高溫高壓油井油泵防噴閥的製作方法

2023-06-19 08:23:21 1

本發明涉及一種防噴閥，更具體地說，尤其涉及一種高溫高壓油井油泵防噴閥。

背景技術：

閥門技術日新月異，在長期的設計、生產、使用實踐中，積累了豐富的經驗，不斷改進新結構、新工藝、新材料，以滿足各行各業日益提出的新用途、新需求。結合目前的環保、節能理念，正在不斷推陳出新，逐步向更高、更好、更全面、更完美的方向發展。油田採油，為了防止汙染氣體排放以及生產的安全，在抽油泵末端，即地表處需要安裝閥門，此閥門有效防止油氣、甲烷、硫化氫、高溫蒸汽等有害氣體直接排放到大氣中，造成大氣汙染，同時也為了節省能源的損耗。由於抽油泵結構是由活塞筒及採油泵活塞杆組成的結構，不同於管道，常規的球閥、截止閥、閘閥、止回閥、旋塞閥等閥門不能實現啟閉工作，因此，在該工作條件下使用能實現啟閉且工作更可靠的新型閥門——防噴閥。

目前，在整個油田生產領域裡使用的防噴閥，都是採用一對錐體橡膠進行密封。但隨著油井採油技術不斷發展，該類型的防噴閥使用溫度受到限制，不能滿足採油技術的發展需求。由於待開採的優質石油都隱藏在地表下2000到3000米深度，該處的石油大多為固態或濃稠的液態，為了便於採油，需將固態或濃稠態的石油融化成粘度比較低的液態，採用地面注入14mpa壓力和350℃溫度的蒸汽進行融化，由於抽油泵只對粘度較大的液體有較好的密封，而高溫高壓氣體很容易透過抽油泵竄到防噴閥處，致使橡膠密封的防噴閥滿足不了工況，正常情況橡膠密封的防噴閥只能用一次注氣工作，造成採油維護成本高，影響採油生產工作。在14mpa壓力和350℃的高溫高壓工況環境下，採用橡膠密封是無法滿足需求，為此通過對結構的設計，密封原理的轉換變更，新型材料的使用。發明一款能滿足於該工況下的高溫高壓防噴閥。

技術實現要素：

本發明的目的在於針對上述現有技術的不足，提供一種性能穩定、結構緊湊、密封可靠、使用方便且效果優良的高溫高壓油井油泵防噴閥。

本發明的技術方案是這樣實現的：一種高溫高壓油井油泵防噴閥，包括本體，其中所述本體沿豎直方向設有第一安裝腔，在第一安裝腔內穿設有採油泵活塞杆，在第一安裝腔上下兩端與採油泵活塞杆之間分別設有上密封結構和下密封結構，在上、下密封結構之間的採油泵活塞杆外壁上活動套設有上壓環和下壓環，在上、下壓環外圍設有齒輪軸，齒輪軸與上、下壓環相對的內壁上分別設有上螺紋和下螺紋，上螺紋與上壓環螺紋連接，下螺紋與下壓環螺紋連接，當齒輪軸轉動時，上、下壓環運動方向相反；在齒輪軸側邊的本體上沿水平方向設有與第一安裝腔相互垂直且相互導通的第二安裝腔，在第二安裝腔內活動設置有閥杆，閥杆位於本體外側的端部連接有操作手輪，閥杆位於本體內的端部與齒輪軸之間通過聯動機構聯動。

上述的高溫高壓油井油泵防噴閥中，所述第一安裝腔上端與採油泵活塞杆配合形成上環形安裝槽；所述上密封結構由若干依序層疊設置在上環形安裝槽內的開口碳纖石墨構成。

上述的高溫高壓油井油泵防噴閥中，所述第一安裝腔下端與採油泵活塞杆配合形成下環形安裝槽；所述下密封結構由若干依序層疊設置在下環形安裝槽內的開口碳纖石墨構成。

上述的高溫高壓油井油泵防噴閥中，所述聯動機構由通過平行鍵設置在閥杆位於本體內的端部的主動錐齒輪和通過平行鍵設置在齒輪軸外壁上且與主動錐齒輪相互嚙合的從動錐齒輪組成。

上述的高溫高壓油井油泵防噴閥中，所述本體由相互配合的閥體和設置在閥體上端的閥蓋組成；所述第一安裝腔由設置在閥體上的第一臺階孔和設置在閥蓋上且與第一臺階孔相配合的第二臺階孔構成；所述上密封結構位於第二臺階孔內頂部，所述下密封結構位於第一臺階孔內底部；在閥蓋下端面和閥體內分別設有與齒輪軸相對應的環形安裝槽，在齒輪軸沿軸向的兩端分別成形有與環形安裝槽一一對應的安裝環，在各環形安裝槽內設有與各安裝環連接的滑動軸承。

上述的高溫高壓油井油泵防噴閥中，所述閥體與閥蓋的接觸部之間設有環形的石墨纏繞墊片。

上述的高溫高壓油井油泵防噴閥中，所述閥杆對應的第二安裝腔內設有定位環，在定位環內側的第二安裝腔內設有第一滾動軸承，第一滾動軸承夾設在定位環與聯動機構之間；在定位環外側的第二安裝腔內依序層疊設置有若干密封圈，在密封圈外端面設有填料壓蓋，填料壓蓋與本體通過雙頭螺柱和六角螺母緊固。

上述的高溫高壓油井油泵防噴閥中，所述閥杆與填料壓蓋外端面之間形成有安裝槽，在安裝槽內設有第二滾動軸承，閥杆通過第二滾動軸承與填料壓蓋連接；在第二滾動軸承外端對應的閥杆上設有卡簧。

本發明採用上述結構後，通過操作手輪、閥杆和聯動機構配合，使齒輪軸轉動速度平滑、穩定，同時配合填料壓蓋和密封圈使閥杆和第二安裝腔之間保持良好的密封效果，防止高溫氣體洩漏；上、下密封結構採用含高分子結構納米技術的高碳低硫碳纖石墨，具有耐磨、耐高溫和防粘結功能，滿足350℃的使用工況的同時，便於在線更換，無需拆開磕頭機提升杆設備；齒輪軸轉動並通過對應的螺紋帶動上壓環和下壓環進行反向運動，壓環配合對應安裝槽內的開口碳纖石墨對第一安裝腔與採油泵活塞杆之間進行密封，達到同時控制上、下壓環壓緊或鬆開的作用，控制精度高、密封效果好，在不影響抽油泵正常工作的情況下，保證高溫高壓氣體不發生洩漏。

附圖說明

下面結合附圖中的實施例對本發明作進一步的詳細說明，但並不構成對本發明的任何限制。

圖1是本發明的結構示意圖；

圖2是本發明本體的結構示意圖；

圖3是圖1中a處的局部放大結構示意圖；

圖4是圖1中b處的局部放大結構示意圖。

圖中：本體1、閥體1a、閥蓋1b、第一安裝腔2、第一臺階孔2a、第二臺階孔2b、採油泵活塞杆3、上密封結構4、下密封結構5、上壓環6、下壓環7、齒輪軸8、安裝環8a、第二安裝腔9、閥杆10、操作手輪11、主動錐齒輪12、從動錐齒輪13、滑動軸承14、石墨纏繞墊片15、定位環16、第一滾動軸承17、密封圈18、填料壓蓋19、第二滾動軸承20、卡簧21。

具體實施方式

參閱圖1至圖4所示，本發明的一種高溫高壓油井油泵防噴閥，包括本體1，所述本體1沿豎直方向設有第一安裝腔2，在第一安裝腔2內穿設有採油泵活塞杆3，採油泵活塞杆長度一般2000米到10000米，軸直徑25、28、32毫米等尺寸。所述第一安裝腔2上端與採油泵活塞杆3配合形成上環形安裝槽。所述第一安裝腔2下端與採油泵活塞杆3配合形成下環形安裝槽。所述本體1由相互配合的閥體1a和設置在閥體1a上端的閥蓋1b組成；閥體1a和閥蓋1b之間通過雙頭螺柱和六角螺母固定連接。閥體1a下端外圓柱上有錐形螺紋與抽油泵系統的外部管道相接，所述閥蓋1a上端外圓柱上同樣設有與閥體1a相同尺寸的錐形螺紋與油井管道設備連接。

為提高閥體1a與閥蓋1b之間的密封性能，所述閥體1a與閥蓋1b的接觸部之間設有環形的石墨纏繞墊片15。石墨纏繞墊片15具有熱穩定、自潤滑、耐腐蝕、不老化、不發脆等眾多優點。

同時，所述第一安裝腔2由設置在閥體1a上的第一臺階孔2a和設置在閥蓋1b上且與第一臺階孔2a相配合的第二臺階孔2b構成；在第一安裝腔2上下兩端與採油泵活塞杆3之間分別設有上密封結構4和下密封結構5。所述上密封結構4由若干依序層疊設置在上環形安裝槽內的開口碳纖石墨構成，所述上密封結構4位於第二臺階孔2b內頂部。所述下密封結構5由若干依序層疊設置在下環形安裝槽內的開口碳纖石墨構成，所述下密封結構5位於第一臺階孔2a內底部。本實施例中，上下密封結構均採用四個開口碳纖石墨依序疊加組成，根據具體情況，開口碳纖石墨的數量可以適應性地增加或減少。開口碳纖石墨採用含高分子結構納米技術的高碳低硫碳纖石墨，具有耐磨、耐高溫和防粘結功能，滿足350℃的使用工況的同時，便於在線更換，無需拆開磕頭機提升杆設備。

在上、下密封結構5之間的採油泵活塞杆3外壁上活動套設有上壓環6和下壓環7，上壓環6和下壓環7採用鋁青銅材料，具有耐磨自潤滑性能。在上、下壓環6，7外圍設有齒輪軸8，齒輪軸8採用304ss為材料，qpq表面處理技術，將表面硬度處理到hv1024，既有高耐磨，低潤滑係數。在閥蓋1b下端面和閥體1a內分別設有與齒輪軸8相對應的環形安裝槽，在齒輪軸8沿軸向的兩端分別成形有與環形安裝槽一一對應的安裝環8a，在各環形安裝槽內設有與各安裝環8a連接的滑動軸承14。優選的，滑動軸承14為陶瓷滑動軸承，為達到耐高溫的作用，其光潔度應達到1.6μm以上，減少相鄰零件間的摩擦力。

齒輪軸8與上、下壓環6，7相對的內壁上分別設有上螺紋和下螺紋，上螺紋與上壓環6螺紋連接，本實施例中，上螺紋為右螺紋，並在對應的齒輪軸和上壓環6之間設有相互配合的彈簧銷孔和彈簧銷；下螺紋與下壓環7螺紋連接，本實施例中，下螺紋為左螺紋，並在對應的齒輪軸和下壓環7之間設有相互配合的彈簧銷孔和彈簧銷。上下螺紋的螺紋方向並不固定，只要上下螺紋的螺紋方向相反即可。當齒輪軸8轉動時，上、下壓環6，7運動方向相反；在齒輪軸8側邊的本體1上沿水平方向設有與第一安裝腔2相互垂直且相互導通的第二安裝腔9，在第二安裝腔9內活動設置有閥杆10，所述的閥杆3採用17-4ph材料，qpq表面處理技術，將表面硬度處理到hv900提高扭曲強度，提高耐磨性能。

閥杆10位於本體1外側的端部連接有操作手輪11，閥杆10位於本體1內的端部與齒輪軸8之間通過聯動機構聯動。所述聯動機構由通過平行鍵設置在閥杆10位於本體1內的端部的主動錐齒輪12和通過平行鍵設置在齒輪軸8外壁上且與主動錐齒輪12相互嚙合的從動錐齒輪13組成。主動錐齒輪12和從動錐齒輪13採用304ss材料，qpq表面處理技術，將表面硬度處理到hv1024，提高齒面的接觸強度和耐高溫性能要求，抗齧齒。聯動機構也可以採用蝸輪蝸杆傳動裝置或電動執行裝置等本領域常用的驅動裝置。

為了保證閥杆10與第二安裝腔9之間具有良好的密封效果，所述閥杆10對應的第二安裝腔9內設有定位環16，在定位環16內側的第二安裝腔9內設有第一滾動軸承17，第一滾動軸承17夾設在定位環16與聯動機構之間，通過第一滾動軸承能夠減少定位環16與聯動機構之間的摩擦損失，提高轉動效果，使閥杆10轉動更穩定。在定位環16外側的第二安裝腔9內依序層疊設置有若干密封圈18，本實施例中，密封圈18採用三個碳纖石墨的方形填料，密封圈18的個數可根據實際情況進行適當調整，碳纖石墨採用含高分子結構納米技術的高碳低硫碳纖石墨，具有耐磨、耐高溫和防粘結功能。在密封圈18外端面設有填料壓蓋19，填料壓蓋19與本體1通過雙頭螺柱和六角螺母緊固。

同時，所述閥杆10與填料壓蓋19外端面之間形成有安裝槽，在安裝槽內設有第二滾動軸承20，閥杆10通過第二滾動軸承20與填料壓蓋19連接；在第二滾動軸承20外端對應的閥杆10上設有卡簧21。卡簧21起到固定作用，防止第二滾動軸承20產生軸向運動。

當抽油泵工作時，操作手輪11作順時鐘方向旋轉，閥杆10推動聯動機構轉動，聯動機構通過平鍵帶動齒輪軸轉動，齒輪軸通過方向相反的上下螺紋分別帶動上下壓環轉動，上壓環6和下壓環7在豎直方向上，同時朝相對靠攏的方向發生位移，此時，上壓環6鬆開閥蓋1b中的開口碳纖石墨，下壓環7鬆開閥體1a中的開口碳纖石墨，閥門處於開啟狀態。當向油井內注入高溫高壓蒸汽時，抽油泵停止工作，操作手輪11作逆時鐘方向旋轉，上壓環6和下壓環7在豎直方向上，同時朝相對分離的方向發生位移，此時，上壓環6壓緊閥蓋1b中的開口碳纖石墨，下壓環7壓緊閥體1a中的開口碳纖石墨，閥門處於關閉狀態，防止高溫氣體噴出，若注入高溫高壓蒸汽結束後，油泵重新開始新一輪的抽油工作，防噴閥需要再次打開,讓抽油泵活塞杆自由靈活地再次工作。

以上所舉實施例為本發明的較佳實施方式，僅用來方便說明本發明，並非對本發明作任何形式上的限制，任何所屬技術領域中具有通常知識者，若在不脫離本發明所提技術特徵的範圍內，利用本發明所揭示技術內容所作出局部更動或修飾的等效實施例，並且未脫離本發明的技術特徵內容，均仍屬於本發明技術特徵的範圍內。