(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 112282697 A(43)申请公布日 2021.01.29
(21)申请号 202011303544.7(22)申请日 2020.11.19
(71)申请人 百勤能源科技（惠州）有限公司
地址 516000 广东省惠州市仲恺高新区陈
江街道元晖路10号一号厂房(72)发明人 庞瑞杰 李江平 陈仁锦 刘建锋
周茂勇 (74)专利代理机构 广州粤高专利商标代理有限
公司 44102
代理人 黄寿华(51)Int.Cl.
E21B 34/10(2006.01)
权利要求书1页 说明书5页 附图7页
CN 112282697 A(54)发明名称
一种井下安全阀(57)摘要
具体公开了一本发明涉及安全阀技术领域，
种井下安全阀，包括依次通过螺纹连接的上接头、活塞筒、弹簧腔和下接头，所述上接头、活塞筒、弹簧腔和下接头均采用金属材质；所述活塞筒内设有活塞孔，所述活塞孔内设有活塞组件，所述活塞组件可在活塞孔内滑动；所述弹簧腔内设有动力弹簧，所述活塞组件的下端连接有推杆，所述推杆穿过动力弹簧；所述弹簧腔的下端内孔连接有密封阀体；所述上接头开设有液控管线连接口，所述液控管线连接口的下端连接有传压口，所述传压口的上端设有锥形密封面；所述液控管线连接口上设置有直螺纹，液控管线连接口的下端两侧分别斜向上延伸有检测孔；本发明在高压高温情况下，性能不易发生改变，提高了产品稳定性，降低了安全事故发生的风险。
CN 112282697 A
权 利 要 求 书
1/1页
1.一种井下安全阀，其特征在于，包括依次通过螺纹连接的上接头(1)、活塞筒(2)、弹簧腔(3)和下接头(4)，所述上接头(1)、活塞筒(2)、弹簧腔(3)和下接头(4)均采用金属材质；
所述活塞筒(2)内设有活塞孔，所述活塞孔内设有活塞组件，所述活塞组件可在活塞孔内滑动；
所述弹簧腔(3)内设有动力弹簧(5)，所述活塞组件的下端连接有推杆(6)，所述推杆(6)穿过动力弹簧(5)；
所述弹簧腔(3)的下端内孔连接有密封阀体(7)；所述上接头(1)开设有液控管线连接口(101)，所述液控管线连接口(101)的下端连接有传压口(102)，所述传压口(102)的上端设有锥形密封面；
所述液控管线连接口(101)上设置有直螺纹，液控管线连接口(101)的下端两侧分别斜向上延伸有检测孔(103)。
2.根据权利要求1所述的井下安全阀，其特征在于，所述活塞筒(2)的下端连接有延伸筒(8)，所述延伸筒(8)与活塞筒(2)之间通过紧定螺钉(9)固定连接。
3.根据权利要求2所述的井下安全阀，其特征在于，所述推杆(6)的内孔上端设有凹槽，所述凹槽内安装有刮环(10)，所述刮环(10)可在延伸筒(8)上滑动。
4.根据权利要求2所述的井下安全阀，其特征在于，所述活塞组件、延伸筒(8)和推杆(6)的外表面分别做木糖醇涂层处理。
5.根据权利要求2所述的井下安全阀，其特征在于，所述延伸筒(8)的内孔前端嵌设有定位环(11)。
6.根据权利要求1所述的井下安全阀，其特征在于，所述活塞组件包括活塞(21)，所述活塞(21)的上端连接有活塞座(22)，活塞(21)的下端连接有活塞杆(23)，活塞(21)的外表面设置有密封组件(24)；
所述活塞(21)与活塞座(22)之间设置有支撑环(25)，活塞(21)与活塞杆(23)之间设置有支撑环(25)；
所述活塞杆(23)的下端连接推杆(6)。7.根据权利要求6所述的井下安全阀，其特征在于，所述活塞孔的上端设置有斜面(26)，所述活塞座(22)的上端设置有与斜面(26)配合的台阶。
8.根据权利要求1所述的井下安全阀，其特征在于，所述下接头(4)的内孔设置有台肩(41)，所述推杆(6)的下端设置有与台肩(41)相匹配的下端面；
所述推杆(6)上设置有排气孔(61)。9.根据权利要求1所述的井下安全阀，其特征在于，所述推杆(6)的下端表面做渗氮加硬处理。
10.根据权利要求1所述的井下安全阀，其特征在于，所述动力弹簧(5)的上端与推杆(6)之间设置有轴承组件(12)。
2
CN 112282697 A
说 明 书一种井下安全阀
1/5页
技术领域
[0001]本发明涉及安全阀技术领域，尤其涉及一种井下安全阀。
背景技术
[0002]井下安全阀，是油气开采时的一种应急安全装置。当井下作业完成后，或出现意外安全事故，如井喷和井涌时，通过关闭安全阀，能够避免潜在的风险或事故的发生。目前市场上的大多数井下安全阀，压力等级都比较低，一般不超过10000psi，而超高压力等级的安全阀，虽然能够达到20000psi，又常因性能不够稳定，导致安全阀失效的例子时有发生。[0003]目前市场上超高压井下安全阀存在的技术问题主要有：在高压情况下，各主体零件之间的连接处容易出现泄漏的情况；液压控制管线接口处在承受高压时，容易发生泄漏；当液控管线出现意外堵塞而无法泄压时，直接松开螺纹会很危险，存在较高的安全事故发生风险。
发明内容
[0004]针对上述存在的超高压井下安全阀容易出现泄漏和较高安全事故发生风险的问题，本发明提供了一种井下安全阀，在高压高温情况下，性能不易发生改变，提高了产品稳定性，降低了安全事故发生的风险。[0005]为了解决上述技术问题，本发明提供的具体方案如下：[0006]一种井下安全阀，包括依次通过螺纹连接的上接头、活塞筒、弹簧腔和下接头，所述上接头、活塞筒、弹簧腔和下接头均采用金属材质；[0007]所述活塞筒内设有活塞孔，所述活塞孔内设有活塞组件，所述活塞组件可在活塞孔内滑动；
[0008]所述弹簧腔内设有动力弹簧，所述活塞组件的下端连接有推杆，所述推杆穿过动力弹簧；
[0009]所述弹簧腔的下端内孔连接有密封阀体；[0010]所述上接头开设有液控管线连接口，所述液控管线连接口的下端连接有传压口，所述传压口的上端设有锥形密封面；所述液控管线连接口上设置有直螺纹，液控管线连接口的下端两侧分别斜向上延伸有检测孔。[0011]可选的，所述活塞筒的下端连接有延伸筒，所述延伸筒与活塞筒之间通过紧定螺钉固定连接，延伸筒能够扶正活塞组件，使活塞组件更加居中。[0012]可选的，所述推杆的内孔上端设有凹槽，所述凹槽内安装有刮环，所述刮环可在延伸筒上滑动，刮环能够起到清除杂物的作用，避免杂物堆积影响使用的稳定性。[0013]可选的，所述活塞组件、延伸筒和推杆的外表面分别做木糖醇涂层处理，可以有效的防止零件相对运动时造成的磨损，提高了产品的稳定性。[0014]可选的，所述延伸筒的内孔前端嵌设有定位环，起到扶正、居中活塞组件的作用。[0015]可选的，所述活塞组件包括活塞，所述活塞的上端连接有活塞座，活塞的下端连接
3
CN 112282697 A
说 明 书
2/5页
有活塞杆，活塞的外表面设置有密封组件；
[0016]所述活塞与活塞座之间设置有支撑环，活塞与活塞杆之间设置有支撑环；[0017]所述活塞杆的下端连接推杆，活塞、活塞杆与推杆之间发生联动作用。[0018]可选的，所述活塞孔的上端设置有斜面，所述活塞座的上端设置有与斜面配合的台阶，起到金属面与金属面密封的作用，这样密封阀体上端的压力与液体就无法进入到活塞筒内，起到降低井下安全阀泄漏率的目的。[0019]可选的，所述下接头的内孔设置有台肩，所述推杆的下端设置有与台肩相匹配的下端面，减少污物进入到密封阀体密封面和弹簧腔里；[0020]所述推杆上设置有排气孔，排气孔的设置则可以避免形成金属密封，即避免在弹簧腔里形成密闭空间。[0021]可选的，所述推杆的下端表面做渗氮加硬处理，避免推杆由于反复推开密封阀体，造成推杆前端弯曲或损伤而无法正常打开密封阀体的风险。[0022]可选的，所述动力弹簧的上端与推杆之间设置有轴承组件，轴承组件在安装动力弹簧时，避免了因为在上紧螺纹时而对动力弹簧传递过大扭矩导致可能造成的形变扭曲。[0023]与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明提供的一种井下安全阀，各主体零件之间采取螺纹和金属密封的连接形式，金属面与金属面密封，在高压高温情况下，性能不易发生改变，提高了产品稳定性，起到降低井下安全阀泄漏率的目的；[0024]上接头的传压口设计成直螺纹和金属密封的连接方式，它通过上紧螺纹的同时，推动两密封面接触来密封，螺纹拧得越紧，密封面接触的就越好，密封效果越可靠，且易于操作；
[0025]当传压口出现泄漏情况时，会有液体从两个检测孔流出，检测孔的设置起到便于检测的作用，且当液控管线出现意外堵塞而无法泄压时，只需要松开一点螺纹连接，压力就会从两个检测孔处释放出来，降低了安全事故发生的风险。附图说明
[0026]图1为本发明实施例中提供的一种井下安全阀的关闭状态下的整体结构示意图。[0027]图2为图1中A部分的结构放大图。[0028]图3为图1中B部分的结构放大图。[0029]图4为图1中C部分的结构放大图。[0030]图5为图4中D-D方向的剖视图。
[0031]图6为本发明实施例中提供的一种井下安全阀的开启状态下的整体结构示意图。[0032]图7为本发明实施例中提供的上接头的结构示意图。[0033]图8为图7中E部分的结构放大图。[0034]图9为图8中F-F方向的剖视图。
[0035]图10为上接头与液压管线连接示意图。[0036]图11为图10中G部分的结构放大图。[0037]其中，1为上接头；101为液控管线连接口；102为传压口；103为检测孔；2为活塞筒；21为活塞；22为活塞座；23为活塞杆；24为密封组件；241为密封环；242为V型盘根；25为支撑环；26为斜面；3为弹簧腔；4为下接头；41为台肩；5为动力弹簧；6为推杆；61为排气孔；7为密
4
CN 112282697 A
说 明 书
3/5页
封阀体；71为阀座；72为阀瓣架；73为阀瓣；74为固定座；75为销；76为销套；77为扭簧；78为紧固螺钉；79为固定螺钉；8为延伸筒；9为紧定螺钉；10为刮环；11为定位环；12为轴承组件；121为上轴承环；122为轴承滚球；123为滚柱固定器；124为下轴承环；13为液控管线；14为液控管线接头。
具体实施方式
[0038]为了详细说明本发明的技术方案，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的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。[0039]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。[0040]例如，一种井下安全阀，包括依次通过螺纹连接的上接头、活塞筒、弹簧腔和下接头，上接头、活塞筒、弹簧腔和下接头均采用金属材质；活塞筒内设有活塞孔，活塞孔内设有活塞组件，活塞组件可在活塞孔内滑动；弹簧腔内设有动力弹簧，活塞组件的下端连接有推杆，推杆穿过动力弹簧；弹簧腔的下端内孔连接有密封阀体；上接头开设有液控管线连接口，液控管线连接口的下端连接有传压口，传压口的上端设有锥形密封面；液控管线连接口上设置有直螺纹，液控管线连接口的下端两侧分别斜向上延伸有检测孔。[0041]本实施例提供的一种井下安全阀，在高压高温情况下，性能不易发生改变，提高了产品稳定性，降低了安全事故发生的风险。[0042]如图1-图11所示，一种井下安全阀，包括依次通过螺纹连接的上接头1、活塞筒2、弹簧腔3和下接头4，其中，上接头的下端连接活塞筒的上端，活塞筒的下端连接弹簧腔的上端，弹簧腔的下端连接下接头的上端。在该示例中，具体为，上接头的下端内表面连接活塞筒的上端外表面，活塞筒的下端外表面连接弹簧腔的上端内表面，弹簧腔的下端外表面连接下接头的上端内表面。[0043]上接头、活塞筒、弹簧腔和下接头均采用金属材质，即上接头、活塞筒、弹簧腔和下接头之间都采取螺纹和金属密封连接的形式，金属面与金属面密封，在高压高温情况下，性能不易发生改变，提高了产品稳定性，起到降低安全阀泄漏率的目的。[0044]活塞筒2内设有活塞孔，活塞孔内设有活塞组件，在具体作业过程中，活塞组件可在活塞孔内滑动。
[0045]弹簧腔4内设有动力弹簧5，活塞组件的下端连接有推杆6，推杆穿过动力弹簧；弹簧腔的下端内孔连接有密封阀体7。
[0046]上接头1开设有液控管线连接口101，液控管线连接口101的下端连接有传压口102，传压口102的上端设有锥形密封面；液控管线连接口101上设置有直螺纹，液控管线连接口101的下端两侧分别斜向上延伸有检测孔103。
[0047]普通井下安全阀液控管线连接口连接形式一般为密封管螺纹NPT连接或直螺纹和密封锥面的连接方式，一般密封管螺纹NPT，需要缠绕生胶带才能起到密封的作用，在高压
5
CN 112282697 A
说 明 书
4/5页
工况环境下，生胶带容易失效而导致管线泄漏；如果采用的是直螺纹和密封锥面的连接方式，就是通过挤压密封锥面产生形变而达到密封的效果，这种密封效果总体而言不太理想，而且相对麻烦。如图7-图11所示，本示例中采用直螺纹和金属密封的连接方式，并设置有锥形密封面，通过上紧螺纹的同时，推动俩密封面接触来密封，螺纹拧得越紧，密封面接触的就越好，密封效果越可靠，且易于操作。两个检测孔的设置能够便于检测，当传压口出现泄漏情况，就会有液体从两个检测孔泄漏出来，而且，液控管线13通过液控管线接头14固定在上接头上，当液控管线13出现意外堵塞而无法泄压时，需要拧开端口处的连接螺纹，如果没有两个检测孔，直接松开螺纹会很危险，而有了这两个检测孔，只需要松开一点，压力就会从两个检测孔处释放出来，降低了安全事故发生的风险。[0048]在正常情况下，密封阀体处于常开状态，如图1所示，当出现意外安全事故，如井喷和井涌时，关闭密封阀体，可以避免事故的发生。当需要关闭密封阀体时，通过地面释放液控管线13压力，活塞组件在动力弹簧的作用下，在活塞孔内滑动，往回收缩，带动推杆向上移动，密封阀体失去了推杆的支撑而关闭，起到阻断井下压力的作用，如图6所示。反之，当需要打开密封阀体时，通过地面控制管线向上接头侧面的传压口施加压力，液控管线压力推动活塞组件、推杆移动，同时压缩动力弹簧，推杆推开密封阀体，继续加压，直到密封阀体被完全打开。此时只要控制管线的压力不释放，密封阀体就一直处于开启状态。[0049]请参考图1和图4，密封阀体7包括阀座71、阀瓣架72、阀瓣73、固定座74、销75、销套76和扭簧77、紧固螺钉78，阀座通过螺纹连接在弹簧腔下端内孔上，阀瓣架与阀座之间通过紧固螺钉78连接，阀瓣通过销与阀座相连，销套套设在销上，销与销套穿过扭簧，销的两端安装有固定螺钉79，防止销滑出，阀瓣架与固定座以螺纹连接并固定在阀座上。[0050]在正常情况下，阀瓣处于常开状态，当出现意外安全事故，如井喷和井涌时，关闭阀瓣可以避免事故的发生。当需要关闭阀瓣时，通过地面释放液控管线压力，活塞组件在动力弹簧的作用下，在活塞孔内滑动，往回收缩，带动推杆向上移动，阀瓣失去了推杆的支撑，在扭簧的作用下向下关闭，与阀座形成密封，起到阻断井下压力的作用。反之，当需要打开阀瓣时，通过地面控制管线向上接头侧面的传压口施加压力，液控管线压力推动活塞组件、推杆移动，同时压缩动力弹簧，推杆推开阀瓣，继续加压，直到阀瓣被完全打开。此时只要控制管线的压力不释放，阀瓣就一直处于开启状态。[0051]在一些实施例中，活塞筒2的下端连接有延伸筒4，延伸筒与活塞筒之间通过紧定螺钉9固定连接，延伸筒能够扶正活塞组件，使活塞组件更加居中。[0052]推杆6的内孔上端设有凹槽，凹槽内安装有刮环10，刮环可在延伸筒上滑动，刮环能够起到清除杂物的作用，避免杂物堆积影响使用的稳定性。[0053]在一些实施例中，活塞组件、延伸筒和推杆的外表面分别做木糖醇涂层处理，可以有效的防止零件相对运动时造成的磨损，提高了产品的稳定性。[0054]井下安全阀，是油气开采时的一种应急安全装置，要求能够长期稳定的工作，所以对产品材质要求很高，在含有硫化氢或二氧化碳的工况环境下，常采用铬合金材料，铬合金具有良好的抗腐蚀性能，但硬度比较低，而且在相对滑动时，极易发生摩擦损伤，所以，需要做一些特殊的表面处理。活塞组件、延伸筒和推杆的外表面分别做木糖醇涂层处理，这种表面涂层处理，可以有效的防止零件相对运动时造成的磨损，提高了产品稳定性。[0055]在一些实施例中，延伸筒8的内孔前端嵌设有定位环11，起到扶正、居中活塞组件
6
CN 112282697 A
说 明 书
5/5页
的作用。
[0056]如图3所示，活塞组件包括活塞21，活塞的上端连接有活塞座22，活塞的下端连接有活塞杆23，活塞的外表面设置有密封组件24；活塞与活塞座之间设置有支撑环25，活塞与活塞杆之间设置有支撑环；活塞杆的下端连接推杆，活塞、活塞杆与推杆之间发生联动作用。其中，活塞座、活塞、活塞杆和支撑环的外表面均做木糖醇涂层处理。[0057]活塞外表面设置的密封组件共有两组，一组密封组件位于活塞的上端，另一组密封组件位于活塞的下端，每一组密封组件24均包括有一个密封环241和两个V型盘根242，在受到动力弹簧的弹力作用后，活塞和活塞杆往回收缩，在活塞往回收缩的过程中，会对密封组件进行挤压，V型盘根受挤压变形，能够配合密封环起到很好的密封作用。[0058]在一些实施例中，活塞孔的上端设置有斜面26，活塞座的上端设置有与斜面配合的台阶，起到金属面与金属面密封的作用，这样密封阀体上端的压力与液体就无法进入到活塞筒内，起到降低井下安全阀泄漏率的目的。[0059]当释放液控管线压力，活塞组件在动力弹簧的作用下，往回收缩，活塞座最终会抵接到活塞孔的斜面，形成金属密封，这样密封阀体上端的压力与液体就无法进入到活塞筒内，起到降低井下安全阀泄漏率的目的。在该示例中，活塞组件采用密封性能良好的非弹性体密封材质，在高压工作环境下保持性能稳定可靠，起到双重保护的作用。[0060]在一些实施例中，下接头4的内孔设置有台肩41，推杆的下端设置有与台肩相匹配的下端面，减少污物进入到密封阀体密封面和弹簧腔里；推杆6上设置有排气孔61，排气孔的设置则可以避免形成金属密封，即避免在弹簧腔里形成密闭空间。[0061]当密封阀体完全开启时，推杆的下端面会抵到下接头的台肩，这样可以减少污物进入到密封阀体密封面和弹簧腔里，但为了避免形成金属密封，所以在推杆的前端设有排气孔，这样就不会在弹簧腔里形成密闭空间了。[0062]在一些实施例中，推杆的下端表面做渗氮加硬处理，避免推杆由于反复推开密封阀体，造成推杆前端弯曲或损伤而无法正常打开密封阀体的风险。[0063]动力弹簧5的上端与推杆6之间设置有轴承组件12，轴承组件在安装动力弹簧时，避免了因为在上紧螺纹时而对动力弹簧传递过大扭矩导致可能造成的形变扭曲。[0064]如图2所示，轴承组件12包括上轴承环121、轴承滚球122、滚珠固定器123和下轴承环124，滚珠固定器位于上轴承环和下轴承环之间，滚珠固定器用于固定轴承滚珠，轴承组件在安装动力弹簧时，避免了因为在上紧螺纹时而对动力弹簧传递过大扭矩导致可能造成的形变扭曲。
[0065]本发明提供的一种井下安全阀，在高压高温情况下，性能不易发生改变，提高了产品稳定性，降低了安全事故发生的风险。[0066]可以理解的，上述实施例中各个部件之间的不同实施方式可以进行组合实施，实施例仅仅只是为了说明特定结构的可实施方式，并不是作为方案实施的限定。[0067]上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
7
CN 112282697 A
说 明 书 附 图
1/7页
图1
8
CN 112282697 A
说 明 书 附 图
2/7页
图2
图3
9
CN 112282697 A
说 明 书 附 图
3/7页
图4
图5
10
CN 112282697 A
说 明 书 附 图
4/7页
图6
11
CN 112282697 A
说 明 书 附 图
5/7页
图7
图8
12
CN 112282697 A
说 明 书 附 图
6/7页
图9
图10
13
CN 112282697 A
说 明 书 附 图
7/7页
图11
14
因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容