箭形止回阀的制作方法与工艺

202 编辑：中冶有色技术网来源：长江大学;

2023-09-25 15:27:59

本实用新型涉及石油、天然气开采、钻井的工具领域，尤其是一种用于钻具的箭形止回阀。

背景技术：

在钻井平台钻井工作时，由于地层的复杂多变，钻井过程中常常会遇到地层高压流体，如果没有可靠的防喷系统就有可能发生井涌或井喷，影响钻井作业安全和钻井效率。箭形止回阀是种钻柱内的防喷工具，连接在钻柱中，当遇到高压油气层向上顶压时，可带动箭形阀芯向上移动与阀座贴合密封，关闭钻柱内通道，防止井喷及井涌。现有技术中箭形止回阀的缺点是：1、由于用于固定阀座的压帽存在，限制了钻井液的通道，减小了箭形止回阀的过流面积，产生较大阻力，使泥浆的压降较大，浪费了能量，影响钻进效率。2、在箭形阀芯上用来密封的橡胶圆圈在高压高速流体的作用下容易磨损失效或脱落，影响箭形阀芯的密封效果。3、由于钻井液的压力值上下浮动，箭形阀芯的弹簧在正常工作时一直在跳动，这影响了弹簧的寿命，对井控作业也不利。中国专利文献CN203362113U公开了一种箭形止回阀，通过在箭形阀芯和阀座上设置硬质合金密封套，来改善使用寿命短的问题，但是结构较为复杂，且仍未解决过流面积小和箭形阀芯跳动的问题。中国专利文献CN102635329A公开了一种新型双密封箭形止回阀，设置的橡胶筒能够提高密封效果，延长使用寿命。将阀座与压帽集成到上阀体，扩大了流体通道。使用了较少的O形密封圈。但是流体通道仍存在压降较大的问题。设置的橡胶筒在高压泥浆的作用下，磨损较快，很快失去密封的效果。设置的安全卡环由于结构缺陷，在发生井涌或井喷时，安全卡环容易将箭形阀芯锁死，难以脱开。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种箭形止回阀，能够提高过流面积，降低阻力，提高密封效果，延长使用寿命，在优选的方案中，能够避免在工作过程中，箭形阀芯跳动的问题。为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：一种箭形止回阀，包括互相连接的上阀体和下阀体，上阀体内设有通孔，在通孔的底部依次设有锥形面和第一花键面；在下阀体内设有沿下阀体轴向滑动的箭形阀芯，箭形阀芯顶部相应设有与锥形面密封配合的锥台，与第一花键面密封配合的第二花键面。优选的方案中，所述的第一花键面为柱形的通孔的内壁设有多个圆弧状凸起或凹陷。优选的方案中，所述的第二花键面为柱形面的外壁设有多个圆弧状凹陷或凸起。优选的方案中，在第一花键面与第二花键面上端设有倒角或倒圆。优选的方案中，在下阀体内还设有底座，底座中心设有导向孔，箭形阀芯的底部设有缩径段，缩径段在导向孔内滑动，在缩径段上设有第一弹簧，第一弹簧位于箭形阀芯的头部底面与底座上端面之间。优选的方案中，箭形阀芯的头部位于下阀体扩径的过流腔内，底座固定安装在过流腔的底部位置，底座上设有环形的过流道，过流道通过至少一个侧口与过流腔连通。优选的方案中，底座的顶部还设有至少一个与过流道连通的底座端面通孔。优选的方案中，所述的底座端面通孔为弧形孔。优选的方案中，在箭形阀芯的缩径段设有垂直于轴线的通孔，通孔两端活动设有带有球头的定位头，定位头之间设有第二弹簧；在导向孔内壁设有与定位头相对应的球形卡槽。优选的方案中，当定位头卡入球形卡槽，箭形阀芯与上阀体处于分离状态。本实用新型提供的一种箭形止回阀，通过采用花键面的结构，在不增加行程和外径的前提下，增加过流面积超过原有过流面积的1.5~2倍。采用的锥形面与花键面配合的组合方案，提高了密封效果，尤其是采用该方案，无需设置额外的密封件，例如橡胶材质的密封圈、密封筒等结构，从而避免了密封件被高压泥浆快速磨损的问题，提高了箭形止回阀的使用寿命。设置的球形的定位头与球形卡槽的配合，能够在正常工作中锁定箭形阀芯的位置，从而避免在工作过程中箭形阀芯的跳动，减小了弹簧的弹动,进一步延长箭形止回阀的使用寿命。正常工作时始终不会封住流道，下钻顺利，便于钻井液通过。同时,当井喷及井涌时,在井喷高压液的作用下,又可以自动密封，防止井下流体向上流动，有利于井控作业。附图说明下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明：图1为本实用新型的主视整体结构剖视示意图。图2为图1中B处的局部放大示意图。图3为本实用新型中箭形阀芯的结构示意图。图4为本实用新型中箭形止回阀最小过流面积处的示意图。图5为本实用新型中底座的结构示意图。图6为本实用新型中底座的俯视结构示意图。图中：上阀体1，下阀体2，箭形阀芯3，第一弹簧4，底座5，定位头6，第二弹簧7，导向孔8，第一花键面9，第二花键面10，通孔11，球形卡槽12，底座端面通孔13，侧口14，锥形面15，锥台16，过流腔17。具体实施方式如图1~6中，一种箭形止回阀，包括互相连接的上阀体1和下阀体2，上阀体1内设有通孔，在通孔的底部依次设有相对于通孔扩径的锥形面15和第一花键面10；在下阀体2内设有沿下阀体2轴向滑动的箭形阀芯3，箭形阀芯3顶部相应设有与锥形面15密封配合的锥台16，与第一花键面10密封配合的第二花键面9。优选的方案中，所述的第一花键面10为柱形的通孔的内壁设有多个圆弧状凸起或凹陷。本例中采用通孔的内壁设有多个圆弧状凹陷的结构。优选的方案中，所述的第二花键面9为柱形面的外壁设有多个圆弧状凹陷或凸起。本例中采用柱形面的外壁设有多个圆弧状凸起的结构。由上述的结构，在正常工作时，采用花键面的结构，能够在不改变其他参数的前提下，增大过流面积，参见图4中所示，尤其是在花键槽设置在上阀体1的通孔内壁的结构下，过流面积增加较大。当出现井喷及井涌时，箭形阀芯3与上阀体1形成密封，其中锥台16与锥形面15形成第二级密封，第一花键面9与第二花键面10形成第一级密封，虽然第一级密封为确保滑动顺畅而存在较小的间隙，但是经过第一级密封仍能在很大程度上降低井喷及井涌时的压力，再经过锥台16与锥形面15的第二级密封，完全都能够实现对井喷及井涌的封堵，无需额外设置的密封圈。延长了使用寿命，也降低了零件的加工难度。优选的方案中，在第一花键面10与第二花键面9上端设有倒角或倒圆。由此结构，利用类似楔紧的原理，在一花键面10与第二花键面9之间还能够通过倒角或倒圆进一步提高密封效果。优选的方案如图5、6中，在下阀体2内还设有底座5，底座5中心设有导向孔8，箭形阀芯3的底部设有缩径段，缩径段在导向孔8内滑动，在缩径段上设有第一弹簧4，第一弹簧4位于箭形阀芯3头部底面与底座5上端面之间。由此结构，第一弹簧4趋于使箭形阀芯3将上阀体1的通孔封堵，并非有高压泥浆将箭形阀芯3压下，开启流道，由此结构，能够在泥浆压力不足时，将上阀体1封住，避免出现井喷及井涌的状况。优选的方案如图5中，箭形阀芯3的头部位于下阀体2扩径的过流腔17内，底座5固定安装在过流腔17的底部位置，底座5上设有环形的过流道18，过流道18通过至少一个侧口14与过流腔17连通。由此结构，便于泥浆通过。优选的方案如图6、3中，底座5的顶部还设有至少一个与过流道18连通的底座端面通孔13。由此结构，当出现井喷及井涌的状况，液流能够以较大的压力冲击箭形阀芯3上方膨大头部的底面，形成向上的推力。从而带动箭形阀芯3封堵流道。优选的方案如图6中，所述的底座端面通孔13为弧形孔。由此结构，增大井喷及井涌的状况下液流对箭形阀芯3的冲击。优选的方案如图1~3中，在箭形阀芯3的缩径段设有垂直于轴线的通孔11，通孔11两端活动设有带有球头的定位头6，定位头6之间设有第二弹簧7；在导向孔8内壁设有与定位头6相对应的球形卡槽12。由此结构，当工作时，在泥浆的压力下，箭形阀芯3下行，当带有圆头的定位头6到达球形卡槽12的位置，在第二弹簧7的作用下，定位头6卡入到球形卡槽12内，从而将箭形阀芯3的位置锁定，即便泥浆压力存在波动，箭形阀芯3在定位头6的锁定作用下，也不会跳动，从而延长第一弹簧4的使用寿命。当井喷及井涌的状况下，在液流的冲击下，定位头6与球形卡槽12脱开，从而箭形阀芯3在第一弹簧4的作用下封堵流道。优选的方案中，当定位头6卡入球形卡槽12，箭形阀芯3与上阀体1处于分离状态。由此结构，便于泥浆通过。上述的实施例仅为本实用新型的优选技术方案，而不应视为对于本实用新型的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本实用新型的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本实用新型的保护范围之内。

箭形止回阀的制作方法与工艺

技术特征：

1.一种箭形止回阀，包括互相连接的上阀体（1）和下阀体（2），其特征是：上阀体（1）内设有通孔，在通孔的底部依次设有锥形面（15）和第一花键面（10）；在下阀体（2）内设有沿下阀体（2）轴向滑动的箭形阀芯（3），箭形阀芯（3）顶部相应设有与锥形面（15）密封配合的锥台（16），和与第一花键面（10）密封配合的第二花键面（9）。2.根据权利要求1所述的一种箭形止回阀，其特征是：所述的第一花键面（10）为在柱形的通孔的内壁设有多个圆弧状凸起或凹陷。3.根据权利要求1所述的一种箭形止回阀，其特征是：所述的第二花键面（9）为柱形面的外壁设有多个圆弧状凹陷或凸起。4.根据权利要求1所述的一种箭形止回阀，其特征是：在第一花键面（10）与第二花键面（9）上端设有倒角或倒圆。5.根据权利要求1所述的一种箭形止回阀，其特征是：在下阀体（2）内还设有底座（5），底座（5）中心设有导向孔（8），箭形阀芯（3）的底部设有缩径段，缩径段在导向孔（8）内滑动，在缩径段上设有第一弹簧（4），第一弹簧（4）位于箭形阀芯（3）的头部底面与底座（5）上端面之间。6.根据权利要求5所述的一种箭形止回阀，其特征是：箭形阀芯（3）的头部位于下阀体（2）扩径的过流腔（17）内，底座（5）固定安装在过流腔（17）的底部位置，底座（5）上设有环形的过流道（18），过流道（18）通过至少一个侧口（14）与过流腔（17）连通。7.根据权利要求6所述的一种箭形止回阀，其特征是：底座（5）的顶部还设有至少一个与过流道（18）连通的底座端面通孔（13）。8.根据权利要求7所述的一种箭形止回阀，其特征是：所述的底座端面通孔（13）为弧形孔。9.根据权利要求5所述的一种箭形止回阀，其特征是：在箭形阀芯（3）的缩径段设有垂直于轴线的通孔（11），通孔（11）两端活动设有带有球头的定位头（6），定位头（6）之间设有第二弹簧（7）；在导向孔（8）内壁设有与定位头（6）相对应的球形卡槽（12）。10.根据权利要求9所述的一种箭形止回阀，其特征是：当定位头（6）卡入球形卡槽（12），箭形阀芯（3）与上阀体（1）处于分离状态。技术总结

本实用新型提供一种箭形止回阀，包括互相连接的上阀体和下阀体，上阀体内设有通孔，在通孔的底部依次设有锥形面和第一花键面；在下阀体内设有沿下阀体轴向滑动的箭形阀芯，箭形阀芯顶部相应设有与锥形面密封配合的锥台，与第一花键面密封配合的第二花键面。本实用新型提供的一种箭形止回阀，通过采用花键面的结构，在不增加行程和外径的前提下，增加过流面积超过原有过流面积的1.5~2倍。采用的锥形面与花键面配合的组合方案，提高了密封效果，尤其是采用该方案，无需设置额外的密封件，例如橡胶材质的密封圈、密封筒等结构，从而避免了密封件被高压泥浆快速磨损的问题，提高了箭形止回阀的使用寿命。

技术研发人员：邓福成;江友亮

受保护的技术使用者：长江大学

文档号码：201620620301

技术研发日：2016.06.22

技术公布日：2016.11.16

声明：

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我是此专利(论文)的发明人(作者)