CN201265392Y - 一种油气井高压防腐井下安全阀 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于石油天然气井内防止井喷，保证油气井措施、安全生产的油气井高压防腐井下安全阀。它能提高安全阀的可靠性，增强安全阀的耐腐蚀能力，提高阀板的承载能力。其技术方案是：有上接头、阀体和下接头组成的总体内，控制油路连通结构，采用四个活塞来压缩弹簧推动中心管；活塞同上中心管连接，上中心管中部轴肩压缩弹簧，下端同下中心管用螺纹连接，下中心管通过连杆销轴连接连杆上端；连杆下端连接到阀板，阀板上通过泄压孔和片簧固定泄压塞。本安全阀结构紧凑，总体尺寸小，总体外部承载接头只有两个，提高了可靠性；弹簧完全密封，增强了其耐腐蚀能力；增加阀板厚度，提高了阀板的承载能力；可广泛用于石油天然气生产井中。

Description

一种油气井高压防腐井下安全阀

技术领域

本实用新型涉及一种用于石油天然气井内防止井喷、保证油气井措施、安全生产的井下机械工具，广泛应用于油气井措施、生产完井管柱中的油气井高压防腐井下安全阀。

背景技术

近年来，随着能源危机的加剧，各国加大地下能源的勘探和开发，同时加大海洋石油天然气的开发力度。海洋环境恶劣，必须采用井下安全阀对井下流体实现有效控制。由于中国陆续在南方海相地层中发现多个大型油气田，其油气成分复杂，腐蚀严重，对井下工具、油套管的腐蚀严重，同时在生产过程中严重威胁着人员和环境的安全，对井下安全阀的抗腐蚀性能提出了较高的要求。高含腐蚀介质的陆地油气田的开发也同样需要抗腐蚀性能的井下安全阀。

国外从20世纪30年代开始从事井下安全阀的研究，在井下安全阀结构研究、防腐材料和试验方法上，国内外都开展了相关的工作，并逐渐形成不同种类和系列的井下安全阀，广泛应用于油气生产中。但是目前广泛应用的井下安全阀主要是以扭簧控制阀板回转的板阀结构，对扭簧性能要求高，抗腐蚀能力差，阀板关闭存在较大的冲击等缺点。

发明内容

为了克服上述缺点，本实用新型的目的是：为提高井下安全阀的可靠性，避免阀板和阀座的冲击现象，增强安全阀的耐腐蚀能力，提高阀板的承载能力，提出一种油气井高压防腐井下安全阀。

本实用新型为了适用于高含硫、二氧化碳的腐蚀性强的高压油气井，取消阀板处的扭簧，设计了主弹簧密封腔室，防止在腐蚀介质作用下发生脆断而失效；增加控制油路连通结构，采用四个柱塞来压缩弹簧推动中心管；设计了连杆机构，中心管开始下移，连杆同中心管保持一段距离的相对位移，当中心管的顶部先顶开阀板上的异形泄压塞阀开始泄压，阀板下面的高压油气通过异形泄压塞向上流动，使得阀板上下的压差逐渐减小，当阀板上下压差减小到中心管能顺利顶开阀板时，阀板开始开启，此时连杆同中心管同时下移，推动阀板转动直到阀板完全打开。在控制油路泄压时，安全阀的主弹簧回弹通过连杆机构控制阀板的关闭。

本实用新型解决此技术问题的技术方案是：一种油气井高压防腐井下安全阀，是由上下接头、阀体、上下中心管、弹簧、连杆、阀板、阀座、泄压塞组成，其机构特征是：其承载本体由上接头、阀体和下接头，依次用标准油管螺纹连接形成阀的本体外壳；在上接头下端开有均布的四个深孔为柱塞腔，每个柱塞腔上顶端外侧径向开一小孔，在上接头的该周向上切槽通过导油环与其密封形成环腔，连通四个柱塞腔；上接头的每个柱塞腔内装一个柱塞，柱塞的下一端周向切一小槽，嵌入上中心管相应的浅槽内，其下端面同上中心管中间轴肩上端面接触；上中心管中间轴肩下端面套一弹簧垫片，通过垫片压住弹簧，弹簧的下端顶住阀体内孔的台阶上，上中心管通过下端的螺纹同下中心管连接；上中心管的上端安有刮砂环，并在靠刮砂环处同上接头用密封组件密封，上中心管下段部分同阀体内孔用密封组件密封；下中心管的外周上有一个似花键的突台插入阀座对应的槽内，在突台上的销轴孔内装有能上下滑动的连杆销轴，连杆销轴连接在连杆的上端，连杆下端连接到阀板上；阀座通过螺纹连接到阀体的下端面，通过阀座上的耳孔和阀板销轴连接阀板，在阀板上的泄压孔装有泄压塞，泄压塞由插入阀板背面的片簧固定。

圆形中心管分成上中心管和下中心管两段，用螺纹连接；下中心管外径较大的一端径向伸出的一花键突台，下部有插入销轴能轴向滑动的孔；下中心管外径较小的一段仅保留同突台相对的一侧。阀座为多级台阶圆管，其下端断面带销轴支耳，对应的上一端切槽，阀座的中间有密封沟槽和连接螺纹。连杆与阀体内孔相切，即其截面为一段圆环，连杆上端有两支耳带销孔，下端上翘带销轴。泄压塞的塞柱段呈三瓣状，仅其中一瓣中心面为泄压塞的对称面，塞柱段底部为锥面，塞冒顶端为圆柱以泄压塞的对称截面形成两个缺口。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：(1)结构紧凑，总体尺寸小，总体外部承载接头只有两个，提高了可靠性；(2)压力平衡机构泄压速度快，采用四柱塞对称驱动，控制压力低，阀板的关闭过程可控，可以完全避免阀板和阀座的冲击现象；(3)取消阀板的扭簧，弹簧完全密封，增强安全阀的耐腐蚀能力，阀板关闭由弹簧驱动，增加阀板厚度，提高了阀板的承载能力；(4)连杆为曲线造型，不影响开启通径和作业工具，可广泛用于石油天然气生产井中。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本实用新型作进一步说明。

图1为本实用新型高压防腐井下安全阀的机械结构图，图中：1.上接头，2导油环，3刮砂环，4、5、6、7.活塞密封组件，9.上中心管；10.弹簧，12、13、14、15、18、19、20、21、8、33、34、35.主密封组件，11阀体，16.下中心管，17.连杆销轴，22.阀板销轴，23.阀板，24.下接头，25.固定盖板，26.片簧，27.泄压塞，28.紧固螺钉，29.阀座，30.连杆，31.弹簧垫片，32.柱塞；

图2为图1中B向视图，图中：36.定位螺钉。

图3为本实用新型的上接头1部分(油路连通机构)图。

图4为本实用新型的下中心管16的主视图。

图5为本实用新型的连杆30主视图。

图6为本实用新型的泄压塞27的主视图。

图7为本实用新型的泄压塞27的俯视图。

具体实施方式

如附图1和图2所示：上接头1、阀体11和下接头24依靠标准油管螺纹依次连接形成阀本体外壳；在上接头1下端开有均布四个小孔成柱塞腔，每个小孔上顶端外侧径向开一小孔，在该轴向切槽与导油环2密闭形成环腔，连通四个柱塞腔；每个柱塞腔内装一柱塞32，其下端周向半边开有小槽，嵌入上中心管9相应的浅槽内，端面同上中心管9中间轴肩接触；上中心管9上端有刮砂环3，上端部分同上接头1有主密封组件12、13、14、15密封，下段部分同阀体11内孔由主密封组件18、19、20、21密封；上中心管9下端穿过弹簧10通过普通螺纹连接下中心管16，弹簧被上中心管9中间轴肩通过弹簧垫片31压缩，弹簧另一端顶至阀体11的内部台阶；下中心管16的外周上一个似花键的轴向突台插入阀座29所开的槽内，不能进行周向转动；通过在突台上的销轴孔可以上下滑动的连杆销轴17连接连杆30；阀座29通过螺纹连接到阀体11的下端面；通过阀座29上的耳孔和阀板销轴22连接阀板23；阀板23上由紧固螺钉28和固定盖板25连接连杆30的下端；在阀板23距销轴的远端有一泄压孔装有泄压塞27；泄压塞由插入阀板23背面的片簧26实现周向定位。

打开过程，在地面上泵提供的液压油经过不锈钢控制管线传输到上接头1的进油口，油路连通结构后，推动四个柱塞32向下移动，柱塞推动上中心管9压缩弹簧10和密闭腔室气体下移，上中心管9通过螺纹同下中心管16连接，于是下中心管16同时下移。由于下中心管16同连杆30连接的连杆销轴17可以同下中心管16发生一定的相对位移，在发生相对位移时，连杆30保持静止，当下中心管16的下端顶开泄压塞27后开始泄压，阀板20上下压差慢慢减小，直到上端推力足够推开阀板23时，由下中心管16顶端顶开阀板20，活塞32、上下中心管9、16继续下移，下中心管16的销孔上部同连杆销轴17接触，开始推动连杆30下移推动阀板23转动，直到下中心管16顶到阀座29不能下移为止，此时的阀板23已经处于完全打开状态。

如果要关闭安全阀，只需泄掉控制管线上的载荷，此时在弹簧10的弹力和密闭腔室压缩气体的作用下带动上中心管9上移，一方面推动柱塞32回位压出控制液压油，另一方面带动下中心管16上移，待下中心管16销轴孔的下部同连杆销轴17接触后，便带动连杆30上移并拉回阀板23直到下中心管16抵至阀体11台阶，停止运动，泄压塞27在片簧26和阀内工作介质的高压共同作用下，通过配合面实现密封，阀板23重新坐落到阀座29通过配合面密封实现关闭过程。

如附图3所示：高压控制液压油从上接头1的进油口进入，通过上接头1之一个柱塞腔室外侧的小孔进入到导油环2与上接头1形成的导流环空，分别流进其余三个柱塞腔室，从而实现控制油路的连通。

如附图4所示的下中心管16，可以通过类似花键轴的突台同阀体11同样形状的内孔配合实现周向定位，保证连杆30和阀板23的受力最小；其销轴孔可以保证下中心管16同连杆30发生相对运动再同时运动。顶端为单边保留的圆管，可以保证在阀板23打开和关闭过程，阀板23的受力点距转轴保持较远距离，并避免出现冲击。

如附图5所示的连杆30，一端同阀板23连接，另一端同下中心管16连接。其形状为圆管的一部分，可以保证强度和开启后的阀的通径。

如附图6、7所示的泄压塞27，可以保证其强度和密封的同时，由于其形状可以在移动时实现较大的溢流，从而加快阀板23流体压力平衡的速度。

Claims (5)

1.一种油气井高压防腐井下安全阀，是由上下接头，阀体、上下中心管、弹簧、连杆、阀板、阀座、泄压塞组成，其特征是：其承载本体由上接头(1)、阀体(11)和下接头(24)，依次用标准油管螺纹连接形成阀的本体外壳；在上接头(1)下端开有均布的四个深孔为柱塞腔，每个柱塞腔上顶端外侧径向开一小孔，在上接头(1)的该周向上切槽通过导油环(2)与其密封形成环腔，连通四个柱塞腔；上接头(1)的每个柱塞腔内装一个柱塞(32)，柱塞(32)同上中心管(9)相连，柱塞(32)的下一端周向开一小槽，嵌入上中心管(9)相应的浅槽内，其下端面同上中心管(9)中间轴肩上端面接触；上中心管(9)中间轴肩下端面套一弹簧垫片(31)，通过弹簧垫片(31)压缩弹簧(10)，弹簧(10)的下端顶住阀体(11)内孔的台阶上，上中心管(9)通过下端的螺纹同下中心管(16)连接；上中心管(9)的上端安有刮砂环(3)，并在上中心管(9)靠刮砂环(3)处同上接头(1)用主密封组件(8、33、34、35)密封，上中心管(9)下段部分同阀体(11)内孔用主密封组件(12、13、14、15)密封；下中心管(16)的外周上有一个似花键的突台插入阀座(29)对应的槽内，在突台上的销轴孔内装有能上下滑动的连杆销轴(17)，连杆销轴(17)连接在连杆(30)的上端，连杆(30)下端连接到阀板(23)上；阀座(29)通过螺纹连接到阀体(11)的下端面，通过阀座(29)上的耳孔和阀板销轴(22)连接阀板(23)，在阀板(23)上的泄压孔装有泄压塞(27)，泄压塞(27)由插入阀板(23)背面的片簧(26)固定。

2.根据权利要求1所述的井下安全阀，其特征是：圆形中心管分成上中心管(9)和下中心管(16)两段，用螺纹连接；下中心管(16)外径较大的一端径向伸出的一花键突台，下部有插入的连杆销轴(17)能轴向滑动的孔；下中心管(16)外径较小的一段仅保留同突台相对的一侧。

3.根据权利要求1所述的井下安全阀，其特征是：阀座(29)为多级台阶圆管，其下端断面带销轴支耳，对应的上一端切槽，阀座(29)的中间有密封沟槽和连接螺纹。

4.根据权利要求1所述的井下安全阀，其特征是：连杆(30)与阀体(11)内孔相切，即其截面为一段圆环，连杆(30)上端有两支耳带销孔，下端上翘带销轴。

5.根据权利要求1所述的井下安全阀，其特征是：泄压塞(27)的塞柱段呈三瓣状，仅其中一瓣中心面为泄压塞的对称面，塞柱段底部为锥面，塞冒顶端为圆柱以泄压塞的对称截面形成两个缺口。

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