專利名稱：閥和操作閥的方法
閥和操作閥的方法本發(fā)明涉及閥，通常是球閥，且特別涉及用在油井或氣井中，通常在干預(yù)或井控管柱(well control string)中的球閥。在向下鉆進(jìn)的井孔中，通過井的主孔和其它流動管道的流動路徑通常由閥控制。閥通?？恐鬃P(guān)閉和打開，底座提供了密封面以與閥中的可移動構(gòu)件接合并防止流體的流動。通常，底座用彈性材料貼面(face)，該材料與閥的密封面一致以產(chǎn)生密封。當(dāng)閥的底座被可移動構(gòu)件在其打開和關(guān)閉構(gòu)型之間的移動損壞時，問題出現(xiàn)。通常，在球閥中，閥通過球的旋轉(zhuǎn)在其打開和關(guān)閉構(gòu)型之間移動，以將球中的孔旋轉(zhuǎn)為與球閥位于其中的管道的孔對齊或不對齊。當(dāng)球的孔旋轉(zhuǎn)為不對準(zhǔn)管件的孔時，孔的邊緣有時可磨損或以其它方式損壞球抵住密封的底座，從而可能磨損該底座的表面上的彈性材料。當(dāng)球閥需要切割隨著其在打開和關(guān)閉構(gòu)型之間移動正通過孔的線或其它細(xì)長構(gòu)件時，這是特別有問題的，因為穿過球的孔的內(nèi)邊緣通常由于線的剪切而開始損壞，且被損壞的邊緣接著擦過(rakes across)密封件上的更易受損的安置面，通常導(dǎo)致對在該部件上使用的更柔軟材料的磨損以及其它損壞。當(dāng)球閥已關(guān)閉且閥的孔不對準(zhǔn)管件的孔時，球的密封面經(jīng)常不靠著底座的被損壞的表面足夠地密封，且當(dāng)行程已經(jīng)完成時，泄漏緊接著發(fā)生。根據(jù)本發(fā)明，提供了一種用于在油井或氣井中使用的閥，該閥包括可移動構(gòu)件，其被配置以在閥的打開構(gòu)型和關(guān)閉構(gòu)型之間移動，以在相應(yīng)的打開構(gòu)型和關(guān)閉構(gòu)型中允許和阻擋流體通過閥的流動，可移動構(gòu)件具有切割面(cutting surface),其適合于當(dāng)可移動構(gòu)件在打開和關(guān)閉構(gòu)型之間移動時靠著站座構(gòu)件(anvil member)剪切(shear against)；閥具有密封構(gòu)件，當(dāng)可移動構(gòu)件在關(guān)閉構(gòu)型中時該密封構(gòu)件提供用于安置可移動構(gòu)件的底座；其中閥具有密封構(gòu)件位移機(jī)構(gòu)(sealing member displacementmechanism),其被配置成當(dāng)可移動構(gòu)件在打開和關(guān)閉構(gòu)型之間移動時改變密封構(gòu)件和可移動構(gòu)件之間的間隔。本發(fā)明還提供了一種操作油井或氣井閥的方法，閥包括可移動構(gòu)件，其被配置以在閥的打開和關(guān)閉構(gòu)型之間移動，以當(dāng)閥在打開構(gòu)型中時允許流體通過閥的流動，且以當(dāng)閥在關(guān)閉構(gòu)型中時阻擋流體通過閥的流動，閥具有密封構(gòu)件，當(dāng)可移動構(gòu)件在關(guān)閉構(gòu)型中時該密封構(gòu)件提供用于安置可移動構(gòu)件的底座；可移動構(gòu)件具有切割面，其被布置以當(dāng)可移動構(gòu)件在打開和關(guān)閉構(gòu)型之間移動時靠著砧座構(gòu)件剪切；其中該方法包括在可移動構(gòu)件在打開構(gòu)型和關(guān)閉構(gòu)型之間的行程期間改變密封構(gòu)件和可移動構(gòu)件之間的間隔。通常，在可移動構(gòu)件在打開和關(guān)閉構(gòu)型之間的行程期間，密封構(gòu)件移動遠(yuǎn)離可移動構(gòu)件，通常移動使得當(dāng)切割面接合砧座構(gòu)件時，密封構(gòu)件被移位而離開可移動構(gòu)件的切割面(通常是孔的內(nèi)表面)。通常，密封構(gòu)件是可移動的且砧座構(gòu)件位于固定的位置。然而，在某些實施方式中，砧座構(gòu)件可以相對于固定的密封構(gòu)件是可移動的。通常，密封構(gòu)件和砧座中的一個在軸向方向上是可移動的，該軸向方向平行于閥的通孔的軸線。通常，閥是球閥，且閥在打開和關(guān)閉構(gòu)型之間的移動是可旋轉(zhuǎn)的移動，以使穿過球閥的孔相對于閥位于其中的管道的孔在對準(zhǔn)和不對準(zhǔn)構(gòu)型之間旋轉(zhuǎn)。通常，密封構(gòu)件位移機(jī)構(gòu)包括具有非圓形輪廓的凸輪裝置，其推動密封件遠(yuǎn)離可移動構(gòu)件。通常，凸輪構(gòu)件被布置以在當(dāng)可移動構(gòu)件的切割面移動經(jīng)過砧座構(gòu)件時可移動構(gòu)件的行程上的該點(diǎn)處，將密封構(gòu)件推動到與可移動構(gòu)件最大分離的位置。通常，凸輪構(gòu)件位于閥的旋轉(zhuǎn)部分上，通常在球閥的球上。通常，球是球形的，且凸輪構(gòu)件是非圓形的。通常，凸輪構(gòu)件位于可移動構(gòu)件的一部分上，以便凸輪構(gòu)件與密封構(gòu)件接合，但不與砧座構(gòu)件接合。通常，砧座和密封構(gòu)件同中心地布置，通常使砧座構(gòu)件徑向地位于密封構(gòu)件的內(nèi)部且密封構(gòu)件包圍砧座構(gòu)件。通常，可以設(shè)置多于一個凸輪構(gòu)件。凸輪構(gòu)件可以可選擇地單獨(dú)形成，并隨后附接到可移動構(gòu)件，或可以包括以從可移動構(gòu)件的外表面的非圓形突起形式的可移動構(gòu)件的完整部分。可選擇地，一對凸輪構(gòu)件可被設(shè)置在球上。通常，該對凸輪構(gòu)件可以互相平行，且通?？梢跃哂邢嗤姆菆A形的布置，使得可移動構(gòu)件的移動同時靠著密封構(gòu)件移動凸輪構(gòu)件中的每一個。凸輪構(gòu)件通常被布置為在球上的弦桿(chord)，其在球的外表面上且在球的中心和其外表面之間徑向間隔開。通常，弦桿式凸輪構(gòu)件可被布置在球的中心與外周之間的任何位置處，且不需要位于這些點(diǎn)之間的中間?？蛇x擇地，凸輪構(gòu)件可形成為在球上的切線形式(tangential formation)或可以靠近切線位置。凸輪構(gòu)件通常被設(shè)置有外支撐表面，其靠著密封構(gòu)件滑動，以在可移動構(gòu)件在打開和關(guān)閉構(gòu)型之間的行程期間軸向地推動密封構(gòu)件遠(yuǎn)離可移動構(gòu)件。支撐表面通常是光滑的且通常具有相對低的摩擦系數(shù)，而且因此通常靠著密封構(gòu)件的底座滑動而基本上不使底座變形。通常，密封構(gòu)件通過彈性裝置，通常是彈簧，例如螺旋彈簧，抵住可移動構(gòu)件偏置，雖然氣壓彈簧(gas spring)和其它彈性裝置可以被采用以使密封構(gòu)件軸向地壓緊可移動構(gòu)件。通常，凸輪構(gòu)件以這樣的方式移動密封構(gòu)件，以施力于抵住可移動構(gòu)件偏置密封構(gòu)件的彈性裝置。通常，凸輪構(gòu)件克服彈簧等的力以軸向相對于閥位于其中的管件的孔徑向向后移動密封構(gòu)件，當(dāng)其橫穿砧座構(gòu)件時移動密封構(gòu)件底座上的密封面遠(yuǎn)離硬質(zhì)貼面(hardfaced)的切割面。通常，當(dāng)切割面接合砧座構(gòu)件時，密封構(gòu)件被凸輪移動而不接觸可移動構(gòu)件，并且當(dāng)切割面已通過密封構(gòu)件且可移動構(gòu)件的密封面(例如球的外表面)與密封構(gòu)件對準(zhǔn)時，向后移動而與可移動構(gòu)件接觸。然后，當(dāng)切割面已通過砧座構(gòu)件和密封構(gòu)件時，抵住可移動構(gòu)件偏置密封構(gòu)件的彈性裝置通?？恐梢苿訕?gòu)件的密封面推動密封構(gòu)件以密封抵住流體穿過閥的通道。通常，砧座構(gòu)件具有與可移動構(gòu)件的切割面的緊密配合，并提供剪切功能以剪切穿過閥的孔的任何線或其它縱向構(gòu)件。通常，砧座構(gòu)件和切割面以及可移動構(gòu)件的相對面可以用硬質(zhì)材料貼面，如碳化鎢、金剛石，等等。將凸輪構(gòu)件徑向地間隔在砧座構(gòu)件的外面，但具有小于密封構(gòu)件的外直徑的徑向間隔，是指用于旋轉(zhuǎn)凸輪構(gòu)件的球的旋轉(zhuǎn)可以使凸輪構(gòu)件與密封構(gòu)件接合，但可避免靠著砧座構(gòu)件反作用于凸輪構(gòu)件。因此，因為球的旋轉(zhuǎn)，密封構(gòu)件可以被軸向地推動遠(yuǎn)離球，而不接合砧座構(gòu)件和減小從凸輪構(gòu)件可得到的力。通常，凸輪構(gòu)件在密封套筒上的彈性密封件的徑向外部位置處接合密封套筒。通常，在可移動構(gòu)件在打開和關(guān)閉構(gòu)型之間的行程期間，凸輪構(gòu)件不接合彈性密封件。通常，密封構(gòu)件保持從可移動構(gòu)件軸向地間隔開，直到可移動構(gòu)件的切割面已經(jīng)移動經(jīng)過密封構(gòu)件上的彈性密封件，在該點(diǎn)處，密封構(gòu)件可以被向后移動為與可移動構(gòu)件接觸以再一次靠著可移動構(gòu)件壓縮彈性密封件。正如相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的，本發(fā)明的各個方面可以單獨(dú)或結(jié)合其它方面中的一個或多個來實踐。本發(fā)明的各個方面可以選擇地被設(shè)置與本發(fā)明的其它方面的可選功能中的一個或多個結(jié)合。另外，與一種實施方式有關(guān)的所述可選功能通?？梢詥为?dú)或與本發(fā)明的不同實施方式中的其它功能一起結(jié)合?，F(xiàn)將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的各種實施方式和方面。還有，從其整個描述包括示出了多個示范性實施方式和方面以及實現(xiàn)方式的附圖中，本發(fā)明的其它方面、特征和優(yōu)點(diǎn)是很明顯的。本發(fā)明還可以有其它以及不同的實施方式和方面，并且其若干細(xì)節(jié)可以在各個方面修改，全部在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下。因此，附圖和描述在本質(zhì)上被視為說明性的，而不視為限制性的。此外，本文中使用的術(shù)語和措辭僅用于描述的目的，并且不應(yīng)解釋為在范圍上的限制。措辭例如“包括”、“包含”、“具有”、“含有”或“涉及”及其變體，意在廣泛的且包括其后列出的主題、等同物和未被列舉的另外的主題，而且不意在排除其它的添加物、組件、整體或步驟。同樣，術(shù)語“包含”被認(rèn)為與用于適用的法律目的的術(shù)語“包括”或“包含”是同義的。包括在本說明書中的文件、行為、材料、設(shè)備、物品及類似物的任何討論僅用于提供用于本發(fā)明的內(nèi)容的目的。不暗示或不表示這些主題的任何或全部形成現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)的部分或是與本發(fā)明相關(guān)的領(lǐng)域中的普通常識。在本公開中，每當(dāng)過渡短語“包括”置于組分、元件或一組元件之前時，應(yīng)理解，也
考慮與置于組分、元件或元件組的列舉之前的過渡短語“基本上由......組成”、“組成”、
“從由......組成的組中選擇”、“包括”或“是”相同的組分、元件或元件組，且反之亦然。在本公開中，所有數(shù)值被理解為按“大約”修改。本文中描述的元件或任何其它組件的所有單數(shù)形式被理解為包括其復(fù)數(shù)形式，且反之亦然。現(xiàn)將借助實施例并參照附圖描述本發(fā)明的實施方式，其中

圖1、圖2和圖3是在打開構(gòu)型中的閥的平面圖、端視圖和側(cè)視圖；圖4和圖5分別是圖1和圖3的放大視圖；圖6和圖7是閥在打開和關(guān)閉構(gòu)型之間的移動期間處于過渡構(gòu)型中的圖1閥的平面圖和側(cè)視圖； 圖8和圖9分別是圖6和圖7的放大視圖；圖10和圖11是在關(guān)閉構(gòu)型中的圖1閥的平面圖和側(cè)視圖；圖12和圖13分別是圖10和圖11的放大視圖；圖14和圖15是在球的不同旋轉(zhuǎn)位置中的圖1閥的球的透視圖；以及圖16是第二閥的平面圖?，F(xiàn)在參照附圖，并特別參照圖1至圖5，在打開構(gòu)型中，閥V具有通孔T，通孔T由以順序布置在閥V中的球構(gòu)件BI和B2的形式的第一和第二可移動構(gòu)件打開和關(guān)閉，且被布置以在球構(gòu)件中的一個失效的情況下提供備份。每個球構(gòu)件B包括安裝在橫向軸2上的大致為球形的球5。軸2在閥V中互相平行，并垂直于通孔T的軸線延伸，其允許球5圍繞軸2的旋轉(zhuǎn)。每個球5具有通孔6，其可以被置于與通孔T不對齊。球5圍繞軸2的旋轉(zhuǎn)會將通孔6旋轉(zhuǎn)為與閥的通孔T對準(zhǔn)或不對準(zhǔn)，從而將閥V從打開構(gòu)型移動到關(guān)閉構(gòu)型，在打開構(gòu)型中每個球5的通孔6與閥的通孔T對準(zhǔn)，在關(guān)閉構(gòu)型中每個球5的通孔6與閥的通孔T不對準(zhǔn)(且通常是與其垂直)。每個球5靠著密封套筒10形式的密封構(gòu)件安置。密封套筒10通常具有端面，端面在其與球5接合的位置帶有以最接近球5的傾斜內(nèi)表面形式的底座。端部的傾斜內(nèi)表面被配置以匹配球5s的密封面，以產(chǎn)生拒絕流體經(jīng)過球5的密封件。通常，傾斜內(nèi)表面帶有彈性密封件，如保持在密封凹槽中的O環(huán)形密封件。當(dāng)閥關(guān)閉時，該密封件被壓縮在套筒10的傾斜面和球的密封面之間。密封套筒10在平行于通孔T的軸線方向上是軸向可移動的，且被彈簧11偏置在球5的密封面5s上。這將套筒10的內(nèi)部傾斜表面上的彈性密封件壓縮在套筒10和球5之間，以阻擋流體的通過。套筒10的在傾斜內(nèi)表面外部的端面通常具有平坦的表面，其通常垂直于通孔的軸線。通常，平坦的端面用作支撐表面，并可設(shè)置有減小摩擦的涂層。端部支撐表面通常位于彈性密封件外部，與密封件徑向地隔開。密封套筒10具有與通孔T同軸的中心孔。在密封套筒10的孔內(nèi)設(shè)置以砧座套筒15的形式的砧座構(gòu)件，其通常也具有與閥的通孔T同軸的通孔，且通常被配置以當(dāng)球5處于打開定向時允許穿過閥V的流體的通過。最接近球5的砧座套筒15的頸部內(nèi)表面具有以硬質(zhì)貼面環(huán)15h形式的切割面，硬質(zhì)貼面環(huán)15h由硬化材料例如陶瓷材料、金剛石或碳化鎢等形成。通常，環(huán)15h設(shè)置在砧座套筒15的內(nèi)表面上。通常，砧座套筒15被固定在通孔T內(nèi)，以便其不是軸向可移動的，且適合于抵抗傾向于移動它的軸向力。其可以通過螺紋或通過夾頭或止動銷等連接在孔T內(nèi)。通常，當(dāng)密封套筒10相對于通孔T軸向移動時，砧座套筒15保持固定在位置上。球5的外表面通常具有至少一個凸輪構(gòu)件20。凸輪構(gòu)件通常相對于球5圓周地延伸，在距離與密封套筒10的平坦支撐端面的一部分對準(zhǔn)的球的中心的徑向間隔處，但從砧座套筒15徑向地向外隔開，且不與其對準(zhǔn)。通常，兩個凸輪構(gòu)件20被設(shè)置在球5的外表面上的弦線或切線位置處，位于在密封套筒10的每一側(cè)處接合密封套筒10的平坦端面的間隔處，但是使得凸輪構(gòu)件20的每一個之間的側(cè)向間隔大于在凸輪構(gòu)件20之間通過的砧座套筒15的外直徑。凸輪構(gòu)件20通常被布置成平行于穿過每個球5的孔的通孔6，以便當(dāng)球5圍繞軸2旋轉(zhuǎn)時，凸輪構(gòu)件20同時被旋轉(zhuǎn)。球5的每一側(cè)上的凸輪構(gòu)件20在其凸輪輪廓上通常是對稱的，使得當(dāng)凸輪輪廓隨旋轉(zhuǎn)改變時球的旋轉(zhuǎn)呈現(xiàn)均勻的側(cè)面輪廓。凸輪構(gòu)件通常具有非圓形的側(cè)面輪廓，如圖3、圖5、圖7、圖9、圖11、圖13、圖14和圖15中最佳示出的。通常，凸輪構(gòu)件使傾斜內(nèi)表面外部的密封套筒10的平坦端面上的支撐表面接合彈性密封件，且因此凸輪表面通常不接觸平坦端面內(nèi)部的具有彈性密封件的較易受損的底座。球5借助軸2的旋轉(zhuǎn)使每個凸輪構(gòu)件20旋轉(zhuǎn)，以便與密封套筒10的平坦的端部支撐表面接合的凸輪構(gòu)件20的部分的凸輪輪廓隨著球5的旋轉(zhuǎn)位置而改變。當(dāng)閥V處于圖1-5和圖16中示出的打開構(gòu)型時，凸輪裝置20的側(cè)面輪廓非常接近球5的標(biāo)稱外周，并對密封套筒10的軸向移動具有很小或(通常)沒有影響，其保持強(qiáng)壓在球5的密封面5s上，壓縮彈性密封件并密封通孔。然而，當(dāng)球5開始從打開位置旋轉(zhuǎn)到關(guān)閉位置且球5的切割面6h的對準(zhǔn)開始相對于密封套筒10改變時，壓靠密封套筒10的平坦的端部支撐表面的凸輪構(gòu)件20的輪廓也開始改變，而且凸輪構(gòu)件20的凸輪輪廓開始增加超出球的標(biāo)稱外直徑，從而隨著旋轉(zhuǎn)進(jìn)行以及對準(zhǔn)中變化的繼續(xù)，反抗彈簧11的力在箭頭A的方向上軸向推動密封套筒10遠(yuǎn)離球。凸輪輪廓的軸向位移在圖9中示出的點(diǎn)處達(dá)到峰值。在該階段，通過球5的通孔6的內(nèi)表面上的硬質(zhì)貼面環(huán)6h即將靠著砧座套筒15上的硬質(zhì)貼面環(huán)15h剪切，以便切割保持在閥V的通孔T內(nèi)的任何線、電纜或其它細(xì)長構(gòu)件。由于凸輪構(gòu)件20的作用，硬質(zhì)貼面環(huán)6h遠(yuǎn)離密封套筒10的傾斜內(nèi)表面上的易損彈性密封件軸向隔開，并因此當(dāng)其相對于砧座套筒15旋轉(zhuǎn)時，其不能擦過底座或損壞彈性密封件。在該階段，凸輪構(gòu)件20正接近或可選擇地已到達(dá)其遠(yuǎn)離球的標(biāo)稱外表面的最大位移，且其已經(jīng)在箭頭A的方向上軸向向后推動密封套筒10以抵抗彈簧11的力，從而壓縮彈簧，并在密封套筒10的端部的傾斜內(nèi)表面處推動具有易損彈性密封件的底座軸向地遠(yuǎn)離移動切割面6h。當(dāng)球5旋轉(zhuǎn)經(jīng)過圖9中示出的切割點(diǎn)時，凸輪構(gòu)件的增加的軸向位移繼續(xù)，直到硬質(zhì)面6h和15h已經(jīng)經(jīng)過彼此，且穿過球5的孔6的內(nèi)表面上的硬質(zhì)面6h已旋轉(zhuǎn)經(jīng)過密封套筒10的外直徑且可不再擦過位于密封套筒10的傾斜端部密封面處的底座。因此，對于只要移動切割面6h與套筒10的傾斜端面上的彈性密封件對準(zhǔn)，凸輪20就保持密封套筒10遠(yuǎn)離球5間隔開。因此，當(dāng)切割面6h在密封套筒10的直徑內(nèi)部時，密封套筒10和切割面6h被間隔開，且切割面不能擦過彈性密封件。通常，凸輪20保持密封套筒10被遠(yuǎn)離可移動構(gòu)件軸向隔開，至少直到球5上的切割面已經(jīng)旋轉(zhuǎn)經(jīng)過密封套筒10，但其對于維持分離直到旋轉(zhuǎn)切割面6h的全部已移動經(jīng)過套筒10的外徑是特別有用的，因此套筒10的端面被保持軸向遠(yuǎn)離球上的旋轉(zhuǎn)切割面6h。最大位移點(diǎn)之后，凸輪構(gòu)件20上的凸輪輪廓開始縮小，以減小凸輪相對于球5的標(biāo)稱外直徑的軸向位移，這當(dāng)凸輪20減小其位移時允許彈簧11向后推動密封套筒10與球的密封面5s接合。在該點(diǎn)處，由于球已經(jīng)旋轉(zhuǎn)經(jīng)過切割面與密封套筒10對準(zhǔn)的點(diǎn)，套筒上的易損的密封面永遠(yuǎn)不能接觸球5的切割面，所以即使移動切割面6h最終通過切割過程所需的大力而變得變形或帶有毛邊，當(dāng)閥打開和關(guān)閉時，切割面上的毛邊或表面變形也不干擾套筒10上的易損彈性密封件。然后閥V處于圖11至圖16所示的構(gòu)型中，其中因為硬質(zhì)貼面切割邊6h已移動為不與密封套筒10的易損密封面對準(zhǔn)，所以彈簧11在箭頭B的方向上迫使密封套筒10緊靠在球5的密封面5s上。閥V自動返回到其打開構(gòu)型的行程反向移動凸輪構(gòu)件20，促使密封套筒10軸向遠(yuǎn)離球5，因此，在旋轉(zhuǎn)期間，密封套筒10的易損彈性密封面不被球5上的硬質(zhì)貼面6h擦過。凸輪構(gòu)件20可以是完全圓周的，圍繞整個圓周延伸，或根據(jù)需要可以只圍繞圓周的一部分延伸。一個凸輪構(gòu)件可以滿足需要，但兩個凸輪構(gòu)件更對稱的布置施加更均勻的力，且從而實現(xiàn)密封套筒10的更均勻的移動。在某些閥中，可移動構(gòu)件，例如球，可以不對稱地布置在穿過閥的軸線的相對側(cè)上。在某些實施方式中，球的公差(tolerance)在一側(cè)上與軸線的另一側(cè)相比是不同的。通常，球在軸線的不同側(cè)上具有差別的密封區(qū)域，其在壓力下導(dǎo)致球在壓力差的力作用下從一側(cè)移動到另一側(cè)。通常，球還具有停止構(gòu)件，其設(shè)置在軸線的一側(cè)上，通常在球被不對稱的差別推進(jìn)到的軸線的側(cè)部上。通常，停止構(gòu)件接合具有非常精確公差的球，其比球和閥的其它部分之間，例如球和容納球的窩之間的公差更精確?？梢苿訕?gòu)件的兩側(cè)之間的這種不對稱布置通常意味著在組裝期間，球可以固定在窩內(nèi)，而停止構(gòu)件在窩內(nèi)的某一位置中接合球，該位置由球和停止構(gòu)件之間的精確公差而不是由例如球和窩之間的較不精確的公差限定。此外，在負(fù)載下的可移動構(gòu)件的行程期間，通常導(dǎo)致球朝停止構(gòu)件移動且在窩內(nèi)的該精確位置中接合停止構(gòu)件的不對稱布置使窩中的球能夠具有更高的可靠位置，因為在負(fù)載下，球優(yōu)先移動以接合停止構(gòu)件，與停止構(gòu)件一起，球具有非常精確的公差。因此，在負(fù)載下，當(dāng)球與精確公差的停止構(gòu)件接合時，由于兩者之間的加工公差，球較不易出現(xiàn)窩中的球的不受控制的振蕩或難以察覺的“晃動”，所以當(dāng)球在兩側(cè)之間的不對稱性青睞的方向上被優(yōu)先移動且被停止構(gòu)件和球之間的精確公差保持在精確的位置時，行程期間球的位置比較一致且比較可預(yù)測。一般，球和窩之間的加工公差是非常嚴(yán)格的，因為切割面和砧座構(gòu)件之間的接觸點(diǎn)保持盡可能接近純剪切而沒有彎曲和拖尾效應(yīng)(smearing effect)通常是重要的。這只有通過確保球上的切割面和砧座構(gòu)件上的剪切面之間的緊密配合、良好的同心度等是可實現(xiàn)的。已發(fā)現(xiàn)，在球中引入不對稱性增加了球和砧座的相對位置的可預(yù)測性，特別是在流體壓力下在趨于在特定軸向方向上推進(jìn)球的軸向方向上。該差異對于肉眼來說不需要是易看見的，且在某些實施方式中，非常小的不對稱差異可能足以引入所需的偏置，并提高壓力下的球的移動的可預(yù)測性。圖16示出了一個這樣的實例。參照圖16，改進(jìn)的閥V'通常類似于閥V，且類似的特征將在圖16中用相同的參考數(shù)字標(biāo)示，但該數(shù)字被增加了100。閥V'在軸102上具有至少一個球105，球105在通孔T'中是可旋轉(zhuǎn)的，軸102在SI和S2處被密封，以便將球105中的通孔106旋轉(zhuǎn)為與通孔Iw對齊或不對齊，以用如前對于在前的閥V描述的相同方式打開和關(guān)閉閥V'。閥V'具有由彈簧111推進(jìn)的密封套筒110和砧座套筒115，其全部基本上如對于在前的閥V的描述一樣起作用。圖16閥V'和在前面的圖中公開的閥V之間的差異在于，在閥V中，球105不對稱地布置在通孔Iw中。特別地，軸105的外直徑在閥N'中通常是不對稱的，其在SI和S2處的O形環(huán)或其它密封件之間產(chǎn)生了不同的密封區(qū)域。在該實例中，閥的左側(cè)上在軸上的外直徑，在S2處略微地大于在SI處在閥的右側(cè)上在軸上的相應(yīng)外直徑。因此，左側(cè)上的S2處的密封區(qū)域的直徑大于右側(cè)上的SI處的密封區(qū)域的直徑。此外，在左側(cè)，被從S2徑向向外移位的軸102的端面與以軸承101形式的停止構(gòu)件接合。軸承101通常是球軸承，但可以使用其它種類的軸承，例如止推軸承等。軸承101和軸102的端面之間的公差具有非常精確的公差，因此當(dāng)軸102的端面與軸承101接合時，由于軸承101和軸102的端面之間的精確公差，球105相對于通孔T'的中心軸線的位移被非常精確地知道。因為球105相對于通孔T'的軸線的定向依賴停止構(gòu)件101和軸102的精確公差，所以在不需要提高窩內(nèi)球105的其它特征的公差的情況下，整體系統(tǒng)的公差被顯著提高，在不損害閥V,性能的情況下其通?？梢员辉O(shè)計為較不精確的公差。當(dāng)球105如前面描述的一樣旋轉(zhuǎn)時，SI和S2之間的不同密封區(qū)域移動球105，優(yōu)先移向與停止構(gòu)件101更緊密接合的左側(cè)密封件S2。由于停止構(gòu)件101和軸102的端面具有參考前面的精確公差，關(guān)于負(fù)載下的球105的位置有明顯更大的確定性。停止構(gòu)件101和軸102的端面的精確公差可以相對容易地被操控，而且在閥V'的主體內(nèi)用于容納球的窩的其余部分在不損害閥的整體功能的情況下可被形成較不精確的公差。在本實施方式中，停止構(gòu)件由軸承101提供，其通常是球軸承，但可使用其它間隔物，而且在本發(fā)明的可替代實施方式中可以采用其它非對稱的特性(有或沒有間隔物)。在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，可并入修改和改進(jìn)。例如，密封構(gòu)件可被除凸輪裝置以外的裝置移動，例如液壓缸。
權(quán)利要求
1.一種用于在油井或氣井中使用的閥，所述閥包括可移動構(gòu)件(5)，所述可移動構(gòu)件 (5)被配置成在所述閥的打開構(gòu)型和關(guān)閉構(gòu)型之間移動，以在相應(yīng)的打開構(gòu)型和關(guān)閉構(gòu)型中允許和阻擋流體穿過所述閥的流動，所述閥具有密封構(gòu)件(10)，當(dāng)所述可移動構(gòu)件(5) 在所述關(guān)閉構(gòu)型中時，所述密封構(gòu)件(10)提供用于安置所述可移動構(gòu)件(5)的底座；所述可移動構(gòu)件(5)具有切割面(6h)，所述切割面(6h)被設(shè)置成當(dāng)所述可移動構(gòu)件(5)在所述打開構(gòu)型和所述關(guān)閉構(gòu)型之間移動時靠著砧座構(gòu)件(15)剪切；其中所述閥具有密封構(gòu)件位移機(jī)構(gòu)(20)，所述密封構(gòu)件位移機(jī)構(gòu)(20)被配置成當(dāng)所述可移動構(gòu)件(5)在所述打開構(gòu)型和所述關(guān)閉構(gòu)型之間移動時改變所述密封構(gòu)件(10)和所述可移動構(gòu)件(5)之間的間隔。
2.如權(quán)利要求1所述的閥，其中在所述可移動構(gòu)件(5)在所述打開構(gòu)型和所述關(guān)閉構(gòu)型之間的行程期間，所述密封構(gòu)件(10)移動遠(yuǎn)離所述可移動構(gòu)件(5)。
3.如權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的閥，其中所述密封構(gòu)件(10)所述密封構(gòu)件(10) 保持從所述可移動構(gòu)件(5)軸向隔開，直到所述可移動構(gòu)件(5)的所述切割面(6h)已經(jīng)移動經(jīng)過所述密封構(gòu)件(10)的所述底座，該點(diǎn)之后，所述密封構(gòu)件(10)壓靠所述可移動構(gòu)件 (5)以將所述可移動構(gòu)件(5)接合在所述密封構(gòu)件(10)的所述底座上。
4.如權(quán)利要求1-3中任一項所述的閥，其中所述閥具有帶有軸線的孔，且其中所述密封構(gòu)件(10)在所述孔內(nèi)相對于所述可移動構(gòu)件(5)軸向移動。
5.如權(quán)利要求1-4中任一項所述的閥，其中所述閥是具有帶有通孔的球(5)的球閥，且所述閥在所述打開構(gòu)型和所述關(guān)閉構(gòu)型之間的移動是旋轉(zhuǎn)移動，以使穿過所述球(5)的孔相對于所述閥的所述通孔在對準(zhǔn)構(gòu)型和不對準(zhǔn)的構(gòu)型之間旋轉(zhuǎn)。
6.如權(quán)利要求1-5中任一項所述的閥，其中所述密封構(gòu)件位移機(jī)構(gòu)包括具有帶有非圓形輪廓的凸輪表面的一個或多個凸輪裝置(20)，且其中所述可移動構(gòu)件(5)從所述打開構(gòu)型到所述關(guān)閉構(gòu)型的移動旋轉(zhuǎn)所述凸輪裝置(20)或每個凸輪裝置(20)，并在所述密封構(gòu)件(10)上移動非圓形的凸輪表面，從而當(dāng)所述密封構(gòu)件(10)沿所述非圓形的凸輪表面移動時，增加所述密封構(gòu)件(10)和所述可移動構(gòu)件(5)之間的位移。
7.如權(quán)利要求6所述的閥，其中所述凸輪裝置(20)被配置成在當(dāng)所述切割面(6h)正經(jīng)過所述砧座構(gòu)件(15)時所述可移動構(gòu)件(5)的行程上的該點(diǎn)處將所述密封構(gòu)件(10)移動到與所述可移動構(gòu)件(5)的最大分離位置。
8.如權(quán)利要求6-7中任一項所述的閥，其中所述凸輪表面或每個凸輪表面包括從所述可移動構(gòu)件(5)的外表面延伸的非圓形突起。
9.如權(quán)利要求6-8中任一項所述的閥，其中所述閥是具有球(5)的球閥，且其中所述凸輪裝置(20)被布置為所述球(5)上的弦桿，所述弦桿在所述球(5)的外表面上且在所述球 (5)的中心和其外表面之間被徑向隔開。
10.如權(quán)利要求6-9中任一項所述的閥，其中所述凸輪裝置(20)或每個凸輪裝置(20) 被布置在所述可移動構(gòu)件(5)上，與所述砧座構(gòu)件(15)不對準(zhǔn)，借此使所述凸輪裝置(20) 或每個凸輪裝置(20)與所述密封構(gòu)件(10)接合的所述凸輪裝置(20)的移動不使所述凸輪裝置(20)或每個凸輪裝置(20)與所述砧座構(gòu)件(15)接合。
11.如權(quán)利要求6-10中任一項所述的閥，其中所述凸輪裝置(20)或每個凸輪裝置 (20)的所述非圓形的凸輪表面包括外支撐表面，在所述可移動構(gòu)件(5)在所述打開構(gòu)型和所述關(guān)閉構(gòu)型之間的行程期間，所述外支撐表面靠著所述密封構(gòu)件(10)滑動，以軸向推動所述密封構(gòu)件(10)遠(yuǎn)離所述可移動構(gòu)件(5)。
12.如權(quán)利要求11所述的閥，其中所述凸輪裝置(20)或每個凸輪裝置(20)的所述外支撐表面被布置在所述可移動構(gòu)件上，與所述密封構(gòu)件(10)上的所述底座不對準(zhǔn)，借此在所述可移動構(gòu)件(5)在所述打開構(gòu)型和所述關(guān)閉構(gòu)型之間的行程期間，所述凸輪裝置(20) 或每個凸輪裝置(20)與所述密封構(gòu)件(10)的所述底座不接合。
13.如權(quán)利要求1-12中任一項所述的閥，其中所述砧座構(gòu)件(15)和所述密封構(gòu)件 (10)同中心地布置，同時所述砧座構(gòu)件(15)徑向地位于所述密封構(gòu)件(10)的內(nèi)側(cè)，且所述密封構(gòu)件(10)包圍所述砧座構(gòu)件(15)。
14.如權(quán)利要求1-13中任一項所述的閥，其中所述密封構(gòu)件(10)通過彈性裝置(11) 朝所述可移動構(gòu)件(5)軸向偏置，且其中所述可移動構(gòu)件(5)從所述打開構(gòu)型到所述關(guān)閉構(gòu)型的移動施力于所述彈性裝置(11)。
15.一種操作油井或氣井閥的方法，所述閥包括可移動構(gòu)件(5)，所述可移動構(gòu)件(5) 被配置成在所述閥的打開構(gòu)型和關(guān)閉構(gòu)型之間移動，以當(dāng)所述閥在所述打開構(gòu)型中時允許流體通過所述閥的流動，且當(dāng)所述閥在所述關(guān)閉構(gòu)型中時阻擋流體通過所述閥的流動，所述閥具有密封構(gòu)件(10)，當(dāng)所述可移動構(gòu)件(5)在所述關(guān)閉構(gòu)型中時，所述密封構(gòu)件(10) 提供用于安置所述可移動構(gòu)件(5)的底座；所述可移動構(gòu)件(5)具有切割面(6h)，所述切割面(6h)被布置成當(dāng)所述可移動構(gòu)件(5)在所述打開構(gòu)型和所述關(guān)閉構(gòu)型之間移動時靠著砧座構(gòu)件(15)剪切；其中所述方法包括在所述可移動構(gòu)件(5)在所述打開構(gòu)型和所述關(guān)閉構(gòu)型之間的行程期間，改變所述密封構(gòu)件(10)和所述可移動構(gòu)件(15)之間的間隔。
全文摘要
本發(fā)明涉及閥及操作閥的方法。用于油或氣井的閥具有可移動構(gòu)件如球，其在打開和關(guān)閉構(gòu)型之間可移動且具有切割裝置，其布置成當(dāng)球在打開和關(guān)閉構(gòu)型之間移動時靠著砧座構(gòu)件剪切；密封構(gòu)件，當(dāng)可移動構(gòu)件在關(guān)閉構(gòu)型中時其提供安置可移動構(gòu)件的底座。當(dāng)可移動構(gòu)件從打開構(gòu)型移動到關(guān)閉構(gòu)型時砧座構(gòu)件和密封構(gòu)件相對于彼此可移動，因此在打開和關(guān)閉期間當(dāng)切割裝置接合砧座構(gòu)件時密封構(gòu)件移位遠(yuǎn)離切割裝置(通常是孔內(nèi)表面)。在當(dāng)可移動構(gòu)件切割面移過砧座構(gòu)件時的行程上的點(diǎn)處密封構(gòu)件被推離可移動構(gòu)件和砧座到與可移動構(gòu)件的最大分離位置，因此當(dāng)切割面接合砧座構(gòu)件時密封構(gòu)件移動不接觸球且當(dāng)切割面經(jīng)過砧座構(gòu)件且球密封面與密封構(gòu)件對準(zhǔn)時向后移動與球接觸。
文檔編號F16K5/06GK103032598SQ20121036716
公開日2013年4月10日 申請日期2012年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月3日
發(fā)明者卡爾·理查德·伍德 申請人:國民油井華高英國有限公司