一種控壓鑽井自動調節節流閥的閥針的製作方法

2023-10-05 01:24:29

專利名稱：一種控壓鑽井自動調節節流閥的閥針的製作方法
技術領域：
本發明涉及節流閥技術領域，特別是一種控壓鑽井自動調節節流閥的閥針。
背景技術：
控壓鑽井是指通過控壓鑽井系統裝備與工藝實時控制井口套壓，實現整個鑽進、接單根、起下鑽過程中井底環空壓力的精確控制。實施控壓鑽井，井口套壓的控制至關重要，控壓節流管匯作為井眼壓力控制的關鍵組成設備，通過產生可調的節流來控制井口回壓，實現在靜態和動態條件下鑽井過程中井底壓力的相對穩定，其中回壓的控制主要體現在控壓鑽井自動調節節流閥的科學設計與準確測控。控壓鑽井自動調節節流閥作為節流管匯中最為關鍵設備，通過人為設置的一個流動障礙來限制流量，從而使控壓鑽井自動調節節流閥前的流體產生回壓，使節流閥後的流體靜壓力大大降低，以滿足施工要求。國內外採用的節流閥大多是針型節流閥，其通過移動針型閥芯改變閥口的通流面積大小來控制鑽井液壓力。閥針作為控壓鑽井自動調節節流閥主要部件，其結構設計直接決定控壓鑽井自動調節節流閥的節流性能和可控性。因此，為確保控壓鑽井自動調節節流閥的節流精度、可控性和使用壽命，閥針設計成為重中之重。現有的閥針多為圓錐形或楔形。如中國專利201010562605. 1，公開了一種單向節流閥，其結構包括閥體、O形橡膠密封圈、閥芯、擋圈、孔用彈性擋圈。閥芯安裝在閥體內腔，閥芯有節流孔與閥體前後端相通，閥芯前端外斜面有密封安裝槽用於安裝O形橡膠密封圈。又如中國專利201220100901. 4，公開了一種液動楔形節流閥，包括閥體、閥蓋、閥杆、閥瓣、閥座，閥蓋固定連接在閥體上，閥座嵌鑲於閥體腔內部，閥杆間隙配合在閥蓋的孔中，其下部連接有閥瓣，閥瓣上設有楔形圓弧面，圓弧面的下部相交連接著一直面，且直面與出口孔軸線平行。圓錐形閥針震動大，閥杆易斷裂；楔形閥針解決了震動和閥杆斷裂的問題，但節流性能差，節流不好控制，且楔形面易刺傷。目前，尚沒有用於控壓鑽井自動調節節流閥的閥芯，常規節流閥閥芯的控制思路、控制精度與效果都無法達到控壓鑽井作業技術要求，難以滿足控壓鑽井的控制壓力要求。

發明內容
本發明的目的在於克服現有技術的缺點，提供一種控制精度高、線性度好、使用壽命長和易於拆卸的控壓鑽井自動調節節流閥的閥針。本發明的目的通過以下技術方案來實現一種控壓鑽井自動調節節流閥的閥針，它包括閥芯和閥杆，閥杆的下端面上設有凸柱，閥芯上設有與凸柱相配合的通孔，閥芯套裝於閥杆的凸柱上，且閥芯的通孔與凸柱間為過盈配合，通孔下端與凸柱之間設置有堆焊連接部，凸柱的下端面上設有內孔，且內孔沿閥杆軸向延伸至閥杆內部，閥杆的上部設置有沿徑向延伸的連接孔，連接孔的一端連通內孔，連接孔的另一端連通閥杆外部。所述的凸柱為圓柱體型，閥芯上的通孔為與該圓柱體型配合的圓形通孔。所述的閥芯的材質為YG8合金，閥杆的材質為12Crl3。
所述的通孔的下端孔壁為具有內錐角的錐形面A，凸柱的下端外壁為具有外錐角的錐形面B，堆焊連接部設置於錐形面A和錐形面B形成的凹槽內。所述的錐形面A的內錐角為25 45°，錐形面B的外錐角為25 45°。所述的閥芯的形面曲線方程為
y=-2. 1721x5+26. 496x4_130. 27x3+326. 88x2_428. 56x+218. 06。閥芯輪廓依據形面曲線方程進行數控加工。本發明具有以下優點本發明的閥芯與閥杆採用分體結構，閥芯與閥體之間採用過盈配合連接，並在端部錐角區採用堆焊固定，連接牢固，連接可靠性高。閥芯形面曲線設計使控壓鑽井自動調節節流閥進出口壓降與開度呈線性關係，具有線性度好、可控性好、精度高等優點，使其能夠達到控壓鑽井作業技術要求，同時滿足控壓鑽井的控制壓力要求。閥杆內的流體通道平衡了閥芯上下端流體壓差，大大降低了閥針旋轉所需扭矩。本發明的閥芯採用YG8合金，閥杆材料採用12Crl3，既增強了閥針的耐磨、耐衝蝕性能，提高了使用壽命，同時又降低了製造成本，適合推廣應用。


圖1為本發明的結構示意圖 圖2為本發明的閥芯的結構示意圖 圖3為本發明節流壓降與開度關係圖
圖中，1-閥芯，2-閥杆，3-凸柱，4-通孔，5-堆焊連接部，6-內孔，7-連接孔，8-錐形面
A0
具體實施例方式下面結合附圖對本發明做進一步的描述，本發明的保護範圍不局限於以下所述 如圖1、圖2所示，一種控壓鑽井自動調節節流閥的閥針，它包括閥芯I和閥杆2，閥杆
2的下端面上設有凸柱3，閥芯I上設有與凸柱3相配合的通孔4，閥芯I套裝於閥杆2的凸柱3上，且閥芯I的通孔4與凸柱3間為過盈配合，通孔4下端與凸柱3之間設置有堆焊連接部5，凸柱3的下端面上設有內孔6，且內孔6沿閥杆2軸向延伸至閥杆2內部，閥杆2的上部設置有沿徑向延伸的連接孔7，連接孔7 —端連通內孔6，一端連通閥杆2外部，內孔6與連接孔7形成流體通道，流體通道下端通至閥體內腔，上端通至閥杆2上端，流體通道引導閥內流體通至閥芯I上下兩端，平衡流體壓差，減少閥杆2轉動所需扭矩。所述的凸柱3為圓柱體型，閥芯I上的通孔4為與該圓柱體型配合的圓形通孔。所述的閥芯I的材質為YG8合金，增強了耐磨、耐蝕性，提高了閥芯I抗衝蝕使用壽命；閥杆2的材質為12Crl3，降低了產品製造成本。所述的通孔4的下端孔壁為具有內錐角的錐形面AS，凸柱3的下端外壁為具有外錐角的錐形面B，堆焊連接部5設置於錐形面AS和錐形面B形成的凹槽內，閥芯I與閥杆2採用過盈配合連接，並用堆焊進行固定，連接牢固，連接可靠性較高。所述的錐形面A8的內錐角為25 45°，優選的錐形面A8的內錐角為37. 5°，錐形面B的外錐角為25 45°，優選的錐形面B的內錐角為37. 5°。閥芯1與中心縱剖面相交形成的輪廓線為形面曲線，閥芯I的形面曲線方程為y=-2. 1721x5+26. 496x4_130. 27x3+326. 88x2_428. 56x+218. 06。閥芯I輪廓依據形面曲線方程進行數控加工，具有表面精度高、加工效率高等特點。本實施例中閥芯I形面曲線軸向總長為30mm，其中6 24mm區間節流閥進、出口壓降與開度呈線性變化，如圖3所示。本發明的閥芯I與閥體之間採用過盈配合連接，並在端部錐角區採用堆焊連接固定，使連接非常牢固；閥芯I形面曲線設計使控壓鑽井自動調節節流閥進出口壓降與開度呈線性關係，具有線性度好、可控性好、精度高的優點，使其能夠達到控壓鑽井作業技術要求，能夠滿足控壓鑽井的控制壓力要求；閥芯I採用YG8合金，閥杆2材料採用12Crl3，既增強了閥針的耐磨、耐衝蝕性 能，提高了使用壽命，同時又降低了製造成本。
權利要求
1.一種控壓鑽井自動調節節流閥的閥針，它包括閥芯(I)和閥杆(2)，其特徵在於閥杆(2)的下端面上設有凸柱(3)，閥芯(I)上設有與凸柱(3)相配合的通孔(4)，閥芯(I)套裝於閥杆(2)的凸柱(3)上，且閥芯(I)的通孔(4)與凸柱(3)間為過盈配合，通孔(4)下端與凸柱(3)之間設置有堆焊連接部(5)，凸柱(3)的下端面上設有內孔(6)，且內孔(6)沿閥杆(2)軸向延伸至閥杆(2)內部，閥杆(2)的上部設置有沿徑向延伸的連接孔(7)，連接孔(7)的一端連通內孔(6)，連接孔(7)的另一端連通閥杆(2)外部。
2.根據權利要求1所述的ー種控壓鑽井自動調節節流閥的閥針，其特徵在於所述的凸柱(3)為圓柱體型，閥芯(I)上的通孔(4)為與該圓柱體型配合的圓形通孔。
3.根據權利要求1所述的ー種控壓鑽井自動調節節流閥的閥針，其特徵在於所述的閥芯(I)的材質為YG8合金，閥杆(2)的材質為12Crl3。
4.根據權利要求1所述的ー種控壓鑽井自動調節節流閥的閥針，其特徵在於所述的通孔(4)的下端孔壁為具有內錐角的錐形面A (8)，凸柱(3)的下端外壁為具有外錐角的錐形面B，堆焊連接部(5)設置於錐形面A (8)和錐形面B形成的凹槽內。
5.根據權利要求4所述的ー種控壓鑽井自動調節節流閥的閥針，其特徵在於所述的錐形面A (8)的內錐角為25 45°，錐形面B的外錐角為25 45°。
6.根據權利要求1所述的ー種控壓鑽井自動調節節流閥的閥針，其特徵在於所述的閥芯(I)的形面曲線方程為-.1=-2. 1721x5+26. 496x4-130. 27x3+326. 88x2-428. 56x+218. 06。
全文摘要
本發明公開了一種控壓鑽井自動調節節流閥的閥針，它包括閥芯(1)和閥杆(2)，閥杆(2)的下端設有凸柱(3)，閥芯(1)套裝於閥杆(2)的凸柱(3)上，通孔(4)下端與凸柱(3)之間設置有堆焊連接部(5)，凸柱(3)的下端面上設有內孔(6)，閥杆(2)的上部設置有沿徑向延伸的連接孔(7)，連接孔(7)連通內孔(6)與閥杆(2)外部。本發明的有益效果是閥芯與閥體之間採用過盈配合連接，並在端部錐角區採用堆焊固定，連接牢固；閥芯形面曲線設計使控壓鑽井自動調節節流閥進出口壓降與開度呈線性關係，具有線性度好、可控性好、精度高等優點；閥杆內的流體通道平衡了閥芯上下端流體壓差，大大降低了閥針旋轉所需扭矩。
文檔編號E21B34/02GK103046897SQ20121055784
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月20日 優先權日2012年12月20日
發明者王國榮, 付玉坤, 劉清友, 陶思宇, 朱顥 申請人:西南石油大學