CN106401530A - 一种钻井用能重复开关的旁通阀 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种钻井用能重复开关的旁通阀，包括阀筒，在阀筒的内腔中，从上到下依次安装有上芯轴、推动活塞、换位活塞、轴承及换位弹簧；上芯轴的上部为外伸的台阶外圆，该台阶外圆沿轴向开有轴向通孔，上芯轴的中下部为细颈外圆；推动活塞的上部为内伸的台阶内端口，该台阶内端口套在上芯轴的细颈外圆上，推动活塞的台阶内端口径向开有旁通孔，推动活塞中下部的内壁与上芯轴细颈外圆之间套装有缓冲弹簧、封堵活塞及挡圈，推动活塞下端口与换位活塞上端口通过螺纹连接；在换位活塞、轴承及换位弹簧内圈设置有下芯轴，下芯轴靠近上端面开有径向孔；在阀筒外壁三个螺纹孔中分别安装有喷嘴、导向销和限位销。本发明的结构简单，工作可靠。

Description

一种钻井用能重复开关的旁通阀
技术领域
本发明属于机械技术领域，涉及一种钻井用能重复开关的旁通阀。
背景技术
随着钻井技术发展以及提速提效降成本理念的提出，需要实现一次下井完成多种作业，迫切需要开发高端井下工具。目前，随着随钻扩眼、随钻测量、旋转导向工具等逐渐应用到油气井中，传统旁通阀的缺点日益突出：工具投球激发后必须起出地面方能重设复位；投球到球坐封所需时间长，且需要地面投球设备；起下钻次数多，非工作时间长，工作效率低；一次下井作业相对单一。
发明内容
本发明的目的是提供一种钻井用能重复开关的旁通阀，解决了现有旁通阀需要将工具取出地面重设复位的方式，作业效率低，管柱适应性差，难以进行随钻堵漏、大排量洗井等作业的问题。
本发明采用的技术方案是，一种钻井用能重复开关的旁通阀，包括阀筒，阀筒上下端口内圆均设置有螺纹，在阀筒的内腔中，从上到下依次安装有上芯轴、推动活塞、换位活塞、轴承及换位弹簧；上芯轴的上部为外伸的台阶外圆，该台阶外圆沿轴向开有一个轴向通孔，上芯轴的中下部为细颈外圆；推动活塞的上部为内伸的台阶内端口，该台阶内端口套在上芯轴的细颈外圆上，推动活塞的台阶内端口径向开有一个旁通孔，推动活塞中下部的内壁与上芯轴细颈外圆之间套装有缓冲弹簧、封堵活塞及挡圈，推动活塞下端口与换位活塞上端口通过螺纹连接；在换位活塞、轴承及换位弹簧内圈设置有下芯轴，下芯轴靠近上端面开有一个径向孔；
在阀筒外壁上从上到下径向开通有三个螺纹孔，该三个螺纹孔中分别安装有喷嘴、导向销和限位销。
本发明的钻井用能重复开关的旁通阀，其特征还在于：
换位活塞的外圆表面沿轴向开有一个沿圆周贯通的导向槽；换位活塞上下位置分别设置有一个限位挡块；换位活塞的导向槽沿导向销内端头上下滑动。
换位活塞与换位弹簧之间安装有轴承。
封堵活塞下端面与下芯轴上端的接触面采用锥面-锥面结构密封，或采用锥面-球面结构密封。
本发明的有益效果是：1)采用流体激发，通过开关泵控制工具工位，实现两个工位的交替转换，从而实现流道方式的转换；2)无需投球，工具激发受井斜角影响小；3)操作简单，工位转换速度快；工位转换次数不受限制，可根据井下工况实际需要选择性转换；4)可进行堵漏、酸化、大排量洗井等作业而不损坏下方随钻测量工具以及受流量限制的钻具；5)无需反复起下钻，有效提高作业效率，降低作业成本。
附图说明
图1是本发明的结构示意图(停泵状态)；
图2是本发明在开泵状态流体全部通过主流道的结构示意图；
图3是本发明在开泵状态流体全部通过旁通孔的结构示意图；
图4是本发明中的换位活塞8的结构示意图；
图5是本发明中的导向槽实施例展开示意图；
图6是本发明中的导向槽另一个实施例展开示意图。
图中，1.阀筒，2.上芯轴，3.推动活塞，4.缓冲弹簧，5.封堵活塞，6.挡圈，7.喷嘴，8.换位活塞，9.下芯轴，10.导向销，11.轴承，12.换位弹簧，13.限位销，14.导向槽，15.径向孔，16.旁通孔，17.轴向通孔，18.长槽，19.短槽，20.限位槽。
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，本发明旁通阀的结构是，包括阀筒1，阀筒1上下端口内圆均设置有螺纹，上端口螺纹用于连接上管柱，下端口螺纹用于连接其他工具；在阀筒1的内腔中，从上到下依次安装有上芯轴2、推动活塞3、换位活塞8、轴承11及换位弹簧12；上芯轴2的上部为外伸的台阶外圆，该台阶外圆沿轴向开有一个轴向通孔17，上芯轴2的中下部为细颈外圆；推动活塞3的上部为内伸的台阶内端口，该台阶内端口套在上芯轴2的细颈外圆上，推动活塞3的台阶内端口径向开有一个旁通孔16，推动活塞3中下部的内壁与上芯轴2细颈外圆之间套装有缓冲弹簧4、封堵活塞5及挡圈6，推动活塞3下端口与换位活塞8上端口通过螺纹连接；在换位活塞8、轴承11及换位弹簧12内圈设置有下芯轴9，换位活塞8、轴承11和换位弹簧12均套在下芯轴9外圆上，下芯轴9靠近上端面开有一个径向孔15；换位活塞8的外圆表面沿轴向开有一个沿圆周贯通的导向槽14；换位活塞8上下位置分别设置有一个限位挡块；
在阀筒1外壁上从上到下径向开通有三个螺纹孔，该三个螺纹孔中分别安装有喷嘴7、导向销10和限位销13；换位活塞8的导向槽14沿导向销10内端头上下滑动，限位销13与换位活塞8下位置的限位挡块接触，最终在全流量状态时，喷嘴7与旁通孔16连通；即通过推动活塞3产生不同轴向位移，实现旁通孔16的打开与关闭。
换位活塞8与换位弹簧12之间安装有轴承11，用于消除换位活塞8旋转所产生的扭矩，避免换位弹簧12受到扭转影响。
喷嘴7为可更换件，可根据作业需要更换不同尺寸的喷嘴以获得所需的流体流速。
封堵活塞5下端面与下芯轴9上端的接触面采用锥面-锥面结构密封，或采用锥面-球面结构密封。
本发明的工作原理是，
参照图2，在开泵状态流体全部通过主流道，此时工具处于开位。开泵后，在流体压差的作用力下，推动活塞3和换位活塞8向下压缩换位弹簧12，并在导向销10的作用下推动活塞3和换位活塞8同时轴向运动和周向转动，下行到开位，此时由于推动活塞3的轴向位移未达到旁通孔16打开的设定值，推动活塞3上的旁通孔16与阀筒1上的喷嘴7交错未能打开，且封堵活塞5下端与下芯轴9上端沿之间仍有一定距离，阀筒1内腔的主通道仍处于打开状态，流体全部通过下芯轴9上的径向孔15流向下方工具，即可进行正常钻井等作业。
参照图3，在开泵状态流体全部通过旁通孔16及喷嘴7，此时工具处于关位。开泵后，在流体压差的作用力下，推动活塞3和换位活塞8向下压缩换位弹簧12，并在导向销10的作用下同时轴向运动和周向转动，此时推动活塞3的轴向位移达到旁通孔16打开的设定值，推动活塞3上的旁通孔16轴心与阀筒上的喷嘴7轴心对齐，旁通孔16与喷嘴7贯通打开，且封堵活塞5下端与下芯轴9上端沿接触并压缩缓冲弹簧4，主通道处于关闭状态，流体无法流过下芯轴9上的径向孔15，流体全部通过旁通孔16经喷嘴7流向环空，即可进行堵漏、酸化、大排量洗井等作业。
参照图4，换位活塞8的结构是，换位活塞8的外圆柱面上加工有导向槽14，导向槽14包括轴向长短不等的长槽18和短槽19，长槽18和短槽19交替布置并连通；换位活塞8的下端面加工有相应的凹凸相间的限位槽20，限位槽20与限位销13配合，使换位活塞8达到一定的轴向位移后不能继续压缩换位弹簧12；在导向槽14的引导下，换位活塞做轴向直线运动和周向旋转运动，从而打开或关闭旁通孔。在限位槽20的作用下，换位活塞8轴向位移一定，从而防止导向销10受力过大而剪断。
参照图5，为换位活塞8的外圆柱面的展开示意图，导向槽14上端采用长短槽交替布置，长槽18对应关位，短槽19对应开位，从而限制换位活塞8产生不同的轴向位移。当需要转换工位时，停泵流体压差消除，在换位弹簧12的伸张作用下，换位活塞8上行达到初位，如图1、图5所示；30秒后开泵，在流体压差产生的作用力下，工位转换至相邻工位。
参照图6，也可根据使用需求调整导向槽14的布局，使得导向槽14的开位与关位交替布置。图5采用开关泵进行开关，两种状态交替更换，而图6采用回路形式，在工作时，较小泵排量压力到一定范围内后再加大，即可切换到工具的另外一个状态，如果停泵后再开泵，则回到停泵前的工作状态。

Claims (4)

1.一种钻井用能重复开关的旁通阀，其特征在于：包括阀筒(1)，阀筒(1)上下端口内圆均设置有螺纹，在阀筒(1)的内腔中，从上到下依次安装有上芯轴(2)、推动活塞(3)、换位活塞(8)、轴承(11)及换位弹簧(12)；上芯轴(2)的上部为外伸的台阶外圆，该台阶外圆沿轴向开有一个轴向通孔(17)，上芯轴(2)的中下部为细颈外圆；推动活塞(3)的上部为内伸的台阶内端口，该台阶内端口套在上芯轴(2)的细颈外圆上，推动活塞(3)的台阶内端口径向开有一个旁通孔(16)，推动活塞(3)中下部的内壁与上芯轴(2)细颈外圆之间套装有缓冲弹簧(4)、封堵活塞(5)及挡圈(6)，推动活塞(3)下端口与换位活塞(8)上端口通过螺纹连接；在换位活塞(8)、轴承(11)及换位弹簧(12)内圈设置有下芯轴(9)，下芯轴(9)靠近上端面开有一个径向孔(15)；
在阀筒(1)外壁上从上到下径向开通有三个螺纹孔，该三个螺纹孔中分别安装有喷嘴(7)、导向销(10)和限位销(13)。
2.根据权利要求1所述的钻井用能重复开关的旁通阀，其特征在于：所述的换位活塞(8)的外圆表面沿轴向开有一个沿圆周贯通的导向槽(14)；换位活塞(8)上下位置分别设置有一个限位挡块；换位活塞(8)的导向槽(14)沿导向销(10)内端头上下滑动。
3.根据权利要求1所述的钻井用能重复开关的旁通阀，其特征在于：所述的换位活塞(8)与换位弹簧(12)之间安装有轴承(11)。
4.根据权利要求1所述的钻井用能重复开关的旁通阀，其特征在于：所述的封堵活塞(5)下端面与下芯轴(9)上端的接触面采用锥面-锥面结构密封，或采用锥面-球面结构密封。
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