CN214424486U - 安全替液阀 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种安全替液阀，包括外筒组件，其包括依次连通的上接头、破裂盘外筒、球阀外筒和下接头；由上接头至下接头方向依次设置于外筒组件内的密封芯轴、连接爪、连接短节、操作销和下座圈；其中，密封芯轴、连接爪、连接短节、操作销依次连接并能沿外筒组件轴向朝下接头方向移动，下座圈与下接头连通；设置于操作销内并与连接短节连通的上座圈；与上座圈和下座圈分别连通的球阀总成，操作销能够操作球阀总成开启或关闭；设置于上接头与密封芯轴之间的剪销；设置于破裂盘外筒并与空腔连同的通道；设置于通道内并将通道封住的破裂盘；循环孔；通孔。它不但具有循环替液功能，还能在替液完成后进行测试作业或酸化压裂作业，大大缩短了施工周期。

Description

安全替液阀

技术领域

本申请涉及地层测试中涉及酸化压裂等多联作技术，具体涉及安全替液阀。

背景技术

现有的常规多联作测试管柱中，酸化压裂前的替液通常使用哈利伯顿公司生产的OMNI阀来完成。

上述哈利伯顿公司生产的OMNI阀，虽然能满足酸化压裂等多联作测试需求，但其结构复杂，价格昂贵，加之其操作压力较低，在复杂井况下容易受井下波动压力而产生误操作，致使后续作业失败，故障率高。这就需要一种既能进行循环替液，又能进行酸化压裂作业，并且结构简单，操作安全可靠的新工具，以至于在一次性替液和酸化压裂施工作业中完全替代OMNI阀。

发明内容

本申请的目的在于，提供一种破裂盘式可替液酸压的安全替液阀。

为实现上述实用新型目的，本申请所采用的技术方案是：

一种安全替液阀，包括：

外筒组件，其包括依次连通的上接头、破裂盘外筒、球阀外筒和下接头；

由上接头至下接头方向依次设置于外筒组件内的密封芯轴、连接爪、连接短节、操作销和下座圈；其中，密封芯轴、连接爪、连接短节、操作销依次连接并能沿外筒组件轴向朝下接头方向移动，下座圈与下接头连通，密封芯轴、破裂盘外筒及上接头之间具有空腔，密封芯轴外壁具有凸起的台阶，该台阶位于空腔中；

设置于操作销内并与连接短节连通的上座圈；

与上座圈和下座圈分别连通的球阀总成，其中，操作销能够操作球阀总成开启或关闭；

设置于上接头与密封芯轴之间的剪销；

设置于破裂盘外筒并与空腔连同的通道；

设置于通道内并将通道封住的破裂盘；

贯穿上接头内、外壁的循环孔；

贯穿密封芯轴内、外壁并可与循环孔连通的通孔。

还包括：

安装孔，其设置于上接头内壁；

弹性件，其设置于安装孔内；

锁块，其设置于安装孔内并与弹性件连接；

第二凹槽，其设置于密封芯轴外壁；

其中，锁块位于第二凹槽与下接头之间；球阀总成关闭时锁块与第二凹槽之间的距离等于球阀总成完全开启时密封芯轴沿外筒组件轴向朝下接头方向移动的行程。

还包括：

第一密封圈，其套装于密封芯轴外壁位于通孔远离下接头那侧的位置；

第二密封圈，其套装于密封芯轴外壁位于通孔与第一密封圈相对的那侧的位置；

第一密封圈、第二密封圈将上接头与密封芯轴之间密封。

还包括：

第三密封圈，其套装于密封芯轴外壁，其将上接头与密封芯轴之间密封；

当球阀总成完全开启时，循环孔位于第一密封圈、第三密封圈之间的位置。

还包括：

第一限位台，其凸出于密封芯轴外壁与破裂盘外筒内壁相向的位置；

第二限位台，其凸出于破裂盘外筒内壁与密封芯轴外壁相向的位置。

所述第一限位台、第二限位台之间的距离等于球阀总成完全开启时密封芯轴沿外筒组件轴向朝下接头方向移动的行程。

还包括：

缓冲垫，其设置于第一限位台与第二限位台相向的那面。

所述上接头、破裂盘外筒之间密封连接，密封芯轴、破裂盘外筒之间密封连接。

所述上接头、破裂盘外筒之间设置第四密封环进行密封连接，密封芯轴、破裂盘外筒之间设置第五密封环、第六密封环进行密封连接。

还包括：

座弹簧，其设置于上座圈、球阀总成之间。

所述连接爪与密封芯轴相连接的那端位于密封芯轴外，密封芯轴外壁具有第一凹槽，连接爪具有伸入第一凹槽内的凸台；当连接爪与密封芯轴相连接的那端位于破裂盘外筒内时，凸台与第一凹槽的底面紧配合；当连接爪与密封芯轴相连的那端向下接头方向移动并从破裂盘外筒内移出时，套装于破裂盘外筒内时，凸台与第一凹槽活动配合并能够在第一凹槽两侧壁之间往复移动。

本申请具有如下有益技术效果：

本申请不但具有循环替液功能，还能在替液完成后进行测试作业或酸化压裂作业，大大缩短了施工周期。本申请经过多次地面及井下高温高压模拟试验证明，工具工作安全、稳定、可靠，完全能满足多联作测试工况要求。

附图说明

图1为本申请整体结构示意图。

图2为本申请上段的半剖视结构示意图。

图3为本申请下段的半剖视结构示意图。

图4为图2中A处局部放大图。

图5为图2中B处局部放大图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本申请的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本申请作进一步的详细说明。

在实用新型中涉及“第一”、“第二”、……、“第十二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、……、“第十二”等的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

图1-3示意性示出本申请众多安全替液阀中的一种安全替液阀。该安全替液阀包括外筒组件、密封芯轴2、连接爪7、连接短节8、操作销9、上座圈10和下座圈11、剪销13、球阀总成18、空腔19、通道20、循环孔21、通孔22。

外筒组件包括依次连通的上接头1、破裂盘外筒3、球阀外筒6和下接头12。

密封芯轴2、连接爪7、连接短节8、操作销9和下座圈11由上接头1至下接头12方向依次设置于外筒组件内。其中，密封芯轴2、连接爪7、连接短节8、操作销9依次连接并能沿外筒组件轴向朝下接头12方向移动。下座圈11与下接头12连通。密封芯轴2、破裂盘外筒3及上接头1之间具有空腔19，密封芯轴2外壁具有凸起的台阶，该台阶位于空腔19中，这就使得密封芯轴2在轴向存在一个受力的差动面积。

连接爪7与密封芯轴2相连接的那端位于密封芯轴2外，密封芯轴2外壁具有第一凹槽33，连接爪7具有伸入第一凹槽33内的凸台34。当连接爪7与密封芯轴2相连接的那端位于破裂盘外筒3内时，凸台34与第一凹槽33的底面紧配合；当连接爪7与密封芯轴2相连的那端向下接头12方向移动并从破裂盘外筒3内移出时，凸台34与第一凹槽33活动配合并能够在第一凹槽33两侧壁之间往复移动。第一凹槽33和凸台34的前述结构及彼此配合，当连接爪7与密封芯轴2相连的那端位于破裂盘外筒3内时，凸台34与第一凹槽33的底面紧配合，密封芯轴2带动连接爪7和连接短节8向下接头12方向移动并将动力传给操作销9，以开启球阀总成18；当连接爪7与密封芯轴2相连的那端向下接头12方向移动并从破裂盘外筒3内移出时，连接爪7沿自身径向扩张张开而使凸台34与第一凹槽33的底面不再紧配合，这时，凸台34与第一凹槽33活动配合并能够在第一凹槽33两侧壁之间往复移动，连接爪7张开释放与密封芯轴2脱开，密封芯轴2在环空压力下继续向下接头12方向移动的情况下，在有效关闭循环孔21 的同时能够有效防止损坏球阀总成18。

上座圈10设置于操作销9内并与连接短节8连通。

球阀总成18与上座圈10和下座圈11分别连通。其中，操作销9能够操作球阀总成18开启或关闭，具体的，操作销9能够带动球阀总成18中的球阀转动从而操作球阀总成18开启或关闭。

剪销13设置于上接头1与密封芯轴2之间，剪销 13的数量可根据情况对称安装，优选为 2-18 个。

通道20设置于破裂盘外筒3并与空腔19连同。

一并参见图5，破裂盘14设置于通道20内并将通道20封住。根据实际情况选择合适的破裂盘14，需要考虑的因素有：井底温度、工具所在深度的静液柱压力、其它工具的操作压力。破裂盘14与通道20之间通过矩形密封圈15密封。

循环孔21贯穿上接头1内、外壁。通孔22贯穿密封芯轴2内、外壁并可与循环孔21连通。

在一些实施例中，本申请还包括安装孔、弹性件5、锁块4、第二凹槽23。安装孔、弹性件5、锁块4、第二凹槽23构成锁定机构。

一并参见图4，安装孔设置于上接头1内壁。弹性件5设置于安装孔内，弹性件5可以但不限于包括拉簧。锁块4设置于安装孔内并与弹性件5连接，比如，弹性件5为弹簧时，其一端抵靠于锁块4，其另一端抵靠于破裂盘外筒3的内壁。第二凹槽23设置于密封芯轴2外壁。其中，锁块4位于第二凹槽23与下接头12之间。球阀总成18关闭时锁块4与第二凹槽之间的距离等于球阀总成18完全开启时密封芯轴2沿外筒组件轴向朝下接头12方向移动的行程，以保证循环孔22关闭的可靠性。

在一些实施例中，本申请还包括第一密封圈24、第二密封圈25。

第一密封圈24套装于密封芯轴2外壁位于通孔22远离下接头12那侧的位置。第二密封圈25套装于密封芯轴2外壁位于通孔22与第一密封圈24相对的那侧的位置。第一密封圈24、第二密封圈25将上接头1与密封芯轴2之间密封。

在一些实施例中，本申请还包括第三密封圈26。第三密封圈26套装于密封芯轴2外壁，其将上接头1与密封芯轴2之间密封。当球阀总成18完全开启时，循环孔21位于第一密封圈24、第三密封圈26之间的位置，以便在循环孔21与通孔22完全错开时将循环孔21与通孔22有效隔开，循环孔21与通孔22完全不再连通，以提高循环孔21关闭的有效性。

在一些实施例中，本申请还包括第一限位台27、第二限位台28。第一限位台27凸出于密封芯轴2外壁与破裂盘外筒3内壁相向的位置。第二限位台28凸出于破裂盘外筒3内壁与密封芯轴2外壁相向的位置。第一限位台27、第二限位台28之间的距离等于球阀总成18完全开启时密封芯轴2沿外筒组件轴向朝下接头12方向移动的行程，以便在球阀总成18完全开启同时，能够防止密封芯轴2沿外筒组件轴向朝下接头12方向移动的距离过大而继续推动操作销9损坏球阀总成18。

在一些实施例中，本申请还包括缓冲垫16。缓冲垫16设置于第一限位台与第二限位台相向的那面，缓冲垫16起反冲作用。

在一些实施例中，上接头1、破裂盘外筒3之间密封连接，密封芯轴2、破裂盘外筒3之间密封连接，以便空腔19具有良好的密封性能，有利于环空加压时环空压力击穿破裂盘14、剪断剪销13和推动密封芯轴2朝下接头12方向移动。

在一些实施例中，上接头1、破裂盘外筒3之间设置第四密封环29进行密封，密封芯轴2、破裂盘外筒3之间设置第五密封环30、第六密封环31进行密封。破裂盘外筒3、球阀外筒6之间设置第七密封环32进行密封，密封芯轴2、连接爪7之间设置第八密封环35进行密封，连接短节8、上座圈10之间设置第九密封环36进行密封，下座圈11、球阀总成18之间设置第十密封环37进行密封连通，下接头12、球阀外筒6之间设置第十一密封环38进行密封，下座圈11、下接头12之间设置第十二密封环39进行密封连通。

在一些实施例中，本申请还包括座弹簧17。座弹簧17设置于上座圈10、球阀总成18之间，座弹簧17起反冲作用，以免损坏球阀总成18。

本申请的工作过程：

本申请在下井时，球阀总成18处于关闭位置，循环孔21在剪销13的限制下处于锁定开启位置。工具下至目的层后，待封隔器座封后，利用本申请球阀总成18以上的结构进行替液作业。替液作业结束后，通过环空加压，环空压力击穿破裂盘14后，由于密封芯轴2具有差动面积，环空加压后产生施加于密封芯轴2的总作用力，总作用力的方向沿外筒组件轴向指向下接头12方向，在总作用力的作用下，剪断剪销13，推动密封芯轴2向下接头12方向移动，循环孔21与通孔22逐渐错开，密封芯轴2带动连接爪7和连接短节8向下接头12方向移动并将动力传给操作销9，操作销9带动球阀总成18中的球阀转动，进而开启球阀总成18，此时，循环孔21与通孔22完全错开，循环孔21与通孔22不再连通，实现关闭循环孔21的目的。其中，当连接爪7与密封芯轴2相连的那端向下接头12方向移动并从破裂盘外筒3内移出时，凸台34与第一凹槽33活动配合并能够在第一凹槽33两侧壁之间往复移动，即连接爪7张开释放与密封芯轴2脱开，密封芯轴2在环空压力下继续向下接头12方向移动，直到密封芯轴2的第一限位台27移动至破裂盘外筒3的第二限位台28处，同时循环孔21关闭。为了保证循环孔21的关闭可靠有效，本申请增加了锁定机构，即密封芯轴2在环空压力下移动至锁块4与第二凹槽23相对应时，锁块4在弹性件5的作用下沿安装孔轴向朝密封芯轴2方向移动，锁块4跳入密封芯轴2上的第二凹槽23内，限制密封芯轴2继续向下接头12方向移动，从而将密封芯轴2锁定在循环孔21关闭位置。循环孔22关闭，球阀打开，能够顺利地进行接下来的测试或酸压等作业。在一些场景下本申请能完全替代OMNI阀，其结构更简单，更高效。

本申请采用全金属合金钢结构，整机运动件为全金属结构和少量密封件，无需电子器件，使用寿命长；全通径结构，可穿电缆，方便井下仪器发送信号；采用破裂盘装置，控制压力准确，安全可靠；此阀可使多项作业的程序简化，简单、高效，可大大降低勘探成本。

需要说明的是，对于前述的各个方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请，某一些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和单元并不一定是本申请所必须的。

Claims (10)

1.一种安全替液阀，其特征在于，包括：

外筒组件，其包括依次连通的上接头（1）、破裂盘外筒（3）、球阀外筒（6）和下接头（12）；

由上接头（1）至下接头（12）方向依次设置于外筒组件内的密封芯轴（2）、连接爪（7）、连接短节（8）、操作销（9）和下座圈（11）；其中，密封芯轴（2）、连接爪（7）、连接短节（8）、操作销（9）依次连接并能沿外筒组件轴向朝下接头（12）方向移动，下座圈（11）与下接头（12）连通，密封芯轴（2）、破裂盘外筒（3）及上接头（1）之间具有空腔（19），密封芯轴（2）外壁具有凸起的台阶，该台阶位于空腔（19）中；

设置于操作销（9）内并与连接短节（8）连通的上座圈（10）；

与上座圈（10）和下座圈（11）分别连通的球阀总成（18），其中，操作销（9）能够操作球阀总成（18）开启或关闭；

设置于上接头（1）与密封芯轴（2）之间的剪销（13）；

设置于破裂盘外筒（3）并与空腔连同的通道；

设置于通道内并将通道封住的破裂盘（14）；

贯穿上接头（1）内、外壁的循环孔；

贯穿密封芯轴（2）内、外壁并可与循环孔连通的通孔。

2.根据权利要求1所述安全替液阀，其特征在于， 还包括：

安装孔，其设置于上接头（1）内壁；

弹性件（5），其设置于安装孔内；

锁块（4），其设置于安装孔内并与弹性件（5）连接；

第二凹槽，其设置于密封芯轴（2）外壁；

其中，锁块（4）位于第二凹槽与下接头（12）之间；球阀总成（18）关闭时锁块（4）与第二凹槽之间的距离等于球阀总成（18）完全开启时密封芯轴（2）沿外筒组件轴向朝下接头（12）方向移动的行程。

3.根据权利要求1所述安全替液阀，其特征在于，还包括：

第一密封圈，其套装于密封芯轴（2）外壁位于通孔远离下接头（12）那侧的位置；

第二密封圈，其套装于密封芯轴（2）外壁位于通孔与第一密封圈相对的那侧的位置；

第一密封圈、第二密封圈将上接头（1）与密封芯轴（2）之间密封。

4.根据权利要求3所述安全替液阀，其特征在于，还包括：

第三密封圈，其套装于密封芯轴（2）外壁，其将上接头（1）与密封芯轴（2）之间密封；

当球阀总成（18）完全开启时，循环孔位于第一密封圈、第三密封圈之间的位置。

5.根据权利要求1所述安全替液阀，其特征在于，还包括：

第一限位台，其凸出于密封芯轴（2）外壁与破裂盘外筒（3）内壁相向的位置；

第二限位台，其凸出于破裂盘外筒（3）内壁与密封芯轴（2）外壁相向的位置。

6.根据权利要求5所述安全替液阀，其特征在于，所述第一限位台、第二限位台之间的距离等于球阀总成（18）完全开启时密封芯轴（2）沿外筒组件轴向朝下接头（12）方向移动的行程。

7.根据权利要求5所述安全替液阀，其特征在于，还包括：

缓冲垫（16），其设置于第一限位台与第二限位台相向的那面。

8.根据权利要求1所述安全替液阀，其特征在于，所述上接头（1）、破裂盘外筒（3）之间密封连接，密封芯轴（2）、破裂盘外筒（3）之间密封连接。

9.根据权利要求1所述安全替液阀，其特征在于，还包括：

座弹簧（17），其设置于上座圈（10）、球阀总成（18）之间。

10.根据权利要求1-9任一项所述安全替液阀，其特征在于，所述连接爪（7）与密封芯轴（2）相连接的那端位于密封芯轴（2）外，密封芯轴（2）外壁具有第一凹槽（33），连接爪（7）具有伸入第一凹槽（33）内的凸台（34）；当连接爪（7）与密封芯轴（2）相连接的那端位于破裂盘外筒（3）内时，凸台（34）与第一凹槽（33）的底面紧配合；当连接爪（7）与密封芯轴（2）相连的那端向下接头（12）方向移动并从破裂盘外筒（3）内移出时，套装于破裂盘外筒（3）内时，凸台（34）与第一凹槽（33）活动配合并能够在第一凹槽（33）两侧壁之间往复移动。

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