低扭旋塞阀及内防喷装置的制作方法

本实用新型涉及石油钻井设备技术领域，尤其是涉及一种低扭旋塞阀。本实用新型还涉及一种具有上述低扭旋塞阀的内防喷装置。

背景技术：

旋塞阀是一种快速开关的直通阀，包括阀体和位于其内的阀塞，阀塞和阀体上均设置有通道口。通过90度的旋转阀塞，使阀塞上的通道口与阀体上的通道口相通或分开以实现开启或关闭。

在石油、天然气钻井过程中，旋塞阀是必不可少的内防喷工具。旋塞阀主要用于出现井喷时，通过其及时关闭钻井通道，与井口防喷器组合，形成一道防喷防护墙。旋塞阀作为井控系统的内防喷工具之一，主要安装于井台方钻杆上、下，或安装于顶驱内。当出现井喷或井涌等情况时，能及时人为操作以关闭钻柱通道，与井下内防喷工具和井口防喷器一起，组成一道安全防护屏帐，以保证钻井安全。在现场操作中，接单根时也经常会采用开关位于其下方的旋塞阀来解决泥浆飞溅的问题，因此这一位置处的旋塞阀的使用频率很高。

然而，常规的旋塞阀存在转动扭矩大的问题，特别是在关闭状态，内部存压的情况下阀内密封元件受压变形和摩阻很大，以致于无法再次开启，这使得事故井场恢复安全状态后要泄压很困难，且加大了井控风险。此外，在上述问题的基础上，在多次开关后经常出现卡滞或密封不严的情况，因此常规的阀内密封元件容易过早的磨损，这时如继续使用，它将不能起到防喷保护的作用。综上，如何解决旋塞阀的转动扭矩大，以及过早出现严重磨损，一直是本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种低扭旋塞阀，以缓解现有技术中存在的旋塞阀的转动扭矩大以及过早出现严重磨损的技术问题。本实用新型的另一目的在于提供一种内防喷装置。

本实用新型提供的低扭旋塞阀，包括阀体，所述阀体内设置有上阀座、下阀座及位于两者之间的阀塞，所述上阀座、所述下阀座和所述阀塞内均设置有依次连通的用于流体通过的内通孔，所述阀塞和所述上阀座及所述下阀座均转动连接；在所述阀塞上连接有伸出所述阀体外的外阀杆，通过所述外阀杆驱动所述阀塞转动；在所述阀体与所述上阀座和/或所述下阀座之间设置有弹簧，所述弹簧的伸缩方向和所述内通孔的延伸方向一致。

进一步的，在所述阀体与所述上阀座和/或所述下阀座之间设置有用于放置弹簧的密封空间，所述弹簧的一端抵在所述上阀座和/或所述下阀座上，另一端抵在所述阀体内；在所述密封空间的端部设置有第一密封圈，所述第一密封圈位于所述阀体与所述上阀座和/或所述下阀座之间。

进一步的，还包括内阀杆，所述内阀杆设置在所述阀塞和所述外阀杆之间，所述内阀杆的两侧分别与所述阀塞和所述外阀杆卡接。

进一步的，在所述外阀杆靠近内阀杆的一侧设置有第一凸块，在所述内阀杆上对应设置有第一凹槽，所述第一凸块和所述第一凹槽卡合；在所述内阀杆靠近所述阀塞的一侧设置有第二凸块，所述阀塞上对应设置有第二凹槽，所述第二凸块和所述第二凹槽卡合。

进一步的，所述阀体与所述上阀座和/或所述下阀座螺接。

进一步的，所述上阀座和/或所述下阀座远离离所述阀塞的一端设置有卡簧。

进一步的，在所述上阀座和/或所述下阀座远离所述阀塞的一端设置有调整槽。

进一步的，在所述外阀杆的外侧设置有阀杆套，在所述阀杆套和所述外阀杆之间和/或所述阀体与所述阀杆套之间设置有第二密封圈。

进一步的，所述阀塞与所述上阀座和所述下阀座的转动连接的配合表面均喷涂有合金材料。

本实用新型提供的所述低扭旋塞阀，在阀体1内设置有上阀座2和下阀座7，上阀座2和下阀座7均为环形零件，上阀座2和下阀座7与阀体1相对静止，阀塞与上阀座2、下阀座7及阀体1均转动连接。正常钻井时，阀塞的中心通孔与上阀座2、下阀座7内孔连通，形成一个畅通的通道，钻井液能从该通道通过；当发生井喷或井涌时，旋动阀塞，使其内通孔的轴线垂直于上阀座2、下阀座7的内通孔的轴线，这时该通道被阀塞截断，通道关闭，下部井液无法上流，从而起到防喷的作用。

本实用新型提供的所述低扭旋塞阀，在阀体1与上阀座2和/或下阀座7之间设置有弹簧8，弹簧8的伸缩方向和内通孔的延伸方向一致。在弹簧8的弹力作用下，下阀座7紧贴阀塞的表面。现有的旋塞阀，为了保证其密封性，将阀塞和两端的阀座的配合间隙尽可能的减少。但是其在关闭带压的情况下开启时的扭矩很大，阀塞一端的压力很大的时候，可能一次开启后旋塞阀就损坏。本申请的低扭旋塞阀，因为设置了弹簧8，所以可以稍稍加大阀塞和上阀座2以及下阀座7的间隙，这样正常情况下保证了密封性，在关闭带压的情况下开启时，其转动扭矩小。

本实用新型提供的内防喷装置，包括方钻杆和上述任一项所述的低扭旋塞阀，所述方钻杆连接在靠近所述上阀座的一端；所述阀塞为球形，所述上阀座和所述阀体螺接，所述下阀座上设置有所述弹簧。

由于低扭旋塞阀具有上述技术效果，具有低扭旋塞阀的内防喷装置也应具有相应的技术效果。

基于此，本实用新型较之原有技术，具有转动扭矩小且密封性好的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为低扭旋塞阀关闭时的结构示意图；

图2为低扭旋塞阀开启时的结构示意图；

图3为低扭旋塞阀的上阀座的主视图；

图4为低扭旋塞阀的上阀座的左视图；

图5为低扭旋塞阀的内阀杆的主视图；

图6为低扭旋塞阀的内阀杆的左视图；

图7为低扭旋塞阀的内阀杆的俯视图；

图8为低扭旋塞阀的外阀杆的主视图；

图9为低扭旋塞阀的外阀杆的左视图；

图10为低扭旋塞阀的外阀杆的俯视图；

图11为低扭旋塞阀的阀球的主视图；

图12为低扭旋塞阀的阀球的左视图。

标记：1－阀体；2－上阀座；3－阀球；4－阀杆套；5－外阀杆；6－内阀杆；7－下阀座；8－弹簧；11－卡簧；12、13－第三密封圈；14、15－第二密封圈；16、17－第一密封圈。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等，其所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，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，如出现术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，如出现术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例一

如图1－图12所示，在本实施例中提供了一种低扭旋塞阀，所述低扭旋塞阀包括阀体1，所述阀体1内设置有上阀座2、下阀座7及位于两者之间的阀塞，所述上阀座2、所述下阀座7和阀塞内对应设置有用于流体通过的内通孔，所述阀塞和所述上阀座2及所述下阀座7均转动连接；在所述阀塞上连接有伸出所述阀体1外的外阀杆5，通过所述外阀杆5驱动所述阀塞转动；在所述阀体1与所述上阀座2和/或所述下阀座7之间设置有弹簧8，所述弹簧8的伸缩方向和所述内通孔的延伸方向一致。

本实用新型提供的所述低扭旋塞阀，在阀体1内设置有上阀座2和下阀座7，上阀座2和下阀座7均为环形零件，上阀座2和下阀座7与阀体1相对静止，阀塞与上阀座2、下阀座7及阀体1均转动连接。正常钻井时，阀塞的中心通孔与上阀座2、下阀座7内孔连通，形成一个畅通的通道，钻井液能从该通道通过；当发生井喷或井涌时，旋动阀塞，使其内通孔的轴线垂直于上阀座2、下阀座7的内通孔的轴线，这时该通道被阀塞截断，通道关闭，下部井液无法上流，从而起到防喷的作用。

本实用新型提供的所述低扭旋塞阀，在阀体1与上阀座2和/或下阀座7之间设置有弹簧8，弹簧8的伸缩方向和内通孔的延伸方向一致。在弹簧8的弹力作用下，下阀座7紧贴阀塞的表面。现有的旋塞阀，为了保证其密封性，将阀塞和两端的阀座的配合间隙尽可能的减少。但是其在关闭带压的情况下开启时的扭矩很大，阀塞一端的压力很大的时候，可能一次开启后旋塞阀就损坏。本申请的低扭旋塞阀，因为设置了弹簧8，所以可以稍稍加大阀塞和上阀座2以及下阀座7的间隙，这样正常情况下保证了密封性，在关闭带压的情况下开启时，其转动扭矩小。

作为优选，所述阀塞的外形呈球状。当然所述阀塞的外形可以呈圆锥形或者圆柱形，均在本申请的保护范围内。

作为优选，所述弹簧8仅设置在所述阀体1与上阀座2之间，或者，仅设置在所述阀体1与下阀座7之间。由于上阀座2、下阀座7及位于两者之间的阀塞是依次顺序布置的，因此仅设置一个弹簧8即可实现在保证密封性的同时降低扭矩的作用。

本实施例的可选方案中，在所述阀体1与所述上阀座2和/或所述下阀座7之间设置有用于放置弹簧8的密封空间，所述弹簧8的一端抵在所述上阀座2和/或所述下阀座7上，另一端抵在所述阀体1内；在所述密封空间的端部设置有第一密封圈，所述第一密封圈位于所述阀体1与所述上阀座2和/或所述下阀座7之间。

用于放置弹簧8的密封空间的结构可以为柱形的槽体，也可以是环形的槽体。用于放置弹簧8的密封空间可以设置在上阀座2和/或下阀座7上，也可以设置在阀体1内。在密封空间的端部设置有第一密封圈，第一密封圈位于阀体1与上阀座2和/或所述下阀座7之间。密封空间从其周向保护弹簧8，第一密封圈从端部(也就是其轴向)保护弹簧8，弹簧8在密封空间和第一密封圈的保护下，钻井泥浆无法接触到弹簧8，使其不会受到腐蚀，提高了弹簧8的使用寿命。

作为优选，所述密封空间的两端分别设置有一个所述第一密封圈。

本实施例的可选方案中，还包括内阀杆6，所述内阀杆6设置在所述阀塞和所述外阀杆5之间，所述内阀杆6的两侧分别与所述阀塞和所述外阀杆5卡接。

内阀杆6的两侧分别与阀塞和外阀杆5卡接，内阀杆6相当于一个万向节，连接外阀杆5与阀塞之间的扭矩传递，在转动外阀杆5时，如果外阀杆5与阀塞的轴线有微量错位时，能够通过内阀杆6调节，不至于转动卡滞或扭矩过大而转不动。

进一步的，在所述外阀杆5靠近内阀杆6的一侧设置有第一凸块，在所述内阀杆6上对应设置有第一凹槽，所述第一凸块和所述第一凹槽卡合；在所述内阀杆6靠近所述阀塞的一侧设置有第二凸块，所述阀塞上对应设置有第二凹槽，所述第二凸块和所述第二凹槽卡合。凸块结构和凹槽结构加工容易，在卡接时也能传递较大的扭矩。

本实施例的可选方案中，所述阀体1与所述上阀座2和/或所述下阀座7螺接。

阀体1与上阀座2和/或下阀座7螺接的一种结构是：在阀体1的内孔设置内螺纹，在上阀座2和/或下阀座7的外侧设置外螺纹。上阀座2和/或下阀座7安装在阀体1的内孔中。通过螺纹调节上阀座2和/或下阀座7在阀体1内的轴向位置，使上阀座2和/或下阀座7与阀塞贴合，并控制阀塞刚好位于外阀杆5的轴线中心，从而进一步提高配合精度，使阀塞的摩阻更小，转动得更加灵活。

进一步的，所述上阀座2和/或所述下阀座7远离离所述阀塞的一端设置有卡簧11。卡簧11用于对上阀座2和/或下阀座7进行轴向固定。

进一步的，在所述上阀座2和/或所述下阀座7远离所述阀塞的一端设置有调整槽。调整槽用于使工具卡住上阀座2和/或下阀座7，以将上阀座2和/或所述下阀座7拧紧在阀体1内，且不损伤阀体1内部的结构。

本实施例的可选方案中，在所述外阀杆5的外侧设置有阀杆套4，在所述阀杆套4和所述外阀杆5之间和/或所述阀体1与所述阀杆套4之间设置有第二密封圈。阀杆套4用于避免外阀杆5与阀体1直接接触，产生锈蚀后转动困难。第二密封圈用于密封阀体1和阀杆套4之间和/或阀杆套4和外阀杆5之间的密封。

本实施例的可选方案中，所述阀塞与所述上阀座2和所述下阀座7的转动连接的配合表面均喷涂有合金材料。

实施例二

本实施例提供的所述内防喷装置，实施例一所描述的技术方案也属于该实施例，实施例一已经描述的技术方案不再重复描述。

在本实施例中提供了一种内防喷装置，包括方钻杆和实施例一任一种所述的低扭旋塞阀，所述方钻杆连接在靠近所述上阀座的一端；所述阀塞为球形，所述上阀座和所述阀体螺接，所述下阀座上设置有所述弹簧。

进一步的，上阀座和所述阀体之间还设置有第三密封圈。优选的，所述第三密封圈设置两个，分别位于所述上阀座的两端，如图2示出了第三密封圈12和13的两个位置。

具体而言，所述内防喷装置的一种实施例是：

现规定低扭旋塞阀连接方钻杆的一端为上端，另一端为下端。低扭旋塞阀连接方钻杆的一端在本领域内也称为母扣端，另一端为公扣端。

如图1－图12所示，低扭旋塞阀的阀塞外型呈球状，中心设置有一圆形通孔A(在图11中示出)。球状的阀塞在下面的叙述中称为阀球。下阀座7为一环形零件，其下部台阶上安装有弹簧8，在弹簧8弹力作用下，下阀座7紧贴阀球3表面；上阀座2也是一环形零件，其下端面与阀球3贴合。

如图1－图2所示，用于放置弹簧的密封空间设置在下阀座7上，为弹簧孔。下阀座7外圆设置呈台阶状，其大、小外圆上安装有第一密封圈16和17，其中间台阶面上设置有用于安装弹簧8的弹簧孔。这样，在第一密封圈16、17的作用下，钻井泥浆无法进入弹簧8处的内腔里，进而保证弹簧8不受泥浆腐蚀，提高弹簧的使用寿命。此外，下阀座7的上部内孔端面设置成锥形，与阀球3密封。

如图1－图2所示，外阀杆5外面设置有阀杆套4，阀体1侧面孔内设置有第二密封圈14，同时，在阀杆套4内孔设置有第二密封圈15。这样能够避免外阀杆5与阀体1直接接触，产生锈蚀后转动困难。进一步的，阀杆套4可以采用不锈钢材质，其自身更不容易锈蚀。

如图1－图2所示，外阀杆5与阀球3之间设置有内阀杆6。如图8－图10所示，外阀杆5下部端面设置有第一凸块F；如图5－图7所示，内阀杆6两端面分别设置有第一凹槽E1和第二凸块E2，E1与E2垂直；如图11－图12所示，阀球3设置有第二凹槽C。装配时，外阀杆5的凸块F与内阀杆6的凹槽E1配合、内阀杆6的凸块E2与阀球3的凹槽C配合。这样，内阀杆6相当于一个万向节，连接外阀杆5与阀球3之间的扭矩传递，在转动外阀杆5时，如果外阀杆5与阀球3轴线有微量错位时，能够通过内阀杆6调节，不至于转动卡滞或扭矩过大而转不动。

如图3－图4所示，上阀座2外圆设置外螺纹，其端部设置有调整槽D，其下端内孔呈锥形；阀体1的内孔设置有内螺纹，上阀座2安装于阀体1的内孔上。装配及调整时，工具卡住调整槽D以扭紧上阀座2，使其锥形内孔压紧阀球3，同时，通过螺纹调节上阀座2在阀体1内的轴向位置，使上阀座2与阀球3贴合，并控制阀球3刚好位于外阀杆5的轴线中心，从而进一步提高控制精度，使阀球3转动更加灵活、摩阻更小。

阀球3球面、上阀座2的锥形密封面、下阀座7的锥形密封面均喷焊特种合金材料，该合金材料具有耐腐蚀、耐冲蚀、高硬度、低摩擦系数且不易龟裂等特点。在阀球3关闭状态憋压的情况下，上阀座2与阀球3、下阀座7与阀球3之间存在很大的挤压力，由于表面合金层高硬度特点，不易发生局部变形，从而更易于阀球3的转动；同时，由于密封表面的合金材料耐腐蚀、耐冲蚀等特点，使其使用寿命增长，开关的可靠性和稳定器增加。

如图11－图12所示，阀球3设置2个径向通孔B1、B3，当阀处于关闭状态憋压的情况下，使阀球3周围均围绕高压介质，此时阀球3处于一个平衡系统中，减小了阀球3的单侧高压面积，从而减小其变形量和转动扭矩。

经以上几个关键技术点的优化，本实用新型提供的低扭旋塞阀能实现寿命显著提高，在关闭憋压60－70MPa的情况下，也能单人操作进行打开。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。