用在压裂泵中的阀座制造技术

一种至少部分地由陶瓷材料形成的、用在压裂泵中的阀座，包括第一本体和第二本体。第一本体被构造为插入到压裂泵的流体通道中。第一本体具有外直径D1。第二本体从第一本体径向地延伸，并且具有外直径D2，外直径D2大于第一本体的外直径D1。第二本体至少部分地由陶瓷材料形成。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请要求2013年11月26日提交的美国临时专利申请序列号61/909，197的优先权和权益，所述美国临时专利申请通过引用的方式整体并入本文。
本公开涉及往复泵，并且特别地，涉及在往复泵中使用的阀座。
技术介绍
在石油领域的操作中，往复泵被用于不同的应用，例如压裂(fracturing)地下地层、加固钻井口、或处理钻井口和/或地层。往复泵通常包括功率端和流体端或圆柱区段。流体端通常被形成为单一部件构造，或者由杆件固定在一起的一系列区块。流体端包括用于接收柱塞或柱塞通道(plunger throw)的开口、入口通道、出口通道、以及接入端口。在压裂操作中，往复泵通常在10000磅每平方英寸(psi)和高至25000psi的压力下工作，并且在1000冲程每分钟的速率或更高的速率下工作。设计用于压裂操作的往复泵称为压裂泵。在操作压裂泵期间，流体通过入口通道泵送到流体端中，并且通过出口通道而离开泵。入口通道和出口通道每个包括阀组件，其是止回阀，所述止回阀通过流体的压差打开，并且允许流体仅沿一个方向流动。这一流体通常包括固体颗粒或会导致阀组件的表面上的腐蚀、侵蚀和/或点蚀的腐蚀性材料。特别的侵蚀和点蚀区域通常发生在阀组件的相互作用表面，所述阀组件包括在流体端以内固定到入口或出口通道的阀座、和相对于阀座循环运动的阀体。在操作中，阀门能够在打开位置和关闭位置之间工作，在所述打开位置，所述阀体与阀座分离，以辅助流体流动通过阀门；在所述关闭位置，其中，阀体接触阀座、并密封地接合阀座。在操作中，固体颗粒通常在阀体和阀座的相互作用的表面之间被捕获，从而导致这些表面发生侵蚀和点蚀。因为阀座固定地紧固在流体端以内，所以替换阀座比替换阀体更为困难和繁琐。例如，阀座通常通过过盈配合固定在流体通道以内；因此，从流体通道移除阀座通常会增加损坏泵的流体端的风险。存在需求以提供一种具有更高的耐磨抗力的阀门，以克服前述的一个或多个问题以及其他问题(among others)。
技术实现思路
在第一方面，一种阀座，其至少部分地由陶瓷材料形成，用在压裂泵中，所述阀座包括第一本体和第二本体。第一本体具有外直径D1，且被构造为插入到压裂泵的流体通道中。第二本体从第一本体径向地延伸，且具有外直径D2，外直径D2大于外直径D1。第二本体至少部分地由陶瓷材料形成。在某些实施例中，第二本体是渐缩肩部(tapered shoulder)。在其他实施例中，第二本体是从第一本体以五度到七十五度之间的角度径向地延伸的渐缩肩部。在另一些实施例中，阀座被构造为密封地接收阀体。在又一些实施例中，阀座由陶瓷材料形成。在某些实施例中，仅第二本体由陶瓷材料形成。在其他实施例中，第二本体的至少一部分具有由陶瓷材料形成的外涂层。在另一些实施例中，第二本体的至少一部分具有由陶瓷材料形成的外涂层，并且其中外涂层通过用陶瓷材料喷涂或浸渍(dipping)第二本体的至少一部分形成。在又一些实施例中，第二本体的至少一部分具有由陶瓷材料形成的外涂层，并且其中，外涂层具有厚度t1，所述厚度在大于1/32英寸到1/2英寸之间。在某些实施例中，第二本体包括插入件(insert)，所述插入件由陶瓷材料形成。在其他实施例中，第二本体包括插入件，所述插入件包括陶瓷材料，其中，插入件通过粘接、压力配合、收缩配合、烧结或者它们的组合而固定到第二本体。在另一些实施例中，第二本体包括插入件，所述插入件由陶瓷材料形成，其中，插入件具有高度ht，高度ht在大于1/32英寸到1/2英寸之间。在又一些实施例中，第二本体包括插入件，所述插入件包括陶瓷材料，并且其中，第二本体被构造为使得所述插入件被设置以接触阀体的至少一部分，从而形成插入件和阀体的该部分之间的密封。在某些实施例中，第二本体包括插入件，所述插入件包括陶瓷材料，并且其中，第二本体被构造为使得所述插入件被设置以接触阀体的至少一部分，从而形成插入件和阀体的该部分之间的密封。在其他实施例中，第二本体包括插入件，所述插入件包括陶瓷材料，并且其中，所述第二本体被构造为使得所述插入件被设置以接触阀体的至少一部分，从而形成插入件和阀体的所述部分之间的密封，并且其中，陶瓷材料具有材料硬度值H1，所述材料硬度值H1大于阀体的材料硬度值H2。在另一些实施例中，第二本体包括插入件，所述插入件包括陶瓷材料，并且其中，所述第二本体被构造为使得所述插入件被设置以接触阀体的至少一部分，从而形成插入件和阀体的该部分之间的密封，并且其中，插入件通过粘接、压力配合、收缩配合、烧结或者它们的组合而固定到第二本体。在又一些实施例中，第二本体包括插入件，所述插入件包括陶瓷材料，并且其中，所述第二本体被构造为使得所述插入件被设置以接触阀体的至少一部分，从而形成插入件和阀体的该部分之间的密封，并且其中，插入件具有高度ht，高度ht在大约1/32英寸到1/2英寸之间。在某些实施例中，陶瓷材料包括氧化锆、镍基碳化钨、或钴基碳化钨。在第二方面，一种用在压裂泵中的阀座，包括圆柱状本体和渐缩肩部。圆柱状本体具有内表面和相反的外表面，内表面形成沿着圆柱状本体的纵向轴线的孔。外表面被构造为抵靠压裂泵的第一壁装配，其中，第一壁形成第一流体通道(passageway)。渐缩肩部从圆柱状本体径向地延伸，并且具有内表面和相反的外表面。该内表面的至少一部分由陶瓷材料形成。该外表面被构造为抵靠压裂泵的第二壁装配。第二壁形成第二流体通道，所述第二流体通道具有大于第一流体通道的直径。在某些实施例中，陶瓷材料包括氧化锆、镍基碳化钨、或钴基碳化钨。在第三方面，一种用在压裂泵中的阀组件，包括阀体和阀座。阀体能够在打开位置和关闭位置之间移动，所述阀体包括头部和尾部(tail portion)。阀座至少部分地由陶瓷材料形成，并且，阀座包括第一本体和第二本体。第一本体具有外直径D1和内直径D3，并且，所述第一本体被构造为接收阀体的尾部。第二本体至少部分地由陶瓷材料形成，并且，第二本体从第一本体径向地延伸。第二本体具有外直径D2，外直径D2大于第一本体的外直径D1。第二本体被构造为密封地接合阀体的头部。在某些实施例中，密封体部分地设置在形成于阀体的头部中的凹槽以内，以使得所述密封体被构造为在阀体处于关闭位置时，形成阀体的头部和阀座的第二本体之间的密封。在其他实施例中，密封体部分地设置在形成在阀体的头部中的凹槽以内，以使得所述密封体被构造为在阀体处于关闭位置时，形成阀体的头部和阀座的第二本体之间的密封，并且其中，密封器由弹性(elastomeric)材料形成。在另一些实施例中，第二本体是渐缩肩部。在又一些实施例中，第二本体是从第一本体以五度到七十五度之间的角度径向地延伸的渐缩肩部。在某些实施例中，整个(entire)阀座由陶瓷材料形成。在其他实施例中，阀体的一部分由陶瓷材料形成。在另一些实施例中，第二本体的至少一部分具有由陶瓷材料形成的外涂层。在又一些实施例中，第二本体的至少一部分具有由陶瓷材料形成的外涂层，并且其中，外涂层通过用陶瓷材料喷涂或浸渍第二本体的至少一部分形成。在某些实施例中，第二本体的至少一部分具有由陶瓷材料形成的外涂层，并且其中，外涂层具有厚度t1，所述厚度在大于1/32英寸到1/2英本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种阀座，其至少部分地由陶瓷材料形成、用在压裂泵中，所述阀座包括：第一本体，其构造为插入到所述压裂泵的流体通道中，所述第一本体具有外直径D1；以及第二本体，其从所述第一本体径向地延伸，所述第二本体具有大于所述外直径D1的外直径D2，所述第二本体至少部分由陶瓷材料形成。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.11.26 US 61/909,1971.一种阀座，其至少部分地由陶瓷材料形成、用在压裂泵中，所述阀座包括：第一本体，其构造为插入到所述压裂泵的流体通道中，所述第一本体具有外直径D1；以及第二本体，其从所述第一本体径向地延伸，所述第二本体具有大于所述外直径D1的外直径D2，所述第二本体至少部分由陶瓷材料形成。2.如权利要求1所述的阀座，其中，所述第二本体是渐缩肩部。3.如权利要求1所述的阀座，其中，所述第二本体是从所述第一本体以五度到七十五度之间的角度径向地延伸的渐缩肩部。4.如权利要求1所述的阀座，其中，所述阀座被构造为密封地接收阀体。5.如权利要求1所述的阀座，其中，所述阀座由陶瓷材料形成。6.如权利要求1所述的阀座，其中，仅所述第二本体由陶瓷材料形成。7.如权利要求1所述的阀座，其中，所述第二本体的至少一部分具有由陶瓷材料形成的外涂层。8.如权利要求7所述的阀座，其中，所述外涂层通过用陶瓷材料喷涂或浸渍所述第二本体的至少一部分而形成。9.如权利要求7所述的阀座，其中，所述外涂层具有大约1/32英寸到1/2英寸之间的厚度t1。10.如权利要求1所述的阀座，其中，所述第二本体包括插入件，所述插入件包括陶瓷材料。11.如权利要求10所述的阀座，其中，所述插入件通过粘接、压力配合、收缩配合、烧结或者它们的组合而固定到所述第二本体。12.如权利要求10所述的阀座，其中，所述插入件具有大约1/32英寸到1/2英寸之间的高度ht。13.如权利要求1所述的阀座，其中，所述第二本体包括插入件，所述插入件包括陶瓷材料，并且其中，所述第二本体被构造为使得所述插入件被设置以接触阀体的至少一部分，从而形成所述插入件和阀体的所述部分之间的密封。14.如权利要求13所述的阀座，其中，所述陶瓷材料具有材料硬度值H1，所述材料硬度值H1大于所述阀体的材料硬度值H2。15.如权利要求13所述的阀座，其中，所述插入件通过粘接、压力配合、收缩配合、烧结或者它们的组合而固定到所述第二本体。16.如权利要求13所述的阀座，其中，所述插入件具有约1/32英寸到1/2英寸之间的高度ht。17.如权利要求1所述的阀座，其中，所述陶瓷材料包括氧化锆、镍基碳化钨、或钴基碳化钨。18.一种用在压裂泵中的阀座，所述阀座包括：圆柱状本体，其具有内表面和相反的外表面，所述内表面形成沿着所述圆柱状本体的纵向轴线的孔，所述外表面被构造为抵靠所述压裂泵的第一壁装配，其中，所述第一壁形成第一流体通道；以及渐缩肩部，其从所述圆柱状本体径向地延伸，所述渐缩肩部具有内表面和相反的外表面，所述内表面的至少一部分由陶瓷材料形成，所述外表面被构造为抵靠所述压裂泵的第二壁装配；其中，所述第二壁形成第二流体通道，所述第二流体通道具有的直径大于所述第一流体通道的直径。19.如权利要求18所述的阀座，其中，所述陶瓷材料包括氧化锆、镍基碳化钨、或钴基碳化钨。20.一种用在压裂泵中的阀组件，所述阀组件包括：阀体，其能够在打开位置和关闭位置之间移动，所述阀体包括头部和尾部...

【专利技术属性】
技术研发人员：JA贝尤克，K皮奇，
申请(专利权)人：SPM流量控制股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US