专利名称：防漏失阀的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及石油钻井和采油生产作业时的封隔和阀装置。
背景技术：
油井经过长期开采会造成地层能量亏空，压力下降，在对油井进行热洗清蜡或反 洗井的过程中会出现地层漏失，洗井液不能反出地面的情况。影响油井的正常生产与管理， 还会造成地层污染。 目前用来阻止洗井液侵入油层一般采用洗井阀来控制，现在用来保护地层的管柱 结构或洗井阀存在的不足之处是他们均含有常闭式的球型单向阀，阀内的阀球阻挡流道， 流道不是畅通的，这一方面增大了产出液的流阻，消耗产能，影响产液量，另一方面，油管内 的沉砂不能通过单向阀沉入井底，容易造成砂埋现象，影响油井正常生产，甚至停产上修。
实用新型内容针对现有技术存在的问题，本实用新型提供一种既能阻止洗井液进入地层，又能 在油井正常生产时保持球形阀芯内的流道完全畅通的地层保护阀。 本实用新型防漏失阀，包括外筒、筒状驱动心轴、球阀、下接头和开关工具；所述球 阀包括筒状外壳，外壳内从上向下依次设置有操作臂、球形阀芯、球密封座，球形阀芯相对 外壳铰接安装，并与球密封座密闭配合，球密封座与外壳内表面相对密闭，操作臂与球形阀 芯之间设置有接合结构；所述下接头与所述外壳下端密闭相接，所述外筒与所述外壳上端 密闭相接，所述驱动心轴设置在外筒内，其下端与所述操作臂相接，随着驱动心轴在外筒内 上下移动，通过操作臂驱动球形阀芯绕其铰轴转动，实现球阀的开闭；驱动心轴与外筒之间 设置有位置锁定机构，通过该锁定机构对驱动心轴分别与球阀开、闭状态相对应的两个工 作位置进行锁定，实现对球阀打开或关闭状态的保持；驱动心轴上设置有卡接结构，所述开 关工具通过该卡接结构与驱动心轴相连接，驱动驱动心轴上下移动。 进一步，所述球密封座可在所述外壳内轻微滑动，球密封座下端与所述下接头之 间设置有顶推弹簧，球密封座在顶推弹簧的顶推下始终保持与所述球形阀芯密闭接合。 进一步，所述外壳内沿上下方向设置有两个筒状上下球座，上下球座与外壳相对 固定，两球座相邻一端设置有开口相对的弧形卡槽，所述球形阀芯的铰接轴被夹持固定在 两球座上的弧形卡槽中，所述操作臂和所述球密封座分别位于上下球座的内腔中。 进一步，所述外筒下端和所述下接头的上端分别顶压在所述上球座的上端和所述 下球座的下端，由此使上下球座与所述外壳相对固定，同时，所述球密封座通过与所述下接 头之间密闭配合实现与外壳之间的相对密闭。 进一步，所述操作臂与所述球形阀芯之间的接合结构由操作销和长孔或长槽构 成，其中，所述操作销安装在操作臂下端，其轴线与球形阀芯铰接轴的轴线相平行，所述长 孔或长槽设置在球形阀芯上，长孔或长槽的宽度与操作销的直径相适配，操作销插装在长 孔或长槽中，随着操作臂在所述驱动心轴的驱动下上下移动，通过其上的操作销拨动球形阀芯转动，实现所述球阀的打开或关闭，球形阀芯上所述长孔或长槽的长度、形状、角度与 球形阀芯的开闭动作相适配。 进一步，所述操作臂为筒状，配装在所述上球座内腔中，操作臂上端与所述驱动心
轴下端螺纹连接，并且驱动心轴上端外表面与所述外筒内表面相接，由驱动心轴内腔及操
作壁内腔构成流体通道；所述外壳与所述外筒及所述下接头之间均螺纹连接，并且在连接 处均设置有防松结构。 进一步，所述驱动心轴与所述外筒之间设置的所述位置锁定机构由两个环行卡槽 和两组弹性卡舌构成；两个环行卡槽上下间隔设置在外筒内表面上，环行卡槽的断面形状 为梯形；弹性卡舌为沿驱动心轴轴向延伸、并可沿驱动心轴径向摆动的悬臂结构，弹性卡 舌自由端外表面上设置有可卡入环行卡槽中的梯形凸起，两组弹性卡舌上下间隔设置在驱 动心轴侧壁上，每组均包括若干个沿驱动心轴周向均布的弹性卡舌，上下两组弹性卡舌分 别与上下两个环行卡槽相配合，当上方一组弹性卡舌上的梯形凸起卡入上卡槽时，下方一 组弹性卡舌上的梯形凸起被外筒内表面压向径向里侧，该状态与所述球阀的关闭状态相对 应，当下方一组弹性卡舌上的梯形凸起卡入下卡槽时，上方一组弹性卡舌上的梯形凸起被 外筒内表面压向径向里侧，该状态与球阀的打开状态相对应。 进一步，所述上方一组弹性卡舌上的梯形凸起的形状与所述上卡槽梯形断面的形 状相同，所述下方一组弹性卡舌上的梯形凸起的形状与所述下卡槽梯形断面的形状相同， 并且，上卡槽梯形断面的下侧边与所述外筒轴线的夹角和下卡槽梯形断面的上侧边与外筒 轴线的夹角均保证对所卡入弹性卡舌的可靠锁定。 进一步，所述驱动心轴从上向下包括啮合段和容砂段，所述上下两组弹性卡舌位 于所述啮合段上，并且，两组弹性卡舌的固定端相邻设置，弹性卡舌自由端内表面上设置有 向径向里侧突出的凸起；所述开关工具为筒状，在其筒身上设置有卡接段，该卡接段外表面 上设置有径向凸起结构，该凸起结构上下两端均为径向逐渐縮小的锥面；所述凸起结构的 直径小于所述弹性卡舌自由状态下的内径，大于弹性卡舌自由端被所述外筒内表面压下后 其径向里侧凸起部位的内径，开关工具插入驱动心轴后，其上的凸起结构位于驱动心轴上 下两组弹性卡舌自由端之间，这样，随着开关工具向下移动，其上凸起结构的下端斜面将顶 推在驱动心轴上被外筒内表面压下的下方一组弹性卡舌自由端径向里侧的凸起上，由此带 动驱动心轴下行，直至下方一组弹性卡舌卡入外筒上的下卡槽，随着开关工具上移，其上凸 起结构的上端斜面将顶推在驱动心轴上被外筒内表面压下的上方一组弹性卡舌自由端径 向里侧的凸起上，由此带动驱动心轴上行，直至上方一组弹性卡舌卡入外筒上的上卡槽。 进一步，所述凸起结构为所述开关工具外表面上设置的环形凸起，或为绕开关工 具周向均布的若干个凸棱，并且，凸棱上下端分别设置有耐磨块。 本实用新型防漏失阀将原来的单向阀改为可操控的双向阀，并将开关工具连接在 油管下端后，在地面即可通过提放油管来控制球阀的开闭，不但操作简单，消除了原来阀球 对流道的阻碍，提高了产液量，而且，阀芯处的金属硬密封结构适用于高温高压等恶劣工作 环境，球阀静密封双向压差均可以达到35Mpa。
图1为本实用新型未插装开关工具时的剖视结构示意5[0017] 图2为图1中放大后的A-A剖视图； 图3为图1中序号32所示上球座的部分剖视结构示意图； 图4为图3中B向视图； 图5为图1中序号35所示下球座的部分剖视结构示意图； 图6为图5中C向视图； 图7为图1中序号33所示操作臂的部分剖视结构示意图； 图8为图7中D-D剖视图； 图9为图1中序号34所示球形阀芯结构示意图； 图10为图9中E向视图； 图11为图1中序号22所示驱动心轴啮合段部分剖视结构示意图； 图12为图11中F-F剖视图； 图13为图1中序号12所示外筒定位段部分剖视结构示意图； 图14为本实用新型中开关工具部分剖视结构示意图； 图15为图14中G-G剖视图； 图16为本实用新型操作状态示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型进行说明。
实施例1 : 如图1和2所示，本实用新型防漏失阀包括外筒1、筒状驱动心轴2、球阀3、下接头 4和开关工具7 ;球阀3包括筒状外壳31，外壳31内从上向下依次设置有操作臂33、球形阀 芯34、球密封座36，球形阀芯34相对外壳31铰接安装，并与球密封座36密闭配合，球密封 座36与外壳31内表面相对密闭，球密封座36可在外壳31内上下滑动，球密封座36下端 的球密封座顶环38与下接头4中部的卡台之间设置有顶推弹簧41，球密封座36在顶推弹 簧41的顶推下始终保持与球形阀芯34密闭接合。操作臂33与球形阀芯34之间设置有接 合结构；下接头4与外壳31下端密闭相接，外筒1由外筒上接头11、外筒定位段12、外筒中 间段13和外筒下接头14上下螺纹连接构成，其各段之间均设置有密封圈6，外筒下接头14 下端与外壳31上端密闭相接，驱动心轴2设置在外筒1内，其下端与操作臂33螺纹连接， 随着驱动心轴2在外筒1内上下移动，通过操作臂33驱动球形阀芯34绕其铰轴转动，实现 球阀3的开闭；驱动心轴2与外筒1之间设置有位置锁定机构，通过该锁定机构对驱动心轴 2分别与球阀3开、闭状态相对应的两个工作位置进行锁定，实现对球阀3打开或关闭状态 的保持；外筒下接头14和驱动心轴2之间还设置有限位结构，该限位结构由外筒下接头14 内壁上设置的止动销和驱动心轴2下端沿驱动心轴2轴向延伸的长孔或者长槽配合构成， 驱动心轴2上设置有卡接结构，开关工具7通过该卡接结构与驱动心轴2相连接，驱动驱动 心轴2上下移动。 如图7-10所示，操作臂33为筒状由支撑臂331和操作销安装孔332构成；球形阀 芯34由操作销安装长槽341、支撑轴头342和阀孔343构成，支撑轴头342跨越外壳31直 径方向将球形阀芯34可转动安装在外壳31上，如图1所示，支撑轴头342上的铰接轴也可 以架设在外壳31内沿上下方向固定设置的筒状上球座32和下球座35上，如图3-6所示，上球座32其上设置有上夹头321，上夹头321上具有安装球形阀芯34铰接轴的上夹槽322， 下球座35上设置下夹头351，下夹头351上具有安装球形阀芯34铰接轴的下夹槽352，上 夹槽322和下夹槽352开口相对设置将球形阀芯34的铰接轴夹持固定在两球座32、35上 配合形成的弧形卡槽中，操作臂33和球密封座36分别位于上下球座32、35的内腔中。下 球座35和下接头4内侧与球密封座36之间的空间还设置有过渡密封段37将下球座35、 下接头4和球密封座36之间密封。操作臂33与球形阀芯34之间的接合结构由操作销39 和长槽构成，操作销安装孔332和操作销安装长槽341配合将操作销39插装在操作销安装 长槽341中，其中操作销39安装在操作臂33下端，其轴线与支撑轴头342的铰接轴的轴线 平行，随着操作臂33在驱动心轴2的驱动上下移动，通过操作销39拨动球形阀芯34转动， 阀孔343轴线转动到与外壳31的轴线相重合时球阀3打开，阀孔343轴线转动到与外壳31 的轴线相对垂直时球阀3关闭。操作臂33为筒状配装在上球座32内腔中，操作臂33上端 与驱动心轴2下端螺纹连接，并且驱动心轴2上端设置驱动心轴密封头21与外筒1内表面 密闭相接，由驱动心轴2内腔及操作臂33内腔构成流体通道；外壳31与外筒1及下接头4 之间均螺纹连接，并且在连接处均设置有止旋螺塞5，防止外壳31与外筒1及下接头4之间 松动。 如图1U1、12和13所示，驱动心轴2与外筒1之间设置的位置锁定机构由外筒定 位段12上设置的上环形卡槽121和下环形卡槽122，与驱动心轴啮合段22上设置的两组弹 性卡头221构成；上、下环行卡槽121U22上下间隔设置在外筒1内表面上，环行卡槽121、 122的断面形状为梯形；弹性卡头221为沿驱动心轴2轴向延伸、并可沿驱动心轴2径向摆 动的悬臂结构，弹性卡头221自由端外表面上设置有可卡入环行卡槽121U22中的弹性卡 头自由端外凸起222，弹性卡头自由端外凸起222的形状为梯形，两组弹性卡头221上下间 隔设置在驱动心轴2侧壁上，每组均包括若干个沿驱动心轴2周向均布的弹性卡头221，上 下两组弹性卡头221分别与上下两个环行卡槽121U22相配合，当上方一组弹性卡头上的 梯形凸起222卡入上环形卡槽121时，下方一组弹性卡头上的梯形凸起被外筒1内表面压 向径向里侧，该状态与球阀3的关闭状态相对应，当下方一组弹性卡头上的梯形凸起卡入 下环形卡槽122时，上方一组弹性卡头上的梯形凸起222被外筒1内表面压向径向里侧，该 状态与球阀3的打开状态相对应。上方一组弹性卡头221上的梯形凸起222的形状与上 环形卡槽121梯形断面的形状相同，下方一组弹性卡舌上的梯形凸起的形状与下环形卡槽 122梯形断面的形状相同，并且，上环形卡槽121梯形断面的下侧边与外筒1轴线的夹角和 下环形卡槽122梯形断面的上侧边与外筒1轴线的夹角均保证对所卡入弹性卡头的可靠锁 定。驱动心轴2从上向下包括啮合段22和容砂段23，上下两组弹性卡头221位于啮合段 22上，并且，两组弹性卡头221的固定端相邻设置，弹性卡头自由端内表面上设置有向径向 里侧突出的凸起223。 如图14和15所示，开关工具7为筒状，从上到下依次由油管接头71、扶正套72、 扶正短节73、万向节74、连接心轴75、啮合外套76和下扶正短节79构成，啮合外套76上 设置有卡接段，该卡接段外表面上设置有径向凸起结构77，该凸起结构77上下两端均为径 向逐渐縮小的锥面；凸起结构77的直径小于弹性卡头221自由状态下的内径，大于弹性卡 头221自由端被外筒l内表面压下后其径向里侧凸起223部位的内径，如图16所示，开关 工具7插入驱动心轴2后，其上的凸起结构77位于驱动心轴2上下两组弹性卡头221自由
7端之间，这样，随着开关工具7向下移动，其上凸起结构77的下端斜面将顶推在驱动心轴2 上被外筒1内表面压下的下方一组弹性卡头自由端径向里侧的凸起223上，由此带动驱动 心轴2下行，直至下方一组弹性卡头卡入外筒1上的下环形卡槽122中，随着开关工具7上 移，其上凸起结构77的上端斜面将顶推在驱动心轴2上被外筒1内表面压下的上方一组弹 性卡舌自由端径向里侧的凸起上，由此带动驱动心轴2上行，直至上方一组弹性卡头221卡 入外筒1上的上环形卡槽中。开关工具7在插装入驱动心轴2过程中其凸起结构77部位 会与驱动心轴2内壁摩擦而破损，因此开关工具7凸起结构77处设置了防止开关工具7磨 损的耐磨块78。 实施例2 : 本实用新型的防漏失阀为了加工方便，驱动心轴2也可以采用一根心轴一体制 成，外筒同样也可以由一部分构成，只需要将驱动心轴和外筒相配合相连的部分采用如实 施例1中同样的设置方式。实施例1中开关工具7的外径小于驱动心轴2的内径，为了方 便向驱动心轴2内插装开关工具7，开关工具7采用多段设计，扶正套72、扶正短节73和下 扶正短节79起导向作用，为了加工方便，开关工具7也可以一体制成，只需在开关工具7上 设置与啮合心轴2的卡接结构。 工作时，防漏失阀本体和开关工具与防漏失阀上接头连接的封隔器和封隔器坐封 服务工具一道下入到井下，下井时防漏失阀处于打开状态。当封隔器和防漏失阀到达预期 深度，封隔器坐封后，封隔器服务工具将封隔器与油管脱开，此时油管只与开关工具油管接 头相连。上提管柱，开关工具啮合外套和防漏失阀啮合心轴相啮合，并带动啮合心轴的啮合 段和容砂段向上移动，驱动球阀操作臂向上运动关闭球阀。当啮合心轴到达上端极限位置 时即球阀完全关闭时，继续上提管柱，开关工具和防漏失阀啮合心轴脱开，起出坐封工具和 防漏失阀开关工具。开井作业时，下放防漏失阀开关工具，到达封隔器坐封位置后，开关工 具扶正套将开关工具导入防漏失阀工具本体内，下压管柱一定的力，开关工具与啮合心轴 卡固并带动驱动心轴的啮合段和容砂段向下移动，从而驱动球阀操作臂向下运动打开防漏 失阀球阀。 要进行修井或其他需要关闭防漏失阀球阀作业时，重复进行上面所述的操作过 程。
权利要求一种防漏失阀，其特征在于，包括外筒、筒状驱动心轴、球阀、下接头和开关工具；所述球阀包括筒状外壳，外壳内从上向下依次设置有操作臂、球形阀芯、球密封座，球形阀芯相对外壳铰接安装，并与球密封座密闭配合，球密封座与外壳内表面相对密闭，操作臂与球形阀芯之间设置有接合结构；所述下接头与所述外壳下端密闭相接，所述外筒与所述外壳上端密闭相接，所述驱动心轴设置在外筒内，其下端与所述操作臂相接，随着驱动心轴在外筒内上下移动，通过操作臂驱动球形阀芯绕其铰轴转动，实现球阀的开闭；驱动心轴与外筒之间设置有位置锁定机构，通过该锁定机构对驱动心轴分别与球阀开、闭状态相对应的两个工作位置进行锁定，实现对球阀打开或关闭状态的保持；驱动心轴上设置有卡接结构，所述开关工具通过该卡接结构与驱动心轴相连接，驱动驱动心轴上下移动。
2. 如权利要求1所述的防漏失阀，其特征在于，所述球密封座可在所述外壳内轻微滑 动，球密封座下端与所述下接头之间设置有顶推弹簧，球密封座在顶推弹簧的顶推下始终 保持与所述球形阀芯密闭接合。
3. 如权利要求1所述的防漏失阀，其特征在于，所述外壳内沿上下方向设置有两个筒 状上下球座，上下球座与外壳相对固定，两球座相邻一端设置有开口相对的弧形卡槽，所述 球形阀芯的铰接轴被夹持固定在两球座上的弧形卡槽中，所述操作臂和所述球密封座分别 位于上下球座的内腔中。
4. 如权利要求3所述的防漏失阀，其特征在于，所述外筒下端和所述下接头的上端分 别顶压在所述上球座的上端和所述下球座的下端，由此使上下球座与所述外壳相对固定， 同时，所述球密封座通过与所述下接头之间密闭配合实现与外壳之间的相对密闭。
5. 如权利要求4所述的防漏失阀，其特征在于，所述操作臂与所述球形阀芯之间的接合结构由操作销和长孔或长槽构成，其中，所述操作销安装在操作臂下端，其轴线与球形阀 芯铰接轴的轴线相平行，所述长孔或长槽设置在球形阀芯上，长孔或长槽的宽度与操作销 的直径相适配，操作销插装在长孔或长槽中，随着操作臂在所述驱动心轴的驱动下上下移 动，通过其上的操作销拨动球形阀芯转动，实现所述球阀的打开或关闭，球形阀芯上所述长 孔或长槽的长度、形状、角度与球形阀芯的开闭动作相适配。
6. 如权利要求5所述的防漏失阀，其特征在于，所述操作臂为筒状，配装在所述上球座 内腔中，操作臂上端与所述驱动心轴下端螺纹连接，并且驱动心轴上端外表面与所述外筒 内表面相接，由驱动心轴内腔及操作壁内腔构成流体通道；所述外壳与所述外筒及所述下 接头之间均螺纹连接，并且在连接处均设置有防松结构。
7. 如权利要求1所述的防漏失阀，其特征在于，所述驱动心轴与所述外筒之间设置的 所述位置锁定机构由两个环行卡槽和两组弹性卡舌构成；两个环行卡槽上下间隔设置在外 筒内表面上，环行卡槽的断面形状为梯形；弹性卡舌为沿驱动心轴轴向延伸、并可沿驱动心 轴径向摆动的悬臂结构，弹性卡舌自由端外表面上设置有可卡入环行卡槽中的梯形凸起， 两组弹性卡舌上下间隔设置在驱动心轴侧壁上，每组均包括若干个沿驱动心轴周向均布的 弹性卡舌，上下两组弹性卡舌分别与上下两个环行卡槽相配合，当上方一组弹性卡舌上的 梯形凸起卡入上卡槽时，下方一组弹性卡舌上的梯形凸起被外筒内表面压向径向里侧，该 状态与所述球阀的关闭或打开状态相对应，当下方一组弹性卡舌上的梯形凸起卡入下卡槽 时，上方一组弹性卡舌上的梯形凸起被外筒内表面压向径向里侧，该状态与球阀的打开或 关闭状态相对应。
8. 如权利要求7所述的防漏失阀，其特征在于，所述上方一组弹性卡舌上的梯形凸起 的形状与所述上卡槽梯形断面的形状相同，所述下方一组弹性卡舌上的梯形凸起的形状与 所述下卡槽梯形断面的形状相同，并且，上卡槽梯形断面的下侧边与所述外筒轴线的夹角 和下卡槽梯形断面的上侧边与外筒轴线的夹角均保证对所卡入弹性卡舌的可靠锁定。
9. 如权利要求8所述的防漏失阀，其特征在于，所述驱动心轴从上向下包括啮合段和 容砂段，所述上下两组弹性卡舌位于所述啮合段上，并且，两组弹性卡舌的固定端相邻设 置，弹性卡舌自由端内表面上设置有向径向里侧突出的凸起；所述开关工具为筒状，在其筒 身上设置有卡接段，该卡接段外表面上设置有径向凸起结构，该凸起结构上下两端均为径 向逐渐縮小的锥面；所述凸起结构的直径小于所述弹性卡舌自由状态下的内径，大于弹性 卡舌自由端被所述外筒内表面压下后其径向里侧凸起部位的内径，开关工具插入驱动心轴 后，其上的凸起结构位于驱动心轴上下两组弹性卡舌自由端之间，这样，随着开关工具向下 移动，其上凸起结构的下端斜面将顶推在驱动心轴上被外筒内表面压下的下方一组弹性卡 舌自由端径向里侧的凸起上，由此带动驱动心轴下行，直至下方一组弹性卡舌卡入外筒上 的下卡槽，随着开关工具上移，其上凸起结构的上端斜面将顶推在驱动心轴上被外筒内表 面压下的上方一组弹性卡舌自由端径向里侧的凸起上，由此带动驱动心轴上行，直至上方 一组弹性卡舌卡入外筒上的上卡槽。
10. 如权利要求9所述的防漏失阀，其特征在于，所述凸起结构为所述开关工具外表面 上设置的环形凸起，或为绕开关工具周向均布的若干个凸棱，并且，凸棱上下端分别设置有 耐磨块。
专利摘要本实用新型公开了一种防漏失阀，包括外筒、筒状驱动心轴、球阀、下接头和开关工具；球阀包括筒状外壳、操作臂、球形阀芯、球密封座；下接头与外壳下端相接，外筒与外壳上端相接，驱动心轴设置在外筒内，其下端与所述操作臂相接，随着驱动心轴上下移动，通过操作臂驱动球形阀芯转动，实现球阀的开闭；驱动心轴上设置有卡接结构，所述开关工具通过该卡接结构与驱动心轴相连接，驱动驱动心轴上下移动。本实用新型将原来的单向阀改为可操控的双向阀，并将开关工具连接在油管下端后，在地面即可通过提放油管来控制球阀的开闭，不但操作简单，消除了原来阀球对流道的阻碍，提高了产液量，而且，阀芯处的金属硬密封结构适用于高温高压等恶劣的工作环境，球阀静密封双向压差均可以达到35MPa。
文档编号E21B33/10GK201507274SQ20092022304
公开日2010年6月16日 申请日期2009年9月24日 优先权日2009年9月24日
发明者任峰德, 赵亮, 郭钢 申请人:中科金佳(北京)油田技术开发有限公司;宝鸡市元亨石油设备有限责任公司