CN107152544B - 石油钻井用注油浮阀 - Google Patents

Abstract

石油钻井用注油浮阀，注油浮阀壳体为一圆管形，两端加工有螺纹，浮阀芯体与连接阀套间设有浮动油腔，其内部注满高温润滑油或高温润滑脂，在泥浆通道上设有沉砂槽和双重密封副及一道密封副保护台阶，浮阀缩颈体由高硬度高耐磨性材料加工而成，结构简单、强度高、安全性能好、可靠性高、抗冲蚀性能强、使用寿命长，操作简便，使用与维护成本低，本发明的应用，大大降低了钻井风险和生产成本。

Description

石油钻井用注油浮阀

技术领域

本发明涉及石油工业钻井内防喷工具——钻具浮阀技术领域，特别涉及石油钻井用注油浮阀。

背景技术

在石油、天然气及其他钻井和修井作业中，为防止在接单根或起下钻时，环空里的泥浆返至钻柱内而喷洒到钻台上，同时为了防止底层流体在地底压力的作用下进入钻具发生溢流、井涌或井喷的情况发生，而在钻柱底部连接一个钻具浮阀。

常用的钻具浮阀有箭式钻具浮阀和板式钻具浮阀，开泵时泥浆压力推动箭式阀芯下移或阀板翻转打开泥浆通道，停泵时在弹簧力及地层压力的作用下箭式阀芯和阀板复位，关闭泥浆通道，

防止泥浆回流，阻止其进入钻柱，起到内防喷的目的。

目前使用较普便的钻具浮阀大多结构不合理，泥浆直接冲蚀密封面、弹簧没有防护、工作中无润滑，常常因为密封面冲蚀、弹簧受损、阀芯被卡等情况而导致浮阀失效，故障率高、可靠性低、使用寿命短、消耗严重、效率低下，存在着极大的安全隐患，使钻井作业处于极大的风险之中，严重威胁相关人员与设施的安全，不能满足日益恶劣的井下工况需求。这种情况严重制约着油田的生存与发展。

发明内容

为了解决以上存在的问题，本发明提供了一种石油钻井用注油浮阀，注油浮阀壳体为一圆管形，两端加工有螺纹，浮阀芯体与连接阀套间设有浮动油腔，其内部注满高温润滑油或高温润滑脂，在泥浆通道上设有沉砂槽和双重密封副及一道密封副保护台阶，还设有限位台和护管对复位弹簧进行保护，浮阀缩颈体由高硬度高耐磨性材料加工而成，结构简单、强度高、安全性能好、可靠性高、抗冲蚀性能强、使用寿命长，操作简便，使用与维护成本低，本发明的目的是为石油钻井提供一种石油钻井用注油浮阀。

本发明是通过以下技术方案实现的。

石油钻井用注油浮阀包括注油浮阀壳体、缓冲胶环、连接阀套、限位台、复位弹簧、浮阀芯体、浮动油腔、注油通道、油堵、密封堵、泄流通道、固定座、扩散通道、主流通道、减速容腔、销、沉砂槽、容胶槽、浮阀缩颈体、护筒，浮阀芯体为一圆管状，其外圆面上加工有三道环形槽，其中上、下两道环形槽内装有密封圈，中间环形槽与连接阀套的内壁及上、下两道密封圈、注油通道、油堵及其与浮阀芯体间的密封圈构成浮动油腔，其内部注满高温润滑油或高温润滑脂，浮阀芯体外圆下部加工有一个台阶，台阶下面由复位弹簧支撑着，上部内孔加工有两个台阶，第一个台阶面与顶面之间加工有一道倒梯形环槽——沉砂槽，第二个台阶孔中部加工有一道环形槽，槽内装有密封圈，环形槽的上部和下部分别加工有一道环形浅槽——容胶槽，在台阶面及台阶孔处与浮阀缩颈体连接为一体，在容胶槽内及与浮阀缩颈体的间隙内充满了高温粘结剂，下部内孔加工有一个台阶，台阶孔内加工有螺纹，固定着护筒。

连接阀套为一圆管状，其外圆面上加工有两道或三道环形槽，槽内装有密封圈，外圆面下部加工成外L形，与缓冲胶环连接为一体，外圆面上部加工有沿圆周均布的U形缺口、V形缺口、长圆形孔或椭圆形孔——泄流通道，泄流通道的数量为二、三或四个，在每两个泄流通道中部的外圆面上加工有一个圆孔，圆孔内装有销，与固定座连接为一体，内孔从上到下加工有三个台阶，第一个台阶位于泄流通道以下，且加工成圆锥面，第二个台阶就是限位台，第三个台阶上支撑着复位弹簧。

固定座为一圆柱形，其下部外圆面上加工有两个台阶，第一个台阶面为圆锥面，第二个台阶以下的外圆面上沿径向加工有盲孔，与连接阀套外圆面上部加工的圆孔相对应，圆孔内装有销，盲孔可以加工成直孔或加工有螺纹的台阶孔，其上部外圆面上与泄流通道对应的位置加工有相应数量的径向开口——扩散通道，上表面上加工有圆柱或圆锥形盲孔，从该盲孔底部与扩散通道对应的位置加工有相应数量的台阶状扇形孔，台阶面为扇形圆锥面，该盲孔和台阶状扇形孔形成——主流通道，主流通道与扩散通道和泄流通道相通，固定座下表面上加工有一个台阶盲孔，台阶面以上的孔内加工有螺纹，通过螺纹与密封堵连接为一体。

密封堵为一圆柱形，上部和下部各有一个台阶，上部台阶以上的圆柱面上加工有螺纹，通过螺纹与固定座连接为一体，下部台阶以下的外圆面为圆锥面，下底面上加工有两个关于中心对称的盲孔，密封堵的结构有两种,一：为整体式结构，由聚四氟乙烯、聚醚醚酮或由聚四氟乙烯、二硫化钼、铜粉等组成的复合材料加工而成；二：为组合式结构，由加工了螺纹的金属芯和聚四氟乙烯、聚醚醚酮、耐热橡胶或由聚四氟乙烯、二硫化钼、铜粉等组成的复合材料组合为一体，浮阀缩颈体为一圆管状，内孔上部和下部都加工有倒角，上部倒角角度与密封堵下部台阶以下的圆锥面角度相同，紧密贴合形成密封副，其材料为硬质合金、陶瓷、高铬合金或其他高硬度高耐磨性材料，密封堵下部台阶面与浮阀缩颈体上端面形成第二密封副，固定座下端面与浮阀芯体上部第一个台阶，对密封副进行保护。

在沉砂槽的底部加工有轴向孔与浮动油腔相通——注油通道，注油通道内加工有螺纹，固定着油堵，油堵与浮阀芯体间装有密封圈，注油通道的数量为一个或两个，其位置与泄流通道、扩散通道及主流通道的径向位置相对应，注油通道的结构有两种,一：在浮阀芯体外圆面上加工的中间环形槽靠上部位的底部加工有一道环形槽与加工在沉砂槽底部的轴向孔相通；二：在浮阀芯体外圆面上加工的中间环形槽靠上部位的底部加工有径向孔与加工在沉砂槽底部的轴向孔相通。

泄流通道、扩散通道与主流通道三者之间数量相等，径向位置相对应，扩散通道位于减速容腔的较上部位，泄流通道位于减速容腔的较下部位。

注油浮阀壳体为一圆管状，两端加工有螺纹，内孔从上到下加工有一个环形槽——减速容腔和一个台阶，其他部件装成一个组件装于台阶上。

销为一圆柱销或内六角圆柱头螺钉，将连接阀套与固定座连接为一体，安装时涂耐高温厌氧胶。

本发明具有以下优点：该石油钻井用注油浮阀设有浮动油腔，其内部注满高温润滑油或高温润滑脂，在泥浆通道上设有沉砂槽和双重密封副及一道密封副保护台阶，还设有限位台和护管对复位弹簧进行保护，浮阀缩颈体由硬质合金、陶瓷、高铬合金或其他高硬度高耐磨性材料加工而成，结构简单、强度高、安全性能好、可靠性高、抗冲蚀性能强、使用寿命长，操作简便，使用与维护成本低，本发明的应用，大大降低了钻井风险和生产成本。

说明书附图

图1：石油钻井用注油浮阀示意图1

附图说明:1、注油浮阀壳体 2、缓冲胶环 3、连接阀套 4、限位台 5、复位弹簧 6、浮阀芯体7、浮动油腔 8、注油通道 9、油堵 10、密封堵 11、泄流通道 12、固定座 13、扩散通道 14、主流通道 15、减速容腔16、销 17、沉砂槽18、容胶槽19、浮阀缩颈体20、护筒。

具体实施方式

现结合说明书附图图1对本发明做进一步的描述。

实施例1：

石油钻井用注油浮阀包括注油浮阀壳体1、缓冲胶环2、连接阀套3、限位台4、复位弹簧5、浮阀芯体6、浮动油腔7、注油通道8、油堵9、密封堵10、泄流通道11、固定座12、扩散通道13、主流通道14、减速容腔15、销16、沉砂槽17、容胶槽18、浮阀缩颈体19、护筒20，浮阀芯体6为一圆管状，其外圆面上加工有三道环形槽，其中上、下两道环形槽内装有密封圈，中间环形槽与连接阀套3的内壁及上、下两道密封圈、注油通道8、油堵9及其与浮阀芯体6间的密封圈构成浮动油腔7，其内部注满高温润滑油，浮阀芯体6外圆下部加工有一个台阶，台阶下面由复位弹簧5支撑着，上部内孔加工有两个台阶，第一个台阶面与顶面之间加工有一道倒梯形环槽——沉砂槽17，第二个台阶孔中部加工有一道环形槽，槽内装有密封圈，环形槽的上部和下部分别加工有一道环形浅槽——容胶槽18，在台阶面及台阶孔处与浮阀缩颈体19连接为一体，在容胶槽18内及与浮阀缩颈体19的间隙内充满了高温粘结剂，下部内孔加工有一个台阶，台阶孔内加工有螺纹，固定着护筒20。

连接阀套3为一圆管状，其外圆面上加工有两道环形槽，槽内装有密封圈，外圆面下部加工成外L形，与缓冲胶环2连接为一体，外圆面上部加工有沿圆周均布的长圆形孔——泄流通道11，泄流通道11的数量为三个，在每两个泄流通道11中部的外圆面上加工有一个圆孔，圆孔内装有销16，与固定座12连接为一体，内孔从上到下加工有三个台阶，第一个台阶位于泄流通道11以下，且加工成圆锥面，第二个台阶就是限位台4，第三个台阶上支撑着复位弹簧5。

固定座12为一圆柱形，其下部外圆面上加工有两个台阶，第一个台阶面为圆锥面，第二个台阶以下的外圆面上沿径向加工有盲孔，与连接阀套3外圆面上部加工的圆孔相对应，圆孔内装有销16，盲孔为加工有螺纹的台阶孔，其上部外圆面上与泄流通道11对应的位置加工有相应数量的径向开口——扩散通道13，上表面上加工有圆锥形盲孔，从该盲孔底部与扩散通道13对应的位置加工有相应数量的台阶状扇形孔，台阶面为扇形圆锥面，该盲孔和台阶状扇形孔形成——主流通道14，主流通道14与扩散通道13和泄流通道11相通，固定座12下表面上加工有一个台阶盲孔，台阶面以上的孔内加工有螺纹，通过螺纹与密封堵10连接为一体。

密封堵10为一圆柱形，上部和下部各有一个台阶，上部台阶以上的圆柱面上加工有螺纹，通过螺纹与固定座12连接为一体，下部台阶以下的外圆面为圆锥面，下底面上加工有两个关于中心对称的盲孔，密封堵10为整体式结构，由聚四氟乙烯加工而成，浮阀缩颈体19为一圆管状，内孔上部和下部都加工有倒角，上部倒角角度与密封堵10下部台阶以下的圆锥面角度相同，紧密贴合形成密封副，其材料为硬质合金，密封堵10下部台阶面与浮阀缩颈体19上端面形成第二密封副，固定座12下端面与浮阀芯体6上部第一个台阶，对密封副进行保护。

在沉砂槽17的底部加工有轴向孔与浮动油腔7相通——注油通道8，注油通道8内加工有螺纹，固定着油堵9，油堵9与浮阀芯体6间装有密封圈，注油通道8的数量为两个，其位置与泄流通道11、扩散通道13及主流通道14的径向位置相对应，注油通道8是指在浮阀芯体6外圆面上加工的中间环形槽靠上部位的底部加工有一道环形槽与加工在沉砂槽17底部的轴向孔相通。

泄流通道11、扩散通道13与主流通道14三者之间数量相等，径向位置相对应，扩散通道13位于减速容腔15的较上部位，泄流通道11位于减速容腔15的较下部位。

注油浮阀壳体1为一圆管状，两端加工有螺纹，内孔从上到下加工有一个环形槽——减速容腔15和一个台阶，其他部件装成一个组件装于台阶上。

销16为一内六角圆柱头螺钉，将连接阀套3与固定座12连接为一体，安装时涂耐高温厌氧胶。

实施例2：

与上面一种实例不同的是，连接阀套3外圆面上加工有三道环形槽，其外圆面上部加工有沿圆周均布的U形缺口——泄流通道11，泄流通道11的数量为二个。

浮动油腔7内部注满高温润滑脂。

固定座12下部外圆面上第二个台阶以下的外圆面上沿径向加工的盲孔为直孔，其上表面上加工有圆柱形盲孔。

密封堵10为整体式结构，由聚醚醚酮加工而成。

浮阀缩颈体19的材料为陶瓷。

注油通道8是指在浮阀芯体6外圆面上加工的中间环形槽靠上部位的底部加工有径向孔与加工在沉砂槽17底部的轴向孔相通，注油通道8的数量为一个。

销16为一圆柱销。

实施例3：

与上面两种实例不同的是，连接阀套3外圆面上部加工有沿圆周均布的椭圆形孔——泄流通道11，泄流通道11的数量为四个。

密封堵10为整体式结构，由聚四氟乙烯、二硫化钼、铜粉等组成的复合材料加工而成。

浮阀缩颈体19的材料为高铬合金。

实施例4：

与上面三种实例不同的是，连接阀套3外圆面上部加工有沿圆周均布的V形缺口——泄流通道11。

密封堵10为组合式结构，由加工了螺纹的金属芯和聚四氟乙烯组合为一体。

实施例5：

与上面四种实例不同的是，密封堵10为组合式结构，由加工了螺纹的金属芯和聚醚醚酮组合为一体。

实施例6：

与上面五种实例不同的是，密封堵10为组合式结构，由加工了螺纹的金属芯和耐热橡胶组合为一体。

实施例7：

与上面六种实例不同的是，密封堵10为组合式结构，由加工了螺纹的金属芯和由聚四氟乙烯、二硫化钼、铜粉等组成的复合材料组合为一体。

石油钻井用注油浮阀初始为关闭状态，将其通过上下两端螺纹接入钻柱，泥浆通道连通完毕，可以进行正常的钻井、起下钻等作业。打开泥浆泵，泥浆从上部进入石油钻井用注油浮阀的注油浮阀壳体1的上部内孔，流入主流通道14，部分泥浆由扩散通道13流入减速容腔15，再由泄流通道11汇入主流通道14下部，泥浆压力克服浮阀芯体6与连接阀套3间的摩擦力和复位弹簧5的预紧力，推动浮阀芯体6及与其固定为一体的浮阀缩颈体19，连同浮动油腔7内的高温润滑油或高温润滑脂，压缩复位弹簧5向下移动，浮阀缩颈体19与密封堵10脱离接触，泥浆由主流通道14经浮阀缩颈体19内孔依次进入浮阀芯体6、护筒20、注油浮阀壳体1的内孔，最后流入下部钻具，循环泥浆在浮阀缩颈体19处因节流效应而产生一个压差，该压差保持复位弹簧5处于被压缩状态，浮阀缩颈体19与密封堵10处于脱离状态，泥浆通道处于打开状态，该压差、复位弹簧5的压缩量与浮阀缩颈体19距密封堵10的间隙随泥浆泵排量的增加而增大，当浮阀缩颈体19距密封堵10的间隙增大到设定值时，限位台4支撑住浮阀芯体6，复位弹簧5的压缩量与浮阀缩颈体19距密封堵10的间隙不再随泥浆泵排量的增加而增大，石油钻井用注油浮阀处于稳定的打开状态，复位弹簧5被保护，泥浆顺利通过。

泥浆泵关闭时，泥浆停止循环，泥浆在浮阀缩颈体19处的压差消失，处于被压缩状态的复位弹簧5克服浮阀芯体6与连接阀套3间的摩擦力推动浮阀芯体6及与其固定为一体的浮阀缩颈体19，连同浮动油腔7内的高温润滑油或高温润滑脂，向上移动，浮阀缩颈体19上部内孔倒角与密封堵10下部台阶以下的圆锥面紧密贴合在一起，形成密封副，关闭泥浆通道，防止下部泥浆沿钻柱内孔回流,防止地层压力向上传递，避免溢流、井涌、井喷等事故的发生，也防止了泥浆的浪费和环境污染。

通过对上述各实施例，有助于公众对本发明的理解，本发明的保护范围不局限于以上各实施例，任何对本发明各部件特征或整体结构形式而非实质内容的变更都视为本发明的技术方案。

Claims (6)

1.石油钻井用注油浮阀，其特征是包括注油浮阀壳体（1）、缓冲胶环（2）、连接阀套（3）、限位台（4）、复位弹簧（5）、浮阀芯体（6）、浮动油腔（7）、注油通道（8）、油堵（9）、密封堵（10）、泄流通道（11）、固定座（12）、扩散通道（13）、主流通道（14）、减速容腔（15）、销（16）、沉砂槽（17）、容胶槽（18）、浮阀缩颈体（19）、护筒（20），浮阀芯体（6）为一圆管状，其外圆面上加工有三道环形槽，其中上、下两道环形槽内装有密封圈，中间环形槽与连接阀套（3）的内壁及上、下两道密封圈、注油通道（8）、油堵（9）及其与浮阀芯体（6）间的密封圈构成浮动油腔（7），其内部注满高温润滑油或高温润滑脂，浮阀芯体（6）外圆下部加工有一个台阶，台阶下面由复位弹簧（5）支撑着，上部内孔加工有两个台阶，第一个台阶面与顶面之间加工有一道倒梯形环槽——沉砂槽（17），第二个台阶孔中部加工有一道环形槽，槽内装有密封圈，环形槽的上部和下部分别加工有一道环形浅槽——容胶槽（18），在台阶面及台阶孔处与浮阀缩颈体（19）连接为一体，在容胶槽（18）内及与浮阀缩颈体（19）的间隙内充满了高温粘结剂，下部内孔加工有一个台阶，台阶孔内加工有螺纹，固定着护筒（20）；

连接阀套（3）为一圆管状，其外圆面上加工有两道或三道环形槽，槽内装有密封圈，外圆面下部加工成外L形，与缓冲胶环（2）连接为一体，外圆面上部加工有沿圆周均布的U形缺口、V形缺口、长圆形孔或椭圆形孔——泄流通道（11），泄流通道（11）的数量为二、三或四个，在每两个泄流通道（11）中部的外圆面上加工有一个圆孔，圆孔内装有销（16），与固定座（12）连接为一体，内孔从上到下加工有三个台阶，第一个台阶位于泄流通道（11）以下，且加工成圆锥面，第二个台阶就是限位台（4），第三个台阶上支撑着复位弹簧（5）；

固定座（12）为一圆柱形，其下部外圆面上加工有两个台阶，第一个台阶面为圆锥面，第二个台阶以下的外圆面上沿径向加工有盲孔，与连接阀套（3）外圆面上部加工的圆孔相对应，圆孔内装有销（16），盲孔加工成直孔或加工有螺纹的台阶孔，其上部外圆面上与泄流通道（11）对应的位置加工有相应数量的径向开口——扩散通道（13），上表面上加工有圆柱或圆锥形盲孔，从该盲孔底部与扩散通道（13）对应的位置加工有相应数量的台阶状扇形孔，台阶面为扇形圆锥面，该盲孔和台阶状扇形孔形成——主流通道（14），主流通道（14）与扩散通道（13）和泄流通道（11）相通，固定座（12）下表面上加工有一个台阶盲孔，台阶面以上的孔内加工有螺纹，通过螺纹与密封堵（10）连接为一体。

2.根据权利要求1所述的石油钻井用注油浮阀，其特征是密封堵（10）为一圆柱形，上部和下部各有一个台阶，上部台阶以上的圆柱面上加工有螺纹，通过螺纹与固定座（12）连接为一体，下部台阶以下的外圆面为圆锥面，下底面上加工有两个关于中心对称的盲孔，密封堵（10）的结构有两种,一：为整体式结构，由聚四氟乙烯、聚醚醚酮或由聚四氟乙烯、二硫化钼、铜粉组成的复合材料加工而成；二：为组合式结构，由加工了螺纹的金属芯和聚四氟乙烯、聚醚醚酮、耐热橡胶或由聚四氟乙烯、二硫化钼、铜粉组成的复合材料组合为一体，浮阀缩颈体（19）为一圆管状，内孔上部和下部都加工有倒角，上部倒角角度与密封堵（10）下部台阶以下的圆锥面角度相同，紧密贴合形成密封副，其材料为硬质合金、陶瓷或高铬合金，密封堵（10）下部台阶面与浮阀缩颈体（19）上端面形成第二密封副，固定座（12）下端面与浮阀芯体（6）上部第一个台阶，对密封副进行保护。

3.根据权利要求1所述的石油钻井用注油浮阀，其特征是在沉砂槽（17）的底部加工有轴向孔与浮动油腔（7）相通——注油通道（8），注油通道（8）内加工有螺纹，固定着油堵（9），油堵（9）与浮阀芯体（6）间装有密封圈，注油通道（8）的数量为一个或两个，其位置与泄流通道（11）、扩散通道（13）及主流通道（14）的径向位置相对应，注油通道（8）的结构有两种,一：在浮阀芯体（6）外圆面上加工的中间环形槽靠上部位的底部加工有一道环形槽与加工在沉砂槽（17）底部的轴向孔相通；二：在浮阀芯体（6）外圆面上加工的中间环形槽靠上部位的底部加工有径向孔与加工在沉砂槽（17）底部的轴向孔相通。

4.根据权利要求1所述的石油钻井用注油浮阀，其特征是泄流通道（11）、扩散通道（13）与主流通道（14）三者之间数量相等，径向位置相对应，扩散通道（13）位于减速容腔（15）的较上部位，泄流通道（11）位于减速容腔（15）的较下部位。

5.根据权利要求1所述的石油钻井用注油浮阀，其特征是注油浮阀壳体（1）为一圆管状，两端加工有螺纹，内孔从上到下加工有一个环形槽——减速容腔（15）和一个台阶，其他部件装成一个组件装于台阶上。

6.根据权利要求1所述的石油钻井用注油浮阀，其特征是销（16）为一圆柱销或内六角圆柱头螺钉，将连接阀套（3）与固定座（12）连接为一体，安装时涂耐高温厌氧胶。