的两侧，当所述阀芯(2)位于清洗位置时，所述输液管和所述排污管(21)与所述内孔对位配合，所述喷管设于所述输液管的端部并能向所述内孔喷射清洗液；
所述阀体(1)内还开设有导流通道，所述导流通道的两端均与所述主流体通道相连通并分别位于所述阀芯(1)的相对两侧，所述导流通道与所述导向槽(4)互不连通；
所述阀体(1)内设置有能够控制所述导流通道连通和隔断的堵塞机构(12)；
所述堵塞机构(12)包括龙门架(22)、驱动油缸(25)和堵头(23)，所述阀体(1)内还开设有安装通道，所述安装通道的一端与所述导流通道相连通，所述安装通道的另一端开口于所述阀体(1)的外壁，所述龙门(22)架固设于所述阀体(1)上并与所述开口对位配合，所述驱动油缸(25)固设在所述龙门架(22)上，且所述驱动油缸(25)的活塞杆贯穿所述安装通道，所述堵头(23)固设于所述活塞杆的末端并与所述安装通道密封滑动配合，所述堵头(23)能够在所述活塞杆的驱动下伸入所述导流通道内并隔断所述导流通道。
2.如权利要求1所述的页岩气层压裂用平板闸阀，其特征在于，所述喷管为锥形喷管(17)，在所述锥形喷管(17)的侧壁上开设有多个喷射孔。
3.如权利要求2所述的页岩气层压裂用平板闸阀，其特征在于，各所述喷射孔朝向所述内孔倾斜设置。
4.如权利要求1所述的页岩气层压裂用平板闸阀，其特征在于，所述清洗机构还包括进给油缸(14)和推板(15)，所述进给油缸(14)固定连接在所述支架(2)上，所述推板(15)固定连接在所述进给油缸(14)的活塞杆上，所述输液管固定连接在所述推板(15)上，所述输液管能够在所述活塞杆的驱动下朝向所述内孔移动。
5.一种页岩气层压裂用平板闸阀的工作方法，其特征在于，使如权利要求1至4中任意一项所述的页岩气层压裂用平板闸阀设于井口处，所述主流体通道的一端与所述井口相连通，所述主流体通道的另一端与所述压裂液泵相连通，使所述阀芯(5)位于开启位置，所述压裂液泵通过所述主流通道将压裂液输送至所述井口内，输送预定量的所述压裂液后，使所述阀芯(5)位于清洗位置并清洗所述阀芯(5)的内孔。
6.如权利要求5所述的页岩气层压裂用平板闸阀的工作方法，其特征在于，清洗所述阀芯包括：
步骤1，控制阀芯(5)向上运动，使阀芯(5)的内孔(8)与喷管(17)左右相对立，且阀芯(5)的内孔(8)与排污管(21)连通；
步骤2，通过喷管(17)向内孔(8)喷射清洗液，清洗液带动内孔(8)处的污垢流入排污管(21)；
步骤3，清洗完成后，停止向喷管(17)内泵入清洗液，使阀芯(5)向下移动回复至阀体(1)内。
7.如权利要求5所述的页岩气层压裂用平板闸阀的工作方法，其特征在于，当阀芯(5)发生损坏时，控制堵塞机构(12)使所述导流通道处于连通状态，压裂液经高压泵、右侧接头(19)、进液口(7)、导流通道、出液口(6)、左侧接头(19)流至井口。
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