CN116717614B - 可剪切和密封的分离阀 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可剪切和密封的分离阀，涉及油气田开发工具技术领域，解决了现有的分离阀在执行剪切动作后易发生损坏的问题。该分离阀包括壳体、密封剪切结构以及阀执行结构，壳体内形成有用于放置密封剪切结构的容置腔室，阀执行结构安装于壳体上且与密封剪切结构相连接；密封剪切结构包括球阀本体、密封球座、剪切球座和密封部，球阀本体上设置有剪切部，剪切球座固定设置于密封球座内，阀执行结构能带动球阀本体转动至剪切位置或者密封位置。在密封球面落入密封球座前与剪切球座无硬接触，从而降低了密封球面损坏可能。而阀执行结构将原有的线性驱动模式改为直接作用在密封剪切球阀上的旋转驱动模式，大幅提升了驱动球阀的剪切力。

Description

可剪切和密封的分离阀

技术领域

本发明涉及油气田开发工具技术领域，尤其是涉及一种可剪切和密封的分离阀。

背景技术

在油气井上执行某些程序时，例如在修井或干预作业、完井、清理、废弃等过程中,设备必须具有能够隔离地层与地面的阀门，这类阀门可能需要既承载一定的压力，又能切断影响阀门关闭的钢丝、管柱、连续油管等。

阀门类产品的外径尺寸通常受制于外部隔水管及井口防喷器的尺寸，一些阀门的控制需要有线性的执行器，故需要一定的轴向长度及较大的外径，这就限制其在某些防喷器中的使用。

阀门在实现球阀开启、关闭过程中，一般需要平台通过脐带缆将压力传输过去，这种方式的弊端在于随着水深的增加，液压传递效率将会损失，对紧急情况下快速关闭阀门考验很大。

一些阀门中的球阀组件，既要实现球阀剪切内部障碍物的能力，又要在剪切后保存完好的密封能力，目前常规球阀在剪切完成后，球阀、球座均有一定的损伤，每次使用完毕后都需要返厂维修，甚至报废。

另外，执行器功能的实现必少不了，弹性密封件作为液压驱动密封，而弹性密封件的密封性能有受制于井筒的压力与温度。

线性执行器在球阀剪切过程中，可以提供的的剪切力有限，常因其剪切装置的强度限制，剪切后执行器受损严重。

水下采油树设备（比如分离阀）在每次入井使用后，都需要进厂维护，现有的常规执行器一般处于完整的壳体内部，在拆卸与装配过程都很麻烦，稍有不慎在拆卸过程就会造成二次维修。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可剪切和密封的分离阀，以解决现有技术中存在的分离阀在执行剪切动作后易发生损坏的技术问题。本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供的可剪切和密封的分离阀，包括壳体、密封剪切结构以及阀执行结构，所述壳体内形成有用于放置所述密封剪切结构的容置腔室，所述阀执行结构安装于所述壳体上且与所述密封剪切结构相连接；

所述密封剪切结构包括球阀本体、密封球座、剪切球座和密封部，所述球阀本体上设置有剪切部，所述密封部与所述球阀本体活动连接且所述密封部与所述球阀本体之间设置有弹性元件，所述密封部能朝靠近或远离所述密封球座的方向移动；所述剪切球座固定设置于所述密封球座内，所述阀执行结构能带动所述球阀本体转动至所述剪切部与所述剪切球座相配合的位置以剪切异物，还能带动所述球阀本体转动至所述密封部与所述剪切球座相配合的位置；

所述阀执行结构包括执行器盖板、转轴组件以及分离活塞组件，所述壳体上设置有执行液腔，所述执行器盖板密封设置于所述执行液腔的开口处，所述执行器盖板通过所述转轴组件与设置于所述壳体内的密封剪切结构相连接，所述分离活塞组件设置于所述壳体上且与所述执行液腔连接，驱动介质能通过所述分离活塞组件导入至所述执行液腔内以驱动所述转轴组件转动，所述转轴组件能带动所述球阀本体转动。

作为本发明的进一步改进，所述密封部上形成有密封球面，所述密封部上背离所述密封球面的一侧设置有安装部，所述安装部上设置有安装孔，所述球阀本体上设置有安装槽，所述安装槽内设置有与所述安装孔相配合的配合孔，所述安装孔和对应的所述配合孔内设置有连接件以连接所述安装部与所述球阀本体。

作为本发明的进一步改进，所述密封剪切结构还包括垫环，所述垫环固定安装在所述壳体内，所述密封剪切结构设置于所述壳体内时，所述垫环与所述密封球座相抵接，以通过所述垫环限制所述密封球座沿其所述壳体轴线方向的运动。

作为本发明的进一步改进，所述球阀本体上开设有用于放置所述剪切部的容置槽，所述剪切部固定于所述容置槽内；所述球阀本体上还设置有扶正部，所述扶正部为设置在所述球阀本体上的扶正槽口结构，且所述扶正槽口结构贯穿所述容置槽。

作为本发明的进一步改进，所述密封球面上设置有凹槽，所述密封剪切结构处于密封状态时，所述剪切球座能卡入所述凹槽内以使所述密封球面与所述密封球座配合形成密封。

作为本发明的进一步改进，所述转轴组件包括转轴本体以及球阀连接部，所述转轴本体的一端与所述执行器盖板相连接，所述转轴本体上远离所述执行器盖板的端部设置有所述球阀连接部，所述执行液腔内设置有允许所述球阀连接部穿过的安装孔，所述球阀本体上还设置有相对设置的两个连接孔，所述转轴本体通过所述球阀连接部与所述连接孔连接。

作为本发明的进一步改进，所述转轴本体包括轴体以及挡片，所述挡片与所述轴体固定连接且两者相垂直，所述轴体的端部固定有所述球阀连接部，所述挡片设置于所述执行液腔内且能将所述执行液腔的内部空间分隔成独立的液腔体，所述轴体能通过所述球阀连接部带动所述密封剪切结构转动。

作为本发明的进一步改进，所述执行液腔的内部设有阶梯结构， 所述执行液腔下部为执行液腔第一阶梯，所述执行液腔第一阶梯内径小于执行液腔第二阶梯内径，所述执行器盖板设置在所述执行液腔第一阶梯与所述执行液腔第二阶梯连接处形成的台面上。

作为本发明的进一步改进，所述分离活塞组件包括驱动液腔、介质分离活塞以及气液分离活塞，剪切密封分离阀总成的壳体的壁体上设置有所述驱动液腔，所述介质分离活塞和所述气液分离活塞分别设置于对应的所述驱动液腔中，所述驱动液腔与所述执行液腔相连通。

作为本发明的进一步改进，所述壳体包括壳体本体和法兰接口，所述壳体本体的两端均设置有所述法兰接口，所述壳体本体上设置有两个所述执行液腔，且两个所述执行液腔沿所述壳体本体的轴线对称设置。

本发明提供的可剪切和密封的分离阀，包括壳体、密封剪切结构以及阀执行结构，壳体内形成有用于放置密封剪切结构的容置腔室，阀执行结构安装于壳体上且与密封剪切结构相连接；密封剪切结构包括球阀本体、密封球座、剪切球座和密封部，球阀本体上设置有剪切部，剪切球座固定设置于密封球座内，阀执行结构能带动球阀本体转动至剪切部与剪切球座相配合的位置以剪切异物，还能带动球阀本体转动至密封部处于密封位置；密封部的密封球面上设计凹槽，剪切球座剪切后，压缩密封部与球阀本体之间的弹性元件，最终落入凹槽内，此时密封球座与密封球面接触，形成密封。在密封球面落入密封球座前与剪切球座无硬接触，从而降低了密封球面损坏可能。而阀执行结构将原有的线性驱动模式改为直接作用在密封剪切球阀上的旋转驱动模式，大幅提升了驱动球阀的剪切力，避免因其剪切装置的强度限制，剪切后阀执行结构受损严重现象的发生。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的密封剪切结构的第一张结构示意图；

图2是本发明实施例提供的密封剪切结构的第二张结构示意图；

图3是本发明实施例提供的密封剪切结构的第三张结构示意图；

图4是本发明实施例提供的密封剪切结构的爆炸示意图；

图5是本发明实施例提供的阀执行结构的爆炸示意图；

图6是本发明实施例提供的阀执行结构的结构示意图（未示意出执行器盖板）；

图7是本发明实施例提供的可剪切和密封的分离阀的爆炸示意图；

图8是本发明实施例提供的可剪切和密封的分离阀的一张结构示意图；

图9是本发明实施例提供的可剪切和密封的分离阀的另一张结构示意图。

附图标记：1、壳体；2、球阀本体；3、密封球座；4、剪切球座；5、弹性元件；6、垫环；7、扶正部；8、剪切部；9、密封部；91、密封球面；92、安装部；10、凹槽；11、执行器盖板；12、执行液腔；13、转轴本体；131、轴体；132、挡片；14、球阀连接部；15、分离活塞组件；151、介质分离活塞；152、气液分离活塞；153、驱动液腔。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，″多个″的含义是两个或两个以上；术语″上″、″下″、″左″、″右″、″内″、″外″、 ″前端″、″后端″、″头部″、″尾部″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″、″第三″等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”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，也可以是电连接或能够互相通讯，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参见图1~图9，本发明提供了一种可剪切和密封的分离阀，包括壳体1、密封剪切结构以及阀执行结构，壳体1内形成有用于放置密封剪切结构的容置腔室，阀执行结构安装于壳体1上且与密封剪切结构相连接。

具体的，密封剪切结构包括球阀本体2、密封球座3、剪切球座4和密封部9，球阀本体2上设置有剪切部8，密封部9与球阀本体2活动连接且密封部9与球阀本体2之间设置有弹性元件5，密封部9能朝靠近或远离密封球座3的方向移动；剪切球座4固定设置于密封球座3内，阀执行结构能带动球阀本体2转动至剪切部8与剪切球座4相配合的位置以剪切异物，还能带动球阀本体2转动至密封部9与剪切球座4相配合的位置，形成密封。

剪切球座4、密封球座3尺寸差异化设计，剪切球座4固定设置于密封球座3内，降低密封球座3在剪切后刮伤的概率。在密封部9闭合落入密封球座3前与剪切球座4无硬接触，降低密封部9损坏可能，降低了阀门的维护成本。进一步的，本实施例中将剪切球座4与密封球座3设置为螺纹连接，方便拆卸安装，便于后期更换保养。

阀执行结构包括执行器盖板11、转轴组件以及分离活塞组件15，壳体1上设置有执行液腔12，执行器盖板11密封设置于执行液腔12的开口处以密封开口，执行器盖板11通过转轴组件与设置于壳体1内的密封剪切结构相连接，分离活塞组件15设置于壳体1上且与执行液腔12连接，驱动介质能通过分离活塞组件15导入至执行液腔12内以驱动转轴组件转动，转轴组件能带动球阀本体2转动。

本实施例中的密封部9与球阀本体2分离，与球阀本体2安装在一起，密封部9上形成有密封球面91，密封部9上背离密封球面91的一侧设置有安装部92，安装部92上设置有安装孔，球阀本体2上设置有安装槽，安装槽内设置有与安装孔相配合的配合孔，安装孔和对应的配合孔内设置有连接件以连接安装部92与球阀本体2。优选的，本实施例中的安装孔为长条形限位孔。

同时在密封球面91底部具有弹性元件5，在球阀本体2剪切关闭过程中，既能起到缓冲压力保护密封球面91，又可在施工作业中起单流阀的作用，在球阀本体2上部打压可将密封球面91下压，沟通底部压力，同时可以实现更换的便捷性。本实施例中的球阀本体2上还开设有用于放置剪切部8的容置槽，剪切部8固定于容置槽内，剪切部8为常规的剪切齿，剪切齿与球阀本体2分离，通过特定的方式铆定在一起，比如剪切齿与球阀本体2之间可通过销钉等同类锁定机构锁紧，可以实现更换的便捷性。

本实施例中的密封剪切结构还包括垫环6，垫环6固定安装在壳体1内，密封剪切结构设置于壳体1内时，垫环6与密封球座3相抵接，以通过垫环6限制密封球座3沿其壳体1轴线方向的运动。用作限制球阀本体2，剪切球座4、密封球座3的相对位置。

球阀本体2上还设置有扶正部7，扶正部7为设置在球阀本体2上的扶正槽口结构，且扶正槽口结构贯穿容置槽。

另外，本实施例中，密封球面91上设置有凹槽10，密封剪切结构处于密封状态时，剪切球座4能卡入凹槽10内以使密封球面91与密封球座3配合形成密封。

另外，本实施例中的弹性元件5包括多个弹簧，弹簧的一端固定在球阀本体2上，弹簧的另一端连接或抵接在密封部9上。剪切球座4剪切后，压缩密封部9和弹簧，最终落入密封球面91上的凹槽10内，此时密封球座3与密封球面91接触，形成密封。在密封球面91闭合落入密封球座3前与剪切球座4无硬接触，降低密封面损坏可能。

作为本发明实施例可选地实施方式，转轴组件包括转轴本体13以及球阀连接部14，转轴本体13的一端与执行器盖板11相连接，转轴本体13上远离执行器盖板11的端部设置有球阀连接部14，执行液腔12内设置有允许球阀连接部14穿过的安装孔，球阀本体2上还设置有相对设置的两个连接孔，转轴本体13通过球阀连接部14与连接孔连接。

本实施例中的密封剪切结构通过阀执行结构的旋转运动，带动球阀本体2旋转，在剪切部8与管柱内障碍物接触时，可以提供扭力将障碍物剪切。继续旋转球阀本体2，密封球面91被剪切球座4挤压，密封球座3下端弹簧压缩，密封球面91下沉，越过剪切球座4后，弹簧回弹，密封球座3与密封球面91接触形成密封。

本实施例中的球阀连接部14设置为六方体，将六方体插入到球阀本体2中，通过转轴组件带动球阀本体2转动，从而实现球阀本体2的剪切和密封功能。本实施例通过修改阀执行结构的驱动模式，将原有的线性驱动模式，改为直接作用在球阀上的旋转驱动模式，大幅提升了驱动球阀的剪切力。

作为本发明实施例可选地实施方式，转轴本体13包括轴体131以及挡片132，挡片132与轴体131固定连接且两者垂直设置，轴体131的端部固定有球阀连接部14（六方体），挡片132设置于执行液腔12内且能将执行液腔12的内部空间分隔成独立的液腔体（小液腔），小液腔分别与开启、关闭执行液腔12相连，轴体131转动能带动挡片132以及球阀连接部14转动。旋转执行时，可以保证挡片132沿同一时针方向受力，使阀执行结构受力更均匀，同时也对执行液腔12的密封机构起到了一定的保护，防止因为受力不均导致的密封机构过度磨损，降低使用寿命的风险。

本实施例中的执行液腔12呈“8”字形，执行器盖板11的形状与执行液腔12的截面形状相适应。执行器盖板11可拆卸式的固定设置于执行液腔12的开口处，且执行器盖板11与执行液腔12的开口密封连接。

执行液腔12的内部设有阶梯结构， 执行液腔12下部为执行液腔12第一阶梯，执行液腔12第一阶梯内径小于执行液腔12第二阶梯内径，执行器盖板设置在执行液腔12第一阶梯与执行液腔12第二阶梯连接处形成的台面上。

该可剪切和密封的分离阀的壳体1为两端开口的中空结构，壳体1内形成有壳体1液腔。本实施例中，将执行液腔12与壳体1液腔分隔，避免了壳体1内压力对阀执行结构执行过程中产生阻力，提高了执行效率，同时由于执行液腔12与壳体1液腔的分离，执行液腔12设置在壳体1的外壁上，为后期维护保养提供了便利。

作为本发明实施例可选地实施方式，分离活塞组件15包括驱动液腔153、介质分离活塞151以及气液分离活塞152，剪切密封分离阀总成的壳体1的壁体上设置有驱动液腔153，介质分离活塞151和气液分离活塞152分别设置于对应的驱动液腔153中，驱动液腔153与执行液腔12相连通。将驱动介质从驱动液腔153导至执行液腔12中，从而驱动阀执行结构的转轴组件旋转。

其中，与介质分离活塞151配合的驱动液腔153为介质分离器，与气液分离活塞152配合的驱动液腔153为近程储能器，设计分布式储能结构，通过预先打压的方式，挤压近程储能器中的气体，以达到储能的目的。在需要阀执行结构时，通过控制开启液腔阀门，释放近程储能器中的气体，实现密封剪切球阀的快速执行。

近程储能器模块的使用，可与其它模块化工具进行搭配，使阀执行结构的传输效率显著提升，不再受制于水深、及管线排布限制，紧急情况下可实现井筒的快速控制及人员的快速撤离。

气液分离活塞152以及介质分离活塞151，分别处于壳体1内的近程储能器以及介质分离器中，前者可以实现气体的预先储能，以便可以实现对阀执行结构的快速控制；后者可以实现平台控制系统与执行液腔12的分离，这样就可以使阀执行结构的驱动介质有了更多的选择，同时又是对平台控制系统介质体系的又一道保障。

另外，本实施例中的壳体1包括壳体1本体和法兰接口，壳体1本体的两端均设置有法兰接口，可以将剪切密封分离阀总成与对应法兰接口直接连接，提高了操作的便捷性。壳体1本体上设置有两个执行液腔12，且两个执行液腔12沿壳体1本体的轴线对称设置。

本实施例中的用于分离阀的密封剪切结构具有单流阀的功能，在下部承压完成后，可以由上部打压以平衡下部压差，密封球面91下上部压差的作用下，压缩弹簧使密封球面91下沉，以打开球阀。

剪切球座4与密封球座3尺寸差异化设计，在球阀本体2旋转剪切过程中，首先由剪切球座4与剪切部8将障碍物夹住，随着扭矩的增加，障碍物被剪切。继续旋转，由于密封球座3比剪切球座4的位置更低，所以即使剪切部8在剪切过程中出现毛刺飞边等不良状况，依然不会对密封球座3有较大的损伤，且密封球座3下端具有可压缩的弹簧，可以确保密封球座3在球阀本体2旋转过程中，不承载过大的挤压力。

本实施例中的执行液腔12与壳体1液腔分离，降低了泄露风险点的数量，同时通过执行器盖板密闭执行液腔12，对阀体内的介质进行了二次分离，降低了井液泄露污染控制液的可能。采用液腔压力平衡设计，将扭力直接作用在密封剪切球阀上，显著增加了密封剪切球阀的剪切能力。

另外，执行液腔12设置在壳体1表面，提高了维护保养的效率，降低了过多繁琐操作造成损伤的概率。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种可剪切和密封的分离阀，其特征在于，包括壳体、密封剪切结构以及阀执行结构，所述壳体内形成有用于放置所述密封剪切结构的容置腔室，所述阀执行结构安装于所述壳体上且与所述密封剪切结构相连接；

所述密封剪切结构包括球阀本体、密封球座、剪切球座和密封部，所述球阀本体上设置有剪切部，所述密封部与所述球阀本体活动连接且所述密封部与所述球阀本体之间设置有弹性元件，所述密封部能朝靠近或远离所述密封球座的方向移动；所述剪切球座固定设置于所述密封球座内，所述阀执行结构能带动所述球阀本体转动至所述剪切部与所述剪切球座相配合的位置以剪切异物，还能带动所述球阀本体转动至所述密封部与所述剪切球座相配合的位置；

所述阀执行结构包括执行器盖板、转轴组件以及分离活塞组件，所述壳体上设置有执行液腔，所述执行器盖板密封设置于所述执行液腔的开口处，所述执行器盖板通过所述转轴组件与设置于所述壳体内的密封剪切结构相连接，所述分离活塞组件设置于所述壳体上且与所述执行液腔连接，驱动介质能通过所述分离活塞组件导入至所述执行液腔内以驱动所述转轴组件转动，所述转轴组件能带动所述球阀本体转动；

所述密封部上形成有密封球面，所述密封部上背离所述密封球面的一侧设置有安装部，所述安装部上设置有安装孔，所述球阀本体上设置有安装槽，所述安装槽内设置有与所述安装孔相配合的配合孔，所述安装孔和对应的所述配合孔内设置有连接件以连接所述安装部与所述球阀本体；

所述密封球面上设置有凹槽，所述密封剪切结构处于密封状态时，所述剪切球座能卡入所述凹槽内以使所述密封球面与所述密封球座配合形成密封；

所述转轴组件包括转轴本体以及球阀连接部，所述转轴本体的一端与所述执行器盖板相连接，所述转轴本体上远离所述执行器盖板的端部设置有所述球阀连接部，所述执行液腔内设置有允许所述球阀连接部穿过的安装孔，所述球阀本体上还设置有相对设置的两个连接孔，所述转轴本体通过所述球阀连接部与所述连接孔连接；

所述转轴本体包括轴体以及挡片，所述挡片与所述轴体固定连接且两者相垂直，所述轴体的端部固定有所述球阀连接部，所述挡片设置于所述执行液腔内且能将所述执行液腔的内部空间分隔成独立的液腔体，所述轴体能通过所述球阀连接部带动所述密封剪切结构转动；

所述执行液腔的内部设有阶梯结构，所述执行液腔下部为执行液腔第一阶梯，所述执行液腔第一阶梯内径小于执行液腔第二阶梯内径，所述执行器盖板设置在所述执行液腔第一阶梯与所述执行液腔第二阶梯连接处形成的台面上；

所述分离活塞组件包括驱动液腔、介质分离活塞以及气液分离活塞，剪切密封分离阀总成的壳体的壁体上设置有所述驱动液腔，所述介质分离活塞和所述气液分离活塞分别设置于对应的所述驱动液腔中，所述驱动液腔与所述执行液腔相连通。

2.根据权利要求1所述的可剪切和密封的分离阀，其特征在于，所述密封剪切结构还包括垫环，所述垫环固定安装在所述壳体内，所述密封剪切结构设置于所述壳体内时，所述垫环与所述密封球座相抵接，以通过所述垫环限制所述密封球座沿其所述壳体轴线方向的运动。

3.根据权利要求1所述的可剪切和密封的分离阀，其特征在于，所述球阀本体上开设有用于放置所述剪切部的容置槽，所述剪切部固定于所述容置槽内；所述球阀本体上还设置有扶正部，所述扶正部为设置在所述球阀本体上的扶正槽口结构，且所述扶正槽口结构贯穿所述容置槽。

4.根据权利要求1所述的可剪切和密封的分离阀，其特征在于，所述壳体包括壳体本体和法兰接口，所述壳体本体的两端均设置有所述法兰接口，所述壳体本体上设置有两个所述执行液腔，且两个所述执行液腔沿所述壳体本体的轴线对称设置。