CN101315024B - 钻杆单路泵注式孔内座封/解封器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种钻孔封隔设备。钻杆单路泵注式孔内座封/解封器，其特征在于它包括钻杆接头、球形阀门、活塞缸、弹卡器、活塞、压缩弹簧、橡胶囊、花管、短接头；钻杆接头内设有泥浆通孔，钻杆接头的右部与花管的左端部螺纹连接，花管的右端部与短接头螺纹连接；花管内设有高压水腔，花管外壁上设有橡胶囊凹槽，橡胶囊凹槽处的花管上设有花管水口，花管水口与高压水腔相通，花管的橡胶囊凹槽上套有橡胶囊；活塞缸的左端部旋入活塞缸螺纹连接孔内与钻杆接头螺纹连接，活塞缸上设有活塞缸水口；活塞位于活塞滑移通道内，活塞的右端与活塞缸之间设有压缩弹簧，活塞的左端部与球形阀门螺纹连接。本发明具有可靠性好、使用方便、结构简单、成本低的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种钻孔封隔设备。
背景技术
在地质钻探中，经常需要在钻孔前端部位进行封隔探测，以便实时、保真地获得原状地层流体数据。例如：在煤矿巷道近水平钻孔内超前探测煤层气原状参数；在勘探钻孔内封隔探测指定层段的地层流体压力、温度以及可能的物化性能等。这类技术工作在地下能(资)源勘探开发中有着重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可靠性好、使用方便、结构简单、成本低的钻杆单路泵注式孔内座封/解封器。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：钻杆单路泵注式孔内座封/解封器，其特征在于它包括钻杆接头、球形阀门、活塞缸、弹卡器、活塞、压缩弹簧、橡胶囊、花管、短接头；钻杆接头内设有泥浆通孔，钻杆接头的左部为与钻杆连接的连接头，钻杆接头的右部与花管的左端部螺纹连接，花管的右端部与短接头螺纹连接；花管内设有高压水腔，花管外壁上设有橡胶囊凹槽，橡胶囊凹槽处的花管上设有花管水口，花管水口与高压水腔相通，花管的橡胶囊凹槽上套有橡胶囊；
钻杆接头的右端部设有活塞缸螺纹连接孔，活塞缸螺纹连接孔与钻杆接头内的泥浆通孔相通；活塞缸的左端部旋入活塞缸螺纹连接孔内与钻杆接头螺纹连接，活塞缸内设有活塞滑移通道，活塞缸内的活塞滑移通道的右端为封闭端，活塞缸内的活塞滑移通道的左端为开口闭端，活塞滑移通道与钻杆接头内的泥浆通孔相通；活塞缸上设有活塞缸水口，活塞缸水口分别与活塞滑移通道、高压水腔相连通；活塞缸上设有弹卡器通孔，弹卡器通孔与活塞滑移通道相通，弹卡器的销子位于弹卡器通孔内；活塞位于活塞滑移通道内，活塞的右端与活塞缸之间设有压缩弹簧，活塞的左端部与球形阀门螺纹连接；活塞外壁设有定位槽，定位槽的形状与弹卡器的销子的形状相对应，定位槽位于弹卡器的左侧；球形阀门的球形面朝向钻杆接头内的泥浆通孔，球形阀门的球形面与钻杆接头内的泥浆通孔口密封接触(在压缩弹簧的弹力作用下)。
本发明的有益效果是：
1、采用上述结构，其结构简单，成本低。在座封期间不需维持泵压，大大简化了传统钻孔封隔设备的复杂性。
2、使用方便：直接利用钻杆，通过地面泥浆泵先后2次泵注压力浆液，分别实现钻孔内的座封和解封，单向泵注的2级压力的控制操作十分便利。
3、座封和解封可靠：座封或解封各自只需开泵运行很短时间，一旦达到座封或解封状态，即可停泵，系统自行保持所需状态，省却了为维持状态压力的长时间的泵运行累赘，状态保持可靠。
4、配套设施只需直接利用钻探(井)现成的单路钻杆和泥浆泵。
应用领域：应用于煤田钻探钻孔内封隔探测煤层气原状参数，也可应用于其它钻孔内封隔探测指定层段的地层流体压力、温度以及可能的物化性能等场合(固体矿床和油/气/水/热等地下资源的钻探)。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的总体工作原理图；
图3是座封过程原理示意图；
图4是座封结果示意图；
图5是解封过程原理示意图；
图6是弹卡器的结构示意图；
图中：1-钻杆接头，2-第一密封圈，3-球形阀门，4-活塞缸，5-弹卡器，6-第二密封圈，7-活塞，8-压缩弹簧，9-花管水口，10-橡胶囊，11-花管，12-高压水腔，13-第三密封圈，14-短接头，15-活塞缸螺纹连接孔，16-活塞滑移通道，17-活塞缸水口，18-弹卡通孔，19-压缩弹簧腔，20-定位槽，21-泥浆泵，22-泥浆输送管，23-压力表，24-回水阀，25-回水管，26-浆液，27-钻杆，28-钻孔，29-钻杆单路泵注式孔内座封/解封器，30-探测仪，31-孔壁，32-定位弹簧，33-端盖，34-销子。
具体实施方式
如图1所示，钻杆单路泵注式孔内座封/解封器，它包括钻杆接头1、球形阀门3、活塞缸4、弹卡器5、活塞7、压缩弹簧8、橡胶囊10、花管11、短接头14；钻杆接头1内设有泥浆通孔，钻杆接头1的左部为与钻杆连接的连接头，钻杆接头1的右部与花管11的左端部螺纹连接，花管11的右端部与短接头14螺纹连接(短接头14与探测仪30连接)；花管11内设有高压水腔12，花管11外壁上设有橡胶囊凹槽，橡胶囊凹槽处的花管上设有花管水口9，花管水口9与高压水腔12相通，花管11的橡胶囊凹槽上套有橡胶囊10(所有的花管水口9都被橡胶囊10盖住)；
钻杆接头1的右端部设有活塞缸螺纹连接孔15，活塞缸螺纹连接孔15与钻杆接头1内的泥浆通孔相通；活塞缸4的左端部旋入活塞缸螺纹连接孔15内与钻杆接头1螺纹连接，活塞缸4内设有活塞滑移通道16，活塞缸4内的活塞滑移通道16的右端为封闭端，活塞缸4内的活塞滑移通道16的左端为开口闭端，活塞滑移通道16与钻杆接头1内的泥浆通孔相通；活塞缸4上设有活塞缸水口17，活塞缸水口17分别与活塞滑移通道16、高压水腔12相连通；活塞缸4上设有弹卡器通孔18，弹卡器通孔18与活塞滑移通道16相通，弹卡器5的销子34位于弹卡器通孔18内；活塞7位于活塞滑移通道16内，活塞7的右端与活塞缸4之间设有压缩弹簧8(压缩弹簧8位于活塞滑移通道16内，活塞7的右端部设有压缩弹簧腔19，压缩弹簧的左端部位于压缩弹簧腔19内)，活塞7的左端部与球形阀门3螺纹连接；活塞7外壁设有定位槽20，定位槽20的形状与弹卡器5的销子34的形状相对应，定位槽20位于弹卡器5的左侧；在压缩弹簧8的弹力作用下，球形阀门3的球形面封闭钻杆接头1内的泥浆通孔(球形阀门3位于活塞缸螺纹连接孔15、活塞滑移通道16内，球形阀门3的球形面朝向钻杆接头1内的泥浆通孔，球形阀门3的球形面与钻杆接头1内的泥浆通孔口密封接触)。
所述的钻杆接头1的右部与花管11的左端部之间设有第一密封圈2。
所述的花管11的右端部与短接头14之间设有第三密封圈13。
所述的活塞7与活塞缸4之间设有第二密封圈(为Y形)6，第二密封圈6位于活塞缸水口17的右侧。
如图6所示，弹卡器5由定位弹簧32、端盖33、销子34组成，弹卡器通孔18处的活塞缸上设有端盖螺纹连接柱(内为弹卡器通孔)，端盖33与活塞缸上的端盖螺纹连接柱螺纹连接，销子34位于弹卡器通孔18内，销子34与端盖33之间设有定位弹簧32。
工作原理：
如图2所示，用泥浆泵21通过泥浆输送管22、钻杆27内的泥浆通孔先后向钻孔28内钻杆单路泵注式孔内座封/解封器29泵注2次不同压力的浆液(泥浆输送管22上设有压力表23)，分别实现钻孔内座封和解封。泵注压力的调定是通过调整水泵回水阀来实现的。泥浆输送管22上设有回水管25，回水管25上设有回水阀24。
1.座封：如图3所示，先将回水阀大开启，再开泥浆泵21，这时浆液26开始抵达球形阀门3，接着逐渐关小回水阀使浆液的压力憋高，当压力值超过压缩弹簧8的反力时，球形阀门开启，浆液通过活塞缸和活塞之间的前环隙以及活塞缸水口17进入花管11的高压水腔12内，并压迫橡胶囊向外扩张实现座封孔壁31。此时的压力值控制在即能打开球型阀门又不扩大(座封压力范围内)，使活塞上的定位槽20的右行止点到达不了弹卡器5(或称弹卡销)的位置。继而，维持压力十几秒后停泵、泄压，这时球形阀门在压缩弹簧的弹簧力的作用下迅速回位关闭，而花管11的高压水腔12和橡胶囊中的浆液无法倒流，使座封压力仍维持稳定不变，从而实现其后阶段不再需要用泵就可以长期可靠的“记忆”座封(如图4所示)。
2.解封：如图5所示，需要解封时，再次开泥浆泵21，并逐渐关小回水阀，使压力升高超过座封压力值而达到解封压力值，此时活塞被推动右行，直至活塞上的定位槽20到达弹卡器5的位置，弹卡器5的销子34嵌入定位槽20内，锁定活塞7。此后，球形阀门将始终保持开启状态。继而停泵，橡胶囊和花管11的高压水腔12内的压力浆液通过开启的阀门倒流回钻杆，橡胶囊因内压卸除而收缩，完成解封。
完成一次座封/解封后，需将钻杆单路泵注式孔内座封/解封器进行回位方可再次使用。具体方法是：将钻杆单路泵注式孔内座封/解封器中的活塞缸4取出，打开弹卡器上的端盖，取出定位弹簧，顶住前端活塞，将销子取出；然后将销子、弹簧、端盖依次安装，组配好钻杆单路泵注式孔内座封/解封器，便可再次使用。
Claims (4)
1.钻杆单路泵注式孔内座封/解封器，其特征在于它包括钻杆接头(1)、球形阀门(3)、活塞缸(4)、弹卡器(5)、活塞(7)、压缩弹簧(8)、橡胶囊(10)、花管(11)、短接头(14)；钻杆接头(1)内设有泥浆通孔，钻杆接头(1)的左部为与钻杆连接的连接头，钻杆接头(1)的右部与花管(11)的左端部螺纹连接，花管(11)的右端部与短接头(14)螺纹连接；花管(11)内设有高压水腔(12)，花管(11)外壁上设有橡胶囊凹槽，橡胶囊凹槽处的花管上设有花管水口(9)，花管水口(9)与高压水腔(12)相通，花管(11)的橡胶囊凹槽上套有橡胶囊(10)；
钻杆接头(1)的右端部设有活塞缸螺纹连接孔(15)，活塞缸螺纹连接孔(15)与钻杆接头(1)内的泥浆通孔相通；活塞缸(4)的左端部旋入活塞缸螺纹连接孔(15)内与钻杆接头(1)螺纹连接，活塞缸(4)内设有活塞滑移通道(16)，活塞缸(4)内的活塞滑移通道(16)的右端为封闭端，活塞缸(4)内的活塞滑移通道(16)的左端为开口端，活塞滑移通道(16)与钻杆接头(1)内的泥浆通孔相通；活塞缸(4)上设有活塞缸水口(17)，活塞缸水口(17)分别与活塞滑移通道(16)、高压水腔(12)相连通；活塞缸(4)上设有弹卡器通孔(18)，弹卡器通孔(18)与活塞滑移通道(16)相通，弹卡器(5)的销子位于弹卡器通孔(18)内；活塞(7)位于活塞滑移通道(16)内，活塞(7)的右端与活塞缸(4)之间设有压缩弹簧(8)，活塞(7)的左端部与球形阀门(3)螺纹连接；活塞(7)外壁设有定位槽(20)，定位槽(20)的形状与弹卡器(5)的销子的形状相对应，定位槽(20)位于弹卡器(5)的左侧；球形阀门(3)的球形面朝向钻杆接头(1)内的泥浆通孔，球形阀门(3)的球形面与钻杆接头(1)内的泥浆通孔口密封接触。
2.根据权利要求1所述的钻杆单路泵注式孔内座封/解封器，其特征在于：所述的钻杆接头(1)的右部与花管(11)的左端部之间设有第一密封圈(2)。
3.根据权利要求1所述的钻杆单路泵注式孔内座封/解封器，其特征在于：所述的花管(11)的右端部与短接头(14)之间设有第三密封圈(13)。
4.根据权利要求1所述的钻杆单路泵注式孔内座封/解封器，其特征在于：所述的活塞(7)与活塞缸(4)之间设有第二密封圈(6)，第二密封圈(6)位于活塞缸水口(17)的右侧。
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