一种阻流阀芯及应用的制作方法

本发明涉及石油天然气勘探开发，具体涉及一种阻流阀芯及应用。

背景技术：

1、钢丝绳防喷结构是油气勘探与开采作业中确保井口压力控制、防止井喷事故发生的核心安全设备，在天然气井或高压油气井的现场测试及修井作业中，钢丝绳防喷管系统被广泛用于实现运动钢丝绳的动态密封；阻流管作为该防喷系统的关键核心部件，其内部通常需要轴向串联装配多个阻流阀芯（亦称节流管单体），通过多级级联的机械流道结构来逐级限制井口介质的上窜。

2、在实际作业中，钢丝绳穿过串联阻流阀芯的中心孔深入井下，密封机制主要依赖于外部高压泵从阻流管底部向阻流管内注入高粘度密封脂，密封脂自下向上流动充填在钢丝绳外表面与阻流阀芯内孔壁面之间的微小环形间隙内，通过高粘性非牛顿流体在环形间隙中建立起随轴向高度递增的液柱动压力降，从而平衡并阻绝井底高压天然气的向上泄露，达到动态防喷的密封目的。

3、然而，当高粘度密封脂自下向上流经平直的环形间隙时，由于缺乏流体方向上的空间轴向阻障，高压天然气极易顺着环形间隙穿透液柱，迫使密封脂沿轴向迅速逃逸流失，因此需要外部高压泵连续过量强制注脂来维持压降，造成油脂极大浪费并且增加密封作业强度；同时，在多节阻流阀芯拼装组合时，相邻两个阻流阀芯拼接处容易在密封脂流过时在顶角位置滞留导致堆积硬化，从而降低密封响应，增加密封失效风险，不能满足实际密封需求。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种阻流阀芯及应用，解决现有阻流阀芯密封可靠性低的技术问题。

2、本发明解决上述技术问题的方案：

3、一种阻流阀芯，包括阀芯本体，所述阀芯本体顶部设置有卡接凸台，阀芯本体底部开设有卡接凹槽，阀芯本体内开设有阀芯中心孔，所述阀芯中心孔连通卡接凸台与卡接凹槽；

4、所述阀芯中心孔内壁为沿轴向延伸的波浪线绕阀芯中心孔轴线旋转而成，阀芯中心孔内径缩小处为窄径中心段，阀芯中心孔内径增加处为宽径中心段，所述窄径中心段与宽径中心段上下间隔设置；

5、所述卡接凹槽包括圆柱段和圆台段，所述圆台段位于圆柱段和阀芯中心孔之间，所述圆柱段与卡接凸台匹配。

6、进一步限定，所述波浪线为正弦线形或者余弦线形。

7、进一步限定，所述圆台段内壁与其轴线夹角为40°~60°，优选为45°；圆柱段的高度大于卡接凸台的高度。

8、进一步限定，所述卡接凸台周侧设置环形斜面，环形斜面顶部与卡接凸台顶面平齐，所述环形斜面与卡接凸台轴线夹角为10°~20°，优选为15°；环形斜面高度为3.0mm~3.2mm。

9、进一步限定，所述卡接凸台顶部设置有多个导流台，多个所述导流台绕卡接凸台的轴线圆周设置，所述导流台厚度不超过0.5mm，优选为0.3mm。

10、进一步限定，所述导流台为v型结构，导流台的开口朝向阀芯中心孔的外侧。

11、进一步限定，所述阀芯本体侧壁开设有多个楔形导流槽，所述楔形导流槽与阀芯本体同轴设置，多个所述楔形导流槽沿阀芯本体轴线上下间隔设置，所述楔形导流槽的槽口朝向阀芯本体的外侧，楔形导流槽的深度自下而上依次减小。

12、进一步限定，所述阀芯本体侧壁还开设有定位卡接槽，所述定位卡接槽与阀芯本体同轴设置，所述楔形导流槽均位于定位卡接槽的上方。

13、进一步限定，所述卡接凸台外壁与阀芯本体上端面之间通过圆弧过渡。

14、一种钢丝绳防喷结构，包括阻流管、钢丝绳和注脂头，还包括上述的阻流阀芯，所述注脂头串联在相邻两个所述阀芯本体之间，所述阻流管、阀芯本体和钢丝绳由外而内依次套设。

15、本发明的有益效果在于：

16、1.本发明将阀芯中心孔内壁设置为沿轴向间隔设置的窄径中心段和宽径中心段，使得密封脂流经窄径中心段时受强烈空间挤压，动压急剧升高，产生高流阻节流层，同时动压楔形效应产生悬浮托举力使钢丝绳自动动态对中，消除偏心磨损；密封脂流经宽径中心段时突然膨胀，流速骤降并分离出无数级环向微涡流，将高粘度密封脂驻留在阀芯中心孔内部，高压气体能量上升时在反复压缩、膨胀和再压缩过程中被逐级剪切耗散，在轴向跨度内建立陡峭的多级阶梯压降屏障，提升密封可靠性；同时，卡接凹槽顶部为圆台段，使密封脂在串联衔接处沿圆台斜面平滑注入阀芯中心孔内，避免密封脂局部积存变质、结垢和高温碳化，提高密封响应速度，保证密封可靠性。

17、2.本发明阀芯中心孔内壁波浪平滑过渡，避免棱角阻碍密封脂的流动以及磨损钢丝绳；在卡接凸台周侧设置环形斜面，对密封脂产生强力机械刮擦和强制引流作用，使高粘度油脂由无序乱散转变为向阀芯中心孔方向加速汇聚的环向向心对流场，同时配合卡接凸台顶部的多个导流台，阻绝卡接凸台顶部端面气穴的留存，提高密封脂的流动可靠性。

18、3.本发明在阀芯本体侧壁开设多个同轴的楔形导流槽，使密封脂沿外壁间隙形成收缩型流道，产生附加级联压力降，与阀芯中心孔波浪形结构构成内外双通道级联降压效果，同时，楔形导流槽使密封脂在圆周方向均布，避免局部缺脂，提升密封一致性；卡接凸台外壁与阀芯本体上端面之间通过圆弧过渡，改变零件外壁截面急剧突变的应力流轨迹，为卡接凸台受外部卡接凹槽约束的拉扭载荷提供应力卸载过渡带，有效防止零件在长周期、高频振动测试作业中从颈部断裂崩溃，显著提升整体结构使用寿命可靠性。

1.一种阻流阀芯，其特征在于，包括阀芯本体（100），所述阀芯本体（100）顶部设置有卡接凸台（110），阀芯本体（100）底部开设有卡接凹槽（120），阀芯本体（100）内开设有阀芯中心孔（130），所述阀芯中心孔（130）连通卡接凸台（110）与卡接凹槽（120）；

2.根据权利要求1所述的阻流阀芯，其特征在于，所述波浪线为正弦线形或者余弦线形。

3.根据权利要求1所述的阻流阀芯，其特征在于，所述圆台段（122）内壁与其轴线夹角为40°~60°，优选为45°；圆柱段（121）的高度大于卡接凸台（110）的高度。

4.根据权利要求1所述的阻流阀芯，其特征在于，所述卡接凸台（110）周侧设置环形斜面（111），环形斜面（111）顶部与卡接凸台（110）顶面平齐，所述环形斜面（111）与卡接凸台（110）轴线夹角为10°~20°，优选为15°；环形斜面（111）高度为3.0mm~3.2mm。

5.根据权利要求4所述的阻流阀芯，其特征在于，所述卡接凸台（110）顶部设置有多个导流台（200），多个所述导流台（200）绕卡接凸台（110）的轴线圆周设置，所述导流台（200）厚度不超过0.5mm，优选为0.3mm。

6.根据权利要求5所述的阻流阀芯，其特征在于，所述导流台（200）为v型结构，导流台（200）的开口朝向阀芯中心孔（130）的外侧。

7.根据权利要求1所述的阻流阀芯，其特征在于，所述阀芯本体（100）侧壁开设有多个楔形导流槽（300），所述楔形导流槽（300）与阀芯本体（100）同轴设置，多个所述楔形导流槽（300）沿阀芯本体（100）轴线上下间隔设置，所述楔形导流槽（300）的槽口朝向阀芯本体（100）的外侧，楔形导流槽（300）的深度自下而上依次减小。

8.根据权利要求7所述的阻流阀芯，其特征在于，所述阀芯本体（100）侧壁还开设有定位卡接槽（500），所述定位卡接槽（500）与阀芯本体（100）同轴设置，所述楔形导流槽（300）均位于定位卡接槽（500）的上方。

9.根据权利要求1所述的阻流阀芯，其特征在于，所述卡接凸台（110）外壁与阀芯本体（100）上端面之间通过圆弧（400）过渡。

10.一种钢丝绳防喷结构，包括阻流管（600）、钢丝绳（700）和注脂头（800），其特征在于，还包括权利要求1~9任一项所述的阻流阀芯，所述注脂头（800）串联在相邻两个所述阀芯本体（100）之间，所述阻流管（600）、阀芯本体（100）和钢丝绳（700）由外而内依次套设。