专利名称：一种新型带压作业压力平衡控制装置的制作方法
技术领域：
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本实用新型涉及一种用于油水井带压作业闸板防喷器密封副开、 关时的压力平衡控制装置，具体的说，是涉及一种应用于油田生产的 采油井和注水井带压作业过程中，为了保证井口闸板防喷器打开和关 闭时，使密封闸板的上、下端作用压力达到平衡所需的压力平衡控制 装置。
技术背景
油田生产过程中，采用带压作业技术对油水井作业可以免去常规 作业所需的压井液及其地面设备的投入，省去了排压井液的费用。并 且无污染，保护了环境，而且还可以保护和维持地层的原始产能，减 少酸化、压裂等增产措施的次数，为油气田的长期开发和稳定生产提 供良好的基础，从而可以最大限度的利用我们地下的油气资源。但是 在这一带压作业过程中，需要保证在井口闸板防喷器打开和关闭时， 密封闸板的上、下端作用压力要达到平衡。因此一种可实现此用途的 压力平衡控制装置已经成为保障带压作业顺利完成的重要辅助装置。 目前，已经有了一些用于油水井带压作业闸板防喷器密封副开、关时 的压力平衡控制装置，但是这些现有装置往往结构复杂且需要人工操 作，难以实现自动化控制，因此无法满足油田生产的需要。 实用新型内容
为了解决现有用于油水井带压作业闸板防喷器密封副开、关时的 压力平衡控制装置结构复杂且需要人工操作、难以实现自动化控制的 问题，本实用新型提供一种新型带压作业压力平衡控制装置，该种新 型带压作业压力平衡控制装置结构设计简单、紧凑，密封设计性能可 靠，且可以采用液压远程控制，操作方便，非常易于实现自动控制， 满足了^水井带压作业过程中实现生产自动化的需要。
本实用新型的技术方案是该种新型带压作业压力平衡控制装 置，由带有上、下大法兰以及井中流体主进出通道的压力平衡控制装 置壳体和两个相同的液压控制锥形开关阀通过螺栓、螺母以及密封环连接后构成，其种液压控制锥形开关阀主要由液控活塞一锥面密封主 阀芯、预紧弹簧、阀套、阀盖、阀座、节流元件以及连接板依序密封 连接后构成，液控活塞—锥面密封主阀芯、阀盖、阀座以及连接板上
均开有密封安装槽。具体的说，液控活塞一锥面密封主阀芯整体为"T" 型，其上端中心部分开有供预紧弹簧嵌入的下弹簧腔，其下端则为倒 置的锥台；在阀盖的侧壁上开有阀盖控制液压油通道，在阀盖下端的 中心部分开有供预紧弹簧嵌入的上弹簧腔，所述阀盖控制液压油通道 与上弹簧腔相连通；在阀套的侧壁上开有阀套控制液压油通道，在阀 套的中心贯通开有与液控活塞一锥面密封主阀芯相配合的活塞配合 孔，所述阀套控制液压油通道与活塞配合孔相连通；在阀座的中心部 分开有一个贯穿的且带有锥形密封面的多台阶阀座液流进出孔道，此 阀座液流进出孔道的底部为节流元件安装孔，此阀座液流进出孔道的 侧壁与开在阀座侧壁上的主阀口相贯通；连接板的中心部分开有一个 贯穿的台阶式流体过渡通道，此流体过渡通道的上端与阀座的底部相 配合，此流体过渡通道的下端则与井中流体主进出通道相通。
本实用新型具有如下有益效果由于采取上述方案，两个液压控 制锥形开关阀对称安装在压力平衡控制装置壳体对应的两侧，每个液 压控制锥形开关阀上均有两个液压油进出通道和一个供井中液体进 出的通道。应用时，将液压油进出通道连接控制台上的液压控制口， 将供井中液体进出的通道连接在井中高压或井口卸压装置上，由此实 现对这种压力平衡控制装置的液压控制，保证了远程自动化操作的顺 利实现。此外，在这种压力平衡控制装置中，两个液压控制锥形开关 阀中液控活塞一锥面密封主阀芯的上、下端被设计成不同的有效作用 面积，从而确保产生足够大的打开和关闭控制阀锥面密封的液压驱动 力，可以准确控制井口密封空间中压力液体的开通和关断，保证了闸 板防喷器开启和关闭过程中的压力平衡，因此，使得这种tf力平衡控 制装置具有较强的工作稳定性。另外，在液压控制锥形开关阀中的阀 座底部安装了节流元件，使得在井中液体进入时产生阻尼，对高压流 体进入低压腔时减少了冲击和振动。总之，此种压力平衡控制装置结 构设计简单、紧凑，密封设计性能可靠，可以采用液压远程控制高压 大流量流体，操作方便，易于实现自动控制，非常适合于油水井带压作业过程中的流体通道的开关控制。
图1是本实用新型的整体结构示意图。
图2是图1的结构剖视图。
图3是本实用新型中液压控制锥形开关阀的结构剖视图。
图4是本实用新型中液压控制锥形开关阀阀盖的结构剖视图。
图5是本实用新型中液压控制锥形开关阀阀盖的俯视图。
图6是本实用新型中液压控制锥形开关阀阀套的结构剖视图。 图7是本实用新型中液压控制锥形开关阀阀套的俯视图。 图8是本实用新型中液压控制锥形开关阀液控活塞一锥面密封 主阀芯的结构剖视图。
图9是本实用新型中液压控制锥形开关阀阀座的结构剖视图。
图io是本实用新型中液压控制锥形开关阀阀座的俯视图。
图11是本实用新型中液压控制锥形开关阀连接板的结构剖视图。
图12是本实用新型中液压控制锥形开关阔连接板的右视图。 图13是本实用新型中液压控制锥形开关阀连接板的左视图。 图中1-压力平衡控制装置壳体，2-液压控制锥形开关阀，3-螺 栓，4-螺母，5-密封环，6-阀盖，7-上弹簧腔，8-井中流体主进出通 道，9-阀套，10-组合密封格莱圈，11-预紧弹簧，12-组合斯特封密 封圈安装槽，14-组合斯特封密封圈，15-液控活塞一锥面密封主阀芯， 16-阀座，19-内六角螺钉，20-节流元件，21-连接板，22-阀盖控制 液压油进出通道，23-内六角螺钉安装孔，24-阀盖密封安装槽，25-阀套控制液压油进出通道，26-活塞配合孔，27-阀套螺栓孔，28-格 莱圈安装槽，29-下弹簧腔，30-锥台，31-阀座上部密封安装槽，32-阀座液流进出孔道，33-主阀口， 34-阀座螺栓孔，35-锥形密封面， 36-阀座下部密封安装槽，37-节流元件安装孔，38-台阶式流体过渡 通道下端，39-密封钢环安装槽，40-台阶式流体过渡通道上端，41-连接板螺栓连接通孔，42-连接板螺纹孔。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步说明由图1结合图2所示，该种新型带压作业压力平衡控制装置，由 带有上、下大法兰以及井中流体主进出通道8的压力平衡控制装置壳 体1和两个相同的液压控制锥形开关阀2、 2'通过螺栓3、螺母4以 及密封环5连接后构成。两个液压控制锥形开关阀对称安装在压力平 衡控制装置壳体对应的两侧。其中，各组成部分的具体结构详述如下
如图3所示，所述液压控制锥形开关阀主要由液控活塞一锥面密 封主阀芯15、预紧弹簧ll、阀套9、阀盖6、阀座16、节流元件20 以及连接板21依序密封连接后构成。液控活塞一锥面密封主阀芯15、 阀盖6、阀座16以及连接板21上均开有密封安装槽。如图8所示， 开在液控活塞一锥面密封主阀芯15上的称为格莱圈安装槽28，其中 可安装采用聚四氟乙烯与丁腈橡胶构成的组合密封格莱圈；如图4 所示，开在阀盖6上的称为阀盖密封安装槽24，其中可安装"O"型 密封圈和挡圈；如图9所示，开在阀座上的共有三个密封安装槽，分 别为阀座上部密封安装槽31、组合斯特封密封圈安装槽12和阀座下 部密封安装槽36，其中阀座上、下部密封安装槽内均安装"O"型密 封圈和挡圈，组合斯特封密封圈安装槽12内可安装采用聚四氟乙烯 与丁腈橡胶构成的组合斯特封密封圈；如图11所示，开在连接板上 的密封安装槽称为密封钢环安装槽39，其中安装密封钢环。
如图8所示，液控活塞一锥面密封主阀芯15整体为"T"型， 其上端中心部分开有供预紧弹簧11嵌入的、底部为倒圆锥形的下弹 簧腔29，其下端则为倒置的锥台30。
如图4所示，在阀盖6的侧壁上开有阀盖控制液压油进出通道 22，在阀盖6下端的中心部分开有供预紧弹簧11嵌入的上弹簧腔7， 所述阀盖控制液压油进出通道22与上弹簧腔7相连通。
如图6示，在阀套9的侧壁上开有阀套控制液压油进出通道25， 在阀套9的中心贯通开有与液控活塞一锥面密封主阀芯15相配合的 活塞配合孔26，所述阀套控制液压油进出通道25与活塞配合孔26 相连通。
如图9所示，在阀座16的中心部分开有一个贯穿的且带有锥形 密封面35的多台阶阀座液流进出孔道32，此阀座液流进出孔道32 的底部为节流元件安装孔37，此阀座液流进出孔道32的侧壁与开在
7阔座16侧壁上的主阀口 33相贯通。
如图11所示，连接板21的中心部分开有一个贯穿的台阶式流体过渡通道，此台阶式流体过渡通道上端40与阀座16的底部相配合，此台阶式流体过渡通道下端38则与井中流体主进出通道8相通。本种装置的整体组装步骤如下
将所述的液控活塞一锥面密封主阔芯15安装好组合密封格莱圈10后，把其上面的部分装入阀套9的活塞配合孔26中，由此将阀套的活塞配合孔26分隔成上、下两个液压油工作腔。然后把液控活塞一锥面密封主阀芯的下部分装入阀座16的阀座液流进出孔道32中，与已经安装完毕的组合斯特封密封圈14构成密封，防止液压油和井中流体互相泄漏。同时，液控活塞一锥面密封主阀芯15下部锥台30上的锥面与阀座16内的锥形密封面35形成密封，控制井中的流体通断。将阀盖6下部装好"O"型密封圈和挡环后，压住已放入液控活塞一锥面密封主阀芯15中下弹簧腔29的预紧弹簧11，使预紧弹簧11的上部处于阀盖6的上弹簧腔7内，然后可从阀套9的上部装入活塞配合孔26中，形成周向密封，防止控制活塞上腔液压油泄漏。之后，在阀座16的阀座上部密封安装槽31内装好密封"0"型密封圈和挡环后，可从阀套9的上部装入活塞配合孔26中，形成周向密封，防止控制活塞下腔液压油泄漏。同理，在阀座16的阀座下部密封安装槽36内装好密封"0"型密封圈和挡环后，可从连接板21的上部装入台阶式流体过渡通道上端40中，形成周向密封，防止井中流体泄漏出去。最后，用内六角螺钉19分别穿过阀盖6的内六角螺钉安装孔23、阀套螺栓孔27、阀座螺栓孔34以及连接板21上的连接板螺纹孔42并相配合，从而将液压控制锥形开关阀组装成一体。
此后，如图l、图2、图11所示，将螺栓3安装在压力平衡控制装置壳体1上，将密封环5装入连接板21上的密封钢环安装槽39中，将连接板21上的连接板螺栓连接通孔41与螺栓3分别对准、装入，再装入螺母4，拧紧，即完成本种新型带压作业压力平衡控制装置的整体组装。组装完成后，液控活塞一锥面密封主阀芯15与阀套9之间为圆周面滑动密封副，液控活塞一锥面密封主阀芯15与阀座16之间为圆周面滑动密封副。进行带压作业时，要将本种新型带压作业压力平衡控制装置安装 在井口防喷装置中的两个闸板防喷器之间。井口装置安装完成后，将
本装置中的两个液压控制锥形开关阀的阀盖控制液压油进出通道22 和阀套控制液压油进出通道25的油口分别与液压控制台上的控制阀 工作油口接通。然后将1个液压控制锥形开关阀的主阀口接井口高 压，作头加压控制阀，实现下闸板防喷器的加压平衡；将另l个液压
控制锥形开关阀的主阀口接放空管线，作为卸压控制阀，实现上闸板 防喷器的卸压平衡。两个液压控制锥形开关阀的主阀打开和关闭，由 远程控制台上液压阀来控制。当压力油通入液控活塞一锥面密封主阀
芯15的上腔时，液控活塞下腔回油，活塞上端液压力与预紧弹簧的 预压力克服下端液体的作用力和密封副的摩擦阻力，将液控活塞一锥 面密封主阀芯压下，密封锥面保持紧密接合，将主阀通道切断，开关 阀处于关闭状态。当压力油通入液控活塞一锥面密封主阀芯15的下 腔，液控活塞上腔回油；活塞下端液压力与下端液体的作用力克服预 紧弹簧的预压力和密封副的摩擦阻力，将液控活塞一锥面密封主阀芯 15推到上部，密封锥面开启，将主阀通道打开，开关阀处于打开状 态，因此可以把这两个液压控制锥形开关阀分别称为加压平衡阀和卸 压平衡阀。
在本种新型带压作业压力平衡装置中，由螺栓螺母通过密封环将 两个液压控制锥形开关阀与一个压力平衡控制装置壳体连接为一个 整体。两个液压控制锥形开关阀对称安装在压力平衡控制装置壳体对 应的两侧。每个控制阀上均有两个液压油进出通道和一个井中液体进 出通道。液压油进出通道用以连接控制台上液压控制口；井中液体进 出通道用以连接井中高压或井口卸压装置。工作时带压作业压力平衡 装置通过壳体上的上、下大法兰和密封环，用螺栓螺母与井口带压作 业装置连接起来，然后再分别连接液压油和井中液体进出管线。
在本种装置中，液控活塞与阀套组成液压驱动控制部分的圆周面 滑动密封副。该密封副采用聚四氟乙烯与丁腈橡胶组合的格来圈形 式。聚四氟乙烯材料作为摩擦副，可以减小摩擦阻力和磨损；橡胶O 形圈的弹性变形用于提供和补偿密封面之间的接触压力，从而保证动 密封效果良好。此外，液控活塞的上、下端设计成不同的有效作用面
9积，用以保证打开和关闭控制阀锥面密封的液压驱动力，从而控制井 口密封空间中压力液体的开通和关断，以实现闸板防喷器开启和关闭 过程中的压力平衡。由于液控活塞—锥面密封主阀芯中，主阀芯与控 制活塞刚性连接为一体，主阀芯与阀座不仅形成主阀的锥面密封副， 而且还形成主阀芯与阀座圆周面的滑动密封副。主阀芯与阀座圆周面 的滑动密封副采用聚四氟乙烯与丁腈橡胶组合的斯特封形式，使聚四 氟乙烯的低摩擦性与橡胶的弹性优势互补，实现良好的动密封。锥面 密封副由作用在活塞端面上的液压力来保证密封。
总之，本种新型带压作业压力平衡装置结构简单、紧凑，密封设 计性能可靠，采用液压控制，操作方便，易于实现自动控制。
权利要求1、一种新型带压作业压力平衡控制装置，由带有上、下大法兰以及井中流体主进出通道(8)的压力平衡控制装置壳体(1)和两个相同的液压控制锥形开关阀(2，2′)通过螺栓、螺母以及密封环连接后构成，其特征在于所述液压控制锥形开关阀主要由液控活塞—锥面密封主阀芯(15)、预紧弹簧(11)、阀套(9)、阀盖(6)、阀座(16)、节流元件(20)以及连接板(21)依序密封连接后构成，液控活塞—锥面密封主阀芯(15)、阀盖(6)、阀座(16)以及连接板(21)上均开有密封安装槽；其中，液控活塞—锥面密封主阀芯(15)整体为“T”型，其上端中心部分开有供预紧弹簧(11)嵌入的、底部为倒圆锥形的下弹簧腔(29)，其下端则为倒置的锥台(30)；其中，在阀盖(6)的侧壁上开有阀盖控制液压油进出通道(22)，在阀盖(6)下端的中心部分开有供预紧弹簧(11)嵌入的上弹簧腔(7)，所述阀盖控制液压油进出通道(22)与上弹簧腔(7)相连通；其中，在阀套(9)的侧壁上开有阀套控制液压油进出通道(25)，在阀套(9)的中心贯通开有与液控活塞—锥面密封主阀芯(15)相配合的活塞配合孔(26)，所述阀套控制液压油进出通道(25)与活塞配合孔(26)相连通；其中，在阀座(16)的中心部分开有一个贯穿的且带有锥形密封面(35)的多台阶阀座液流进出孔道(32)，此阀座液流进出孔道(32)的底部为节流元件安装孔(37)，此阀座液流进出孔道(32)的侧壁与开在阀座(16)侧壁上的主阀口(33)相贯通；其中，连接板(21)的中心部分开有一个贯穿的台阶式流体过渡通道，此台阶式流体过渡通道上端(40)与阀座(16)的底部相配合，此台阶式流体过渡通道下端(38)则与井中流体主进出通道(8)相通。
2、 根据权利要求1所述的一种新型带压作业压力平衡控制装置， 其特征在于所述液控活塞一锥面密封主阀芯(15)与阀套(9)之间为圆周面滑动密封副，液控活塞一锥面密封主阀芯(15)上的格莱圈安装槽(28)中安装有采用聚四氟乙烯与丁腈橡胶构成的组合密封 格莱圈(10)。
3、根据权利要求1所述的一种新型带压作业压力平衡控制装置， 其特征在于所述液控活塞一锥面密封主阀芯(15)与阀座(16)之 间为圆周面滑动密封副，阀座(16)内壁上的组合斯特封密封圈安装 槽(12)中安装有采用聚四氟乙烯与丁腈橡胶构成的组合斯特封密封 圈(14)。
专利摘要一种新型带压作业压力平衡控制装置。主要解决现有用于油水井带压作业闸板防喷器密封副开、关时的压力平衡控制装置结构复杂且需要人工操作、难以实现自动化控制的问题。其特征在于由带有上、下大法兰以及井中流体主进出通道的压力平衡控制装置壳体和两个相同的液压控制锥形开关阀通过螺栓、螺母以及密封环连接后构成，所述液压控制锥形开关阀主要由液控活塞-锥面密封主阀芯、预紧弹簧、阀套、阀盖、阀座、节流元件以及连接板依序密封连接后构成。该种新型带压作业压力平衡控制装置结构设计简单、紧凑，密封设计性能可靠，且可以采用液压远程控制，操作方便，非常易于实现自动控制，满足了油水井带压作业过程中实现生产自动化的需要。
文档编号E21B33/06GK201269071SQ20082009113
公开日2009年7月8日 申请日期2008年10月17日 优先权日2008年10月17日
发明者任永良, 常玉连, 贾光政 申请人:大庆石油学院