壓力控制系統的製作方法

2023-04-28 07:53:46 2

專利名稱：壓力控制系統的製作方法
技術領域：
這裡公開的實施例總體涉及一種流體控制系統。更具體地，這裡公開的實施例涉 及一種使上遊(動態)部件與下遊(靜態)部件之間(例如，梭式螺母與閥座或靜態閥內 組件之間)的接觸面積減小從而使用於使動態部件從閉合位置初始移動所需的壓力過平 衡(pressure overshoot)減小的控制系統。
背景技術：
在許多應用中需要控制在系統中流動的流體的回壓。例如，在油井的鑽進中，通常 使在其下端上具有鑽頭的鑽杆懸掛在井眼中，並且當鑽頭旋轉時，使諸如鑽井泥漿的鑽井 液向下循環通過鑽柱的內部，通過鑽頭出來，並沿著井眼的環空向上循環到地面。保持這種 流體循環，以便從井眼移除巖屑，冷卻鑽頭、以及保持井眼中的流體靜壓，從而控制地層氣 體並防止井噴和類似動作。在鑽井泥漿的重量不足以包括井中的井底壓力的情況下，需要 在地面上將另外的回壓施加在鑽井泥漿上以補償靜壓頭的缺乏並從而保持井被控制。因 此，在一些情況下，回壓控制裝置安裝在用於鑽井液的回流管線內。回壓控制裝置還需要用於控制系統中由鹽水或地層氣體侵入到鑽井液內(這可 能產生井噴條件)而引起的「井湧」。在這些情況中，必須將充足的另外的回壓施加在鑽井 液上，使得含有地層流體並且控制井，直到更稠的流體或泥漿可以沿鑽柱向下循環並沿環 空向上循環以壓住井噴。還期望的是避免產生過多的回壓，過多的回壓的產生可能會使鑽 柱卡鑽，或者產生對地層、井套管、或井口設備的損壞。然而，保持鑽井液的最優回壓由於當鑽井液通過回壓控制裝置時所述鑽井液的一 些不同特徵而變得複雜。例如，流體的密度可能由於巖屑或地層氣體的引入而改變，和/或 進入控制裝置的流體的溫度和體積可能會改變。因此，只有響應於這些變化條件已經在鑽 井液的節流期間進行適當的改變才會獲得期望的回壓。諸如節流器的傳統裝置通常需要對 回壓控制裝置孔口進行手動控制和調節以保持期望的回壓。然而，節流裝置的手動控制涉 及滯後時間，並且通常是不準確的。美國專利No. 4，355，784公開了一種解決以上所述問題的用於在上述環境中控制 鑽井液的回壓的設備和方法。根據這種裝置，大致平衡梭在殼體內移動以控制鑽井液的流 動和回壓。梭式組件的一端受到鑽井液的壓力，而所述梭式組件的另一端受到壓井液的壓 力。美國專利No. 6，253，787公開了一種節流裝置，所述節流裝置不管流體條件的變 化而進行自動運轉以保持流動流體上的預定回壓。如該專利所述，為了在往復運動期間保 持對回壓的精確控制，可以通過壓井液將回壓施加在梭式組件上。流體在入口通道中的壓 力作用在梭式組件的相應端部上，且通過壓井液將相同的力施加在梭式組件的另一個端部 上。以下參照圖1，說明具有螺母50的回壓控制系統10的現有技術設計，所述回壓控 制系統與圖1所示的美國專利No. 7，004, 448中的回壓控制系統類似。在往復運動期間，室16中的工作流體的壓力可以作用在梭40的端部處的表面50a和任意露出表面上。通過室 16中的工作流體施加到梭式螺母50和梭40的力可以與室46a、46b中的壓井液的壓力平雖然在往復運動期間足以平衡壓力，但是當梭式組件處於完全閉合位置時，表面 50a鄰接靜態閥內組件及其它下遊部件的表面70，使得室16中的工作流體可能僅作用在梭 40的露出部分上。因此，為了從完全閉合位置移動到打開位置，可能需要相當大的工作流體 過壓。例如，對於IOOpsig的壓力設定點(即，在室46a中IOOpsig的壓井液壓力)來說， 可能需要高達500psig的工作流體壓力以使梭式組件從完全閉合位置移動。這種壓力過平 衡是不期望的。因此，需要一種當從完全閉合位置移動時使壓力過平衡減小以避免產生過多回壓 的回壓控制系統。

發明內容
一方面，這裡公開的實施例涉及一種流體控制系統，包括殼體，所述殼體具有入 口、出口、和壓力室；梭式組件，所述梭式組件適於在壓力室中往復運動以調節工作流體從 入口到出口的流動；工作流體，所述工作流體將打開力施加到梭式組件的第一端；和壓井 液，所述壓井液用於將閉合力施加到梭式組件的相對端，其中梭式組件的第一端處於閉合 位置時的工作流體壓力區至少是梭式組件的第一端處於打開位置時的工作流體壓力區的 65%。另一方面，這裡公開的實施例涉及一種流體控制系統，包括殼體，所述殼體具有 入口通道、軸向孔、和室，所述軸向孔的一部分形成出口通道；梭式組件，所述梭式組件適於 在殼體中移動以控制流體從入口通道到出口通道的流動，流體將力施加到節流構件的第一 端；壓井液源，所述壓井液源連接到室，使得壓井液將相等的力施加在梭式組件的相對端 上，用於以將回壓施加在入口通道中的流體的方式控制節流構件在殼體中的位置，梭式組 件包括梭式螺母，所述梭式螺母緊鄰第一端設置用於保持梭式組件部件，梭式螺母包括提 供工作流體壓力區的至少兩個表面，所述至少兩個表面包括凸起臺肩，所述凸起臺肩用於 當梭式組件處於閉合位置時接合閥座構件，和用於當梭式組件處於打開位置時提供工作流 體壓力區；和至少一個表面，所述至少一個表面用於當梭式組件處於打開位置或閉合位置 時提供工作流體壓力區，其中當梭式組件處於閉合位置時的工作流體壓力區至少是當梭式 組件處於打開位置時的工作流體壓力區的65%。其它方面和優點將從以下說明和所附權利要求變得清楚可見。


圖1是現有技術回壓控制系統的示意圖；圖2是根據這裡公開的實施例的流體控制系統的示意圖；圖3a (俯視圖)、3b (橫截面圖)、和3c (詳細視圖)是用於根據這裡公開的實施例 的流體控制系統的梭式螺母的示意圖；圖4是根據這裡公開的實施例的梭式螺母的示意性俯視圖；圖5是根據這裡公開的實施例的流體控制系統的示意圖6是可能是現有技術壓力控制系統遇到的壓力過平衡的圖示；以及圖7是可以利用根據這裡所公開的實施例的壓力控制系統獲得的最小壓力過平 衡的圖示。
具體實施例方式一方面，這裡公開的實施例涉及一種流體控制系統。另一方面，這裡公開的實施例 涉及一種當從完全閉合位置移動到打開位置時具有低壓力過平衡的回壓控制系統。另一方 面，這裡公開的實施例涉及一種使上遊(動態)部件與下遊(靜態)部件之間的接觸面積 減小的回壓控制系統。另一方面，這裡公開的實施例涉及一種使梭式螺母與靜態閥內組件 之間的接觸面積減少的回壓控制系統。可用於這裡公開的實施例的流體控制系統可以包括在回壓控制系統的操作期間 相互作用的各種動態部件和靜態部件。與美國專利No. 6，253，787的回壓控制系統類似的 動態部件的位置可以基於作用在動態部件的相對端部上的壓井液和工作流體的壓力而產 生。當節流器位於完全閉合位置時動態部件和靜態部件相互作用的方式已經被認為對回壓 控制系統的操作具有深厚的影響。具體地，已經認為動態部件與靜態部件之間過多的接觸 面積可能產生過多的工作流體壓力，從而使動態部件初始從完全閉合位置移動。這裡公開的流體控制系統的實施例可以用於減少當處於閉合位置時動態部件與 靜態部件之間的接觸面積。減少的接觸面積可以允許當回壓控制系統處於閉合位置時露出 動態部件另外的表面區。這增加了工作流體可獲得的在上面作用的表面區，從而更加顯著 地與壓井液在上面作用的有效表面區進行平衡，從而減少使動態部件初始從完全閉合位置 移動所需的工作流體壓力。可以根據這裡公開的實施例通過改變一個或多個動態部件和靜態部件來獲得動 態部件與靜態部件之間所減少的接觸面積和用於使動態部件從閉合位置移動所需的壓力 的最終減小。圖2-4和相關文字說明了根據這裡公開的實施例的動態部件(S卩，梭式螺母) 的各種變形例。圖5和相關文字說明了根據這裡公開的實施例的靜態部件(即，閥座或靜 態閥內組件)的變形例。在廣義上，根據這裡公開的實施例的流體控制系統可以包括具有入口、出口、和壓 力室的殼體。在工作流體將打開力施加到梭式組件的第一端的情況下，適於在壓力室中進 行往復運動的梭式組件可以用於調節工作流體從入口到出口的流動。壓井液可以用於將閉 合力施加到梭式組件的相對端。當處於打開位置時，工作流體可以將力施加到梭式組件的第一端，其中工作流體 可將力施加到第一端的整個表面區。當處於閉合位置時，梭式組件的第一端的一部分可以 與靜態部件的一部分進行表面與表面的接觸。因此，工作流體不能將力施加到梭式組件的 第一端的與靜態部件接觸的表面區。當處於閉合位置時，對於這裡所述的流體控制系統的實施例來說，梭式組件的第 一端的工作流體壓力區是處於打開位置時梭式組件的第一端的工作流體壓力區的選定百 分數。如這裡所使用的，「流體壓力區」用於表示在操作或控制時流體可以將與梭式組件的 移動的軸線平行的分力施加在上面的所有表面區的總和。選定的百分數可以使得可以需要 大於壓井液壓力的選定壓力以使梭式組件從完全閉合位置移動。例如，當處於完全閉合位
6置時，對於為處於打開位置時工作流體壓力區的75%的工作流體壓力區來說，可能需要近 似大於工作流體壓力設定點33%的壓力以使梭式組件從閉合位置移動。在一些實施例中， 當處於完全閉合位置時，梭式組件的第一端的工作流體壓力區可以具有當處於打開位置時 的工作流體壓力區的至少65%的選定的百分數；在其它實施例中在65%與98%之間；在其 它實施例中在70%與95%之間；在其它實施例中在75%與92%之間；和在其它實施例中 在80%與90%之間。當處於打開位置時，梭式組件的第一端的工作流體壓力區可以大致等於梭式組件 的相對端的壓井液壓力區，從而保持工作流體壓力近似等於壓井液的壓力。因此，壓井液的 設定點壓力可以與工作流體的壓力直接相互關聯。可以通過設置凸起臺肩、流動通道、或其它類似部件使得當處於閉合位置時工作 流體可以將壓力僅僅施加到梭式組件的第一端在工作流體壓力區內的選定部分來獲得選 定百分數的工作流體壓力區。第一端的其餘區域當處於閉合時可以與諸如閥座、磨損部件 或靜態閥內組件的出口部件、或殼體的一部分進行表面與表面的接觸。在一些實施例中，凸 起臺肩或流動通道可以設置在梭式組件的第一端上。在其它實施例中，凸起臺肩或流動通 道可以設置在出口部件上。在其它實施例中，梭式組件的第一端和出口部件都可以包括凸 起臺肩或流動通道。以下相對於圖2-5說明上述流體控制系統的各種實施例。以下參照圖2，示出了根 據這裡公開的實施例並相對於圖3a-3c詳細說明的具有梭式螺母80的流體控制系統10。 流體控制系統10包括殼體12，所述殼體12具有延伸通過其長度的軸向孔14，並且具有排 放端14a。徑向延伸入口通道16也形成在殼體12中，並且與孔14相交。連接凸緣(未示 出)可以設置在孔14的排放端14a處和通道16的入口端處，以將所述排放端14a和所述 入口端連接到適當的流動管線。來自井的鑽井液或地層流體被引入到入口通道16內，通過 殼體12並通常從孔14的排放端排出，用於進行再循環。閥帽18固定到殼體12的與孔14的排放端14a相對的端部。閥帽18的橫截面為 大致T形，並且具有延伸到殼體的孔14內的圓柱形部分18a。密封環19在形成在閥帽部分 18a的外表面內的溝槽中延伸，並且接合殼體12的相對內表面。閥帽18還包括垂直於圓柱 形部分18a延伸的橫向部分18b，並且以任意傳統的方式被緊固到殼體12的相應端部。芯軸20固定在閥帽18的端部中，而密封環22在芯軸的外表面與閥帽的相應內表 面之間延伸。杆30可滑動地安裝在延伸通過芯軸20的軸向孔內，而密封環32在形成在芯 軸的限定所述軸向孔的內表面中的溝槽內。當杆在芯軸20的孔內在將要說明的條件下滑 動時，密封環32接合杆30的外表面。杆30的一個端部從芯軸20和閥帽18的相應端部突 出，而杆30的另一個端部從芯軸20的另一個端部突出並進入孔14。在一些實施例中，間隔件34以任意公知的方式安裝在杆30的後端上，並且被捕獲 在兩個卡環35a與35b之間，所述卡環35a和35b的功能隨後進行詳細的說明。圓柱形節 流構件36設置在孔14內，且一個端部鄰接間隔件34。節流構件36在圖1中被示出為處於 操作位置，並且沿孔14與入口通道的交叉部延伸，以控制流體從所述入口通道16到所述孔 14的流動，如以下所述。圓柱形梭40可滑動地安裝在芯軸20上，而密封環42在形成在芯軸的外表面中的 溝槽內延伸，並且接合梭的相應內表面。類似地，密封環44在形成在梭的外表面中的溝槽內延伸，並且接合殼體12的相應內表面。梭40具有直徑減小部40a，所述直徑減小部40a 與殼體12的內表面一起限定流體室46a。另一個流體室46b限定在芯軸20的外表面與閥 帽部分18a的相應內表面之間。室46a和46b連通並容納來自穿過閥帽18形成的通道48a 的壓井液。要理解的是通道48a連接到液壓系統(未示出)，用於使壓井液循環到通道內和 從所述通道循環出來。在上下文中，壓井液在如由位於相關操作臺上的量規測量和設定點 壓力調節器確定的預定的期望設定點壓力下被引入到通道48a內，並因此被引入到室46a 和46b內。因為壓力調節器、量規和操作臺是傳統的，因此，不顯示並不會進一步詳細說明 所述壓力調節器、量規和操作臺。壓井液進入室46a和46b，並且作用在梭40的相應露出端部上。梭40被設計成能 夠進行移動，使得由來自處於預定設定點壓力下的室46a和46b的壓井液的壓力產生的作 用在梭40的相應露出端部的力等於由通道16內的鑽井液或地層流體的壓力產生的作用在 梭40和梭式螺母80的另一端的相應露出端部上的力。因此，梭40通常處於隨後所述的平 衡狀態下。通道48b還穿過閥帽部18形成，用於在進行操作之前將空氣通過排放閥從系統 排出。梭40具有外螺紋直徑減小端部40b，所述外螺紋直徑減小端部40b在節流構件36 的一部分上延伸。密封環49在形成在端部40b的內表面中形成的溝槽內延伸，並且接合節 流構件36的相應外表面。在圖3a-3c中詳細說明的內螺紋梭式螺母80螺紋地接合梭40的 端部40b並在形成在節流構件36上的環狀凸緣36上延伸，以將節流構件捕獲在梭40上。 在一些實施例中，梭40還具有形成在其內徑中用於容納卡環35a和35b的兩個間隔開的溝 槽。因此，梭40在固定芯軸20上的軸向運動使節流構件36進行相應的軸向運動，並因此 使間隔件34和杆30進行相應的軸向運動。兩個圓柱形襯管54a和54b在孔14內設置在所述孔與通道16的相交部的下遊。 節流閥座56在孔14中設置在襯管54b的上遊，並且密封環58在形成在節流基座的外表面 中的溝槽內延伸，並且接合殼體12的內表面的相應部分。因此，節流閥座56和襯管54a和 54b通過靜態閥內組件構件60被保持在孔14中。襯管54a和54b以及節流閥座56在殼 體12的孔14中限定排放通道62，所述排放通道62從孔14與通道16的相交部延伸到孔 14的排放端14a。節流閥座56的內徑的尺寸相對於節流構件36的外徑形成，從而以相對 過盈配合的方式容納所述節流構件。這裡公開的壓力控制系統的具體部件的製造可以與相對於圖2所述的部件不同。 例如，在一些實施例中，芯軸20和閥帽18可以形成為單個部件，從而省去對密封環22的需 要。另外，間隔件34和梭40可以被製造成為單個部件，從而省去對卡環35a和35b的需要。 在不背離這裡公開的實施例的保護範圍的情況下，還可以使用相對於壓力控制系統的部件 的其它微小製造差異。參照圖3a_3c，示出了根據這裡公開的實施例的梭式螺母80的一個實施例，其中 相同的附圖標記表示相同的部件。圖3a是梭式螺母80的俯視圖，所述梭式螺母80可以包 括凸起臺肩82和凸緣表面84。以下參照圖3b，如上所述，梭式螺母80包括管狀部分86， 所述管狀部分86具有可以螺紋地接合梭40的端部的內螺紋部分88。內凸緣表面90可以 用於在形成在節流構件36上的環狀凸緣上延伸，以在梭式組件的往復運動期間將節流構 件36保持在適當的位置。溝槽92可以用於將0形環或其它密封件保持在梭式螺母80與
8節流構件36之間。螺母80的具有與梭40移動的軸線A正交的分量的整個露出表面區(例如，與軸 線A正交的表面和相對於軸線A傾斜的表面)可以允許室16中的工作流體施加平行於軸 線A的分力。如圖3b所示，凸起臺肩82、凸緣表面84、和漸縮表面96每一個都可以提供工 作流體可以在上面作用的表面區，從而施加平行於軸線A的力。當梭40處於工作位置時， 可以露出頂面的整個表面區，並且工作流體可作用在所述整個表面區上；當處於完全閉合 位置時，凸起臺肩82可以鄰接下遊部件，從而減少工作流體可以在上面作用的總的可用表 面面積。當頂面及其它梭式部件的可用表面面積接近壓井液可以在梭40的另一端上在上 面作用的表面面積的量時，用於使梭式組件從完全閉合位置移動所述的壓力過平衡將會減 小。參照圖2-3，當處於閉合位置時，凸起臺肩82可以接觸靜態閥內組件56的表面94 的一部分，從而形成被設置成用於閉合回壓控制系統、閉合或嚴格限制工作流體從室16到 室62的表面與表面的連接部。如本領域的技術人員所公知的，當抵靠表面94閉合時，工作 流體中的巖屑、砂、砂礫等可能會損壞表面82，這可能會限制壓力控制系統對完全消除從室 16到室62的流動的能力。由於流體控制系統部件通常受到的損壞，先前認為在靜態部件與動態部件之間需 要大的接觸面積以保持流體控制系統操作，從而在低磨損率或故障率的情況下限制室16 到室62的流體流動。然而，在這裡公開的流體控制系統的實施例中，即使減小接觸面積，也 可以使流體控制系統10的操作持續延長時間。諸如靜態閥內組件56和梭式螺母80的磨 損部件可以在磨損充分妨礙壓力控制效率之後被替換。以此方式，不需要完全替換回壓控 制系統，而只需要替換受到磨損的各種部件。再次參照圖3a和3b，凸起臺肩82可以具有厚度t，所述厚度t可以由凸起臺肩82 的外徑ODks減去凸起臺肩82的內徑IDks來限定。凸緣表面82、84的總表面寬度w可以由 凸緣表面84的外徑ODfs減去凸起臺肩82的內徑IDks來限定。凸起臺肩82與表面94之間的表面與表面接觸應該足以提供回壓控制系統的閉 合，還應該足以提供保持回壓控制系統在梭式螺母80的有效使用期的可操作性時的磨損。 另外，接觸區和露出區應該提供梭式螺母80和凸起臺肩82的充分強度和完整性，使得梭式 螺母80和凸起臺肩82在回壓控制系統的操作期間可以承受靜態閥內組件的反覆衝擊。在 一些實施例中，凸起臺肩的厚度t與凸緣表面的總寬度w的比值可以在從0. 01到0. 35的 範圍內；在其它實施例中，在從0. 02到0. 25的範圍內；在其它實施例中，在從0. 03到0.2 的範圍內；以及在其它實施例中，在從0. 05到0.1的範圍內的。依此方式，可以提供工作流 體可以在上面作用的充分的表面區，從而減少用於使梭式組件從完全閉合位置移動所需的 壓力過平衡。以下參照圖3c，凸起臺肩82可以在凸緣表面84上方延伸高度h。高度h還應該足 以允許梭式螺母80的一些磨損同時保持在凸緣表面84上方的充分高度。凸起臺肩82的 過度磨損可能會減少梭式螺母80與靜態閥內組件56之間的表面與表面的接觸面積，從而 使用於使梭式組件從完全閉合位置移動所需的壓力降低。在一些實施例中，高度h可以在 大約0. 75mm到大約6. 5mm(大約0. 03英寸到大約0. 25英寸)的範圍內，這可以取決於回 壓控制系統的總尺寸和預期維修的嚴格性以及其它變量。在其它實施例中，高度h可以在
9從大約1. 25mm到大約5mm(大約0. 05英寸到大約0. 2英寸)的範圍內；在其它實施例中， 在從大約2. 5mm到大約3. 8mm(大約0. 1英寸到大約0. 15英寸)的範圍內。如圖3a_3c所示，凸起臺肩82的從凸緣表面84延伸的管狀延伸部可以相對於軸 線A漸縮。例如，凸起臺肩82的頂面可以沿表面96從凸起臺肩82漸縮到凸緣表面84，其 中表面96可以相對於軸線A形成角度a。在一些實施例中，角度α可以在從大約0°到 大約30°的範圍內；在其它實施例中，從大約5°到大約25°的範圍內；以及在其它實施例 中，大約為15°。表面98可以相對於軸線A形成類似的角度，所述角度可以與由表面96形 成的角度相同或不同。用於表面98的錐度應該與節流構件36的鄰接外表面的(參見圖2) 錐度相對應，或者可以用於將諸如TEFLON襯墊的密封件保持在節流構件36與梭式螺母80 之間。類似地，以下參照圖4，示出了具有流動通道的梭式螺母或靜態閥內組件的俯視 圖。例如，梭式螺母100可以包括類似於如上所述的凸起臺肩的凸起臺肩102。此外，可以 設置具有變化設計和/或結構的另外的凸起表面104，使得另外的凸起表面104之間的流動 通道106提供工作流體壓力區，同時當梭式組件處於閉合位置時另外的凸起表面104限制 工作流體壓力區。雖然在另外的表面從凸起臺肩102向外突出的情況下進行了說明，但是 還要考慮提供流動區並且限制工作流體壓力區的其它設計，例如凸起表面的螺旋設計或隨 機放置。雖然以上相對於梭式螺母上的凸起臺肩進行了說明，但是可以通過改變靜態閥內 組件來獲得靜態閥內組件與梭式螺母之間的接觸面積的減小。以下參照圖5，靜態閥內組件 120可以包括凸起臺肩122。當處於完全閉合位置時，梭式螺母126的頂面124可以接觸靜 態閥內組件120的凸起臺肩122，從而允許室16中的工作流體作用在頂面124的其餘部分 上，例如，作用在露出厚度X的表面區上。如相對於圖2-5所示，設置在任一個梭式組件上(例如，設置在梭式螺母上)或出 口部件(例如，靜態閥內組件)上的凸起表面可以用於減少梭式組件與出口部件之間的接 觸區，從而提供工作流體可以在上面作用的另外的表面區，降低用於使梭式組件從完全閉 合位置移動所需的壓力過平衡。本公開的其它實施例可以包括用於產生工作流體可以在上 面作用的另外的梭式螺母表面區從而減少壓力過平衡的組件的各種設計。例如，凸起臺肩 可以設置在梭式螺母和靜態閥內組件上。如另一個示例，當處於完全閉合位置時，梭式螺母 可以鄰接除了諸如節流閥座的靜態閥內組件之外的下遊部件；在這樣一個情況中，可以修 改下遊部件和梭式螺母中的一個或兩個的設計以提供另外的梭式螺母表面區。不管實際設 計，如上所述，當處於完全閉合位置時，工作流體可以在上面施加平行於往復運動的軸線的 分力的有效工作流體壓力區使得用於使梭從完全閉合位置移動所需的壓力過平衡減小。示例將與圖1所示的壓力控制系統類似的現有技術的壓力控制系統與根據這裡公開 的包括當處於完全閉合位置時凸起臺肩和增加露出表面面積的回壓控制系統的性能進行 比較。響應於各種鑽井參數的變化，有時需要通過壓力控制系統保持回壓的設定點的變化 以將井底壓力保持在期望的最小值，例如400psig。以下參照圖6，現有技術的壓力控制系統的回壓設定點初始從大約Opsig增加到 大約120psig，從而迫使梭到達完全閉合位置。因此，系統回壓增加，從而比選定點值的變化滯後。還需要選定點值的進一步變化，並且設定點從120psig增加到大約420psig導致回 壓過平衡為大約80psi。以下參照圖7，根據這裡公開的實施例的壓力控制系統的回壓設定點從大約 Opsig增加到大約120psig，從而迫使梭達到完全閉合位置。因此，系統回壓增加，從而比選 定點值的變化滯後。然而，與圖6中的現有技術的壓力控制系統相比，在根據這裡公開的實 施例的壓力控制系統的情況下，僅觀察到回壓的最小過平衡。如上所述，這裡公開的回壓控制系統的實施例可以用於當在閉合位置時減少上遊 (動態)部件與下遊(靜態)部件之間的接觸面積。有利地，這裡公開的實施例可以用於減 小用於初始從完全閉合位置打開回壓控制系統所需的壓力。所需壓力的最終減小可以用於 提高流體連接到根據這裡公開的實施例的流體控制系統的處理裝置的操作性。雖然所述公開包括有限的實施例，但是得益於此公開的本領域的技術人員將認識 到在不背離本公開的保護範圍的情況下可以設計其它實施例。因此，所述保護範圍應該僅 僅由所附權利要求限定。
權利要求
1.一種流體控制系統，包括殼體，所述殼體具有入口、出口和壓力室；梭式組件，所述梭式組件適於在所述壓力室中往復運動以調節工作流體從所述入口到 所述出口的流動；工作流體，所述工作流體將打開力施加到所述梭式組件的第一端；和 壓井液，所述壓井液用於將閉合力施加到所述梭式組件的相對端； 其中所述梭式組件的第一端處於閉合位置時的工作流體壓力區至少是所述梭式組件 的第一端處於打開位置時的工作流體壓力區的65%。
2.根據權利要求1所述的流體控制系統，其中，當處於打開位置時，所述梭式組件的第 一端的工作流體壓力區大致等於所述梭式組件的相對端的壓井液壓力區。
3.根據權利要求1所述的流體控制系統，其中，所述梭式組件的第一端處於閉合位置 時的工作流體壓力區在所述梭式組件的第一端處於打開位置時的工作流體壓力區的70% 與95%之間。
4.根據權利要求1所述的流體控制系統，其中，當處於閉合位置時所述梭式組件的第 一端的工作流體壓力區在當處於打開位置時所述梭式組件的第一端的工作流體壓力區的 80%與90%之間。
5.根據權利要求1所述的流體控制系統，其中，所述梭式組件的第一端包括用於接合 閥座的凸起臺肩。
6.根據權利要求5所述的流體控制系統，其中，所述梭式組件的第一端還包括流動通 道和另外的凸起表面中的至少一個。
7.根據權利要求5所述的流體控制系統，其中，所述凸起臺肩的厚度t與所述工作流體 壓力區的寬度W的比值在從0. 01到0. 35的範圍內。
8.根據權利要求1所述的流體控制系統，其中，所述殼體包括閥座，所述閥座具有用於 接合所述第一端的凸起臺肩。
9.根據權利要求8所述的流體控制系統，其中，所述閥座包括磨損部件，所述磨損部件 設置在所述出口的至少一部分中。
10.一種流體控制系統，包括殼體，所述殼體具有入口通道、軸向孔和室，所述軸向孔的一部分形成出口通道； 梭式組件，所述梭式組件適於在所述殼體中移動以控制所述流體從所述入口通道到所 述出口通道的流動，所述流體將力施加到節流構件的第一端；和壓井液源，所述壓井液源連接到所述室，使得所述壓井液將相等的力施加在所述梭式 組件的相對端上，用於以將回壓施加在所述入口通道中的流體上的方式控制節流構件在所 述殼體中的位置，所述梭式組件包括梭式螺母，所述梭式螺母緊鄰所述第一端設置用於保持梭式組件部 件，所述梭式螺母包括提供工作流體壓力區的至少兩個表面，所述至少兩個表面包括凸起臺肩，所述凸起臺肩用於當所述梭式組件處於閉合位置時接合閥座構件，和用於 當所述梭式組件處於打開位置時提供工作流體壓力區；和至少一個表面，所述至少一個表面用於當所述梭式組件處於所述打開位置或所述閉合 位置時提供工作流體壓力區，其中當所述梭式組件處於所述閉合位置時的工作流體壓力區至少是當所述梭式組件 處於所述打開位置時的工作流體壓力區的65%。
11.根據權利要求10所述的流體控制系統，其中，當處於打開位置時，所述梭式組件的 第一端的工作流體壓力區大致等於所述梭式組件的相對端的壓井液壓力區。
12.根據權利要求10所述的流體控制系統，其中，所述梭式組件的第一端處於閉合 位置時的工作流體壓力區在所述梭式組件的第一端處於打開位置時的工作流體壓力區的 70%與95%之間。
13.根據權利要求10所述的流體控制系統，其中，所述梭式組件的第一端處於閉合 位置時的工作流體壓力區在所述梭式組件的第一端處於打開位置時的工作流體壓力區的 80%與90%之間。
14.根據權利要求10所述的流體控制系統，其中，所述用於提供工作流體壓力區的至 少一個表面還包括至少一個凸起表面和至少一個流動通道。
15.根據權利要求10所述的流體控制系統，其中，所述凸起臺肩的厚度t與所述工作流 體壓力區的寬度w的比值在從0.01到0. 35的範圍內。
全文摘要
本發明公開了一種流體控制系統，包括殼體，所述殼體具有入口、出口、和壓力室；梭式組件，所述梭式組件適於在壓力室中往復運動以調節工作流體從入口到出口的流動；工作流體，所述工作流體將打開力施加到梭式組件的第一端；和壓井液，所述壓井液用於將閉合力施加到梭式組件的相對端，其中梭式組件的第一端處於閉合位置時的工作流體壓力區至少是梭式組件的第一端處於打開位置時的工作流體壓力區的65％。
文檔編號E21B21/08GK102007265SQ200980113681
公開日2011年4月6日 申請日期2009年4月8日 優先權日2008年4月16日
發明者羅傑·蘇特爾 申請人:M-I有限公司