三球座封式井筒截止阀的制作方法
【专利摘要】一种三球座封式井筒截止阀，包括阀体和阀座，所述阀座位于阀体的空腔内，并在流体的推动下在阀体内滑动并座封，所述阀体由上接头和下接头可拆装连接形成，连接处密封；所述阀座为活塞；所述活塞上开有第一过流通道、第二过流通道和第三过流通道，所述第一过流通道、第二过流通道和第三过流通道入口设有为每个球运动至各自座封位置起导引作用的过渡部；所述第一过流通道、所述第二过流通道和所述第三过流通道纵断面的中心在活塞断面上呈正三角形分布。该截止阀通过对球座的结构形式的改变为三球座封提供可能，增加过流面积，防止提前座封。可广泛应用于水平井分段压裂工艺。
【专利说明】三球座封式井筒截止阀
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种水平井分段压裂施工中的井筒截止阀，特别是涉及一种有三个座封流道的井筒截止阀。
【背景技术】
[0002]目前，水平井分段压裂工艺越来越多的应用到低渗储层措施改造中，以增加油气田产量。该工艺的作业管柱底端需要一种工具来满足以下作业施工要求，包括管柱下入过程中液体可通过，管柱到达指定深度后时可关闭通道憋压。现有油气田应用的该类型工具具备以上两个基本条件，但在实际使用过程中却存在很多缺陷，比如过流面积小、截流作用导致提前座封、结构设计不合理、加工和装拆维护难度大、密封锁定机构复杂缺乏稳定性等，这些缺陷甚至限制了整个施工工艺的发展，因此有必要对该工具进行重新研发。
[0003]现有技术的截止阀只有一个过流孔，受投球尺寸限制，过流面积小，在替浆过程需严格限制排量，否则会因截流作用导致提前座封；密封锁定机构设计复杂，如采用挤压橡胶件强制入槽锚定或者金属爪锚定等，因材料或形状不合理导致稳定性差；现有截止阀在整体结构设计上虽然都能满足使用的最基本要求，但是却没有兼顾拆装维护便捷性，比如整体筒式设计，其余零件均需伸入孔内安装或者采用繁冗的过多零件设计，增加了不必要的操作时间和难度。
实用新型内容
[0004]本实用新型涉及一种三球座封式井筒截止阀，其目的是通过对球座的结构形式的改变为三球座封提供可能，增加过流面积，防止提前座封。
[0005]另一目的是，通过对阀体连接方式的改变，增加装拆的便捷性。
[0006]为了实现上述实用新型目的，本实用新型采取的技术方案如下:
[0007]一种三球座封式井筒截止阀，包括阀体和阀座，所述阀座位于阀体的空腔内，并在流体的推动下在阀体内滑动并座封，其中，
[0008]所述阀体由上接头和下接头可拆装连接形成，连接处密封；
[0009]所述阀座为活塞；所述活塞上开有第一过流通道、第二过流通道和第三过流通道，所述第一过流通道、第二过流通道和第三过流通道入口设有为每个球运动至各自座封位置起导引作用的过渡部；所述第一过流通道、所述第二过流通道和所述第三过流通道纵断面的中心在活塞断面上呈正三角形分布。
[0010]优选地，所述活塞包括活塞体和活塞杆，所述活塞体与上接头通过剪切销钉连接并与上接头动密封；所述活塞体上有嵌有座封时打开的锁紧环；所述活塞杆上有座封时与下接头密封的密封结构。
[0011]优选地，所述过渡部包括第一台阶、第二台阶、第三台阶；
[0012]所述第一台阶由活塞体的上端面与所述第一过流通道、所述第二过流通道和所述第三过流通道入口端面之间形成的环面；
[0013]所述第二台阶为位于相邻两个过流通道底部的弧形块；
[0014]所述第三台阶为位于相邻两个过流通道之间的梯形块，所述梯形块的侧面为与其所对应过流通道壁连续的弧形面。
[0015]优选地，所述第三台阶与所述第一过流通道、所述第二过流通道和所述第三过流通道入口端面连接处均设置有具有座封时起密封作用的倒角过渡面。
[0016]优选地，所述第一过流通道、所述第二过流通道和所述第三过流通道均包括水平段和斜向段；
[0017]所述水平段位于活塞体内，所述水平段平行于活塞中心线设置；
[0018]所述斜向段设置在活塞体与活塞杆连接处，所述斜向段中心线的交点位于活塞的中心线上。
[0019]优选地，所述上接头和下接头公母扣连接，所述上接头内有与上部井下工具连接的母扣及第一台肩；
[0020]所述下接头内有第二台肩和密封筒，所述密封筒下端部有与下部井下工具连接的公扣；
[0021]所述第二台肩和上接头的下端面形成所述锁紧环的轴向定位槽。
[0022]优选地，所述第一台肩与所述活塞体间隙配合；所述密封筒与所述活塞杆间隙配入口 ο
[0023]优选地，所述下接头的下端有安装下部井下工具的装配孔道。
[0024]本实用新型和现有技术相比，具有如下有益效果:
[0025]该截止阀具备足够大的过流能力保证替浆及投球作业顺利进行，避免了一个过流通道的截流作用导致的提前座封；该截止阀结构设计简单合理，不仅更适于加工制造，而且装拆维护过程中不需额外工装，操作简单；该截止阀密封锁紧机构设计巧妙，并且保证稳定可靠。
[0026]活塞与上接头连接后安装剪切销钉，再连接下接头，安装过程避免狭窄空间操作，简单方便；该截止阀在拆卸过程中只要先拧下下接头，其他零件依次拆下，不存在需破坏锁紧机构才能拆卸的情况。
[0027]该截止阀投球憋压后，活塞下行至下接头进入密封筒，同时活塞上的锁紧环入槽后胀开锁定活塞位置，其中，密封机构有双重密封圈保证，设计巧妙并且都大大提高了稳定性。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]图1是三球井筒截止阀装配图。
[0029]图2是图1的A处放大图。
[0030]图3是低密度球座封后位置示意图。
[0031]图4是三球井筒截止阀立体装配图的纵剖图。
[0032]图5是三球井筒截止阀的活塞轴测图。
[0033]图6是三球井筒截止阀的过流通道分布示意图。
[0034]附图标记:1-上接头、2-密封圈a、3_剪切销钉、4-锁紧环、5-密封圈b、6_活塞、601-活塞体、602-活塞杆、7-密封圈c、8-下接头、9-第一过流通道、10-第一低密度球、11-第二过流通道、12-第三过流通道、13-第三低密度球、14-剪切销钉槽、15-锁紧环安装槽、16-母扣、17-公扣、18-第一台阶、19-第二台阶、20-第一台肩、21-第二台肩、22-密封筒、23-装配孔道、24-第二台阶、25_弧形面、26-倒角过渡面。
【具体实施方式】
[0035]为使本实用新型的实用新型目的、技术方案和有益效果更加清楚明了，下面结合附图对本实用新型的实施例进行说明，需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例和实施例中的特征可以相互任意组合。
[0036]下面结合图1至图6进行阐述，一种三球座封式井筒截止阀，包括阀体和阀座，所述阀座位于阀体的空腔内，并在流体的推动下在阀体内滑动并座封，其中，所述阀体由上接头I和下接头8可拆装连接形成，连接处密封；本实施例中，所述阀体由上接头I和下接头8公母扣连接形成，公母扣连接处通过设置嵌在上接头I外表面的两道密封圈a2密封；
[0037]所述阀座为活塞6 ;所述活塞6上开有第一过流通道9、第二过流通道11和第三过流通道12，所述第一过流通道9、第二过流通道11和第三过流通道12入口设有为每个球运动至各自座封位置起导引作用的过渡部；当后座封的球运动至过流通道入口位置时，已座封的球和所述过渡部一起形成后座封的球运动到其座封位置的导引通道。
[0038]参见图1，所述活塞6包括活塞体601和活塞杆602，所述活塞体601与上接头I通过剪切销钉3连接并与上接头I动密封；所述活塞体601上有嵌有座封时打开的锁紧环4 ;所述活塞杆602上有座封时与下接头8密封的密封结构。此处的密封结构为设置在活塞体602圆柱面上设置两道密封圈c7。所述活塞体601和活塞杆602为一体件。
[0039]参见图1和图4，所述上接头I和下接头8公母扣连接，所述上接头I
[0040]内有与上部井下工具连接的母扣16及第一台肩20 ；
[0041]所述下接头8内有第二台肩21和密封筒22，所述密封筒22下端部有与下部井下工具连接的公扣17 ；
[0042]所述第二台肩21和上接头I的下端面形成所述锁紧环4的轴向定位槽。
[0043]为了实现活塞6顺利实现从上接头I滑向下接头8，并在滑动过程中始终保持密封状态，所述第一台肩20的直径比活塞体601的直径略大，两者之间为间隙配合；所述密封筒22的直径比活塞杆602的直径略大，两者之间为间隙配合。
[0044]参见图4，所述下接头8的下端有与下部井下工具相匹配的装配孔道23，所述装配孔道23的直径自密封筒22至下接头8下端面逐渐增大。
[0045]如图6所示，所述第一过流通道9、所述第二过流通道11和所述第三过流通道12纵断面的中心在活塞断面上呈正三角形分布。
[0046]参见图4和图5，所述过渡部包括第一台阶18、第二台阶19、第三台阶24 ;所述过渡部的数量与过流通道的数量相等。
[0047]所述第一台阶18由活塞体601的上端面与所述第一过流通道9、所述第二过流通道11和所述第三过流通道12入口端面之间形成的环面；
[0048]所述第二台阶19为位于相邻两个过流通道底部的弧形块；
[0049]所述第三台阶24为位于相邻两个过流通道之间的梯形块，所述梯形块的侧面为与其所对应过流通道壁连续的弧形面25。
[0050]所述第一过流通道9、所述第二过流通道11和所述第三过流通道12均包括水平段和斜向段；
[0051]所述水平段位于活塞体内，所述水平段平行于活塞中心线设置；
[0052]所述斜向段设置在活塞体与活塞杆连接处，所述斜向段中心线的交点位于活塞的中心线上。(此处图中未示出)
[0053]参见图2，所述第三台阶24与所述第一过流通道9、所述第二过流通道11和所述第三过流通道12入口端面连接处均设置有具有座封时起密封作用的倒角过渡面26。
[0054]三个低密度球座封的过程如下:第一低密度球10在流体的推动下，依次上位于第一过流通道9和第二过流通道11底部的第一台阶18、第二台阶19、第三台阶24，进入第一过流通道9座封；第二低密度球按照与第一低密度球10相同的方式进入与第一过流通道9在同一水平位置的第二过流通道11 ;第三低密度球13在流体的推动下，依次上位于第一过流通道9和第二过流通道11底部的第一台阶18、第二台阶19、第三台阶24，并在流体的推力作用下，上至第一低密度球10和第二低密度球顶部，并在位于第一过流通道9和第二过流通道11侧面的三级台阶形成的过渡部的夹持作用下进入第三过流通道12 (此处已座封的第一低密度球10、第二低密度球以及与第三过流通道12对应的过渡部此处指第一过流通道9和第二过流通道11侧面的三级台阶形成共同形成后座封的球一一第三低密度球13运动到其座封位置一一第三过流通道12入口的导引通道)。
[0055]上述三球座封式井筒截止阀座封之后的结构剖视图参见图3，座封过程如下:在油气田水平分段压裂施工时，三球座封式井筒截止阀的上接头I与压差滑套连接，下接头8与浮箍浮鞋连接。座封作业时，从井口依次投入与活塞6内过流通道相匹配的三个低密度球，当三个低密度球依次进入各自过流通道后，封堵了上接头I和活塞6之间的流体通道，当压差达到剪切销钉3的剪断压力时，剪切销钉3被剪断与上接头I脱离，活塞6从上接头I滑向下接头8，滑动过程中，通过嵌在活塞体601上的四道密封圈b5始终形成与上接头I动密封。所述活塞体601外圆柱面从上到下依次设置两道密封圈b5、剪切销钉槽14、锁紧环安装槽15、两道密封圈b5。当流体推动活塞6滑动至下接头8时，锁紧环4弹开，固定活塞6的位置。避免活塞6向上接头I移动，此时，整个阀座(活塞6)通道被封堵。
[0056]上述三球座封式井筒截止阀的安装过程如下:
[0057]—、清洗润滑各零部件，并安装密封圈a2、密封圈b5和密封圈c7 ；
[0058]二、将锁紧环4套在活塞6的活塞体601上预留的安装槽内并用手压住，将活塞6整体插入到上接头I的下端内孔中直至对准剪切销钉3的安装位置；
[0059]三、安装剪切销钉3;
[0060]四、将下接头8连接到上接头I的下端。
[0061]上述三球座封式井筒截止阀的拆卸过程如下:
[0062]一、将下接头8从上接头I下端拧下；
[0063]二、取下活塞6上的锁紧环4，并从上接头I下端拔出活塞6 ;
[0064]三、取下所有密封圈和剪切销钉3，清洗并润滑各零部件。
[0065]虽然本实用新型所揭示的实施方式如上，但其内容只是为了便于理解本实用新型的技术方案而采用的实施方式，并非用于限定本实用新型。任何本实用新型所属【技术领域】内的技术人员，在不脱离本实用新型所揭示的核心技术方案的前提下，可以在实施的形式和细节上做任何修改与变化，但本实用新型所限定的保护范围，仍须以所附的权利要求书限定的范围为准。
【权利要求】
1.一种三球座封式井筒截止阀，包括阀体和阀座，所述阀座位于阀体的空腔内，并在流体的推动下在阀体内滑动并座封，其中， 所述阀体由上接头(I)和下接头(8)可拆装连接形成，连接处密封； 所述阀座为活塞￠);所述活塞(6)上开有第一过流通道(9)、第二过流通道(11)和第三过流通道(12)，所述第一过流通道(9)、第二过流通道(11)和第三过流通道(12)入口设有为每个球运动至各自座封位置起导引作用的过渡部； 所述第一过流通道(9)、所述第二过流通道(11)和所述第三过流通道(12)纵断面的中心在活塞断面上呈正三角形分布。
2.根据权利要求1所述的三球座封式井筒截止阀，其中，所述活塞(6)包括活塞体(601)和活塞杆(602)，所述活塞体(601)与上接头(I)通过剪切销钉(3)连接并与上接头(I)动密封；所述活塞体(601)上有嵌有座封时打开的锁紧环⑷；所述活塞杆(602)上有座封时与下接头(8)密封的密封结构。
3.根据权利要求2所述的三球座封式井筒截止阀，其中，所述过渡部包括第一台阶(18)、第二台阶(19)、第三台阶(24)； 所述第一台阶(18)由活塞体(601)的上端面与所述第一过流通道(9)、所述第二过流通道(11)和所述第三过流通道(12)入口端面之间形成的环面； 所述第二台阶(19)为位于相邻两个过流通道底部的弧形块； 所述第三台阶(24)为位于相邻两个过流通道之间的梯形块，所述梯形块的侧面为与其所对应过流通道壁连续的弧形面。
4.根据权利要求3所述的三球座封式井筒截止阀，其中，所述第三台阶(24)与所述第一过流通道(9)、所述第二过流通道(11)和所述第三过流通道(12)入口端面连接处均设置有具有座封时起密封作用的倒角过渡面(26)。
5.根据权利要求2至4任意一项所述的三球座封式井筒截止阀，其中，所述第一过流通道(9)、所述第二过流通道(11)和所述第三过流通道(12)均包括水平段和斜向段； 所述水平段位于活塞体内，所述水平段平行于活塞中心线设置； 所述斜向段设置在活塞体与活塞杆连接处，所述斜向段中心线的交点位于活塞的中心线上。
6.根据权利要求5所述的三球座封式井筒截止阀，其中，所述上接头(I)和下接头(8)公母扣连接，所述上接头(I)内有与上部井下工具连接的母扣(16)及第一台肩(20); 所述下接头(8)内有第二台肩(21)和密封筒(22)，所述密封筒(22)下端部有与下部井下工具连接的公扣(17)； 所述第二台肩(21)和上接头(I)的下端面形成所述锁紧环(4)的轴向定位槽。
7.根据权利要求6所述的三球座封式井筒截止阀，其中，所述第一台肩(20)与所述活塞体￠01)间隙配合；所述密封筒(22)与所述活塞杆￠02)间隙配合。
8.根据权利要求5所述的三球座封式井筒截止阀，其中，所述下接头(8)的下端有安装下部井下工具的装配孔道(23)。
【文档编号】E21B34/08GK204163691SQ201420333851
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年6月20日 优先权日:2014年6月20日
【发明者】付强, 董社霞, 周治春, 王杏尊, 乔金中, 矫洪喜, 边杰 申请人:中国海洋石油总公司, 中海油田服务股份有限公司