井口截止阀的制作方法

本申请涉及天然气和石油开采技术领域，尤其涉及一种井口截止阀。

背景技术：

传统的油气井中，通过气动薄膜阀控制井口的开关。常规的气动薄膜阀需要从油气井的套管采集驱动气源，并且套管气需要经过降压和过滤后才能进入气动薄膜阀内。这需要设置复杂的管线和连接装置，并且需要繁复的电磁阀控制。上述情况大大增加了井口的安全风险和检修工作量，导致井口的工作可靠性变差。

技术实现要素：

本申请的实施例提供一种井口截止阀，其在不采用套管气作为动力源的情况下也能够可靠的实现油气井井口的打开和关闭，从而杜绝了套管气作为动力源时存在的安全风险和检修问题，提高了油气井井口的工作可靠性。

为了达到上述的目的，本申请的实施例采用如下技术方案：

井口截止阀，包括：阀体，阀体限定工作通道，阀体上开设有沿径向连通工作通道与外界的流体进口，阀体上开设有连通工作通道轴向一端的流体出口，流体出口内壁设置有径向向内凸出的密封座圈；阀芯，阀芯设置在工作通道内，并被构造为能够与密封座圈密封接触，以关闭流体出口；阀杆，阀杆设置在工作通道内，阀杆被构造为与阀芯可轴向相对运动的连接；轴密封机构，轴密封机构固定在工作通道内，轴密封机构被阀杆可活动的贯穿；以及驱动机构，驱动机构与阀杆远离阀芯的一端连接；其中，驱动机构被构造为通过阀杆带动阀芯沿工作通道在与密封座圈密封接触的截止位置以及脱离密封座圈的打开位置之间往复运动；阀芯被构造为在截止位置时受到由流体进口进入工作通道的流体施加的沿打开位置至截止位置方向流体压力。

进一步的，阀杆靠近流体出口的一端设置有两个夹持部，两个夹持部相对间隔设置，两个夹持部相互靠近的一侧设置有凸出部；阀芯设置有与凸出部对应的凹槽；阀芯的一部分位于两个夹持部之间，凸出部位于凹槽内；凹槽的宽度大于凸出部的宽度，以使阀杆与阀芯能够轴向相对运动。

进一步的，阀芯为球体，密封座圈的内周面为沿打开位置至截止位置的方向内径逐渐减小的锥形面；当阀芯位于截止位置时，阀芯的外球面与密封座圈的内周面密封接触。

进一步的，多个流体进口围绕工作通道布置。

进一步的，井口截止阀还包括第一检测装置、第二检测装置和触发装置；触发装置被构造为随阀杆运动；第一检测装置和第二检测装置相对于阀体固定设置；第一检测装置被构造为在阀芯运动至打开位置时与触发装置配合；第二检测装置被构造为在阀芯运动至截止位置时与触发装置配合；第一检测装置和第二检测装置均与驱动机构电连接。

进一步的，井口截止阀还包括第三检测装置和第四检测装置；第三检测装置和第四检测装置相对于阀体固定设置；第三检测装置被构造为在阀芯沿截止位置至打开位置的方向运动并越过打开位置后与触发装置配合；第四检测装置被构造为在阀芯沿打开位置至截止位置的方向运动并越过截止位置后与触发装置配合；第三检测装置和第四检测装置均与驱动机构电连接。

进一步的，第一检测装置和第二检测装置均为接近开关，第三检测装置和第四检测装置为微动开关。

进一步的，驱动机构包括电机、外螺纹杆和内螺纹套；电机与阀体固定连接，外螺纹杆和内螺纹套螺纹配合并设置在工作通道内；外螺纹杆和内螺纹套中的一者与电机的输出轴传动连接，另一者与阀杆连接且与阀体不可转动的配合。

进一步的，轴密封机构包括密封套、弹性套、弹簧、第一限位环和第二限位环；第一限位环和第二限位环相对固定在工作通道内；密封套、弹性套和弹簧设置在第一限位环和第二限位环之间；密封套可滑动的套设于阀杆；密封套靠近第一限位环的一端径向向外凸出形成接触环；弹性套套设于密封套；弹簧的一端与第二限位环抵靠；弹簧的另一端作用于弹性套以使弹性套紧贴接触环，且使接触环紧贴第一限位环；弹性套的外周面与工作通道的内表面接触；弹性套的内周面与密封套的外周面接触；密封套的内周面与阀杆的外周面接触。

进一步的，弹性套包括多个相互独立且并排设置的橡胶环。

本申请的技术方案至少具有如下优点和有益效果：

本申请的发明人发现，如果在油气井的井口利用传统的截止阀替代气动薄膜阀来控制井口的打开或关闭，则存在在大温差和井口流体压力剧烈波动的工况下会发生泄漏的问题。本申请的发明人经过研究发现，之所以传统的截止阀在大温差和井口流体压力剧烈波动的工况下会发生泄漏，是由于阀芯与驱动机构是相对固定的连接的，使的阀芯与阀座密封接触的力只来自于驱动机构。驱动机构带动阀芯运动至与阀座密封接触的位置后，不再继续对阀芯施加压紧力。在大温差和井口流体压力剧烈波动的工况下，阀芯或阀座或发生微量形变或位移，这导致了泄漏发生。本申请实施例提供的井口截止阀，阀杆被构造为与阀芯可轴向相对运动的连接。这样，当驱动机构通过阀杆带动阀芯运动至截止位置后，通过流体进口进入工作通道的流体会对阀芯施加沿打开位置至截止位置方向的流体压力。阀芯能够在流体压力的作用下始终与密封座圈密封接触。当阀芯或密封座圈在大温差和井口流体压力剧烈波动的工况下发生形变或位移时，阀芯能够流体压力的作用下运动从而对发生的形变或位移进行补偿，使得阀芯始终与密封座圈密封接触，避免了大温差和井口流体压力剧烈波动的工况下发生流体泄漏的情况发生。本申请实施例提供的井口截止阀，其在不采用套管气作为动力源的情况下也能够可靠的实现油气井井口的打开和关闭，从而杜绝了套管气作为动力源时存在的安全风险和检修问题，提高了油气井井口的工作可靠性。

附图说明

为了更清楚的说明本申请实施例的技术方案，下面对实施例中需要使用的附图作简单介绍。应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施方式，不应被看作是对本申请范围的限制。对于本领域技术人员而言，在不付出创造性劳动的情况下，能够根据这些附图获得其他附图。

图1为本申请实施例提供的井口截止阀的外部结构示意图；

图2为本申请实施例提供的井口截止阀的剖面结构示意图，其中阀芯位于打开位置；

图3为本申请实施例提供的井口截止阀的剖面结构示意图，其中阀芯位于截止位置；

图4为本申请实施例提供的井口截止阀中，阀体和阀芯的结构示意图；

图5为本申请实施例提供的井口截止阀的局部结构示意图a；

图6为本申请实施例提供的井口截止阀的局部结构示意图b。

图中：010-井口截止阀；100-阀体；100a-工作通道；100b-流体出口；100c-流体进口；110-密封座圈；120-长条孔；200-阀芯；210-凹槽；300-阀杆；310-夹持部；320-凸出部；400-轴密封机构；410-第一限位环；420-第二限位环；430-密封套；431-接触环；440-弹性套；450-弹簧；500-驱动机构；510-电机；520-外螺纹杆；530-内螺纹套；610-第一检测装置；620-第二检测装置；630-第三检测装置；640-第四检测装置；650-触发装置；651-触发杆；652-触发板；700-支撑板。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。

因此，以下对本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的部分实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征和技术方案可以相互组合。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，这类术语仅是为了便于描述本申请和简化描述，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申请的限制。

本申请的描述中，“油气井”可以指石油井，也可以指天然气井。当“油气井”为天然气井时，其可以是用于采集常规天然气的天然气井，也可以是用于采集非常规天然气(页岩气、煤层气等)的天然气井。

实施例1：

图1为本实施例提供的井口截止阀010的外部结构示意图；图2为本实施例提供的井口截止阀010的剖面结构示意图，其中阀芯200位于打开位置；图3为本实施例提供的井口截止阀010的剖面结构示意图，其中阀芯200位于截止位置。

请结合参照图1、图2和图3，在本实施例中，井口截止阀010包括阀体100、阀芯200、阀杆300、轴密封机构400和驱动机构500。

阀体100整体上呈圆管状，阀体100限定沿轴向延伸的工作通道100a。阀体100轴向一端开设有与工作通道100a的轴向一端连通的流体出口100b。在阀体100靠近流体出口100b的端部开设有沿径向连通工作通道100a与外界的流体进口100c。在流体出口100b的内壁设置有径向向内凸出的密封座圈110。阀芯200可沿轴向活动的设置在工作通道100a内。阀芯200能够与密封座圈110密封接触，以关闭流体出口100b。阀杆300设置在工作通道100a内，阀杆300沿工作通道100a的轴向延伸，并且阀杆300能够沿工作通道100a的轴向运动。阀杆300靠近流体出口100b的一端与阀芯200可轴向相对运动的连接。轴密封机构400固定设置在工作通道100a内，轴密封机构400倍阀杆300可活动的贯穿。流体进口100c位于轴密封机构400与流体出口100b之间。驱动机构500与阀杆300远离阀芯200的一端连接。驱动机构500被构造为通过阀杆300带动阀芯200沿工作通道100a在与密封座圈110密封接触的截止位置(图3所示的位置)以及脱离密封座圈110的打开位置(图2所示的位置)之间往复运动。阀芯200被构造为在截止位置时受到由流体进口100c进入工作通道100a的流体施加的沿打开位置至截止位置方向流体压力。

本申请的发明人发现，如果在油气井的井口利用传统的截止阀替代气动薄膜阀来控制井口的打开或关闭，则存在在大温差和井口流体压力剧烈波动的工况下会发生泄漏的问题。本申请的发明人经过研究发现，之所以传统的截止阀在大温差和井口流体压力剧烈波动的工况下会发生泄漏，是由于阀芯与驱动机构是相对固定的连接的，使的阀芯与阀座密封接触的力只来自于驱动机构。驱动机构带动阀芯运动至与阀座密封接触的位置后，不再继续对阀芯施加压紧力。在大温差和井口流体压力剧烈波动的工况下，阀芯或阀座或发生微量形变或位移，这导致了泄漏发生。本实施例提供的进口截止阀010中，阀杆300被构造为与阀芯200可轴向相对运动的连接。这样，当驱动机构500通过阀杆300带动阀芯200运动至截止位置后，通过流体进口100c进入工作通道100a的流体会对阀芯200施加沿打开位置至截止位置方向的流体压力。阀芯200能够在流体压力的作用下始终与密封座圈110密封接触。当阀芯200或密封座圈110在大温差和井口流体压力剧烈波动的工况下发生形变或位移时，阀芯200能够流体压力的作用下运动从而对发生的形变或位移进行补偿，使得阀芯200始终与密封座圈110密封接触，避免了大温差和井口流体压力剧烈波动的工况下发生流体泄漏的情况发生。当需要打开井口截止阀010时，驱动机构500通过阀杆300带动阀芯200运动至打开位置，此时阀芯200脱离密封座圈110，通过流体进口100c进入工作通道100a的流体通过流体出口100b流出。由于阀杆300与阀芯200可轴向相对运动的连接，当驱动机构500带动阀杆300远离流体出口100b，且阀杆300运动的距离在阀杆300与阀芯200可轴向相对运动的行程内时，阀芯200依然在流体压力的作用下与密封座圈110密封接触，井口截止阀010依然处于关闭状态。直至阀杆300运动的距离与阀杆300与阀芯200可轴向相对运动的行程相同时，阀杆300才能带动阀芯200向打开位置运动，阀芯200脱离密封座圈110。这样，能够在一定程度上避免驱动机构500误动带来的井口截止阀010意外打开的情况发生。本申请实施例提供的井口截止阀010，其在不采用套管气作为动力源的情况下也能够可靠的实现油气井井口的打开和关闭，从而杜绝了套管气作为动力源时存在的安全风险和检修问题，提高了油气井井口的工作可靠性。

在本实施例中，多个流体进口100c围绕工作通道100a布置，以使流体能够从多个角度进入工作通道100a。这样，能够使阀芯200在截止位置时受到更加均匀的流体压力，进而提高阀芯200与密封座圈110的密封性能。

图4为本实施例提供的井口截止阀010中，阀体100和阀芯200的结构示意图。阀杆300靠近流体出口100b的一端设置有两个夹持部310，两个夹持部310相对间隔设置，两个夹持部310相互靠近的一侧设置有凸出部320。阀芯200设置有与凸出部320对应的凹槽210。阀芯200的一部分位于两个夹持部310之间，凸出部320位于凹槽210内。凹槽210的宽度大于凸出部320的宽度，以使阀杆300与阀芯200能够轴向相对运动。具体的，本实施例中阀芯200为球体，密封座圈110的内周面为沿打开位置至截止位置的方向内径逐渐减小的锥形面；当阀芯200位于截止位置时，阀芯200的外球面与密封座圈110的内周面密封接触。

在本实施例中，驱动机构500包括电机510、外螺纹杆520和内螺纹套530。电机510固定连接在阀体100远离流体出口100b的一端。外螺纹杆520和内螺纹套530螺纹配合。外螺纹杆520和内螺纹套530均位于工作通道100a内。在本实施例中，外螺纹杆520与电机510的输出轴传动连接，以在电机510的驱动下转动。内螺纹套530与阀体100可轴向运动且不可转动的配合。内螺纹套530与阀杆300连接。当电机510带动外螺纹杆520向一个方向转动时，内螺纹套530向流体出口100b的方向运动。当电机510带动外螺纹杆520向相反方向转动时，内螺纹套530向远离流体出口100b的方向运动。可以理解的，在其他实施方式中，也可以使内螺纹套530与电机510的输出轴传动连接，外螺纹杆520与阀体100可轴向运动且不可转动的配合。

进一步的，在本实施例中，轴密封机构400包括第一限位环410、第二限位环420、密封套430、弹性套440和弹簧450。第一限位环410和第二限位环420相对固定在工作通道100a内。密封套430、弹性套440和弹簧450设置在第一限位环410和第二限位环420之间。密封套430可滑动的套设于阀杆300。密封套430靠近第一限位环410的一端径向向外凸出形成接触环431；弹性套440套设于密封套430；弹簧450的一端与第二限位环420抵靠；弹簧450的另一端作用于弹性套440以使弹性套440紧贴接触环431，且使接触环431紧贴第一限位环410。弹性套440的外周面与工作通道100a的内表面接触；弹性套440的内周面与密封套430的外周面接触；密封套430的内周面与阀杆300的外周面接触。弹簧450始终处于被压缩的状态，弹簧450对弹性套440施加沿轴向的弹性力，使弹性套440带动密封套430向第一限位环410运动，最终使得接触环431与第一限位环410紧贴，形成密封。在弹簧450施加的轴向力的作用下，弹性套440在径向方向上发生形变，使得弹性套440的外周面紧贴工作通道100a的内表面，同时弹性套440的内周面紧贴密封套430的外周面并对密封套430施加径向向内的压力。弹性套440对密封套430施加的径向向内的压力，使得密封套430的内周面能够紧贴阀杆300的外周面。上述结构实现了弹性套440的外周面与工作通道100a内表面之间的密封，实现了弹性套440的内周面与密封套430之间的密封，实现了密封套430的内周面与阀杆300之间的密封。如此，即实现了阀杆300与工作通道100a内周面之间的密封，避免了工作通道100a中的流体与驱动机构500接触，也避免了流体向油气井外泄漏。

进一步的，在本实施例中，弹性套440由橡胶构成。更进一步的，弹性套440包括多个相互独立且并排设置的橡胶环。多个橡胶环在弹簧450施加的轴向力的作用下相互紧贴。在弹簧450施加的轴向力的作用下，各个橡胶环各自单独发生径向形变，能够确保密封套430轴向各处受到较为均匀的径向压力，进而提高密封套430与阀杆300之间的密封性能。

进一步的，密封套430可以由聚四氟乙烯或尼龙制成，在本实施例中，密封套430由聚四氟乙烯制成。

图5为本实施例提供的井口截止阀010的局部结构示意图a。图6为本实施例提供的井口截止阀010的局部结构示意图b。请参照图5和图6，在本实施例中，井口截止阀010还包括第一检测装置610、第二检测装置620和触发装置650；触发装置650被构造为随阀杆300运动；第一检测装置610和第二检测装置620相对于阀体100固定设置；第一检测装置610被构造为在阀芯200运动至打开位置时与触发装置650配合；第二检测装置620被构造为在阀芯200运动至截止位置时与触发装置650配合；第一检测装置610和第二检测装置620均与驱动机构500电连接。

具体的，在阀体100的外表面固定连接有支撑板700，第一检测装置610和第二检测装置620固定在支撑板700上。在阀体100上开设有沿轴向延伸的长条孔120。长条孔120将工作通道100a与外界连通。触发装置650包括触发杆651和触发板652。触发杆651贯穿长条孔120。触发杆651位于工作通道100a内的一端与内螺纹套530固定连接，触发杆651能够阻止内螺纹套530转动，同时触发杆651能够随内螺纹套530沿轴向运动。触发杆651位于阀体100外的一端与触发板652连接。在本实施例中，第一检测装置610和第二检测装置620为接近开关。当阀芯200运动至打开位置时，触发板652靠近并触发第一检测装置610，第一检测装置610向电机510发出第一检测信号，电机510在收到第一检测信号后停止工作。当阀芯200运动至截止位置时，触发板652靠近并触发第二检测装置620，第二检测装置620向电机510发出第二检测信号，电机510在收到第二检测信号后停止工作。

在本实施例中，还是设置有第三检测装置630和第四检测装置640；第三检测装置630和第四检测装置640相对于阀体100固定设置；第三检测装置630被构造为在阀芯200沿截止位置至打开位置的方向运动并越过打开位置后与触发装置650配合；第四检测装置640被构造为在阀芯200沿打开位置至截止位置的方向运动并越过截止位置后与触发装置650配合；第三检测装置630和第四检测装置640均与驱动机构500电连接。

具体的，第三检测装置630和第四检测装置640固定在支撑板700上。第三检测装置630和第四检测装置640均与驱动机构500的供电装置电连接。沿打开位置至截止位置的方向，第三检测装置630、第一检测装置610、第二检测装置620和第四检测装置640依次布置。第三检测装置630和第四检测装置640均为接近开关。当阀芯200沿截止位置至打开位置的方向运动并越过打开位置后，触发板652与第三检测装置630抵靠，第三检测装置630被触发，发出第三检测信号。驱动机构500的供电装置收到第三控制信号后，切断对电机510的供电。当阀芯200沿打开位置至截止位置的方向运动并越过截止位置后，触发板652与第四检测装置640抵靠，第三检测装置630被触发，发出第四检测信号。驱动机构500的供电装置收到第四控制信号后，切断对电机510的供电。

以上所述仅为本申请的部分实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。