CN110017108A - 一种控压钻井免灌浆式钻具止回阀 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种控压钻井免灌浆式钻具止回阀,包括上滑槽密封装置、锥形密封装置和下滑槽密封装置,在初始状态下,上滑套密封装置的滑块处于上滑槽内,下滑套密封装置的滑块处于下滑槽内,锥形密封装置锥形阀处于打开状态,整个管柱处于连通状态,此时下钻泥浆能够自由地从环空进入钻柱水眼内,实现下钻免灌浆;当地层流体进入钻柱流经上、下滑套后,产生压力差,当压力值达到克服卡接弹簧的弹簧力,推动上滑套或者下滑套移动,进入相应的上止回槽或下止回槽,自动反向关闭管柱通道,实现钻具止回阀的功能,保障井控安全,本发明的多功能止回阀结构简单且可实现一阀多用,实用可靠,具有较高的推广应用价值。

Description

一种控压钻井免灌浆式钻具止回阀
技术领域
本发明涉及石油修井和井下作业技术领域,尤其涉及一种控压钻井免灌浆式钻具止回阀。
背景技术
在石油钻完井、修井作业中,由于地层压力大于液柱压力,地层流体进入井筒内的量增加,泥浆密度降低而发生溢流,随着液柱压力进一步下降,可能导致井涌、甚至井喷事故的发生,使正常作业无法进行。
为了解决上述问题,现有技术中钻井过程中,当井发生溢流井涌时,为了防止地层流体以及钻井液沿钻柱水眼向上喷出损坏水龙带而导致井喷,需要使用钻具内防喷工具来控制钻柱内压力,多为止回阀,而现有的井下钻具止回阀,多是单流阀,在下钻作业时,必须每下3-5柱停止下钻作业向钻具水眼内灌泥浆,以平衡钻柱内外的压力,操作繁琐,并且容易造成止回阀失效,带来井控风险。
故如何提供一种钻具止回阀,用于石油钻完井、修井作业中起下钻作业时,既能够满足无需灌浆、又能够控制地层流体向钻具水眼内流动,保证井控安全,且操作简单、实用可靠,是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的是提供一种控压钻井免灌浆式钻具止回阀,即可保证下钻过程免灌浆,又能在井下遗留时关闭钻具内孔,防止井喷事故发生,结构简单且安装使用便捷。
为实现上述目的,本发明采取以下技术方案:
一种控压钻井免灌浆式钻具止回阀,包括阀体和密封系统,所述阀体为中空结构,所述阀体两端分别具有第一连接机构和第二连接机构,密封系统安装于所述中空结构内,所述阀体的中空结构内壁由所述第一连接机构至所述第二连接机构方向依次设置有上滑槽、上止回槽、定位台阶、下止回槽和下滑槽;
所述密封系统由所述第一连接机构至所述第二连接机构方向依次包括上滑套密封系统、锥形密封系统和下滑套密封系统;
所述上滑套密封系统包括上滑套和第一卡接件,所述上滑套外壁开设有第一容纳腔,第一卡接件设置于所述第一容纳腔内,所述上滑套中空结构,轴向具有通孔且底端开口处设置有弧面;
所述下滑套密封系统包括下滑套和第二卡接件,所述下滑套外壁开设有第二容纳腔所述第二卡接件设置于所述下滑套外侧壁且卡接在所述下滑槽内,所述下滑套为中空结构,轴向具有通孔;
所述锥形密封系统包括锥形阀、锥阀丝杆和梅花板;所述锥形阀的锥面与所述第一弧面匹配;所述锥阀丝杆一端连接与所述锥形阀平面,另一端贯穿所述梅花板并在端头处固定限位装置;所述梅花板直径与所述下滑套内壁直径相同且固定于所述下滑套内并覆盖所述下滑套通孔。
进一步的,所述梅花板具有梅花孔和安装孔,梅花孔均布于梅花板上,安装孔位于梅花板中心位置,所述锥阀丝杆贯穿所述安装孔。
进一步的,所述密封系统还包括:环形压板,所述上滑套和所述下滑套的通孔均为台阶孔,所述第一容纳腔与所述第二容纳腔均开设于台阶孔的台阶处,所述环形压板覆盖台阶孔的台阶。
上述进一步技术方案的有益效果是:将通孔设置为台阶孔,在台阶孔开设槽式容纳腔,之后采用环形压板覆盖于台阶上形成孔式容纳腔,相较于直接在滑套侧壁开孔式容纳腔,工艺简便易控,节省成本。
进一步的,所述阀体内壁还设置有密封圈槽,所述密封圈槽与所述上、下滑套密封系统之间设置有密封圈。
进一步的,所述密封圈槽与所述密封圈匹配设置有多组,且均位于所述上滑套或所述下滑套与所述阀体的接触部分。
上述进一步技术方案的有益效果是:提升密封装置的整体密封性能。
优选的,所述第一卡接件与所述第二卡接件结构相同,均由卡接弹簧和滑块构成,所述卡接弹簧一端连接所述上滑套和所述下滑套,另一端连接所述滑块。
进一步的,所述上滑槽和所述下滑槽一端为直角槽,另一端为斜面槽,且所述上滑槽和所述下滑槽的斜面槽方向相对。
上述进一步技术方案的有益效果是:斜面槽的设置便于卡接件在受力时由滑槽内滑出。
进一步的,所述锥形密封系统还包括:弹性部件,所述弹性部件可活动的套设于所述锥阀丝杆外围,且顶端与所述锥形阀底面相抵,底端与所述梅花板顶面相抵。
优选的,所述弹性部件为弹簧。
上述进一步及优选技术方案的有益效果是:提升了锥形阀整体的灵活控制性能。
进一步的,所述锥形阀密封系统还包括:锥阀引杆,所述锥阀引杆固定于所述锥形阀锥面尖端。
上述进一步技术方案的有益效果是:避免由于瞬时压差导致锥阀晃动偏离预计滑动轨道,确保止回阀的功能。
进一步的,所述上滑槽到所述上止回槽的距离与所述下滑槽到所述下止回槽的距离相等,且均大于所述弧面到所述锥形阀与所述弧面接触点的垂直距离,确保止回阀起到应有的作用。
与现有技术相比,本发明的技术方案具有如下效果:提供了一种控压钻井免灌浆式钻具止回阀,在初始状态下,上滑套密封装置的滑块处于上滑槽内,下滑套密封装置的滑块处于下滑槽内,锥形密封装置锥形阀处于打开状态,整个管柱处于连通状态,此时下钻泥浆能够自由地从环空进入钻柱水眼内,实现下钻免灌浆;当地层流体进入钻柱流经上、下滑套后,产生压力差,当压力值达到克服卡接弹簧的弹簧力,推动上滑套或者下滑套移动,进入相应的上止回槽或下止回槽,自动反向关闭管柱通道,实现钻具止回阀的功能,保障井控安全,本发明的多功能止回阀结构简单且可实现一阀多用,实用可靠,具有较高的推广应用价值。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明一种控压钻井免灌浆式钻具止回阀的结构图;
图2为本发明一种控压钻井免灌浆式钻具止回阀的的上滑套密封系统部分截面图;
图3为本发明一种控压钻井免灌浆式钻具止回阀的的下滑套梅花板部分截面图;
图4为本发明一种控压钻井免灌浆式钻具止回阀的的下滑套密封系统部分截面图;
其中,11、第一连接机构,12、第二连接机构,13、上滑槽,14、上止回槽,15、定位台阶,16、下止回槽,17、下滑槽,18、密封圈槽,21、上滑套,211、第一容纳腔,212、弧面,22、第一卡接件,31、下滑套,311、第二容纳腔,32、第二卡接件,41、锥形阀,42、锥阀丝杆,43、梅花板,431、梅花孔,432、安装孔,44、锥阀引杆,5、环形压板,6、密封圈,7、卡接弹簧,8、滑块,9、弹性部件。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,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他实施例,都属于本发明保护的范围。
如附图1、2、4所示,本发明提供的一种控压钻井免灌浆式钻具止回阀,包括阀体和密封系统,阀体为中空结构,阀体两端分别具有第一连接机构11和第二连接机构12,密封系统安装于中空结构内,阀体的中空结构内壁由第一连接机构11至第二连接机构12方向依次设置有上滑槽13、上止回槽14、定位台阶15、下止回槽16和下滑槽17;
密封系统由第一连接机构11至第二连接机构12方向依次包括上滑套密封系统、锥形密封系统和下滑套密封系统;
上滑套密封系统包括上滑套21和第一卡接件22,上滑套21外壁开设有第一容纳腔211,第一卡接件22设置于第一容纳腔211内,上滑套21中空结构,轴向具有通孔且底端开口处设置有弧面212;
下滑套密封系统包括下滑套31和第二卡接件32,下滑套31外壁开设有第二容纳腔311第二卡接件32设置于下滑套31外侧壁且卡接在下滑槽17内,下滑套31为中空结构,轴向具有通孔;
锥形密封系统包括锥形阀41、锥阀丝杆42和梅花板43;锥形阀41的锥面与第一弧面211匹配;锥阀丝杆42一端连接与锥形阀41平面,另一端贯穿梅花板43并在端头处固定限位装置44;梅花板45直径与下滑套31内壁直径相同且固定于下滑套31内并覆盖下滑套31通孔。
为了进一步优化上述技术方案,如附图3所示,梅花板43具有梅花孔431和安装孔432,梅花孔431均布于梅花板43上,安装孔432位于梅花板43中心位置,锥阀丝杆42贯穿安装孔432。
为了进一步优化上述技术方案,密封系统还包括:环形压板5,上滑套21和下滑套31的通孔均为台阶孔,第一容纳腔211与第二容纳腔311均开设于台阶孔的台阶处,环形压板5覆盖台阶孔的台阶。
为了进一步优化上述技术方案,阀体内壁还设置有密封圈槽18,密封圈槽18与上、下滑套密封系统之间设置有密封圈6。
为了进一步优化上述技术方案,密封圈槽18与密封圈6匹配设置有多组,且均位于上滑套21或下滑套31与阀体的接触部分。
为了进一步实现上述技术方案,第一卡接件22与第二卡接件32结构相同,均由卡接弹簧7和滑块8构成,卡接弹簧7一端连接上滑套21和下滑套31,另一端连接滑块8。
为了进一步优化上述技术方案,上滑槽13和下滑槽17一端为直角槽,另一端为斜面槽,且上滑槽13和下滑槽17的斜面槽方向相对。
为了进一步优化上述技术方案,锥形密封系统还包括:弹性部件9,弹性部件9可活动的套设于锥阀丝杆42外围,且顶端与锥形阀41底面相抵,底端与梅花板45顶面相抵。
为了进一步优化上述技术方案,弹性部件9为弹簧。
为了进一步优化上述技术方案,还包括:锥阀引杆,锥阀引杆44固定于锥形阀41锥面尖端。
为了进一步实现上述技术方案,上滑槽13到上止回槽14的距离与下滑槽17到下止回槽16的距离相等,且均大于弧面212到锥形阀41与弧面212接触点的垂直距离。
本发明的工作原理如下:初始状态下,上滑套密封装置的滑块8处于上滑槽13中,下滑套密封装置的滑块8处于下滑槽17中,锥形密封装置锥形阀41处于打开状态,整个管路处于连通状态;此时正常下钻作业,泥浆自由从环空进入钻柱水眼内,实现下钻免灌浆;
正常钻进或者循环时,在泥浆泵大排量的作用下,产生的推力克服上滑套密封装置的第一卡接件22的弹力,使上滑套密封装置沿着上滑槽13斜面滑出并下移,进入上止回槽14并锁定,此时锥形阀41锥面与弧面211相抵,本装置变换成一个正常的钻具止回阀,实现钻柱水眼反向关闭,阻止地层流体进入井筒;
当地层流体进入井筒,发生溢流时,井口防喷器关闭井口,环空压力不断升高,井筒液体高速进入钻柱内,同理,产生的推力克服下滑套密封装置的第二卡接件32的弹力,使下滑套密封装置沿着下滑槽17斜面滑出并上移,进入下止回槽16并锁定,此时本装置也变换为一个正常的钻具止回阀,实现钻柱水眼反向关闭,阻止了地层流体进入井筒;
即在正循环时,在泥浆泵作用下,推动锥形阀41下移实现正循环灌浆,停止循环时,锥形阀41在弹性部件9的作用下与弧面211紧密相抵使通孔密封,并且溢流量越大,弧面211余锥形阀41密封越紧密,确保止回阀不失效,防止安全事故的发生。
本说明书中上述实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述,并非对本发明的范围进行限定,对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种控压钻井免灌浆式钻具止回阀,包括阀体和密封系统,所述阀体为中空结构,所述阀体两端分别具有第一连接机构(11)和第二连接机构(12),密封系统安装于所述中空结构内,其特征在于,所述阀体的中空结构内壁由所述第一连接机构(11)至所述第二连接机构(12)方向依次设置有上滑槽(13)、上止回槽(14)、定位台阶(15)、下止回槽(16)和下滑槽(17);
所述密封系统由所述第一连接机构(11)至所述第二连接机构(12)方向依次包括上滑套密封系统、锥形密封系统和下滑套密封系统;
所述上滑套密封系统包括上滑套(21)和第一卡接件(22),所述上滑套(21)外壁开设有第一容纳腔(211),第一卡接件(22)设置于所述第一容纳腔(211)内,所述上滑套(21)中空结构,轴向具有通孔且底端开口处设置有弧面(212);
所述下滑套密封系统包括下滑套(31)和第二卡接件(32),所述下滑套(31)外壁开设有第二容纳腔(311)所述第二卡接件(32)设置于所述下滑套(31)外侧壁且卡接在所述下滑槽(17)内,所述下滑套(31)为中空结构,轴向具有通孔;
所述锥形密封系统包括锥形阀(41)、锥阀丝杆(42)和梅花板(43);所述锥形阀(41)的锥面与所述第一弧面(211)匹配;所述锥阀丝杆(42)一端连接与所述锥形阀(41)平面,另一端贯穿所述梅花板(43)并在端头处固定限位装置(44);所述梅花板(43)直径与所述下滑套(31)内壁直径相同且固定于所述下滑套(31)内并覆盖所述下滑套(31)通孔。
2.根据权利要求1所述的一种控压钻井免灌浆式钻具止回阀,其特征在于,所述密封系统还包括:环形压板(5),所述上滑套(21)和所述下滑套(31)的通孔均为台阶孔,所述第一容纳腔(211)与所述第二容纳腔(311)均开设于台阶孔的台阶处,所述环形压板(5)覆盖台阶孔的台阶。
3.根据权利要求2所述的一种控压钻井免灌浆式钻具止回阀,其特征在于,所述阀体内壁还设置有密封圈槽(18),所述密封圈槽(18)与所述上、下滑套密封系统之间设置有密封圈(6)。
4.根据权利要求2所述的一种控压钻井免灌浆式钻具止回阀,其特征在于,所述密封圈槽(18)与所述密封圈(6)匹配设置有多组,且均位于所述上滑套(21)或所述下滑套(31)与所述阀体的接触部分。
5.根据权利要求4所述的一种控压钻井免灌浆式钻具止回阀,其特征在于,所述第一卡接件(22)与所述第二卡接件(32)结构相同,均由卡接弹簧(7)和滑块(8)构成,所述卡接弹簧(7)一端连接所述上滑套(21)和所述下滑套(31),另一端连接所述滑块(8)。
6.根据权利要求5所述的一种控压钻井免灌浆式钻具止回阀,其特征在于,所述上滑槽(13)和所述下滑槽(17)一端为直角槽,另一端为斜面槽,且所述上滑槽(13)和所述下滑槽(17)的斜面槽方向相对。
7.根据权利要求6所述的一种控压钻井免灌浆式钻具止回阀,其特征在于,所述锥形密封系统还包括:弹性部件(9),所述弹性部件(9)可活动的套设于所述锥阀丝杆(42)外围,且顶端与所述锥形阀(41)底面相抵,底端与所述梅花板(43)顶面相抵。
8.根据权利要求7所述的一种控压钻井免灌浆式钻具止回阀,其特征在于,所述弹性部件(9)为弹簧。
9.根据权利要求8所述的一种控压钻井免灌浆式钻具止回阀,其特征在于,所述锥形阀密封系统还包括:锥阀引杆(44),所述锥阀引杆(44)固定于所述锥形阀(41)锥面尖端。
10.根据权利要求9所述的一种控压钻井免灌浆式钻具止回阀,其特征在于,所述限位装置(44)为自锁螺母。
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