一种石油钻探及开采用超高压节流阀的制作方法

1.本发明涉及石油钻探及开采超高压阀门技术领域，尤其涉及一种石油钻探及开采用超高压节流阀。


背景技术：

2.在油田钻探及开采用流体控制设备中，节流阀是压力、流量的主要控制部件，通过调节节流阀的开度，达到控制流体压力和流量的目的；随着石油开采深度的增加，现有油田钻探及开采用超高压节流阀对压力要求已高达200mpa，但国内之前超高压节流阀结构的设计经验为140mpa，将140mpa超高压节流阀的结构用于200mpa时，出现了以下问题：1、阀杆外露侧因压力过高密封容易失效，存在窜水严重问题；2、阀杆受拉应力过大，容易出现断裂；3、原阀芯在阀杆上的固定结构容易出现螺纹破坏现象；上述问题的存在，成为制约200mpa超高压节流阀结构开发的关键因素，特别是阀杆断裂问题，采用增加阀杆直径来解决该问题，会使超高压节流阀工作时，最大环形缝隙节流锥环的间隙减小，超高压流体中的固体颗粒物无法通过，导致该方法无法实施，因此也成为200mpa超高压节流阀结构设计必须克服的技术难题。


技术实现要素：

3.针对现有技术中所存在的不足，本发明提供了一种石油钻探及开采用超高压节流阀，其解决了现有技术中存在的阀杆外露侧易因压力过高而导致密封失效、阀杆受拉应力易断裂以及原阀芯在阀杆上的固定结构容易出现螺纹破坏的问题。
4.根据本发明的实施例，一种石油钻探及开采用超高压节流阀，包括阀体，阀体内设置有阀腔，阀腔的顶端和底端分别连通有阀腔环槽和阀腔沉槽，阀腔环槽通过向下倾斜的出水口与外部出水管道连通，阀腔沉槽通过向上倾斜的进水口连通外部进水管道，阀腔内竖直滑动设置有阀杆，阀杆上固定连接有阀芯，阀腔内设置有与阀芯配合形成连续的节流腔的阀体，节流腔连通阀腔环槽和阀腔沉槽，阀体顶部设置用于驱动阀杆竖直滑动的驱动组件，驱动组件中设置有指示节流腔开度的指示组件。
5.优选的，所述阀座包括阀座a和阀座b，所述阀芯包括阀芯a和阀芯b，其中阀座b和多个阀座a由下至上叠置于所述阀腔内，阀芯a和阀芯b依次对应布置在阀座a和阀座b内，阀座a和阀芯a与阀座b和阀芯b之间均形成有环形缝隙节流锥环和节流腔，阀座b底部通过阀座b径向孔与所述阀腔沉槽连通，所述阀体内顶部固定设置有用于顶部阀座a下压固定的阀座压环，阀座压环的内壁与所述阀杆的外壁贴合，阀座压环底部开设有用于连通所述阀腔环槽的阀座压环径向孔。
6.优选的，所述阀座b径向孔绕所述阀座b的轴线等角度布置，所述阀座b径向孔倾斜布置，且所述阀座b径向孔的底端连接所述阀座b的内部。
7.优选的，所述阀体顶部固定设置有用于对所述阀座压环进行固定下压的上阀盖，所述阀座压环靠近上阀盖的一端内侧壁和外侧壁均设置有环形槽，且环形槽底部分别设置
有超高压密封圈a和超高压密封圈b，超高压密封圈a和超高压密封圈b与上阀盖之间分别设置有用于压紧的内密封挡环和外密封挡环。
8.优选的，所述阀体的底部设置有与所述阀腔环槽连通的阀杆端部支撑孔，所述阀杆的底端位于阀杆端部支撑孔内，所述阀体底部固定连接有用于密封阀杆端部支撑孔的下阀盖。
9.优选的，所述阀杆和阀杆端部支撑孔之间设置有盘根，所述下阀盖的顶部设置有用于挤压并固定盘根的盘根压环。
10.优选的，所述阀体底端设置有环形槽，环形槽内设置有密封圈，密封圈的横截面成梯形，且梯形的大底面与所述下阀盖的顶面接触。
11.优选的，所述阀座a的底部和所述阀座b的顶部之间设置有连接台阶，连接台阶的接缝处设置有密封圈，所述阀座a的顶部和所述阀座a的底部之间设置有连接台阶，连接台阶的接缝处设置有密封圈。
12.优选的，所述驱动组件包括固定设置与所述阀体顶部的安装壳，安装壳内转动设置有传动连接的蜗杆和涡轮，涡轮竖直转动设置，且涡轮的顶端和底端均转动连接有轴承，涡轮的内圈通过螺纹同轴连接所述阀杆的顶端，蜗杆的一端传动连接有电机。
13.优选的，所述指示组件包括固定连接在所述安装壳侧壁的蜗杆尾端座，蜗杆尾端座的相对侧壁沿轴向开设有条形槽，所述蜗杆与蜗杆尾端座平行，所述蜗杆的活动端延伸至蜗杆尾端座内且设置有外螺纹，并螺纹配合连接有节流阀开度指示环，开度指示环上连接有螺栓，螺栓位于一个条形槽内，条形槽内设置有位置标识。
14.相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：1、在需要打开超高压节流阀时，通过驱动组件驱动阀杆竖直向下移动，阀杆带动阀芯相对于阀座移动，使得节流腔增大，实现超高压节流阀的开度逐渐增大；在需要关闭超高压节流阀时，通过驱动组件驱动阀杆竖直向上移动，阀杆带动阀芯相对于阀座移动，使得节流腔减小，实现超高压节流阀的开度逐渐减小。
15.2、通过改变原有超高压节流阀的进水口与出水口位置，实现了阀杆受力状态的改变，将原有超高压节流阀的阀杆由拉应力状态改变为压应力状态，从而解决了阀杆由于受拉力过大导致的阀杆断裂和阀芯在阀杆上的固定结构容易出现螺纹破坏的问题。
16.3、在改变进水口与出水口位置后，阀杆外露侧超高压流体的压力经超高压节流阀衰减后，压力得到大幅降低，从而解决了阀杆外露侧因压力过高所导致的密封容易失效的问题；使得超高压节流阀实际工作压力可超过200mpa。
17.4、阀杆的底端不再直接处于液体流动腔室内，避免高速流体对阀杆轴向的冲击导致阀杆驱动螺纹的破坏，提高了阀杆驱动的稳定性。
附图说明
18.图1为本发明实施例中超高压节流阀结构示意图。
19.图2为本发明实施例中阀体结构示意图。
20.图3为本发明实施例中阀座b的结构示意图。
21.图4为本发明实施例中阀座压环结构示意图。
22.图5为图1中局部a放大示意图。
23.图6为本发明实施例中超高压节流阀侧向示意图。
24.图7为本发明实施例中节流阀开度指示装置结构示意图。
25.图中：1、阀体；1.1、阀腔；1.2、阀腔环槽；1.3、阀腔沉孔；1.4、进水口；1.5、出水口；1.6、阀杆端部支撑孔；2、阀座a；3、阀座b；3.1、阀座b径向孔；4、阀杆；5、阀芯a；6、阀芯a；7、阀座压环；7.1、阀座压环径向孔；8、上阀盖；9、蜗杆；10、涡轮；11、下阀盖；12、外密封挡环；13、内密封挡环；14、超高压密封圈a；15、超高压密封圈b；16、导向密封；17、盘根；18、盘根压环；19、蜗杆尾端座；20、节流阀开度指示环。
具体实施方式
26.下面结合附图及实施例对本发明中的技术方案进一步说明。
27.实施例一：一种石油钻探及开采用超高压节流阀，包括阀体1，阀体1为矩形块状；具体结构参见说明书附图2：阀体1中设有阀腔1.1，阀腔1.1下部设有阀腔沉孔1.3，阀腔1.1靠近上部设有阀腔环槽1.2，阀腔沉孔1.3侧壁设有进水口1.4，阀腔环槽1.2侧壁设有出水口1.5，进水口1.4、出水口1.5外侧端口分别位于阀体1相对的两侧面；阀体1下端面设有阀杆端部支撑孔1.6，阀杆端部支撑孔1.6设有通孔连通至阀腔沉孔1.3的底部。
28.参见说明书附图1、3、4、5：阀腔1.1中从下至上依次叠置设置有一个环状阀座b3和六个环状阀座a2，最上部的阀座a2顶部抵触设置有阀座压环7；阀座压环7下部侧壁均布设置有十六个阀座压环径向孔7.1，与阀腔环槽1.2连通，阀座压环7通过上阀盖8压紧阀座a2和阀座b3，上阀盖8通过螺栓与阀体1固定连接；设于最下部的环状阀座b3侧壁下部均布设置有八个阀座b径向孔3.1，与阀腔沉孔1.3连通；阀体1下端面通过螺栓固定设置有下阀盖11。
29.阀座a2和阀座b3中滑动设置有阀杆组件，阀杆组件包括阀杆4，阀杆4下端滑动设置在阀杆端部支撑孔1.6中，阀杆4上中段滑动设置在阀座压环7中，最上端延伸至上阀盖11的外部。阀杆4对应阀座a2和阀座b3的部位从上至下叠置设置有六个环状阀芯a5和一个环状阀芯b6，阀芯b6的内孔中设有螺纹，阀芯b6的螺纹与阀杆4上设置的螺纹配合，将六个阀芯a5和其自身固定设置在阀杆4上，阀芯b6下部还设置有一个锁紧螺母，防止阀芯b6在工作过程中出现松动；阀芯a5和阀芯b6与阀座a2和阀座b3对应配合，形成七个环形缝隙节流锥环和节流腔，当阀杆4向下运动时，四个环形缝隙节流锥环的间隙增大。
30.参见说明书附图1：上阀盖8上部通过法兰固定连接有阀杆驱动箱，阀杆驱动箱中转动设置有蜗杆9、涡轮10，涡轮10中间设有内螺纹。阀杆4上段外圆面设有外螺纹，阀杆4设有外螺纹的上段啮合设置在涡轮10的内螺纹孔中。
31.参见说明书附图4、5：阀座压环7上部的内、外圆周面均设置有台阶，内圆周台阶底部设置有超高压密封圈a14，外圆周面台阶底部设置有超高压密封圈b15，超高压密封圈a14上部抵触设置有内密封挡环13，超高压密封圈b15上部抵触设置有外密封挡环12。阀杆4延伸至阀体1外一侧通过超高压密封圈a14、超高压密封圈b15实现阀座压环7的内外双环密封结构；另外，内密封挡环13的内圆周面上设有环槽，环槽中设置有导向密封16。
32.参见说明书附图5：阀体1底部的阀杆端部支撑孔1.6中设置有盘根17，盘根17通过盘根压环18压紧。阀杆4中部通过导向密封16滑动支撑，阀杆4下端通过盘根17滑动支撑，实
现双支撑滑动结构。
33.参见说明书附图6、7：蜗杆9一端固定连接有驱动电机，另一端延伸至蜗杆尾端座19的加长孔中，且外圆周上设有外螺纹，外螺纹上设置有节流阀开度指示环20。蜗杆尾端座19加长孔的侧壁对称设有条形槽，节流阀开度指示环20外圆周的一侧固定设置有螺栓，螺栓头设置在蜗杆尾端座19加长孔侧壁一侧的条形槽中，节流阀开度指示环20外圆周的另一侧设有位置标识槽，位置标识槽与蜗杆尾端座19加长孔侧壁另一侧条形槽的位置标识配合，用于指示节流阀的开度。
34.如需打开超高压节流阀时，电机带动蜗杆9逆时针旋转，驱动涡轮10逆时针旋转，涡轮10中的螺纹驱动阀杆4向下运动，七个环形缝隙节流锥环的间隙逐渐增大，超高压节流阀的开度逐渐增大；如需关闭超高压节流阀时，电机带动蜗杆9顺时针旋转，阀杆4向上运动，七个环形缝隙节流锥环的间隙逐渐减小，直至关闭。
35.当蜗杆9旋转时，由于节流阀开度指示环20上的螺栓头卡在蜗杆尾端座19加长孔侧壁的条形槽中，因此节流阀开度指示环20无法与蜗杆10同步旋转，因此节流阀开度指示环20沿着蜗杆10的轴线做直线运动，从而显示出节流阀的开度。

技术特征：
1.一种石油钻探及开采用超高压节流阀，其特征在于：包括阀体（1），阀体（1）内设置有阀腔（1.1），阀腔（1.1）的顶端和底端分别连通有阀腔环槽（1.2）和阀腔沉槽（1.3），阀腔环槽（1.2）通过向下倾斜的出水口（1.5）与外部出水管道连通，阀腔沉槽（1.3）通过向上倾斜的进水口（1.4）连通外部进水管道，阀腔（1.1）内竖直滑动设置有阀杆（4），阀杆（4）上固定连接有阀芯，阀腔（1.1）内设置有与阀芯配合形成连续的节流腔的阀体，节流腔连通阀腔环槽（1.2）和阀腔沉槽（1.3），阀体（1）顶部设置用于驱动阀杆（4）竖直滑动的驱动组件，驱动组件中设置有指示节流腔开度的指示组件。2.如权利要求1所述一种石油钻探及开采用超高压节流阀，其特征在于：所述阀座包括阀座a（2）和阀座b（3），所述阀芯包括阀芯a（5）和阀芯b（6），其中阀座b（3）和多个阀座a（2）由下至上叠置于所述阀腔（1.1）内，阀芯a（5）和阀芯b（6）依次对应布置在阀座a（2）和阀座b（3）内，阀座a（2）和阀芯a（5）与阀座b（3）和阀芯b（6）之间均形成有环形缝隙节流锥环和节流腔，阀座b（3）底部通过阀座b径向孔（3.1）与所述阀腔沉槽（1.3）连通，所述阀体（1）内顶部固定设置有用于顶部阀座a（2）下压固定的阀座压环（7），阀座压环（7）的内壁与所述阀杆（4）的外壁贴合，阀座压环（7）底部开设有用于连通所述阀腔环槽（1.2）的阀座压环径向孔（7.1）。3.如权利要求2所述一种石油钻探及开采用超高压节流阀，其特征在于：所述阀座b径向孔（3.1）绕所述阀座b（3）的轴线等角度布置，所述阀座b径向孔（3.1）倾斜布置，且所述阀座b径向孔（3.1）的底端连接所述阀座b（3）的内部。4.如权利要求2所述一种石油钻探及开采用超高压节流阀，其特征在于：所述阀体（1）顶部固定设置有用于对所述阀座压环（7）进行固定下压的上阀盖（8），所述阀座压环（7）靠近上阀盖（8）的一端内侧壁和外侧壁均设置有环形槽，且环形槽底部分别设置有超高压密封圈a（14）和超高压密封圈b（15），超高压密封圈a（14）和超高压密封圈b（15）与上阀盖（8）之间分别设置有用于压紧的内密封挡环（13）和外密封挡环（12）。5.如权利要求1所述一种石油钻探及开采用超高压节流阀，其特征在于：所述阀体（1）的底部设置有与所述阀腔环槽（1.2）连通的阀杆端部支撑孔（1.6），所述阀杆（4）的底端位于阀杆端部支撑孔（1.6）内，所述阀体（1）底部固定连接有用于密封阀杆端部支撑孔（1.6）的下阀盖（11）。6.如权利要求5所述一种石油钻探及开采用超高压节流阀，其特征在于：所述阀杆（4）和阀杆端部支撑孔（1.6）之间设置有盘根（17），所述下阀盖（11）的顶部设置有用于挤压并固定盘根（17）的盘根压环（18）。7.如权利要求6所述一种石油钻探及开采用超高压节流阀，其特征在于：所述阀体（1）底端设置有环形槽，环形槽内设置有密封圈，密封圈的横截面成梯形，且梯形的大底面与所述下阀盖（11）的顶面接触。8.如权利要求1所述一种石油钻探及开采用超高压节流阀，其特征在于：所述阀座a（2）的底部和所述阀座b（3）的顶部之间设置有连接台阶，连接台阶的接缝处设置有密封圈，所述阀座a（2）的顶部和所述阀座a（2）的底部之间设置有连接台阶，连接台阶的接缝处设置有密封圈。9.如权利要求1所述一种石油钻探及开采用超高压节流阀，其特征在于：所述驱动组件包括固定设置与所述阀体（1）顶部的安装壳，安装壳内转动设置有传动连接的蜗杆（9）和涡
轮（10），涡轮（10）竖直转动设置，且涡轮（10）的顶端和底端均转动连接有轴承，涡轮（10）的内圈通过螺纹同轴连接所述阀杆（4）的顶端，蜗杆（9）的一端传动连接有电机。10.如权利要求9所述一种石油钻探及开采用超高压节流阀，其特征在于：所述指示组件包括固定连接在所述安装壳侧壁的蜗杆尾端座（19），蜗杆尾端座（19）的相对侧壁沿轴向开设有条形槽，所述蜗杆（9）与蜗杆尾端座（19）平行，所述蜗杆（9）的活动端延伸至蜗杆尾端座（19）内且设置有外螺纹，并螺纹配合连接有节流阀开度指示环（20），开度指示环（20）上连接有螺栓，螺栓位于一个条形槽内，条形槽内设置有位置标识。

技术总结
本发明提供了一种石油钻探及开采用超高压节流阀，包括阀体，阀体内设置有阀腔，阀腔的顶端和底端分别连通有阀腔环槽和阀腔沉槽，阀腔环槽通过向下倾斜的出水口与外部出水管道连通，阀腔沉槽通过向上倾斜的进水口连通外部进水管道，阀腔内竖直滑动设置有阀杆，阀杆上固定连接有阀芯，阀腔内设置有与阀芯配合形成连续的节流腔的阀体，节流腔连通阀腔环槽和阀腔沉槽，阀体顶部设置用于驱动阀杆竖直滑动的驱动组件，驱动组件中设置有指示节流腔开度的指示组件。本发明产生了提高阀杆使用的稳定性，延长阀杆的使用寿命并解决了阀杆外露测易泄漏的缺陷的效果。泄漏的缺陷的效果。泄漏的缺陷的效果。


技术研发人员：胡顺 尹婷 陈中领 谭爱芳 何丽君 孔丽娟 陈勇
受保护的技术使用者：中石化石油机械股份有限公司
技术研发日：2023.05.05
技术公布日：2023/9/14