纳米陶瓷多级球面密封柱塞阀的制作方法

本发明涉及一种专门用于大斜度抽油泵的柱塞阀装置。

背景技术：

随着世界范围内油田的再认识和深度开发，原来不被重视的条件较差油田逐渐成为开发重点，产量占比越来越大。由于地形地貌限制和储层条件的制约，开发此类油田应用的大斜度油井，甚至水平油井越来越多，由于此类油井储层渗透率较低，动液面恢复较慢，抽油泵常常要放到斜度较大的位置，然而常规抽油泵在下放到大斜度井段时，往往容易出现柱塞受力弯曲变形，上下运动困难，球阀闭合不严，漏失严重，抽油泵不能正常工作问题。严重影响油田的持续高效开发，亟需研究一种创新型柱塞和凡尔来解决这一问题，保证抽油泵在大斜度井段正常工作，保持油田正常生产。

技术实现要素：

为解决常规柱塞泵在下放到大斜度井段时，出现的柱塞受力弯曲变形，上下运动困难，靠重力驱动的球阀受摩擦产生闭合迟滞、不严、漏失严重等问题，本发明提供了一种上下滑动顺畅，阀闭合及时，阀密封严实的纳米陶瓷多级球面密封柱塞阀。

本发明的技术方案在于：

纳米陶瓷多级球面密封柱塞阀，包括上接头、柱塞、阀体杆机构以及阀体杆扶正套；所述柱塞前端设有上盖板，上盖板上设有开口以及过流孔，柱塞后端开放；阀体杆机构位于柱塞内，且阀体杆前端穿过上盖板上的开口并与上接头相连，所述上接头的宽度大于开口的直径，阀体后端连接阀体杆扶正套；阀体杆机构包括阀体杆以及等间距依次固定套在阀体杆上的三个阀球，分别为上阀球、中阀球以及下阀球；柱塞内壁设有阀座组，所述阀座组包括与阀球等间距设置的三个阀座，依次为上阀座、中阀座以及下阀座；阀座与阀球一一对应，且阀座上设有与对应阀球吻合的密封球面；阀体杆扶正套上设有凸起和凹槽；下阀球与阀体杆扶正套连接。阀体杆为一圆柱体，柱塞为筒状。

所述阀体杆扶正套上的凸起和凹槽为螺旋状。阀体杆扶正套的凸起在上下运动过程中既可以起到扶正防偏磨作用，又能起到刮蜡和清蜡的作用；

所述上阀球的球径＜中阀球的球径＜下阀球的球径，液体流过时流速逐渐增大，可以起到腔体壁面和阀组的自清洗作用。

所述上阀球和中阀球包括依次连接的上部和下部，上部为半球体，下部为圆锥体，球的直径与圆锥体圆形的直径相等，下部设计为圆锥体，有利于液流通过流道。

所述过流孔为梅花形，数目为4个。

所述柱塞外表面镶嵌有纳米陶瓷材料柱塞面。

所述纳米陶瓷材料为氧化锆。应用纳米材料氧化锆制作柱塞面取代了普通钢制柱塞，它具有高硬度、抗高温、抗腐蚀性强、不磁化、耐氧化、化学稳定性好等特点，能大大降低与泵筒间歇，降低漏失量，提高泵效。

本发明的技术效果在于：

本发明柱塞与阀体杆采用分体设计，代替普通柱塞一体式结构，使井斜造成的弯曲应力直接作用在阀体杆上，而对柱塞影响极小，能大大降低其与泵筒间歇，降低漏失量，提高泵效；应用阀体杆代替普通阀球，应用密封球面取代普通凡尔座的斜面，三个阀球和阀座的密封球面形成多级球面密封，确保密封的严密和稳定，当阀体杆受井斜影响弯曲时，三个阀球均只是转动一定的角度，并不影响阀球和阀座的密封。

附图说明

图1为本发明纳米陶瓷多级球面密封柱塞阀的1/4剖视图。

图2为发明纳米陶瓷多级球面密封柱塞阀的aa’和bb’处横截面视图。

图3为柱塞阀局部放大图。

附图标记：1-上接头、2-上盖板、3-上阀座、4-柱塞面、5-中阀座、6-密封球面、7-半球体、8-圆锥体、9-柱塞、10-下阀座、11-阀体杆扶正套、12-上阀球、13-阀体杆、14-中阀球、15-下阀球、16-过流孔、17-凸起。

具体实施方式

纳米陶瓷多级球面密封柱塞阀，包括上接头1、柱塞9、阀体杆13机构以及阀体杆扶正套11；所述柱塞9前端设有上盖板2，上盖板2上设有开口以及4个梅花形过流孔16，柱塞9后端开放；阀体杆13机构位于柱塞9内，且阀体杆13前端穿过上盖板2上的开口并与上接头1相连，所述上接头1的宽度大于开口的直径，阀体后端连接阀体杆扶正套11；阀体杆13机构包括阀体杆13以及等间距依次固定套在阀体杆13上的三个阀球，分别为上阀球12、中阀球14以及下阀球15；柱塞9内壁设有阀座组，所述阀座组包括与阀球等间距设置的三个阀座，依次为上阀座3、中阀座5以及下阀座10；阀座与阀球一一对应，且阀座上设有与对应阀球吻合的密封球面6；阀体杆扶正套11上设有凸起17和凹槽；下阀球15与阀体杆扶正套11连接。阀体杆13为一圆柱体，柱塞9为筒状。

所述阀体杆扶正套11上的凸起17和凹槽为螺旋状。阀体杆扶正套11的凸起17在上下运动过程中既可以起到扶正防偏磨作用，又能起到刮蜡和清蜡的作用；

所述上阀球12的球径＜中阀球14的球径＜下阀球15的球径，液体流过时流速逐渐增大，可以起到腔体壁面和阀组的自清洗作用。所述柱塞9外表面镶嵌有纳米陶瓷材料氧化锆柱塞面4。

实施例2

在实施例1的基础上，上阀球12和中阀球14包括依次连接的上部和下部，上部为半球体7，下部为圆锥体8，球的直径与圆锥体8圆形的直径相等，下部设计为圆锥体8，有利于液流通过流道。

本发明所述的纳米陶瓷多级球面密封柱塞阀，在使用时连接外部抽油杆，抽油杆驱动整个柱塞9阀做上下运动。阀体杆13上行时，三个阀球受阀体杆13上提力作用与分别与对应阀座接触封闭，形成密封，并带动柱塞9上行；阀体杆13下行时，阀体杆13首先受力下行，当上接头1接触柱塞9上盖板2时，推动其向下运动，此时三个阀球与对应阀座分离，阀体杆13继续下行，带动柱塞9下行。纳米陶瓷多级球面密封柱塞阀如此做上下往返的运动，完成整个抽汲过程。

本发明在阀体组全部开启时，阀体杆扶正套11的凹槽、阀球与阀座间隙、阀体杆13与柱塞9空间、上盖板2过流孔16形成一个过流通道，保证液流通过，在阀体组全部关闭时，三个阀球面分别与对应的密封球面6闭合，过流通道关闭。

本发明由于柱塞9与阀体杆13采用分体设计，代替普通柱塞9一体式结构，使井斜造成的弯曲应力直接作用在阀体杆13上，而对柱塞9影响极小，能大大降低其与泵筒间歇，降低漏失量，提高泵效；应用阀体杆13代替普通阀球，应用密封球面6取代普通凡尔座的斜面，三个阀球和阀座的密封球面6形成多级球面密封，确保密封的严密和稳定，当阀体杆13受井斜影响弯曲时，三个阀球均只是转动一定的角度，并不影响阀球和阀座的密封。解决了在下放到大斜度井段时，出现的柱塞9受力弯曲变形，上下运动困难，靠重力驱动的球阀，由于处在倾斜轨道中，受摩擦力影响产生闭合迟滞、不严、漏失严重等问题。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种专门用于大斜度抽油泵的柱塞阀装置。纳米陶瓷多级球面密封柱塞阀，包括上接头、柱塞、阀体杆机构以及阀体杆扶正套；所述柱塞前端设有上盖板，上盖板上设有开口以及过流孔；阀体杆机构位于柱塞内，且前端穿过上盖板上的开口并与上接头相连，阀体后端连接阀体杆扶正套；阀体杆机构包括阀体杆以及等间距依次固定套在阀体杆上的三个阀球，柱塞内壁设有三个阀座，阀座与阀球一一对应，且阀座上设有与对应阀球吻合的密封球面；下阀球与阀体杆扶正套连接。本发明解决了在下放到大斜度井段时，出现的柱塞受力弯曲变形，上下运动困难，靠重力驱动的球阀，由于处在倾斜轨道中，受摩擦力影响产生闭合迟滞、不严、漏失严重等问题。

技术研发人员：高庆华;申峰;王书宝;赵亚杰;段景杰;李国明;刘通;庞振宇;符喜德;刘建刚
受保护的技术使用者：陕西延长石油（集团）有限责任公司研究院
技术研发日：2017.06.28
技术公布日：2017.08.29