CN104110237A - 一种反向开启的方钻杆防溅阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种密封可靠的反向开启的方钻杆防溅阀，包括接头本体，接头本体内设有外径上小下大的开口向下的中空阀体，阀体上段与接头本体上段内腔形成用于液体通过环空一，阀体下段外壁与接头本体内壁贴紧且密封配合，并通过阀芯支撑机构连接在接头本体的内表面，阀体上口敞开的中空阀芯，阀芯上段外径大于下段外径并且通过一台阶面过渡，阀芯上段与阀体内壁滑动密封配合，阀芯下段与阀体内壁之间形成一与环空一通过通孔连通的环空二，阀体内设有用于支撑阀芯的环形阀座，阀芯下端外周部设有外锥面，阀座上端内周设有与外锥面密封配合的内锥面，阀体的封闭端与阀芯的封闭端之间的空腔内设有弹力小于环空二内液体对阀芯向上的推力弹性支撑机构。

Description

一种反向开启的方钻杆防溅阀

技术领域

本发明涉及钻井工具领域，特别涉及一种用于连接钻杆与方钻杆的反向开启的方钻杆防溅阀。

背景技术

在石油钻井作业过程中，当方钻杆和钻杆卸扣后，上提方钻杆时，方钻杆及其上部水龙带、立管等内部的泥浆就会向外喷溅，这样不仅造成泥浆的浪费，并且大量泥浆喷溅在钻井平台上，恶化工作场所，钻台面湿滑，影响工人施工作业，增加安全隐患，降低工作效率。使用方钻杆防溅阀可以阻止钻井液的喷溅，但现有的防溅阀，主要有阀芯正向开启和反向开启二种结构形式，正向开启的防溅阀，阀芯直接受钻井液冲刷，存在着密封面易冲刷损坏、密封效果差、工作寿命短等问题。反向开启的防溅阀，阀座通过结构固定或安全剪切销钉固定，阀芯开启时向上运动，一旦发生故障，如阀芯被卡死等，则易产生憋泵等问题，另外阀芯频繁开启和关闭，阀座安全销钉长期受交变载荷作用，易产生疲劳破坏而剪断，致使防溅阀工作失效。

发明内容

本发明针对现有技术中方钻杆防溅阀存在问题，提供一种密封性能好，使用寿命长，并且无阀座固定结构和安全剪切销钉，可避免憋泵和安全剪切销钉疲劳剪断等问题。

本发明的目的是这样实现的，一种反向开启的方钻杆防溅阀，包括中空的并且上下贯通的接头本体，所述接头本体上端设有内螺纹，下端设有与钻杆连接的外螺纹，所述接头本体内设有一上端封闭、开口向下的并且上段外径小下段外径大的中空阀体，所述阀体上段与接头本体上段内腔形成用于液体通过环空一，阀体下段外壁与接头本体内壁贴紧且密封配合，并通过阀芯支撑机构连接在接头本体的内表面，所述阀体内设有上口敞开下端封闭的中空的阀芯，所述阀芯上段外径大于下段外径并且通过一台阶面过渡，所述阀芯大外径上段与阀体内壁滑动密封配合，所述阀芯小外径的下段与阀体内壁之间形成一与环空一通过通孔连通的环空二，所述环空二内充满压力液体时其液体压力通过台阶面对阀芯产生向上推力，所述阀体内设有用于支撑阀芯下端的环形阀座，所述阀芯下端周部设有径向变小的外锥面，所述阀座上端内周设有与外锥面密封配合的内锥面，所述阀体的封闭端与阀芯的封闭端之间的空腔内设有弹性压缩机构，所述弹性压缩机构的轴向弹力大于方钻杆及其上部泥浆的静液柱压力产生的向上推力，小于钻井泵开泵后液体循环时环空二内液体对阀芯向上的推力。

本发明的反向开启的方钻杆防溅阀，上端通过接头本体上端的内螺纹连接方钻杆至井口，下端通过接头本体下端的内螺纹与井下钻杆连接，开启钻井泵后，钻井液可通过接头本体与阀体之间的环空一以及阀体上的通孔，流入阀体和阀芯之间的环空二内，环空二内的钻井液压力对阀芯大小直径过渡的台阶面产生向上的推力作用，直至此推力克服弹性压缩机构一对阀芯的弹力，阀芯沿阀体的内壁滑动，使阀芯与阀座之间配合的密封锥面开启，从而钻井液向下的通道打开使钻井液由方钻杆进入钻杆，进行正常的钻井液循环。当需接钻杆单根作业时，钻井泵停机，阀芯在弹性压缩机构的弹力作用下复位，再次与阀座之间形成密封，钻井液通道被关闭，以阻止方钻杆内部的钻井液向外喷溅。本发明的反向开启的防溅阀结构，阀芯设置在阀体内并通过弹性压缩机构连接，钻井液通道开启和关闭对阀芯的正面冲刷少，可以延长密封部件的使用寿命，保证密封性能。

为便于限位阀芯和阀体之间的相对位置，所述弹性压缩机构包括压缩抵靠在阀体封闭端与阀芯封闭端之间空腔内的压缩弹簧，所述阀体封闭端下侧螺纹连接一向下突出的阶梯螺柱，所述阶梯螺柱的下突出端螺纹连接有弹性卡爪，所述弹性卡爪下端伸入阀芯内并且弹性卡装有凸台轴，所述凸台轴下端与阀芯的封闭端固定连接。本结构中，凸台轴上端与弹性卡爪卡装，下端与阀芯固定，弹性卡爪对凸台轴的卡装可以防止凸台轴在压缩弹簧的弹力作用下从弹性卡爪内脱离，从而可以防止阀芯与阀体分开，并且阀芯向下运动时凸台轴沿弹性卡爪有设定的滑行行程，从而可以限位阀芯相对阀体向下滑移的行程。

为防止阀芯卡死时产生憋泵，所述阀芯支撑机构包括固定连接在接头本体内的环形支撑簧座，所述接头本体与阀体贴紧密封段的下侧设有内径变小的内台阶，所述支撑簧座固定设置在内台阶上，所述支撑簧座内壁与阀体下部外壁通过螺纹连接，所述支撑簧座外壁与接头本体内壁密封配合，所述支撑簧座抵靠接头本体内台阶的端部设有径向向内凸的环形盖体，所述环形盖体与阀座下端之间设有支撑弹簧，所述支撑弹簧的弹力大于压缩弹簧的弹力，并且支撑弹簧的压缩行程大于凸台轴沿弹性卡爪设定的向下的滑移行程。本结构中，当阀芯卡死，钻井液无法向上推动阀芯运动开启阀体与阀芯的密封锥面时，环空二内的钻井液压力向下推动阀座，使阀座克服支撑弹簧的弹力向下移动从而开启阀芯与阀体之间的密封锥面，使钻井液通过。本发明的弹性支撑机构，因支撑弹簧对阀座的弹力大于压缩弹簧对阀心的弹力，可以保证阀芯未被卡死时钻井液通道正常开启，以及保证阀芯被卡死时钻进液通道的正常开启，而不会产生憋泵问题。

为便于阀座与阀体的固定，与所述阀座上端对应的阀体内设有用于抵靠阀座上端外缘的内台阶，所述阀座外壁设有两道密封槽，所述密封槽内设有与阀体内壁配合的密封圈。 

为保证环空一与环空二内的钻井液压力平衡，连通所述环空一和环空二的通孔沿所述阀体壁的周向均匀设置两至四个。

附图说明

图1为本发明的反向开启的方钻杆防溅阀结构示意图。

图2为图1在D—D处剖面图。

其中，1 接头本体；1A内螺纹；1B外螺纹；2阀体；2A环空一；2B通孔；3螺梯螺柱；4弹性卡爪；5阀芯；5A 台阶面；5B环空二；5C外锥面；6凸台轴；7压缩弹簧；8阀座；9支撑弹簧；10密封圈；11支撑簧座；11A环形盖体。

具体实施方式

 如图1和图2所示为本发明的反向开启的方钻杆防溅阀，包括中空的并且上下贯通的接头本体1，接头本体1上端设有内螺纹1A，下端设有与钻杆连接的外螺纹1B，接头本体1内设有一上端封闭、开口向下的并且上段外径小下段外径大的中空阀体2，阀体2上段与接头本体1上段内腔形成用于液体通过环空一2A，阀体2下段外壁与接头本体1内壁贴紧且密封配合，并通过阀芯支撑机构连接在接头本体1的内表面，阀体2内设有上口敞开下端封闭的中空的阀芯5，阀芯5上段外径大于下段外径并且通过一台阶面5A过渡，阀芯5大外径上段与阀体2内壁滑动密封配合，阀芯5小外径的下段与阀体2内壁之间形成一与环空一2A通过通孔2B连通的环空二5B，如图2所示，连通环空一2A和环空二5B的通孔沿阀体壁的周向均匀设置两至四个。本结构中，当环空二5B内充满压力液体时其液体压力通过台阶面5A对阀芯5产生向上推力，阀体2内设有用于支撑阀芯5下端的环形阀座8，阀芯5下端周部设有径向变小的外锥面5C，阀座8上端内周设有与外锥面5C密封配合的内锥面，阀体2的封闭端与阀芯5的封闭端之间的空腔内设有弹性压缩机构，弹性压缩机构的轴向弹力大于方钻杆及其上部泥浆的静液柱压力产生的向上推力，小于钻井泵开泵后液体循环时环空二5B内液体对阀芯的台阶面5A向上的推力，以便于正常钻井时开启阀芯5与阀座8之间的密封锥面，以及钻井泵停泵后阀芯5与阀座8之间的密封。

为便于阀芯5和阀体2安装固定，其中上述弹性压缩机构包括压缩抵靠在阀体2封闭端与阀芯5封闭端之间空腔内的压缩弹簧7，阀体2封闭端下侧螺纹连接一向下突出的阶梯螺柱3，该阶梯螺柱3的下突出端螺纹连接有弹性卡爪4，弹性卡爪4下端伸入阀芯5内并且弹性卡装有凸台轴6，凸台轴6下端与阀芯5的封闭端通过螺纹固定连接。本结构中的凸台轴6上端与弹性卡爪4卡装，下端与阀芯5固定，弹性卡爪4对凸台轴6的卡装可以防止凸台轴6在压缩弹簧7的弹力作用下从弹性卡爪4内脱离，从而可以防止阀芯5与阀体2分开，并且阀芯5向下运动时凸台轴6沿弹性卡爪4有设定的滑行行程，从而可以限位阀芯5相对阀体2滑移的行程。

为防止阀芯5卡死时产生憋泵，阀芯支撑机构包括固定连接在接头本体1内的环形支撑簧座11，接头本体1与阀体2贴紧密封段的下侧设有内径变小的内台阶，支撑簧座11固定设置在内台阶上，支撑簧座11内壁与阀体2下部外壁通过螺纹连接，支撑簧座11外壁与接头本体1内壁密封配合，支撑簧座11抵靠接头本体1内台阶的端部设有径向向内凸的环形盖体11A，环形盖体11A与阀座8下端之间设有支撑弹簧9，支撑弹簧9的弹力大于压缩弹簧7的弹力，并且支撑弹簧9的压缩行程大于凸台轴6沿弹性卡爪4设定的向下的滑移行程。本结构中，当阀芯5卡死，钻井液无法向上推动阀芯5运动开启阀体2与阀芯5的密封锥面时，环空二5B内的钻井液压力进一步升高并向下推动阀座8，使阀座8克服支撑弹簧9的弹力向下移动从而开启阀芯5与阀体2之间的密封锥面，使钻井液通过。本发明的弹性支撑机构，因支撑弹簧9对阀座8的弹力大于压缩弹簧7对阀心5的弹力，可以保证阀芯5未被卡死时钻井液通道正常开启，以保证阀芯5被卡死时钻进液通道的正常开启，而不会产生憋泵问题。

为便于阀座8与阀体2的固定，与阀座8上端对应的阀体2内设有用于抵靠阀座8上端外缘的内台阶，阀座8外壁设有两道密封槽，密封槽内设有与阀体2内壁配合的密封圈。 本结构中，阀座8上端通过阀体2上设置的内台阶限位固定，下端通过支撑弹簧 9抵靠并有缓冲作用，省去了阀座固定结构和剪切销钉，避免阀座固定失效。

本发明的反向开启的方钻杆防溅阀，上端通过接头本体1上端的内螺纹1A连接方钻杆至井口，下端通过接头本体1下端的内螺纹1B与井下钻杆连接，开启钻井泵后，钻井液可通过接头本体1与阀体2之间的环空一2A以及阀体2上的通孔2B，流入阀体2和阀芯5之间的环空二5B内，环空二5B内的钻进井液压力对阀芯5大小直径过滤的台阶面5A产生向上的推力作用，直至此推力克服压缩弹簧7阀芯5的弹力，阀芯7沿阀体2的内壁滑动，使阀芯5与阀座8之间配合的密封锥面开启，从而钻井液向下的通道打开使钻井液由方钻杆进入钻杆，进行正常的钻井液循环；当需接钻杆单根作业时，钻井泵停机，阀芯5在压缩弹簧7弹力作用下复位，再次与阀座8之间形成密封，钻井液通道被关闭，以阻止方钻杆内部的钻井液向外喷溅；当阀芯5卡死，钻井液无法向上推动阀芯5运动开启阀体2与阀芯5的密封锥面时，环空二5B内的钻井液压力进一步升高并向下推动阀座8，使阀座8克服支撑弹簧9的弹力向下移动从而开启阀芯5与阀体2之间的密封锥面，使钻井液通过。

 因此本发明的反向开启的方钻杆防溅阀， 利用反向开启的阀芯可减少钻井液对阀芯的正面冲刷，延长了密封部件的使用寿命，保证了密封性能。阀座通过弹力支撑机构支撑具有缓冲性能，并在阀芯卡死的情况下，能打开钻井液通道，避免产生憋泵或阀座安全销钉易疲劳而剪断的问题,本发明可减少泥浆浪费，改善钻井工作环境，减少安全隐患。

Claims (5)

1.一种反向开启的方钻杆防溅阀，包括中空的并且上下贯通的接头本体，所述接头本体上端设有内螺纹，下端设有与钻杆连接的外螺纹，其特征在于，所述接头本体内设有一上端封闭、下端敞开的并且上段外径小下段外径大的中空阀体，所述阀体上段与接头本体上段内腔形成用于液体通过的环空一，阀体下段外壁与接头本体内壁贴紧且密封配合，并通过阀芯支撑机构连接在接头本体的内表面，所述阀体内设有上口敞开下端封闭的中空的阀芯，所述阀芯上段外径大于下段外径并且通过一台阶面过渡，所述阀芯大外径上段与阀体内壁滑动密封配合，所述阀芯小外径的下段与阀体内壁之间形成一与环空一通过通孔连通的环空二，所述环空二内充满压力液体时其液体压力通过台阶面对阀芯产生向上推力，所述阀体内设有用于支撑阀芯下端的环形阀座，所述阀芯下端周部设有径向变小的外锥面，所述阀座上端内周设有与外锥面密封配合的内锥面，所述阀体的封闭端与阀芯的封闭端之间的空腔内设有弹性压缩机构，所述弹性压缩机构的轴向弹力大于方钻杆及其上部泥浆的静液柱压力产生的向上推力，小于钻井泵开泵后液体循环时环空二内液体对阀芯向上的推力。

2.根据权利要求1所述的反向开启的方钻杆防溅阀，其特征在于，所述弹性压缩机构包括压缩抵靠在阀体封闭端与阀芯封闭端之间空腔内的压缩弹簧，所述阀体封闭端下侧螺纹连接一向下突出的阶梯螺柱，所述阶梯螺柱的下突出端螺纹连接有弹性卡爪，所述弹性卡爪下端伸入阀芯内并且弹性卡装有凸台轴，所述凸台轴下端与阀芯的封闭端固定连接。

3. 根据权利要求2所述的反向开启的方钻杆防溅阀，其特征在于，所述阀芯支撑机构包括固定连接在接头本体内的环形支撑簧座，所述接头本体与阀体贴紧密封段的下侧设有内径变小的内台阶，所述支撑簧座固定设置在内台阶上，所述支撑簧座内壁与阀体下部外壁通过螺纹连接，所述支撑簧座外壁与接头本体内壁密封配合，所述支撑簧座抵靠接头本体内台阶的端部设有径向向内凸的环形盖体，所述环形盖体与阀座下端之间设有支撑弹簧，所述支撑弹簧的弹力大于压缩弹簧的弹力，并且支撑弹簧的压缩行程大于凸台轴沿弹性卡爪设定的向下的滑移行程。

4.根据权利要求2所述的反向开启的方钻杆防溅阀，其特征在于，与所述阀座上端对应的阀体内设有用于抵靠阀座上端外缘的内台阶，所述阀座外壁设有两道密封槽，所述密封槽内设有与阀体内壁配合的密封圈。

5. 根据权利要求2所述的反向开启的方钻杆防溅阀，其特征在于，连通所述环空一和环空二的通孔沿所述阀体壁的周向均匀设置两至四个。