CN104047550B - 一种投球式遥控井下旁通接头及环空循环方法 - Google Patents

Abstract

一种投球式遥控井下旁通接头及环空循环方法。用于对钻具建立新的循环通道，属于石油、天然气钻井技术领域。旁通接头与外壳体用螺纹连接，外壳体与下接头之间用螺纹连接；上芯轴安装在旁通接头的孔中；上弹簧安装在旁通接头与上芯轴的环形空间中；下芯轴安装在外壳体的孔中；下弹簧安装在外壳体与下芯轴的环形空间中；旁通接头上开有旁通孔，上芯轴上有与旁通孔周向对应的开孔，外表面有密封槽；下芯轴上部柱体表面开有凹槽；外壳体上开有销钉孔，圆柱销总成固定在外壳体上，圆柱销总成的端部嵌入凹槽中，用于限定下芯轴的轴向位移；卡簧固定于旁通接头的凹槽中，用于上芯轴的定位；球座固定于上芯轴的下端。

Description

一种投球式遥控井下旁通接头及环空循环方法

技术领域

本发明涉及一种投球式遥控井下旁通接头及环空循环方法。用于对钻具建立新的循环通道，属于石油、天然气钻井技术领域。

背景技术

在石油钻井过程中，可能会发生已钻井壁垮塌的情况。一旦钻头的水眼被堵塞，则不能建立钻井液的循环，造成卡钻。为了减轻卡钻的程度，需要临时建立新的循环通道，如果在建立新的循环时，频繁起下钻，则钻井周期长，增加钻井风险和成本。井下旁通阀或井下循环接头就是能够解决这一问题的井下工具，可实现在不起钻的情况下直接进行快速循环或建立新的循环。

专利号为200420011370的“石油钻具旁通安全阀”和专利号为89200653的“井下循环接头”，都是通过投球剪断销钉后推动阀芯下行打开新的循环通道；专利号为200420061962的“一种旁通阀”，可以在正常钻进时通过投球或当钻头水眼堵塞后利用在阀芯上形成的压差打开循环通道。但这些工具都只能进行一次旁通循环，使用后必须起钻更换，不能多次使用于井下复杂情况处理，也无法满足现代钻井工艺的要求。

另一种专利号为200720090026的“一种井下可控式钻具旁通阀”，可以在不需起下钻的情况下进行多次投球操作建立新的循环，但是该工具在不需要钻井液进行环空循环时，需要再投放一钢球来关闭旁通循环，操作较为复杂且旁通关闭难以保证。

发明内容

为了克服现有技术的不足,本发明提供一种投球式遥控井下旁通接头及环空循环方法。

一种投球式遥控井下旁通接头,旁通接头与外壳体用螺纹连接，外壳体与下接头之间用螺纹连接；上芯轴安装在旁通接头的孔中；上弹簧安装在旁通接头与上芯轴的环形空间中；下芯轴安装在外壳体的孔中；下弹簧安装在外壳体与下芯轴的环形空间中；旁通接头上开有旁通孔，上芯轴上有与旁通孔周向对应的开孔，外表面有密封槽；下芯轴上部柱体表面开有凹槽；外壳体上开有销钉孔，圆柱销总成固定在外壳体上，圆柱销总成的端部嵌入凹槽中，用于限定下芯轴的轴向位移；卡簧固定于旁通接头的凹槽中，用于上芯轴的定位；球座固定于上芯轴的下端。

一种使用投球式遥控井下旁通接头的环空循环方法，含有以下步骤：

组装投球式遥控井下旁通接头的步骤；在上芯轴上固定球座，在密封槽中装上密封圈；将上弹簧置于旁通接头的空腔内，抵在旁通接头下端的凸台上；将装配好的上芯轴置于旁通接头的空腔内，应保证轴上开孔与旁通孔周向对齐，压缩上弹簧至露出旁通接头上部的凹槽，将卡簧置于凹槽内对上芯轴进行固定；将下弹簧置于外壳体的空腔内，将下芯轴上凹槽的A点位置与外壳体上销钉孔位置对齐，放进外壳体空腔，压缩下弹簧至凹槽A点到达销钉孔位置，安装圆柱销总成；最后，将旁通接头、外壳体和下接头通过螺纹连接在一起；

当井下遇到复杂情况，需要建立环空循环时，先停泵；此时圆柱销位于凹槽的A点不动，再将直径大于球座的小球投入钻具内落到球座上，开泵，投球暂时堵住钻井液向下的通道，形成压力，迫使上芯轴压缩上弹簧下行并推动下芯轴下行，由于下芯轴上的凹槽与圆柱销之间的接触作用，下芯轴在轴向下行的同时作周向转动，当旁通接头上的旁通孔与上芯轴上的开孔对齐，新的循环通道打开；此过程圆柱销在凹槽中的位置从A点运动到B点；

当不需要环空循环时，停泵，上芯轴在上弹簧的作用下上行，下芯轴在下弹簧和圆柱销的作用下一边轴向上行一边周向转动，此过程圆柱销在凹槽中的位置从B点运动到C点，再开泵，上芯轴推动下芯轴下行，当圆柱销在凹槽中的位置从C点运动到D点时不能向下继续运动，此时旁通接头上的旁通孔与上芯轴上的开孔还未对齐，泵压继续升高,当达到小球的挤脱压力时，小球穿过球座，泵压下降，上芯轴在上弹簧的作用下上行，下芯轴在下弹簧的作用下上行，此时圆柱销在凹槽中的位置从D点运动到A’点，至此，一个循环完成。

本发明的优点是在正常钻进时，不投球，本发明仅起一节钻柱的作用。当井下遇到复杂情况，需要建立环空循环时，先停泵，再投球，上芯轴压缩上弹簧下行打开旁通孔，新的循环建立；当问题解决，不需要环空循环时，先停泵，再开泵，在销槽的限制作用下，上芯轴的下行位移不足以打开旁通孔，泵压持续升高，当达到小球的挤脱压力时，小球穿过球座，泵压下降，这样，一次建立环空循环和关闭环空循环的操作就完成。

同时还能方便地通过关泵、开泵的操作实现关闭环空循环。

附图说明

当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本发明以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，如图其中：

图1是本发明在正常钻进时的整体结构示意图。

图2是本发明在投球打开旁通后的整体结构示意图。

图3是本发明在投球打开旁通后执行一次关泵、开泵操作后（小球挤脱前）的结构示意图。

图4是下芯轴8上凹槽12的周向平面展开图。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

具体实施方式

显然，本领域技术人员基于本发明的宗旨所做的许多修改和变化属于本发明的保护范围。

实施例1：如图1、图2、图3、图4所示，

本发明由旁通接头1、卡簧2、上芯轴3、上弹簧4、球座5、外壳体6、圆柱销总成7、下芯轴8、下弹簧9、下接头10组成。旁通接头1与外壳体6用螺纹连接，外壳体6与下接头10之间用螺纹连接；

上芯轴3安装在旁通接头1的孔中；上弹簧4安装在旁通接头1与上芯轴3的环形空间中；

下芯轴8安装在外壳体6的孔中；下弹簧9安装在外壳体6与下芯轴8的环形空间中；

旁通接头1上开有旁通孔，上芯轴3上有与旁通孔周向对应的开孔，外表面有密封槽；下芯轴8上部柱体表面开有凹槽12；外壳体6上开有销钉孔，圆柱销总成7固定在外壳体6上，圆柱销总成7的端部嵌入凹槽12中，用于限定下芯轴8的轴向位移；卡簧2固定于旁通接头1的凹槽中，用于上芯轴3的定位；球座5固定于上芯轴3的下端。

正常钻进时，下芯轴8在下弹簧9的作用下顶在旁通接头的底端，此时圆柱销7位于凹槽12的A点，钻井液正常循环。此时，井下旁通接头仅起一节钻柱的作用。

当井下遇到复杂情况，需要建立环空循环时，先停泵（此时圆柱销7位于凹槽12的A点不动），再将直径大于球座5的小球11投入钻具内落到球座5上，开泵，投球暂时堵住钻井液向下的通道，形成压力，迫使上芯轴3压缩上弹簧4下行并推动下芯轴8下行，由于下芯轴8上的凹槽与圆柱销7之间的接触作用，下芯轴8在轴向下行的同时作周向转动，当旁通接头1上的旁通孔与上芯轴3上的开孔对齐，新的循环通道打开。此过程圆柱销7在凹槽12中的位置从A点运动到B点。

当不需要环空循环时，停泵，上芯轴3在上弹簧4的作用下上行，下芯轴8在下弹簧9和圆柱销7的作用下一边轴向上行一边周向转动，此过程圆柱销7在凹槽12中的位置从B点运动到C点，再开泵，上芯轴3推动下芯轴8下行，当圆柱销7在凹槽12中的位置从C点运动到D点时不能向下继续运动，此时旁通接头1上的旁通孔与上芯轴3上的开孔还未对齐，泵压继续升高,当达到小球11的挤脱压力时，小球11穿过球座5，泵压下降，上芯轴3在上弹簧4的作用下上行，下芯轴8在下弹簧9的作用下上行，此时圆柱销7在凹槽12中的位置从D点运动到A’点，至此，一个循环完成。

在上芯轴上固定球座，在密封槽中装上密封圈。将上弹簧置于旁通接头的空腔内，抵在旁通接头下端的凸台上。将装配好的上芯轴置于旁通接头的空腔内，应保证轴上开孔与旁通孔周向对齐，压缩上弹簧至露出旁通接头上部的凹槽，将卡簧置于凹槽内对上芯轴进行固定。将下弹簧置于外壳体的空腔内，将下芯轴上凹槽的A点位置与外壳体上销钉孔位置对齐，放进外壳体空腔，压缩下弹簧至凹槽A点到达销钉孔位置，安装圆柱销总成。最后，将旁通接头、外壳体和下接头通过螺纹连接在一起。

正常钻进时，不投球，本发明仅起一节钻柱的作用。当井下遇到复杂情况，需要建立环空循环时，先停泵，再投球，上芯轴压缩上弹簧下行打开旁通孔，新的循环建立。当问题解决，不需要环空循环时，先停泵，再开泵，在销槽的限制作用下，上芯轴的下行位移不足以打开旁通孔，泵压持续升高，当达到小球的挤脱压力时，小球穿过球座，泵压下降，这样，一次建立环空循环和关闭环空循环的操作就完成。

实施例2：如图1、图2、图3、图4所示，

一种使用投球式遥控井下旁通接头的环空循环方法，含有以下步骤：

组装投球式遥控井下旁通接头的步骤；在上芯轴上固定球座，在密封槽中装上密封圈；将上弹簧置于旁通接头的空腔内，抵在旁通接头下端的凸台上；将装配好的上芯轴置于旁通接头的空腔内，应保证轴上开孔与旁通孔周向对齐，压缩上弹簧至露出旁通接头上部的凹槽，将卡簧置于凹槽内对上芯轴进行固定；将下弹簧置于外壳体的空腔内，将下芯轴上凹槽的A点位置与外壳体上销钉孔位置对齐，放进外壳体空腔，压缩下弹簧至凹槽A点到达销钉孔位置，安装圆柱销总成；最后，将旁通接头、外壳体和下接头通过螺纹连接在一起；

当井下遇到复杂情况，需要建立环空循环时，先停泵（此时圆柱销7位于凹槽12的A点不动），再将直径大于球座5的小球11投入钻具内落到球座5上，开泵，投球暂时堵住钻井液向下的通道，形成压力，迫使上芯轴3压缩上弹簧4下行并推动下芯轴8下行，由于下芯轴8上的凹槽与圆柱销7之间的接触作用，下芯轴8在轴向下行的同时作周向转动，当旁通接头1上的旁通孔与上芯轴3上的开孔对齐，新的循环通道打开；此过程圆柱销7在凹槽12中的位置从A点运动到B点；

当不需要环空循环时，停泵，上芯轴3在上弹簧4的作用下上行，下芯轴8在下弹簧9和圆柱销7的作用下一边轴向上行一边周向转动，此过程圆柱销7在凹槽12中的位置从B点运动到C点，再开泵，上芯轴3推动下芯轴8下行，当圆柱销7在凹槽12中的位置从C点运动到D点时不能向下继续运动，此时旁通接头1上的旁通孔与上芯轴3上的开孔还未对齐，泵压继续升高,当达到小球11的挤脱压力时，小球11穿过球座5，泵压下降，上芯轴3在上弹簧4的作用下上行，下芯轴8在下弹簧9的作用下上行，此时圆柱销7在凹槽12中的位置从D点运动到A’点，至此，一个循环完成。

如上所述，对本发明的实施例进行了详细地说明，但是只要实质上没有脱离本发明的发明点及效果可以有很多的变形，这对本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，这样的变形例也全部包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种投球式遥控井下旁通接头，其特征在于旁通接头与外壳体用螺纹连接，外壳体与下接头之间用螺纹连接；上芯轴安装在旁通接头的孔中；上弹簧安装在旁通接头与上芯轴的环形空间中；下芯轴安装在外壳体的孔中；下弹簧安装在外壳体与下芯轴的环形空间中；旁通接头上开有旁通孔，上芯轴上有与旁通孔周向对应的开孔，外表面有密封槽；下芯轴上部柱体表面开有凹槽；外壳体上开有销钉孔，下芯轴上凹槽的A点位置与外壳体上销钉孔位置对齐，圆柱销总成固定在外壳体上，圆柱销总成的端部嵌入凹槽中，用于限定下芯轴的轴向位移；卡簧固定于旁通接头的凹槽中，用于上芯轴的定位；球座固定于上芯轴的下端；

当井下遇到复杂情况，需要建立环空循环时，先停泵；此时圆柱销总成位于凹槽的A点不动，再将直径大于球座的小球投入钻具内落到球座上，开泵，投球暂时堵住钻井液向下的通道，形成压力，迫使上芯轴压缩上弹簧下行并推动下芯轴下行，由于下芯轴上的凹槽与圆柱销总成之间的接触作用，下芯轴在轴向下行的同时作周向转动，当旁通接头上的旁通孔与上芯轴上的开孔对齐，新的循环通道打开；此过程圆柱销总成在凹槽中的位置从A点运动到B点；

当不需要环空循环时，停泵，上芯轴在上弹簧的作用下上行，下芯轴在下弹簧和圆柱销总成的作用下一边轴向上行一边周向转动，此过程圆柱销总成在凹槽中的位置从B点运动到C点，再开泵，上芯轴推动下芯轴下行，当圆柱销总成在凹槽中的位置从C点运动到D点时不能向下继续运动，此时旁通接头上的旁通孔与上芯轴上的开孔还未对齐，泵压继续升高，当达到小球的挤脱压力时，小球穿过球座，泵压下降，上芯轴在上弹簧的作用下上行，下芯轴在下弹簧的作用下上行，此时圆柱销总成在凹槽中的位置从D点运动到A’点。

2.根据权利要求1所述的投球式遥控井下旁通接头，其特征是：上芯轴上的开孔与旁通接头上的旁通孔周向对应，由上芯轴的轴向位移来确定旁通孔的打开与关闭。

3.根据权利要求1所述的投球式遥控井下旁通接头，其特征是：下芯轴上端的外表面开有凹槽，固定于外壳体上的圆柱销总成的端部顶在凹槽内，使下芯轴的运动受到销槽结构的限制。

4.根据权利要求1所述的投球式遥控井下旁通接头，其特征是：正常钻进时上芯轴的开孔到旁通接头的旁通孔之间的距离等于上芯轴底部到下芯轴顶部的距离与凹槽中A点与B点的轴向距离之和。

5.根据权利要求1所述的投球式遥控井下旁通接头，其特征是：正常钻进时上芯轴的开孔到旁通接头的旁通孔之间的距离大于上芯轴底部到下芯轴顶部的距离与凹槽中C点与D点的轴向距离之和。

6.一种使用投球式遥控井下旁通接头的环空循环方法，含有以下步骤：

组装投球式遥控井下旁通接头的步骤；在上芯轴上固定球座，在上芯轴的外表面的密封槽中装上密封圈；将上弹簧置于旁通接头的空腔内，抵在旁通接头下端的凸台上；将装配好的上芯轴置于旁通接头的空腔内，应保证上芯轴上开孔与旁通孔周向对齐，压缩上弹簧至露出旁通接头上部的凹槽，将卡簧置于凹槽内对上芯轴进行固定；将下弹簧置于外壳体的空腔内，将下芯轴上凹槽的A点位置与外壳体上销钉孔位置对齐，放进外壳体空腔，压缩下弹簧至凹槽A点到达销钉孔位置，安装圆柱销总成；最后，将旁通接头、外壳体和下接头通过螺纹连接在一起；

当井下遇到复杂情况，需要建立环空循环时，先停泵；此时圆柱销总成位于凹槽的A点不动，再将直径大于球座的小球投入钻具内落到球座上，开泵，投球暂时堵住钻井液向下的通道，形成压力，迫使上芯轴压缩上弹簧下行并推动下芯轴下行，由于下芯轴上的凹槽与圆柱销总成之间的接触作用，下芯轴在轴向下行的同时作周向转动，当旁通接头上的旁通孔与上芯轴上的开孔对齐，新的循环通道打开；此过程圆柱销总成在凹槽中的位置从A点运动到B点；

当不需要环空循环时，停泵，上芯轴在上弹簧的作用下上行，下芯轴在下弹簧和圆柱销总成的作用下一边轴向上行一边周向转动，此过程圆柱销总成在凹槽中的位置从B点运动到C点，再开泵，上芯轴推动下芯轴下行，当圆柱销总成在凹槽中的位置从C点运动到D点时不能向下继续运动，此时旁通接头上的旁通孔与上芯轴上的开孔还未对齐，泵压继续升高，当达到小球的挤脱压力时，小球穿过球座，泵压下降，上芯轴在上弹簧的作用下上行，下芯轴在下弹簧的作用下上行，此时圆柱销总成在凹槽中的位置从D点运动到A’点，至此，一个循环完成。