CN104879091A - 一体式随钻堵漏循环控制阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种一体式随钻堵漏循环控制阀，包括转换接头、阀体、压轴套、导向轴套、芯轴、导引管、球座、工作弹簧、挡环、阻流活动块、阻流弹簧、限位轴套和捕球器，所述压轴套、所述导向轴套和所述芯轴之间配合形成导向机构，所述阀体、芯轴、导引管和阻流活动块构成密闭空间，并在密闭空间内设置工作弹簧，在阀体和芯轴的侧壁上沿圆周方向均形成有至少两个循环孔，阀体上的循环孔和芯轴上的循环孔在初始状态分别位于球座下部和上部，所述球座设置芯轴内且位于芯轴上的循环孔下部，通过各部件之间配合，当遇到漏层需要堵漏时，无需起下钻，通过地面投球方式控制开关，即可进行多次堵漏施工作业，该控制阀设计合理、结构简单、随钻具组合下入钻井且不影响正常钻井作业。

Description

一体式随钻堵漏循环控制阀

技术领域

本发明涉及钻井技术领域，具体而言，涉及一种一体式随钻堵漏循环控制阀。

背景技术

近年来，随着油气勘探开发的发展，深井、复杂井和特殊工艺井的数量逐年上升，油田的井漏问题的越来越突出，发生漏失井数量和漏失损失表现出逐年增加的势头，而井漏问题是钻井过程中十分棘手的难题，往往会浪费大量的人力、财力和时间，严重的井漏会引发井壁坍塌、卡钻和井喷事故，甚至会使一口井报废，造成巨大的经济损失。虽然人们提出并研制了许多堵漏技术和方法，但是钻井井漏问题至今仍未得到有效解决。

井漏的一般处理方法有静止堵漏、颗粒桥塞堵漏、用高失水浆液堵漏、暂堵法、无机胶凝物质堵漏法、复合堵漏技术、强行钻进套管封隔技术等。对于复杂地层井漏处理，国内外在堵漏材料、堵漏工具和工艺方法方面都有一定的研究。对于特大洞穴、裂缝、盐层底部地层、多套压力体系地层、又喷又漏的地层、低压地层、水层、调整井的漏失是世界公认的难题，也是钻井事故中的灾难性事故。针对这些问题，在现有堵漏技术的基础上，目前又发展了工具堵漏、各种聚合物-胶联剂段塞和合成石墨粉堵漏等。现有堵漏工具助堵工具、注入工具、封隔工具、输送工具和混合工具五类，在实际应用中，根据不同的堵漏方法和工艺来选择相应的堵漏工具，不仅可以提高堵漏成功率和堵漏质量，还能缩短时间和减少人力物力消耗，尤其适用于一些比较复杂的井漏情况。

因此，堵漏工具已成为对付井漏的一种重要手段。据报道，美国国民油井公司设计出的循环堵漏短节，能够进行无限次的随钻堵漏作业，有效保护BHA钻具组合；而DSI公司研发的一体式随钻旁通阀，在使用涡轮、井下马达或取芯作业过程中发生井漏时，可在地面上多次通过液压控制旁通阀的开关进行堵漏作业。然而国外的堵漏工具虽然比较先进，但价格昂贵且租赁费用高，而我国在堵漏工具研究方面也提出了一些漏堵漏方法，如采用在钻头和钻铤之间安装旋转射流器，使其在漏层的井壁上形成一层低渗、牢固的泥饼，提高井壁的承压能力，但此方法主要适用于孔隙和裂缝性漏层的井漏，虽然对防漏堵漏有一定的效果，但是钻具底部无法连接螺杆钻具、随钻测斜仪等高精密工具，因此国内目前还没有在有些油气井钻探中成功应用随钻堵漏循环短节技术和配套工具，为了降低购置租赁费用，急需研制一种这样的工具。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种设计合理、结构简单、随钻具一起组合下入钻井且不影响正常钻井作业的一体式随钻堵漏循环控制阀。

为此，本发明的技术方案如下：

一种一体式随钻堵漏循环控制阀，包括转换接头、阀体、压轴套、导向轴套、芯轴、导引管、球座、工作弹簧、挡环、阻流活动块、阻流弹簧、限位轴套和捕球器。

所述转换接头中心形成有通孔，所述阀体的一端套装在所述转换接头上，使所述转换接头相对于所述阀体的内侧形成具有支撑作用的台肩，其中，所述阀体和所述转换接头之间为固定连接。在所述转换接头的内壁上形成有连接内螺纹，在所述阀体的另一端端部向内收缩并形成有连接外螺纹。

所述压轴套设置在所述阀体内且所述压轴套内形成有容纳导向轴套和所述芯轴的空间，所述芯轴套装在所述压轴套上，在所述芯轴内壁上形成有一环形台阶，使所述压轴套的一端顶在所述转换接头的端部、另一端顶在所述环形台阶上，所述导向轴套套装在所述芯轴上，所述导向轴套一端顶在所述转换接头的端部、另一端顶在所述阀体内侧形成的第一台肩上。

优选地，在所述芯轴和所述导向轴套之间设置有导引块，所述导引块可以在所述压轴套、所述导向轴套和所述芯轴之间形成的导向槽中移动，有效防止芯轴在往复运动中发生径向转动。

在所述芯轴内壁形成的所述环形台阶上形成有一环形凸台，所述球座设置在所述环形凸台的上端，所述导引管的一端套装并连接在所述芯轴内壁上且该端端部顶在所述环形凸台的下端，所述导引管与所述芯轴内壁之间为螺纹连接。

在所述阀体和所述芯轴的侧壁上沿圆周方向均形成有至少两个循环孔，所述阀体上的循环孔和所述芯轴上的循环孔在初始状态分别位于所述球座下部和上部且所述阀体上的循环孔和所述芯轴上的循环孔的数目和位置相互对应，使芯轴下行运动至与所述阀体上的循环孔连通，即达该装置的旁通状态，即可进行堵漏施工作业。

所述挡环套装在所述导引管上且所述挡环与所述阀体之间留有空隙，所述限位轴套套装在所述导引管上，所述限位轴套一端顶在所述挡环上，另一端顶在所述阀体内侧形成的第二台肩上，所述阻流活动块套装在所述限位轴套上。

在所述阀体和所述导引管之间、所述阀体和所述限位轴套之间均留有空间，所述工作弹簧和所述阻流弹簧分别套装在所述导引管和所述限位轴套上，使所述工作弹簧一端压在所述阻流活动块上、另一端压在所述挡环上，使所述阻流弹簧一端压在所述芯轴端部、另一端压在所述限位轴套端部形成的台肩上。

在阻流活动块的下端安装阻流弹簧，当工作弹簧下行为压缩状态时，液压油经过挡环与阀体之间的间隙推动阻流活动块下行，推动阻流活动块压缩阻流弹簧，所述限位轴套和所述阀体之间未设置密封圈留有间隙，使井内流体通过限位轴套与阀体之间的间隙进入井筒内，不会形成死腔。

当投球憋压后，芯轴与导引管下行，压缩工作弹簧，直到芯轴循环孔与阀体循环孔对齐，形成堵漏作业的流通通道。工作弹簧的上端固定在芯轴上，下端固定在挡环上，挡环与阀体直接留有间隙，同时限位轴套与阀体之间安装有阻流活动块，并分别与阀体和限位轴套密封配合，在限位轴套与阻流活动块之间安装有弹簧。当芯轴下行压缩工作弹簧的同时，压缩密封腔内的液压油，液压油经过挡环与阀体之间的间隙，推动阻流活动块下行，压缩下弹簧。当工作弹簧恢复后，阻流活动块也在下弹簧的恢复力作业下回到原来的位置。

在所述阀体侧壁上且位于档环上方形成有至少一个油孔，所述油孔用于向阀体、芯轴、导引管和阻流活动块构成的密闭空间内注入或更换润滑油，所述油孔平时采用丝堵堵住。

所述捕球器设置在所述阀体的底部，在所述阀体底部内侧设置有卡簧，所述捕球器与所述阀体底部螺纹连接。在阀体下端安装有捕球器，保证所投的球不会进入底部钻具组合，堵塞底部钻具组合。捕球器与阀体采用螺纹连接，并安装有卡簧挡圈，安全可靠、易于操作。

优选地，在所述阀体与所述压轴套之间、在所述压轴套与所述芯轴之间、在所述导向轴套与所述芯轴之间均相互配合形成密封，使导引块处于密闭的空间内。

优选地，在所述芯轴与所述球座之间相互配合形成密封。

优选地，在所述导向轴套端部与所述阀体内侧形成的第一台肩之间设置有密封组，密封效果好，寿命长。

优选地，在所述阀体与所述芯轴之间、在所述导引管与所述限位轴套之间、在所述阻流活动块与所述限位轴套之间和在所述阀体与所述阻流活动块之间均相互配合形成密封。使工作弹簧安置在阀体、芯轴、导引管和阻流活动块构成的密闭空间内，其空间内装有润滑油，不仅可以润滑弹簧和芯轴，而且还能有效防止工作弹簧暴露于井内流体中。

与现有技术相比，该一体式随钻堵漏循环控制阀设计合理、结构简单，根据随钻堵漏施工设计的要求，随钻具一起下入，不影响正常钻进；当遇到漏层需要堵漏时，无需起下钻，能有效避免堵塞或腐蚀油井底部钻具组合。通过地面投球方式控制开关，可进行多次堵漏施工作业。经表面处理后一体式随钻堵漏循环控制阀，密封可靠，可满足多次堵漏施工作业需求。

附图说明

图1是本发明一体式随钻堵漏循环控制阀的结构示意图；

图2是图1的A1部分的结构示意图；

图3是图1的A2部分的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1～3所示，该一体式随钻堵漏循环控制阀包括转换接头1、阀体2、压轴套3、导向轴套4、芯轴8、导引管9、球座10、工作弹簧11、挡环12、阻流活动块13、阻流弹簧14、限位轴套15和捕球器16，其中：

所述转换接头1中心形成有通孔，所述阀体2的一端套装在所述转换接头1上，所述压轴套3设置在所述阀体2内且所述压轴套3内形成有容纳导向轴套4和所述芯轴8的空间，所述芯轴8套装在所述压轴套3上，在所述芯轴8内壁上形成有一环形台阶，使所述压轴套3的一端顶在所述转换接头1的端部、另一端顶在所述环形台阶上，所述导向轴套4套装在所述芯轴8上，所述导向轴套4一端顶在所述转换接头1的端部、另一端顶在所述阀体2内侧形成的第一台肩上，在所述芯轴8和所述导向轴套4之间设置有导引块28；

在所述芯轴8内壁形成的所述环形台阶上形成有一环形凸台，所述球座10设置在所述环形凸台的上端，所述导引管9的一端套装并连接在所述芯轴8内壁上且该端端部顶在所述环形凸台的下端，在所述阀体2和所述芯轴8的侧壁上沿圆周方向均形成有至少两个循环孔29，所述阀体2上的循环孔29和所述芯轴8上的循环孔29在初始状态分别位于所述球座10下部和上部且所述阀体2上的循环孔29和所述芯轴8上的循环孔29的数目和位置相互对应；

所述挡环12套装在所述导引管9上且所述挡环12与所述阀体2之间留有空隙，所述限位轴套15套装在所述导引管9上，所述限位轴套15一端顶在所述挡环12上，另一端顶在所述阀体2内侧形成的第二台肩上，所述阻流活动块13套装在所述限位轴套15上，在所述阀体2和所述导引管9之间、所述阀体2和所述限位轴套15之间均留有空间，所述工作弹簧11和所述阻流弹簧14分别套装在所述导引管9和所述限位轴套15上，使所述工作弹簧11一端压在所述阻流活动块13上、另一端压在所述挡环12上，使所述阻流弹簧14一端压在所述芯轴8端部、另一端压在所述限位轴套15端部形成的台肩上，所述捕球器16设置在所述阀体2的底部。

以下为该一体式随钻堵漏循环控制阀的一个具体实施例：

一种一体式随钻堵漏循环控制阀，包括转换接头1、阀体2、压轴套3、导向轴套4、芯轴8、导引管9、球座10、工作弹簧11、挡环12、阻流活动块13、阻流弹簧14、限位轴套15和捕球器16，其中：

所述转换接头1为中心形成有通孔的圆柱体，所述转换接头1下部向内收缩形成一倒锥形，所述阀体2的一端套装在所述转换接头1上并与之焊接为一体，

在所述转换接头1的端口部内壁上形成有连接内螺纹，所述阀体2的另一端端部向内收缩并在收缩处形成有连接外螺纹，用于与钻井工具连接；

所述阀体2套装在所述转换接头1上，使所述转换接头1相对于所述阀体2的内侧形成具有支撑作用的台肩，所述压轴套3设置在所述阀体2内且所述压轴套3内形成有容纳导向轴套4和所述芯轴8的空间，所述芯轴8套装在所述压轴套3上，在所述芯轴8内壁上形成有一环形台阶，使所述压轴套3的一端顶在所述转换接头1的端部(即所述转换接头1相对于所述阀体2的内侧形成具有支撑作用的台肩)、另一端顶在所述芯轴8内壁上形成的环形台阶上，所述导向轴套4套装在所述芯轴8上，所述导向轴套4一端顶在所述转换接头1的端部(即所述转换接头1相对于所述阀体2的内侧形成具有支撑作用的台肩)、另一端通过设置在所述阀体2内侧第一台肩上的密封圈组顶在所述阀体2内侧第一台肩上并形成密封；在所述芯轴8和所述导向轴套4之间设置有活动的导引块28，所述导引块28可以在所述压轴套3、所述导向轴套4和所述芯轴8之间形成的导向槽中移动，防止芯轴在往复运动中发生径向转动；

在所述阀体2与所述压轴套3之间、在所述压轴套3与所述芯轴8之间、在所述导向轴套4与所述芯轴8之间均相互配合形成密封，使导引块处于密闭的导向槽空间内，具体而言，在所述压轴套3与所述阀体2接触的壁面上形成有一放置有密封圈的密封圈座，在所述压轴套3与所述芯轴8接触的壁面上形成有一放置有密封圈的密封圈座，在所述导向轴套4与所述芯轴8接触的壁面上形成有一放置有密封圈的密封圈座。

在所述芯轴8内壁形成的所述环形台阶上形成有一环形凸台，所述球座10设置在所述环形凸台的上端，所述芯轴8与所述球座10之间也相互配合形成密封，具体而言，在所述球座10与所述芯轴8接触的壁面上形成有两个放置有密封圈的密封圈座。所述球座的位置位于所述芯轴8的循环孔29的下方，其所在位置如图2所示，应满足：向腔体内投入的一非金属球座在所述球座10上后所述非金属球不会挡住所述循环孔，而后续投入腔体的两个大小相同的钢球落在所述非金属球上且刚好堵塞住两个循环孔。其中，所述非金属球的直径与所述球座10相适应，所述两个钢球总直径与所述阀体2内的空腔相适应。

所述导引管9的一端套装并连接在所述芯轴8内壁上且该端端部顶在所述环形凸台的下端，所述导引管9与所述芯轴8内壁之间为螺纹连接。在所述阀体2和所述芯轴8的侧壁上沿圆周方向均均匀形成有两个循环孔29，即在所述阀体2和所述芯轴8的侧壁上形成的两个循环孔29，所述阀体2上的两个循环孔29和所述芯轴8上的两个循环孔29在初始状态时，即未打压的非工作状态时分别位于所述球座10的下部和所述球座10的上部且所述阀体2上的两个循环孔29和所述芯轴8上的两个循环孔29的位置相互对应，使芯轴下行运动至与所述阀体2上的循环孔29连通，即达该装置的旁通状态，即可进行堵漏施工作业。

所述挡环12套装在所述导引管9上且所述挡环12与所述阀体2之间留有空隙，所述限位轴套15套装在所述导引管9上，所述限位轴套15一端顶在所述挡环12上，另一端顶在所述阀体2内侧形成的第二台肩上，所述阻流活动块13套装在所述限位轴套15上，在所述阀体2和所述导引管9之间、所述阀体2和所述限位轴套15之间均留有空间，所述工作弹簧11和所述阻流弹簧14分别套装在所述导引管9和所述限位轴套15上，使所述工作弹簧11一端固定在所述阻流活动块13上、另一端固定在所述挡环12上，使所述阻流弹簧14一端固定在所述芯轴8端部、另一端固定在所述限位轴套15端部形成的台肩上，所述阻流弹簧14安装在阻流活动块13的下端，当工作弹簧下行为压缩状态时，液压油经过挡环与阀体之间的间隙推动阻流活动块13下行，推动阻流活动块13压缩阻流弹簧14，井内流体通过限位轴套与阀体之间的间隙进入井筒内，不会形成死腔。

在所述阀体2与所述芯轴8之间、在所述导引管9与所述限位轴套15之间、在所述阻流活动块13与所述限位轴套15之间和在所述阀体2与所述阻流活动块13之间均相互配合形成密封，具体而言，在所述芯轴8下部，即位于所述阀体2循环孔29的下方，与所述阀体2接触的壁面上形成有两个放置有密封圈的密封圈座，在所述芯轴8与所述限位轴套15接触的壁面上形成有一个放置有密封圈的密封圈座，在所述阻流活动块13与所述限位轴套15接触的壁面上、与所述阀体2接触的壁面上分别形成有一个放置有密封圈的密封圈座，使工作弹簧11安置在阀体、芯轴、导引管和阻流活动块13构成的密闭空间内，其空间内装有润滑油，不仅可以润滑弹簧和芯轴，而且还能有效防止工作弹簧暴露于井内流体中。

在所述阀体侧壁两侧位置上形成有两个油孔23，所述两个油孔23沿圆周方向开设且位于所述档环12的上方，所述油孔23用于向阀体1、芯轴8、导引管9和阻流活动块13构成的密闭空间内注入或更换润滑油，所述油孔平时采用丝堵堵住。

所述捕球器16设置在所述阀体2的底部，在所述阀体2底部内侧设置有卡簧17，所述捕球器16与所述阀体2底部螺纹连接。在阀体下端安装有捕球器，保证所投的球不会进入底部钻具组合，堵塞底部钻具组合。捕球器与阀体采用螺纹连接，并安装有卡簧挡圈，安全可靠、易于操作。

该一体式随钻堵漏循环控制阀的工作原理：

在底部钻具组合的上端安装该一体式随钻堵漏循环控制阀，当钻井过程中一旦发现漏层，需要进行堵漏施工作业时，首先投入一个较大尺寸的非金属球，控制排量，泵送非金属球入球座。当球顺利入座时，可观察到立管压力上升，此时增大排量至随钻堵漏循环控制阀完全打开的排量值，从而使所述芯轴8与所述阀体2上的循环孔29连通，达到旁通状态。可施行堵漏作业，施工作业结束后，再从井口投入2个大小相同直径略大于所述循环孔孔径的的钢球，钢球到达随钻堵漏循环控制阀后，堵塞处于旁通状态的两个循环孔29，泵压增高，达到一定压力下，非金属球剪切穿过球座，掉入捕球器16上方的空腔内，随后两个钢球也掉入空腔内，芯轴8在工作弹簧11恢复力的作用下回到初始位置，循环孔重新错开，随钻堵漏循环控制阀处于关闭状态。

该经过多次施工作业，至所述捕球器16上方的空腔内上方充满非金属球和用于堵塞循环孔的钢球后，可将该装置起出，卸掉该一体式随钻堵漏循环控制阀下方的捕球器16，取出空腔中的非金属球和钢球，即可进行在此施工作业。

综上所述，本发明的内容并不局限在上述的实施例中，本领域的技术人员可以在本发明的技术指导思想之内提出其他的实施例，但这种实施例都包括在本发明的范围之内。

Claims (7)

1.一种一体式随钻堵漏循环控制阀，其特征在于，包括转换接头(1)、阀体(2)、压轴套(3)、导向轴套(4)、芯轴(8)、导引管(9)、球座(10)、工作弹簧(11)、挡环(12)、阻流活动块(13)、阻流弹簧(14)、限位轴套(15)和捕球器(16)，其中：

所述转换接头(1)中心形成有通孔，所述阀体(2)的一端套装在所述转换接头(1)上，所述压轴套(3)设置在所述阀体(2)内且所述压轴套(3)内形成有容纳导向轴套(4)和所述芯轴(8)的空间，所述芯轴(8)套装在所述压轴套(3)上，在所述芯轴(8)内壁上形成有一环形台阶，使所述压轴套(3)的一端顶在所述转换接头(1)的端部、另一端顶在所述环形台阶上，所述导向轴套(4)套装在所述芯轴(8)上，所述导向轴套(4)一端顶在所述转换接头(1)的端部、另一端顶在所述阀体(2)内侧形成的第一台肩上；

在所述芯轴(8)内壁形成的所述环形台阶上形成有一环形凸台，所述球座(10)设置在所述环形凸台的上端，所述导引管(9)的一端套装并连接在所述芯轴(8)内壁上且该端端部顶在所述环形凸台的下端，在所述阀体(2)和所述芯轴(8)的侧壁上沿圆周方向均形成有至少两个循环孔(29)，所述阀体(2)上的循环孔(29)和所述芯轴(8)上的循环孔(29)在初始状态分别位于所述球座(10)下部和上部且所述阀体(2)上的循环孔(29)和所述芯轴(8)上的循环孔(29)的数目和位置相互对应；

所述挡环(12)套装在所述导引管(9)上且所述挡环(12)与所述阀体(2)之间留有空隙，所述限位轴套(15)套装在所述导引管(9)上，所述限位轴套(15)一端顶在所述挡环(12)上，另一端顶在所述阀体(2)内侧形成的第二台肩上，所述阻流活动块(13)套装在所述限位轴套(15)上，在所述阀体(2)和所述导引管(9)之间、所述阀体(2)和所述限位轴套(15)之间均留有空间，所述工作弹簧(11)和所述阻流弹簧(14)分别套装在所述导引管(9)和所述限位轴套(15)上，使所述工作弹簧(11)一端压在所述阻流活动块(13)上、 另一端压在所述挡环(12)上，使所述阻流弹簧(14)一端压在所述芯轴(8)端部、另一端压在所述限位轴套(15)端部形成的台肩上，所述捕球器(16)设置在所述阀体(2)的底部。

2.根据权利要求1所述的一体式随钻堵漏循环控制阀，其特征在于，在所述阀体(2)与所述压轴套(3)之间、在所述压轴套(3)与所述芯轴(8)之间、在所述导向轴套(4)与所述芯轴(8)之间、在所述芯轴(8)与所述球座(10)之间、在所述阀体(2)与所述芯轴(8)之间、在所述导引管(9)与所述限位轴套(15)之间、在所述阻流活动块(13)与所述限位轴套(15)之间和在所述阀体(2)与所述阻流活动块(13)之间均相互配合形成密封，在所述导向轴套(4)端部与所述阀体(2)内侧形成的第一台肩之间设置有密封组。

3.根据权利要求2所述的一体式随钻堵漏循环控制阀，其特征在于，在所述阀体(2)底部内侧设置有卡簧(17)，所述捕球器(16)与所述阀体(2)底部螺纹连接。

4.根据权利要求1所述的一体式随钻堵漏循环控制阀，其特征在于，在所述芯轴(8)和所述导向轴套(4)之间设置有导引块(28)。

5.根据权利要求1所述的一体式随钻堵漏循环控制阀，其特征在于，在所述阀体(2)侧壁上且位于档环(12)上方形成有至少一个油孔(23)，所述油孔(23)采用丝堵封堵。

6.根据权利要求1所述的一体式随钻堵漏循环控制阀，其特征在于，所述转换接头(1)的内壁上形成有连接内螺纹，所述阀体(2)的另一端底部形成有连接外螺纹。

7.根据权利要求1所述的一体式随钻堵漏循环控制阀，其特征在于，所述阀体(2)和所述转换接头(1)之间为固定连接，所述导引管(9)与所述芯轴(8)内壁之间为螺纹连接。