CN210714632U - 井口流量调节阀 - Google Patents

Abstract

本申请涉及天然气和石油开采技术领域，公开了一种井口流量调节阀。本申请实施例提供的井口流量调节阀，在工作过程中，当阀芯位于大流量位置时，调节腔的体积最大，流体进口与调节腔连通的面积也最大，此时油气井内的流体通过流体进口进入调节腔，然后通过流体出口流出至流量调节阀外，流体流量最大。在阀芯从大流量位置向小流量位置运动的过程中，调节腔的体积逐渐减小，流体进口与调节腔的连通面积逐渐减小，此时油气井内的流体在单位时间内从流体出口流出的量减小。如此，通过调节阀芯的轴向位置即可实现对流体流量的调节。本实施例提供的井口流量调节阀结构和控制方式都较为简单，成本低廉。

Description

井口流量调节阀

技术领域

本申请涉及天然气和石油开采技术领域，尤其涉及一种井口流量调节阀。

背景技术

油气井在生产过程中，为了确保油气井处于最佳工作状态，需要对油气井井口的流体流量进行控制。当前，主要采用在油气井井口设置薄膜流量调节阀。但是薄膜流量调节阀成本高昂。薄膜流量调节阀需要从油气井的套管采集驱动气源，并且套管气需要经过降压和过滤后才能进入气动薄膜阀内。这需要设置复杂的管线和连接装置，并且需要繁复的电磁阀控制。上述情况大大增加了井口的安全风险和检修工作量，导致井口的工作可靠性变差。

实用新型内容

本申请的实施例提供一种井口流量调节阀，其成本低廉，并且其在不采用套管气作为动力源的情况下也能够可靠的实现油气井井口的流量调节，从而杜绝了套管气作为动力源时存在的安全风险和检修问题，提高了油气井井口的工作可靠性。

为了达到上述的目的，本申请的实施例采用如下技术方案：

井口流量调节阀，包括：阀体，阀体限定工作通道，阀体上开设有沿径向连通工作通道与外界的流体进口，阀体上开设有连通工作通道轴向一端的流体出口；阀芯，阀芯设置在工作通道内并与工作通道的内壁密封接触，阀芯将工作通道分隔为靠近流体出口的调节腔和远离流体出口的工作腔；阀杆，阀杆设置在工作通道内并位于工作腔中，阀杆与阀芯固定连接；轴密封机构，轴密封机构固定在工作腔内，轴密封机构被阀杆可活动的贯穿；以及驱动机构，驱动机构与阀杆远离阀芯的一端连接；其中，驱动机构被构造为通过阀杆带动阀芯沿工作通道在远离流体出口的大流量位置和靠近流体出口的小流量位置之间往复运动，以调节调节腔的体积；阀芯位于大流量位置时，流体进口至少部分与调节腔连通；阀芯从的大流量位置向小流量位置运动的过程中，流体进口与调节腔连通的面积逐渐减小。

进一步的，流体进口为沿工作通道延伸的长条孔。

进一步的，多个流体进口围绕工作通道布置。

进一步的，阀芯的外周面具有弧形的截面轮廓，阀芯的外周面与工作通道的内壁线接触。

进一步的，井口流量调节阀还包括第一位置检测装置、第二位置检测装置和触发装置；触发装置被构造为随阀杆运动；第一位置检测装置和第二位置检测装置相对于阀体固定设置；第一位置检测装置被构造为在阀芯运动至大流量位置时与触发装置配合；第二位置检测装置被构造为在阀芯运动至小流量位置时与触发装置配合；第一位置检测装置和第二位置检测装置均与驱动机构电连接。

进一步的，井口流量调节阀还包括第三位置检测装置和第四位置检测装置；第三位置检测装置和第四位置检测装置相对于阀体固定设置；第三位置检测装置被构造为在阀芯沿小流量位置至大流量位置的方向运动并越过大流量位置后与触发装置配合；第四位置检测装置被构造为在阀芯沿大流量位置至小流量位置的方向运动并越过小流量位置后与触发装置配合；第三位置检测装置和第四位置检测装置均与驱动机构电连接。

进一步的，第一位置检测装置和第二位置检测装置均为接近开关，第三位置检测装置和第四位置检测装置为微动开关。

进一步的，驱动机构包括电机、外螺纹杆和内螺纹套筒；电机与阀体固定连接，外螺纹杆和内螺纹套筒螺纹配合并设置在工作通道内；外螺纹杆和内螺纹套筒中的一者与电机的输出轴传动连接，另一者与阀杆连接且与阀体不可转动的配合。

进一步的，轴密封机构包括密封套、弹性套、弹簧、第一限位环和第二限位环；第一限位环和第二限位环相对固定在工作通道内；密封套、弹性套和弹簧设置在第一限位环和第二限位环之间；密封套可滑动的套设于阀杆；密封套靠近第一限位环的一端径向向外凸出形成接触环；弹性套套设于密封套；弹簧的一端与第二限位环抵靠；弹簧的另一端作用于弹性套以使弹性套紧贴接触环，且使接触环紧贴第一限位环；弹性套的外周面与工作通道的内表面接触；弹性套的内周面与密封套的外周面接触；密封套的内周面与工作杆的外周面接触。

进一步的，弹性套包括多个相互独立且并排设置的橡胶环。

本申请的技术方案至少具有如下优点和有益效果：

本申请实施例提供的井口流量调节阀，在工作过程中，当阀芯位于大流量位置时，调节腔的体积最大，流体进口与调节腔连通的面积也最大，此时油气井内的流体通过流体进口进入调节腔，然后通过流体出口流出至流量调节阀外，流体流量最大。在阀芯从大流量位置向小流量位置运动的过程中，调节腔的体积逐渐减小，流体进口与调节腔的连通面积逐渐减小，此时油气井内的流体在单位时间内从流体出口流出的量减小。如此，通过调节阀芯的轴向位置即可实现对流体流量的调节。本实施例提供的井口流量调节阀结构和控制方式都较为简单，成本低廉，其在不采用套管气作为动力源的情况下也能够可靠的实现油气井井口的流量调节，从而杜绝了套管气作为动力源时存在的安全风险和检修问题，提高了油气井井口的工作可靠性。

附图说明

为了更清楚的说明本申请实施例的技术方案，下面对实施例中需要使用的附图作简单介绍。应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施方式，不应被看作是对本申请范围的限制。对于本领域技术人员而言，在不付出创造性劳动的情况下，能够根据这些附图获得其他附图。

图1为本申请实施例提供的井口流量调节阀的外部结构示意图；

图2为本申请实施例提供的井口流量调节阀的剖面结构示意图，其中阀芯位于大流量位置；

图3为本申请实施例提供的井口流量调节阀的剖面结构示意图，其中阀芯位于小流量位置；

图4为本申请实施例提供的井口流量调节阀中，阀芯和阀杆的结构示意图；

图5为本申请实施例提供的井口流量调节阀的局部结构示意图A；

图6为本申请实施例提供的井口流量调节阀的局部结构示意图B。

图中：010-井口流量调节阀；100-阀体；101-调节腔；102-工作腔； 100a-工作通道；100b-流体出口；100c-流体进口；110-长条孔；200-阀芯；300-阀杆；400-轴密封机构；410-第一限位环；420-第二限位环；430- 密封套；431-接触环；440-弹性套；450-弹簧；500-驱动机构；510-电机； 520-外螺纹杆；530-内螺纹套；610-第一位置检测装置；620-第二位置检测装置；630-第三位置检测装置；640-第四位置检测装置；650-触发装置； 651-触发杆；652-触发板；700-支撑板。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。

因此，以下对本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的部分实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征和技术方案可以相互组合。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”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，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，这类术语仅是为了便于描述本申请和简化描述，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申请的限制。

本申请的描述中，“油气井”可以指石油井，也可以指天然气井。当“油气井”为天然气井时，其可以是用于采集常规天然气的天然气井，也可以是用于采集非常规天然气(页岩气、煤层气等)的天然气井。

实施例1：

图1为本实施例提供的井口流量调节阀010的外部结构示意图；图2 为本实施例提供的井口流量调节阀010的剖面结构示意图，其中阀芯200 位于大流量位置；图3为本实施例提供的井口流量调节阀010的剖面结构示意图，其中阀芯200位于小流量位置。

请结合参照图1、图2和图3，在本实施例中，井口流量调节阀010 包括阀体100、阀芯200、阀杆300、轴密封机构400和驱动机构500。

阀体100整体上呈圆管状，阀体100限定沿轴向延伸的工作通道100a。阀体100轴向一端开设有与工作通道100a的轴向一端连通的流体出口 100b。在阀体100靠近流体出口100b的端部开设有沿径向连通工作通道 100a与外界的流体进口100c。阀芯200可沿轴向活动的设置在工作通道 100a内。阀芯200将工作通道100a分隔为靠近流体出口100b的调节腔101和远离流体出口100b的工作腔102。阀杆300设置在工作通道100a 中并位于工作腔102内。阀杆300沿工作通道100a的轴向延伸，并且阀杆300能够沿工作通道100a的轴向运动。阀杆300靠近流体出口100b的一端与阀芯200固定连接。轴密封机构400固定设置在工作腔102内，轴密封机构400倍阀杆300可活动的贯穿。流体进口100c位于轴密封机构 400与流体出口100b之间。驱动机构500与阀杆300远离阀芯200的一端连接。驱动机构500被构造为通过阀杆300带动阀芯200沿工作通道100a 在远离流体出口100b的大流量位置(图2所示的位置)和靠近流体出口 100b的小流量位置(图3所示的位置)之间往复运动，以调节调节腔101的体积。阀芯200位于大流量位置时，流体进口100c至少部分与调节腔 101连通；阀芯200从的大流量位置向小流量位置运动的过程中，流体进口100c与调节腔101连通的面积逐渐减小。

本实施例提供的井口流量调节阀010，在工作过程中，当阀芯200位于大流量位置时，调节腔101的体积最大，流体进口100c与调节腔101 连通的面积也最大，此时油气井内的流体通过流体进口100c进入调节腔 101，然后通过流体出口100b流出至井口流量调节阀010外，流体流量最大。在阀芯200从大流量位置向小流量位置运动的过程中，调节腔101的体积逐渐减小，流体进口100c与调节腔101的连通面积逐渐减小，此时油气井内的流体在单位时间内从流体出口100b流出的量减小。如此，通过调节阀芯200的轴向位置即可实现对流体流量的调节。本实施例提供的井口流量调节阀010结构和控制方式都较为简单，成本低廉，其在不采用套管气作为动力源的情况下也能够可靠的实现油气井井口的流量调节，从而杜绝了套管气作为动力源时存在的安全风险和检修问题，提高了油气井井口的工作可靠性。

进一步的，在本实施例中，流体进口100c为沿工作通道100a的轴线方向延伸的长条孔。将流体进口100c设置成长条孔，使得阀芯200在沿轴向运动的过程中，能够更加精准的控制流体的流量。

进一步的，在本实施例中，多个流体进口100c围绕工作通道100a布置，以使流体能够从多个角度进入工作通道100a，以使工作通道100a内的流体压力均匀。

图4为本实施例提供的井口流量调节阀010中，阀芯200和阀杆300 的结构示意图。请参照图4，在本实施例中，阀芯200为圆饼状，阀芯200 的外周面具有弧形的截面轮廓。阀芯200的外周面与工作通道100a的内壁线接触。如此，能够降低阀芯200与工作通道100a的内壁之间的摩擦力，使得阀芯200能够在工作通道100a内自如的运动。

在本实施例中，驱动机构500包括电机510、外螺纹杆520和内螺纹套530。电机510固定连接在阀体100远离流体出口100b的一端。外螺纹杆520和内螺纹套530螺纹配合。外螺纹杆520和内螺纹套530均位于工作通道100a内。在本实施例中，外螺纹杆520与电机510的输出轴传动连接，以在电机510的驱动下转动。内螺纹套530与阀体100可轴向运动且不可转动的配合。内螺纹套530与阀杆300连接。当电机510带动外螺纹杆520向一个方向转动时，内螺纹套530向流体出口100b的方向运动。当电机510带动外螺纹杆520向相反方向转动时，内螺纹套530向远离流体出口100b的方向运动。可以理解的，在其他实施方式中，也可以使内螺纹套530与电机510的输出轴传动连接，外螺纹杆520与阀体100可轴向运动且不可转动的配合。

进一步的，在本实施例中，轴密封机构400包括第一限位环410、第二限位环420、密封套430、弹性套440和弹簧450。第一限位环410和第二限位环420相对固定在工作腔102内。密封套430、弹性套440和弹簧 450设置在第一限位环410和第二限位环420之间。密封套430可滑动的套设于阀杆300。密封套430靠近第一限位环410的一端径向向外凸出形成接触环431；弹性套440套设于密封套430；弹簧450的一端与第二限位环420抵靠；弹簧450的另一端作用于弹性套440以使弹性套440紧贴接触环431，且使接触环431紧贴第一限位环410。弹性套440的外周面与工作通道100a的内表面接触；弹性套440的内周面与密封套430的外周面接触；密封套430的内周面与阀杆300的外周面接触。弹簧450始终处于被压缩的状态，弹簧450对弹性套440施加沿轴向的弹性力，使弹性套440带动密封套430向第一限位环410运动，最终使得接触环431与第一限位环410紧贴，形成密封。在弹簧450施加的轴向力的作用下，弹性套440在径向方向上发生形变，使得弹性套440的外周面紧贴工作通道 100a的内表面，同时弹性套440的内周面紧贴密封套430的外周面并对密封套430施加径向向内的压力。弹性套440对密封套430施加的径向向内的压力，使得密封套430的内周面能够紧贴阀杆300的外周面。上述结构实现了弹性套440的外周面与工作通道100a内表面之间的密封，实现了弹性套440的内周面与密封套430之间的密封，实现了密封套430的内周面与阀杆300之间的密封。如此，即实现了阀杆300与工作通道100a内周面之间的密封，避免了工作通道100a中的流体与驱动机构500接触，也避免了流体向油气井外泄漏。

进一步的，在本实施例中，弹性套440由橡胶构成。更进一步的，弹性套440包括多个相互独立且并排设置的橡胶环。多个橡胶环在弹簧450 施加的轴向力的作用下相互紧贴。在弹簧450施加的轴向力的作用下，各个橡胶环各自单独发生径向形变，能够确保密封套430轴向各处受到较为均匀的径向压力，进而提高密封套430与阀杆300之间的密封性能。

进一步的，密封套430可以由聚四氟乙烯或尼龙制成，在本实施例中，密封套430由聚四氟乙烯制成。

图5为本实施例提供的井口流量调节阀010的局部结构示意图A。图6为本实施例提供的井口流量调节阀010的局部结构示意图B。请参照图5 和图6，在本实施例中，井口流量调节阀010还包括第一位置检测装置610、第二位置检测装置620和触发装置650；触发装置650被构造为随阀杆300 运动；第一位置检测装置610和第二位置检测装置620相对于阀体100固定设置；第一位置检测装置610被构造为在阀芯200运动至大流量位置时与触发装置650配合；第二位置检测装置620被构造为在阀芯200运动至小流量位置时与触发装置650配合；第一位置检测装置610和第二位置检测装置620均与驱动机构500电连接。

具体的，在阀体100的外表面固定连接有支撑板700，第一位置检测装置610和第二位置检测装置620固定在支撑板700上。在阀体100上开设有沿轴向延伸的长条孔110。长条孔110将工作通道100a与外界连通。触发装置650包括触发杆651和触发板652。触发杆651贯穿长条孔110。触发杆651位于工作通道100a内的一端与内螺纹套530固定连接，触发杆651能够阻止内螺纹套530转动，同时触发杆651能够随内螺纹套530 沿轴向运动。触发杆651位于阀体100外的一端与触发板652连接。在本实施例中，第一位置检测装置610和第二位置检测装置620为接近开关。当阀芯200运动至大流量位置时，触发板652靠近并触发第一位置检测装置610，第一位置检测装置610向电机510发出第一检测信号，电机510 在收到第一检测信号后停止工作。当阀芯200运动至小流量位置时，触发板652靠近并触发第二位置检测装置620，第二位置检测装置620向电机 510发出第二检测信号，电机510在收到第二检测信号后停止工作。

在本实施例中，还是设置有第三位置检测装置630和第四位置检测装置640；第三位置检测装置630和第四位置检测装置640相对于阀体100 固定设置；第三位置检测装置630被构造为在阀芯200沿小流量位置至大流量位置的方向运动并越过大流量位置后与触发装置650配合；第四位置检测装置640被构造为在阀芯200沿大流量位置至小流量位置的方向运动并越过小流量位置后与触发装置650配合；第三位置检测装置630和第四位置检测装置640均与驱动机构500电连接。

具体的，第三位置检测装置630和第四位置检测装置640固定在支撑板700上。第三位置检测装置630和第四位置检测装置640均与驱动机构 500的供电装置电连接。沿大流量位置至小流量位置的方向，第三位置检测装置630、第一位置检测装置610、第二位置检测装置620和第四位置检测装置640依次布置。第三位置检测装置630和第四位置检测装置640均为接近开关。当阀芯200沿小流量位置至大流量位置的方向运动并越过大流量位置后，触发板652与第三位置检测装置630抵靠，第三位置检测装置630被触发，发出第三检测信号。驱动机构500的供电装置收到第三控制信号后，切断对电机510的供电。当阀芯200沿大流量位置至小流量位置的方向运动并越过小流量位置后，触发板652与第四位置检测装置 640抵靠，第三位置检测装置630被触发，发出第四检测信号。驱动机构 500的供电装置收到第四控制信号后，切断对电机510的供电。

以上所述仅为本申请的部分实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.井口流量调节阀，其特征在于，包括：

阀体，所述阀体限定工作通道，所述阀体上开设有沿径向连通所述工作通道与外界的流体进口，所述阀体上开设有连通所述工作通道轴向一端的流体出口；

阀芯，所述阀芯设置在所述工作通道内并与所述工作通道的内壁密封接触，所述阀芯将所述工作通道分隔为靠近所述流体出口的调节腔和远离所述流体出口的工作腔；

阀杆，所述阀杆设置在所述工作通道内并位于所述工作腔中，所述阀杆与所述阀芯固定连接；

轴密封机构，所述轴密封机构固定在所述工作腔内，所述轴密封机构被所述阀杆可活动的贯穿；以及

驱动机构，所述驱动机构与所述阀杆远离所述阀芯的一端连接；

其中，所述驱动机构被构造为通过所述阀杆带动所述阀芯沿所述工作通道在远离所述流体出口的大流量位置和靠近所述流体出口的小流量位置之间往复运动，以调节所述调节腔的体积；所述阀芯位于所述大流量位置时，所述流体进口至少部分与所述调节腔连通；所述阀芯从所述的大流量位置向所述小流量位置运动的过程中，所述流体进口与所述调节腔连通的面积逐渐减小。

2.根据权利要求1所述的井口流量调节阀，其特征在于：

所述流体进口为沿所述工作通道延伸的长条孔。

3.根据权利要求1所述的井口流量调节阀，其特征在于：

多个所述流体进口围绕所述工作通道布置。

4.根据权利要求1所述的井口流量调节阀，其特征在于：

所述阀芯的外周面具有弧形的截面轮廓，所述阀芯的外周面与所述工作通道的内壁线接触。

5.根据权利要求1所述的井口流量调节阀，其特征在于：

所述井口流量调节阀还包括第一位置检测装置、第二位置检测装置和触发装置；

所述触发装置被构造为随所述阀杆运动；所述第一位置检测装置和所述第二位置检测装置相对于所述阀体固定设置；所述第一位置检测装置被构造为在所述阀芯运动至所述大流量位置时与所述触发装置配合；所述第二位置检测装置被构造为在所述阀芯运动至所述小流量位置时与所述触发装置配合；

所述第一位置检测装置和所述第二位置检测装置均与所述驱动机构电连接。

6.根据权利要求5所述的井口流量调节阀，其特征在于：

所述井口流量调节阀还包括第三位置检测装置和第四位置检测装置；所述第三位置检测装置和所述第四位置检测装置相对于所述阀体固定设置；所述第三位置检测装置被构造为在所述阀芯沿所述小流量位置至所述大流量位置的方向运动并越过所述大流量位置后与所述触发装置配合；所述第四位置检测装置被构造为在所述阀芯沿所述大流量位置至所述小流量位置的方向运动并越过所述小流量位置后与所述触发装置配合；

所述第三位置检测装置和所述第四位置检测装置均与所述驱动机构电连接。

7.根据权利要求6所述的井口流量调节阀，其特征在于：

所述第一位置检测装置和所述第二位置检测装置均为接近开关，所述第三位置检测装置和所述第四位置检测装置为微动开关。

8.根据权利要求1所述的井口流量调节阀，其特征在于：

所述驱动机构包括电机、外螺纹杆和内螺纹套筒；

所述电机与所述阀体固定连接，所述外螺纹杆和所述内螺纹套筒螺纹配合并设置在所述工作通道内；

所述外螺纹杆和所述内螺纹套筒中的一者与所述电机的输出轴传动连接，另一者与所述阀杆连接且与所述阀体不可转动的配合。

9.根据权利要求1所述的井口流量调节阀，其特征在于：

所述轴密封机构包括密封套、弹性套、弹簧、第一限位环和第二限位环；

所述第一限位环和所述第二限位环相对固定在所述工作通道内；所述密封套、所述弹性套和所述弹簧设置在所述第一限位环和所述第二限位环之间；所述密封套可滑动的套设于所述阀杆；所述密封套靠近所述第一限位环的一端径向向外凸出形成接触环；所述弹性套套设于所述密封套；所述弹簧的一端与所述第二限位环抵靠；所述弹簧的另一端作用于所述弹性套以使所述弹性套紧贴所述接触环，且使所述接触环紧贴所述第一限位环；

所述弹性套的外周面与所述工作通道的内表面接触；所述弹性套的内周面与所述密封套的外周面接触；所述密封套的内周面与所述工作杆的外周面接触。

10.根据权利要求9所述的井口流量调节阀，其特征在于：

所述弹性套包括多个相互独立且并排设置的橡胶环。

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