一种多工位常开常闭防喷阀

1.本发明涉及阀门技术领域，具体而言，涉及一种多工位常开常闭防喷阀。


背景技术：

2.钻具内防喷阀是在油气开发的钻井过程中重要的工具之一，其功能是在发生溢流、井涌、井喷等危险工况时，防止井内流体通过钻杆通道上返导致事故处理难度加剧。现有的钻具内防喷阀主要分为常闭式和常开式。
3.常闭式的钻具内防喷阀主要以浮阀为代表。其在常态下呈关闭状态，当上方灌入钻井液后，在液柱压力/泵压作用下打开进行连通。然而常闭式内防喷阀会导致下钻过程中防喷阀两端的压差过大，增加下钻阻力，阀门易被顶坏，为此需要在下钻过程中定期灌浆(现场一般每下钻300m就需要灌浆一次)，而灌浆过程需要静止钻柱来接顶驱或水龙头等设备，导致钻杆发生压差卡钻、粘附卡钻等事故的风险显著增大。并且，常闭式的内防喷阀还会导致钻进过程中钻井液压降明显，需要更大的泵压才能够满足井底钻进需求。
4.而常开式主要以箭型阀为代表，其能够在下钻过程中自动灌浆。然而，现有的常开式内防喷阀在正常工况下始终保持恒定的开启状态，且其关闭过程复杂，甚至需要井口操作，难以满足在溢流、井涌、井喷等突发情况下的自动关闭；并且，现有的常开式内防喷阀在阀门闭合后无法再次复位至常开状态，甚至需要起钻对内防喷阀进行整体更换或手动复位，效率低下，适用性不高，始终难以在现场大范围的推广运用。
5.所以设计一种能够多次常开常闭的钻具内防喷阀是本领域技术人员亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种多工位常开常闭防喷阀，其通过导向滑槽形状、轨迹及导向推杆的运动配合设计实现了阀的多次常开常闭行为；同时导向滑槽的低压工位凸起的设计能减少阀开启状态下灌入泥浆压力需求，以达到减小阀芯冲蚀以及泵的能量消耗的目的，即不但能够实现常开常闭的转换，同时还具有低压工位，满足不同需求。
7.本发明的实施例是这样实现的：
8.本发明提供了一种多工位常开常闭防喷阀，包括外壳、设置在外壳内上部的阀座、与阀座沿轴向滑动配合的阀芯组件和设置在外壳内下部的下对中筒，所述阀芯组件包括阀芯体和设置在阀芯体下方的下阀芯杆，所述阀芯体上设置有与阀座适配的密封面，所述下阀芯杆外滑动套设有滑筒，所述滑筒套设在下对中筒内，所述下对中筒与阀芯体之间设置有第一压缩弹簧，所述下阀芯杆上设置有导向滑槽，所述滑筒内设置有在导向滑槽内滑动配合的导向推杆，所述导向滑槽依次包括常闭工位、低压工位、防喷工位，所述常闭工位、低压工位、防喷工位首尾相连，所述导向推杆前端开设有v型槽，所述低压工位设置有与导向推杆上v型槽适配的凸起。
9.进一步的，所述常闭工位位于导向滑槽的最高点，所述常闭工位旁还设置有常开
工位，所述防喷工位位于导向滑槽的最低点，所述低压工位位于常闭工位与防喷工位之间。
10.进一步的，所述常闭工位经过低压工位到防喷工位为第一滑槽，所述第一滑槽为竖直滑槽，所述第一滑槽由上至下槽深逐渐减小，所述防喷工位不经过低压工位到常闭工位为第二滑槽，所述第二滑槽为螺旋向上滑槽，所述第二滑槽由下至上槽深逐渐减小，所述常闭工位近第二滑槽端设置有第一防逆凸起，所述防喷工位近第一滑槽端设置有第二防逆凸起。
11.进一步的，所述阀芯体上方设置有上阀芯杆，所述阀座中部开设有对中孔，所述上阀芯杆活动穿过对中孔，所述阀座的对中孔四周还设置有过流槽。
12.进一步的，所述阀座通过螺纹与外壳固定连接，所述阀座上下端与外壳间均设置有o型密封圈。
13.进一步的，所述下阀芯杆下端为导向柱，所述导向滑槽设置在导向柱上，所述导向柱的直径大于下阀芯杆上端的直径。
14.进一步的，所述阀芯体下表面和下对中筒上表面均设置有弹簧槽，所述第一压缩弹簧的上下两端分别放置在阀芯体下表面和下对中筒上表面的弹簧槽内。
15.进一步的，所述滑筒上端与下阀芯杆之间设置有密封塞，所述滑筒下端通过螺纹塞与下对中筒螺纹固定连接，所述螺纹塞与下对中筒之间设置有o型密封圈，所述下对中筒上下端均开设有过流通槽，所述下对中筒侧壁开设有增流槽。
16.进一步的，所述滑筒外壁设置有与下对中筒适配的定位凸起，所述定位凸起上开设有导向推杆的装配方槽。
17.进一步的，所述导向推杆包括限位部和导向部，所述限位部位于装配方槽内，所述限位部与下对中筒内壁之间设置有第二压缩弹簧，所述v型槽开设在导向部前端，所述导向部一侧为平面。
18.本发明提供的多工位常开常闭防喷阀的有益效果包括：
19.1.本发明的导向滑槽包括常闭工位、低压工位、防喷工位，常闭工位、低压工位、防喷工位首尾相连形成环状结构，其形状、轨迹及导向推杆的运动配合设计实现了阀的多次常开常闭行为，通过对调节钻杆内部加压的大小，调节液压与第一压缩弹簧的弹力，推动阀芯体即可实现阀门的开闭等功能，解决现有技术中常开式内防喷阀一旦关闭就无法再次自动打开的缺陷，同时也不需要特别大的泵压；
20.2.同时导向滑槽的低压工位中凸起的设计能减少阀开启状态下灌入泥浆压力需求，以达到减小阀芯冲蚀以及泵的能量消耗的目的；
21.3.以滑筒与下对中筒相结合的结构约束阀芯组件的自由度，保证了阀芯组件的对中度，使其旋转与上下移动均能够平稳顺滑。
附图说明
22.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
23.图1为本发明多工位常开常闭防喷阀的剖面结构示意图；
24.图2为本发明中阀芯的结构示意图；
25.图3为本发明中阀芯另一角度的结构示意图；
26.图4为本发明中阀座的结构示意图；
27.图5为本发明中下对中筒的结构示意图；
28.图6为本发明中滑筒的结构示意图；
29.图7为本发明中下对中筒与滑筒连接时的剖面结构示意图；
30.图8为本发明中导向推杆的结构示意图；
31.图标：1、外壳；2、阀座；21、对中孔；22、过流槽；3、阀芯体；4、下对中筒；41、过流通槽；42、增流槽；5、上阀芯杆；6、下阀芯杆；61、导向柱；7、密封面；8、滑筒；81、定位凸起；82、装配方槽；9、第一压缩弹簧；10、导向滑槽；101、常开工位；102、常闭工位；103、低压工位；104、防喷工位；105、凸起；106、第一滑槽；107、第二滑槽；108、第一防逆凸起；109、第二防逆凸起；11、导向推杆；111、v型槽；112、限位部；113、导向部；114、第二压缩弹簧；12、密封塞；13、螺纹塞。
具体实施方式
32.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
33.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
34.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
35.此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
36.在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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发明中的具体含义。
37.实施例一：如图1-8所示，本发明提供了一种多工位常开常闭防喷阀，包括外壳1、设置在外壳1内上部的阀座2、与阀座2沿轴向滑动配合的阀芯组件和设置在外壳1内下部的下对中筒4，所述阀芯组件包括阀芯体3和设置在阀芯体3下方的下阀芯杆6，所述阀芯体3上设置有与阀座2适配的密封面7，所述下阀芯杆6外滑动套设有滑筒8，所述滑筒8套设在下对中筒4内，所述下对中筒4与阀芯体3之间设置有第一压缩弹簧9，所述下阀芯杆6上设置有导向滑槽10，所述滑筒8内设置有在导向滑槽10内滑动配合的导向推杆11，所述导向滑槽10依
次包括常闭工位102、低压工位103、防喷工位104，所述常闭工位102、低压工位103、防喷工位104首尾相连，所述导向推杆11前端开设有v型槽111，所述低压工位103设置有与导向推杆11上v型槽111适配的凸起105。
38.本发明的导向滑槽10包括常闭工位102、低压工位103、防喷工位104，常闭工位102、低压工位103、防喷工位104首尾相连形成环状结构，其形状、轨迹及导向推杆11的运动配合设计实现了阀的多次常开常闭行为，通过对调节钻杆内部加压的大小，调节液压与第一压缩弹簧9的弹力，推动阀芯体3即可实现阀门的开闭等功能，解决现有技术中常开式内防喷阀一旦关闭就无法再次自动打开的缺陷，同时也不需要特别大的泵压；同时导向滑槽10的低压工位103中凸起105的设计能减少阀开启状态下灌入泥浆压力需求，以达到减小阀芯冲蚀以及泵的能量消耗的目的；以滑筒8与下对中筒4相结合的结构约束阀芯组件的自由度，保证了阀芯组件的对中度，使其旋转与上下移动均能够平稳顺滑。
39.如图2-3所示，所述常闭工位102位于导向滑槽10的最高点，所述常闭工位102旁还设置有常开工位101，所述防喷工位104位于导向滑槽10的最低点，所述低压工位103位于常闭工位102与防喷工位104之间。阀芯体3在第一压缩弹簧9的作用下向阀座2靠近，无其他外力时，阀芯体3与阀座2贴合，对整个通道进行密封。
40.导向推杆11在导向滑槽10中运动，以完成阀状态转变。
41.(1)无泥浆灌入时，导向推杆11处于常开工位101时为初始状态，阀芯体3受第一压缩弹簧9向上的力卡于常开工位101，此时阀为常开阀，阀开；
42.(2)以较高压力的泥浆灌入，阀芯体3上部受泥浆向下的力，导向推杆11处于常闭工位102，脱离初始状态，此时阀为常闭阀，阀开；
43.(3)以较低压力泥浆灌入，导向推杆11的v型槽111卡于低压工位103的凸起105处，阀开；
44.(4)井喷时阀内压力平衡，第一压缩弹簧9的回复力较大向上推动阀芯体3挤压导向推杆11，使导向推杆11通过低压工位103到达防喷工位104处，阀迅速闭合；
45.(5)再次加高压，导向推杆11沿导向滑槽10又重新到达常闭工位102处。
46.阀整体做常开工位101-常闭工位102-低压工位103-防喷工位104-常闭工位102-低压工位103-防喷工位104
…
的动作，其中低压工位103凸起105的设置能减少灌入泥浆压力需求，以达到减小阀芯冲蚀以及泵的能量消耗。
47.实施例二：如图2-3所示，在实施例一的基础上，所述常闭工位102经过低压工位103到防喷工位104为第一滑槽106，所述第一滑槽106为竖直滑槽，所述第一滑槽106由上至下槽深逐渐减小，所述防喷工位104不经过低压工位103到常闭工位102为第二滑槽107，所述第二滑槽107为螺旋向上滑槽，所述第二滑槽107由下至上槽深逐渐减小，所述常闭工位102近第二滑槽107端设置有第一防逆凸起108，所述防喷工位104近第一滑槽106端设置有第二防逆凸起109。
48.阀整体做常开工位101-常闭工位102-低压工位103-防喷工位104-常闭工位102-低压工位103-防喷工位104
…
的动作。第一滑槽106为竖直滑槽，当突发溢流、井涌、井喷等危险工况时，导向推杆11从常闭工位102或者低压工位103到防喷工位104为直线最短距离，同时不需要阀芯体3旋转，能够最大程度的缩短阀芯体3封闭阀座2的时间，使导向推杆11能够最快最直接的从常闭工位102或低压工位103到防喷工位104，能够最快速的闭合阀门，达
到防喷的功能，防喷效果显著。第一滑槽106和第二滑槽107的槽深均做了不同槽深渐变的处理，同时还设置了第一防逆凸起108和第二防逆凸起109，使得导向推杆11在导向滑槽10内只能按设定做单向循环动作，避免了误动作。
49.实施例三：如图4所示，在实施例一的基础上，所述阀芯体3上方设置有上阀芯杆5，所述阀座2中部开设有对中孔21，所述上阀芯杆5活动穿过对中孔21，所述阀座2的对中孔21四周还设置有过流槽22。所述阀座2通过螺纹与外壳1固定连接，所述阀座2上下端与外壳1间均设置有o型密封圈。
50.上阀芯杆5位于对中孔21内，保证了阀芯体3上部的对中度以及平稳度，同时阀芯体3下部的下阀芯杆6套设在滑筒8内，下阀芯杆6只能在滑筒8内进行转动和上下滑动，保证了阀芯体3下部的对中度以及平稳度，使整个阀芯组件能够在阀座2内平稳的旋转移动。
51.实施例四：如图1-3所示，在实施例一的基础上，所述下阀芯杆6下端为导向柱61，所述导向滑槽10设置在导向柱61上，所述导向柱61的直径大于下阀芯杆6上端的直径。直径增大的导向柱61，可以设置更大的导向滑槽10，与更大的导向推杆11适配，提高了导向的稳定性。滑筒8内还可以添加润滑油，保障导向柱61在滑筒8内顺利进行轴向及旋转运动。
52.实施例五：如图5-7所示，在实施例一的基础上，所述阀芯体3下表面和下对中筒4上表面均设置有弹簧槽，所述第一压缩弹簧9的上下两端分别放置在阀芯体3下表面和下对中筒4上表面的弹簧槽内。弹簧槽的设计，使弹簧在阀芯体3与下对中筒4之间固定更加稳定，避免了弹簧的晃动。所述滑筒8上端与下阀芯杆6之间设置有密封塞12，所述滑筒8下端通过螺纹塞13与下对中筒4螺纹固定连接，所述螺纹塞13与下对中筒4之间设置有o型密封圈，所述下对中筒4上下端均开设有过流通槽41，所述下对中筒4侧壁开设有增流槽42。密封塞12和o型密封圈的设计，保证了各个部位的密封性。螺纹塞13与下对中筒4配合，固定滑筒8防止滑筒8上下窜动。下对中筒4下端通过外壳1内的凸台进行约束，下对中筒4上端通过第一压缩弹簧9约束，其正好套设在外壳1内。
53.将滑筒8通过下对中筒4安装到外壳1内，方便将滑筒8安装到外壳1内，同时采用密封塞12将导向柱61封闭到滑筒8内，使其与外界的泥沙环境隔绝，保证了导向柱61在滑筒8内顺滑的转动，避免了泥沙进入导向滑槽10内，对导向推杆11进行卡阻。同时下对中筒4与滑筒8形成一体，第一压缩弹簧9就可以位于外侧的下对中筒4上，扩大了第一压缩弹簧9的直径，使第一压缩弹簧9可以位于阀芯体3更加外围的位置，对阀芯体3的支撑更加稳定，防止了阀芯体3的偏移。
54.实施例六：如图6-8所示，在实施例一的基础上，所述滑筒8外壁设置有与下对中筒4适配的定位凸起81，所述定位凸起81上开设有导向推杆11的装配方槽82。下对中筒4内设置有与定位凸起适配的定位凹槽，使滑筒8可以快速的安装到下对中筒4内，同时也避免了滑筒8在下对中筒4内转动，保证了运行的平稳。
55.所述导向推杆11包括限位部112和导向部113，所述限位部112位于装配方槽82内，所述限位部112与下对中筒4内壁之间设置有第二压缩弹簧114，所述v型槽111开设在导向部113前端，导向部113一侧为平面。开v型槽111的设计，在较小压力泥浆液流灌入时卡于导向滑槽10低压工位103的凸起105，在井喷时弹簧向上推动阀芯体3，凸起105部分使其发生较大弹性形变，使其从低压工位103脱离滑到导向滑槽10防喷位，阀闭合；
56.导向推杆11的导向部113一边削成平面，平面侧以面接触代替线接触，使导向运动
更有保证。限位部112配合滑筒8的装配方槽82，避免导向推杆11旋转，方便定位；限位部112后端还可以设置圆柱，第二压缩弹簧114套设在圆柱上，由于导向滑槽10各处深度不同，导向推杆11需沿其轴向运动，第二压缩弹簧114保证导向部运动时始终与导向滑槽10的槽底相切。
57.本发明通过导向滑槽10形状、轨迹及导向推杆11的运动配合设计实现了阀的多次常开常闭行为；同时导向滑槽10的低压工位103凸起105的设计能减少阀开启状态下灌入泥浆压力需求，以达到减小阀芯冲蚀以及泵的能量消耗的目的。即不但能够实现常开常闭的转换，同时还具有低压工位103，满足了不同需求。
58.以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种多工位常开常闭防喷阀，其特征在于：包括外壳(1)、设置在外壳(1)内上部的阀座(2)、与阀座(2)沿轴向滑动配合的阀芯组件和设置在外壳(1)内下部的下对中筒(4)，所述阀芯组件包括阀芯体(3)和设置在阀芯体(3)下方的下阀芯杆(6)，所述阀芯体(3)上设置有与阀座(2)适配的密封面(7)，所述下阀芯杆(6)外滑动套设有滑筒(8)，所述滑筒(8)套设在下对中筒(4)内，所述下对中筒(4)与阀芯体(3)之间设置有第一压缩弹簧(9)，所述下阀芯杆(6)上设置有导向滑槽(10)，所述滑筒(8)内设置有在导向滑槽(10)内滑动配合的导向推杆(11)，所述导向滑槽(10)依次包括常闭工位(102)、低压工位(103)、防喷工位(104)，所述常闭工位(102)、低压工位(103)、防喷工位(104)首尾相连，所述导向推杆(11)前端开设有v型槽(111)，所述低压工位(103)设置有与导向推杆(11)上v型槽(111)适配的凸起(105)。2.根据权利要求1所述的多工位常开常闭防喷阀，其特征在于：所述常闭工位(102)位于导向滑槽(10)的最高点，所述常闭工位(102)旁还设置有常开工位(101)，所述防喷工位(104)位于导向滑槽(10)的最低点，所述低压工位(103)位于常闭工位(102)与防喷工位(104)之间。3.根据权利要求1所述的多工位常开常闭防喷阀，其特征在于：所述常闭工位(102)经过低压工位(103)到防喷工位(104)为第一滑槽(106)，所述第一滑槽(106)为竖直滑槽，所述第一滑槽(106)由上至下槽深逐渐减小，所述防喷工位(104)不经过低压工位(103)到常闭工位(102)为第二滑槽(107)，所述第二滑槽(107)为螺旋向上滑槽，所述第二滑槽(107)由下至上槽深逐渐减小，所述常闭工位(102)近第二滑槽(107)端设置有第一防逆凸起(108)，所述防喷工位(104)近第一滑槽(106)端设置有第二防逆凸起(109)。4.根据权利要求1所述的多工位常开常闭防喷阀，其特征在于：所述阀芯体(3)上方设置有上阀芯杆(5)，所述阀座(2)中部开设有对中孔(21)，所述上阀芯杆(5)活动穿过对中孔(21)，所述阀座(2)的对中孔(21)四周还设置有过流槽(22)。5.根据权利要求1所述的多工位常开常闭防喷阀，其特征在于：所述阀座(2)通过螺纹与外壳(1)固定连接，所述阀座(2)上下端与外壳(1)间均设置有o型密封圈。6.根据权利要求1所述的多工位常开常闭防喷阀，其特征在于：所述下阀芯杆(6)下端为导向柱(61)，所述导向滑槽(10)设置在导向柱(61)上，所述导向柱(61)的直径大于下阀芯杆(6)上端的直径。7.根据权利要求1所述的多工位常开常闭防喷阀，其特征在于：所述阀芯体(3)下表面和下对中筒(4)上表面均设置有弹簧槽，所述第一压缩弹簧(9)的上下两端分别放置在阀芯体(3)下表面和下对中筒(4)上表面的弹簧槽内。8.根据权利要求1所述的多工位常开常闭防喷阀，其特征在于：所述滑筒(8)上端与下阀芯杆(6)之间设置有密封塞(12)，所述滑筒(8)下端通过螺纹塞(13)与下对中筒(4)螺纹固定连接，所述螺纹塞(13)与下对中筒(4)之间设置有o型密封圈，所述下对中筒(4)上下端均开设有过流通槽(41)，所述下对中筒(4)侧壁开设有增流槽(42)。9.根据权利要求1所述的多工位常开常闭防喷阀，其特征在于：所述滑筒(8)外壁设置有与下对中筒(4)适配的定位凸起(81)，所述定位凸起(81)上开设有导向推杆(11)的装配方槽(82)。10.根据权利要求9所述的多工位常开常闭防喷阀，其特征在于：所述导向推杆(11)包
括限位部(112)和导向部(113)，所述限位部(112)位于装配方槽(82)内，所述限位部(112)与下对中筒(4)内壁之间设置有第二压缩弹簧(114)，所述v型槽(111)开设在导向部(113)前端，所述导向部(113)一侧为平面。

技术总结
本发明提供了一种多工位常开常闭防喷阀，包括外壳、阀座、阀芯组件和下对中筒，阀芯组件包括阀芯体和设置在阀芯体下方的下阀芯杆，阀芯体上设置有与阀座适配的密封面，下阀芯杆外滑动套设有滑筒，滑筒套设在下对中筒内，下对中筒与阀芯体之间设置有第一压缩弹簧，下阀芯杆上设置有导向滑槽，滑筒内设置有在导向滑槽内滑动配合的导向推杆，导向滑槽依次包括常闭工位、低压工位、防喷工位首尾相连，导向推杆前端开设有V型槽，低压工位设置有与导向推杆上V型槽适配的凸起。其通过导向滑槽形状、轨迹及导向推杆的运动配合设计实现了阀的多次常开常闭行为；同时导向滑槽的低压工位凸起的设计能减少阀开启状态下灌入泥浆压力需求。能减少阀开启状态下灌入泥浆压力需求。能减少阀开启状态下灌入泥浆压力需求。


技术研发人员：王国荣 胡刚 徐简繁 廖红林 敬佳佳 吴文勇
受保护的技术使用者：西南石油大学
技术研发日：2023.04.27
技术公布日：2023/8/9