CN104818960B - 双壁钻杆内防喷双浮动阀 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种双壁钻杆内防喷双浮动阀，该双浮动阀包括有上、下阀座和同轴滑设于上、下阀座之间的浮动阀芯；上、下阀座中心均贯通设有轴向通孔，浮动阀芯包括有同轴密封滑设于上、下阀座外壁的外层定位套筒，外层定位套筒内部横向密封设有分隔板；在所述分隔板的中心处向上凸设有一柱形封堵，在分隔板上且围绕所述柱形封堵环设有多个透孔；位于柱形封堵外侧且在上阀座与分隔板之间设有弹性元件；在上、下阀座和浮动阀芯外侧呈间隙地同轴设有一阀套，所述间隙构成一环形过流通道。钻井过程中遇到井喷时，该双浮动阀能够自行关闭，将双壁钻杆中心钻井液过流通道和双壁钻杆内管与外管之间的环空钻井液过流通道同时封闭，有效防止井喷、井涌事故发生。
Description
技术领域
本发明是关于一种双壁钻杆钻井作业内防喷工具，尤其涉及一种双壁钻杆内防喷双浮动阀。
背景技术
双壁钻杆钻井方法就是用双壁钻杆及其它辅助钻井设备进行钻井的方法。双壁钻杆的内管和外管形成的环形空间为流体流动提供了另一个通道(流道)，在双壁钻杆反循环钻井方法中，钻进时，钻井液经双壁钻杆内管和外管之间的流道注入井内，从钻头喷出清洗井眼，携带岩屑的钻井液通过流通转换接头，经双壁钻杆内管的中心过流通道向上返回地面的泥浆处理系统。
由于双壁钻杆反循环钻井方法工艺复杂，对钻井设备的密封、配套和设计有全新的要求，尤其在防止井涌、井喷方面；现有的双浮动阀为球阀式，在双浮动阀上下压差的作用下，定位套筒沿双壁钻杆轴线运动，带动旋转销旋转，旋转销带动球形阀芯同步转动，从而实现双浮动阀的开启与关闭。但是，该种现有旋塞式双浮动阀在井下高温、高压的工况下容易出现密封失效、卡死、关闭不严、带压关闭困难等问题，影响了双壁钻杆反循环钻井方法的实际应用。
由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种双壁钻杆内防喷双浮动阀，以克服现有技术的缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种双壁钻杆内防喷双浮动阀，该双浮动阀的开启或关闭由双浮动阀上、下钻井液的压差提供动力，在双浮动阀上、下钻井液的压力对比发生变化时，实现双浮动阀的自动开启或关闭，从而及时控制双壁钻杆中心过流通道和环空过流通道的开启或关闭，在遇到井喷高压流体时及时关闭中心过流通道和环空过流通道，防止井喷、井涌事故的发生。
本发明的目的是这样实现的，一种双壁钻杆内防喷双浮动阀，所述双浮动阀包括有上阀座、下阀座和同轴滑设于上、下阀座之间的浮动阀芯；上阀座中心贯通设有第一轴向通孔，下阀座中心贯通设有第二轴向通孔，所述浮动阀芯包括有同轴密封滑设于上、下阀座外壁的外层定位套筒，外层定位套筒内部横向密封设有分隔板，由该分隔板将外层定位套筒分隔为上部空间和下部空间；在所述分隔板的中心处向上部空间凸设有一柱形封堵，在分隔板上且围绕所述柱形封堵环设有多个透孔，所述多个透孔与下阀座中的第二轴向通孔导通；位于柱形封堵外侧且在上阀座与分隔板之间设有弹性元件；在上、下阀座和浮动阀芯外侧呈间隙地同轴设有一阀套，所述间隙构成一环形过流通道。
在本发明的一较佳实施方式中，所述外层定位套筒顶端的外壁周向形成上小下大的第一阶梯部；所述阀套的内壁与所述第一阶梯部相对位置形成上小下大的第二阶梯部。
在本发明的一较佳实施方式中，所述柱形封堵的顶部设有一圆台状堵头，该堵头的外侧设有减震套；所述第一阶梯部的外侧也设有减震套。
在本发明的一较佳实施方式中，所述外层定位套筒内壁与上、下阀座外壁的滑动连接部位之间分别设有密封圈。
在本发明的一较佳实施方式中，所述双浮动阀的上端连接于一第一双壁钻杆，双浮动阀的下端连接于一流动转换接头。
在本发明的一较佳实施方式中，所述阀套的上端外壁与第一双壁钻杆的外管内壁为螺纹连接，阀套的下端内壁与流动转换接头的上部外侧为螺纹连接；所述上阀座的顶端密封插设于第一双壁钻杆的内管中，所述环形过流通道与第一双壁钻杆的内、外管之间的流道导通，所述第一轴向通孔与第一双壁钻杆的内管导通，所述下阀座的底端密封插设于流动转换接头的上部内侧；所述流动转换接头内分别设有与第二轴向通孔导通的钻井液返流通道和与环形过流通道导通的钻井液注入通道。
在本发明的一较佳实施方式中，所述上阀座的顶端与第一双壁钻杆的内管之间设有密封圈；所述下阀座的底端与流动转换接头的上部内侧之间设有密封圈。
在本发明的一较佳实施方式中，所述双浮动阀的上端连接于一第一双壁钻杆，双浮动阀的下端连接于一第二双壁钻杆。
在本发明的一较佳实施方式中，所述阀套的上端外壁与第一双壁钻杆的外管内壁为螺纹连接，阀套的下端内壁与第二双壁钻杆的外管外壁为螺纹连接，所述上阀座的顶端密封插设于第一双壁钻杆的内管中，所述第一轴向通孔与第一双壁钻杆的内管导通，所述下阀座的底端密封插设于第二双壁钻杆的内管中，所述第二轴向通孔与第二双壁钻杆的内管导通，所述环形过流通道分别与第一、第二双壁钻杆的内、外管之间的流道导通。
在本发明的一较佳实施方式中，所述上阀座的顶端与第一双壁钻杆的内管之间设有密封圈；所述下阀座的底端与第二双壁钻杆的内管之间设有密封圈。
由上所述，本发明的双壁钻杆内防喷双浮动阀，当钻井过程中遇到井喷高压流体时，井底高压流体对浮动阀芯沿双壁钻杆轴线向上的液压推动力将克服弹簧对的浮动阀芯沿双壁钻杆轴线向下的弹簧力，推动浮动阀芯沿双壁钻杆轴线向上运动，直至堵头上端的减震套与上阀座第一轴向通孔内壁接触形成锥形密封，井底高压流体不能继续通过双浮动阀的中心过流通道向上涌出，双壁钻杆中心过流通道被完全封闭；外层定位套筒上端的减震套与阀套内壁形成配合密封，高压流体也不能通过双浮动阀的环空过流通道向上涌出，双浮动阀开、闭状态转换完成，双壁钻杆的外管和内管之间的环空过流通道被完全封闭。本发明在钻井过程中遇到井喷高压流体时能够自行关闭，将双壁钻杆中心钻井液过流通道和双壁钻杆内管与外管之间的环空钻井液过流通道同时封闭，有效防止井喷、井涌事故的发生。
附图说明
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：
图1：为本发明双壁钻杆内防喷双浮动阀处于开启状态时的结构示意图。
图2：为图1中C处局部放大结构示意图。
图3：为图1中A-A处剖面结构示意图。
图4：为图1侧视结构的剖视示意图。
图5：为图4中B-B处剖面结构示意图。
图6：为本发明双壁钻杆内防喷双浮动阀处于闭合状态时结构示意图。
图7：为本发明双壁钻杆内防喷双浮动阀另一实施例的结构示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。
实施例一
如图1、图2所示，本发明提出一种双壁钻杆内防喷双浮动阀100，所述双浮动阀100包括有上阀座1、下阀座2和同轴滑设于上、下阀座之间的浮动阀芯3；上、下阀座均为圆柱体，上阀座1中心贯通设有第一轴向通孔11，下阀座2中心贯通设有第二轴向通孔21(在本实施例中，第二轴向通孔21可以是上大下小的阶梯孔)，所述浮动阀芯3包括有同轴密封滑设于上、下阀座外壁的外层定位套筒31，外层定位套筒31内部横向密封设有分隔板32，由该分隔板32将外层定位套筒31分隔为上部空间33和下部空间34；在所述分隔板32的中心处向上部空间凸设有一与第一轴向通孔11轴向相对的柱形封堵35，所述柱形封堵35的直径大于等于第一轴向通孔11的直径；如图3所示，在分隔板32上且围绕所述柱形封堵35环设有多个透孔321(所述多个透孔321由四个周向均匀分布的弧形孔构成)，由此，以使上、下部空间连通，所述多个透孔321与下阀座中的第二轴向通孔21导通；位于柱形封堵35外侧且在上阀座1与分隔板32之间设有弹性元件4，该弹性元件4为一压簧；在上阀座1、下阀座2和浮动阀芯3外侧呈间隙地同轴设有一阀套5，所述间隙构成一环形过流通道L；外层定位套筒31顶端的外壁周向形成上小下大的第一阶梯部311(该第一阶梯部311的形状如同阶梯轴的形状，阶梯的尖角处可以为圆弧过渡)；所述阀套5的内壁与所述第一阶梯部311相对位置形成上小下大的第二阶梯部51(该第二阶梯部51的形状如同阶梯孔的形状)。
在本实施例中，所述柱形封堵35的顶部一体成型有一圆台状堵头351，通过该堵头531可以方便对第一轴向通孔11的封堵，该堵头351的外侧设有减震套3511；所述第一阶梯部311的外侧也设有减震套3111，当堵头351对第一轴向通孔11封堵，同时，第一阶梯部311与第二阶梯部51配合对环形过流通道L进行封堵时，可以通过相应的减震套以减小或避免产生冲击。
进一步，所述浮动阀芯3的外层定位套筒31与上阀座1、下阀座2之间的配合均采用间隙配合，以使浮动阀芯3可相对上阀座1、下阀座2沿着同轴轴线方向上下滑动；所述外层定位套筒31内壁与上、下阀座外壁的滑动连接部位之间分别设有密封圈。
在本实施例中，所述双浮动阀100的上端连接于一第一双壁钻杆6，该第一双壁钻杆6由外管61和内管62构成；双浮动阀100的下端连接于一流动转换接头7。所述阀套5的上端外壁与第一双壁钻杆的外管61内壁为螺纹连接，阀套5的下端内壁与流动转换接头7的上部外侧为螺纹连接；所述上阀座1的顶端密封插设于第一双壁钻杆的内管62中，所述环形过流通道L与第一双壁钻杆的内、外管之间的流道63导通，所述第一轴向通孔11与第一双壁钻杆的内管导通，所述下阀座2的底端密封插设于流动转换接头7的上部内侧；该流动转换接头7为现有结构，如图1、图4和图5所示，所述流动转换接头7内分别设有与第二轴向通孔21导通的钻井液返流通道71和与环形过流通道L导通的钻井液注入通道72。在本实施例中，所述流动转换接头7下端还可连接一钻具9。所述上阀座1的顶端与第一双壁钻杆的内管62之间设有密封圈；所述下阀座2的底端与流动转换接头7的上部内侧之间也设有密封圈。
所述双浮动阀100处于开启状态正常工作时，如图1、图2、图4所示，钻井液经双壁钻杆6的外管61和内管62之间的流道63、环空过流通道L以及流动转换接头7的钻井液注入通道72向下注入到钻具9处；钻井液经流动转换接头7的钻井液返流通道71、第二轴向通孔21、多个透孔321、第一轴向通孔11以及双壁钻杆6的内管62中心过流通道向上流出返回地面，此为双壁钻杆反循环钻井方式中钻井液循环状态。
当钻井过程中遇到井喷高压流体时，外层定位套筒31下方的双浮动阀100环空过流通道L内的钻井液压力高于外层定位套筒31上方的双浮动阀100环空过流通道L内的钻井液压力，第二轴向通孔21内的钻井液压力也高于第一轴向通孔11内的钻井液压力(即：下部空间34内压力大于上部空间33内压力)，上述压力差将推动浮动阀芯3沿其轴线向上克服弹性元件4轴线向下的弹力，推动浮动阀芯3沿其轴线向上运动，直至柱形封堵35的堵头351与上阀座1的第一轴向通孔11内壁接触形成锥形密封，井底高压流体不能继续通过双浮动阀100的中心过流通道向上涌出，使双壁钻杆6中心过流通道被完全封闭；同时，外层定位套筒31顶端的第一阶梯部311与阀套5内壁的第二阶梯部51恰好形成形面配合密封，高压流体也不能通过双浮动阀100的环形过流通道L向上涌出，双浮动阀100开、闭状态转换完成(如图6所示)，双壁钻杆6的外管61和内管62之间的流道63被完全封闭。
由上所述，本发明的双壁钻杆内防喷双浮动阀，当钻井过程中遇到井喷高压流体时，井底高压流体对浮动阀芯沿双壁钻杆轴线向上的液压推动力将克服弹簧对的浮动阀芯沿双壁钻杆轴线向下的弹簧力，推动浮动阀芯沿双壁钻杆轴线向上运动，直至堵头上端的减震套与上阀座第一轴向通孔内壁接触形成锥形密封，井底高压流体不能继续通过双浮动阀的中心过流通道向上涌出，双壁钻杆中心过流通道被完全封闭；外层定位套筒上端的减震套与阀套内壁形成配合密封，高压流体也不能通过双浮动阀的环空过流通道向上涌出，双浮动阀开、闭状态转换完成，双壁钻杆的外管和内管之间的环空过流通道被完全封闭。本发明在钻井过程中遇到井喷高压流体时能够自行关闭，将双壁钻杆中心钻井液过流通道和双壁钻杆内管与外管之间的环空钻井液过流通道同时封闭，有效防止井喷、井涌事故的发生。
实施例二
本实施例与实施例一的结构和工作原理基本相同，其区别在于如图7所示，本实施例中所述双浮动阀100的上端连接于一第一双壁钻杆6，双浮动阀100的下端连接于一第二双壁钻杆8。
如图7所示，所述阀套5的上端外壁与第一双壁钻杆6的外管61内壁为螺纹连接，阀套5的下端内壁与第二双壁钻杆8的外管81外壁为螺纹连接，所述上阀座1的顶端密封插设于第一双壁钻杆的内管62中，所述第一轴向通孔11与第一双壁钻杆的内管62导通，所述下阀座2的底端密封插设于第二双壁钻杆的内管82中，所述第二轴向通孔21与第二双壁钻杆的内管82导通，所述环形过流通道L分别与第一、第二双壁钻杆的内、外管之间的流道63、83导通。所述上阀座1的顶端与第一双壁钻杆的内管62之间设有密封圈；所述下阀座2的底端与第二双壁钻杆的内管82之间页设有密封圈。
本实施例其他结构、原理、运动过程及技术效果与实施例一相同，在此不再赘述。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。
Claims (10)
1.一种双壁钻杆内防喷双浮动阀，其特征在于：所述双浮动阀包括有上阀座、下阀座和同轴滑设于上、下阀座之间的浮动阀芯；上阀座中心贯通设有第一轴向通孔，下阀座中心贯通设有第二轴向通孔，所述浮动阀芯包括有同轴密封滑设于上、下阀座外壁的外层定位套筒，外层定位套筒内部横向密封设有分隔板，由该分隔板将外层定位套筒分隔为上部空间和下部空间；在所述分隔板的中心处向上部空间凸设有一柱形封堵，在分隔板上且围绕所述柱形封堵环设有多个透孔，所述多个透孔与下阀座中的第二轴向通孔导通；位于柱形封堵外侧且在上阀座与分隔板之间设有弹性元件；在上、下阀座和浮动阀芯外侧呈间隙地同轴设有一阀套，所述间隙构成一环形过流通道；所述浮动阀芯能向上滑动以封闭第一轴向通孔和环形过流通道。
2.如权利要求1所述的双壁钻杆内防喷双浮动阀，其特征在于：所述外层定位套筒顶端的外壁周向形成上小下大的第一阶梯部；所述阀套的内壁与所述第一阶梯部相对位置形成上小下大的第二阶梯部。
3.如权利要求2所述的双壁钻杆内防喷双浮动阀，其特征在于：所述柱形封堵的顶部设有一圆台状堵头，该堵头的外侧设有减震套；所述第一阶梯部的外侧也设有减震套。
4.如权利要求1所述的双壁钻杆内防喷双浮动阀，其特征在于：所述外层定位套筒内壁与上、下阀座外壁的滑动连接部位之间分别设有密封圈。
5.如权利要求2所述的双壁钻杆内防喷双浮动阀，其特征在于：所述双浮动阀的上端连接于一第一双壁钻杆，双浮动阀的下端连接于一流动转换接头。
6.如权利要求5所述的双壁钻杆内防喷双浮动阀，其特征在于：所述阀套的上端外壁与第一双壁钻杆的外管内壁为螺纹连接，阀套的下端内壁与流动转换接头的上部外侧为螺纹连接；所述上阀座的顶端密封插设于第一双壁钻杆的内管中，所述环形过流通道与第一双壁钻杆的内、外管之间的流道导通，所述第一轴向通孔与第一双壁钻杆的内管导通，所述下阀座的底端密封插设于流动转换接头的上部内侧；所述流动转换接头内分别设有与第二轴向通孔导通的钻井液返流通道和与环形过流通道导通的钻井液注入通道。
7.如权利要求6所述的双壁钻杆内防喷双浮动阀，其特征在于：所述上阀座的顶端与第一双壁钻杆的内管之间设有密封圈；所述下阀座的底端与流动转换接头的上部内侧之间设有密封圈。
8.如权利要求2所述的双壁钻杆内防喷双浮动阀，其特征在于：所述双浮动阀的上端连接于一第一双壁钻杆，双浮动阀的下端连接于一第二双壁钻杆。
9.如权利要求8所述的双壁钻杆内防喷双浮动阀，其特征在于：所述阀套的上端外壁与第一双壁钻杆的外管内壁为螺纹连接，阀套的下端内壁与第二双壁钻杆的外管外壁为螺纹连接，所述上阀座的顶端密封插设于第一双壁钻杆的内管中，所述第一轴向通孔与第一双壁钻杆的内管导通，所述下阀座的底端密封插设于第二双壁钻杆的内管中，所述第二轴向通孔与第二双壁钻杆的内管导通，所述环形过流通道分别与第一、第二双壁钻杆的内、外管之间的流道导通。
10.如权利要求9所述的双壁钻杆内防喷双浮动阀，其特征在于：所述上阀座的顶端与第一双壁钻杆的内管之间设有密封圈；所述下阀座的底端与第二双壁钻杆的内管之间设有密封圈。
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