CN205663606U - 用于非常规油气田的压裂泵阀箱的双导向杆阀结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开的用于非常规油气田的压裂泵阀箱的双导向杆阀结构，涉及压裂泵阀箱技术领域，本实用新型包括从上到下依次设置的阀保持架、阀体和导向托盘，阀体的上下两端分别设置有上导向杆和下导向杆，阀保持架中心设置有导向孔A，导向托盘中心设置有导向孔B，所述的上导向杆与导向孔A配合，所述的下导向杆与导向孔B配合，所述的阀体和导向托盘之间设置有阀座，本实用新型具有比传统的四爪导向阀结构阀箱运行更稳定、更可靠、更耐用的优点。

Description

用于非常规油气田的压裂泵阀箱的双导向杆阀结构

技术领域

本实用新型涉及压裂泵阀箱技术领域，更具体的是涉及用于非常规油气田的压裂泵阀箱的双导向杆阀结构。

背景技术

当前，在页岩油、页岩气田的开发中，为了更有效地提高生产效率、降低生产成本、更好地提高页岩油气藏的采收率，普遍采用的都是工厂式又称为平台化的井眼分布，也就是在一个有限的井场内同时钻出多口井眼，而且、这些井大多是水平分段井或者细分层直井。在工厂式井压裂作业中，其主要特点是，节奏快、负载高、持续时间长，具体体现在——工厂式井每个工作日要完成多个设计段层的压裂作业，当完成一个井眼的某个设计段层作业后，会在很短的时间内完成高压输入管汇转接以及设备检测、检修等工作、然后开始另一个井眼又一个设计段层的压裂作业，而且各设计段层的压裂注液量、加砂量都相当大，施工主压相当高、施工时间也很长；这种新的压裂作业方式，我们称之为非常规压裂作业。

非常规压裂作业这种高节奏、长时间、高强度的作业工况比以往常规压裂作业要恶劣了很多，这导致压裂泵阀箱的疲劳寿命会出现明显的下降。并且，在作业时，整个压裂车组都处于高负载的情况，一旦有某一压裂车出现故障停泵，势必会导致其他压裂车分担更多的负载继续作业，增加整个压裂作业的安全风险。因而非常规压裂作业，要求压裂泵阀箱具有更大的适用功率、更高的疲劳强度、更可靠、更安全。

现有压裂泵阀箱工作时，吸入腔内的压力随着柱塞的往复运动不断在真空至高压之间往复变化，此时、压裂泵阀箱的吸入腔承受典型的脉动拉伸式交变应力；吸入腔内孔相贯线等应力集中部位，在交变应力的作用下，较容易形成表层疲劳裂纹并最终扩展成为导致阀箱疲劳损坏的贯穿裂纹；所以，压裂泵阀箱超过80%的疲劳损坏都发生在吸入腔。

通过对现有压裂泵阀箱内腔进行有限元分析，减小阀箱内腔尤其是吸入腔的孔径，增大阀箱有效壁厚作为针能获得更高的安全系数，提高抗疲劳强度。

由于决定压裂泵阀箱内腔内孔大小的主要因素是柱塞和吸入、排出阀，但是现有压裂泵阀箱的柱塞已经是标准化的通用件，3.75＂、4＂柱塞已经是压裂阀箱的最常规使用的柱塞，故改变吸入、排出阀的大小和你有现实意义，目前，常规作业压裂泵阀箱中普遍使用的四爪导向。

故设计一种占据空间更小的阀，用这种阀来取代以前常规作业阀箱中使用的四爪导向阀很有现实意义。

发明内容

本实用新型为了克服上述技术不足，提供一种结构简单、占据空间更小、使用寿命长的用于非常规油气田的压裂泵阀箱的双导向杆阀结构。

本实用新型为了实现上述目的具体采用以下技术方案：

用于非常规油气田的压裂泵阀箱的双导向杆阀结构，包括从上到下依次设置的阀保持架、阀体和导向托盘，阀体的上下两端分别设置有上导向杆和下导向杆，阀保持架中心设置有导向孔A，导向托盘中心设置有导向孔B，所述的上导向杆与导向孔A配合，所述的下导向杆与导向孔B配合，所述的阀体和导向托盘之间设置有阀座。

进一步地，所述的阀座与压裂泵阀箱内的阀座孔过盈配合，装配以后，阀座被压裂泵阀箱体完全包容，对阀座起到了和那好的保护作用，从而具有很高的使用寿命。

进一步地，所述的阀体与阀座配合面均为120°的锥面。

进一步地，所述的阀保持架和阀体之间设置有复位弹簧。

本实用新型的有益效果如下：

1、本实用新型，结构简单，在阀体开闭工作时，上导向杆和下导向杆同时导向，阀体的开闭运动非常稳定，有利于阀体及阀座具有更高的可靠性及使用寿命。

2、采用双导向杆阀结构的阀箱，其吸入阀、排出阀比传统的四爪导向阀结构阀箱运行更稳定、更可靠、更耐用；可以有效地减少由于吸入阀、排出阀的故障导致的压裂车故障停车而产生的风险成本及额外检修劳动量。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

附图标记：1-阀体，1-1-上导向杆，1-2-下导向杆，2-导向托盘，2-1-导向孔B，3-阀座，4-复位弹簧，5-阀保持架，5-1-导向孔A。

具体实施方式

为了本技术领域的人员更好的理解本实用新型，下面结合附图和以下实施例对本实用新型作进一步详细描述。

实施例1

如图1所示，本实施例提供用于非常规油气田的压裂泵阀箱的双导向杆阀结构，其特征在于，包括从上到下依次设置的阀保持架5、阀体1和导向托盘2，阀体1的上下两端分别设置有上导向杆1-1和下导向杆1-2，阀保持架5中心设置有导向孔A5-1，导向托盘2中心设置有导向孔B2-1，所述的上导向杆1-1与导向孔A5-1配合，所述的下导向杆1-2与导向孔B2-1配合，所述的阀体1和导向托盘2之间设置有阀座3。

所述的阀座3与压裂泵阀箱内的阀座孔过盈配合，装配以后，阀座被压裂泵阀箱体完全包容，对阀座起到了和那好的保护作用，从而具有很高的使用寿命。

所述的阀体1与阀座3配合面均为120°的锥面。

所述的阀保持架5和阀体1之间设置有复位弹簧4。

现有四爪导向阀的阀体通过下端的导向四爪与阀座的通过孔配合，确保阀体开闭时的运动导向，阀座分为下部装配过盈锥度区和上部阀体120°锥面工作区，装配到位后，阀体锥面工作区无需整体沉入。

本实施例中，结合上面的对比可见，四爪导向阀的阀总成装配时需要的通过空间大于双导向杆阀，具体是：双导向杆阀比四爪导向阀更有利于减小阀箱内腔的孔径，增加有效壁厚，同时还能提高吸入阀、排出阀自身工作的稳定性及使用寿命。

从结构及性能优化的目的出发，完全可以用双导向杆阀来取代当前用于2500系列、2800系列压裂泵阀箱上的四爪导向阀。以采用双导向杆阀结构的2500系列、2800系列压裂泵阀箱为例，具体说明如下：

采用了双导向杆阀的后的2500系列、2800系列压裂泵阀箱，吸入腔处的最大通孔从φ133变小成为φ113，阀箱的有效壁厚增加，结构强度增加。

对于2500系列压裂泵阀箱，在理论最高工作压力105MPa时，双导向杆结构阀箱的最大内孔壁处的最大环向内应力由（公式一）可以得到为

式中127是2500系列压裂泵阀箱的理论外圆半径。

此孔处相贯线的理论应力集中系数按照以下公式计算:

可得理论应力集中系数K₁=3.22；经有限元模型分析，此处理论应力集中值为3.4，二者接近，取3.4。

因此考虑理论应力集中系数值K₁的情况下，双导向杆阀结构的2500系列阀箱的理论最大拉应力值σ_θmax=534MPa。

采用同样方法计算后，四爪导向阀结构的2500系列压力泵阀箱的最大拉应力σ_θmax=625MPa。

可见双导向杆阀结构的2500系列压力泵阀箱在同等工作压力下，吸入腔最大拉应力比以前四爪导向阀结构的2500系列压力泵阀箱要低约15%，从而更加安全。

对于2800系列压裂泵阀箱，按照与上面相同方法计算后，同样得到结论双导向杆阀结构的2800系列压裂泵阀箱在同等工作压力下，吸入腔最大拉应力比以前四爪导向阀结构的2800系列阀箱要低约13%。

在使用同等聚氨酯材料的情况下，双导向杆阀的阀体胶皮的使用寿命，较之四爪导向阀的阀体胶皮寿命，能够提高30%以上。不仅是阀体胶皮更耐用，双导向杆阀由于阀座是整体沉入到阀箱的阀座孔内，工作时处于被阀箱本体包容状态，所以其使用寿命更是高出四爪导向阀的阀座；根据现场数据比较后，双导向杆阀的阀座工作寿命能高出四爪导向阀的阀座50%以上。

以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，本实用新型的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本实用新型的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (4)

1.用于非常规油气田的压裂泵阀箱的双导向杆阀结构，其特征在于，包括从上到下依次设置的阀保持架（5）、阀体（1）和导向托盘（2），阀体（1）的上下两端分别设置有上导向杆（1-1）和下导向杆（1-2），阀保持架（5）中心设置有导向孔A（5-1），导向托盘（2）中心设置有导向孔B(2-1)，所述的上导向杆（1-1）与导向孔A（5-1）配合，所述的下导向杆（1-2）与导向孔B(2-1)配合，所述的阀体（1）和导向托盘（2）之间设置有阀座（3）。

2.根据权利要求1所述的用于非常规油气田的压裂泵阀箱的双导向杆阀结构，其特征在于，所述的阀座（3）与压裂泵阀箱内的阀座孔过盈配合。

3.根据权利要求1所述的用于非常规油气田的压裂泵阀箱的双导向杆阀结构，其特征在于，所述的阀体（1）与阀座（3）配合面均为120°的锥面。

4.根据权利要求1所述的用于非常规油气田的压裂泵阀箱的双导向杆阀结构，其特征在于，所述的阀保持架（5）和阀体（1）之间设置有复位弹簧（4）。