[发明专利]用于液压破裂阀的锁定组件

说明书

技术领域

本发明大体涉及油和气的生产。更具体地讲，本发明涉及一种用于供液压破裂(fracing)系统的阀使用的锁定组件。

背景技术

碳氢化合物生产井眼有时候被激发以增加碳氢化合物的生产。液压压裂或破裂为激发的一个示例，其涉及对井眼的全部或一部分加压以改进周围的地层与井眼之间的连通。通常，破裂流体由泵在地面处加压，其然后进入在井下具有端部的管线。当流体离开管线时，它在井眼中建立了压力，其又在地层中产生或进一步传播压裂。当由被泵送的流体施加的压力超过了地质层(formation strata)的压裂梯度时发生地下的压裂。典型地，用于破裂的流体包括水、酸、矾土、二氧化碳、氮气以及添加剂中的一种或多种。

在破裂期间形成的高压与当形成压裂时发生的脉冲一起造成传送破裂流体的管道系统中的振动。足够大小和/或持续时间的振动可引起管道系统中的阀或者无意地打开或者无意地关闭。

发明内容

本文描述了液压压裂系统的一个示例，该液压压裂系统包括泵，附接到泵的、可被放置在井眼中的排出管线。还包括有在管线中的阀组件；该阀组件包括本体、通道、闸以及在闸中的与通道选择性地对齐的孔。该系统还包括阀锁定组件，其由凸轮盘、连接凸轮盘和闸的平衡杆以及保持元件(其由弹性构件推压到凸轮盘的通路中)构成。当将小于指定量的力施加到闸以便靠着保持元件推压凸轮盘时，该保持元件由弹性构件保持在凸轮盘的通路中。可选地，当将超过指定量的力施加到闸以便靠着保持元件推压凸轮盘时，力由凸轮盘施加到保持元件上以便克服由弹性构件所施加的力，并且保持元件被移出凸轮盘的通路。在一个示例中，凸轮盘包括接触保持元件的带斜角(beveled)的外边缘。在一个示例实施例中，推力由施加到闸以便靠着保持元件来推压凸轮盘的力来限定，并且其中，外边缘的上部部分和下部部分相对于凸轮盘的轴线成角度地带斜角，使得用来推压凸轮盘经过保持元件的必需的推力在一个轴向方向上比在相反的轴向方向上更大。保持元件可由球轴承构成，且弹性构件可由弹簧构成。在一个示例中，系统包括多个球轴承和弹簧以及包围平衡杆的壳体，该壳体具有沿径向形成为通过壳体的侧壁的用于保持球轴承和弹簧的孔。阀促动器可联接到闸。

本文还公开了用于供液压压裂阀使用的平衡系统。在一个示例中，平衡系统包括与阀闸选择性地联接接合的大体上平面的凸轮构件。响应于被施加到阀闸的力，该凸轮构件经受来自阀闸的推力。包括有闭锁组件，其由通过弹性构件保持与凸轮构件干涉接触的闭锁元件构成。当推力靠着闭锁元件产生小于指定量的合力时发生干涉接触。在一个示例中，当推力靠着闭锁元件产生超过该指定量的合力时，闭锁元件被推压出干涉接触并且被推压出凸轮构件的通路。凸轮构件可具有外周缘，其带有轮廓形成为相对于凸轮构件的上表面成角度的上区段和轮廓形成为相对于凸轮构件的下表面成角度的下区段。在一个示例实施例中，上表面和下表面基本上平行，并且其中，上区段和下区段以不同的角度形成轮廓，使得当在一个方向上沿轴向推压凸轮构件时，比起当在相反的方向上沿轴向推压凸轮构件时，靠着闭锁元件产生超过了指定量的合力的推力的量更大。闸可经受来自振动的、产生小于指定量的合力的力。

本文提供了可用在液压破裂系统中的阀组件。在一个示例实施例中，阀组件包括具有通道的阀本体、具有与通道选择性地对齐的孔的闸、与闸联接的促动器以及用于将闸保持在阀本体内的指定位置中的器件。可通过施加超过用来锁定闸的力的力来从指定位置中解锁闸。可选地，用于保持闸的器件为联接到闸的凸轮盘以及闭锁，当锁定力施加到闸时闭锁保持凸轮盘就位，且当解锁力施加到闸时闭锁释放闸。