CN110107237A - 一种井下管柱用旁通阀及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
一种井下管柱用旁通阀及其使用方法，包括中空的第一接头和中空的第二接头，第一接头的外部套装圆筒形的活塞，第二接头上设置第二复位装置，第一接头上开设环形的调节腔，活塞的另一端位于调节腔内且封闭调节腔，第一接头上开设第一喷射孔，活塞上开设第二喷射孔，第一喷射孔与第二喷射孔能够连通。本发明通过在第一接头与第二接头外设置动作元件，无需在第一接头与第二接头内设置专门的节流元件，因此可以提供较大的、规则的内径，方便其他井下工具通过；此外，相较于现有旁通阀通过在管内利用节流元件产生的节流压差推动阀门开启的方法，本发明利用管内和环空所产生的压差来推动阀门开启的方法可以避免节流元件的磨损，提高旁通阀使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及旁通阀，具体地说是一种井下管柱用旁通阀及其使用方法。
背景技术
井下旁通阀是钻、完井管柱及连续油管施工时常用的一种可以提高井筒循环排量的井下工具。目前井下管柱用的旁通阀主要有投球式和排量控制式两种。
投球式旁通阀(如CN201811126985，CN201811126985等)的开启需要依靠从井口向井下投球，球坐在旁通阀上的球座上进行憋压来实现，每次开启旁通阀都需要投一个球，因为工具处球篮空间有限，这种阀门只能实现有限次开启，使用条件受到很大限制；
排量控制式旁通阀(如CN201811330227，CN201811206804，CN201821053641等)则需要通过改变管柱内流体排量来实现旁通阀的开启和关闭，增大排量，旁通阀开启，降低排量，旁通阀关闭。这种开启方式不需要向井下投球，但是在旁通阀内均设置有节流元件，利用排量的不同，节流元件上下两端产生的压差不同来实现旁通阀的开关。这种工具的主要问题是，在旁通阀内设置节流元件，刻意增大旁通阀处的管内节流压差，这会导致旁通阀内通道不规则或者内径很小，一旦遇到井下事故需要下入其他工具处理时，会因为旁通阀内通道不规则或者内径很小导致其他工具无法通过，进而带来其他井下复杂事故。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种井下管柱用旁通阀及其使用方法，无需在旁通阀内设置专门的节流元件，因此可以提供较大的、规则的内径，满足其他井下工具的通过；此外，相较于现有旁通阀通过在管内利用节流元件产生的节流压差推动阀门开启的方法，本发明利用管内和环空所产生的压差来推动阀门开启的方法可以避免节流元件的磨损，提高旁通阀使用寿命；本发明采用的方法无需借助旁通阀自身产生的压差来开启阀门，因此可以减少井下流体摩阻，降低地面施工泵压。
本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：一种井下管柱用旁通阀，包括中空的第一接头和中空的第二接头，第一接头的一端与第二接头连接，第一接头的另一端侧部开设第一连接孔，第一接头的外部套装圆筒形的活塞，活塞的内壁与第一接头的外壁贴合，活塞能够沿第一接头的长度方向在第一接头外部滑动，第二接头上设置第二复位装置，第二复位装置位于活塞的一端且能够驱动活塞滑动，第一接头上开设环形的调节腔，活塞的另一端位于调节腔内且封闭调节腔，第一连接孔与调节腔之间连通第二连接孔，第一接头上开设第一喷射孔，活塞上开设第二喷射孔，第一喷射孔与第二喷射孔能够连通。
所述的一种井下管柱用旁通阀的使用方法，所述方法包括下述步骤：当第一接头和第二接头内没有流体循环或者循环排量较小时，第一接头和第二接头内和环空之间没有压差或压差较小；没有压差时，活塞不移动；当有较小压差时，第一接头和第二接头内的流体，推动活塞沿第一接头的长度方向滑动一定距离，但此时第一喷射孔和第二喷射孔未连通，所述的一种井下管柱用旁通阀处于关闭状态；当第一接头和第二接头内的流体循环排量增大时，第一接头和第二接头内和环空之间的压差也会增大，流体对活塞的推力大于第二复位装置对活塞施加的力，活塞克服第二复位装置的阻力沿第一接头的长度方向滑动，直至第一喷射孔与第二喷射孔连通，当第一喷射孔与第二喷射孔连通后，所述的一种井下管柱用旁通阀处于开启状态；当第一接头和第二接头内的流体循环排量降低时，第一接头和第二接头内和环空之间的压差也会逐渐减小，在第二复位装置的驱动下，活塞滑动至初始位置，活塞封隔第一喷射孔与第二喷射孔，此时，所述的一种井下管柱用旁通阀再次关闭；如此反复提高和降低第一接头和第二接头内的循环排量，即可实现对所述的一种井下管柱用旁通阀的开启或关闭。
所述的一种井下管柱用旁通阀的使用方法，所述方法包括下述步骤：下井后，旁通阀起始时处于关闭状态，滑块位于第二连接孔与第一接头内部空间之间，当第一接头和第二接头内没有流体循环或者循环排量较小时，第一接头和第二接头内与环空之间的压差较小，第一接头和第二接头外的流体通过第一连接孔进入调节腔，此时调节腔内的压力与第一接头和第二接头外的环空压力相同，第一接头和第二接头内的流体对活塞的推力与第二复位装置对活塞施加的力相互平衡，第一接头和第二接头内的流体对滑块的推力与第一复位装置和第一接头和第二接头外的流体对滑块施加的力相互平衡，当第一接头和第二接头内的流体循环排量逐渐增大时，第一接头和第二接头内和环空之间的压差也会逐渐增大，第一接头和第二接头内的流体推动滑块移动，使第一接头的内部空间通过第一连接孔与调节腔连通，此时调节腔内的压力与第一接头内的压力相同，活塞克服第二复位装置的阻力移动，当活塞移动至第一喷射孔与第二喷射孔连通后，所述的一种井下管柱用旁通阀开启；第一接头和第二接头内的流体循环排量降低时，第一接头和第二接头内和环空之间的压差也会减小，滑块受到的第一接头和第二接头内的流体的压力无法克服第一复位装置和第一接头和第二接头外的流体对滑块施加的力，滑块向与第一接头内运动，滑块移动至第二连接孔与第一接头内部空间之间，第一接头和第二接头外的流体进入调节腔，此时调节腔内的压力重新与第一接头和第二接头外的环空压力相同，活塞恢复原位，活塞封隔第一喷射孔与第二喷射孔，此时，旁通阀再次关闭，如此重复提高和降低第一接头和第二接头内的循环排量，即可实现对所述的一种井下管柱用旁通阀的开启或关闭。
本发明的优点在于：本发明通过在第一接头与第二接头外设置动作元件，无需在第一接头与第二接头内设置专门的节流元件，因此可以提供较大的、规则的内径，方便其他井下工具通过；此外，相较于现有旁通阀通过在管内利用节流元件产生的节流压差推动阀门开启的方法，本发明利用管内和环空所产生的压差来推动阀门开启的方法可以避免节流元件的磨损，提高旁通阀使用寿命；本发明采用的方法无需借助旁通阀自身产生的压差来开启阀门，因此可以减少井下流体摩阻，降低地面施工泵压。
附图说明
图1是本发明关闭状态结构示意图；图2是本发明开启状态结构示意图。
具体实施方式
一种井下管柱用旁通阀，如图1-2所示，包括中空的第一接头1和中空的第二接头8，第一接头1的一端与第二接头8的一端连接，第一接头1与第二接头8的另一端分别与管道连接，第一接头1的另一端侧部开设第一连接孔13，第一接头1的外部套装圆筒形的活塞6，活塞6的内壁与第一接头1的外壁贴合，活塞6能够沿第一接头1的长度方向在第一接头1外部滑动，第二接头8上设置第二复位装置，第二复位装置位于活塞6的一端且能够驱动活塞6滑动，第一接头1上开设环形的调节腔9，活塞6的另一端位于调节腔9内且封闭调节腔9，第一连接孔13与调节腔9之间连通第二连接孔12，第一接头1上开设第一喷射孔11，活塞6上开设第二喷射孔5，第一喷射孔11与第二喷射孔5能够连通。这种结构通过在第一接头1与第二接头8外设置动作元件，无需在第一接头1与第二接头8内设置专门的节流元件，因此可以提供较大的、规则的内径，方便其他井下工具通过；此外，相较于现有旁通阀通过在管内利用节流元件产生的节流压差推动阀门开启的方法，本发明利用管内和环空所产生的压差来推动阀门开启的方法可以避免节流元件的磨损，提高旁通阀使用寿命；本发明采用的方法无需借助旁通阀自身产生的压差来开启阀门，因此可以减少井下流体摩阻，降低地面施工泵压。
所述的第一连接孔13连通第一接头1的内外空间，第一连接孔13内设置滑块4，滑块4封闭第一连接孔13，滑块4能够沿第一连接孔13在第二连接孔12的两侧之间滑动，第一连接孔13内设置第一复位装置，第一复位装置与滑块4相触，第一复位装置能够驱动滑块4滑动。这种结构能够利用第一接头1与第二接头8处的管内流体和环空流体所形成的压差控制滑块4，从而更方便的控制旁通阀的开启和关闭。
所述的第一复位装置可以有多种结构，优选的为第一弹簧3，第一连接孔13端部设置挡块2，挡块2固定安装在第一接头1上，第一弹簧3的两端分别与挡块2和滑块4相触。这种结构简单，利用弹力为滑块4提供阻力。所述的第一复位装置还可以是电动推杆、液压缸等伸缩装置，其能够通过控制伸缩为滑块4提供推力，但是其结构复杂，不便于维修更换。
所述的第二接头8上开设容纳腔14，第二复位装置位于容纳腔14内。这种结构能够避免第二复位装置受环空处的流体侵袭，提高第二复位装置的使用寿命。
所述的第二复位装置可以有多种结构，优选的为第二弹簧7，第二弹簧7的两端分别与活塞6和第二接头8相触。这种结构简单，利用弹力为活塞6提供阻力。所述的第二复位装置还可以是电动推杆、液压缸等伸缩装置，其能够通过控制伸缩为活塞6提供推力，但是其结构复杂，不便于维修更换。
所述的第一接头1和活塞6之间设置两个密封圈，两个密封圈分别位于第一喷射孔11两侧。这种结构能够避免第一喷射孔11与第一喷射孔5在旁通阀处于关闭状态时连通。
所述的活塞6和调节腔9之间设置两个密封圈，一个密封圈与活塞6内壁相触，另一个密封圈与活塞6外壁相触。这种结构能够避免流体通过调节腔9泄露。
所述的第一接头1和第二接头8之间设置密封圈。这种结构能够避免流体通过第一接头1和第二接头8之间的间隙泄露。
所述的第一接头1和活塞6之间设置导向装置，导向装置沿活塞6的长度方向，设置在第一接头1和/或活塞6上，导向装置能够避免第一接头1和活塞6产生相对旋转。
所述的一种井下管柱用旁通阀的使用方法，所述方法包括下述步骤：当第一接头1和第二接头8内没有流体循环或者循环排量较小时，第一接头1和第二接头8内和环空之间没有压差或压差较小；没有压差时，活塞6不移动；当有较小压差时，第一接头1和第二接头8内的流体，推动活塞6沿第一接头1的长度方向滑动一定距离，但此时第一喷射孔11和第二喷射孔5未连通，所述的一种井下管柱用旁通阀处于关闭状态；当第一接头1和第二接头8内的流体循环排量增大时，第一接头1和第二接头8内和环空之间的压差也会增大，流体对活塞6的推力大于第二复位装置对活塞6施加的力，活塞6克服第二复位装置的阻力沿第一接头1的长度方向滑动，直至第一喷射孔11与第二喷射孔5连通，当第一喷射孔11与第二喷射孔5连通后，所述的一种井下管柱用旁通阀处于开启状态；当第一接头1和第二接头8内的流体循环排量降低时，第一接头1和第二接头8内和环空之间的压差也会逐渐减小，在第二复位装置的驱动下，活塞6滑动至初始位置，活塞6封隔第一喷射孔11与第二喷射孔5，此时，所述的一种井下管柱用旁通阀再次关闭；如此反复提高和降低第一接头1和第二接头8内的循环排量，即可实现对所述的一种井下管柱用旁通阀的开启或关闭。相较于现有旁通阀通过在管内利用节流元件产生的节流压差推动阀门开启的方法，本发明利用管内和环空所产生的压差来推动阀门开启的方法可以避免节流元件的磨损，提高旁通阀使用寿命；本发明采用的方法无需借助旁通阀自身产生的压差来开启阀门，因此可以减少井下流体摩阻，降低地面施工泵压。
所述的一种井下管柱用旁通阀的使用方法，所述方法包括下述步骤：下井后，旁通阀起始时处于关闭状态，滑块4位于第二连接孔12与第一接头1内部空间之间，当第一接头1和第二接头8内没有流体循环或者循环排量较小时，第一接头1和第二接头8内与环空之间的压差较小，第一接头1和第二接头8外的流体通过第一连接孔13进入调节腔9，此时调节腔9内的压力与第一接头1和第二接头8外的环空压力相同，第一接头1和第二接头8内的流体对活塞6的推力与第二复位装置对活塞6施加的力相互平衡，第一接头1和第二接头8内的流体对滑块4的推力与第一复位装置和第一接头1和第二接头8外的流体对滑块4施加的力相互平衡，当第一接头1和第二接头8内的流体循环排量逐渐增大时，第一接头1和第二接头8内和环空之间的压差也会逐渐增大，第一接头1和第二接头8内的流体推动滑块4移动，使第一接头1的内部空间通过第一连接孔13与调节腔9连通，此时调节腔9内的压力与第一接头1内的压力相同，活塞6克服第二复位装置的阻力移动，当活塞6移动至第一喷射孔11与第二喷射孔5连通后，所述的一种井下管柱用旁通阀开启；第一接头1和第二接头8内的流体循环排量降低时，第一接头1和第二接头8内和环空之间的压差也会减小，滑块4受到的第一接头1和第二接头8内的流体的压力无法克服第一复位装置和第一接头1和第二接头8外的流体对滑块4施加的力，滑块4向与第一接头1内运动，滑块4移动至第二连接孔12与第一接头1内部空间之间，第一接头1和第二接头8外的流体进入调节腔9，此时调节腔9内的压力重新与第一接头1和第二接头8外的环空压力相同，活塞6恢复原位，活塞6封隔第一喷射孔11与第二喷射孔5，此时，旁通阀再次关闭，如此重复提高和降低第一接头1和第二接头8内的循环排量，即可实现对所述的一种井下管柱用旁通阀的开启或关闭。相较于现有旁通阀通过在管内利用节流元件产生的节流压差推动阀门开启的方法，本发明利用管内和环空所产生的压差来推动阀门开启的方法可以避免节流元件的磨损，提高旁通阀使用寿命；本发明采用的方法无需借助旁通阀自身产生的压差来开启阀门，因此可以减少井下流体摩阻，降低地面施工泵压。
本发明的技术方案并不限制于本发明所述的实施例的范围内。本发明未详尽描述的技术内容均为公知技术。
Claims (10)
1.一种井下管柱用旁通阀，其特征在于，包括中空的第一接头(1)和中空的第二接头(8)，第一接头(1)的一端与第二接头(8)连接，第一接头(1)的另一端侧部开设第一连接孔(13)，第一接头(1)的外部套装圆筒形的活塞(6)，活塞(6)的内壁与第一接头(1)的外壁贴合，活塞(6)能够沿第一接头(1)的长度方向在第一接头(1)外部滑动，第二接头(8)上设置第二复位装置，第二复位装置位于活塞(6)的一端且能够驱动活塞(6)滑动，第一接头(1)上开设环形的调节腔(9)，活塞(6)的另一端位于调节腔(9)内且封闭调节腔(9)，第一连接孔(13)与调节腔(9)之间连通第二连接孔(12)，第一接头(1)上开设第一喷射孔(11)，活塞(6)上开设第二喷射孔(5)，第一喷射孔(11)与第二喷射孔(5)能够连通。
2.根据权利要求1所述的一种井下管柱用旁通阀，其特征在于，所述的第一连接孔(13)连通第一接头(1)的内外空间，第一连接孔(13)内设置滑块(4)，滑块(4)封闭第一连接孔(13)，滑块(4)能够沿第一连接孔(13)在第二连接孔(12)的两侧之间滑动，第一连接孔(13)内设置第一复位装置，第一复位装置与滑块(4)相触，第一复位装置能够驱动滑块(4)滑动。
3.根据权利要求2所述的一种井下管柱用旁通阀，其特征在于，所述的第一复位装置为第一弹簧(3)，第一连接孔(13)端部设置挡块(2)，挡块(2)固定安装在第一接头(1)上，第一弹簧(3)的两端分别与挡块(2)和滑块(4)相触。
4.根据权利要求1所述的一种井下管柱用旁通阀，其特征在于，所述的第二接头(8)上开设容纳腔(14)，第二复位装置位于容纳腔(14)内。
5.根据权利要求1或4所述的一种井下管柱用旁通阀，其特征在于，所述的第二复位装置为第二弹簧(7)，第二弹簧(7)的两端分别与活塞(6)和第二接头(8)相触。
6.根据权利要求1或2所述的一种井下管柱用旁通阀，其特征在于，所述的第一接头(1)和活塞(6)之间设置两个密封圈，两个密封圈分别位于第一喷射孔(11)两侧。
7.根据权利要求1或2所述的一种井下管柱用旁通阀，其特征在于，所述的活塞(6)和调节腔(9)之间设置两个密封圈，一个密封圈与活塞(6)内壁相触，另一个密封圈与活塞(6)外壁相触。
8.根据权利要求1或2所述的一种井下管柱用旁通阀，其特征在于，所述的第一接头(1)和第二接头(8)之间设置密封圈。
9.根据权利要求1所述的一种井下管柱用旁通阀的使用方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：当第一接头(1)和第二接头(8)内没有流体循环或者循环排量较小时，第一接头(1)和第二接头(8)内和环空之间没有压差或压差较小；没有压差时，活塞(6)不移动；当有较小压差时，第一接头(1)和第二接头(8)内的流体，推动活塞(6)沿第一接头(1)的长度方向滑动一定距离，但此时第一喷射孔(11)和第二喷射孔(5)未连通，所述的一种井下管柱用旁通阀处于关闭状态；当第一接头(1)和第二接头(8)内的流体循环排量增大时，第一接头(1)和第二接头(8)内和环空之间的压差也会增大，流体对活塞(6)的推力大于第二复位装置对活塞(6)施加的力，活塞(6)克服第二复位装置的阻力沿第一接头(1)的长度方向滑动，直至第一喷射孔(11)与第二喷射孔(5)连通，当第一喷射孔(11)与第二喷射孔(5)连通后，所述的一种井下管柱用旁通阀处于开启状态；当第一接头(1)和第二接头(8)内的流体循环排量降低时，第一接头(1)和第二接头(8)内和环空之间的压差也会逐渐减小，在第二复位装置的驱动下，活塞(6)滑动至初始位置，活塞(6)封隔第一喷射孔(11)与第二喷射孔(5)，此时，所述的一种井下管柱用旁通阀再次关闭；如此反复提高和降低第一接头(1)和第二接头(8)内的循环排量，即可实现对所述的一种井下管柱用旁通阀的开启或关闭。
10.根据权利要求2所述的一种井下管柱用旁通阀的使用方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：下井后，旁通阀起始时处于关闭状态，滑块(4)位于第二连接孔(12)与第一接头(1)内部空间之间，当第一接头(1)和第二接头(8)内没有流体循环或者循环排量较小时，第一接头(1)和第二接头(8)内与环空之间的压差较小，第一接头(1)和第二接头(8)外的流体通过第一连接孔(13)进入调节腔(9)，此时调节腔(9)内的压力与第一接头(1)和第二接头(8)外的环空压力相同，第一接头(1)和第二接头(8)内的流体对活塞(6)的推力与第二复位装置对活塞(6)施加的力相互平衡，第一接头(1)和第二接头(8)内的流体对滑块(4)的推力与第一复位装置和第一接头(1)和第二接头(8)外的流体对滑块(4)施加的力相互平衡，当第一接头(1)和第二接头(8)内的流体循环排量逐渐增大时，第一接头(1)和第二接头(8)内和环空之间的压差也会逐渐增大，第一接头(1)和第二接头(8)内的流体推动滑块(4)移动，使第一接头(1)的内部空间通过第一连接孔(13)与调节腔(9)连通，此时调节腔(9)内的压力与第一接头(1)内的压力相同，活塞(6)克服第二复位装置的阻力移动，当活塞(6)移动至第一喷射孔(11)与第二喷射孔(5)连通后，所述的一种井下管柱用旁通阀开启；第一接头(1)和第二接头(8)内的流体循环排量降低时，第一接头(1)和第二接头(8)内和环空之间的压差也会减小，滑块(4)受到的第一接头(1)和第二接头(8)内的流体的压力无法克服第一复位装置和第一接头(1)和第二接头(8)外的流体对滑块(4)施加的力，滑块(4)向与第一接头(1)内运动，滑块(4)移动至第二连接孔(12)与第一接头(1)内部空间之间，第一接头(1)和第二接头(8)外的流体进入调节腔(9)，此时调节腔(9)内的压力重新与第一接头(1)和第二接头(8)外的环空压力相同，活塞(6)恢复原位，活塞(6)封隔第一喷射孔(11)与第二喷射孔(5)，此时，旁通阀再次关闭，如此重复提高和降低第一接头(1)和第二接头(8)内的循环排量，即可实现对所述的一种井下管柱用旁通阀的开启或关闭。
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