CN104563930B - 一种双流道方向控制短接装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双流道方向控制短接装置，该装置连接在双层管的内层管和外层管的下端。该装置包括外层流道单向阀、流体转向短接和内层流道单向阀。外层流道单向阀包括阀芯A、外层密封圈A、内层密封圈A和弹簧A，可以实现对外层流道内流体的方向控制；流体转向短接可以实现内层流道与井眼环空的连通；内层流道单向阀包括阀芯C、阀座C、阀体C和弹簧C，可以实现对内层流道内流体的方向控制。该装置可以将经过外层流道进入井眼环空的流体导流到内层流道，并且可以实现内层流道和外层流道与井底流体的隔离。本发明装置具有结构简单、方向控制可靠以及降低开泵时井底压力波动的优点。

Description

一种双流道方向控制短接装置
技术领域
本发明涉及流体方向控制短接装置，尤其涉及一种在双层管的双流道中进行流体方向控制的短接装置。
背景技术
随着石油钻探技术的不断进步，逐渐出现了双层钻杆低压钻井技术、中心取样钻探技术和rellwell钻井技术，这些技术都是以双层管（双层钻杆）为设备基础。双层管的内层管内部形成内层流道，内层管和外层管之间形成外层流道。在钻井过程中，特别是利用基于双层管的rellwell钻井技术进行循环钻井时，要求地面的钻井流体可以经过外层流道和钻头水眼到达井底实现岩屑清洗，而携带岩屑的钻井流体可以经过套管环空进入双层管的内层流道，从而携带岩屑到达地面。停泵后，要求通过井底双流道方向控制短接装置来封隔井底流体。开泵时，当双流道方向控制短接装置处的压力低于地层处井底压力时，双层管外层流道内的流体可以直接进入内层流道，然后到达地面形成循环；当双流道方向控制短接装置处的压力高于地层处井底压力时，方向控制短接装置打开，外层流道中的流体经过钻头进入井底，实现钻进时的循环过程。这种双层管的流体循环控制方法可以通过井下双流道流体方向控制短接装置来实现。在专利US20100276143A1中提到了一种在井下双层管中应用的方向控制短接装置，这种短接装置采用球阀结构，球阀的开启与关闭通过球阀旋转机构来实现，结构比较复杂，而且如果钻井流体排量变化有可能会出现球阀半开半关的情况，导致球阀阀芯的磨损，影响密封的可靠性。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术存在的问题，提供一种方向控制可靠、简单方便、实现钻井全过程中钻井流体的方向控制和压力控制的双流道方向控制短接装置。
为实现上述目的，本发明采用以下设计方案：
一种双流道方向控制短接装置，该装置连接在双层管的内层管和外层管的下端，内层管内部形成内层流道，内层管和外层管之间形成外层流道，所述方向控制短接装置包括外层流道单向阀、流体转向短接和内层流道单向阀。
外层流道单向阀包括阀芯A、外层密封圈A、内层密封圈A和弹簧A；阀芯A安装在内层管和外层管之间；阀芯A与内层管之间通过内层密封圈A密封；在双层管外层流道单向阀关闭时，阀芯A与外层管之间通过外层密封圈A密封；阀芯A的下部安装弹簧A；内层管径向加工有通孔D，阀芯A径向加工有通孔A，在外层流道单向阀关闭时，外层流道通过通孔A、通孔D和内层流道连通。
外层流道单向阀下部连接流体转向短接，在流体转向短接的本体上加工有径向通孔B和轴向通孔B；外层流道在外层流道单向阀打开后，可以通过轴向通孔B与流体转向短接下部流道连通；内层流道与外层管的外部空间通过径向通孔B连通。
流体转向短接的下部连接内层流道单向阀，内层流道单向阀包括阀芯C、阀座C、阀体C和弹簧C；阀座C安装在阀体C的内部；阀座C轴向加工盲孔；阀芯C下部安装弹簧C，并且插入阀座C盲孔内，阀芯C与盲孔利用密封圈密封；阀芯C上部插入流体转向短接的内层流道内；阀座C上加工有轴向孔道将阀座C的上下空间连通；阀座C上加工有径向孔道，分别与阀座C轴向盲孔和阀体C径向加工的通孔连通。
所述的流体转向短接与内层流道单向阀的外壳可以做成一个整体。
上述方案进一步包括：
所述的内层流道单向阀的阀座C与阀体C和阀芯C之间最好安装密封圈。
所述的阀芯A内壁与内层管之间通过内层密封圈A构成轴向滑动密封配合，阀芯A中部的外凸沿与外层管之间通过外层密封圈A构成上止点滑动密封配合。
外层流道单向阀的外层管下端通过螺纹与流体转向短接的本体密封连接，外层流道单向阀的内层管下部与流体转向短接的本体密封插接。
本发明的优点是：(1)外层流道单向阀与外层管之间依靠密封圈辅助密封，增加了密封的可靠性；(2)内层流道单向阀阀芯下端与套管环空连通，由于循环时环空压力小于外层流道内的压力（钻头压降导致），可以保证内层流道单向阀的开启状态，从而保证方向控制的可靠性；（3）内外层流道单向阀打开之前可以从外层流道和内层流道内进行流体循环，从而减少了直接开泵时对井底压力造成的压力激动。
附图说明
图1是本发明一种双流道方向控制短接装置在单向阀关闭状态的示意图。
图2是本发明一种双流道方向控制短接装置在单向阀打开状态示意图。
图中 1.外层流道单向阀，2.流体转向短接，3.内层流道单向阀，4. 内层管，5.外层管，6.通孔D，10. 通孔A，11. 阀芯A，12. 外层密封圈A，13. 内层密封圈A，14. 弹簧A，20. 流体转向短接本体, 21.径向通孔B, 22.轴向通孔B, 30.阀芯C, 31. 阀座C, 32. 弹簧C, 33. 阀体C径向通孔, 34. 阀座C径向孔道, 35. 阀体C, 36. 阀座C盲孔, 37. 阀座C轴向孔道。
具体实施方式
下面结合附图1和附图2对本发明作进一步描述：
实施例1
一种双流道方向控制短接装置包括外层流道单向阀1、流体转向短接2和内层流道单向阀3。该装置连接在双层管的内层管4和外层管5的下端，内层管4内部形成内层流道，内层管4和外层管5之间形成外层流道。
外层流道单向阀1包括阀芯A11、外层密封圈A12、内层密封圈A13和弹簧A14；阀芯A11 安装在内层管4和外层管5之间；阀芯A11与内层管4之间通过内层密封圈A13密封；在双层管外层流道单向阀1关闭时，阀芯A11与外层管5之间通过外层密封圈A12密封；阀芯A11的下部安装弹簧A14；内层管4径向加工有通孔D6，阀芯A11径向加工有通孔A10，在外层流道单向阀1关闭时，外层流道通过通孔A10、通孔D6和内层流道连通；
外层流道单向阀1下部连接流体转向短接2，在流体转向短接2的本体20上加工有径向通孔21和轴向通孔22；外层流道在外层流道单向阀1打开后，可以通过轴向通孔B22与流体转向短接2下部流道连通；内层流道与外层管5的外部空间通过径向通孔B21连通；
流体转向短接2 的下部连接内层流道单向阀3，两者的外壳做成一个整体。内层流道单向阀3包括阀芯C30、阀座C 31、阀体C35和弹簧C32；阀座C31安装在阀体C35的内部；阀座C31轴向加工盲孔36；阀芯C30下部安装弹簧C32，并且插入阀座C的盲孔36内，阀芯C30与盲孔36利用密封圈密封；阀芯C30上部插入流体转向短接2的内层流道内；阀座C31上加工有轴向孔道37将阀座C31的上下空间连通；阀座C31上加工有径向孔道34，分别与阀座C31轴向盲孔36和阀体C35径向加工的通孔33连通。内层流道单向阀(3)的阀座C (31)与阀体C (35)之间安装密封圈。
其工作原理是：停泵时，流体停止循环，外层流道单向阀1和内层流道单向阀3关闭，分别封隔外层流道和内层流道下部流体。
开泵后，从外层流道向下注入流体，当外层流道单向阀2上部压力低于地层的井底压力时，流体经过外层流道单向阀1的通孔A10和内层管4的通孔D6进入内层流道，然后循环到地面（流体的流动路径如图1中箭头A所示）；当外层流道单向阀1上部压力高于地层的井底压力时，外层流道单向阀1打开，内层流道单向阀3也顺次打开，流体依次经过外层流道单向阀1、流体转向短接2的轴向通孔22、内层流体单向阀3的轴向孔道37进入外层管5的外部井眼环空，环空内流体然后经过流体转向短接2的径向通孔21进入内层流道，最后到达地面（流体的流动路径如图2中箭头B所示）。
在实施例1的基础上进行如下调整：
实施例2，所述的流体转向短接与内层流道单向阀的外壳（即本体20和阀体35）采用分体连接方式。
实施例3，简化或者省略实施例1中的密封圈，通过精细加工，达到上下阀芯与其结合面的滑动密封配合。
实施例4，外层流道单向阀的外层管下端通过螺纹（或者直接焊接方式）与流体转向短接的本体密封连接，外层流道单向阀的内层管下部与流体转向短接的本体密封插接。

Claims (5)

1.一种双流道方向控制短接装置，包括内层管(4)和外层管(5)套装后的双层管，其特征在于：在双层管的下端连接方向控制短接装置；该方向控制短接装置包括外层流道单向阀(1)、流体转向短接(2)和内层流道单向阀(3)；其中：
外层流道单向阀(1)包括阀芯A(11)和弹簧A(14)；阀芯A(11) 安装在内层管(4)和外层管(5)之间，阀芯A(11)内壁与内层管(4)之间构成轴向滑动密封配合，阀芯A(11)中部设有局部外凸沿，该外凸沿与外层管(5)之间通过外层管(5)下部的阶梯凹沿构成上止点滑动密封配合，阀芯A(11)的下部安装弹簧A(14)，阀芯A(11)上部径向加工有通孔A(10)，在阀芯A(11)外凸沿处在外层管(5)的上止点位置时，内层管(4) 径向加工有与阀芯A(11)通孔A(10)贯通的通孔D(6)，构成连通内层管（4）内的内层流道与内层管(4)和外层管(5)之间的外层流道的径向贯通通道；
外层流道单向阀(1)下部连接流体转向短接(2)，在流体转向短接(2)的本体(20)上加工有轴向通孔B (22)和径向通孔B (21)，轴向通孔B (22)分别与上、下外层流道贯通，径向通孔B (21)与上方内层流道和外层管(5)的外部空间连通；
流体转向短接(2) 的下部连接内层流道单向阀(3)，内层流道单向阀(3)包括阀芯C(30)、阀座C (31)、阀体C(35)和弹簧C(32)，阀座C(31)固连在阀体C(35)的内部，阀座C(31)轴向加工阀座C的盲孔(36)，阀芯C(30)下部安装弹簧C(32)，并且插入阀座C的盲孔(36)内，阀芯C(30)下部与阀座C的盲孔(36)构成轴向滑动密封配合，阀芯C(30)上部带有凸头，凸头部分插入流体转向短接(2)的内层流道内，并构成密封配合，阀座C的盲孔(36)外围加工有轴向孔道(37)，该轴向孔道(37)将阀座C(31)的上下空间连通，阀座C(31)上加工有径向孔道(34)，该径向孔道(34)分别与阀座C(31)轴向盲孔(36)和阀体C(35)径向加工的通孔(33)连通。
2.根据权利要求1所述的双流道方向控制短接装置，其特征在于：所述的流体转向短接(2) 的本体(20)与内层流道单向阀(3)的阀体C(35)为一个整体。
3.根据权利要求1或2所述的双流道方向控制短接装置，其特征在于：所述的内层流道单向阀(3)的阀座C (31)外壁与阀体C (35)之间安装密封圈，内壁与阀芯C(30)之间安装密封圈。
4.根据权利要求1或2所述的双流道方向控制短接装置，其特征在于：所述的阀芯A(11)内壁与内层管(4)之间通过内层密封圈A(13)构成轴向滑动密封配合，阀芯A(11)中部的外凸沿与外层管(5)之间通过外层密封圈A(12)构成上止点滑动密封配合。
5.根据权利要求1或2所述的双流道方向控制短接装置，其特征在于：外层流道单向阀(1)的外层管(5) 下端通过螺纹与流体转向短接(2)的本体（20）密封连接，外层流道单向阀(1)的内层管(4)下部与流体转向短接(2)的本体（20）密封插接。
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