一种环状阀板式井下安全装置的制作方法

本申请涉及但不限于海上石油开采技术，尤其是一种环状阀板式井下安全装置。

背景技术：

根据国家海洋石油安全生产相关条例，海上气井、自喷井、自溢井应当安装井下封隔器；在海床面30米以下，应当安装井下安全阀，防止井下流体意外上返对海洋平台及海洋环境造成危害。

目前，一些大型的水泥桩腿式的平台投入使用，由于平台空间变得更大，很多有杆泵，如皮带抽油机或链条式抽油机陆续应用于海上平台；另外，一些管柱较复杂的采油技术，如同心管射流泵采油技术也将应用于海上平台。

然而，这些采油技术通常要在油管内放置抽油杆或小油管，这将直接导致现有技术中的井下安全阀由于阀板受到抽油杆或小油管的阻挡而作业失效，无法正常的开启和关闭。

技术实现要素：

本申请解决的技术问题是提供一种环状阀板式井下安全装置，能够有效克服现有技术中存在的缺陷，能够实现油管内放置抽油杆或小油管时井下流体仍然可以有控制地返出。

为解决上述技术问题，本申请提供了一种环状阀板式井下安全装置，包括主体、位于主体上方的上罩以及位于主体下方的下罩；

所述主体设置有中空通道以及贯穿中空通道的内密封插管，内密封插管的顶端用于连通抽油管，内密封插管的底端用于连通油管管柱底端的泵筒；内密封插管内设置的内孔构成泵筒与抽油管之间的独立传输通道。

上述环状阀板式井下安全装置，还可具体如下特点，

所述上罩的内部设置有套设在内密封插管外侧的中心管，所述上罩与中心管之间的环状腔体构成用于有杆泵油气输送的第二环形流道；所述主体上开设有多个孔道，所述孔道的顶端与所述第二环形流道连通，所述下罩的内部设置有用于封堵孔道底端的封堵机构；

所述封堵机构连接有控制机构，所述控制机构用于控制封堵机构的开启状态与封堵状态之间的转换。

上述环状阀板式井下安全装置，还可具体如下特点，

所述封堵机构包括位于下罩内部的锥体，所述锥体的顶端面为外锥面，所述主体的底端内沿为内锥面，所述孔道底端位于内锥面内，所述外锥面与内锥面之间的锥面配合用于构成锥面密封结构。

上述环状阀板式井下安全装置，还可具体如下特点，

所述封堵机构还包括弹簧和套设在锥体外侧的扶正环，所述下罩的内部设置有环形台阶面，所述弹簧的顶端与扶正环接触，所述弹簧的底端与下罩的环形台阶面接触，所述锥体的底端插入到环形台阶面的中间通道内。

上述环状阀板式井下安全装置，还可具体如下特点，

所述控制机构包括开设在主体上的活塞腔和设置在活塞腔内部的柱状活塞，所述柱状活塞的底端与扶正环连接，所述活塞腔的顶端设置有与液控管线连通的液控连接口。

上述环状阀板式井下安全装置，还可具体如下特点，

所述上罩的顶端连通上油管，所述上罩的底端套设在所述主体的顶端外沿上；所述下罩的顶端套设在所述主体的底端外沿上，所述下罩的底端连通下油管。

上述环状阀板式井下安全装置，还可具体如下特点，

所述上罩与上油管之间、所述下罩与下油管之间均为油管螺纹连接；所述上罩与主体之间、所述下罩与主体之间均为密封螺纹连接。

上述环状阀板式井下安全装置，还可具体如下特点，

所述中心管的底端与主体的顶端内沿连接，所述内密封插管的顶端贯穿中心管的内部并与抽油管连通，所述内密封插管与中心管之间设置有密封面。

上述环状阀板式井下安全装置，还可具体如下特点，

所述内密封插管的外侧套设有密封活塞，密封活塞的侧壁设置有环状密封槽，环状密封槽内设置有密封圈，所述密封圈用于构成所述内密封插管和中心管之间的密封面。

上述环状阀板式井下安全装置，还可具体如下特点，

所述柱状活塞的顶端设置有柱状活塞密封。

本申请上述技术方案具有如下有益效果：

相比于现有技术，本发明提供的环状阀板式井下安全装置能够应用于有杆泵或同心管射流泵，能够避免现有井下安全装置不能在有杆泵或同心管射流泵上使用的问题；另外，本发明提供的井下安全装置允许阀体内放置抽油杆或小油管，从而保证井下流体被抽汲到地面，即安全装置的操作不会影响到抽油杆的正常生产；此外，当遇到紧急情况时，通过切断地面液控管线压力，及时地关闭井下安全装置，阻止井下流体上返，保护海上平台设备、安全及海洋环境。

本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例而了解。本申请的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本申请技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，并不构成对本申请技术方案的限制。

图1为本发明的应用状态示意图；

图2为本发明在关闭状态时的整体结构示意图；

图3为本发明在开启状态时下半部分的结构示意图；

图4为本发明中主体的结构示意图；

图5为本发明中柱状活塞、锥体、扶正环和弹簧的装配示意图；

图6为本发明中部分组件的装配示意图；

图7为本发明中内密封插管活塞密封的局部放大示意图；

图8a为本发明在开启状态时井底流体流过本发明上半部分的示意图；

图8b为本发明在开启状态时井底流体流过本发明下半部分的示意图；

图9a为本发明在关闭状态时井底流体流过本发明上半部分的示意图；

图9b为本发明在关闭状态时井底流体流过本发明下半部分的示意图；

附图标记：

1-下罩；2-锥体；3-主体；4-弹簧；5-扶正环；6-内密封插管；7-中心管；8-上罩；9-液控连接口；100-内孔；101-第一环形流道；102-孔道；103-第二环形流道；11-柱状活塞；11a-柱状活塞密封；12-活塞腔；13-密封螺纹iii；14-抽油杆；15-上油管；16-下油管；17-油管螺纹；18-液控管线；19-井下安全装置；22-外锥面；25-海上平台；26-油管管柱；27-泵筒；28-封隔器；29-井口；31-内锥面；62-密封活塞；62a-密封圈；63-密封螺纹ii；71-喇叭口；81-密封螺纹i。

具体实施方式

下文中将结合附图对本申请的实施例进行详细说明。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可以相互任意组合。

如图1所示，本发明提供的环状阀板式井下安全装置的应用场景。当海上平台25采用有杆泵或同心管射流泵采油时，将本发明提供的环状阀板式井下安全装置19放置于油管管柱26上，其对应的井深一般要求低于海底30米；其中，抽油杆14或小油管可穿过本发明提供的环状阀板式井下安全装置19以及封隔器28最终可到达泵筒27，有杆泵或同心管射流泵可正常的工作，流体可上返至井口29处；当遇到紧急情况，可通过切断液控管线18的压力供应，从而关闭本发明提供的井下安全装置19，防止油管管柱26内流体意外上返，能够有效保护平台人员和设备安全。

下面通过环状阀板式井下安全装置的具体组成进一步说明本发明实施例的技术方案。

实施例一：

如图2所示，本发明实施例一提供了一种环状阀板式井下安全装置，包括主体3、位于主体3上方的上罩8以及位于主体3下方的下罩1。

主体3设置有中空通道以及贯穿中空通道的内密封插管6，内密封插管6的顶端用于连通抽油管14，内密封插管6的底端用于连通油管管柱底端的泵筒27；内密封插管6内设置的内孔100，能够提供给泵筒27与抽油管14之间的独立传输通道，以保证抽油管14的正常运行。

上罩8的底端可套设在主体3的顶端外沿上，上罩8的顶端可连通上油管15，上罩8的内部可设置有中心管7，上罩8与中心管7之间的环状腔体为第二环形流道103，第二环形流道103为有杆泵的油气输送通道。中心管7的底端与主体3的顶端内沿连接，内密封插管6的顶端可贯穿中心管7的内部并与抽油管连通；中心管7与内密封插管6之间具有密封面，以有效防止有杆泵的开采油气经中心管7与内密封插管6之间的环状腔体上返。

下罩1的顶端可套设在主体3的底端外沿上，下罩1的底端可连通下油管16，下罩1与内密封插管6之间的环状腔体为有杆泵的油气输送通道。主体3上开设有多个孔道102，孔道102的顶端与中心管7与上罩8之间构成的第二环形流道103连通；下罩1的内部设置有用于封堵孔道102底端的封堵机构。

具体操作中，上述封堵机构处于开启状态时，油气可从下罩1与内密封插管6之间的环状腔体顺利进入孔道102的底端，并经孔道102的顶端流至第二环形流道103中，即可实现有杆泵的油气正常输送作业。上述封堵机构处于封堵状态时，孔道102的底端处于封堵状态，油气可停留在下罩1与内密封插管6之间的环状腔体内，能够有效避免突发情况下的油气上返意外发生，能够有效保护平台人员和设备安全。

结合图3、图4、图5所示，本实施例中，封堵机构包括位于下罩1内部的锥体2，锥体2顶端面为外锥面22，主体3的底端内沿为内锥面31，上述外锥面22与内锥面31之间的锥面配合即可构成锥面密封结构；上述孔道102的底端位于内锥面31内，上述锥面密封机构即可有效封堵孔道102的底端；上述外锥面22与内锥面31优选为光滑的金属锥面，以构成相应的金属锥面密封结构，能够有效保证锥面密封结构的稳定性。

进一步的，封堵机构还包括弹簧4和套设在锥体2外侧的扶正环5，下罩1的内部设置有环形台阶面，弹簧4的顶端与扶正环5接触，弹簧4的底端与下罩1的环形台阶面接触；锥体2的底端可插入到环形台阶面的中间通道内。弹簧4的初始状态可以为受压状态，即弹簧4的顶端将扶正环5与锥体2向上顶起，并将锥体2的外锥面22牢牢的抵靠在内锥面31上，孔道102为封堵状态。当扶正环5受外界压力作用下，位于扶正环5下方的弹簧4压缩，同时锥体2的底端继续向下插入至环形台阶面的中间通道内，锥体2的外锥面22脱离开内锥面31，孔道102可导通。

本实施例中，封堵机构还连接控制机构，上述控制机构用于控制封堵机构的开启状态与封堵状态之间的转换。控制机构包括开设在主体3上的活塞腔12和设置在活塞腔12内部的柱状活塞11，柱状活塞11的顶端设置有柱状活塞密封11a，柱状活塞的底端与扶正环5连接，柱状活塞的顶端的压力变化可转换为柱状活塞的上下移动，进而可驱动扶正环5进行相应的上下移动操作，以最终实现封堵机构的开启或封堵状态的有效控制。

如图6所示，主体3上开设有1～2个活塞腔12，柱状活塞11的底端开有键槽；键槽与扶正环5可实现便捷的连接操作；上述活塞腔12的顶端可设有液控连接口9，液控连接口9能与液控管线18进行连接；通过液控管线18的控制操作，即可实现活塞腔内的压力控制操作，进而可实现柱状活塞11的上下移动控制操作。

如图7所示，上述内密封插管6的外侧套设有密封活塞62，密封活塞62的侧壁设置有环状密封槽，环状密封槽内设置有密封圈62a；上述密封圈62a能够形成内密封插管6与中心管7构成的第一环形流道101的有效密封，能够有效避免有杆泵的开采油气经中心管7与内密封插管6之间的环状腔体上返。本实施例中，中心管7的顶端设置有喇叭口71，上述喇叭口71的设置能够有利于密封活塞62的插入操作。

本实施例中，主体3上均布开设有1～8个孔道102，孔道102的轴线优选平行于主体3的轴线。

本实施例中，上罩8顶端通过油管螺纹17与上油管15连接，上罩8底端与主体3顶端通过密封螺纹i81连接；中心管7底端与主体3顶端通过密封螺纹ii63连接；下罩1顶端与主体3底端通过密封螺纹iii13连接，下罩1底端也通过油管螺纹17与下油管16连接，内密封插管6通过油管螺纹的连接结构与抽油杆14连接。

本发明提高的环状阀板式井下安全装置的工作过程如下：

当海上平台的有杆泵或同心管射流泵正常生产时，本发明提供的环状阀板式井下安全装置19，如图8a～8b所示，主体3内的柱状活塞11在液控管线18的压力供应下，产生活塞推力，推动锥体2并压缩弹簧4向下移动，此时锥体2顶端的环状外锥面22与主体3底端的环状内锥面31分开，孔道102处于导通状态；由于受到密封活塞62的密封作用，油气流不能通过内密封插管6与中心管7组成的第一环形流道101继续向上流动，只能通过主体3上的孔道102流至第二环形流道103，并由第二环形流道103继续向上流动，最终到达井口。

当海上平台遇到紧急情况，通过切断液控管线18压力供应，关闭本发明提供的井下安全装置19，此时阀体内的流体流动如下，如图9a～9b所示，由于受到内密封插管活塞62的密封作用，油气流不能通过内密封插管6与中心管7组成的第一环形流道101继续向上流动；同时，由于液控管线18切断，主体3内的柱状活塞11失去活塞推力，锥体2在弹簧4的回弹力下上移，直到锥体2顶端的环状外锥面22与主体3底端的环状内锥面31相互贴合，实现锥面对锥面的金属密封，此时孔道102处于封堵状态，油气流亦不能通过主体3上的孔道102向上流动；因此，此时油管管柱26内的油气流道被完全切断，油气流体不能上返，从而达到了保护平台设备、人员安全以及海洋环境的目的。

需要说明的是，无论本发明提供的环状阀板式井下安全装置19处于打开状态或者处于关闭状态，均不影响有杆泵或同心管射流泵的正常工作。

本发明提供的环状阀板式井下安全装置能够应用于有杆泵或同心管射流泵，能够避免现有井下安全装置不能在有杆泵或同心管射流泵上使用的问题；另外，本发明提供的环状阀板式井下安全装置允许阀体内放置抽油杆或小油管，并允许抽油杆上下往复运动，从而保证井下流体被抽汲到地面，即安全装置的操作不会影响到抽油杆的正常生产；此外，当遇到紧急情况时，通过切断地面液控管线压力，及时地关闭井下安全装置，阻止井下流体上返，保护海上平台设备、安全及海洋环境。

在本申请的描述中，术语“设置”、“相连”、“连接”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

本领域的技术人员应该明白，虽然本发明实施例所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明实施例而采用的实施方式，并非用以限定本发明实施例。任何本发明实施例所属领域内的技术人员，在不脱离本发明实施例所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明实施例的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。