專利名稱：氣井井口先導式自保持電磁閥的制作方法
技術領域：
本發明涉及油田采氣技術領域，特別涉及一種天然氣井場及輸氣管道上的電磁氣
動開關閥。應用于天然氣生產過程中的一種開啟后不需要電力和前后壓差來維持其狀態的 電磁閥，具體地說，是一種新型先導式自保持電磁閥。
背景技術：
天然氣井生產過程中，當采用井下節流工藝生產時，井筒及地面管線可采用中低 壓設計。此時為防止井下節流器失效對下游中低壓管線及相應設備的破壞，同時防止因下 游管線破裂造成天然氣的大量泄露，井口需要安裝高低壓安全保護截斷裝置。此時開關井 工作只能在井場完成。當氣田面積大、生產井數量多、井位分散時，氣井生產后期轉入間歇 生產時，開關井工作量大，無法實現人工開關井閥門，氣井管理維護難度大；而當出現緊急 情況時，無法及時關閉井口氣源，存在一定安全隱患。因此需要研制一種新型遠程控制開關 井裝置，以保證系統運行安全，減少人力物力消耗。而氣井井位分散，無外接電源等，傳統閥 門無法滿足現場需要。 中國專利公開(公告)號CN101575958，提供了一種"天然氣井電磁氣動開關井 閥"，是最接近的開關井閥。 中國專利公開(公告)號CN2918908Y，提供了一種"天然氣用的直通式防爆電磁 閥"，是用于壓縮天然氣為工作介質，在管路中實現開閉控制功能的天然氣用的直角式防爆 電磁閥。由殼體、出口接管、主活門部件、防爆電磁鐵、先導活門部件、連接螺母組成，殼體一 端經連接螺母與防爆電磁鐵連接，殼體另一端與出口接管連接，主活門部件位于出口接管 與殼體形成的空間內，先導活門部件位于防爆電磁鐵中，其一端在殼體內；防爆電磁鐵由線 圈、銜鐵、螺母、隔離套構成，銜鐵內有階梯軸向孔，階梯軸向孔上有先導活門部件；有二個 活門，工作時先導活門打開，主活門再打開，是分二步實現的，氣體通過出口接管排于閥門 的殼體內部，使用安全性提高。 目前，現場實用的電磁閥閥芯無法完全開啟，應用中存在一定程度的節流效應。閥 芯提升穩定后，閥前后存在O. 1 0. 2MPa壓差，并引起約rC左右溫降，易造成電磁閥冬季 凍堵。同時，由于閥芯開啟程度非常小，故密封接觸面易積砂而導致電磁閥內漏。所以必須 對該電磁閥結構進行改進，才能適應現場實用要求。
發明內容
本發明的目的是提供一種氣井井口先導式自保持電磁閥，使閥芯能夠完全開啟。 能適用于天然氣井口外輸管線關閉，在不依賴外接高壓氣源驅動的情況下，在微弱電量控 制下實現天然氣井井口遠程控制開關井及超欠壓關井，實現氣井生產的安全高效管理。克 服目前氣田井口電磁閥閥芯無法完全開啟的不足。 本發明采用的技術方案是氣井井口先導式自保持電磁閥，主要由閥蓋、閥體、主 閥芯、副閥芯、銷定電磁頭、一級開啟電磁頭、二級開啟電磁頭、芯桿、下壓縮彈簧和上壓縮
3彈簧組成，閥體兩側分別有連接管線的進氣口與出氣口 ，進氣口內有進氣通道，出氣口內有 出氣通道。出氣通道與進氣通道之間有主閥芯座，閥體內有圓筒狀主閥芯，主閥芯能在閥體 的中心孔內上下滑動，主閥芯的底平面在主閥芯座上。其特征在于閥蓋為圓柱狀，閥蓋端 部有中心孔，閥蓋固定在閥體上部，閥蓋中心孔與閥體上部中心孔相對；在閥蓋的側壁上橫 向連接有銷定電磁頭、一級開啟電磁頭、二級開啟電磁頭；副閥芯為圓筒狀，副閥芯中心孔 內有橫隔板，副閥芯下端在主閥芯內，并且副閥芯的底部壓在主閥芯的內底部，副閥芯上端 在閥蓋中心孔，副閥芯能在閥蓋及閥體的中心孔內上下滑動；芯桿在副閥芯內，副閥芯的橫 隔板上部有上壓縮彈簧，閥蓋中心孔上平面壓在上壓縮彈簧的頂部；在副閥芯的橫隔板下 部有下壓縮彈簧，下壓縮彈簧的下端壓在副閥芯下端內絲堵上部，在下壓縮彈簧內有一個T 形圓柱狀芯桿，芯桿頂部凸出的下平面壓在下壓縮彈簧頂部，芯桿的下端與主閥芯螺紋連 接；副閥芯下端內絲堵有中心孔，副閥芯下端內絲堵套在芯桿上，副閥芯下端內絲堵能沿芯 桿上下滑動；在閥體進氣通道內側上部鉆有平衡壓力孔一，平衡壓力孔一的另一端開口處 在閥體的中心孔內，并在主閥芯的上部，衡壓力孔一連通閥體的進氣通道與閥體的中心孔， 副閥芯中部橫隔板有平衡壓力孔二，平衡壓力孔二將副閥芯上下兩部分連通，副閥芯外壁 中上部有環形凹槽，當副閥芯開啟后，銷定電磁頭內部彈簧可推動銷定電磁頭磁芯，銷定電 磁頭磁芯的端部能嵌入副閥芯的環形凹槽內；閥體與閥蓋上有主連通孔，主連通孔的下端 開口處位于閥體的出氣通道內，主連通孔的上端與一級連通孔及二級連通孔的下端相接， 一級連通孔上端開口位于閥蓋外壁用于固定一級開啟電磁頭的帶外螺紋的圓柱體的中心 孔內，二級連通孔與一級連通孔對稱，二級連通孔上端開口位于閥蓋外壁用于固定二級開 啟電磁頭的帶外螺紋的圓柱體的中心孔內；閥蓋上有一級卸壓孔和二級卸壓孔，一級卸壓 孔聯通閥蓋的中心孔和位于閥蓋外壁用于固定一級開啟電磁頭的帶外螺紋的圓柱體的中 心孔內；二級卸壓孔一端開口位于閥蓋外壁用于固定二級開啟電磁頭的帶外螺紋的圓柱體 的中心孔內，二級卸壓孔的另一端在閥蓋的底部，并聯通閥體的中心孔；一級卸壓孔能將副 閥芯內的高壓氣體導入主連通孔，從而實現副閥芯的提升，二級卸壓孔能將主閥芯內的高 壓氣體導入主連通孔從而實現主閥芯的提升； 銷定電磁頭內部彈簧可推動銷定電磁頭磁芯水平運動，該銷定電磁頭磁芯的圓柱 型端部能在彈簧推動下嵌入副閥芯的環形凹槽內；一級開啟電磁頭和二級開啟電磁頭內有 各自彈簧及磁芯， 一級開啟電磁頭和二級開啟電磁頭的磁芯頂端分別位于一級連通孔、二 級連通孔開口處，并且磁芯頂端均固定有密封蓋， 一級開啟電磁頭水平運動能打開或關閉 一級連通孔；二級開啟電磁頭水平運動能打開或關閉二級連通孔。 所述的銷定電磁頭、一級開啟電磁頭、二級開啟電磁頭均為直流電控制的電磁頭，
內有線圈及電磁鐵，此非本發明的創新，本領域技術人員能完成，不再詳述。 本發明的有益效果本發明氣井井口先導式自保持電磁閥，通過閥芯兩級傳動使
主閥芯完全開啟，從而可以解決原結構電磁閥節流效應引起的凍堵及積砂導致的內漏。 天然氣井井口電磁閥本身不需要外來氣源驅動，可在較小電力驅動下實現閥門開
關，與遠程控制系統協作，可實現遠程控制開關單井、高低壓自動保護等功能，能夠提高單
井信息化管理水平，保證生產運行的安全平 。其在氣田具有廣闊的應用前景。
圖la是本發明氣井井口先導式自保持電磁閥剖面正視圖。
圖lb是本發明氣井井口先導式自保持電磁閥剖面左視圖。
圖2a是閥蓋1剖面正視圖。
圖2b是閥蓋l剖面左視圖。
圖3是閥體2示意圖。
圖4是主閥芯3示意圖。
圖5是副閥芯4示意圖。
圖6是芯桿8示意圖。 圖7a是一級開啟閥門時銷定電磁頭磁芯18與副閥芯4之間的鎖定位置關系。
圖7b是關閉閥門時銷定電磁頭磁芯18與副閥芯4之間的鎖定位置關系。
圖中，l.閥蓋，2.閥體，3.主閥芯，4.副閥芯，5.銷定電磁頭，6. —級開啟電磁頭， 7. 二級開啟電磁頭，8.芯桿，9.下壓縮彈簧，IO.上壓縮彈簧，ll. 一級卸壓孔，12. —級連 通孔，13. 二級卸壓孔，14. 二級連通孔，15.主連通孔，16.平衡壓力孔一，17.平衡壓力孔 二，18.銷定電磁頭磁芯。
具體實施例方式
實施例1 :以一個氣井井口先導式自保持電磁閥為例，對本發明作進一步詳細說明。
參閱圖la、圖lb。氣井井口先導式自保持電磁閥，主要由閥蓋1 、閥體2、主閥芯3、 副閥芯4、銷定電磁頭5、一級開啟電磁頭6、二級開啟電磁頭7、芯桿8、下壓縮彈簧9和上壓 縮彈簧10組成。閥體2采用奧氏體型不銹鋼2Crl3鍛造而成。閥體2兩側分別有連接管 線的進氣口與出氣口，進氣口和出氣口內徑均為45毫米。進氣口內有進氣通道，出氣口內 有出氣通道。平面主閥芯座加工在出氣通道與進氣通道之間，閥體2內有圓筒狀主閥芯3， 主閥芯3外徑60毫米。主閥芯3能在閥體2的中心孔內上下滑動，主閥芯3的底平面在主 閥芯座上。閥蓋1為圓柱狀，閥蓋1下端部有中心孔，閥蓋1固定在閥體2上部，閥蓋1中 心孔與閥體2上部中心孔相對；在閥蓋1的側壁上橫向連接有銷定電磁頭5、一級開啟電磁 頭6、二級開啟電磁頭7 ;副閥芯4為圓筒狀，副閥芯4中心孔內有橫隔板，副閥芯4下端在 主閥芯3內，并且副閥芯4的底部壓在主閥芯3的內底部，副閥芯4上端在閥蓋1中心孔，副 閥芯4能在閥蓋1及閥體2的中心孔內上下滑動；芯桿8在副閥芯4內，副閥芯4的橫隔板 上部有上壓縮彈簧10，閥蓋1中心孔上平面壓在上壓縮彈簧10的頂部；在副閥芯4的橫隔 板下部有下壓縮彈簧9，下壓縮彈簧9的下端壓在副閥芯4下端內絲堵上部，在下壓縮彈簧 9內有一個T形圓柱狀芯桿8，芯桿8頂部凸出的下平面壓在下壓縮彈簧9頂部，芯桿8的 下端與主閥芯3的M12X 1. 5螺紋連接；副閥芯4下端內絲堵有中心孔，副閥芯4下端內絲 堵套在芯桿8上，副閥芯4下端內絲堵能沿芯桿8上下滑動；在閥體(2)進氣通道內側上部 鉆有一個平衡壓力孔一 (16)，平衡壓力孔一 (16)的另一端開口處在閥體(2)的中心孔內， 并在主閥芯(3)的上部，平衡壓力孔一16連通閥體2的進氣通道與閥體2的中心孔。平衡 壓力孔一 16直徑為1. 2毫米。副閥芯4中部橫隔板有平衡壓力孔二 17，平衡壓力孔二 17 將副閥芯4上下兩部分連通，平衡壓力孔二 17直徑為1毫米。副閥芯4外壁中上部有環形 凹槽，當副閥芯4開啟后，銷定電磁頭5內部彈簧可推動銷定電磁頭磁芯18，銷定電磁頭磁芯18的端部能嵌入副閥芯4的環形凹槽內。 參閱圖la、圖lb。閥體2與閥蓋1上有主連通孔15，主連通孔15的下端開口處 位于閥體2的出氣通道內，主連通孔15的上端與一級連通孔12及二級連通孔14的下端相 接。 一級連通孔12上端開口位于閥蓋1外壁用于固定一級開啟電磁頭6的帶外螺紋的圓 柱體的中心孔內，二級連通孔14與一級連通孔12對稱，二級連通孔14上端開口位于閥蓋 1外壁用于固定二級開啟電磁頭7的帶外螺紋的圓柱體的中心孔內；閥蓋1上有一級卸壓 孔11和二級卸壓孔13，一級卸壓孔11聯通閥蓋1的中心孔和位于閥蓋1外壁用于固定一 級開啟電磁頭6的帶外螺紋的圓柱體的中心孔內；二級卸壓孔13 —端開口位于閥蓋1外壁 用于固定二級開啟電磁頭7的帶外螺紋的圓柱體的中心孔內，二級卸壓孔13的另一端在閥 蓋1的底部，并聯通閥體2的中心孔；一級卸壓孔11能將副閥芯4內的高壓氣體導入主連 通孔15，主連通孔15直徑為1. 8毫米。從而實現副閥芯4的提升，二級卸壓孔13能將主閥 芯3內的高壓氣體導入主連通孔15從而實現主閥芯3的提升； 參閱圖la、圖lb。銷定電磁頭5、一級開啟電磁頭6、二級開啟電磁頭7均通過由 壬帽固定在各自電磁頭固定座上。銷定電磁頭5內部彈簧可推動銷定電磁頭磁芯18水平 運動，該銷定電磁頭磁芯18的圓柱型端部能在彈簧推動下嵌入副閥芯4的環形凹槽內。一 級開啟電磁頭6和二級開啟電磁頭7內有各自彈簧及磁芯， 一級開啟電磁頭6和二級開啟 電磁頭7的磁芯頂端分別位于一級連通孔12、二級連通孔14開口處，并且磁芯頂端均固定 有密封蓋， 一級開啟電磁頭6水平運動能打開或關閉一級連通孔12 ;二級開啟電磁頭7水 平運動能打開或關閉二級連通孔14。 二級連通孔14上端開口位于閥蓋1外壁上用于固定二級開啟電磁頭7的帶外螺 紋的圓柱體的底面中心位置。閥蓋1上緊鄰一級連通孔12、二級連通孔14開口處分別有一 級卸壓孔11、二級卸壓孔13的開口。 一級卸壓孔11的另一端通向閥蓋1的中心孔，二級卸 壓孔13的另一端在閥蓋1的底部，通向閥體2的中心孔。 一級卸壓孔11能將副閥芯4內 的高壓氣體導入主連通孔15從而實現副閥芯4的提升，二級卸壓孔13可將主閥芯3內的 高壓氣體導入主連通孔15從而實現主閥芯3的提升。
氣井井口先導式自保持電磁閥的工作過程參閱圖la、圖lb。
1、開閥過程給一級開啟電磁頭6供電，其磁芯回縮，一級連通孔12打開，副閥芯 4內部高壓通過一級卸壓孔11、一級連通孔12、主連通孔15組成的卸壓通道，與下游出氣通 道低壓連通，副閥芯4腔內壓力迅速減小，其內外壓差推動副閥芯4上移，當副閥芯4外壁 環形凹槽上移到銷定電磁頭5的銷定電磁頭磁芯18處時，銷定電磁頭磁芯18端部插入凹 槽銷定副閥芯4，下壓縮彈簧9、上壓縮彈簧10壓縮儲能，此時一級開啟電磁頭6斷電。隨 后給二級開啟電磁頭7通電，其磁芯回縮，二級連通孔14打開，主閥芯3內部高壓通過二級 卸壓孔13、二級連通孔14、主連通孔15組成的卸壓通道，與出氣通道低壓連通，主閥芯3內 壓力迅速降低，上游進氣通道高壓推動主閥芯3上移，并在下壓縮彈簧9向上推動芯桿8的 輔助作用下，使主閥芯3完全打開，此時二級開啟電磁頭7斷電。開閥過程結束。
2、關閥過程給銷定電磁頭5通電，銷定電磁頭磁芯18回縮并從副閥芯4的環形 凹槽內退出，銷定解除，副閥芯4在重力及上壓縮彈簧10的作用下下移并推動主閥芯3關 閉閥門。此時，上游進氣通道壓力繼續升高，并通過平衡壓力孔一 16繼續向主閥芯3內進 氣，主閥芯3內壓力繼續增大，閥芯3向下壓的愈緊，閥關的愈嚴。關閥過程結束。
權利要求
一種氣井井口先導式自保持電磁閥，主要由閥蓋(1)、閥體(2)、主閥芯(3)、副閥芯(4)、銷定電磁頭(5)、一級開啟電磁頭(6)、二級開啟電磁頭(7)、芯桿(8)、下壓縮彈簧(9)和上壓縮彈簧(10)組成，閥體(2)兩側分別有連接管線的進氣口與出氣口，進氣口內有進氣通道，出氣口內有出氣通道，出氣通道與進氣通道之間有主閥芯座，閥體(2)內有圓筒狀主閥芯(3)，主閥芯(3)能在閥體(2)的中心孔內上下滑動，主閥芯(3)的底平面在主閥芯座上；其特征在于閥蓋(1)為圓柱狀，閥蓋(1)下端部有中心孔，閥蓋(1)固定在閥體(2)上部，閥蓋(1)中心孔與閥體(2)上部中心孔相對；在閥蓋(1)的側壁上橫向連接有銷定電磁頭(5)、一級開啟電磁頭(6)、二級開啟電磁頭(7)；副閥芯(4)為圓筒狀，副閥芯(4)中心孔內有橫隔板，副閥芯(4)下端在主閥芯(3)內，并且副閥芯(4)的底部壓在主閥芯(3)的內底部，副閥芯(4)上端在閥蓋(1)中心孔，副閥芯(4)能在閥蓋(1)及閥體(2)的中心孔內上下滑動；芯桿(8)在副閥芯(4)內，副閥芯(4)的橫隔板上部有上壓縮彈簧(10)，閥蓋(1)中心孔上平面壓在上壓縮彈簧(10)的頂部；在副閥芯(4)的橫隔板下部有下壓縮彈簧(9)，下壓縮彈簧(9)的下端壓在副閥芯(4)下端內絲堵上部，在下壓縮彈簧(9)內有一個T形圓柱狀芯桿(8)，芯桿(8)頂部凸出的下平面壓在下壓縮彈簧(9)頂部，芯桿(8)的下端與主閥芯(3)螺紋連接；副閥芯(4)下端內絲堵有中心孔，副閥芯(4)下端內絲堵套在芯桿(8)上，副閥芯(4)下端內絲堵能沿芯桿(8)上下滑動；在閥體(2)進氣通道內側上部鉆有平衡壓力孔一(16)，平衡壓力孔一(16)的另一端開口處在閥體(2)的中心孔內，并在主閥芯(3)的上部，平衡壓力孔一(16)連通閥體(2)的進氣通道與閥體(2)的中心孔，副閥芯(4)中部橫隔板有平衡壓力孔二(17)，平衡壓力孔二(17)將副閥芯(4)上下兩部分連通，副閥芯(4)外壁中上部有環形凹槽，當副閥芯(4)開啟后，銷定電磁頭(5)內部彈簧能推動銷定電磁頭磁芯(18)，銷定電磁頭磁芯(18)的端部能嵌入副閥芯(4)的環形凹槽內；閥體(2)與閥蓋(1)上有主連通孔(15)，主連通孔(15)的下端開口處位于閥體(2)的出氣通道內，主連通孔(15)的上端與一級連通孔(12)及二級連通孔(14)的下端相接，一級連通孔(12)上端開口位于閥蓋(1)外壁用于固定一級開啟電磁頭(6)的帶外螺紋的圓柱體的中心孔內，二級連通孔(14)與一級連通孔(12)對稱，二級連通孔(14)上端開口位于閥蓋(1)外壁用于固定二級開啟電磁頭(7)的帶外螺紋的圓柱體的中心孔內；閥蓋(1)上有一級卸壓孔(11)和二級卸壓孔(13)，一級卸壓孔(11)聯通閥蓋(1)的中心孔和位于閥蓋(1)外壁用于固定一級開啟電磁頭(6)的帶外螺紋的圓柱體的中心孔內；二級卸壓孔(13)一端開口位于閥蓋(1)外壁用于固定二級開啟電磁頭(7)的帶外螺紋的圓柱體的中心孔內，二級卸壓孔(13)的另一端在閥蓋(1)的底部，并聯通閥體(2)的中心孔；一級卸壓孔(11)能將副閥芯(4)內的高壓氣體導入主連通孔(15)，二級卸壓孔(13)能將主閥芯(3)內的高壓氣體導入主連通孔(15)；銷定電磁頭(5)內部彈簧能推動銷定電磁頭磁芯(18)水平運動，該銷定電磁頭磁芯(18)的圓柱型端部能在彈簧推動下嵌入副閥芯(4)的環形凹槽內；一級開啟電磁頭(6)和二級開啟電磁頭(7)內有各自彈簧及磁芯，一級開啟電磁頭(6)和二級開啟電磁頭(7)的磁芯頂端分別位于一級連通孔(12)、二級連通孔(14)開口處，并且磁芯頂端均固定有密封蓋，一級開啟電磁頭(6)水平運動能打開或關閉一級連通孔(12)；二級開啟電磁頭(7)水平運動能打開或關閉二級連通孔(13)。
全文摘要
氣井井口先導式自保持電磁閥，應用于天然氣井場及輸氣管道上。特征是在閥體內有圓筒狀主閥芯。閥蓋固定在閥體上部。在閥蓋的側壁上橫向連接有銷定電磁頭、一級開啟電磁頭、二級開啟電磁頭。副閥芯為圓筒狀，其下端在主閥芯內。副閥芯內有上、下壓縮彈簧，在下壓縮彈簧內有芯桿。在閥體及副閥芯內有平衡壓力孔。閥體與閥蓋內有連通孔。閥蓋上有卸壓孔。副閥芯外壁有環形凹槽。效果是能適用于天然氣井口管線，在不依賴外接氣源驅動情況下，依靠微弱電磁力完成閥門開關。與遠程控制系統協作，可實現遠程控制開關單井、高低壓自動保護等功能。通過閥芯兩級傳動使主閥芯完全開啟，從而可以解決原結構電磁閥節流效應引起的凍堵及積砂導致的內漏。
文檔編號F16K31/06GK101787866SQ20101011430
公開日2010年7月28日 申請日期2010年2月25日 優先權日2010年2月25日
發明者于志剛, 劉雙全, 吳革生, 張書平, 徐永高, 楊華, 程小莉, 肖述琴, 賈友亮, 陳勇 申請人:中國石油天然氣股份有限公司