CN111720071B - 一种无限循环短节 - Google Patents

Abstract

本发明的一种无限循环短节属于石油作业设备技术领域，包括壳体，其壳体的侧壁上螺纹连接着旁通水嘴，壳体内腔中置有芯轴，芯轴的前端置于换向活塞芯杆内、换向活塞芯杆尾端的芯轴上依次套装着换向中间芯杆、弹簧、弹簧套挡圈和锁紧螺母，芯轴尾部套装着平衡活塞和连接环，换向活塞芯杆的内孔直口上安装中心水嘴。本发明的一种无限循环短节，结构设计合理，使用操作方便，有效的解决了钻井过程中出现的井漏问题，工作效率高、节省人力、财力和时间，避免了严重的井漏会引发井壁坍塌、卡钻和井喷的事故。发现井漏无需起钻，能得到立即处理，避免井漏逐步扩大。能够进行无限次的随钻堵漏作业，有效保护BHA钻具组合和井下仪器，并且不影响正常作业。

Description

一种无限循环短节

技术领域

本发明属于石油作业设备技术领域，特别涉及一种无限循环短节。

背景技术

随着油气勘探开发的发展，深井、复杂井和特殊工艺井的数量逐年上升，而井漏问题是其钻井过程中十分棘手的难题，往往会浪费大量的人力、财力和时间，严重的井漏会引发井壁坍塌、卡钻和井喷事故，甚至会使一口井报废，造成巨大的经济损失。虽然人们提出，应用了许多堵漏技术和方法，但是钻井井漏问题至今未能达到有效解决。主要原因是发现井漏未得到及时处理，以至于井漏愈发严重，甚至失控。钻井技术的发展，井下动力工具和随钻测量仪器得到普遍使用，堵漏材料的通过会造成这些井下工具或仪器故障，因此发现井漏需起钻更换堵漏钻具组合，这不但降低作业效率、提高作业成本，也使得井漏未能得到立即处理，井漏逐步扩大，严重影响到井壁稳定和井控安全。传统的堵漏接头仅能开关旁通一次或几次，作业成效无法得到有效改善。

发明内容

本发明旨在于克服现有技术的不足，而提供了的一种无限循环短节。

本发明的一种无限循环短节，包括壳体，其壳体的侧壁上螺纹连接着旁通水嘴，壳体内腔中置有芯轴，芯轴的前端置于换向活塞芯杆内、换向活塞芯杆尾端的芯轴上依次套装着换向中间芯杆、弹簧、弹簧套挡圈和锁紧螺母，芯轴尾部套装着平衡活塞和连接环，换向活塞芯杆的内孔直口上安装中心水嘴。

作为本发明的进一步改进，换向活塞芯杆的下端与换向中间芯杆的上端相对接，其端头均布着配合对接啮合使用的等分齿，相邻的等分齿之间均设有导向槽。

作为本发明的进一步改进，换向活塞芯杆的螺纹孔上安装着中心侧水嘴，换向活塞芯杆的外径密封沟槽内安装密封圈，换向活塞芯杆的外径导向带沟槽内安装活塞杆用导向带Ⅰ。

作为本发明的进一步改进，弹簧前端置于换向中间芯杆的弹簧孔套内、尾端置于弹簧套挡圈弹簧套挡圈内。

作为本发明的进一步改进，平衡活塞的外径导向带沟槽内安装活塞杆用导向带Ⅱ；平衡活塞的外径密封圈沟槽内安装密封圈。

作为本发明的进一步改进，连接环内孔为花键结构与芯轴外径的花键连接，连接环上外径螺纹连接到壳体内孔的螺纹上，芯轴尾端的沟槽内安装有密封圈密封芯轴与壳体的内孔。

作为本发明的进一步改进，连接环外侧的芯轴上螺纹连接着背帽。

本发明的一种无限循环短节，结构设计合理，使用操作方便，有效的解决了钻井过程中出现的井漏问题，工作效率高、节省人力、财力和时间，避免了严重的井漏会引发井壁坍塌、卡钻和井喷的事故，甚至会使一口井报废，造成巨大的经济损失的问题。发现井漏能够得到及时处理，井下动力工具和随钻测量仪器和堵漏钻具组合同时使用，因此发现井漏无需起钻，大大提升作业效率、降低作业成本，也使得井漏能得到立即处理，避免井漏逐步扩大，保证井壁稳定和井控安全。传统的堵漏接头仅能开关旁通一次或几次，作业成效无法得到有效改善。本发明的一种无限循环短节能够进行无限次的随钻堵漏作业，有效保护BHA钻具组合和井下仪器，并且不影响正常作业。

附图说明

图1为本发明的纵向剖视图；

图2为图1的 A部分结构放大图；

图3为图1的 B部分结构放大图；

图4为换向活塞芯杆的结构示意图；

图5为中间芯杆的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的一种无限循环短节，作进一步说明。

实施例1

本发明的一种无限循环短节，包括壳体1，在壳体1的侧壁上螺纹连接着旁通水嘴2，壳体1内腔中置有芯轴19，芯轴19的前端置于换向活塞芯杆6内、换向活塞芯杆6尾端的芯轴19上依次套装着换向中间芯杆9、弹簧10、弹簧套挡圈11和锁紧螺母12，芯轴19尾部套装着平衡活塞13和连接环16，连接环16内孔为花键结构与芯轴19外径的花键连接，连接环16上外径螺纹连接到壳体1内孔的螺纹上，连接环16外侧的芯轴19上螺纹连接着背帽17。芯轴19尾端的沟槽内安装有密封圈18密封芯轴19与壳体1的内孔。

换向活塞芯杆6的内孔直口上安装中心水嘴5置于芯轴19的前端。在换向活塞芯杆6的螺纹孔上安装着中心侧水嘴3，换向活塞芯杆6的外径密封沟槽内安装密封圈7，换向活塞芯杆6的外径导向带沟槽内安装活塞杆用导向带Ⅰ8。活塞杆用导向带是由PTFE+铜粉、酚醛夹布、木柏、四氟制成。

所述的换向活塞芯杆6的下端与换向中间芯杆9的上端相对接，其端头均布着配合对接啮合使用的等分齿20，相邻的等分齿20之间均设有导向槽21。所述的换向活塞芯杆6和换向中间芯杆9对接处的花键规格相同，其引导斜面25轴向角度均为10°～170°、等分齿20等分数为2～100个，上、下齿柱咬合，齿柱斜面旋转，导向筋实现伸缩切换理。

所述的弹簧10前端置于换向中间芯杆9的弹簧孔套内、尾端置于弹簧套挡圈11弹簧套挡圈内。在平衡活塞13的外径导向带沟槽内安装活塞杆用导向带Ⅱ14；平衡活塞13的外径密封圈沟槽内安装密封圈15。

实施例2

本发明的一种无限循环短节，包括壳体机构和换向机构两部分组成。壳体1的内壁设有导向滑道26，其宽度5～100mm，数量2～100个，长度5～500mm。旁通水嘴2通过螺纹固定在壳体1上组成壳体机构、壳体1是给换向芯杆和换向中间芯杆的滑动导向作用，芯轴19起支撑作用、活塞缸的作用、进出液口的作用，置于壳体1内。换向机构包括换向活塞芯杆6和换向中间芯杆9，中心侧水嘴3通过螺纹固定在换向活塞芯杆6的螺纹安装孔上，中心水嘴5安装在换向活塞芯杆6的内孔直口上，球4在启动时投入，落入工具与中心水嘴5配合，与锥面密封，换向活塞芯杆6套在芯轴19外径上，在芯轴19表面滑动，密封圈7安装在换向活塞芯杆6的外径密封沟槽内，活塞杆用导向带Ⅰ8安装在换向活塞芯杆6的外径导向带沟槽内，换向中间芯杆9固定在芯轴19外径上，在芯轴19表面滑动，换向活塞芯杆6和换向中间芯杆9对应的壳体1内壁上分别设有限位台肩Ⅰ22和限位台肩Ⅱ27。弹簧10安装在芯轴19外径，弹簧10一侧套在换向中间芯杆9的弹簧孔套内，另一侧套在弹簧套挡圈11内，弹簧套挡圈11通过螺纹固定在芯轴19上并被锁紧螺母12紧紧锁住，平衡活塞13内孔套在芯轴19外径上外径在壳体1内可自由滑动，活塞杆用导向带Ⅱ14安装在平衡活塞13的外径导向带沟槽内，密封圈15安装在平衡活塞13的外径密封圈沟槽内，连接环16内孔为花键连接芯轴19外径的花键上，外径螺纹连接到壳体1内孔的螺纹上，使芯轴19在中心上，密封圈18固定在芯轴19尾端的沟槽内与壳体1的内孔沟槽密封。

本发明的一种无限循环短节的工作原理：该工具分为四个工作模式，即非激活模式，旁通模式，重置模式，直通模式。

非激活模式，无投球，开泵，换向机构不受力且不动作，流体从芯轴19内孔流道下部。

旁通模式，投球，开泵，换向机构的换向活塞芯杆6由于中心被球4封住形成活塞的状态，收到流体向下的压力并且大于弹簧10的弹力，换向活塞芯杆6向下运动导向槽进入到壳体1的导向滑道26中推动换向中间芯杆9向下运动压缩弹簧10，换向活塞芯杆6向下使定位端面28至限位台肩Ⅰ22处停止，旁通口露出，流体通过旁通水嘴2注入到壳体1外部。

重置模式，延续上一模式，停泵，弹簧10弹力释放向上推动换向中间芯杆9向上移动导向槽在壳体1的导向滑道中配合让其做直线运动，推动换向活塞芯杆6向上运动并脱离壳体1的导向滑道，换向活塞芯杆6和换向中间芯杆9通过引导斜面产生旋转并重置。

直通模式，延续上一模式，启泵，换向机构的换向活塞芯杆6由于中心被球4封住形成活塞的状态，收到流体向下的压力并且大于弹簧10的弹力，换向活塞芯杆6向下运动，换向活塞芯杆6的定位尖点23顶到壳体1的滑道定位尖点24处停止，换向中间芯杆9向下运动压缩弹簧10至停止，旁通水嘴2被换向活塞芯杆6移动到此位置封住，流体从中心侧水嘴3进入芯轴19内孔流入工具下部，到此一个循环结束，再停泵又回到重置模式，再开泵开始回到旁通模式，再停泵又回到重置模式，再开泵开始回到直通模式，实现无限循环切换的功能。

Claims (5)

1.一种无限循环短节，包括壳体（1），其特征在于壳体（1）的侧壁上螺纹连接着旁通水嘴（2），壳体（1）内腔中置有芯轴（19），芯轴（19）的前端置于换向活塞芯杆（6）内、换向活塞芯杆（6）尾端的芯轴（19）上依次套装着换向中间芯杆（9）、弹簧（10）、弹簧套挡圈（11）和锁紧螺母（12），芯轴（19）尾部套装着平衡活塞（13）和连接环（16），换向活塞芯杆（6）的内孔直口上安装中心水嘴（5）置于芯轴（19）的前端；换向活塞芯杆（6）的下端与换向中间芯杆（9）的上端相对接，其端头均布着配合对接啮合使用的等分齿（20），相邻的等分齿（20）之间均设有导向槽（21）；换向活塞芯杆（6）和换向中间芯杆（9）对应的壳体（1）内壁上分别设有限位台肩Ⅰ（22）和限位台肩Ⅱ（27）；所述的连接环（16）内孔为花键结构与芯轴（19）外径的花键连接，连接环（16）上外径螺纹连接到壳体（1）内孔的螺纹上，芯轴（19）尾端的沟槽内安装有密封圈密封芯轴（19）与壳体（1）的内孔；

该无限循环短节，有四个工作模式，分别为非激活模式、旁通模式、重置模式和直通模式：

非激活模式：无投球，开泵，换向机构不受力且不动作，流体从芯轴（19）内孔流到下部；

旁通模式：投球，开泵，换向机构的换向活塞芯杆（6）由于中心被球（4）封住形成活塞的状态，收到流体向下的压力并且大于弹簧（10）的弹力，换向活塞芯杆（6）向下运动，导向槽进入到壳体（1）的导向滑道（26）中推动换向中间芯杆（9）向下运动压缩弹簧（10），换向活塞芯杆（6）向下使定位端面（28）至限位台肩Ⅰ（22）处停止，旁通口露出，流体通过旁通水嘴（2）注入到壳体（1）外部；

重置模式：延续上一模式，停泵，弹簧（10）弹力释放向上推动换向中间芯杆（9）向上移动，导向槽在壳体（1）的导向滑道中配合让换向中间芯杆（9）做直线运动，推动换向活塞芯杆（6）向上运动并脱离壳体（1）的导向滑道，换向活塞芯杆（6）和换向中间芯杆（9）通过引导斜面产生旋转并重置；

直通模式：延续上一模式，启泵，换向机构的换向活塞芯杆（6）由于中心被球（4）封住形成活塞的状态，收到流体向下的压力并且大于弹簧（10）的弹力，换向活塞芯杆（6）向下运动，换向活塞芯杆（6）的定位尖点（23）顶到壳体（1）的滑道定位尖点（24）处停止，换向中间芯杆（9）向下运动压缩弹簧（10）至停止，旁通水嘴（2）被换向活塞芯杆（6）移动到此位置封住，流体从中心侧水嘴（3）进入芯轴（19）内孔流入工具下部，到此一个循环结束，再停泵又回到重置模式，再开泵开始回到旁通模式，再停泵又回到重置模式，再开泵开始回到直通模式，实现无限循环切换的功能。

2.如权利要求1所述的一种无限循环短节，其特征在于换向活塞芯杆（6）的螺纹孔上安装着中心侧水嘴（3），换向活塞芯杆（6）的外径密封沟槽内安装密封圈，换向活塞芯杆（6）的外径导向带沟槽内安装活塞杆用导向带Ⅰ（8）。

3.如权利要求1所述的一种无限循环短节，其特征在于弹簧（10）前端置于换向中间芯杆（9）的弹簧孔套内、尾端置于弹簧套挡圈（11）内。

4.如权利要求1所述的一种无限循环短节，其特征在于平衡活塞（13）的外径导向带沟槽内安装活塞杆用导向带Ⅱ（14）；平衡活塞（13）的外径密封圈沟槽内安装密封圈。

5.如权利要求1所述的一种无限循环短节，其特征在于连接环（16）外侧的芯轴（19）上螺纹连接着背帽（17）。

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