CN102561995A - 抗高温高压及耐腐蚀的井下浮阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种抗高温高压及耐腐蚀的井下浮阀。本发明的技术方案主要是由阀体、阀芯压套、密封总成、阀芯、弹簧、阀座、弹簧丝堵和丝堵定位环组成，所述的阀芯压套、密封总成、阀座装配于阀体内部；所述的弹簧丝堵、丝堵定位环安装于阀座上；复位弹簧位于阀芯与弹簧丝堵之间；阀芯上轴安装于阀芯压套之中，锥面与密封总成接触配合，下轴安装于阀座内腔之内，底面与复位弹簧接触。本发明的有益效果是：可以在工作温度不小于180℃，抗压不小于150Mpa的工况下，工具工作寿命达到100小时以上，从而满足深部地层油气资源开发过程中井下内防喷以及保障井下仪器正常工作的要求。

Description

抗高温高压及耐腐蚀的井下浮阀

技术领域

本发明涉及一种石油与天然气钻井工程领域，特别涉及一种抗高温高压及耐腐蚀的井下浮阀。

背景技术

    在油气勘探开发钻井过程中，当地层压力大于钻井液液柱压力时，地层流体有可能进入钻柱内，导致以下几类问题及事故的发生：①、钻疏松的砂粒岩且过程中由于岩石很细碎，在井眼的环空会有很多的细砂，在下钻、接单根时泥浆会倒流，大量砂粒从钻头水眼进入钻具内，开泵就可能造成堵死水眼； ②、钻井中使用MWD和井下动力钻具时，其本身工具流道就小，在下入过程中，井壁上的岩屑和砂子会大量的进入工具内堵死水眼和流道，此时再开泵会损坏精密的 MWD 仪器，也可能形成砂堵鳖泵；③、在起下钻过程中，如果井涌和井喷，由于大量的砂子进入钻具内堵死水眼，无法开泵压井，导致钻井风险的发生。为了避免上述事故的发生，钻井工作者采取的措施是在井底钻具安装钻具止回阀，钻具止回阀结构形式很多，就密封元件而言，有碟形、浮球形、箭形等密封结构。使用方法也各有异，有的连接在钻柱中；有的则在需要时，投入钻具水眼中而起封堵井压的作用。这些工具在钻井领域的使用，在一定程度上避免了上述问题的发生。随着科技的发展，科研人员又研制出了使用效果更为理想的井下内防喷工具-钻具浮阀；钻具浮阀属于止回阀的一种结构型式，也被称为浮式止回阀、回压凡尔，是安装于近钻头端的钻柱内防喷工具，由浮阀芯组件和浮阀壳体组成，通过浮阀壳体与钻柱连接。也可将浮阀芯组件安装在钻铤的浮阀槽内，或安装在钻具稳定器的浮阀槽内。在正常钻井时，钻井液冲开密封箭进行循环。一旦钻井液停止循环或井下发生井涌或井喷时，密封箭在弹簧的作用下能自动、 快速关闭从而达到防止井喷的目的。由于其优越的性能，很快成为了钻井现场必不可少的井下工具之一。

然而，随着浅地层油气资源的枯竭及深地层资源开发的深入，井下内防喷工具-钻具浮阀又面临了新的问题，即深部地层井底温度高，井底压力高，个别地层内还含有硫化氢，复杂的井下条件影响了钻具浮阀部分零部件的使用性能，导致常规浮阀无法正常工作，甚至会造成井下事故的发生。另外目前钻具浮阀的稳定性并不是很高，有效工作时间亦难于确定。由于深部油气资源的开发所钻的井较深，一旦出现井下工具失效或者井下事故，处理所需要的时间亦较长，增加了钻井作业的风险性，影响了油气资源开发的进度。

因此，亟需研制一种能够适应深部地层钻井环境、工作时间长、耐腐蚀和冲蚀、安全性高的新型井下浮阀，以满足深部地层油气资源开发过程中井下内防喷以及保障井下仪器的正常工作的要求。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种抗高温高压及耐腐蚀的井下浮阀，可以在工作温度不小于180℃，抗压不小于150Mpa的工况下，工具工作寿命达到100小时以上，从而满足深部地层油气资源开发过程中井下内防喷以及保障井下仪器正常工作的要求。

本发明的技术方案主要是由阀体、阀芯压套、密封总成、阀芯、弹簧、阀座、弹簧丝堵和丝堵定位环组成，所述的阀芯压套、密封总成、阀座装配于阀体内部；所述的弹簧丝堵、丝堵定位环安装于阀座上；复位弹簧位于阀芯与弹簧丝堵之间；阀芯上轴安装于阀芯压套之中，锥面与密封总成接触配合，下轴安装于阀座内腔之内，底面与复位弹簧接触。

上述的阀芯压套外侧为梯形螺纹结构，中间设有半环形流道及中心孔，安装于阀体的顶端，用于定位密封总成、使阀芯居中，同时提供钻井液过流通道。

上述的密封总成被阀芯压套压紧定于阀体内，与阀芯配合，

上述的阀座的外端有三个1/3环状钻井液过流通道，内部上侧具有台阶面，与阀芯的下台阶面共同作用以防止引起阀芯受力过大而压坏复位弹簧。

上述的阀芯由上轴、下轴和锥形面组成，上轴安装于阀芯压套中心孔内、下轴安装于阀座内，用于实现阀芯的居中定位，锥形面与密封总成配合达到防止钻井液回流。

本发明与现有技术相比的有益效果如下：

（1）采用的密封总成为组合式密封，部件损坏后易于更换，密封件材料可耐高温高压及耐硫化氢等腐蚀性介质腐蚀；

（2）复位弹簧不再裸漏于高速流动的钻井液之中，并且通过阀座内侧台阶面阀芯下台阶面配合实现了阀芯的限位，防止了复位弹簧的过压损坏的发生，有效增加了易损件-弹簧的工作寿命；

（3）优选出的浮阀内部零部件采用316L不锈钢制成，使得浮阀可以在具有高温高压强腐蚀性的介质中长期工作；

（4）设计出的抗高温高压及耐腐蚀的井下浮阀结构简单、性能稳定，使用过程不会为钻井作业带来其他方面的风险。

附图说明

附图1是本发明的剖视图；

附图2是本发明的A-A剖视图；

附图3是本发明的B-B剖视图；

附图4是本发明的C-C剖视图；

上图中：阀体1、阀芯压套2、密封总成3、阀芯4、复位弹簧5、阀座6、弹簧丝堵7、丝堵定位环8。

具体实施方式

    结合附图1-4，对本发明作进一步的描述：

本发明由阀体1、阀芯压套2、密封总成3、阀芯4、弹簧5、阀座6、弹簧丝堵7、丝堵定位环8组成，所述的阀芯压套2、密封总成3、阀座6装配于阀体1内部；所述的弹簧丝堵7、丝堵定位环8安装于阀座6上；复位弹簧5位于阀芯4与弹簧丝堵7之间；阀芯4上轴安装于阀芯压套2之中，锥面与密封总成3接触配合，下轴安装于阀座6内腔之内，底面与复位弹簧5接触。

阀体1是整个浮阀的母体，其他配件皆安装于阀体1之内；阀体1上下均有国标连接螺纹，用于实现与钻铤、钻头等钻具的连接；阀芯压套2外侧为梯形螺纹结构，中间有环状流道及中心孔，安装于阀体1顶端、用于定位密封总成3、居中阀芯4，同时提供钻井液过流通道；密封总成3被阀芯压套2压紧定于阀体1内，与阀芯4配合，可有效防止井底液体的回流；阀座6安装于阀体1内，其外端有三个1/3环状钻井液过流通道，可实现浮阀开启时钻井液正常循环，底端安装弹簧丝堵7、丝堵定位环8，用于为复位弹簧5提供支撑，内部上侧具有台阶面，与阀芯4下台阶面共同作用以防止引起阀芯4受力过大而压坏复位弹簧5；复位弹簧5安装于弹簧丝堵7及阀芯4之间，为地面停泵后阀芯4复位提供弹力，同时位于阀座6内腔之中，可有效防止复位弹簧5被钻井液冲蚀；阀芯4由上轴、下轴、及锥形面组成，上轴安装于阀芯压套2中心孔内、下轴安装于阀座6内，用于实现阀芯4的居中定位，锥形面与密封总成3配合达到防止钻井液回流的效果。

上述的浮阀，除阀体1及密封总成3外，均由316L不锈钢制造，该材料可有效防止阀体被硫化氢等化学品腐蚀破坏；密封总成3由金属密封支架及密封圈组成，金属密封支架材料为316L不锈钢、密封圈为氟橡胶密封圈，氟橡胶密封圈可抗高温高压及耐腐蚀。

基本原理在于：当地面进行开泵循环时，钻井液的动力迫使阀芯4下行，复位弹簧5受压，阀芯4的锥面与密封总成3分离，形成钻井液过流通道，此时钻井液通过阀芯压套2的流道、阀芯4锥面与密封总成3之间的环形空间、阀芯4与阀体1的环形空间及阀座6外端的钻井液过流通道正常循环；当地面停泵时、钻井液不再有动力，复位弹簧5提供弹力使得阀芯4上行，阀芯4的锥面与密封总成3严密接触，钻井液过流通道封闭，从而实现防止钻井液的回流的目的。

Claims (5)

1.一种抗高温高压及耐腐蚀的井下浮阀，其特征是：主要由阀体（1）、阀芯压套（2）、密封总成（3）、阀芯（4）、弹簧（5）、阀座（6）、弹簧丝堵（7）和丝堵定位环（8）组成，所述的阀芯压套（2）、密封总成（3）、阀座（6）装配于阀体（1）内部；所述的弹簧丝堵（7）、丝堵定位环（8）安装于阀座（6）上；复位弹簧（5）位于阀芯（4）与弹簧丝堵（7）之间；阀芯（4）上轴安装于阀芯压套（2）之中，锥面与密封总成（3）接触配合，下轴安装于阀座（6）内腔之内，底面与复位弹簧（5）接触。

2.根据权利要求1所述的抗高温高压及耐腐蚀的井下浮阀，其特征是：所述的阀芯压套（2）外侧为梯形螺纹结构，中间设有半环形流道及中心孔，安装于阀体（1）的顶端，用于定位密封总成（3）、使阀芯（4）居中，同时提供钻井液过流通道。

3.根据权利要求1所述的抗高温高压及耐腐蚀的井下浮阀，其特征是：所述的密封总成（3）被阀芯压套（2）压紧定于阀体（1）内，与阀芯（4）配合密封。

4.根据权利要求1所述的抗高温高压及耐腐蚀的井下浮阀，其特征是：所述的阀座（6）的外端有三个1/3环状钻井液过流通道，内部上侧具有台阶面，与阀芯（4）的下台阶面共同作用以防止引起阀芯（4）受力过大而压坏复位弹簧（5）。

5.根据权利要求1所述的抗高温高压及耐腐蚀的井下浮阀，其特征是：所述的阀芯（4）由上轴、下轴和锥形面组成，上轴安装于阀芯压套（2）中心孔内、下轴安装于阀座（6）内，用于实现阀芯（4）的居中定位，锥形面与密封总成（3）配合达到防止钻井液回流。

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