基于气体弹簧结构的井下测试阀的制作方法

本发明属于石油、天然气井下试油测试作业设备，具体涉及一种基于气体弹簧结构的井下测试阀。

背景技术：

1、石油和天然气是世界经济的命脉，石油和天然气井通常是采用钻机在地面打出深孔，再将石油和天然气从地底下引出到地面，在完成钻孔后通常需要将测试设备放入到油气井内对油气井进行测试，传统的方法是在管道的下端设置测试开关阀将油气介质引入到管道内后引出到地面。

2、目前市场上同类用于天然气井下试油测试作业的测试阀实际工作温度在10℃～150℃之间，而井下作业时常常会出现井下温度高于150℃以及海洋环境作业时，水下温度低于10℃的作业环境；当现有测试阀处于该作业环境下时，容易出现油套密封失效以及气体弹簧失效的问题，造成测试阀无法正常工作，甚至出现管柱泄漏造成井筒污染或井下事故的可能性，从而使作业成本及风险的大大增加。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于气体弹簧结构的井下测试阀，能够完成极端环境下的正常作业，保证石油和天然气的开采效率。

2、本发明所采用的技术方案是，基于气体弹簧结构的井下测试阀，包括上接头，上接头内侧连接有球座短节，球座短节远离上接头一端连接有球笼，球笼内活动连接有球阀总成，球笼远离球座短节一端设置有执行机构，通过执行机构控制球阀总成的开关运动，执行机构设置于球阀外筒内侧，球阀外筒与球座短节连接；

3、执行机构连接有动力机构，动力机构为执行机构提供驱动球阀总成开关运动的动力，动力机构远离上接头一端连接有下接头。

4、本发明的特征还在于，

5、执行机构包括拉套，拉套一端沿周向开有环形槽，环形槽上卡接有操作销，操作销与球阀总成连接，操作销沿球阀外筒轴向移动时，带动球阀总成进行开关运动；

6、拉套外侧沿径向开有若干个安装孔，若干个安装孔沿拉套周向均匀分布，安装孔内设置有锁块，拉套内连接有氮腔心轴，氮腔心轴外侧面与锁块底部抵接，使得锁块固定于安装孔位置。

7、拉套位于安装孔位置套有拉簧，拉簧对锁块施加向拉套轴心的压力。

8、氮腔心轴上设置沿氮腔心轴周向开有环形固定槽，环形固定槽宽度与锁块宽度相等。

9、动力机构包括氮气室，氮气室包括氮腔心轴，氮腔心轴外侧连接有剪切外筒，剪切外筒一端与球阀外筒连接，另一端连接有氮腔外筒，氮腔外筒与氮腔心轴之间形成容纳气体的腔室，腔室内靠近剪切外筒一侧设置有密封套和固定环，固定环和密封套套接于氮腔心轴外侧，密封套与氮腔心轴之间固定连接，固定环位于密封套与剪切外筒之间，氮腔外筒对应固定环位置开有上传压孔，环空压力通过上传压孔进入腔室实现氮腔心轴的移动；

10、腔室内远离密封套一侧设置有氮腔活塞，氮腔活塞远离密封套一侧通过过油通道连接有油室，油室提供动力推动氮腔活塞在腔室内进行往复运动，油室远离氮腔活塞一端与下接头连接。

11、剪切外筒上沿径向开有通孔，通孔内穿有剪销，剪销穿过通孔与氮腔心轴上的盲槽卡接，盲槽尺寸与剪销相匹配，剪销远离氮腔心轴端设置有丝堵，丝堵与剪切外筒连接。

12、剪切外筒上还沿径向开有用于排除积液的排泄孔。

13、油室包括油室外筒，油室外筒一端与氮腔外筒连接，另一端与下接头连接，油室外筒内侧设置有油室心轴，油室心轴与油室外筒之间设置有油室活塞和的计量套，计量套和油室活塞之间形成油腔；

14、油室外筒相对油室活塞远离计量套一侧开有下传压孔，环空压力通过下传压孔进入油室控制油室活塞相对油室心轴滑动，从而挤压油腔内油体通过计量套进入过油通道内推动氮腔活塞运动。

15、油室外筒上设置有注油塞，通过注油塞向油腔内注入油体。

16、计量套两侧分别设置有用于限定计量套位置的挡环和挡圈，挡环和挡圈套接于油室心轴外侧。

17、本发明的有益效果是，

18、(1)本发明基于气体弹簧结构的井下测试阀通过氮气室和油室的配合增大了氮气室腔室的体积，也就降低氮气室在下井前所需要充配的气压，意味着减少了因为预充高气压而带来的氮气泄漏及安全风险，同时通过大容量气体使得测试阀可以在更加高压高温的环境中工作时为球阀开关提供更稳定可靠的动力。

19、(2)本发明基于气体弹簧结构的井下测试阀通过在环空施加或泄放所施加的压力来压缩及释放气体弹簧从而带动球阀转动实现开关，达到开关井的目的。入井前根据地面温度、井下既定深度的温度及液柱向氮气室中预充一定的压力，使得测试阀在井下既定深度位置时气体弹簧压力与环空液柱压力尽可能达到平衡，防止在井下因为气体弹簧压力相比环空液柱压力过低造成气体弹簧压缩量不足，无法实现气体弹簧的压缩从而导致球阀无法开关，保证了测试阀在高温高压环境中，依然可以正常进行作业。

技术特征：

1.基于气体弹簧结构的井下测试阀，其特征在于，包括上接头(1)，所述上接头(1)内侧连接有球座短节(2)，所述球座短节(2)远离上接头(1)一端连接有球笼(7)，所述球笼(7)内活动连接有球阀总成(4)，所述球笼(7)远离球座短节(2)一端设置有执行机构，通过所述执行机构控制球阀总成(4)的开关运动，所述执行机构设置于球阀外筒(6)内侧，所述球阀外筒(6)与球座短节(2)连接；

2.根据权利要求1所述的基于气体弹簧结构的井下测试阀，其特征在于，所述执行机构包括拉套(8)，所述拉套(8)一端沿周向开有环形槽，所述环形槽上卡接有操作销(5)，所述操作销(5)与球阀总成(4)连接，操作销(5)沿球阀外筒(6)轴向移动时，带动球阀总成(4)进行开关运动；

3.根据权利要求2所述的基于气体弹簧结构的井下测试阀，其特征在于，所述拉套(8)位于安装孔位置套有拉簧(9)，所述拉簧(9)对锁块(10)施加向拉套(8)轴心的压力。

4.根据权利要求3所述的基于气体弹簧结构的井下测试阀，其特征在于，所述氮腔心轴(13)上设置沿氮腔心轴(13)周向开有环形固定槽，所述环形固定槽宽度与锁块(10)宽度相等。

5.根据权利要求1～4任一所述的基于气体弹簧结构的井下测试阀，其特征在于，所述动力机构包括氮气室，所述氮气室包括氮腔心轴(13)，所述氮腔心轴(13)外侧连接有剪切外筒(11)，所述剪切外筒(11)一端与球阀外筒(6)连接，另一端连接有氮腔外筒(16)，所述氮腔外筒(16)与氮腔心轴(13)之间形成容纳气体的腔室，腔室内靠近剪切外筒(11)一侧设置有密封套(15)和固定环(14)，固定环(14)和密封套(15)套接于氮腔心轴(13)外侧，密封套(15)与氮腔心轴(13)之间固定连接，固定环(14)位于密封套(15)与剪切外筒(11)之间，氮腔外筒(16)对应固定环(14)位置开有上传压孔(27)，环空压力通过上传压孔(27)进入腔室实现氮腔心轴(13)的移动；

6.根据权利要求5所述的基于气体弹簧结构的井下测试阀，其特征在于，所述剪切外筒(11)上沿径向开有通孔，通孔内穿有剪销(12)，所述剪销(12)穿过通孔与氮腔心轴(13)上的盲槽卡接，所述盲槽尺寸与剪销(12)相匹配，所述剪销(12)远离氮腔心轴(13)端设置有丝堵(24)，所述丝堵(24)与剪切外筒(11)连接。

7.根据权利要求6所述的基于气体弹簧结构的井下测试阀，其特征在于，所述剪切外筒(11)上还沿径向开有用于排除积液的排泄孔(29)。

8.根据权利要求5所述的基于气体弹簧结构的井下测试阀，其特征在于，所述油室包括油室外筒(21)，所述油室外筒(21)一端与氮腔外筒(16)连接，另一端与下接头(23)连接，所述油室外筒(21)内侧设置有油室心轴(20)，所述油室心轴(20)与油室外筒(21)之间设置有油室活塞(22)和的计量套(18)，计量套(18)和油室活塞(22)之间形成油腔；

9.根据权利要求8所述的基于气体弹簧结构的井下测试阀，其特征在于，所述油室外筒(21)上设置有注油塞(25)，通过所述注油塞(25)向油腔内注入油体。

10.根据权利要求8所述的基于气体弹簧结构的井下测试阀，其特征在于，所述计量套(18)两侧分别设置有用于限定计量套(18)位置的挡环(19)和挡圈(26)，所述挡环(19)和挡圈(26)套接于油室心轴(20)外侧。

技术总结本发明公开的基于气体弹簧结构的井下测试阀，包括上接头，上接头内侧连接有球座短节，球座短节远离上接头一端连接有球笼，球笼内活动连接有球阀总成，球笼远离球座短节一端设置有执行机构，通过执行机构控制球阀总成的开关运动，执行机构设置于球阀外筒内侧，球阀外筒与球座短节连接；执行机构连接有动力机构，动力机构为执行机构提供驱动球阀总成开关运动的动力，动力机构远离上接头一端连接有下接头。本发明能够完成极端环境下的正常作业，保证石油和天然气的开采效率。技术研发人员：刘书杰,李祝军,魏安超,肖波,黄清,李文拓,徐斐,吴轩,田向东,张涛,杨凯宇,谢茂成,陶亮,魏剑飞,刘嘉文,陈生怀,石向轲受保护的技术使用者：中海石油(中国)有限公司海南分公司技术研发日：技术公布日：2024/6/23