一种高温高压大下深井下安全阀的制作方法

本发明属于石油天然气完井技术领域，具体来说涉及一种高温高压大下深井下安全阀。

背景技术：

在石油天然气完井技术领域，井下安全阀是一种非常重要的完井工具。井下安全阀是一种常闭阀，需要地面对液压控制管线持续稳压以保持其开启，在持续稳压过程中活塞机构容易失效导致井下安全阀异常关闭；大下深井下安全阀弹簧弹力较大，在组装过程和压缩过程中产生的扭矩较大，容易使活塞机构受扭弯曲导致井下安全阀无法关闭；阀板密封机构和本体之间常采用弹性密封，在高温高压井中容易密封失效。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高温高压大下深井下安全阀。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种高温高压大下深井下安全阀，包括液压腔、活塞机构、位置密封机构、长度适配机构、隔离机构、弹簧、弹簧筒、轴承、连接套、阀板密封机构和下接头；液压腔下端与弹簧筒上端连接，弹簧筒下端与连接套上端连接，连接套下端与下接头上端连接，上述连接均形成金属密封；活塞机构位于液压腔的活塞腔内，下端与长度适配机构连接；长度适配机构套在隔离机构和弹簧筒之间，下端与弹簧连接；轴承下端支承在弹簧筒内的台阶上，轴承上端与弹簧连接；位置密封机构和隔离机构通过螺钉固定在液压腔上，阀板密封机构上端与弹簧筒下端连接。

所述活塞机构包括上活塞杆、活塞帽、密封杆、下活塞杆、密封组件、刮环，所述密封杆上端和活塞帽连接，下端和上活塞杆上端连接，所述下活塞杆上端和上活塞杆连接，下端和长度适配机构连接，所述密封组件套在密封杆上，所述刮环套在上活塞杆上；

所述位置密封机构包括金属密封圈、压板和固定螺钉，所述金属密封圈置于液压腔的密封槽内，压板通过固定螺钉固定在液压腔上；

所述长度适配机构包括箍套、限位套和碟簧，所述箍套上端和下活塞杆下端连接，下端和限位套上端连接，碟簧置于箍套和限位套之间；

所述隔离机构包括延长套、流动管和碎屑隔离环，所述延长套通过固定螺钉连接在液压腔上，所述流动管套在延长套外侧，流动管内侧有碎屑隔离环，有效防止碎屑沉积，上部凸台位于长度适配机构内部，上端与碟簧连接，下端与限位套上端连接；

所述轴承包括上轴承座、轴承球、支撑环和下轴承座，所述上轴承座和下轴承座通过台阶连接，轴承球置于上轴承座和下轴承座的圆槽内，支撑环位于上轴承座和下轴承座之间；

所述阀板密封机构包括阀座、阀板销、阀板、扭簧、板簧、平衡塞、定位销钉，所述阀座上端与弹簧筒下端连接，所述阀板通过阀板销和阀座连接，扭簧套在阀板销上，所述板簧和平衡塞置于阀板上。

在上述技术方案中，所述液压腔内部设置有锁定剖面和密封面，所述下接头内部设置有密封面，用于投放钢丝回收安全阀，所述液压腔内部设置有凹槽，该凹槽和活塞腔之间的壁较薄，可通过专用工具将该壁击穿，用于控制钢丝回收安全阀；

在上述技术方案中，所述金属密封圈上设置有外部密封面、上部密封面和下部密封面，液压腔上设置有密封槽，上活塞杆上设置有密封面，下活塞杆上设置有密封面，金属密封圈上的外部密封面和液压腔上的密封槽形成金属密封，当井下安全阀打开时，金属密封圈的上部密封面和上活塞杆上的密封面形成金属密封，当井下安全阀关闭时，金属密封圈的下部密封面和下活塞杆上的密封面形成金属密封。

在上述技术方案中，所述碟簧采用对合组装方式，组装状态下有预紧力。

在上述技术方案中，所述流动管内部设置有凹槽，可通过专用工具将其下移打开井下安全阀。

在上述技术方案中，所述上轴承座和下轴承座均设置有台阶，上轴承座上设置有圆周均布的槽。

在上述技术方案中，所述弹簧筒和阀座通过螺纹连接，两者均设置有锥面金属密封面，两者螺纹拧紧后形成密封，所述阀座和阀板之间设置有球面金属密封面。

在上述技术方案中，所述弹簧筒和阀座通过螺纹连接，两者均设置有锥面金属密封面，两者螺纹拧紧后形成密封，所述阀座内部设置有凹槽，用专用工具打开安全阀后将流动管撑开在凹槽内，使高温高压大下深井下安全阀处于永久开启状态。

在上述技术方案中，所述阀板设置有球面金属密封面，和阀座形成球面金属密封。

本发明的优点和有益效果为：

1、位置密封机构使井下安全阀处于打开和关闭状态时，活塞机构和位置密封机构之间形成金属密封，提高了活塞机构密封可靠性；

2、长度适配机构使井下安全阀处于打开状态时，隔离机构和下接头之间以及活塞机构和位置密封机构之间同时形成金属密封；

3、轴承消除了弹簧在组装和压缩过程中产生的扭矩，消除了高温高压大下深井下安全阀高强度弹簧组装和压缩过程中活塞机构受扭弯曲导致井下安全阀失效的风险；

4、阀板密封机构和弹簧筒之间采用锥面金属密封，阀板密封机构内部采用球面金属密封，解决了高温高压井下安全阀阀板密封易失效问题。

附图说明

图1-1a是本发明一种高温高压大下深井下安全阀结构示意图(上)。

图1-1b是本发明一种高温高压大下深井下安全阀结构示意图(下)。

图1-2是本发明一种高温高压大下深井下安全阀透视结构示意图。

图1-3是图1-1a中i部分局部放大示意图。

图1-4是图1-1a中ii部分局部放大示意图。

图1-5是图1-1a中iii部分局部放大示意图。

图1-6是图1-1b中iv部分局部放大示意图。

图1-7是图1-1a中a-a截面部分局部放大示意图。

图2是本发明液压腔结构示意图。

图3是本发明下接头结构示意图。

图4是本发明锚定机构结构示意图。

图5是本发明上活塞杆结构示意图。

图6是本发明下活塞杆结构示意图。

图7是本发明流动管结构示意图。

图8-1是本发明上轴承座结构示意图。

图8-2是本发明下轴承座结构示意图。

图9是本发明阀座结构示意图。

图10-1是本发明阀板结构示意图(一)。

图10-2是本发明阀板结构示意图(二)。

其中，1为液压腔，2为上活塞杆，3为箍套，4为限位套，5为延长套，6为弹簧，7为流动管，8为弹簧筒，9为连接套，10为阀座，11为阀板销，12为阀板，13为下接头，14为扭簧，15为板簧，16为平衡塞，17为活塞帽，18为密封杆，19为金属密封圈，20为碟簧，21为上轴承座，22为轴承球，23为支撑环，24为下轴承座，25为压板，26为螺钉，27为下活塞杆，28为定位销钉，29为密封组件，30为刮环，31为碎屑隔离环，32为锁定剖面，33为密封面，34为活塞腔，35为凹槽，36为密封槽，37为密封台阶，38为密封面，39为外部密封面，40为上部密封面，41为下部密封面，42为密封面，43为密封面，44为凸台，45为凹槽，46-槽；47为台阶，48为台阶，49为锥面金属密封面，50为凹槽，51为球面金属密封面，52为球面金属密封面，53为定位槽。

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，可以根据以上附图获得其他的相关附图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。

实施例

参阅图1，一种高温高压大下深井下安全阀。主要由液压腔1、上活塞杆2、箍套3、限位套4、延长套5、弹簧6、流动管7、弹簧筒8、连接套9、阀座10、阀板销11、阀板12、下接头13、扭簧14、板簧15、平衡塞16、17-活塞帽17、18-密封杆18、19-金属密封圈19、碟簧20、上轴承座21、轴承球22、支撑环23、下轴承座24、压板25、螺钉26、下活塞杆27、定位销钉28、密封组件29、刮环30、碎屑隔离环31等零件组成。

所述液压腔1下端与弹簧筒8上端连接，弹簧筒8下端与连接套9上端连接，连接套9下端与下接头13上端连接，上述连接均形成金属密封；

活塞机构位于液压腔1的活塞腔34内，下端与长度适配机构连接；长度适配机构套在隔离机构和弹簧筒8之间，下端与弹簧6连接；轴承下端支承24在弹簧筒8内的台阶上，轴承上端与弹簧6连接；位置密封机构和隔离机构通过螺钉固定在液压腔1上，阀板密封机构上端与弹簧筒8下端连接。

所述活塞机构包括上活塞杆2、活塞帽17、密封杆18、下活塞杆27、密封组件29、刮环30，所述密封杆18上端和活塞帽17连接，下端和上活塞杆2上端连接，所述下活塞杆27上端和上活塞杆2连接，下端和长度适配机构连接，所述密封组件29套在密封杆18上，所述刮环30套在上活塞杆2上；

所述位置密封机构包括金属密封圈19、压板25和固定螺钉26，所述金属密封圈19置于液压腔1的密封槽36内，压板25通过螺钉固定26在液压腔1上；

所述长度适配机构包括箍套3、限位套4和碟簧20，所述箍套3上端和下活塞杆27下端连接，下端和限位套4上端连接，碟簧20置于箍套3和限位套4之间；

所述隔离机构包括延长套5、流动管7和碎屑隔离环31，所述延长套5通过螺钉26连接在液压腔1上，所述流动管7套在延长套5外侧，流动管7内侧有碎屑隔离环31，有效防止碎屑沉积，上部凸台44位于长度适配机构内部，上端与碟簧20连接，下端与限位套4上端连接；

所述轴承包括上轴承座21、轴承球22、支撑环23和下轴承座24，所述上轴承座21和下轴承座24通过台阶连接，轴承球22置于上轴承座21和下轴承座24的圆槽内，支撑环23位于上轴承座21和下轴承座24之间；

所述阀板密封机构包括阀座10、阀板销11、阀板12、扭簧14、板簧15、平衡塞16、定位销钉28，所述阀座10上端与弹簧筒8下端连接，所述阀板12通过阀板销11和阀座10连接，扭簧14套在阀板销11上，所述板簧15和平衡塞16置于阀板12上；

参阅图2和图3，所述液压腔1内部设置有锁定剖面32和密封面33，所述下接头13内部设置有密封面38，用于投放钢丝回收安全阀，所述液压腔1内部设置有凹槽35，该凹槽35和活塞腔34之间的壁较薄，可通过专用工具将该壁击穿，用于控制钢丝回收安全阀；

参阅图2、图4、图5、图6，所述金属密封圈19上设置有外部密封面39、上部密封面40和下部密封面41，液压腔1上设置有密封槽36，上活塞杆2上设置有密封面42，下活塞杆27上设置有密封面43，金属密封圈19上的外部密封面39和液压腔1上的密封槽36形成金属密封，当井下安全阀打开时，金属密封圈19的上部密封面40和上活塞杆2上的密封面42形成金属密封，当井下安全阀关闭时，金属密封圈19的下部密封面41和下活塞杆27上的密封面43形成金属密封；

参阅图1，所述碟簧20采用对合组装方式，组装状态下有预紧力；

参阅图7，所述流动管7内部设置有凹槽44，可通过专用工具将其下移打开井下安全阀；

参阅图8，所述上轴承座21和下轴承座24均设置有台阶47和48，上轴承座21台阶47和下轴承座24台阶48过盈配合，上轴承座21上设置有圆周均布的槽46；

参阅图9，所述弹簧筒8和阀座10通过螺纹连接，两者均设置有锥面金属密封面49，两者螺纹拧紧后形成密封，所述阀座10内部设置有凹槽50，用专用工具打开安全阀后将流动管7撑开在凹槽50内，使高温高压大下深井下安全阀处于永久开启状态；

参阅图9和图10，所述阀板12设置有球面金属密封面52，和阀座10形成球面金属密封。

一种高温高压大下深井下安全阀的工作原理为：

组装状态：弹簧6处于压缩状态，下活塞杆27的密封面43顶到金属密封圈19的下部密封面41，阀板12在扭簧14的作用下处于关闭状态，即阀板12的球面金属密封面52和阀座10的球面金属密封面51贴合形成密封。

开启井下安全阀工作原理：地面通过液压控制管线加压，液压油进入液压腔1的活塞腔34，液压力推动活塞机构下移，活塞机构推动长度适配机构下移使弹簧6压缩，同时碟簧20被压缩，带动流动管7下移，流动管7将平衡塞16顶开，然后将阀板12顶开，继续增加液压控制管线压力，流动管7的下端定位在下接头13的密封台阶37上，阀板12与中心流道隔离，同时上活塞杆2的密封面42和金属密封圈19的上部密封面40贴合，形成金属密封。

关闭井下安全阀工作原理：地面液压控制管线泄压，弹簧6回弹，带动流动管7、长度适配机构和活塞机构上行，下活塞杆27的密封面43顶到金属密封圈19的下部密封面41上，在扭簧14的作用下，阀板关闭。

强制开启井下安全阀工作原理：当井下安全阀出现故障，需要强制开启时，下入专用强制开启工具，强制开启工具定位在流动管7的凹槽45内带动流动管7下移，使流动管7下端定位在下接头13的密封台阶37上，阀板12打开，然后向下震击，将流动管7径向张开卡在阀座10的凹槽50内，然后起出强制开启工具，井下安全阀处于开启状态。强制开启后井下安全阀无法再次关闭。

下入钢丝回收式井下安全阀工作原理：下入连通工具，通过液压腔1上的定位槽53进行周向定位，将液压腔1的凹槽35和活塞腔34之间的薄壁击穿，使活塞腔34和中心通道连通，然后采用钢丝工具下入钢丝回收式井下安全阀，将其坐落在液压腔1的锁定剖面34上，钢丝回收式井下安全阀的密封件与液压腔1的密封面33、下接头13的密封面38形成密封，液压控制管线可以控制钢丝回收式井下安全阀的开启与关闭。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。