CN213393720U - 一种带有压力实时监测的压裂管道用双级安全阀 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种带有压力实时监测的压裂管道用双级安全阀，包括调压手轮、压盖、针阀弹簧、上壳体、针阀芯、中间壳体、弹簧、弹簧底座套筒、弹簧底座、阀杆、阀芯座和下壳体等。所述调压手轮、压帽、上壳体通过螺纹依次连接，调压手轮下端依次安装压盖、针阀弹簧、针阀芯；阀杆和弹簧底座螺纹连接、安装于阀芯座内，弹簧底座套筒下端安装阀芯座、上端与中间壳体连接，弹簧安装于弹簧底座、上壳体间；上壳体、中间壳体、阀杆、阀芯座、下壳体内设有泄压通道；若管道压力超过许用值，针阀芯先开启，液体压力差促使阀杆沿轴线运动，导致阀杆的泄压孔与泄压口内腔连通，实现迅速泄压。本实用新型避免压裂泵的频繁启停，确保管道压力不超过许用压力值。

Description

一种带有压力实时监测的压裂管道用双级安全阀

技术领域

本实用新型涉及一种油田压裂管道安全工具，具体涉及一种带有压力实时监测的压裂管道用双级安全阀。

背景技术

油田压裂作业时，通过压裂车上的柱塞泵向井下输送压裂液。然而，压裂过程中会发生各种故障，如：封隔器不解封、喷砂器堵塞、压裂管柱被卡、砂堵、油管堵塞等，从而导致管道压力异常升高。

现有避免压力过高的措施有：压裂车上的柱塞泵出口处安装弹簧式安全阀、辅助式安全阀、补充载荷式安全阀；压裂管道上装有压力传感器，实时监测管道的压力，当管道压力高于预设许用压力值时，控制压裂车的柱塞泵停止工作。第一种措施的主要作用是保护柱塞泵，故许用压力值远高于管道、井下压裂工具的许用压力，无法有效地保护管道、井下工具等，且弹簧式安全阀体积大、压力调节精度低，动力辅助式安全阀和补充载荷式安全阀结构复杂、制造成本高。第二种措施中柱塞泵的频繁启停会造成电动机发热、缩短电机元器件的使用寿命；此外，柱塞泵启动瞬间各运动部件由静止到运动会产生较大的加速度，产生的合外力会造成泵轴、活塞、曲轴和连杆等主要零部件的损坏。

因此，需要实用新型一种带有压力实时监测的压裂管道用安全阀，在不停止压裂车柱塞泵工作的情况下，实现对管道压力的调节和监测，确保压裂设备的安全运行。

实用新型内容

本实用新型克服现有压裂管道过压保护装置的不足，提供一种带有压力实时监测的压裂管道用双级安全阀，从而实现对管道压力的监测和调节，确保压裂管道的安全运行。

为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种带有压力实时监测的压裂管道用双级安全阀，包括调压手轮、压帽、挡环、压盖、针阀弹簧、上壳体、针阀芯、螺钉、第一O型密封圈、中间壳体、压力表、弹簧、弹簧底座套筒、弹簧底座、阀杆、阀芯座、第二O型密封圈、第三O型密封圈、下壳体和泄压接口。

下壳体的两端与压裂管道通过螺纹连接；泄压接口左侧与泄压管道连接，泄压接口的右侧通过焊接连接在中间壳体的侧面，下壳体与中间壳体通过焊接连接。

所述阀杆和弹簧底座通过螺纹连接组成阀芯、并安装于阀芯座中；弹簧底座套筒通过螺纹与中间壳体连接，弹簧的一端安装在弹簧底座的环型槽内，弹簧另一端连接在上壳体的底面；阀杆设有与下壳体的修井液通道连通的轴向通孔，所述上壳体和中间壳体之间形成中部腔室，中间壳体的侧壁上设置有压力测量孔，轴向通孔与中部腔室、压力测量孔连通，压力测量孔的右侧安装压力表；当压裂管道内的修井液的压力低于预设许用压力值时，压裂管道内的修井液经阀杆内的轴向通孔流入中部腔室，经压力测量孔流至压力表的测量端，从而实时测得、并显示压裂管道内的修井液的压力。

上壳体与中间壳体通过螺钉连接，调压手轮与压帽通过螺纹连接，压帽通过螺纹与上壳体连接，挡环安装在压帽与上壳体之间，调压手轮的下端与压盖接触，压盖安装于上壳体的中间，压盖下端安装针阀弹簧，针阀弹簧的下端连接针阀芯，针阀芯的锥面与上壳体的端面线接触，旋转调压手轮驱动压盖沿轴线方向运动，改变针阀弹簧的预紧力，从而调节管路的许用压力值。

上壳体的左侧设置有左侧孔，上壳体的底部设置有连通左侧孔和中部腔室的上侧孔，中间壳体的左侧设置有中间泄压孔，泄压接口内部为泄压口内腔，且轴向通孔、上侧孔、左侧孔、中间泄压孔、泄压口内腔构成少量泄压通道；阀杆上设有垂直、贯通的第一径向孔、第二径向孔、轴向通孔，阀芯座上设有第三径向孔，阀芯座的下部与中间壳体之间形成环向通道，轴向通孔、第一径向孔、第二径向孔、第三径向孔、环向通道和泄压口内腔构成快速泄压通道。

当压裂管路压力超过预设许用压力值，修井液的压力经轴向通孔、中部腔室、上侧孔作用于针阀芯的锥面上，在针阀弹簧与作用于针阀芯锥面上流体压力的合力作用下，针阀芯沿轴向上运动，针阀芯开启，左侧孔与上侧孔连通，流体经轴向通孔、中部腔室、上侧孔、左侧孔、中间泄压孔流入泄压口内腔，实现少量泄压；此时，流体的流动导致在轴向通孔处产生局部水头损失，局部水头损失导致中部腔室内的修井液压力低于修井液通道内的修井液压力，在流体压力差与弹簧的合力作用下，阀杆沿轴线向上运动，实现快速泄压。

在压盖和针阀芯之间沿圆周方向等间距设有4个针阀弹簧，在轴线方向设有4个针阀弹簧，且各针阀弹簧的刚度、自由长度相同，旋转调压手轮可驱动压盖沿轴线方向运动，从而精确的调节针阀芯的预设开启压力值，针阀弹簧的并列使用有效地降低了本安全阀的体积。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：

(1)当压裂管道的压裂超过预设许用压力值，针阀率先泄压，并导致阀杆上部对应腔室的压力降低，在液体压力差的作用下阀杆沿轴线向上运动，阀杆上的泄压孔与泄压接口连通，管路迅速泄压，从而避免泵的频繁启停，确保压裂管道的压力不超过许用压力值，维持管道的安全运行。

(2)通过旋转调压手轮改变针阀弹簧的压缩量，并观察压力表的压力值，即可完成管道许用压力值的设定，许用压力值设定方便、简单、准确；在运行过程中，压力表显示管道的压力值，便于准确、实时的掌握管道压力。

(3)在压盖和针阀芯之间并列安装刚度、自由长度相同的5个针阀弹簧，有利于精确调节针阀的许用压力值；针阀弹簧的并列安装有利于降低本安全阀的体积、制造成本。

附图说明

图1为本实用新型的外观示意图；

图2为图1的A-A剖面的示意图；

图3为图2的B-B剖面的示意图；

图4为本实用新型的针阀泄压示意图；

图5为本实用新型的快速泄压示意图。

图中：1、调压手轮，2、压帽，3、挡环，4、压盖，5、针阀弹簧，6、上壳体，7、针阀芯，8、螺钉，9、第一O型密封圈，10、中间壳体，11、压力表，12、弹簧，13、弹簧底座套筒，14、弹簧底座，15、阀杆，16、阀芯座，17、第二O型密封圈，18、第三O型密封圈，19、下壳体，20、泄压接口，21、轴向通孔，22、修井液通道，23、中部腔室，24、压力测量孔，25、左侧孔，26、上侧孔，27、中间泄压孔，28、泄压口内腔，29、第一径向孔，30、第三径向孔，31、第二径向孔，32、环向通道。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细描述：

如图1、图2、图3所示，一种带有压力实时监测的压裂管道用双级安全阀，包括：调压手轮1、压帽2、挡环3、压盖4、针阀弹簧5、上壳体6、针阀芯7、螺钉8、第一O型密封圈9、中间壳体10、压力表11、弹簧12、弹簧底座套筒13、弹簧底座14、阀杆15、阀芯座16、第二O型密封圈17、第三O型密封圈18、下壳体19和泄压接口20。

如图1所示，工作时，下壳体19的两端与压裂管道通过螺纹连接，泄压接口20左侧与泄压管道连接。

如图2、图3所示，旋转调压手轮1使其驱动压盖4沿轴线向下运动，压盖4沿轴线向下运动改变了针阀弹簧5的长度，以完成许用压力值的设定。

如图2、图3所示，当压裂管道内的修井液的压力低于预设许用压力值时，压裂管道内的修井液经阀杆15内的轴向通孔21流入中部腔室23，经压力测量孔24流至压力表11的测量端，从而实时测得、并显示压裂管道内的修井液的压力。

如图4所示，图中箭头代表泄压时修井液在泄压通道内的流向，当压裂管道内的修井液的压力高于预设许用压力值时，修井液的压力经轴向通孔21、中部腔室23、上侧孔26作用于针阀芯7的锥面上，在针阀弹簧5与作用于针阀芯7锥面上流体压力的合力作用下，针阀芯7沿轴向上运动，左侧孔25与上侧孔26连通，流体经轴向通孔21、中部腔室23、上侧孔26、左侧孔25、中间泄压孔27流入泄压口内腔28，实现少量泄压。

如图4、图5所示，图中箭头代表泄压时修井液在泄压通道内的流向，当压裂管道内的修井液的压力高于预设许用压力值时，针阀芯7沿轴向上运动，左侧孔25与上侧孔26连通形成流体通道，修井液流经轴向通孔21产生局部水头损失，导致中部腔室23内的修井液压力低于修井液通道22内的修井液压力，在修井液压力差与弹簧12的合力作用下，阀杆15沿轴线向上运动，阀杆15上的第一径向孔29、第二径向孔31与阀芯座16上的第三径向孔30、环向通道32以及泄压接口20的泄压口内腔28连通，从而实现快速泄压。

Claims (4)

1.一种带有压力实时监测的压裂管道用双级安全阀，其特征在于，包括调压手轮(1)、压帽(2)、挡环(3)、压盖(4)、针阀弹簧(5)、上壳体(6)、针阀芯(7)、螺钉(8)、第一O型密封圈(9)、中间壳体(10)、压力表(11)、弹簧(12)、弹簧底座套筒(13)、弹簧底座(14)、阀杆(15)、阀芯座(16)、第二O型密封圈(17)、第三O型密封圈(18)、下壳体(19)和泄压接口(20)；

所述下壳体(19)的两端与压裂管道通过螺纹连接；泄压接口(20)左侧与泄压管道连接，泄压接口(20)的右侧通过焊接连接在中间壳体(10)的侧面，下壳体(19)与中间壳体(10)通过焊接连接；

所述阀杆(15)和弹簧底座(14)通过螺纹连接组成阀芯，阀芯安装于阀芯座(16)内；弹簧底座套筒(13)通过螺纹与中间壳体(10)连接，弹簧(12)的一端安装在弹簧底座(14)的环型槽内，弹簧(12)另一端连接在上壳体(6)的底面；阀杆(15)设有与下壳体(19)的修井液通道(22)连通的轴向通孔(21)，所述上壳体(6)和中间壳体(10)之间形成中部腔室(23)，中间壳体(10)的侧壁上设置有压力测量孔(24)，轴向通孔(21)与中部腔室(23)、压力测量孔(24)连通，压力测量孔(24)的右侧安装压力表(11)，以实现压裂管道压力的实时显示；

所述上壳体(6)与中间壳体(10)通过螺钉(8)连接，调压手轮(1)与压帽(2)通过螺纹连接，压帽(2)通过螺纹与上壳体(6)连接，挡环(3)安装在压帽(2)与上壳体(6)之间，调压手轮(1)的下端与压盖(4)接触，压盖(4)安装于上壳体(6)的中间，压盖(4)下端安装针阀弹簧(5)，针阀弹簧(5)的下端安装针阀芯(7)，针阀芯(7)的锥面与上壳体(6)的端面线接触，旋转调压手轮(1)驱动压盖(4)沿轴线方向运动，改变针阀弹簧(5)的预紧力，从而调节管路的许用压力值。

2.根据权利要求1所述的一种带有压力实时监测的压裂管道用双级安全阀，其特征在于，所述阀杆(15)设有垂直、贯通的轴向通孔(21)、第一径向孔(29)、第二径向孔(31)，阀芯座(16)设有第三径向孔(30)，阀芯座(16)的下部与中间壳体(10)之间形成环向通道(32)，轴向通孔(21)、第一径向孔(29)、第二径向孔(31)、第三径向孔(30)、环向通道(32)、和泄压接口(20)的泄压口内腔(28)构成快速泄压通道，以实现快速泄压。

3.根据权利要求2所述的一种带有压力实时监测的压裂管道用双级安全阀，其特征在于，上壳体(6)的左侧设置有左侧孔(25)，上壳体(6)的底部设置有连通左侧孔(25)和中部腔室(23)的上侧孔(26)，中间壳体(10)的左侧设置有中间泄压孔(27)，泄压接口(20)内部设有泄压口内腔(28)，且轴向通孔(21)、上侧孔(26)、左侧孔(25)、中间泄压孔(27)、泄压口内腔(28)构成泄压通道；当管路压力超过预设许用压力值，在中间壳体(10)的中部腔室(23)中液体压力与针阀弹簧(5)的合力作用下，针阀芯(7)开启，流体经轴向通孔(21)、上侧孔(26)、左侧孔(25)、中间泄压孔(27)流入泄压接口(20)的泄压口内腔(28)，流体的局部水头损失导致中部腔室(23)内的修井液压力低于修井液通道(22)内的修井液压力，在流体压力差与弹簧(12)的合力作用下，阀杆(15)沿轴线向上运动，阀杆(15)上的第一径向孔(29)、第二径向孔(31)与阀芯座(16)上的第三径向孔(30)、环向通道(32)以及泄压接口(20)的泄压口内腔(28)连通，从而实现快速泄压。

4.根据权利要求1所述的一种带有压力实时监测的压裂管道用双级安全阀，其特征在于，在压盖(4)和针阀芯(7)之间沿圆周方向等间距设有4个针阀弹簧(5)，在轴线方向设有1个针阀弹簧(5)，且各针阀弹簧(5)的刚度、自由长度相同，旋转调压手轮(1)驱动压盖(4)沿轴线方向运动，从而精确的调节针阀芯(7)的预设开启压力值，针阀弹簧(5)的并列使用有效地降低了本安全阀的体积。

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