CN217003101U - 一种石油钻探及开采用串联结构超高压节流阀 - Google Patents

Abstract

一种石油钻探及开采用串联结构超高压节流阀，其通过设有若干阀座节流锥孔、阀座节流腔的阀座与设有若干阀芯节流锥面、阀芯节流环阀芯配合，构成若干多级串联结构的缝隙节流锥环和回流腔，通过多级串联的缝隙节流锥环和回流腔来逐级降低流经节流阀的压力，相应的降低了流经节流阀的流体速度，改善了节流阀的冲蚀问题，使得节流阀的使用寿命得以延长，成功解决了油田钻探及开采用超高压流体控制用节流阀的重大技术难题，该石油钻探及开采用串联结构超高压节流阀工作压力超过140MPa。

Description

一种石油钻探及开采用串联结构超高压节流阀

技术领域

本实用新型涉及石油钻探及开采用超高压阀门技术领域，具体涉及一种石油钻探及开采用串联结构超高压节流阀。

背景技术

在油田钻探及开采用流体控制设备中，节流阀是压力、流量的主要控制部件，通过调节节流阀的开度，达到控制流体压力和流量的目的；随着石油开采深度的增加，现有油田钻探及开采用的流体压力已高达140MPa，高压节流阀在如此高的流体压力下单独使用时，流体流经高压节流阀的速度极高，因此对高压节流阀的冲蚀问题异常严重，导致高压节流阀及其出口连接管路的使用寿面非常短，仅能使用2-3个月就需更换，因此极大影响了油田钻探及开采用作业。

为解决上述问题，在油田钻探及开采用过程中，有同时使用若干个高压节流阀串联工作的方式，通过若干个串联的高压节流阀来分担以往单个高压节流阀独立承担的节流压力，从而降低通过节流阀的流体速度，延长高压节流阀的使用寿命；但此种方式也存在若干问题：一、若干个高压节流阀串联工作其成本极高；二、进行流体压力和流量调节时，需对若干个高压节流阀同步调整，但每个高压节流阀的工作特性存在不一致问题，因此其实际调节控制异常困难；三、由于使用高压节流阀数量多，其整体工作可靠性较差，容易发生设备事故。

由于上述问题的存在，对现有油田钻探及开采带来了极大的困扰，因此如何解决上述问题，已经成为油田钻探及开采超高压流体控制用节流阀领域需要迫切解决的重大技术难题。

实用新型内容

为了克服背景技术中的不足，本实用新型公开了一种石油钻探及开采用串联结构超高压节流阀，其通过设有若干阀座节流锥孔、阀座节流腔的阀座与设有若干阀芯节流锥面、阀芯节流环阀芯配合，构成若干多级串联结构的缝隙节流锥环和回流腔，通过多级串联的缝隙节流锥环和回流腔来逐级降低流经节流阀的压力，相应的降低了流经节流阀的流体速度，改善了节流阀的冲蚀问题，使得节流阀的使用寿命得以延长，该石油钻探及开采用串联结构超高压节流阀工作压力超过140MPa。

为了实现所述实用新型目的，本实用新型采用如下技术方案：一种石油钻探及开采用串联结构超高压节流阀，一种石油钻探及开采用串联结构超高压节流阀，包括阀体组件、阀芯组件，阀芯组件滑动设置在阀体组件中；阀体组件中固定设置有阀座，阀座中间设有阀座腔，阀座腔内同轴、间隔设有若干阀座节流锥孔、阀座节流腔，若干阀座节流锥孔锥度相等，若干阀座节流锥孔大端直径从上至下依次递减，若干阀座节流腔直径从上至下依次递减；阀芯组件包括阀芯杆，阀芯杆下部设有阀芯，阀芯外圆面间隔设置有若干阀芯节流锥面、阀芯节流环，若干阀芯节流锥面锥度与阀座节流锥孔锥度相等，若干阀芯节流锥面大端直径从上至下依次递减，若干阀芯节流环直径从上至下依次递减；阀芯杆下部的阀芯活动设置在阀座的阀座腔中，若干阀芯节流锥面与若干阀座节流锥孔对应配合，构成若干串联结构的缝隙节流锥环，若干阀座节流腔与若干阀芯节流环对应配合，构成若干串联结构的回流腔；其中缝隙节流锥环用于调节流经高压节流安全阀的流体流量，其中回流腔使高压流体在其内部产生回旋涡流而使其能量衰减，降低高压流体的流速；当超高压流体流经超高压节流安全阀时，经多级串联的缝隙节流锥环及回流腔的节流，其压力及能量逐级降低，因此每级缝隙节流锥环及回流腔所承受的压力极大降低，相应的流经节流阀的流体速度也得到极大降低，使得节流阀的冲蚀问题得到极大改善，使用寿命得以延长；另外，若干阀座节流锥孔大端直径从上至下依次递减及若干阀芯节流锥面大端直径从上至下依次递减的结构设计，使得阀芯杆向上运动时，阀芯不会与阀座干涉，因此阀芯具有较大的向上运动行程，较大的运动行程会使阀芯与阀座之间最大间隙较大，因此有利于通过超高压流体中含有的较大直径的固体颗粒，使得石油钻探及开采用串联结构超高压节流阀可以适应更多应用工况。

进一步的，阀芯节流锥面回转线长度大于阀座节流锥孔回转线长度；由于阀芯节流锥面回转线长度大于阀座节流锥孔回转线长度，因此缝隙节流锥环的有效工作长度仅与阀座节流锥孔的回转线长度有关，即在石油钻探及开采用串联结构超高压节流阀的有效调节范围内，阀芯杆向上运动时缝隙节流锥环间隙变大过程中其有效工作长度保持不变，同时缝隙节流锥环间隙的变化与阀芯组件运动行程为线性关系，最终保证了节流阀的流量调节与阀芯组件运动行程之间的线性关系，此特征有利于实现对石油钻探及开采用串联结构超高压节流阀的精确控制；当阀芯组件向上运动时，上部阀芯的阀芯圆锥面退出回流腔，下部阀芯的阀芯圆锥面进入回流腔，因此回流腔的总容积不变，从而确保了节流阀始终具有较高通流能力；当阀芯杆向上运动行程超出石油钻探及开采用串联结构超高压节流阀的线性调节行程范围时，虽然此时石油钻探及开采用串联结构超高压节流阀失去线性调节能力，但可继续加大阀芯与阀座之间的间隙，以便通过超高压流体中含有的较大直径的固体颗粒，使石油钻探及开采用串联结构超高压节流阀可以适应更多应用工况。

进一步的，阀座为整体结构。

优选的，阀座为分体结构，阀座包括若干阀座环，若干阀座环以上下叠置的方式固定设置在阀体组件中；采用分体结构可降低阀座的加工难度，同时可采用粉末成型工艺制成更加耐冲蚀的合金或陶瓷材料，以进一步延长石油钻探及开采用串联结构超高压节流阀的使用寿命。

进一步的，阀芯杆与其下部的阀芯为整体结构。

优选的，阀芯杆与其下部的阀芯为分体结构，阀芯杆包括阀杆、整体阀芯，阀杆下部设有阀芯安装段，整体阀芯中间设有阀芯安装孔，通过阀芯安装孔与阀芯安装段配合，整体阀芯固定设置在阀杆下部；采用分体结构可降低阀杆的加工难度。

优选的，阀芯杆与其下部的阀芯为分体结构，阀芯杆包括阀杆、若干阀芯环，阀杆下部设有阀芯安装段，阀芯环中间设有通孔，通过通孔与阀芯安装段配合，若干阀芯环以上下叠置的方式固定设置在阀杆下部；采用分体结构可降低阀杆的加工难度，同时分体式的阀芯环还可以采用粉末成型工艺制成更加耐冲蚀的合金或陶瓷材料，以进一步延长石油钻探及开采用串联结构超高压节流阀的使用寿命。

由于采用如上所述的技术方案，本实用新型具有如下有益效果：本实用新型公开的一种石油钻探及开采用串联结构超高压节流阀，其通过设有若干阀座节流锥孔、阀座节流腔的阀座与设有若干阀芯节流锥面、阀芯节流环阀芯配合，构成若干多级串联结构的缝隙节流锥环和回流腔，通过多级串联的缝隙节流锥环和回流腔来逐级降低流经节流阀的压力，相应的降低了流经节流阀的流体速度，改善了节流阀的冲蚀问题，使得节流阀的使用寿命得以延长；使用一个本实用新型的石油钻探及开采用串联结构超高压节流阀，即可代替实现以往若干个串联的高压节流阀所能达到的使用效果，因此极大降低了油田钻探及开采的成本，同时具有调节控制简单、可靠性高的优点，成功解决了油田钻探及开采用超高压流体控制用节流阀的重大技术难题,该石油钻探及开采用串联结构超高压节流阀工作压力超过140MPa。

附图说明

图1为石油钻探及开采用串联结构超高压节流阀结构示意图；

图2为整体阀座结构示意图；

图3为分体阀座结构示意图；

图4为整体阀芯杆结构示意图；

图5为分体阀芯杆结构示意图；

图6为整体阀芯结构示意图；

图7为分体式阀芯环结构示意图。

图中：1、阀座；1.1、阀座节流锥孔；1.2、阀座节流腔；1.3、阀座环；2、阀芯杆；2.1、阀杆；2.1.1、阀芯节流锥面；2.1.2、阀芯节流环；2.1.3、阀芯安装段；2.2、整体阀芯；2.2.1、整体阀芯节流锥面；2.2.2、整体阀芯节流环；2.2.3、阀芯安装孔；2.3、阀芯环；3、缝隙节流锥环；4、回流腔。

具体实施方式

通过下面的实施例可以详细的解释本实用新型，公开本实用新型的目的旨在保护本实用新型范围内的一切技术改进。

实施例一：

一种石油钻探及开采用串联结构超高压节流阀，包括阀体组件、阀芯组件，阀芯组件滑动设置在阀体组件中；其特征是：阀体组件中固定设置有阀座1，阀座1为整体结构；阀座1中间设有阀座腔，阀座腔内同轴、间隔设有若干阀座节流锥孔1.1、阀座节流腔1.2，若干阀座节流锥孔1.1锥度相等，若干阀座节流锥孔1.1大端直径从上至下依次递减，若干阀座节流腔1.2直径从上至下依次递减；阀芯组件包括阀芯杆2，阀芯杆2下部设有阀芯，阀芯杆2与其下部的阀芯为整体结构；阀芯外圆面间隔设置有若干阀芯节流锥面2.1.1、阀芯节流环2.1.2，若干阀芯节流锥面2.1.1锥度与阀座节流锥孔1.1锥度相等，若干阀芯节流锥面2.1.1大端直径从上至下依次递减，若干阀芯节流环2.1.2直径从上至下依次递减；阀芯节流锥面2.1.1回转线长度大于阀座节流锥孔1.1回转线长度；

阀芯杆2下部的阀芯活动设置在阀座1的阀座腔中，若干阀芯节流锥面2.1.1与若干阀座节流锥孔1.1对应配合，构成若干串联结构的缝隙节流锥环3；若干阀座节流腔1.2与若干阀芯节流环2.1.2对应配合，构成若干串联结构的回流腔4。

实施例二：

阀座1为分体结构，阀座1包括若干阀座环1.3，若干阀座环1.3以上下叠置的方式固定设置在阀体组件中。

实施例三：

阀芯杆2与其下部的阀芯为分体结构，阀芯杆2包括阀杆2.1、整体阀芯2.2，阀杆2.1下部设有阀芯安装段2.1.3，整体阀芯2.2中间设有阀芯安装孔2.2.3，通过阀芯安装孔2.2.3与阀芯安装段2.1.3配合，整体阀芯2.2固定设置在阀杆2.1下部。

实施例四：

阀芯杆2与其下部的阀芯为分体结构，阀芯杆2包括阀杆2.1、若干阀芯环2.3，阀杆2.1下部设有阀芯安装段2.1.3，阀芯环2.3中间设有通孔，通过通孔与阀芯安装段2.1.3配合，若干阀芯环2.3以上下叠置的方式固定设置在阀杆2.1下部。

本实用新型未详述部分为现有技术。

Claims (7)

1.一种石油钻探及开采用串联结构超高压节流阀，包括阀体组件、阀芯组件，阀芯组件滑动设置在阀体组件中；其特征是：阀体组件中固定设置有阀座（1），阀座（1）中间设有阀座腔，阀座腔内同轴、间隔设有若干阀座节流锥孔（1.1）、阀座节流腔（1.2），若干阀座节流锥孔（1.1）锥度相等，若干阀座节流锥孔（1.1）大端直径从上至下依次递减，若干阀座节流腔（1.2）直径从上至下依次递减；阀芯组件包括阀芯杆（2），阀芯杆（2）下部设有阀芯，阀芯外圆面间隔设置有若干阀芯节流锥面（2.1.1）、阀芯节流环（2.1.2），若干阀芯节流锥面（2.1.1）锥度与阀座节流锥孔（1.1）锥度相等，若干阀芯节流锥面（2.1.1）大端直径从上至下依次递减，若干阀芯节流环（2.1.2）直径从上至下依次递减；

阀芯杆（2）下部的阀芯活动设置在阀座（1）的阀座腔中，若干阀芯节流锥面（2.1.1）与若干阀座节流锥孔（1.1）对应配合，构成若干串联结构的缝隙节流锥环（3）；若干阀座节流腔（1.2）与若干阀芯节流环（2.1.2）对应配合，构成若干串联结构的回流腔（4）。

2.根据权利要求1所述石油钻探及开采用串联结构超高压节流阀，其特征是：阀芯节流锥面（2.1.1）回转线长度大于阀座节流锥孔（1.1）回转线长度。

3.根据权利要求1所述石油钻探及开采用串联结构超高压节流阀，其特征是：阀座（1）为整体结构。

4.根据权利要求1所述石油钻探及开采用串联结构超高压节流阀，其特征是：阀座（1）为分体结构，阀座（1）包括若干阀座环（1.3），若干阀座环（1.3）以上下叠置的方式固定设置在阀体组件中。

5.根据权利要求1所述石油钻探及开采用串联结构超高压节流阀，其特征是：阀芯杆（2）与其下部的阀芯为整体结构。

6.根据权利要求1所述石油钻探及开采用串联结构超高压节流阀，其特征是：阀芯杆（2）与其下部的阀芯为分体结构，阀芯杆（2）包括阀杆（2.1）、整体阀芯（2.2），阀杆（2.1）下部设有阀芯安装段（2.1.3），整体阀芯（2.2）中间设有阀芯安装孔（2.2.3），通过阀芯安装孔（2.2.3）与阀芯安装段（2.1.3）配合，整体阀芯（2.2）固定设置在阀杆（2.1）下部。

7.根据权利要求6所述石油钻探及开采用串联结构超高压节流阀，其特征是：阀芯杆（2）与其下部的阀芯为分体结构，阀芯杆（2）包括阀杆（2.1）、若干阀芯环（2.3），阀杆（2.1）下部设有阀芯安装段（2.1.3），阀芯环（2.3）中间设有通孔，通过通孔与阀芯安装段（2.1.3）配合，若干阀芯环（2.3）以上下叠置的方式固定设置在阀杆（2.1）下部。

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