CN111119791B - 一种双通道钻井井下浮阀 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种双通道钻井井下浮阀,包括外层管、内层管、上密封总成、内阀芯、外阀芯、弹性件、下密封总成、流动转换部件组成。本发明通过螺纹连接的上密封总成、下密封总成,密封部位损坏后易于更换;设置在密封容纳空间中的弹簧不裸露与流动钻井液下,有效减少弹簧失效的可能性,提高易损件的使用寿命。

Description

一种双通道钻井井下浮阀
技术领域
本发明涉及石油与天然气钻井工程领域,特别涉及一种用于双通道钻井的井下浮阀。
背景技术
作为一种油气勘探开发钻井技术,双通道钻井(Reelwell Drilling Method)采用双壁钻杆(同轴双通道钻杆)实现钻井液的输入和返出。双壁钻杆内壁与外壁之间的外层通道用于由地面向井底送入钻井液,双壁钻杆内部的内层通道用于由井底向地面返回钻井液。在双壁钻具底部,钻井液从双壁钻杆外层通道进入井下钻具组合(BHA),通过钻头水眼到达井底;携带岩屑的钻井液从钻杆与井眼的环空进入双壁钻杆的内层通道,进而返回地面。
在油气钻井过程中,当地层压力大于钻井液产生的井底压力时,地层流体可能进入井筒,引起井涌,甚至井喷。为防止井涌、井喷的发生,需要安装防喷器(BOP)和钻具内防喷工具。井下浮阀是钻具内放喷工具的一种,在钻柱上安装井下浮阀可以封隔井下高压,防止地层高压流体经钻杆喷出地面。钻井液循环时,浮阀打开;钻井液停止循环时,浮阀自动关闭。双壁钻杆有内外两个通道,要求井下浮阀能够在停泵后自动封隔内外两个通道,开泵后自动开启两通道。目前的井下浮阀仅能对一个通道进行封隔,无法同时对两个通道进行封隔。
因此,需要一种具有流动转换功能且实现内外双通道封隔的双壁钻杆井下浮阀。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术亟待解决的问题,提供一种双通道钻井井下浮阀,实现双通道反循环钻井井下流动转换和自动封隔井下高压。
为实现以上目的,本发明采用以下技术方案:
本发明提供一种双通道钻井井下浮阀,包括外层管、内层管、上密封总成、内阀芯、外阀芯、弹性件、下密封总成、流动转换部件组成;
所述流动转换部件连接在外层管的下部,所述流动转换部件内设有第一通路和第二通路,
所述内层管位于外层管内,所述内层管与外层管之间形成第一通道,所述内层管内部设有第二通道,所述第一通道与第二通道分别与流动转换部件的第二通路和第一通路相连通;
所述内层管的下端与上密封总成相连接,所述流动转换部件的上端与下密封总成相连接,
所述内阀芯和外阀芯相连接并在弹性件的作用下沿竖直方向运动,当所述内阀芯和外阀芯位于最上方时,内阀芯与上密封总成紧密接触,外阀芯与外层管的内壁相接触,所述第一通道与第二通道分别与流动转换部件的第二通路和第一通路之间的通路关闭,当所述内阀芯与上密封总成分离时,所述第一通道与流动转换部件的第二通路相连通,第二通道与流动转换部件的第一通路相连通。
进一步,所述内阀芯的顶端设有第一连接面,所述上密封总成的下端设有与第一连接面相匹配的第二连接面,所述第一连接面与第二连接面相接触时密封连接;
所述内阀芯的内部设有至少一个第一通孔,所述第一通孔为L型的通孔,所述第一通孔的一端设置在内阀芯的侧壁上,另一端设置在内阀芯的下端并与第一通路相连通。
进一步,所述外阀芯的的外侧壁设有第一接触斜面,所述外层管的内侧壁设有第二接触斜面,所述第一接触斜面与第二接触斜面接触时密封连接;所述上密封总成的外侧壁与外阀芯内侧壁相接触并形成滑动密封。
进一步,所述内阀芯与外阀芯的连接处设有第一凹槽,所述弹性件和下密封总成的上部位于第一凹槽内;所述弹性件的上端与第一凹槽的内壁相连接,下端与下密封总成相连接。
进一步,所述第一凹槽与下密封总成密封滑动连接,所述第一凹槽与下密封总成之间形成用于容纳弹性件的密闭空间。
进一步,所述第一连接面与第二连接面之间的高度差与第一接触面与第二接触面之间的高度差相同。
进一步,所述流动转换部件中,第一通路为进口位于中心处出口为与侧壁上的至少一个倾斜通孔;所述第二通路为进口位于外环出口位于底面中部的折弯通孔。
进一步,所述上密封总成与内层管通过螺纹可拆卸的密封连接。
进一步,所述下部密封总成与流动转换部件可拆卸的连接。
进一步,所述下部密封总成与流动转换部件通过螺纹可拆卸的密封连接。
进一步,所述弹性件为弹簧。
本发明的有益效果在于采用通过螺纹连接的上密封总成、下密封总成,密封部位损坏后易于更换;设置在密封容纳空间中的弹簧不裸露与流动钻井液下,有效减少弹簧失效的可能性,提高易损件的使用寿命。
附图说明
图1是本发明关闭时的整体结构示意图;
图2是本发明开启时的整体结构示意图;
图3是本发明图2的A-A剖视图;
图4是本发明图2的B-B剖视图。
图中,外层管1、内层管2、上密封总成3、内阀芯4、外阀芯5、弹簧6、下密封总成7、流动转换部件8。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述,显然,所描述的实施例仅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他实施例,都属于本发明保护的范围。
结合附图1-3对本发明做进一步描述:
本发明由外层管1、内层管2、上密封总成3、内阀芯4、外阀芯5、弹簧6、下密封总成7、流动转换部件8组成;内层管2位于外层管1内,二者相对位置固定(内层管2位于外层管1内,内层管2与外层管1连接所用结构与双壁钻杆的钻杆接头相同);上密封总成3位于内层管2之下;内阀芯4、外阀芯5、弹簧6位于上密封总成3和下密封总成7之间;流动转换部件8位于外层管1和下密封总成7之下。
所述流动转换部件8连接在外层管的下部,所述流动转换部件内设有第一通路81和第二通路82,
所述内层管2位于外层管1内,所述内层管2与外层管1之间形成第一通道11,所述内层管2内部设有第二通道21,所述第一通道11与流动转换部件的第二通路相82连通,第二通道21与流动转换部件的第一通路81相连通;
所述内层管2的下端与上密封总成3相连接,所述流动转换部件8的上端与下密封总成7相连接,
所述内阀芯4和外阀芯5相连接并在弹簧6的作用下沿竖直方向运动,当所述内阀芯4和外阀芯5位于最上方时,内阀芯4与上密封总成3紧密接触,外阀芯4与外层管1的内壁相接触,所述第一通道11与第二通道21分别与流动转换部件的第二通路82和第一通路81之间的通路关闭,当所述内阀芯4与上密封总成分3离时,即内阀芯4和外阀芯5的组合件在压力作用下向下运动时,所述第一通道11与流动转换部件的第二通路相82连通,第二通道21与流动转换部件的第一通路81相连通。
所述内阀芯4的顶端设有第一连接面41,所述上密封总成3的下端设有与第一连接面41相匹配的第二连接面31,所述第一连接面41与第二连接面31相接触时密封连接;
所述内阀芯4的内部设有至少一个第一通孔42,所述第一通孔42为L型的通孔,所述第一通孔42的一端设置在内阀芯的侧壁上,另一端设置在内阀芯4的下端并与第一通路81相连通。
所述外阀芯5的外侧壁设有第一接触斜面51,所述外层管1的内侧壁设有第二接触斜面12,所述第一接触斜面51与第二接触斜面12接触时密封连接,如图所示,接触斜面可以为一个也可以为多个折叠状的接触斜面;所述上密封总成3的外侧壁与外阀芯5内侧壁相接触并形成滑动密封。
所述内阀芯与外阀芯的连接处设有第一凹槽43,所述弹簧6和下密封总成7的上部位于第一凹槽43内;所述弹簧6的上端与第一凹槽43的内壁相连接,下端与下密封总成7相连接。
所述第一凹槽43与下密封总成7密封滑动连接,所述第一凹槽43与下密封总成7之间形成用于容纳弹性件的密闭空间。下部密封总成7上有弹簧槽,下部密封总成7与第一凹槽43内侧壁形成滑动密封。
所述第一连接面41与第二连接面31之间的高度差与第一接触面51与第二接触面12之间的高度差相同。
所述流动转换部件8中,第一通路81为进口位于中心处、出口为与侧壁上的至少一个倾斜通孔,用于连接下密封总成7内空间到侧面的通孔;所述第二通路82为进口位于外环、出口位于底面中部的折弯通孔,用于连接外层管1与下密封总成7间环空到下端面。也就是说,所述第一通路81的进口位于述第二通路82的进口的内侧,所述所述第一通路81的出口位于述第二通路82的出口的外侧,通过流动转换部件8中交错布置的通孔实现液体的流转。
所述上密封总成3与内层管2通过螺纹可拆卸的密封连接。所述下部密封总成7与流动转换部件8可拆卸的连接,所述下部密封总成7与流动转换部件8通过螺纹可拆卸的密封连接。
所述外阀芯5与内阀芯4固定连接或者螺纹连接,相对位置固定。
上述为描述中的密封滑动连接是指相互连接的两个面彼此密封接触,同时,还可以在外力的作用下相对滑动运动。
基本原理在于:如图1所示,当钻井泵停泵时,钻井液不流动,内阀芯4和外阀芯5在弹簧作用下上移,内阀芯4与上密封总成3形成接触密封,外阀芯5与外层管1形成接触密封,本发明关闭。如图2所示,钻井泵开泵时,钻井液沿外层管1与内层管2之间环形空间下移,推动内阀芯4和外阀芯5下移,弹簧6压缩,内阀芯4与下密封总成7形成接触密封,本发明开启,钻井液继续由外层管1与下密封总成7间环空到达流动转换部件8下端面,进而进入井下钻具组合(BHA),通过钻头水眼到达井底;钻杆与井眼的环空内携带岩屑的钻井液,从流动转换部件8侧面,进入接下密封总成7内空间,经内阀芯4上连接下部端面和侧部端面的通孔,继续向上流动,返回地面。
以上所述仅作为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种双通道钻井井下浮阀,其特征在于,包括外层管、内层管、上密封总成、内阀芯、外阀芯、弹性件、下密封总成、流动转换部件;
所述流动转换部件连接在外层管的下部,所述流动转换部件内设有第一通路和第二通路,
所述内层管位于外层管内,所述内层管与外层管之间形成第一通道,所述内层管内部设有第二通道,所述第一通道与流动转换部件的第二通路相连通,第二通道与流动转换部件的第一通路相连通;
所述内层管的下端与上密封总成相连接,所述流动转换部件的上端与下密封总成相连接,
所述内阀芯和外阀芯相连接并在弹性件的作用下沿竖直方向运动,当所述内阀芯和外阀芯位于最上方时,内阀芯与上密封总成紧密接触,外阀芯与外层管的内壁相接触,所述第一通道与第二通道分别与流动转换部件的第二通路和第一通路之间的通路关闭,当所述内阀芯与上密封总成分离时,所述第一通道与流动转换部件的第二通路相连通,第二通道与流动转换部件的第一通路相连通;
所述内阀芯与外阀芯的连接处设有第一凹槽,所述弹性件和下密封总成的上部位于第一凹槽内;所述弹性件的上端与第一凹槽的内壁相连接,下端与下密封总成相连接;
所述第一凹槽与下密封总成密封滑动连接,所述第一凹槽与下密封总成之间形成用于容纳弹性件的密闭空间;
当钻井泵停泵钻井液不流动时,内阀芯和外阀芯在弹性件作用下向上移,内阀芯与上密封总成形成接触密封,外阀芯与外层管形成接触密封。
2.根据权利要求1所述的双通道钻井井下浮阀,其特征在于,所述内阀芯的顶端设有第一连接面,所述上密封总成的下端设有与第一连接面相匹配的第二连接面,所述第一连接面与第二连接面相接触时密封连接;
所述内阀芯的内部设有至少一个第一通孔,所述第一通孔为L型的通孔,所述第一通孔的一端设置在内阀芯的侧壁上,另一端设置在内阀芯的下端并与第一通路相连通。
3.根据权利要求2所述的双通道钻井井下浮阀,其特征在于,所述外阀芯的外侧壁设有第一接触斜面,所述外层管的内侧壁设有第二接触斜面,所述第一接触斜面与第二接触斜面接触时密封连接;所述上密封总成的外侧壁与外阀芯内侧壁相接触并形成滑动密封。
4.根据权利要求3所述的双通道钻井井下浮阀,其特征在于,所述第一连接面与第二连接面之间的高度差与第一接触面与第二接触面之间的高度差相同。
5.根据权利要求1所述的双通道钻井井下浮阀,其特征在于,所述流动转换部件中,第一通路为进口位于中心处出口为与侧壁上的至少一个倾斜通孔;所述第二通路为进口位于外环出口位于底面中部的折弯通孔。
6.根据权利要求1所述的双通道钻井井下浮阀,其特征在于,所述上密封总成与内层管通过螺纹可拆卸的密封连接。
7.根据权利要求1所述的双通道钻井井下浮阀,其特征在于,所述下密封总成与流动转换部件通过螺纹可拆卸的密封连接。
8.根据权利要求1-7任一所述的双通道钻井井下浮阀,其特征在于,所述弹性件为弹簧。
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