CN108019171A - 一种用于井下钻具的径向泄压装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于井下钻具的径向泄压装置，属于油气钻井工程技术领域。包括设置在循环洗井钻具上的泄压短节，泄压短节为连接循环外套底部的中空腔体结构，中空腔体连通循环外套内的钻井液流通通道，泄压短节的侧壁设有通道，通道内设有泄压阀。通过本径向泄压装置的设置，在密封面下部流道堵塞的情况下，通过增压后泄压的方式实现下部流体的流通，解决下部钻具水眼堵塞而不能及时打开循环洗井工具的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种泄压装置，具体涉及一种用于井下钻具的径向泄压装置，属于油气钻井工程技术领域。
背景技术
在钻水平井、大位移井过程中，由于水平方向井筒岩屑受重力影响不能及时循环出地面，在水平段井内产生大量岩屑沉积，形成岩屑床，进而造成完井时不能顺利下入预定深度的套管，增加非生产时间，降低钻井效率和完井质量。通常情况，采用增加泥浆泵泵冲的方式产生一定扰流，有助于清洁井筒。但是对于小井眼的泥浆马达和MWD工具并不能满足达到扰流状态所需的泵速要求。这尤其是在大斜度井和水平井钻井时进行井筒高效清洁造成极大困难。钻井作业人员通常采用短起、洗井作业、更换钻头以及其他清洗作业等解决该类问题。这些方法或许在某种程度上有一定效果，但是需要消耗大量时间进行起下钻，降低了生产效率。另外，如遇下部钻具或钻头水眼被堵而不能及时进行循环作业，容易造成井壁坍塌等井下复杂事故，增加井喷事故风险。
因此通过在BHA钻井组合工具上采用不起钻的可反复循环洗井钻具的形式有效解决问题。循环洗井钻具中，钻头或下部钻具水眼易堵塞，现有的循环工具在投球后形成密封面，但由于密封面的上下部均形成密封腔，因此不利用压差及时打开工具，会造成井下复杂甚至生产事故发生。
于2014年04月02日公开了一种公开号为CN203515402U，专利名称为“适用于油气钻井的连续循环短节”，公开：包括短接本体和设置在本体内的中心阀和设置在本体侧面的侧面阀，所述中心阀为旋塞阀的结构，由固定环、上阀座、球芯、下阀座、密封环和旋塞开关构成，所述侧面阀包括阀盖、阀盖连接座、泄压阀、泄压阀阀座、泄压阀阀座连接座、扭力弹簧，阀盖安装在阀盖连接座上，扭力弹簧安装在阀盖连接座的穿销上，在阀盖连接座的两端设置有定位孔。该发明适用于油气钻井过程中起下钻、接单根时连续循环钻井，解决密封失效以及更换阀盖的不便，需备用的侧面阀盖与阀座较多的问题。由于中心阀为旋塞阀，需要操作人员操作，但在钻头或下部钻具水眼出现堵塞现象时，不能及时泄压，容易产生井下事故。
发明内容
本发明旨在解决现有技术问题，而提出了一种用于井下钻具的径向泄压装置。通过径向泄压装置的设置，在密封面下部流道堵塞的情况下，通过增压后泄压的方式实现下部流体的流通，解决下部钻具水眼堵塞而不能及时打开循环洗井工具的问题。
为了实现上述技术目的，提出如下的技术方案：
一种用于井下钻具的径向泄压装置，包括设置在井下钻具上的泄压短节，泄压短节为连接循环外套底部的中空腔体结构，中空腔体连通循环外套内的钻井液流通通道Ⅰ，泄压短节的侧壁设有通道Ⅱ，通道Ⅱ内设有泄压阀。
所述泄压阀包括套设于通道Ⅱ内的阀座，阀座内孔的一端为通孔Ⅰ，另一端设有阀芯，阀芯的顶部为密封通孔Ⅰ的密封件；阀芯下部与阀座的内孔之间套设有调节螺塞，调节螺塞为中空结构；阀芯下部内设有与外界连通的通孔Ⅱ，通孔Ⅱ与调节螺塞的中空结构同轴设置；阀芯中部的外壁与阀座内孔形成环形腔体，于阀芯中部设有垂直于通孔Ⅱ的通孔Ⅲ，通孔Ⅲ连通环形腔体和通孔Ⅱ，于环形腔体内的阀芯外套设有弹性件。
所述通孔Ⅰ与密封件的接触面为锥形密封面。
所述密封件为半球状实体，半球状实体的弧形面接触密封面。
所述弹性件为弹簧。
所述通孔Ⅱ与通孔Ⅲ一体成型设置。
所述通孔Ⅰ内径小于调节螺塞的中空结构内径。
所述阀座下部设有内螺纹，调节螺塞设有与内螺纹匹配的外螺纹。
所述阀座与通道Ⅱ的内壁之间设密封机构。
所述阀座的外侧端面设有径向沉孔结构。
所述调节螺塞下部的中空结构为内六面结构。
井下钻具包括循环洗井工具本体，循环洗井工具本体包括中空的循环外套、套设于循环外套内且中空的芯轴和开关器组件，循环外套和芯轴的中空结构配合形成钻井液流通通道。
当井下钻具内通道Ⅰ中的高压液体经过推动阀芯上的密封件后，通过阀座内的环形腔体，高压介质依次进入阀芯内的通孔Ⅲ和通孔Ⅱ；再通过调节螺塞的中空结构流向至泄压短节外，形成泄压通道。在安装使用前，可以通过调整调节螺塞的位移量来调节弹性件的压缩量，进而调节阀芯的密封压力。
采用本技术方案，带来的有益技术效果为：
1）在本发明中，通过径向泄压装置的设置，在密封面下部流道堵塞的情况下，通过增压后泄压的方式实现下部流体的流通，解决下部钻具水眼堵塞而不能及时打开循环洗井工具的问题；
2）在本发明中，当下部钻具或钻头水眼堵塞时，通过本泄压短节的设置，井下钻具下部内的压力升高至一定压力值时，泄压短节中的阀芯克服弹性件力移动，形成泄压通道；井下钻具下部空间压力降低后，阀芯在井下钻具内压力及弹性件力弹力的作用下，阀芯向通孔Ⅰ移动，密封件密封通孔Ⅰ，因此，泄压短节保障了本循环洗井工具在下部钻具或钻头水眼堵塞时的顺利打开，及泄压后的顺利关闭；
3）在本发明中，泄压阀包括套设于通道内的阀座，阀座内设有阀芯、调节螺塞及弹性件，该设置保证阀芯能稳定的密封或打开通孔Ⅰ，调节阀芯的密封压力，进而完成泄压；
4）在本发明中，通孔Ⅰ、通孔Ⅱ、通孔Ⅲ、调节螺塞的中空结构及环形腔体的设置，形成流通的泄压通道，促使高压流体自通道Ⅰ处有序、受控的经过泄压阀，而排出至泄压短节外，保证泄压工序的顺利进行；
5）在本发明中，调节螺塞的设置，通过调整调节螺塞的位移量，而调节弹性件的压缩量，进而调节阀芯的密封压力；
6）在本发明中，弹性件的设置，当弹性件接收调节螺塞所提供的压力时，弹性件产生弹性形变，进而对阀芯提供外力，完成阀芯对通孔Ⅰ的密封。当高压介质进入通孔Ⅰ时，高压介质对密封面处的密封件产生向下的作用力，弹性件提供弹力给阀芯，使得阀芯缓冲所受的作用力，进而促使阀芯上下位移的有序性，提高密封压力的稳定性；
7）在本发明中，通孔Ⅰ与密封件的接触面为锥形密封面，一方面增加密封件的密封性，另一方面可形成缓冲高压的环形腔体。同理，密封件为半球状实体，半球状实体的弧形面接触密封面，一方面增加对通孔Ⅰ的密封性，另一方面半球状实体的弧形面能稳定的接受高压介质所产生的高压，提高泄压的有序性；
8）在本发明中，通孔Ⅱ与通孔Ⅲ一体成型设置，增加阀芯结构的整体稳定性，保证阀芯定位和移动的顺利性；
9）在本发明中，通孔Ⅰ内径小于调节螺塞的中空结构内径，使得高压介质由通孔Ⅰ处顺利进入至调节螺塞的中空结构内，直至泄压短节外，提高泄压的稳定性，增加径向泄压装置的使用寿命；
10）在本发明中，阀座下部设有内螺纹，调节螺塞设有与内螺纹匹配的外螺纹，方便调节螺塞的安装和拆卸，且便于调整调节螺塞的位移量，进而调节弹性件的压缩量，进而调节阀芯的密封压力；
11）在本发明中，阀座与通道Ⅱ的内壁之间设密封机构，密封机构的设置，增加阀座与通道Ⅱ之间的密封性，稳定的固定阀座，进而促使泄压阀稳定的接收高压介质所提供的高压力；
12）在本发明中，阀座的外侧端面设有径向沉孔结构，该径向沉孔结构的设置，方便泄压阀结构的安装和拆卸，进而完成本径向泄压装置的检修、更换和维护。
附图说明
图1为本发明剖视结构示意图
图2为本发明中循环洗井工具本体在下入井下就位状态的剖视结构示意图
图中，1、循环外套，2、芯轴，3、泄压短节，4、通道Ⅰ，5、通道Ⅱ，6、泄压阀，601、阀座，7、通孔Ⅰ，8、阀芯，801、密封件，802、通孔Ⅱ，803、通孔Ⅲ，9、调节螺塞，10、环形腔体，11、弹性件，12、密封机构，13、沉孔结构。
具体实施方式
下面通过对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种用于井下钻具的径向泄压装置，包括设置在井下钻具上的泄压短节3，泄压短节3为连接循环外套1底部的中空腔体结构，中空腔体连通循环外套1内的钻井液流通通道Ⅰ4，泄压短节3的侧壁设有通道Ⅱ5，通道Ⅱ5内设有泄压阀6。
实施例2
一种用于井下钻具的径向泄压装置，包括设置在井下钻具上的泄压短节3，泄压短节3为连接循环外套1底部的中空腔体结构，中空腔体连通循环外套1内的钻井液流通通道Ⅰ4，泄压短节3的侧壁设有通道Ⅱ5，通道Ⅱ5内设有泄压阀6。
所述泄压阀6包括套设于通道Ⅱ5内的阀座601，阀座601内孔的一端为通孔Ⅰ7，另一端设有阀芯8，阀芯8的顶部为密封通孔Ⅰ7的密封件801；阀芯8下部与阀座601的内孔之间套设有调节螺塞9，调节螺塞9为中空结构；阀芯8下部内设有与外界连通的通孔Ⅱ802，通孔Ⅱ802与调节螺塞9的中空结构同轴设置；阀芯8中部的外壁与阀座601内孔形成环形腔体10，于阀芯8中部设有垂直于通孔Ⅱ802的通孔Ⅲ803，通孔Ⅲ803连通环形腔体10和通孔Ⅱ802，于环形腔体10内的阀芯8外套设有弹性件11。
实施例3
一种用于井下钻具的径向泄压装置，包括设置在井下钻具上的泄压短节3，泄压短节3为连接循环外套1底部的中空腔体结构，中空腔体连通循环外套1内的钻井液流通通道Ⅰ4，泄压短节3的侧壁设有通道Ⅱ5，通道Ⅱ5内设有泄压阀6。
所述泄压阀6包括套设于通道Ⅱ5内的阀座601，阀座601内孔的一端为通孔Ⅰ7，另一端设有阀芯8，阀芯8的顶部为密封通孔Ⅰ7的密封件801；阀芯8下部与阀座601的内孔之间套设有调节螺塞9，调节螺塞9为中空结构；阀芯8下部内设有与外界连通的通孔Ⅱ802，通孔Ⅱ802与调节螺塞9的中空结构同轴设置；阀芯8中部的外壁与阀座601内孔形成环形腔体10，于阀芯8中部设有垂直于通孔Ⅱ802的通孔Ⅲ803，通孔Ⅲ803连通环形腔体10和通孔Ⅱ802，于环形腔体10内的阀芯8外套设有弹性件11。
所述通孔Ⅰ7与密封件801的接触面为锥形密封面。
所述通孔Ⅱ802与通孔Ⅲ803一体成型设置。
所述通孔Ⅰ7内径小于调节螺塞9的中空结构内径。
所述阀座601与通道Ⅱ5的内壁之间设密封机构12。
所述阀座601的外侧端面设有径向沉孔结构13。
所述调节螺塞9下部的中空结构为内六面结构。
实施例4
一种用于井下钻具的径向泄压装置，包括设置在井下钻具上的泄压短节3，泄压短节3为连接循环外套1底部的中空腔体结构，中空腔体连通循环外套1内的钻井液流通通道Ⅰ4，泄压短节3的侧壁设有通道Ⅱ5，通道Ⅱ5内设有泄压阀6。
所述泄压阀6包括套设于通道Ⅱ5内的阀座601，阀座601内孔的一端为通孔Ⅰ7，另一端设有阀芯8，阀芯8的顶部为密封通孔Ⅰ7的密封件801；阀芯8下部与阀座601的内孔之间套设有调节螺塞9，调节螺塞9为中空结构；阀芯8下部内设有与外界连通的通孔Ⅱ802，通孔Ⅱ802与调节螺塞9的中空结构同轴设置；阀芯8中部的外壁与阀座601内孔形成环形腔体10，于阀芯8中部设有垂直于通孔Ⅱ802的通孔Ⅲ803，通孔Ⅲ803连通环形腔体10和通孔Ⅱ802，于环形腔体10内的阀芯8外套设有弹性件11。
所述密封件801为半球状实体，半球状实体的弧形面接触密封面。
所述弹性件11为弹簧。
所述通孔Ⅰ7内径小于调节螺塞9的中空结构内径。
所述阀座601下部设有内螺纹，调节螺塞9设有与内螺纹匹配的外螺纹。
实施例5
一种用于井下钻具的径向泄压装置，包括设置在井下钻具上的泄压短节3，泄压短节3为连接循环外套1底部的中空腔体结构，中空腔体连通循环外套1内的钻井液流通通道Ⅰ4，泄压短节3的侧壁设有通道Ⅱ5，通道Ⅱ5内设有泄压阀6。
所述泄压阀6包括套设于通道Ⅱ5内的阀座601，阀座601内孔的一端为通孔Ⅰ7，另一端设有阀芯8，阀芯8的顶部为密封通孔Ⅰ7的密封件801；阀芯8下部与阀座601的内孔之间套设有调节螺塞9，调节螺塞9为中空结构；阀芯8下部内设有与外界连通的通孔Ⅱ802，通孔Ⅱ802与调节螺塞9的中空结构同轴设置；阀芯8中部的外壁与阀座601内孔形成环形腔体10，于阀芯8中部设有垂直于通孔Ⅱ802的通孔Ⅲ803，通孔Ⅲ803连通环形腔体10和通孔Ⅱ802，于环形腔体10内的阀芯8外套设有弹性件11。
所述通孔Ⅰ7与密封件801的接触面为锥形密封面。
所述密封件801为半球状实体，半球状实体的弧形面接触密封面。
所述弹性件11为弹簧。
所述通孔Ⅰ7内径小于调节螺塞9的中空结构内径。
所述阀座601下部设有内螺纹，调节螺塞9设有与内螺纹匹配的外螺纹。
所述阀座601与通道Ⅱ5的内壁之间设密封机构12。
所述阀座601的外侧端面设有径向沉孔结构13。
实施例6
如图1、图2所示：一种用于井下钻具的径向泄压装置，包括设置在井下钻具上的泄压短节3，泄压短节3为连接循环外套1底部的中空腔体结构，中空腔体连通循环外套1内的钻井液流通通道Ⅰ4，泄压短节3的侧壁设有通道Ⅱ5，通道Ⅱ5内设有泄压阀6。
所述泄压阀6包括套设于通道Ⅱ5内的阀座601，阀座601内孔的一端为通孔Ⅰ7，另一端设有阀芯8，阀芯8的顶部为密封通孔Ⅰ7的密封件801；阀芯8下部与阀座601的内孔之间套设有调节螺塞9，调节螺塞9为中空结构；阀芯8下部内设有与外界连通的通孔Ⅱ802，通孔Ⅱ802与调节螺塞9的中空结构同轴设置；阀芯8中部的外壁与阀座601内孔形成环形腔体10，于阀芯8中部设有垂直于通孔Ⅱ802的通孔Ⅲ803，通孔Ⅲ803连通环形腔体10和通孔Ⅱ802，于环形腔体10内的阀芯8外套设有弹性件11。
所述通孔Ⅰ7与密封件801的接触面为锥形密封面。
所述密封件801为半球状实体，半球状实体的弧形面接触密封面。
所述弹性件11为弹簧。
所述通孔Ⅱ802与通孔Ⅲ803一体成型设置。
所述通孔Ⅰ7内径小于调节螺塞9的中空结构内径。
所述阀座601下部设有内螺纹，调节螺塞9设有与内螺纹匹配的外螺纹。
所述阀座601与通道Ⅱ5的内壁之间设密封机构12。
所述阀座601的外侧端面设有径向沉孔结构13。
所述调节螺塞9下部的中空结构为内六面结构。
实施例7
在实施例1-6的基础上：
井下钻具包括循环洗井工具本体，循环洗井工具本体包括中空的循环外套1、套设于循环外套1内且中空的芯轴2和开关器组件，循环外套1和芯轴2的中空结构配合形成钻井液流通通道。
当井下钻具内通道Ⅰ4中的高压液体经过推动阀芯8上的密封件801后，通过阀座601内的环形腔体10，高压介质依次进入阀芯8内的通孔Ⅲ803和通孔Ⅱ802；再通过调节螺塞9的中空结构流向至泄压短节3外，形成泄压通道。在安装使用前，可以通过调整调节螺塞9的位移量来调节弹性件11的压缩量，进而调节阀芯8的密封压力。
Claims (10)
1.一种用于井下钻具的径向泄压装置，其特征在于：包括设置在井下钻具上的泄压短节（3），泄压短节（3）为循环外套（1）底部的中空腔体结构，中空腔体连通循环外套（1）内的钻井液流通通道Ⅰ（4），泄压短节（3）的侧壁设有通道Ⅱ（5），通道Ⅱ（5）内设有泄压阀（6）。
2.根据权利要求1所述的径向泄压装置，其特征在于：所述泄压阀（6）包括套设于通道Ⅱ（5）内的阀座（601），阀座（601）内孔的一端为通孔Ⅰ（7），另一端设有阀芯（8），阀芯（8）的顶部为密封通孔Ⅰ（7）的密封件（801）；阀芯（8）下部与阀座（601）的内孔之间套设有调节螺塞（9），调节螺塞（9）为中空结构；阀芯（8）下部内设有与外界连通的通孔Ⅱ（802），通孔Ⅱ（802）与调节螺塞（9）的中空结构同轴设置；阀芯（8）中部的外壁与阀座（601）内孔形成环形腔体（10），于阀芯（8）中部设有垂直于通孔Ⅱ（802）的通孔Ⅲ（803），通孔Ⅲ（803）连通环形腔体（10）和通孔Ⅱ（802），于环形腔体（10）内的阀芯（8）外套设有弹性件（11）。
3.根据权利要求2所述的径向泄压装置，其特征在于：所述通孔Ⅰ（7）与密封件（801）的接触面为锥形密封面。
4.根据权利要求2或3所述的径向泄压装置，其特征在于：所述密封件（801）为半球状实体，半球状实体的弧形面接触密封面。
5.根据权利要求2所述的径向泄压装置，其特征在于：所述弹性件（11）为弹簧。
6.根据权利要求2所述的径向泄压装置，其特征在于：所述通孔Ⅱ（802）与通孔Ⅲ（803）一体成型设置。
7.根据权利要求2所述的径向泄压装置，其特征在于：所述通孔Ⅰ（7）内径小于调节螺塞（9）的中空结构内径。
8.根据权利要求2所述的径向泄压装置，其特征在于：所述阀座（601）下部设有内螺纹，调节螺塞（9）设有与内螺纹匹配的外螺纹。
9.根据权利要求2所述的径向泄压装置，其特征在于：所述阀座（601）与通道Ⅱ（5）的内壁之间设密封机构（12）。
10.根据权利要求2所述的径向泄压装置，其特征在于：所述阀座（601）的外侧端面设有径向沉孔结构（13）。
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