CN112627732A - 一种自动垂直钻进系统可控上盘阀机构 - Google Patents

Abstract

本发明属于钻井技术自动垂直钻进系统领域，涉及一种自动垂直钻进系统可控上盘阀机构，包括固定连接的壳体与重力配重盘，设置在壳体内的配流活塞以及安装在配流活塞与壳体之间的回弹结构；配流活塞与重力配重盘通过导向结构啮合，该配流活塞内开设有进水道，壳体上开设有出水道，进水道与出水道在配流活塞的作用下连通或关闭。本发明通过向配流活塞施加压力，配流活塞在压力与导向结构的作用下发生下压旋转，从而改变进水道与出水道的连通与关闭，实现可控配流；整体结构简单，可靠性高，对于自动垂直钻进系统工作与否的控制反应迅速，降低了操作人员的技术要求，提高了工作效率。

Description

一种自动垂直钻进系统可控上盘阀机构

技术领域

本发明属于钻井技术自动垂直钻进系统领域，涉及一种自动垂直钻进系统可控上盘阀机构。

背景技术

地面钻井技术广泛地应用于石油、煤矿、地质勘测等领域，对于国家经济建设起着重要支撑作用。近年来，对于钻井井直要求的不断提高，各研究机构和相关公司研发了各种不同原理的保直装置，目前使用比较广泛的是机械式自动垂直钻进系统。该原理系统通过配重结构始终朝重力方向转动的原理，从而带动上盘阀转动，此时上盘阀内流道口与下盘阀内流道口连通，实现推靠机构的伸出，达到钻井垂直度纠偏的目的，稳定可靠。

实际使用中，机械式自动垂直钻进系统只要上下盘阀内流道接通，都会导致推靠机构的伸出纠偏。但是井内工况复杂，如果钻进遇见破碎地层，推靠机构伸出后可能会卡入破碎井壁内，不仅不能达到纠偏的效果，还可能造成卡钻和推靠机构损坏；如果在提钻工况下，推靠机构伸出会增加提钻阻力，造成效率的降低和推靠机构过度磨损。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种自动垂直钻进系统可控上盘阀机构，可控制配流功能的开启关闭，在上盘阀内部流道关闭时，即使上下盘阀流道接通，也无法实现配流功能，避免了推靠机构伸出的情况。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种自动垂直钻进系统可控上盘阀机构，包括固定连接的壳体与重力配重盘，设置在壳体内的配流活塞以及安装在配流活塞与壳体之间的回弹结构；

配流活塞与重力配重盘通过导向结构啮合，该配流活塞内开设有进水道，壳体上开设有出水道，进水道与出水道在配流活塞的作用下连通或关闭。

可选的，壳体内部设置有导向孔，该导向孔与壳体内壁之间形成有阶梯台；

配流活塞远离重力配重盘的一端配合设置在该导向孔内。

可选的，该回弹结构为回位弹簧，回位弹簧的一端设置在该阶梯台上，另一端固定在配流活塞上。

可选的，重力配重盘的盘面上设计有两个与进水道连通圆弧腰型状的通水槽；

盘面在朝向配流活塞的一端有凸台，该凸台沿圆周方向设计四个相同的第一导向齿。

可选的，配流活塞在朝向重力配重盘的一端上设置有与该第一导向齿匹配啮合的第二导向齿。

可选的，重力配重盘在背离配流活塞的端面上还固定连接有杆端，该杆端上设计有偏心配重块。

可选的，配流活塞顶部设计若干个进水道，一个位于顶部圆心位置，其余沿圆周方向均布于顶部；其下部介于导向孔内的部分上还设置有与该进水道连通的出水口。

可选的，配流活塞的圆柱体上对应于顶部进水道的位置，沿圆周方向均布设计数量匹配的进水道，并与顶部的进水道相连贯通。

可选的，壳体与重力配重盘通过紧固件固定连接，该紧固件为固定螺栓。

可选的，导向孔的内壁上还开设有贯通壳体的用于连通出水口与出水道的连接通道，该连接通道的自由端配合设置有堵头。

本发明的有益效果在于：本发明一种自动垂直钻进系统可控上盘阀机构，通过向配流活塞施加压力，配流活塞在压力与导向结构的作用下发生下压旋转，从而改变进水道与出水道的连通与关闭，实现可控配流；整体结构简单，可靠性高，对于自动垂直钻进系统工作与否的控制反应迅速，降低了操作人员的技术要求，提高了工作效率。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为本发明的整体结构说明图；

图2为本发明中重力配重盘结构说明图；

图3为本发明中配流活塞结构说明图；

图4为本发明中壳体结构说明图；

图5为本发明内部流道关闭说明图。

附图标记：壳体1、回位弹簧2、配流活塞3、重力配重盘4、固定螺栓5、堵头6、偏心配重块7、通水槽8、第一导向齿9、第二导向齿10、进水道11、出水道12、导向孔13、连接通道14、出水口15。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

请参阅图1～图5，为一种自动垂直钻进系统可控上盘阀机构，包括固定连接的壳体1与重力配重盘4，设置在壳体1内的配流活塞3以及安装在配流活塞3与壳体1之间的回弹结构；配流活塞3与重力配重盘4通过导向结构啮合，该配流活塞3内开设有进水道11，壳体1上开设有出水道12，进水道11与出水道12在配流活塞3的作用下连通或关闭，壳体1内部设置有导向孔13，该导向孔13与壳体1内壁之间形成有阶梯台；配流活塞3远离重力配重盘4的一端配合设置在该导向孔13内，该回弹结构为回位弹簧2，回位弹簧2的一端设置在该阶梯台上，另一端固定在配流活塞3上，重力配重盘4的盘面上设计有两个与进水道11连通圆弧腰型状的通水槽8；盘面在朝向配流活塞3的一端有凸台，该凸台沿圆周方向设计四个相同的第一导向齿9，配流活塞3在朝向重力配重盘4的一端上设置有与该第一导向齿9匹配啮合的第二导向齿10，重力配重盘4在背离配流活塞3的端面上还固定连接有杆端，该杆端上设计有偏心配重块7，配流活塞3顶部设计若干个进水道11，一个位于顶部圆心位置，其余沿圆周方向均布于顶部；其下部介于导向孔13内的部分上还设置有与该进水道11连通的出水口15，配流活塞3的圆柱体上对应于顶部进水道11的位置，沿圆周方向均布设计数量匹配的进水道11，并与顶部的进水道11相连贯通，壳体1与重力配重盘4通过紧固件固定连接，该紧固件为固定螺栓5，导向孔13的内壁上还开设有贯通壳体1的用于连通出水口15与出水道12的连接通道14，该连接通道14的自由端配合设置有堵头6。

在本实施例中，回位弹簧2安装于壳体1与配流活塞3之间，并且能够正常压缩与回弹。

当本发明需要自动垂直钻进系统工作时，可控上盘阀机构内部流道需要接通。此时钻井液通过重力配重盘4上的通水槽8进入可控上盘阀机构内部，随后通过配流活塞3顶部及侧面进水道11进入配流活塞3内部流道，并从配流活塞3底部出水道12流出进入壳体1进水道11，最后从壳体1底部出水道12流出可控上盘阀机构，进入自动垂直钻进系统下盘阀，从而作用于推靠机构使其工作。

当本发明需要自动垂直钻进系统不工作时，可控上盘阀机构内部流道不接通，此时钻井液通过重力配重盘4上的通水槽8进入可控上盘阀机构内部，随后通过配流活塞3顶部及侧面进水道11进入配流活塞3内部流道。此时配流活塞3底部的出水道12与壳体1的进水道11没有接通，钻井液无法进入壳体1；进一步，钻井液无法通过壳体1底部的出水道12进入自动垂直钻进系统下盘阀内，进而无法作用于推靠机构使其工作。

本发明可控上盘阀机构内部流道接通与不接通切换方法如下：提高输入钻井液的流量和压力，配流活塞3在高压力钻井液的作用下，在壳体1内部向下移动，并且压缩回位弹簧2，在此过程中，配流活塞3和重力配重盘4之间的导向齿由啮合状态过度为脱离状态；保持输入高压钻井液一段时间后，停止输入高压钻井液，此时回位弹簧2开始回弹，配流活塞3导向齿顶部上移，接触重力配流盘导向齿的导向部分，两者重新开始进入啮合，两者啮合的同时配流活塞3向着导向齿的导向部分方向旋转；当配流活塞3和重力配重盘44的导向齿再次重新完全啮合后，配流活塞3完成旋转90°，此时配流活塞3的出水道12与壳体1的进水道11由接通状态变为不接通状态。需要内部流道从不接通状态变为接通状态时，再重复三次上述内部流道切换过程即可。

本发明通过向配流活塞3施加压力，配流活塞3在压力与导向结构的作用下发生下压旋转，从而改变进水道11与出水道12的连通与关闭，实现可控配流；整体结构简单，可靠性高，对于自动垂直钻进系统工作与否的控制反应迅速，降低了操作人员的技术要求，提高了工作效率。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种自动垂直钻进系统可控上盘阀机构，其特征在于：包括固定连接的壳体与重力配重盘，设置在壳体内的配流活塞以及安装在配流活塞与壳体之间的回弹结构；

配流活塞与重力配重盘通过导向结构啮合，该配流活塞内开设有进水道，壳体上开设有出水道，进水道与出水道在配流活塞的作用下连通或关闭。

2.根据权利要求1所述的一种自动垂直钻进系统可控上盘阀机构，其特征在于：所述壳体内部设置有导向孔，该导向孔与壳体内壁之间形成有阶梯台；

配流活塞远离重力配重盘的一端配合设置在该导向孔内。

3.根据权利要求2所述的一种自动垂直钻进系统可控上盘阀机构，其特征在于：该回弹结构为回位弹簧，回位弹簧的一端设置在该阶梯台上，另一端固定在配流活塞上。

4.根据权利要求1所述的一种自动垂直钻进系统可控上盘阀机构，其特征在于：重力配重盘的盘面上设计有两个与进水道连通圆弧腰型状的通水槽；

所述盘面在朝向配流活塞的一端有凸台，该凸台沿圆周方向设计四个相同的第一导向齿。

5.根据权利要求4所述的一种自动垂直钻进系统可控上盘阀机构，其特征在于：配流活塞在朝向重力配重盘的一端上设置有与该第一导向齿匹配啮合的第二导向齿。

6.根据权利要求4所述的一种自动垂直钻进系统可控上盘阀机构，其特征在于：所述重力配重盘在背离配流活塞的端面上还固定连接有杆端，该杆端上设计有偏心配重块。

7.根据权利要求1所述的一种自动垂直钻进系统可控上盘阀机构，其特征在于：配流活塞顶部设计若干个进水道，一个位于顶部圆心位置，其余沿圆周方向均布于顶部；其下部介于导向孔内的部分上还设置有与该进水道连通的出水口。

8.根据权利要求7所述的一种自动垂直钻进系统可控上盘阀机构，其特征在于：配流活塞的圆柱体上对应于顶部进水道的位置，沿圆周方向均布设计数量匹配的进水道，并与顶部的进水道相连贯通。

9.根据权利要求1所述的一种自动垂直钻进系统可控上盘阀机构，其特征在于：壳体与重力配重盘通过紧固件固定连接，该紧固件为固定螺栓。

10.根据权利要求7所述的一种自动垂直钻进系统可控上盘阀机构，其特征在于：导向孔的内壁上还开设有贯通壳体的用于连通出水口与出水道的连接通道，该连接通道的自由端配合设置有堵头。

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