CN102536132B - 便于测斜作业的钻具接头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种便于测斜作业的钻具接头，所述钻具接头包括接头主体和安装在接头主体中的阀芯，阀芯包括阀座和阀板，阀座密封地安装于外壳体的内壁上，阀板的一侧通过连接件连接到阀座的出口端，弹性构件使阀板保持常闭状态，接头主体的出口端内壁上设置有多个扶正导向块，多个扶正导向块之间形成圆柱形的扶正导向通道，圆柱形扶正导向通道的中心线与阀座出口端内壁形成的圆柱形通道的中心线重合，并且圆柱形扶正导向通道的直径与阀座出口端内壁形成的圆柱形通道的直径相等。本发明结构合理紧凑，具有耐冲蚀性好、使用方便、流量大、密封可靠等优点。

Description

便于测斜作业的钻具接头

技术领域

本发明涉及一种钻具接头，属于气体钻井工艺中的配套井下工具，更具体地讲，涉及一种不压井起下钻时便于测斜作业的钻具接头。

背景技术

气体钻井技术作为石油、天然气勘探开发的新技术，得到了广泛地应用和推广。目前，在气体钻井作业过程中，为了减少接单根钻杆时钻具内气体的泄压时间。同时为了提高井控安全，防止钻具内的流体返喷失控，通常在钻杆上每隔500米加装一只钻具止回阀。目前常用的钻具止回阀主要有箭形止回阀、蝶形止回阀、投入式止回阀、浮式止回阀等。以上钻具止回阀在入井钻具上安装使用时，虽然均能在发生井喷时反向关闭，但由于在进行测斜作业时都无法保证单多点测斜仪的顺利上下通过，因此每次测斜作业时，都需要起钻拆除止回阀后，再下钻进行测斜，耗费较长时间，影响气体钻井的作业效率，增加了钻井成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种既能防止钻具内的流体返喷，又能保证单多点测斜仪的顺利下入和起出的钻具接头。

为了实现上述目的，本发明提供了一种便于测斜作业的钻具接头，所述钻具接头包括接头主体和安装在接头主体中的阀芯，阀芯包括阀座和阀板，阀座密封地安装于接头主体的内壁上，阀板通过连接件和弹性构件固定于阀座的出口端，弹性构件使阀板保持常闭状态，接头主体的出口端内壁上设置有多个扶正导向块，多个扶正导向块之间形成圆柱形的扶正导向通道，圆柱形扶正导向通道的中心线与阀座出口端内壁形成的圆柱形通道的中心线重合，并且圆柱形扶正导向通道的直径与阀座出口端内壁形成的圆柱形通道的直径相等。

根据本发明所述的便于测斜作业的钻具接头，所述阀板的边缘为过渡圆弧面，所述过渡圆弧面的曲率半径为4～6mm。

根据本发明所述的便于测斜作业的钻具接头，所述多个扶正导向块是均匀排布在接头主体的出口端内壁上的多个梯形块。

根据本发明所述的便于测斜作业的钻具接头，所述阀座通过螺纹连接安装于接头主体的入口端内壁上。

根据本发明所述的便于测斜作业的钻具接头，在所述阀座的外壁与接头主体的入口端内壁之间设置一道或多道密封圈。

根据本发明所述的便于测斜作业的钻具接头，在阀板与阀座的配合面上设置一道或多道密封圈。

根据本发明所述的便于测斜作业的钻具接头，所述连接件为轴销，所述弹性构件为设置在轴销上的扭簧。

根据本发明所述的便于测斜作业的钻具接头，所述阀板由耐磨硬质合金材料制成。

根据本发明所述的便于测斜作业的钻具接头，所述阀座进口端的内壁为倒圆锥面，进口端的内壁与出口端的内壁之间设置有过渡台阶，在倒圆锥面的下端形成与专用安装工具的轮廓对应的多边形横截面部分。

根据本发明所述的便于测斜作业的钻具接头，所述多个扶正导向块与所述接头主体一体地形成。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1)结构简单、紧凑、合理，使用方便。

2)在正常气体钻井作业时，能够依靠钻具内的循环气体使阀板打开并保持钻具通道畅通；当停止气体循环进行接单根或在气体钻井作业时发生钻具内流体返喷时，阀板能自动迅速关闭，提高作业效率和井控安全。

3)采用扶正导向块和导流槽的设计，减少了循环压阻和测斜仪上下通行时的阻力。

4)扶正导向通道和防挂卡的设计，使本发明的钻具止回阀既起到了单向关闭的作用，又能确保测斜仪顺利地上下通过。

5)采用耐磨材料和密封圈的密封结构，保证了本发明的钻具止回阀的抗磨损能力和良好的密封性能。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

图1是根据本发明示例性实施例的便于测斜作业的钻具接头在阀板关闭时的主视剖视图。

图2是根据本发明示例性实施例的便于测斜作业的钻具接头在测斜仪通过时的主视剖视图。

图3是根据本发明示例性实施例的便于测斜作业的钻具接头的出口端的俯视图。

主要附图标记说明：

1-接头主体、2-阀座、3-阀板、4-连接件、5-弹性构件、6-密封圈、7、扶正导向块、8-多边形横截面部分、9-测斜仪、10-钢丝绳、11-上钻杆、12-下钻杆。

具体实施方式

现在将参照附图来详细地描述本发明的示例性实施例，以使本发明所属领域的技术人员能够容易实施本发明的示例性实施例。然而，在描述本发明的示例性实施例时，将省略对公知功能或构造的详细描述，以避免因不必要的细节模糊了对本发明的描述。

图1是根据本发明示例性实施例的便于测斜作业的钻具接头在阀板关闭时的主视剖视图。图2是根据本发明示例性实施例的便于测斜作业的钻具接头在测斜仪通过时的主视剖视图。图3是根据本发明示例性实施例的便于测斜作业的钻具接头的出口端的俯视图。

参照图1，本发明的便于测斜作业的钻具接头包括接头主体1和安装在接头主体1中的阀芯，阀芯包括阀座2和阀板3，阀座2密封地安装于接头主体1的内壁上，阀板3通过连接件4和弹性构件5固定于阀座2的出口端。包括阀座2和阀板3的阀芯构成钻具接头的止回阀。阀板3是控制钻具止回阀开闭的构件，弹性构件5使阀板3保持常闭状态。此外，为了方便安装和维修，阀座2可拆卸地安装于接头主体1中，在本实施例中，阀座2通过螺纹连接安装在接头主体1的入口端内壁上，但所述安装方式并不限于此。具体地，阀板3优选地由耐磨硬质合金材料制成，这可提高钻具的止回阀的抗磨损性能并且有效延长其使用寿命。阀板3的边缘为过渡圆弧面，优选地，该过渡圆弧面的曲率半径R＝4～6mm，这种防挂卡结构不仅可减小对测斜仪9的损伤，更重要的是可以保证测斜仪9的顺利通行，阀板3的具体工作方式将在下文中进行具体描述。

为了保证钻具止回阀的密封效果，可在阀座2的外壁与接头主体1的入口端内壁之间设置密封圈6，密封圈6的数量可根据需要被设置为一道或多道，设置密封圈6时需相应地在阀座2的外壁上设置可容纳密封圈6的一道或多道环形槽，在本实施例中，设置有两道密封圈6。此外，由于阀板3需与阀座2的出口端相配合，而且两者之间为刚性配合，因此为了提高阀板3扣合在阀座2的出口端时的密封性，可在阀板3与阀座2的配合面上也设置一道或多道密封圈，以保证阀板3处于紧闭状态时能有效密封并防止钻具内流体的返喷，在本实施例中，设置有一道密封圈。

此外，如图1所述，阀板3是通过安装于阀座2侧壁的安装孔内的轴销和设置在轴销4上的扭簧固定在阀座2的出口端，即在本实施例中，连接件4为轴销，弹性构件5为设置在轴销上的扭簧。事实上，连接件4和弹性构件5可以为常用的连接组件，只要能实现阀座2与阀板3之间的连接和回拉作用即可。

为了实现便于测斜作业的功能，本发明的便于测斜作业的钻具止回阀的接头主体1的出口端内壁上设置有多个扶正导向块7，多个扶正导向块7之间形成测斜仪9可通过的圆柱形的扶正导向通道，圆柱形扶正导向通道的中心线与阀座2出口端内壁形成的圆柱形通道的中心线重合，并且圆柱形扶正导向通道的直径与阀座2出口端内壁形成的圆柱形通道的直径相等。由于扶正导向通道的内壁与阀座出口端的内壁上下齐平，这将提供给测斜仪9准确的导向和扶正作用，以确保测斜仪9上行时的顺利通行。

此外，在接头主体1的出口端内壁上设置多个扶正导向块7之后，在接头主体1的出口端内壁上相应的形成了由多个扶正导向块7划分的多个导流槽，导流槽的存在不但可以保证气体钻井时的气流量，并且能够减少钻具内循环流体的压阻，减小测斜仪9通行时的阻力。具体地，如图1和图3所示，多个扶正导向块7是均匀排布在接头主体1的出口端内壁上的多个梯形块，优选地，多个扶正导向块7与接头主体1一体地形成，以保证扶正导向块7的强度。在本实施例中，在接头主体1的出口端内壁上设置有六个均匀排布在其上的扶正导向块7。其中，扶正导向块7和扶正导向通道的导向方式将在下文中进行具体描述。

由于钻具接头两端均需连接钻杆，因此钻具止回阀的进口端和出口端均设置有与钻杆匹配接合的标准结构，具体如图2所示。在本实施例中，为了方便安装与维修并且保证钻具接头与钻杆结构的匹配，将阀座2进口端的内壁形成为倒圆锥面，在倒圆锥面的下端形成多边形横截面部分8，以用于插入拆卸阀座2的专用工具。通过使多边形横截面部分8与专用安装工具(未示出)的轮廓形状对应，专用安装工具可被卡在多边形横截面部分8上，从而可安装和拆卸阀芯。并且，在进口端的内壁与出口端的内壁之间设置有过渡台阶，用以支撑专用工具。优选地，多边形横截面部分可以为六方横截面部分。

下面将结合本发明示例性实施例的便于测斜作业的钻具接头来描述其工作方式。

在静止状态时，如图1所示，钻具接头的阀板3在扭簧的弹力作用下扣合在阀座2上且保持常闭状态；在气体钻井正常钻进或正循环时，钻具内的气体能在较小压力的条件下向钻具止回阀的出口端推开阀板3，使钻具内通道畅通并保证气体的正常循环；在钻进过程中，一旦阀板3下方的流体压力大于其上方流体压力时，阀板3将在扭簧5的作用下关闭，这样就可以防止岩屑或地层流体通过钻头回流，能够有效防止钻具内流体返喷。

如图2所示，将本发明的钻具接头安装在钻具上，其进口端和出口端分别连接上钻杆11和下钻杆12。在进行测斜作业时，钢丝绳10穿过锥形绳帽顶部绳孔与测斜仪9的旋转挂件(测斜仪组件之一)软连接，由此测斜仪9的上端固定连接在钢丝绳10上。其中，钢丝绳10直径为2.5mm，测斜仪9直径为45mm，锥形绳帽顶部的夹角约为45°(测斜仪可能因不同的生产厂家而在结构上略有差别，但影响不大)。下放时，依靠测斜仪9和钢丝绳10的自重推开阀板3后，通过钻具接头下放至指定井深位置进行测斜作业；测斜作业结束后，上提测斜仪9通过钻具接头时，由于六个扶正导向块7之间形成的圆柱形扶正导向通道的中心线与阀座2出口端内壁形成的圆柱形通道的中心线重合并且圆柱形扶正导向通道的直径与阀座2出口端内壁形成的圆柱形通道的直径相等，因此当钢丝绳10吊着测斜仪9上行经过钻具接头时，测斜仪9首先沿着钻具接头出口端的圆柱形扶正导向通道上行，此时圆柱形扶正导向通道保持着测斜仪9的移动方向，测斜仪9继续上行并且其上端直接指向阀座2的出口端，然后沿着阀座2出口端内壁形成的通道上行直至离开钻具接头。在测斜仪9上行的过程中，测斜仪9与钢丝绳10连接处的锥面紧贴阀板3边缘的过渡圆弧面上移，克服扭簧对阀板3的回弹作用反向向下推动阀板3，使测斜仪9与钢丝绳10顺利上行通过钻具止回阀。

以上技术特征构成了本发明的示例性实施例，其具有较强的适应性和最佳实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。

综上所述，本发明便于测斜作业的钻具接头结构合理而紧凑，具有耐冲蚀性好、使用方便、流量大、密封可靠等优点，既能实现有效的钻具内防喷的功能，又能解决因现有钻具止回阀无法通过测斜仪而影响气体钻井作业过程中测斜作业的问题，可以广泛地推广应用。

尽管已经结合实施例示出并描述了本发明的便于测斜作业的钻具接头，但是本领域普通技术人员将理解的是，在不脱离如权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在这里做出形式和细节上的各种改变。

Claims (8)

1.一种便于测斜作业的钻具接头，所述钻具接头包括接头主体和安装在接头主体中的阀芯，阀芯包括阀座和阀板，阀座密封地安装于接头主体的内壁上，阀板通过连接件和弹性构件固定于阀座的出口端，弹性构件使阀板保持常闭状态，其特征在于，所述阀板的边缘为过渡圆弧面，所述过渡圆弧面的曲率半径为4～6mm，接头主体的出口端内壁上设置有多个扶正导向块，所述多个扶正导向块与所述接头主体一体地形成，多个扶正导向块之间形成圆柱形的扶正导向通道，圆柱形扶正导向通道的中心线与阀座出口端内壁形成的圆柱形通道的中心线重合，并且圆柱形扶正导向通道的直径与阀座出口端内壁形成的圆柱形通道的直径相等。

2.根据权利要求1所述的便于测斜作业的钻具接头，其特征在于，所述多个扶正导向块是均匀排布在接头主体的出口端内壁上的多个梯形块。

3.根据权利要求1所述的便于测斜作业的钻具接头，其特征在于，所述阀座通过螺纹连接安装于接头主体的入口端内壁上。

4.根据权利要求1或3所述的便于测斜作业的钻具接头，其特征在于，在所述阀座的外壁与接头主体的入口端内壁之间设置一道或多道密封圈。

5.根据权利要求1所述的便于测斜作业的钻具接头，其特征在于，在阀板与阀座的配合面上设置一道或多道密封圈。

6.根据权利要求1所述的便于测斜作业的钻具接头，其特征在于，所述连接件为轴销，所述弹性构件为设置在轴销上的扭簧。

7.根据权利要求1所述的便于测斜作业的钻具接头，其特征在于，所述阀板由耐磨硬质合金材料制成。

8.根据权利要求1所述的便于测斜作业的钻具接头，其特征在于，所述阀座进口端的内壁为倒圆锥面，进口端的内壁与出口端的内壁之间设置有过渡台阶，在倒圆锥面的下端形成与专用安装工具的轮廓对应的多边形横截面部分。