CN104632109A - 一种能重复开闭的循环短节 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种能重复开闭的循环短节，壳体沿轴心线开有通孔，通孔包括细孔段和粗孔段，在壳体细孔段管壁径向安装有喷嘴，在壳体粗孔段管壁径向安装有呼吸孔，在壳体的通孔内套装有换位活塞；换位活塞开有通透的轴心孔，换位活塞的下端设置有台阶面，台阶面的下端面沿圆周设置有多个凸块，台阶面上侧的圆周表面开有多个J型槽，换位活塞的上端径向开有分流孔；在壳体管壁上沿圆周径向安装有多个导向销及限位销，每个导向销的内端对应插入一个J型槽中；在壳体管壁下端口内沿安装有下端盖，下端盖中套装有弹簧内筒，弹簧内筒圆周上套装有弹簧。本发明的装置，一次下井，不需起钻即可多次重复打开和关闭循环短节。
Description
技术领域
本发明属于石油机械技术领域，涉及一种能重复开闭的循环短节。
背景技术
钻井过程中将井眼中的流体分流到井眼环空常常是必须的。例如，当驱动钻井工具的流体流量不足以将井眼环空中的岩屑上返到地面时，就必须实施分流操作。在这些工况下，可以使用循环短节在维持钻井工具正常工作所需最低流量的基础上，使环空中的岩屑上返到地面。
循环短节的分流孔有打开和关闭两种状态。传统的循环短节都是通过投球来控制分流孔是否打开，投球后靠弹簧复位，这种类型的循环短节存在以下不足：1)循环短节只能复位使用一次，如需二次打开分流，必须起钻，取出投球；2)投球后，工具中内部通道不允许电缆、连续油管通过。
以上不足严重影响了循环短节使用的灵活性和广泛性。
发明内容
本发明的目的是提供一种能重复开闭的循环短节，解决了现有技术中循环短节只能复位使用一次，如需二次打开分流，必须起钻，取出投球，影响工作效率的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种能重复开闭的循环短节，壳体沿轴心线开有通孔，通孔包括细孔段和粗孔段，在壳体细孔段管壁径向安装有喷嘴，在壳体粗孔段管壁径向安装有呼吸孔，在壳体的通孔内套装有换位活塞；
换位活塞开有通透的轴心孔，换位活塞的下端设置有台阶面，台阶面的下端面沿圆周设置有多个凸块，台阶面上侧的圆周表面开有多个J型槽，换位活塞的上端径向开有分流孔；
在壳体管壁上沿圆周径向安装有多个导向销及限位销，每个导向销的内端对应插入一个J型槽中；
在壳体管壁下端口内沿安装有下端盖，下端盖中套装有弹簧内筒，弹簧内筒下端头设置有挡圈；弹簧内筒上端头向上插入换位活塞的通孔内，弹簧内筒圆周上套装有弹簧，弹簧上端通过耐磨环与凸块顶接，弹簧下端与下端盖顶接。
本发明的能重复开闭的循环短节，其特点还在于：
换位活塞为大小头结构，大头和小头均设置有密封圈。
壳体上安装有四个均布导向销、四个均布限位销，四个凸块沿90度均布，四个限位销沿90度均布，每个导向销外端通过螺纹固定在壳体上，内端插入换位活塞的J形槽中，每个限位销用于换位活塞下移预定距离时，与凸块顶接。
本发明的有益效果是，通过调节排量使换位活塞在弹簧和导向销、限位销的作用下产生不同的轴向位移，进而控制是否分流，实现对循环短节的打开与关闭，可多次重复打开关闭，不用投球，通过改变流量控制循环短节是否分流，一次下井，不需起钻即可多次重复打开和关闭循环短节，包括以下特点：1)打开和关闭的次数不受限制。2)不需投球，有大的中心通道，可以保持大的排量并且可以允许穿过电缆、连续油管。3)不需起钻即可多次重复打开和关闭循环短节，实现按需分流。4)打开与关闭速度快，受井斜角影响小。
附图说明
图1是本发明装置的结构示意图；
图2是本发明装置中的换位活塞结构示意图；
图3是本发明装置使用过程中，排量与工作状态的关系曲线图。
图中，1.壳体，2.换位活塞，3.喷嘴，4.导向销，5.耐磨环，6.弹簧，7.限位销，8.弹簧内筒，9.下端盖，10.挡圈，11.分流孔，12.凸块，13.台阶面，14.J型槽，15.呼吸孔，16.密封圈。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
参照图1、图2，本发明装置的结构是，壳体1沿轴心线开有通孔，通孔包括细孔段和粗孔段，在壳体1细孔段管壁径向安装有喷嘴3，在壳体1粗孔段管壁径向安装有呼吸孔15，在壳体1的通孔内套装有换位活塞2；
换位活塞2开有通透的轴心孔，换位活塞2的下端设置有台阶面13，台阶面13的下端面沿圆周设置有多个凸块12，台阶面13上侧的圆周表面开有多个J型槽14，换位活塞2的上端径向开有分流孔11，当换位活塞2下移一定距离时，喷嘴3会与分流孔11径向接通，实现分流；
在壳体1管壁上沿圆周径向安装有多个导向销4及限位销7，每个导向销4的内端对应插入一个J型槽14中，限位销7用于换位活塞2下移预定距离时，与凸块12顶接限制换位活塞2继续下移；
在壳体1管壁下端口内沿安装有下端盖9，下端盖9中套装有弹簧内筒8，弹簧内筒8下端头设置有挡圈10；弹簧内筒8上端头向上插入换位活塞2的通孔内，弹簧内筒8圆周上套装有弹簧6，弹簧6上端通过耐磨环5与凸块12顶接，弹簧6下端与下端盖9顶接；
壳体1上安装有四个均布导向销4、四个均布限位销7，每个导向销4外端通过螺纹固定在壳体1上，内端插入换位活塞2的J形槽14中，使换位活塞2直线运动时产生旋转；限位销7用来限制换位活塞2的位移。换位活塞2在压缩弹簧6直线运动的同时会在导向销4的作用下转动一定的角度，使得换位活塞2边旋转边移动；换位活塞2下端均布有四个凸块12，形成凸凹均布的结构，靠换位活塞2转动一定角度时相邻凸块12之间的凹陷位置顶进限位销7形成轴向位移差，实现换位活塞2上分流孔11与壳体1上喷嘴3的开关和闭合；换位活塞2通过耐磨环5间接压在弹簧6上，弹簧6下端压在下端盖9上，其内部通过弹簧内筒8将内外液体分开。
换位活塞2为大小头结构，大头和小头均设置有密封圈16。换位活塞2下端的四个凸块12沿90度均布，四个限位销7沿90度均布，凸块12与J形槽14相配合，使换位活塞2向下移动时产生不同的位移及旋转，进而控制分流孔11和喷嘴3是否连通。喷嘴3可更换孔径大小灵活控制分流比例。
实际使用过程中，本发明的循环短节有四个工作状态：即初始状态、不分流状态、换位状态、分流状态，该循环短节的工作状态由排量大小和导向销4在换位活塞2上J形槽14中的位置来决定，停泵时该循环短节处于初始状态，正常排量下处于不分流状态或分流状态，中排量下处于换位状态。不分流状态和分流状态可以通过换位状态来进行相互转换。
按照以上工作状态，扩眼器工作过程中的排量可以分为三个范围，如图3所示，在0到Q1范围内处于初始状态，在Q1到Q2范围内处于换位状态，在Q3到Q4范围内处于不分流状态和分流状态。工具入井前先在地面进行调试，使其在正常排量时处于不分流状态，将工具接入钻柱组合中。
参照图1、图3，本发明装置的工作过程是：
正常钻井时，泵的排量大于Q3，换位活塞2向下压缩弹簧6，在导向销4的作用下，换位活塞2转动，其下端的凸块12作用在定位销7上，使换位活塞2不能再向下继续压缩弹簧6，此时，喷嘴3和分流孔11没有连通，如图1所示，泥浆沿工具内通道全部向下流动。如果停泵，则换位活塞2复位，到达了开泵前的初始位置。如果不想分流，则再次开泵时，继续将泵排量保持到Q3以上即可，换位活,2将重复以上过程。如果想打开循环短节，使其分流，则再次开泵时，先将泵排量保持在Q1至Q2的范围内一段时间然后停泵，换位活塞2先压缩弹簧6再复位。此时，再次将泵排量保持在Q3以上，则换位活塞2向下压缩弹簧6，在导向销4的作用下，换位活塞2下面台阶面13作用在限位销7上，使换位活塞2不能再向下继续压缩弹簧6，此时，喷嘴3和分流孔11连通，泥浆分为两部分，一部分继续向下沿工具内部流动，另一部分经喷嘴3流向井眼环空。分流结束后，停泵，弹簧6推动换位活塞2复位，到达了开泵前的初始位置。如果想使循环短节不分流，则再次开泵时，先将泵排量保持在Q1至Q2范围内一段时间，然后再停泵，再次将泵排量保持到Q3以上时，循环短节即处于不分流状态。
上述过程简单总结为：如果将泵排量直接达到Q3以上，则循环短节保持为前一个工作状态，不分流状态或分流状态，如果想在这两个工作状态中转换，则需停泵先将泵排量保持在Q1至Q2范围内，停泵，然后再将泵排量达到Q3以上。
本发明的装置，通过调节排量使换位活塞在弹簧和导向销、定位销的作用下产生不同的轴向位移，进而控制是否分流，结构巧妙新颖、安全可靠，不用投球，通过改变流量控制循环短节是否分流，一次下井，不需起钻即可多次重复打开和关闭循环短节，实现按需分流。
Claims (3)
1.一种能重复开闭的循环短节，其特点在于：壳体(1)沿轴心线开有通孔，通孔包括细孔段和粗孔段，在壳体(1)细孔段管壁径向安装有喷嘴(3)，在壳体(1)粗孔段管壁径向安装有呼吸孔(15)，在壳体(1)的通孔内套装有换位活塞(2)；
换位活塞(2)开有通透的轴心孔，换位活塞(2)的下端设置有台阶面(13)，台阶面(13)的下端面沿圆周设置有多个凸块(12)，台阶面(13)上侧的圆周表面开有多个J型槽(14)，换位活塞2的上端径向开有分流孔(11)；
在壳体(1)管壁上沿圆周径向安装有多个导向销(4)及限位销(7)，每个导向销(4)的内端对应插入一个J型槽(14)中；
在壳体(1)管壁下端口内沿安装有下端盖(9)，下端盖(9)中套装有弹簧内筒(8)，弹簧内筒(8)下端头设置有挡圈(10)；弹簧内筒(8)上端头向上插入换位活塞(2)的通孔内，弹簧内筒(8)圆周上套装有弹簧(6)，弹簧(6)上端通过耐磨环(5)与凸块(12)顶接，弹簧(6)下端与下端盖(9)顶接。
2.根据权利要求1所述的能重复开闭的循环短节，其特点在于：所述的换位活塞(2)为大小头结构，大头和小头均设置有密封圈(16)。
3.根据权利要求1所述的能重复开闭的循环短节，其特点在于：所述的壳体(1)上安装有四个均布导向销(4)、四个均布限位销(7)，四个凸块(12)沿90度均布，四个限位销(7)沿90度均布，每个导向销(4)外端通过螺纹固定在壳体(1)上，限位销(7)用于换位活塞(2)下移预定距离时，与凸块(12)顶接限制换位活塞(2)继续下移。
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