CN111188586A - 电控活塞式随钻旁通阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电控活塞式随钻旁通阀，属于随钻工具领域，包括执行机构，所述执行机构上设置有旁通孔，所述执行机构构造成能够切换钻井液的流通状态，从而选择性地使钻井液通过钻头流出或经过旁通孔流出；以及连接所述执行机构的控制机构，所述控制机构用于接收控制信息并控制所述执行机构切换钻井液的流通状态。本发明能够选择性地使钻井液流经钻头，在复杂的情况下通过旁通孔流出钻井液，避免带有杂质的钻井液流经钻头造成堵塞。

Description

电控活塞式随钻旁通阀

技术领域

本发明涉及一种电控活塞式随钻旁通阀，属于随钻工具领域。

背景技术

在进行石油、天然气、页岩气及煤层气的钻探过程中，经常会遇到井漏、井溢、水眼堵塞等复杂情况。发生井漏时，由于钻头喷嘴尺寸小，堵漏材料无法通过或容易造成水眼堵塞。这样，需要起下钻更换钻具组合进行堵漏作业，从而造成处理周期长、漏失量大等问题。

带有弯螺杆的钻具组合在下入过程中，未下入预定位置之前通常无法进行循环，否则很可能对套管造成损伤或新钻出井眼，尤其是对于深井、超深井增大了起下钻过程中发生复杂情况的几率，也对螺杆钻具的耐温性提出了挑战。在高密度钻井液环境下，水眼容易堵塞，此时如果进行压井作业，需起下钻更换钻具，容易造成井溢、井涌等情况的发生。在处理这些复杂情况时，需要建立快速循环通道，而在建立新的循环时，往往需要频繁起下钻更换钻具组合，这会导致处理复杂情况耗时长，并给井下安全带来隐患。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种电控活塞式随钻旁通阀，能够选择性地使钻井液流经钻头，在复杂的情况下通过旁通孔流出钻井液，避免带有杂质的钻井液流经钻头造成堵塞。

本发明提出了一种电控活塞式随钻旁通阀，包括：

执行机构，所述执行机构上设置有旁通孔，所述执行机构构造成能够切换钻井液的流通状态，从而选择性地使钻井液通过钻头流出或经过旁通孔流出；以及

连接所述执行机构的控制机构，所述控制机构用于接收控制信息并控制所述执行机构切换钻井液的流通状态。

本发明的进一步改进在于，所述控制机构包括筒形的上本体，所述上本体内套设有控制管，所述控制管与所述上本体之间形成环形的流通钻井液的空间。

本发明的进一步改进在于，所述控制管内设置有信号接收系统腔，所述信号接收系统腔内设置有信号接收装置，用以接收地面传输的控制信号；

所述电池腔，所述电池腔用于放置电池或者发电装置；

控制系统腔，所述控制系统腔内设置有电路板，所述电路板上设置有电机控制电路和信号处理电路；以及

电机，所述电机连接所述执行机构，并受所述电机控制电路的指令而旋转。

本发明的进一步改进在于，所述执行机构包括中空的下本体，所述下本体的上部设置有活塞式往复移动装置；并且所述下本体的下部设置有连接所述活塞式往复移动装置的滑块；

其中，所述下本体的侧壁上设置有旁通孔，所述下本体的下端出口连接钻头，所述滑块随所述活塞式往复移动装置移动从而选择性地开启所述下本体的下端出口或旁通孔。

本发明的进一步改进在于，所述活塞式往复移动机构包括活塞缸，所述活塞缸内设置有分隔件，所述分隔件将所述活塞缸内的空间分隔为主流道和次流道；

其中，所述主流道内滑动设置有活塞块，所述活塞块的两端分别连通所述主流道的入口和所述次流道的入口；所述活塞块连接有伸出所述活塞腔的活塞杆，并且所述滑块连接在所述活塞杆的下端。

本发明的进一步改进在于，所述活塞缸与所述下本体之间设置有外流道，所述外流道的下端连通所述下本体的下端出口或所述旁通孔；所述活塞缸的侧壁上设置有连通所述主流道和所述外流道的缸体流道孔。

本发明的进一步改进在于，所述活塞缸的上端设置有换向阀，所述换向阀包括连接所述电机的转轴，以及随所述转轴转动的遮挡盘；

其中，所述遮挡盘上设置有导流孔，所述导流孔能够随所述转轴转动而选择性地连通所述主流道或次流道。

本发明的进一步改进在于，所述滑块为圆筒形结构，其侧壁上设置有若干滑块流道孔；所述活塞杆的下端设置有带动盘，所述带动盘与所述滑块选择性连接并带动所述滑块移动，从而选择性地使所述滑块流道孔与所述旁通孔相连。

本发明的进一步改进在于，所述下本体的内壁设置有选择性支撑所述滑块的限位卡圈；

其中，所述带动盘在向上移动到所述限位卡圈以上时，所述带动盘与所述滑块密封相连并带动所述滑块向上移动，并使所述滑块流道孔与所述旁通孔连通；

所述带动盘向下移动到所述限位卡圈以下时，所述带动盘与所述滑块分离，并使滑块的中部与所述下本体的下端出口连通。

本发明的进一步改进在于，所述活塞杆的下部设置有限位轴，所述滑块的内壁上设置有沿竖直方向的限位滑道；所述限位轴滑动连接在所述限位滑道内。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明所述的电控活塞式随钻旁通阀，能够选择性地使钻井液流经钻头，在复杂的情况下通过旁通孔流出钻井液，避免带有杂质的钻井液流经钻头造成堵塞。本发明的电控活塞式随钻旁通阀为可反复开关式旁通阀，通过地面向井下传递指令控制旁通阀的打开和关闭，用于堵漏、压井或者提高携岩效率等作业。

本发明所述的电控活塞式随钻旁通阀，通过机电一体化技术，根据实际需求，在井下实现旁通阀的反复打开和关闭，满足漏失层段多或其他突发情况的应用需求。本发明避免了投球式旁通阀的可开关次数少，球和球座对正常钻进有影响等方面的不足，工具的可靠性、适用性等方面有了极大的提高。

本发明所述的电控活塞式随钻旁通阀，无需投球实现旁通阀的开关，通过机电一体化技术实现旁通阀的打开和关闭。在发生复杂情况时不影响正常钻井作业。可打开和关闭旁通阀的次数多。地面控制电机控制流体流道，通过流体带动活塞驱动旁通阀的打开与关闭，电机耗电量低，流体驱动力作用大，定位准确。满足堵漏、压井、携岩等多种井下作业的应用要求。井下作业时，堵漏浆、压井液等材料不通过钻头水眼，降低了水眼堵塞的几率。结构紧凑，应用便捷，可靠性和适用性强。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施方案的控制机构的结构示意图；

图2是根据本发明的一个实施方案的执行机构的结构示意图；

图3是根据本发明的一个实施方案的下本体的结构示意图；

图4是根据本发明的一个实施方案的活塞缸的结构示意图，显示了活塞缸的外部结构；

图5是根据本发明的一个实施方案的活塞缸的结构示意图，显示了活塞缸的剖面结构；

图6是根据本发明的一个实施方案的活塞块和活塞杆的结构示意图；

图7是根据本发明的一个实施方案的换向阀的结构示意图；

图8是根据本发明的一个实施方案的活塞压盖的结构示意图；

图9是根据本发明的一个实施方案的滑块的结构示意图，显示了滑块的外形结构；

图10是根据本发明的一个实施方案的滑块的结构示意图，显示了滑块的剖面结构。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

在附图中各附图标记的含义如下：1、控制机构，2、执行机构，10、上本体， 11、控制管，12、信号接收系统腔，13、电池腔，14、控制系统腔，15、电机， 16、连接筒，20、下本体，21、活塞式往复移动装置，22、旁通孔，23、活塞缸， 24、分隔件，25、主流道，26、次流道，27、外流道，28、缸体流道孔，29、换向阀座，30、活塞块，31、活塞杆，32、带动盘，33、限位轴，34、防转轴，36、换向阀，37、转轴，38、遮挡盘，39、导流孔，40、滑块，41、滑块流道孔，42、限位卡圈，43、活塞压盖，44、活塞孔，45、定位销，46、限位滑道。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

图1示意性地显示了根据本发明的一个实施例的电控活塞式随钻旁通阀。根据本发明的电控活塞式随钻旁通阀，能够选择性地使钻井液流经钻头，在复杂的情况下通过旁通孔流出钻井液，避免带有杂质的钻井液流经钻头造成堵塞。

如图1和图2所示，本实施例所述的电控活塞式随钻旁通阀，其包括执行机构2。所述执行机构2上设置有旁通孔22。所述执行机构2构造成能够切换钻井液的流通状态，从而选择性地使钻井液通过钻头流出或不经过钻头而是经过旁通孔22流出。其中，当遇到复杂情况时，钻井液流道需要避开钻头时，所述执行机构2使钻井液不经过钻头流出；当正常情况下，所述执行机构2使钻井液通过所述钻头流出。本实施例所述的电控活塞式随钻旁通阀还包括控制机构1，所述控制机构1用于接收控制信息并控制所述执行机构2切换钻井液的流通状态。

在使用根据本实施例所述的电控活塞式随钻旁通阀时，地面的人员通过远程信号，如转速脉冲信号、电磁波信号或RFID标签等方式，向所述控制机构1发出指令，所述控制机构1控制所述执行机构2转换钻井液的流体状态。当遇到复杂情况时，钻井液流道需要避开钻头时，所述执行机构2使钻井液不经过钻头流出；当正常情况下，所述执行机构2使钻井液通过所述钻头流出。可以反复实现打开旁通孔22进行相关作业，可以实现及时处理复杂情况，减少井下复杂和事故的处理时间，提高井下作业安全性，节省钻井成本。

在一个实施例中，如图1所示，所述控制机构1包括上本体10，所述上本体 10为筒形结构，其内部设置有上下连通的中空的空间。所述上本体10内套设连接有控制管11，所述控制管11内用于设置电控元器件。所述控制管11与所述上本体10之间形成环形的流通钻井液的空间。

在根据本实施例所述电控活塞式随钻旁通阀中，所述的控制机构1设置有环形的空间用于流通钻井液。电子元器件设置在控制管11内，能够连接所述执行机构2并能控制执行机构2的状态。从而避免钻井液进入所述电子元器件内，对电子元器件造成损害，同时也不影响钻井液的流动。

在一个实施例中，所述控制管11的上部设置有信号接收系统腔12，所述信号接收系统腔12内设置有信号接收装置，用于接收地面的控制信号，如转速脉冲信号、电磁波信号或RFID标签等。所述控制管11的中部设置有电池腔13，所述电池腔13用于放置电池或者发电装置，用于为其他电子器件提供电力，保障设备运行。所述电池腔13内的下端连接有控制系统腔14，所述控制系统腔14 内设置有电路板，所述电路板上设置有电机15控制电路和信号处理电路。所述控制管11的下端设置有电机15，所述电机15连接所述执行机构2，并受所述电机15控制电路的指令而旋转，所述电机15旋转带动所述执行机构2改变钻井液的流通状态。在一个优选的实施例中，所述电池腔13和控制系统腔14之间、以及系统控制器和电机15之间均设置有连接筒16，所述连接筒16用于固定上、下腔体内的元器件。

在一个实施例中，如图2和图3所示，所述执行机构2包括中空的下本体20，所述下本体20为圆筒形的结构，与所述上本体10相对接，所述上本体10的下端连接所述下本体20的上端。所述下本体20的上部设置有活塞式往复移动装置 21。并且所述下本体20的下部设置有连接所述活塞式往复移动装置21的滑块40。在本实施例中，所述下本体20的侧壁上设置所述旁通孔22，所述下本体20的下端出口连接钻头，所述滑块40随所述活塞式往复移动装置21移动从而选择性地开启所述下本体20的下端出口或旁通孔22。

在根据本实施例所述的电控活塞式随钻旁通阀中，所述活塞式往复移动装置 21能够根据电机15的转动而往复移动，从而带动所述滑块40上下移动。当所述滑块40移动到上部时，封堵下本体20的下端出口而开启旁通孔22；当所述滑块 40移动到下部时，开启下本体20的下端出口而关闭旁通孔22。

在一个实施例中，如图2和图4所示，所述活塞式往复移动机构包括活塞缸 23，所述活塞缸23内设置有腔体。所述活塞缸23的腔体内设置有分隔件24，所述分隔件24从所述缸体的上端口向下延伸到腔体内，并将所述腔体分隔为主流道25和次流道26。在本实施例中，所述主流道25内滑动设置有活塞块30，所述活塞块30的两端分别连通所述主流道25的入口和所述次流道26的入口。所述活塞块30连接有伸出所述活塞腔的活塞杆31，并且所述滑块40连接在所述活塞杆31的下端。在本实施例中，所述分隔件24的下部设置有开口，用于连通所述主流道25和所述次流道26，所述活塞块30设置在开口的上部。

在根据本实施例所述的电控活塞式随钻旁通阀中，所述活塞块30能够在所述活塞缸23内滑动。当钻井液在次流道26进入时，钻井液通过次流道26流入，并通过分隔件24下部的开口流入到主流道25的下部，从而推动活塞块30向上移动。当钻井液在主流道25内进入时，钻井液通过主流道25流入，并推动活塞块30向下移动。

在一个优选的实施例中，如图4和图5，所述活塞缸23与所述下本体20之间设置有外流道27，所述外流道27的下端连通所述下本体20的下端出口或所述旁通孔22。所述缸体的侧壁上设置有连通所述主流道25和所述外流道27的缸体流道孔28。

优选地，所述活塞缸23的部分外部的厚度沿径向减小，形成扇形槽状的外流道27。所述外流道27的截面为扇面形状的槽，其弧度的角度为钝角，所述扇形槽与下本体20共同形成可供流体流动的外流道27。所述外流道27从所述活塞缸23的上部沿轴向延伸到底端，并且所述外流道27与所述活塞缸23的外壁上没有设置所述外流道27的部分形成台阶结构。

在一个优选的实施例中，如图7所示，所述活塞缸23的上端设置有换向阀 36，所述换向阀36包括连接所述电机15的转轴37，以及随所述转轴37转动的遮挡盘38。在本实施例中，所述遮挡盘38上设置有导流孔39，所述导流孔39 能够随所述转轴37转动而选择性地连通所述主流道25或次流道26。在本实施例中，选择性连通的方式，是指在工作时存在两种状态选择，即连通主流道25或连通次流道26。

在根据本实施例所述的电控活塞式随钻旁通阀中，所述活塞缸23上设置有换向阀36。所述换向阀36能够随所述电机15转动而旋转。所述转轴37转动时，所述导流孔39选择性地连通所述主流道25和所述次流道26。当所述导流孔39 对准所述次流道26时，钻井液流入到次流道26内，从而推动所述活塞块30向上移动。当所述导流孔39对准所述主流道25时，钻井液流入到主流道25内，从而推动所述活塞块30向下移动。

在一个优选的实施例中，所述活塞缸23的上端设置有换向阀座29，用于安装换向阀36，所示换向阀座29上设置有环形槽。在所述遮挡盘38安装与所述环形槽共同形成一定的空间，所述空间形成连通所述主流道25和所述次流道26的连通缝。流体能够通过所述连通缝从所述主流道25和所述次流道26之间流道。

在使用根据本实施例所述电控活塞式随钻旁通阀的过程中，当所述活塞块30 位于较高位置，此时导流孔39对准所述主流道25，所述流体通过所述主流道25 进入所述主流道25，从而推动所述活塞块30向下移动。在活塞块30移动的过程中，起初所述活塞块30位于开口的上方，活塞块30下方的流体会通过缸体流道孔28流出。当所述活塞块30向下滑动经过缸体流道孔28后，活塞块30下方的流体会通过开口流入次流道26。次流道26内的流体会通过所述连通缝流入主流道25内位于所述活塞块30上方的空间内。从而所述活塞块30顺利向下移动，完成伸展。

当所述活塞处于较低的位置时，所述导流孔39对准所述次流道26，使所述流体流入所述次流道26。次流道26内的压力上升，流体通过活塞缸23下端的开口流入主流道25，从而推动所述活塞块30向上移动。当所述活塞块30处于所述缸体流道孔28的下方时，主流道25上部的流体从所述缸体流道孔28内流出。当所述活塞经过缸体流道孔28后，所述活塞位于所述缸体流道孔28的上方时，主流道25上部的流体通过所述连通缝流入次流道26。从而使所述活塞块30顺利地向上移动。

在一个优选的实施例中，如图8所示，所述活塞腔的下端设置有活塞压盖43，所述活塞压盖43固定在所述下本体20的内壁上，并支撑所述活塞腔的整体。其中，所述活塞压盖43上设置有定位销45，用于与所述活塞腔的底部定位相连。所述活塞压盖43的中部设置有活塞孔44，所述活塞杆31在所述活塞孔44内密封滑动。

在一个实施例中，如图9和图10所示，所述滑块40为圆筒形结构，并且套在所述活塞杆31的下部。滑块40的侧壁上设置有若干滑块流道孔41。所述活塞杆31的下端设置有带动盘32，所述带动盘32与所述滑块40选择性连接并带动所述滑块40移动，从而选择性地使所述滑块流道孔41与所述旁通孔22相连。

在一个优选的实施例中，所述下本体20的内壁设置有选择性支撑所述滑块 40的限位卡圈42。其中，所述带动盘32在向上移动到所述限位卡圈42以上时，所述带动盘32与所述滑块40密封相连并带动所述滑块40向上移动，并使所述滑块流道孔41与所述旁通孔22连通。所述带动盘32向下移动到所述限位卡圈 42以下时，所述带动盘32与所述滑块40分离，并使滑块40的中部与所述下本体20的下端出口连通。

在根据本实施例所述的电控活塞式随钻旁通阀中，所述活塞杆31下端的带动盘32的直径小于所述限位卡圈42的内径，并大于滑块40的内径，这样在上升的时候能够穿过所述限位卡圈42并支撑所述滑块40向上移动。当向下移动经过所述限位卡圈42之后所述的带动盘32与下本体20的内壁之间形成一定的环形空间，可以供钻井液流动。

在一个实施例中，所述活塞杆31的下部设置有限位轴33，所述滑块40的内壁上设置有沿竖直方向的限位滑道46。所述限位轴33滑动连接在所述限位滑道 46内。通过设置所述限位轴33和所述限位滑道46能够限制滑块40的角度，从而使滑块流道孔41和旁通孔22相连通。在本实施例中，所述限位滑道46分别在所述滑块40内壁上均匀设置，所述限位轴33为水平设置的杆体，其端部滑道设置在所述限位滑道46上。

在一个实施例中，所述活塞杆31上设置有沿轴向方向的防转轴34，所述活塞孔44内设置有与所述防转轴34形状相匹配的防转凹槽。由于活塞杆31下端连接的设备往往不允许在往复运动中发生旋转，因此通过设置防转轴34能够防止活塞杆31发生转动。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种电控活塞式随钻旁通阀，其特征在于，包括：

执行机构(2)，所述执行机构(2)上设置有旁通孔(22)，所述执行机构(2)构造成能够切换钻井液的流通状态，从而选择性地使钻井液通过钻头流出或经过旁通孔(22)流出；以及

连接所述执行机构(2)的控制机构(1)，所述控制机构(1)用于接收控制信息并控制所述执行机构(2)切换钻井液的流通状态。

2.根据权利要求1所述的电控活塞式随钻旁通阀，其特征在于，所述控制机构(1)包括筒形的上本体(10)，所述上本体(10)内套设有控制管(11)，所述控制管(11)与所述上本体(10)之间形成环形的流通钻井液的空间。

3.根据权利要求2所述的电控活塞式随钻旁通阀，其特征在于，所述控制管(11)内设置有信号接收系统腔(12)，所述信号接收系统腔(12)内设置有信号接收装置，用以接收地面传输的控制信号；

电池腔(13)，所述电池腔(13)用于放置电池或者发电装置；

控制系统腔(14)，所述控制系统腔(14)内设置有电路板，所述电路板上设置有电机(15)控制电路和信号处理电路；以及

电机(15)，所述电机(15)连接所述执行机构(2)，并受所述电机(15)控制电路的指令而旋转。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的电控活塞式随钻旁通阀，其特征在于，所述执行机构(2)包括中空的下本体(20)，所述下本体(20)的上部设置有活塞式往复移动装置(21)；并且所述下本体(20)的下部设置有连接所述活塞式往复移动装置(21)的滑块(40)；

其中，所述下本体(20)的侧壁上设置有旁通孔(22)，所述下本体(20)的下端出口连接钻头，所述滑块(40)随所述活塞式往复移动装置(21)移动从而选择性地开启所述下本体(20)的下端出口或旁通孔(22)。

5.根据权利要求4所述的电控活塞式随钻旁通阀，其特征在于，所述活塞式往复移动机构包括活塞缸(23)，所述活塞缸(23)内设置有分隔件(24)，所述分隔件(24)将所述活塞缸(23)内的空间分隔为主流道(25)和次流道(26)；

其中，所述主流道(25)内滑动设置有活塞块(30)，所述活塞块(30)的两端分别连通所述主流道(25)的入口和所述次流道(26)的入口；所述活塞块(30)连接有伸出所述活塞腔的活塞杆(31)，并且所述滑块(40)连接在所述活塞杆(31)的下端。

6.根据权利要求5所述的电控活塞式随钻旁通阀，其特征在于，所述活塞缸(23)与所述下本体(20)之间设置有外流道(27)，所述外流道(27)的下端连通所述下本体(20)的下端出口或所述旁通孔(22)；所述活塞缸(23)的侧壁上设置有连通所述主流道(25)和所述外流道(27)的缸体流道孔(28)。

7.根据权利要求5或6所述的电控活塞式随钻旁通阀，其特征在于，所述活塞缸(23)的上端设置有换向阀(36)，所述换向阀(36)包括连接所述电机(15)的转轴(37)，以及随所述转轴(37)转动的遮挡盘(38)；

其中，所述遮挡盘(38)上设置有导流孔(39)，所述导流孔(39)能够随所述转轴(37)转动而选择性地连通所述主流道(25)或次流道(26)。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的电控活塞式随钻旁通阀，其特征在于，所述滑块(40)为圆筒形结构，其侧壁上设置有若干滑块流道孔(41)；所述活塞杆(31)的下端设置有带动盘(32)，所述带动盘(32)与所述滑块(40)选择性连接并带动所述滑块(40)移动，从而选择性地使所述滑块流道孔(41)与所述旁通孔(22)相连。

9.根据权利要求8所述的电控活塞式随钻旁通阀，其特征在于，所述下本体(20)的内壁设置有选择性支撑所述滑块(40)的限位卡圈(42)；

其中，所述带动盘(32)在向上移动到所述限位卡圈(42)以上时，所述带动盘(32)与所述滑块(40)密封相连并带动所述滑块(40)向上移动，并使所述滑块流道孔(41)与所述旁通孔(22)连通；

所述带动盘(32)向下移动到所述限位卡圈(42)以下时，所述带动盘(32)与所述滑块(40)分离，并使滑块(40)的中部与所述下本体(20)的下端出口连通。

10.根据权利要求9所述的电控活塞式随钻旁通阀，其特征在于，所述活塞杆(31)的下部设置有限位轴(33)，所述滑块(40)的内壁上设置有沿竖直方向的限位滑道(46)；所述限位轴(33)滑动连接在所述限位滑道(46)内。

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