CN221121014U - 一种控压钻井用可调式节流阀 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种控压钻井用可调式节流阀，包括阀体、阀芯、阀座和连接保护套，阀体内设有阀腔，且阀体的两端分别设有与阀腔连通的接口一、接口二和接口三；阀座固定安装在接口二处，连接保护套固定安装在阀腔内，其靠近阀座的一端敞口；阀芯安装在连接保护套内，其可沿连接保护套一端至另一端的方向在连接保护套内移动以靠近或远离阀座，阀座内设有两端均敞口的通道。本实用新型的有益效果是结构简单，设计合理，通过连接保护套可减少流体对阀芯的直接冲击，降低冲蚀作用和震动的影响，增强节流阀调节和控制压力流量的稳定性，延长其使用寿命。

Description

一种控压钻井用可调式节流阀

技术领域

本实用新型涉及石油行业中钻采技术领域，具体涉及一种控压钻井用可调式节流阀。

背景技术

节流阀在石油天然气行业常用于钻井和采油作业，主要用于调节控制油气井钻井液的流动或采出流体(油、气、水)状况。节流阀在钻井作业中是组成节流管汇的核心部件，用于控制井筒压力，防止井喷事故的发生。节流阀的结构多种多样，其原理都是通过调节流体流动通道大小控制流体的压力和流量，从而达到节流目的。

控制压力钻井过程中，一般通过调节节流阀的开度大小控制井口返出的钻井液和回压，来维持一定的井底压力。控压钻井技术通过控制地面回压在短时间内改变井底压力，使井底压力维持在一定范围内(地层孔隙压力和破裂压力之间)，从而进行平衡或近平衡钻井，能够有效控制地层流体侵入井眼，减少井涌、井漏、卡钻等复杂情况，保证安全、快速钻进。与传统的钻井技术相比，控压钻井技术在解决高压和窄密度窗口等复杂钻井问题上具有提速、控制漏失和溢流等复杂情况的优势。

油气钻井作业过程中，钻井液会携带岩屑、泥沙等固相颗粒从井口返出，并高速冲击节流阀，对节流阀内部零件产生严重的冲蚀磨损，造成节流阀损坏。此外，油气水等地层流体也会侵入钻井液，并对节流阀产生腐蚀作用。节流阀的耐腐蚀和耐冲蚀性能关系着钻井作业安全和经济效益。

节流阀是控压钻井系统的关键元件之一，实现高精度压力控制，要求节流阀开度和回压具有良好的线性关系，并且要便于调节操作。为了保证控制压力的稳定性，节流阀应有良好的抗震和抗冲击性能。

目前，常用的节流阀主要有针形、楔形和筒形等。针形节流阀震动大，噪音大，阀针及阀座刺穿，阀杆断裂；楔形节流阀行程短，无震动，楔面易刺伤；筒形节流阀适用于高压大流量大功率的液压系统，节流特性好，震动小，耐冲蚀，适用于高流速及强冲蚀的环境中。常见节流阀的阀芯一般直接受到液体的冲击，冲蚀现象较为严重。

实用新型内容

本实用新型提供一种控压钻井用可调式节流阀，旨在解决现有技术中的问题。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：

一种控压钻井用可调式节流阀，包括阀体、阀芯、阀座和连接保护套，所述阀体内设有阀腔，且所述阀体的两端分别设有与所述阀腔连通的接口一、接口二和接口三；所述阀座固定安装在所述接口二处，所述连接保护套固定安装在所述阀腔内，其靠近所述阀座的一端敞口；所述阀芯安装在所述连接保护套内，其可沿所述连接保护套一端至另一端的方向在所述连接保护套内移动以靠近或远离所述阀座，所述阀座内设有两端均敞口的通道。

本实用新型的有益效果是：作业过程中，通过本领域技术人员所能想到的方式移动阀芯，使得阀芯靠近或远离阀座，以调节阀芯与阀座之间缝隙的大小随之变化，从而实现对流量和压力的调节；

在此过程中，通过连接保护套可避免从接口三处进入的流体对阀芯的直接冲击，延长阀芯的使用寿命，从而延长节流阀的使用寿命。

本实用新型结构简单，设计合理，通过连接保护套可减少流体对阀芯的直接冲击，降低冲蚀作用和震动的影响，增强节流阀调节和控制压力流量的稳定性，延长其使用寿命。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。

进一步，所述阀芯与连接杆的一端连接，所述连接杆的另一端穿过所述连接保护套远离所述阀座的一端及所述接口一后延伸至所述连接保护套外，用于连接执行机构。

采用上述进一步方案的有益效果是作业过程中，执行机构通过连接杆带动阀芯在连接保护套内移动，从而改变阀芯与阀座之间的缝隙，从而实现对流量和压力的调节。

进一步，所述连接杆的一端与所述阀芯螺纹连接，且所述连接杆的另一端固定套设有多边形凸起。

采用上述进一步方案的有益效果是连接杆与阀芯的装配方便，多边形凸起的设置用于限制连接杆、阀芯和执行机构连接部件的转动。

进一步，所述连接保护套的一端连接有支撑套，所述连接杆的另一端穿过所述支撑套延伸至所述支撑套外。

采用上述进一步方案的有益效果是通过支撑套连接执行机构和连接保护套，且通过支撑套支撑执行机构。

进一步，所述连接保护套呈中部粗、两端细的结构，其对应端与所述支撑套的一端可拆卸连接。

采用上述进一步方案的有益效果是连接保护套的结构设计合理，既可以实现与阀体的连接，又可实现与执行机构的连接，装配方便。

进一步，所述通道两端分别呈锥形面，且所述阀芯的两端分别呈锥形，并与所述阀座的锥形面配合。

采用上述进一步方案的有益效果是结构简单，设计合理，调节节流阀的压力和流量更为方便。

进一步，所述接口三处连接有入口法兰，所述接口二处连接有出口法兰。

采用上述进一步方案的有益效果是入口法兰和出口法兰方便连通外部设备，方便将液体送入阀体内以及将阀体内的液体送出。

进一步，所述出口法兰内固定安装有耐磨衬套。

采用上述进一步方案的有益效果是结构简单，设计合理，耐磨衬套用于降低流体对出口法兰的冲击，延长节流阀使用寿命。

进一步，所述出口法兰内安装有止回阀组件。

采用上述进一步方案的有益效果是结构简单，设计合理，可通过止回阀组件防止下游流体倒流损坏节流阀。

进一步，所述止回阀组件包括座体、钢球、上支撑座和下支撑座，所述座体和所述下支撑座相对固定安装在所述出口法兰内，且所述座体靠近所述接口二，所述座体和所述下支撑座上分别设有圆孔；所述上支撑座安装在所述出口法兰内，其位于所述座体和所述下支撑座之间，其通过弹簧与所述下支撑座固定连接，所述钢球固定安装在所述上支撑座上，其直径大于所述座体上所述圆孔的孔径。

采用上述进一步方案的有益效果是止回阀关闭时，钢球受到弹簧力和流体压力的作用和座体配合起到密封效果，用于防止流体回流进阀体，可以防止流体反向冲击和压力波动损坏节流阀或降低压力调节的稳定性；当钢球两侧流体压力差大于弹簧力时，止回阀打开。

附图说明

图1为本实用新型的整体装配图；

图2为本实用新型的整体分解图；

图3为本实用新型一种实施例的部分分解图；

图4为本实用新型另一种实施例的部分分解图；

图5为本实用新型中阀体内部的结构示意图；

图6为本实用新型中出口法兰与止回阀组件的内部结构示意图；

图7为本实用新型中连接保护套与连接杆一种实施方式的结构示意图；

图8为本实用新型中连接保护套与连接杆另一种实施方式的结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、连接杆；2、阀芯；3、排气泄压套；4、阀座；5、耐磨衬套；6、支撑套；7、连接保护套；81、阀体；82、出口法兰；83、入口法兰；91、座体；92、钢球；93、上支撑座；94、弹簧；95、下支撑座。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

实施例1

如图1至图8所示，本实施例提供一种控压钻井用可调式节流阀，包括阀体81、阀芯2、阀座4和连接保护套7，所述阀体81内设有阀腔，且所述阀体81的两端分别设有与所述阀腔连通的接口一、接口二和接口三；所述阀座4固定安装在所述接口二处，所述连接保护套7固定安装在所述阀腔内，其靠近所述阀座4的一端敞口；所述阀芯2安装在所述连接保护套7内，其可沿所述连接保护套7一端至另一端的方向在所述连接保护套7内移动以靠近或远离所述阀座4，所述阀座4内设有两端均敞口的通道。

作业过程中，通过本领域技术人员所能想到的方式移动阀芯2，使得阀芯2靠近或远离阀座4，以调节阀芯2与阀座4之间缝隙的大小随之变化，从而实现对流量和压力的调节；

在此过程中，通过连接保护套7可避免从接口三处进入的流体对阀芯2的直接冲击，延长阀芯2的使用寿命，从而延长节流阀的使用寿命。

优选地，本实施例中，阀芯2饿两端面通孔处设置一层过滤网，用于过滤钻井液中的泥沙，防止泥沙堵塞。

优选地，本实施例中，上述阀体81上设有排气泄压孔，排气泄压孔处螺纹连接有排气泄压套3。排气泄压套3的一端具有密封用锥面，锥面上部有圆孔与排气泄压套3另一端面的孔相通。密封组件包含不同规格和型式的密封圈、密封垫、支撑垫及压套。

本实施例结构简单，设计合理，通过连接保护套7可减少流体对阀芯2的直接冲击，降低冲蚀作用和震动的影响，增强节流阀调节和控制压力流量的稳定性，延长其使用寿命。

实施例2

在实施例1的基础上，本实施例中，所述阀芯2与连接杆1的一端连接，所述连接杆1的另一端穿过所述连接保护套7远离所述阀座4的一端及所述接口一后延伸至所述连接保护套7外，用于连接执行机构。

作业过程中，执行机构通过连接杆1带动阀芯2在连接保护套7内移动，从而改变阀芯2与阀座4之间的缝隙，从而实现对流量和压力的调节。

需要说明的是，上述执行机构采用的是现有技术，其用于通过连接杆1带动阀芯2移动。

实施例3

在实施例2的基础上，本实施例中，所述连接杆1的一端与所述阀芯2螺纹连接，且所述连接杆1的另一端固定套设有多边形凸起。

连接杆1与阀芯2的装配方便，多边形凸起的设置用于限制连接杆1、阀芯2和执行机构连接部件的转动。

优选地，本实施例中，连接杆的下端设有螺纹，且连接杆1的下端延伸至阀芯2内并与阀芯2螺纹连接。

另外，连接杆1上的多边形凸起和连接保护套7内孔配合限位示意图，连接杆1轴肩和连接保护套7内孔的形状不限于正多边形，只要两者配合起到限制连接杆1绕轴线转动的自由度即可，优选为正多边形，采用正多边形受力更加均衡，有利于延长使用寿命。

实施例4

在实施例2至实施例3任一项的基础上，本实施例中，所述连接保护套7的一端连接有支撑套6，所述连接杆1的另一端穿过所述支撑套6延伸至所述支撑套6外。

该方案通过支撑套6连接执行机构和连接保护套7，且通过支撑套6支撑执行机构。

优选地，本实施例中，上述支撑套6的截面呈工字形，其对应端与连接保护套7的对应端通过多个螺栓连接。

另外，支撑套6主要用于支撑执行机构，其两端为法兰连接平面，分别用于连接执行机构和连接保护套7，内部通孔用于允许节流阀连接杆1和执行机构的连接部件通过，内孔为与连接杆1轴肩相应的正多边形，用于限制连接杆1、阀芯2、执行机构连接部件的转动。

实施例5

在实施例4的基础上，本实施例中，所述连接保护套7呈中部粗、两端细的结构，其对应端与所述支撑套6的一端可拆卸连接。

连接保护套7的结构设计合理，既可以实现与阀体81的连接，又可实现与执行机构的连接，装配方便。

基于上述方案，上述连接保护套7的下端延伸至阀体81内，其中部与阀体81对应端的端面贴合并通过多个螺栓连接。

实施例6

在上述各实施例的基础上，本实施例中，所述通道两端分别呈锥形面，且所述阀芯2的两端分别呈锥形，并与所述阀座4的锥形面配合。

该方案结构简单，设计合理，调节节流阀的压力和流量更为方便。

上述阀芯2近似为圆柱形，两端为锥面，整体为耐磨耐腐蚀硬质合金，中间具有连接使用的螺纹通孔，还具有一个以上数量的允许流体通过的通孔，用于平衡两侧流体压力，防止两侧压差过大损坏执行机构，或者导致节流阀关闭时收到出口处压力波动异常打开。

实施例7

在上述各实施例的基础上，本实施例中，所述接口三处连接有入口法兰83，所述接口二处连接有出口法兰82。

入口法兰83和出口法兰82方便连通外部设备，方便将液体送入阀体81内以及将阀体81内的液体送出。

上述连接保护套7、阀体81、出口法兰82、入口法兰83等与流体接触的表面具有的耐磨耐腐蚀硬质合金喷涂层可采用碳化钨热喷涂涂层、镍基合金激光熔覆层、钴基合金激光熔覆层、钴基合金堆焊层及氧化铝陶瓷涂层等。

上述阀体81呈立方体结构，用于容纳连接保护套7、阀芯2和阀座4。

另外，阀体81的形状不限于立方体，阀体81也可以为圆柱体，外部具有三个可以连接法兰的法兰平面和一个排气泄压孔，其内部结构与图1中相同。阀体81、入口法兰83和出口法兰82也可以采用焊接等工艺制作成一体式结构。

实施例8

在实施例7的基础上，本实施例中，所述出口法兰82内固定安装有耐磨衬套5。

该方案结构简单，设计合理，耐磨衬套5用于降低流体对出口法兰82的冲击，延长节流阀使用寿命。

优选地，本实施例中，耐磨衬套5为圆筒形，由硬质合金材料制成。

实施例9

在实施例8至实施例9任一项的基础上，本实施例中，所述出口法兰82内安装有止回阀组件。

该方案结构简单，设计合理，可通过止回阀组件防止下游流体倒流损坏节流阀。

实施例10

在实施例9的基础上，本实施例中，所述止回阀组件包括座体91、钢球92、上支撑座93和下支撑座95，所述座体91和所述下支撑座95相对固定安装在所述出口法兰82内，且所述座体91靠近所述接口二，所述座体91和所述下支撑座95上分别设有圆孔；所述上支撑座93安装在所述出口法兰82内，其位于所述座体91和所述下支撑座95之间，其通过弹簧94与所述下支撑座95固定连接，所述钢球92固定安装在所述上支撑座93上，其直径大于所述座体91上所述圆孔的孔径。

止回阀关闭时，钢球92受到弹簧94的弹力和流体压力的作用和座体91配合起到密封效果，用于防止流体回流进阀体，可以防止流体反向冲击和压力波动损坏节流阀或降低压力调节的稳定性；当钢球两侧流体压力差大于弹簧力时，止回阀打开。

上支撑座93用于将弹簧94的压缩力传递至钢球。下支撑座95具有通孔可供流体通过，下支撑座95和出口法兰82内壁具有相互啮合的螺纹，通过旋紧或旋松下支撑座95，可以调节弹簧94的预紧力，从而可以对节流阀回压的下限进行调节。

本实用新型的工作原理如下：

作业过程中，连接杆1在执行机构驱动下，带动阀芯2在连接保护套7和阀体81的空腔中做直线运动，与阀座4接触或分离，阀芯2与阀座4之间缝隙的大小随之变化，从而实现对流量和压力的调节。

阀芯2锥面的锥度大于阀座4内孔锥面的锥度，当阀芯2与阀座4的锥面相接触时，结合处形成密封结构，并且阀芯2和连接保护套7之间的密封圈可以防止流体从两者的缝隙中通过，此时可以将节流阀作为截止阀使用。

需要说明的是，附图中的箭头仅仅指的是流体流动的方向，并没有其他实质性的含义。

采用上述技术方案后，节流阀处于工作状态时，整个阀芯或一部分处于连接保护套内部，从而减少流体对阀芯的直接冲击，降低冲蚀作用和震动的影响，增强节流阀调节和控制压力流量的稳定性。采用具有通孔的阀芯可以平衡阀芯两侧压力，增强节流阀工作稳定性，降低对执行机构性能的要求。阀芯和阀座接触时形成的密封结构可以完全关闭流动通道，节流阀起到截止阀的作用。支撑套与连接杆轴肩配合可以限制阀芯及连杆转动，防止流体冲击阀芯损坏节流阀本体和执行机构。进一步，在出口法兰中设置止回阀组件，可用于防止流体反向冲击节流阀，增强调节压力的稳定性和延长使用寿命。

本实用新型的目的是：提供一种便于操作、精细控制性能好、耐冲蚀、使用寿命长的控压钻井用可调式节流阀，包括阀体、阀芯、阀座、入口法兰、出口法兰、连接杆、连接保护套、耐磨衬套、支撑套、密封件等。可移动组件包括连接杆、阀芯。连接杆一端和执行机构连接，另一端与阀芯连接。连接保护套通过法兰面使用螺栓与阀体固定在一起。工作时，液压驱动或电机驱动的执行机构带动连接杆、阀芯同时做直线往复运动，并与阀座相接近或远离，阀芯与阀座之间的缝隙即过流面积随之变化，从而实现对流量和压力的调节。

另外，节流阀进行节流操作时，阀芯部分或全部可容纳于连接保护套的内部，从而连接保护套可以很大程度上抵御入口的流体冲击，减小震动和冲蚀的作用。阀芯两侧和阀座内孔具有锥面，阀芯和阀座接触配合时可以实现密封效果，可短时间作为截止阀使用。阀芯和阀座两端相互对称，当一侧磨损严重时，可更换另一侧继续使用，从而减少维修更换成本，延长节流阀使用寿命。阀芯上具有多个通孔，用于平衡阀芯两侧压力，减小执行机构调节节流阀开度所需的力。连接杆适当位置设置为正多边形轴肩，如正方形、正六边形、正八边形等。支撑套内孔也为正多边形，与连接杆的轴肩部位相配合可以限制阀芯及执行机构转动，防止阀芯因冲击而转动从而损坏执行机构或造成密封部件磨损导致密封失效。进一步，阀体、入口法兰、出口法兰、保护套等与流体接触的表面具有一层耐磨损的涂覆层。进一步，在出口法兰中设置止回阀组件，可用于防止流体反向冲击损坏节流阀。该实用新型可以解决控压钻井节流阀易受冲蚀、寿命短、冲击震动大、操控难度大等问题。在节流阀出口法兰中还可以设置止回阀组件，用于防止下游压力反向冲击节流阀而导致的节流阀损坏，并且有助于减小下游压力波动的影响，从而提高节流阀调节压力的稳定性。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

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，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种控压钻井用可调式节流阀，其特征在于：包括阀体(81)、阀芯(2)、阀座(4)和连接保护套(7)，所述阀体(81)内设有阀腔，且所述阀体(81)的两端分别设有与所述阀腔连通的接口一、接口二和接口三；所述阀座(4)固定安装在所述接口二处，所述连接保护套(7)固定安装在所述阀腔内，其靠近所述阀座(4)的一端敞口；所述阀芯(2)安装在所述连接保护套(7)内，其可沿所述连接保护套(7)一端至另一端的方向在所述连接保护套(7)内移动以靠近或远离所述阀座(4)，所述阀座(4)内设有两端均敞口的通道。

2.根据权利要求1所述的控压钻井用可调式节流阀，其特征在于：所述阀芯(2)与连接杆(1)的一端连接，所述连接杆(1)的另一端穿过所述连接保护套(7)远离所述阀座(4)的一端及所述接口一后延伸至所述连接保护套(7)外，用于连接执行机构。

3.根据权利要求2所述的控压钻井用可调式节流阀，其特征在于：所述连接杆(1)的一端与所述阀芯(2)螺纹连接，且所述连接杆(1)的另一端固定套设有多边形凸起。

4.根据权利要求2所述的控压钻井用可调式节流阀，其特征在于：所述连接保护套(7)的一端连接有支撑套(6)，所述连接杆(1)的另一端穿过所述支撑套(6)延伸至所述支撑套(6)外。

5.根据权利要求4所述的控压钻井用可调式节流阀，其特征在于：所述连接保护套(7)呈中部粗、两端细的结构，其对应端与所述支撑套(6)的一端可拆卸连接。

6.根据权利要求1-5任一项所述的控压钻井用可调式节流阀，其特征在于：所述通道两端分别呈锥形面，且所述阀芯(2)的两端分别呈锥形，并与所述阀座(4)的锥形面配合。

7.根据权利要求1-5任一项所述的控压钻井用可调式节流阀，其特征在于：所述接口三处连接有入口法兰(83)，所述接口二处连接有出口法兰(82)。

8.根据权利要求7所述的控压钻井用可调式节流阀，其特征在于：所述出口法兰(82)内固定安装有耐磨衬套(5)。

9.根据权利要求7所述的控压钻井用可调式节流阀，其特征在于：所述出口法兰(82)内安装有止回阀组件。

10.根据权利要求9所述的控压钻井用可调式节流阀，其特征在于：所述止回阀组件包括座体(91)、钢球(92)、上支撑座(93)和下支撑座(95)，所述座体(91)和所述下支撑座(95)相对固定安装在所述出口法兰(82)内，且所述座体(91)靠近所述接口二，所述座体(91)和所述下支撑座(95)上分别设有圆孔；所述上支撑座(93)安装在所述出口法兰(82)内，其位于所述座体(91)和所述下支撑座(95)之间，其通过弹簧(94)与所述下支撑座(95)固定连接，所述钢球(92)固定安装在所述上支撑座(93)上，其直径大于所述座体(91)上所述圆孔的孔径。