CN106894788A - 深水钻井用钻杆阀 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种深水钻井用钻杆阀，深水钻井用钻杆阀包括：外筒，外筒的下端筒壁上设置有溢流口；内筒，套设在外筒内，内筒的上端固定在溢流口的上方，内筒的下端位于溢流口的下方；阀板，铰接在内筒的下端，阀板通过弹性元件与内筒连接；推杆组件，能够沿外筒的轴向滑动，推杆组件具有伸出位置和回缩位置，在伸出位置时，推杆组件的一端能够将阀板顶开并与外筒的下端连通，在回缩位置时，推杆组件的一端完全回缩至内筒内。本发明的有益效果是，在外筒的下端位置设置溢流口，可以利用压强差将内部的泥浆及时排出，防止U型管效应的产生。

Description

深水钻井用钻杆阀
技术领域
本发明涉及海洋深水钻井技术装备领域，具体是一种深水钻井用钻杆阀。
背景技术
随着世界各国对石油需求的增加以及陆上和浅海油气资源发现难度的增大，深水油气勘探开发不断升温，深水钻井工作量也越来越大。海洋深水钻井作业环境恶劣，海水深度大幅增加，地下情况十分复杂，与陆地常规钻井相比，深水钻井对技术和装备的要求更高。
然而我国的深水钻进水平还处于起步阶段，技术并不娴熟，一些深水钻井的设备还在研发过程中，就目前我国常用的钻杆阀来说，现有的钻杆阀结构复杂，导致维修困难，且功能单一，不能及时的反映水底的情况，不利于作业员进行钻井作业，钻杆阀也会给钻井操作带来一定限制，增加钻井操作复杂性，甚至有时不能及时防止U型管效应的发生，已经不能满足如今大规模钻井的需求。
发明内容
本发明提供了一种深水钻井用钻杆阀，以达到防止U型管效应的目的。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种深水钻井用钻杆阀，深水钻井用钻杆阀包括：外筒，外筒沿竖直方向设置，且外筒的下端筒壁上设置有溢流口；内筒，套设在外筒内，内筒的上端密封固定在溢流口的上方，内筒的下端位于溢流口的下方；阀板，阀板密封设置在内筒的下端，并且阀板与内筒的下端铰接；推杆组件，能够沿外筒的轴向滑动，推杆组件具有伸出位置和回缩位置，在伸出位置时，推杆组件的一端能够将阀板顶开并与外筒的下端连通，在回缩位置时，推杆组件的一端完全回缩至内筒内。
进一步地，深水钻井用钻杆阀还包括环形阀，设置在内筒与外筒之间，并且环形阀位于溢流口的下方。
进一步地，内筒的上端具有径向凸缘，内筒通过径向凸缘固定在外筒的内壁。
进一步地，阀板的一端铰接在内筒的下端，阀板的另一端能够绕阀板的一端转动，深水钻井用钻杆阀还包括弹簧，弹簧的一端与内筒的内壁连接，弹簧的另一端与阀板连接。
进一步地，阀板包括对称设置在内筒下端的第一阀板和第二阀板，第一阀板的一端和第二阀板的一端均与内筒的下端铰接，第一阀板的另一端和第二阀板的另一端能够对接并将内筒的下端封闭。
进一步地，推杆组件包括连接筒和推板，推板上设置有轴向通孔，推板的外径与外筒上端外径相适配，推板能够沿外筒的轴向滑动，连接筒为筒状结构，连接筒与轴向通孔连通，并且连接筒固定在推板的下表面。
进一步地，推板与外筒之间设置有密封环。
进一步地，外筒的中部固定设置有导向套，连接筒穿设在导向套中并能够随推板一起沿外筒的轴向滑动。
进一步地，深水钻井用钻杆阀还包括感应组件和控制组件，感应组件设置在外筒的下端，控制组件与感应组件连接。
进一步地，感应组件包括气体检测传感器和压力传感器，气体检测传感器和压力传感器间隔设置在外筒的下端内部。
本发明的有益效果是，在外筒的下端位置设置溢流口，可以利用压强差将内部的泥浆及时排出，防止U型管效应的产生。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明深水钻井用钻杆阀的结构示意图；
图2为本发明深水钻井用钻杆阀中控制原理框图。
图中附图标记：10、外筒；11、溢流口；12、密封环；13、导向套；20、内筒；30、阀板；40、推杆组件；41、连接筒；42、推板；50、环形阀；60、弹簧；71、气体检测传感器；72、压力传感器；81、供电单元；82、输入单元；83、自检单元；84、处理单元；85、控制单元；86、输出单元；87、终端服务器；88、报警器；89、信号放大单元；90、显示屏。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1所示，本发明实施例提供了一种深水钻井用钻杆阀，该深水钻井用钻杆阀包括外筒10、内筒20、阀板30、推杆组件40、感应组件和控制组件。外筒10沿竖直方向设置，外筒10的下端筒壁上设置有溢流口11。内筒20套设在外筒10内，内筒20的上端固定在溢流口11的上方，内筒20的下端位于溢流口11的下方。阀板30密封设置在内筒20的下端，且阀板30与内筒20的下端铰接。推杆组件40能够沿外筒10的轴向滑动，推杆组件40具有伸出位置和回缩位置，在伸出位置时，推杆组件40的一端能够将阀板30由上向下顶开并与外筒10的下端连通，在回缩位置时，推杆组件40的一端完全回缩至内筒20内。
海底举升钻井系统工作时，海底泵入口处压力与海底压力相等，钻杆内压力和环空内压力不平衡，在起下钻、测井和正常停泵时，钻杆内的钻井液会沿钻杆继续流动，通过钻头流入环空，直到钻杆内与环空内的液柱压力达到平衡为止，这种现象被称为“U型管效应”。在外筒10的下端位置设置溢流口11，可以利用压强差将内部的泥浆及时排出，防止U型管效应的产生。本发明实施例中，该溢流口11是贯通外筒10的筒壁的通孔。
本发明实施例中上述外筒10包括大径部，小径部和连接部。该大径部位于外筒10的上部并且直径较大。该小径部位于外筒10的下部且直径比大径部小。该连接部为锥形结构，用于连接大径部和小径部。上述推杆组件、内筒20、阀板30均设置在大径部。上述感应组件设置在小径部。其中，本发明实施例中，上述小径部为外筒10的下端，即阀口部位。
深水钻井用钻杆阀还包括环形阀50(现有技术)，设置在内筒20与外筒10之间，并且环形阀50位于溢流口11的下方。该环形阀50与控制组件连接，可以通过控制组件控制环形阀50的开启或者关闭。当该环形阀50关闭时，该环形阀50能够阻断外筒10的下端与溢流口11连通。当该环形阀50开启时，该溢流口11与外筒10的下端连通。
如图1所示，本发明实施例中内筒20的上端具有径向凸缘，该径向凸缘沿内筒20的径向向外侧水平延伸，内筒20通过径向凸缘固定在外筒10的内壁，具体固定方式可以采用卡接或者焊接等连接方式。需要说明的是，内筒20的本体外径小于外筒10大径部的内径，即内筒20本体与外筒10大径部之间形成环空。内筒20的径向凸缘直径与外筒10大径部的内径相适配。上述环形阀50设置在该环空处。
本发明实施例中阀板30的一端铰接在内筒20的下端，阀板30的另一端能够绕阀板30的一端转动，弹性元件为弹簧60，弹簧60的一端与内筒20的内壁连接，弹簧60的另一端与阀板30连接。上述阀板30在弹簧60的作用下可以在推杆组件40处于回缩状态时将内筒20的下部密封。该阀板30还能够在推杆组件40处于伸出位置时被推杆组件40顶开。
具体地，阀板30包括对称设置在内筒20下端的第一阀板和第二阀板，第一阀板的一端和第二阀板的一端均与内筒20的下端铰接，第一阀板的另一端和第二阀板的另一端能够对接并将内筒20的下端封闭。本发明实施例中，上述第一阀板和上述第二阀板均是半圆形结构，该第一阀板的一端和该第二阀板的一端均通过销钉可转动地连接在内筒20的下端壁上。上述第一阀板和第二阀板能够在弹簧60的作用下彼此对接，以将内筒20的下端部进行封闭。
由于第一阀板和第二阀板的安装结构相同，以第一阀板为例进行具体说明，上述第一阀板的内侧(图1中上侧)设置有用于连接弹簧60的第一弹簧固定部，上述内筒20的内壁上对应设置有用于连接弹簧60的第二弹簧固定部。上述弹簧60的两端分别固定在第一弹簧固定部和第二弹簧固定部上。并且该弹簧60为拉簧，在常态下，弹簧60能够将上述第一阀板拉回至图1中水平方向位置。
如图1所示，推杆组件40包括连接筒41和推板42，推板42上设置有轴向通孔，推板42的外径与外筒10上端外径相适配，推板42能够沿外筒10的轴向滑动，连接筒41为筒状结构，连接筒41与轴向通孔连通，并且连接筒41固定在推板42的下表面。本发明实施例中，上述推板42能够在驱动组件(活塞)的驱动下带动连接筒41沿外筒10的轴向上下移动。在推板42向下运动时，连接筒41随着一起向下运动并能将阀板30顶开，使连接筒41与外筒10的小径部连通，气体能够通过钻杆和上述轴向通孔向上输送。当推板42朝上方运动时，连接筒41随着推板42一起运动，回缩至内筒20内。阀板30在弹簧60的作用下被拉回，内筒20的下部封闭，连接筒41与外筒10的下部连通关系被阻断。
进一步地，推板42与外筒10之间设置有密封环12。外筒10的中部固定设置有导向套13，连接筒41穿设在导向套13中并能够随推板42一起沿外筒10的轴向滑动。上述密封环12与推板42的外壁面固定连接，用于密封推板42与外筒10之间的滑动间隙。上述导向套13固定在外筒10大径部的内壁上，并且上述导向套13位于内筒20的上方，该导向套13具有一个略大于连接筒41的通孔，该通孔能够对连接筒41进行导向，防止连接筒41发生摆动。该导向套13的通孔结构为上端直径较大，下端直径较小的阶梯孔形状。该导向套13下部(直径较小)的内径略大于连接筒41的外径。
本发明实施例中深水钻井用钻杆阀还包括感应组件和控制组件，感应组件设置在外筒10的下端，控制组件与感应组件连接。
如图2所示，感应组件包括气体检测传感器71和压力传感器72，气体检测传感器71和压力传感器72间隔设置在外筒10的下端内部。控制组件包括供电单元81、输入单元82、处理单元84、控制单元85、输出单元86、终端服务器87、信号放大单元89、报警器88、显示屏90和自检单元83。供电单元81分别通过气体检测传感器71和压力传感器72与输入单元82连接，且输入单元82的输出端与处理单元84的输入端电性连接，输入单元82的输入端与自检单元83的输出端电性连接，处理单元84的输出端与控制单元85的输入端电性连接，控制单元85的输出端与输出单元86的输入端电性连接，且输出单元86的输出端与环形阀50和终端服务器87的输入端电性连接。，终端服务器87的输出端与报警器88和信号放大单元89的输入端电性连接，且信号放大单元89的输出端与显示屏90的输入端电性连接。
本发明实施例的工作原理：外筒10下端的压力传感器72和气体检测传感器71会产生和气压成正比的电信号，当电信号大于设定的正常值时会通过输入单元82将信号传输到处理单元84中，然后控制单元85通过输出单元86将信号发送到终端服务器87中，使得报警器88报警，提醒工作人员，同时环形阀50会打开，连接筒41回缩，弹簧60将阀板30拉回，防止气体进入内筒20的内部。气体通过内筒20的外壁和外筒10的内壁之间，最后由外筒10上的溢流口11排出，由于溢流口11距外筒10的下端的位置比较近，可防止泥浆堵在内筒20的外壁和外筒10的内壁之间形成U型管效应。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：在外筒的下端位置设置溢流口，可以利用压强差将内部的泥浆及时排出，防止U型管效应的产生。
以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案之间、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。

Claims (10)

1.一种深水钻井用钻杆阀，其特征在于，所述深水钻井用钻杆阀包括：
外筒(10)，外筒(10)沿竖直方向设置，且外筒(10)的下部筒壁上设置有溢流口(11)；
内筒(20)，套设在外筒(10)内，内筒(20)的上端密封固定在溢流口(11)的上方，内筒(20)的下端位于溢流口(11)的下方；
阀板(30)，阀板(30)密封设置在内筒(20)的下端，并且阀板(30)与内筒(20)的下端铰接；
推杆组件(40)，能够沿外筒(10)的轴向滑动，推杆组件(40)具有伸出位置和回缩位置，在所述伸出位置时，推杆组件(40)的一端能够将阀板(30)由上向下顶开并与外筒(10)的下端连通，在所述回缩位置时，推杆组件(40)的一端完全回缩至内筒(20)内。
2.根据权利要求1所述的深水钻井用钻杆阀，其特征在于，所述深水钻井用钻杆阀还包括环形阀(50)，设置在内筒(20)与外筒(10)之间，并且环形阀(50)位于溢流口(11)的下方。
3.根据权利要求1所述的深水钻井用钻杆阀，其特征在于，内筒(20)的上端具有径向凸缘，内筒(20)通过所述径向凸缘固定在外筒(10)的内壁。
4.根据权利要求1所述的深水钻井用钻杆阀，其特征在于，阀板(30)的一端铰接在内筒(20)的下端，阀板(30)的另一端能够绕阀板(30)的一端转动，所述深水钻井用钻杆阀还包括弹簧(60)，弹簧(60)的一端与内筒(20)的内壁连接，弹簧(60)的另一端与阀板(30)连接。
5.根据权利要求4所述的深水钻井用钻杆阀，其特征在于，阀板(30)包括对称设置在内筒(20)下端的第一阀板和第二阀板，所述第一阀板的一端和所述第二阀板的一端均与内筒(20)的下端铰接，所述第一阀板的另一端和所述第二阀板的另一端能够对接并将内筒(20)的下端封闭。
6.根据权利要求1所述的深水钻井用钻杆阀，其特征在于，推杆组件(40)包括连接筒(41)和推板(42)，推板(42)上设置有轴向通孔，推板(42)的外径与外筒(10)上端外径相适配，推板(42)能够沿外筒(10)的轴向滑动，连接筒(41)为筒状结构，连接筒(41)与所述轴向通孔连通，并且连接筒(41)固定在推板(42)的下表面。
7.根据权利要求6所述的深水钻井用钻杆阀，其特征在于，推板(42)与外筒(10)之间设置有密封环(12)。
8.根据权利要求6所述的深水钻井用钻杆阀，其特征在于，外筒(10)的中部固定设置有导向套(13)，连接筒(41)穿设在导向套(13)中并能够随推板(42)一起沿外筒(10)的轴向滑动。
9.根据权利要求1所述的深水钻井用钻杆阀，其特征在于，所述深水钻井用钻杆阀还包括感应组件和控制组件，所述感应组件设置在所述外筒(10)的下端，所述控制组件与所述感应组件连接。
10.根据权利要求9所述的深水钻井用钻杆阀，其特征在于，所述感应组件包括气体检测传感器(71)和压力传感器(72)，气体检测传感器(71)和压力传感器(72)间隔设置在外筒(10)的下端内部。
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