CN103161427B - 一种多功能连续循环安全阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于石油钻井、完井、油井维修、洗井、打捞的多功能连续循环安全阀，它可实现投球后，通过泵压的升降来控制3种工位间的转换和连续循环。其技术方案是：阀体上端连接上接头，下端连接下接头，阀体内装有芯轴，芯轴从下往上依次安装有平衡活塞、下弹簧座、导向套筒、上弹簧座、可动导向体、固定导向体和分流套筒，下弹簧座、导向套筒与芯轴形成的腔体内装有大弹簧，可动导向体腔体内装有小弹簧，分流套筒末端安装有球座，用于放置封堵球。可动导向体在工作过程中既上下移动，又周向转动。本发明强度高、可靠性较好、操作简单、使用寿命长，在工作过程中可实现连续循环，可在多种工况使用，提高使用工效和整体技术经济效益。

Description

一种多功能连续循环安全阀

技术领域

本发明涉及用于石油钻井、完井、油井维修、洗井、打捞的特殊井下工具，该工具可在井下进行连续循环的一种多功能连续循环安全阀。

背景技术

石油工业是一个高风险产业，油井安全生产具有十分重要的意义。喷漏卡塌事故是石油勘探开发中最为复杂和严重的事故，也是影响油井安全生产的最主要因素之一，严重制约着石油钻探技术的不断深入，并对国民人身安全和财产安全造成严重的危害。其中仅美国墨西哥湾每年由于井漏而造成的经济损失约10亿美元。

为防止喷漏卡塌等事故的发生，在钻井、完井、油井维修、洗井、打捞、封隔器坐封等作业中使用安全循环阀，而目前使用的安全循环阀受到循环次数的限制，由于起下钻、更换安全循环阀引起较长的非工作时间，降低了钻井时效，造成了严重的经济损失。如对于陆上钻井，现有安全循环阀每工作1次，由于非工作时间而造成的经济损失超过1000美元；而海上钻井的经济损失更大，约10000多美元。

为减少现有安全循环阀由于投球及更换浪费的非工作时间，急需研制一种多功能连续循环安全阀。该阀通过地面开停泵来控制，可实现3个工位，每个工位转换只需1分钟时间，且转化时间约为现有阀使用时间的5%；该工具不受循环次数的限制，且在堵漏、防喷、环空加速携岩、破坏岩屑床、水平酸化处理等作业时，循环液不经过BHA，可有效避免循环液对BHA的损害。

发明内容

本发明的目的是：为解决现有技术的不足，实现投球后该工具不用从井下直接取出，可在井下连续循环工作，减少了操作时间，而且也减少了流体的损失，同时提高了技术水平和经济效益，特提供一种多功能连续循环安全阀。

为达到上述目的，本发明解决此问题所采用的技术方案是：一种多功能连续循环安全阀，由上接头、下接头、阀体、分流套筒、固定导向体、小弹簧、可动导向体、上弹簧座、大弹簧、导向套筒、芯轴、下弹簧座、平衡活塞、封堵球和球座组成，其特征是：阀体为整体式，表面上开有1~4个流道孔，阀体上下端均有螺纹，上端连接上接头，下端连接下接头，阀体内装有芯轴，芯轴从下往上依次安装有平衡活塞、下弹簧座、导向套筒、上弹簧座、可动导向体、固定导向体和分流套筒，下弹簧座、导向套筒与芯轴形成的腔体内装有大弹簧，可动导向体腔体内装有小弹簧，分流套筒末端安装有球座，用于放置封堵球。

多功能连续循环安全阀中分流套筒为圆柱体状，在中部斜坡面处开有1~4个分流孔，下端为阶梯孔，用于安装固定导向体，上端加工有突出台阶，用于安装球座。

多功能连续循环安全阀中固定导向体中部外径大于两端外径，中部及下部均布4个导向槽，上端台阶用于安装分流套筒，下端台阶用于安装小弹簧、可动导向体和上弹簧座。

多功能连续循环安全阀中可动导向体为圆筒状，周向均布4个条形槽，工作过程中导向套筒突出棱通过该条形槽，下端为牙状导轨，并与上弹簧座导轨相配合。可动导向体既能上下移动，又能周向转动。

多功能连续循环安全阀中导向套筒为圆柱筒状，内部均布4个条形突出棱，工作过程中条形突出棱与上弹簧座、可动导向体和固定导向体导向槽相配合，下端斜坡面与下弹簧座相接触。在小弹簧腔体及大弹簧腔体内装有润滑油。

本发明与现有技术相比，其有益效果是：1）仅需投递1次球，通过开停泵控制工具工位转换，相邻工位间的转换仅需30~60秒，操作简单；2）整体式壳体结构，强度较高，工具可靠性较好；3）腔体内有润滑油，零部件运动灵活，磨损慢，使用寿命长；4）工位转换不受次数限制，在工作过程中可实现连续循环；5）该工具可用于喷射堵漏材料、增大环空流速、水平酸化处理、井眼扩大等多种工况，工具功能较多。本发明可在钻井、完井、油井维修、洗井、打捞、封隔器坐封等施工中使用，提高了使用工效和整体技术经济效益。

附图说明

图1是本发明多功能连续循环安全阀的结构示意图；

图2是图1的未投封堵球时局部结构示意图；

图3是图1的投封堵球时流体全部通过分流孔的局部结构示意图；

图4是图1的投封堵球时流体全部通过流道孔的局部结构示意图；

图5是多功能连续循环安全阀的可压缩机构示意图。

图中，1上接头，2多功能连续循环安全阀，3下接头，4阀体，5分流孔，6分流套筒，7流道孔，8固定导向体，9导向槽，10可压缩机构，11小弹簧，12可动导向体，13上弹簧座，14大弹簧，15导向套筒，16芯轴，17下弹簧座，18平衡活塞，19封堵球，20球座。

具体实施方式

由图1所示，多功能连续循环安全阀2阀体4上下端均有螺纹，上端连接上接头1，下端连接下接头3。

由图2所示为图1的未投封堵球19时局部结构示意图，多功能连续循环安全阀2由上接头1、下接头2、阀体4、分流套筒6、固定导向体8、小弹簧11、可动导向体12、上弹簧座13、大弹簧14、导向套筒15、芯轴16、下弹簧座17、平衡活塞18和球座20组成。其特征是：阀体4为整体式，表面上开有流道孔7，阀体4上下端均有螺纹，上端连接上接头1，下端连接下接头3，阀体4内装有芯轴16，芯轴16从下往上依次安装有平衡活塞18、下弹簧座17、导向套筒15、上弹簧座13、可动导向体12、固定导向体8和分流套筒6，下弹簧座17、导向套筒15与芯轴16形成的腔体内装有大弹簧14，可动导向体12腔体内装有小弹簧11，分流套筒6末端安装有球座20，用于放置封堵球19。

由图3所示为图1的投封堵球19时流体全部通过分流孔5的局部结构示意图，投递封堵球19后，流体绕流通过分流孔5进入工具芯轴16腔体内，此时压差产生的作用力压缩小弹簧11和大弹簧14，可动导向体12同时轴向运动和周向转动。

由图4所示为图1的投封堵球19时流体全部通过流道孔5的局部结构示意图，流体绕流通过分流孔5后，压差产生的作用力继续压缩大弹簧14，大弹簧14压缩到一定位置时，分流孔5被向上移动的芯轴16堵住，此时流体全部进入流道孔7，芯轴16腔体内没有流体通过。

由图5所示可压缩机构10由分流套筒6、固定导向体8、小弹簧11、可动导向体12、上弹簧座13、大弹簧14和导向套筒15和下弹簧座17组成。

由图1和图5所示分流套筒6为圆柱体状，在中部斜坡面处开有分流孔5，下端为阶梯孔，用于安装固定导向体8，上端加工有突出台阶，用于安装球座20。

由图1和图5所示固定导向体8中部外径大于两端外径，中部及下部均布4个导向槽9，上端台阶用于安装分流套筒6，下端台阶用于安装小弹簧11、可动导向体12和上弹簧座13。

由图1和图5所示可动导向体12为圆筒状，周向均布4个条形棱，工作过程中导向套筒15条形棱通过固定导向体8的条形导向槽9，下端为牙状导轨，并与上弹簧座13导轨相配合。

由图1和图5所示导向套筒15为圆柱筒状，内部均布4个条形棱，工作过程中条形棱与上弹簧座13、可动导向体12和固定导向体8导向槽相配合，下端斜坡面与下弹簧座17相接触。

一种多功能连续循环安全阀2的工作原理是：通过泵压升降来控制3种工位间的相互转换。在未投封堵球19时，流体通过上接头1内腔直接进入多功能连续循环安全阀2芯轴16的内腔。需要投封堵球19时，停泵投封堵球19，使封堵球19坐封在球座20上，此时为该工具的工位1；继续增加泵压，封堵球19、球座20、芯轴16 一起向下运动，此时流体绕流通过分流孔5进入工具芯轴16腔体内，即为工具工位2；流体绕流通过分流孔5后，压差产生的作用力继续压缩大弹簧14，封堵球19、球座20、芯轴16 继续一起向下运动，直到分流孔5被向上移动的芯轴16堵住，此时流体全部进入流道孔7流向了井眼环空内，实现了第3工位。在后续的工作过程只需要升降泵压即可实现上述3种相邻工位间的转换。

Claims (3)

1.一种多功能连续循环安全阀，由上接头（1）、下接头（3）、阀体（4）、分流套筒（6）、固定导向体（8）、小弹簧（11）、可动导向体（12）、上弹簧座（13）、大弹簧（14）、导向套筒（15）、芯轴（16）、下弹簧座（17）、平衡活塞（18）、封堵球（19）和球座（20）组成，其特征是：阀体（4）为整体式，表面上开有流道孔（7），阀体（4）上下端均有螺纹，上端连接上接头（1），下端连接下接头（3），阀体（4）内装有芯轴（16），芯轴（16）从下往上依次安装有平衡活塞（18）、下弹簧座（17）、导向套筒（15）、上弹簧座（13）、可动导向体（12）、固定导向体（8）和分流套筒（6），下弹簧座（17）、导向套筒（15）与芯轴（16）形成的腔体内装有大弹簧（14），可动导向体（12）腔体内装有小弹簧（11），分流套筒（6）为圆柱体状，在中部斜坡面处开有分流孔（5），下端为阶梯孔，用于安装固定导向体（8），上端加工有突出台阶，用于安装球座（20）。

2.根据权利要求1所述的多功能连续循环安全阀，其特征是：固定导向体（8）中部外径大于两端外径，中部及下部均布4个导向槽（9），上端台阶用于安装分流套筒（6），下端台阶用于安装小弹簧（11）、可动导向体（12）和上弹簧座（13）。

3.根据权利要求1所述的多功能连续循环安全阀，其特征是：可动导向体（12）为圆筒状，周向均布4个条形棱，工作过程中导向套筒（15）条形棱通过固定导向体（8）的条形导向槽（9），下端为牙状导轨，并与上弹簧座（13）导轨相配合。