CN113338859B - 一种机械式井下多次开关旁通阀 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种机械式井下多次开关旁通阀,属于油气开采技术领域。解决了现有技术中存在井控风险的问题。本发明包括旁通阀本体,所述旁通阀本体内部设置有阀座,所述阀座与旁通阀本体滑动连接,阀座上设置有阀座侧孔,旁通阀本体的侧面设置有旁通孔,所述旁通孔与阀座侧孔位置对应,阀座与旁通阀本体之间设置有弹簧,所述阀座上设置有球座,所述球座为多瓣式球座,与球座配套设置有钢球,与阀座侧孔配套设置有关闭钢球。本发明避免了橡胶球受到温度、压力和不同泥浆的影响产生的井控风险;钢球通过多瓣式球座时,压力清楚,地面容易监测是否关闭旁通孔,避免井控风险。球篮收集钢球后,能够留出供其他小球或电缆通过的通道,便于后续施工。
Description
技术领域
本发明属于油气开采技术领域,具体涉及一种机械式井下多次开关旁通阀。
背景技术
井下多次开关旁通阀是在钻井、完井和修井阶段,不需要起钻,而直接进行堵漏和井眼清洁作业的工具。其最显著的特点是随钻堵漏作业,保护井下仪器,缩短钻井周期,降低井控风险。
目前,世界上通用有两种井下多次开关旁通阀,第一种是BPL结构(需查国际专利),其原理是投入1个橡胶球,推动阀座向下移动,打开旁通孔,进行堵漏作业,后再投入两个小钢球,封堵旁通孔,进行憋压,导致橡胶球变形,连同两个小钢球落入下部球篮。在实际应用中,这种结构存在两个难题:一是橡胶球质量,在高温、高压、不同泥浆体系下,橡胶球易变形,造成提前进入球篮或无法关闭旁通,引起重大的井控风险;二是由于橡胶球需要变形,因此,橡胶球直径大,技术上要求无法满足投球后需要进一步投小球或电缆通过多次开关旁通阀的难题。第二种是SWACO公司结构(需查国际专利),其原理是先投入1个金属球,球带动阀座向下移动,从而打开旁通孔,金属球后掉入球篮,此时,钻井液可以通过旁通孔和下部水眼流出,这时再投入第2个金属球,该球投入后封堵住流往下部水眼的流体,这时进行堵漏作业,堵漏完成后再投入第3个金属球,这个球投入后,推动球座关闭旁通孔,后两个金属球再掉入球篮。这种结构有个优点是投入的金属球体积小且3个球的直径相差不大,投球作业后,仍能进行投小球或下电缆作业。但缺点是旁通孔打开和旁通孔关闭时的压力不明显,从而导致井控风险。
发明内容
针对现有技术中存在的问题,本发明提供一种机械式井下多次开关旁通阀,其目的在于:提高井下多次开关旁通阀的可靠性和安全性,防止上述井控风险的产生。
本发明采用的技术方案如下:
一种机械式井下多次开关旁通阀,包括旁通阀本体,所述旁通阀本体内部设置有阀座,所述阀座与旁通阀本体滑动连接,阀座上设置有阀座侧孔,旁通阀本体的侧面设置有旁通孔,所述旁通孔与阀座侧孔位置对应,阀座与旁通阀本体之间设置有弹簧,所述阀座上设置有球座,所述球座为多瓣式球座,与球座配套设置有钢球,与阀座侧孔配套设置有关闭钢球。
投入钢球后,当钢球到达球座上部,钢球与球座形成密封,泵入堵漏液,产生压差使阀座向下移动,此时弹簧压缩,当旁通孔与阀座侧孔重合时,形成流通通道,堵漏液由旁通孔排出形成旁通循环,开始进行堵漏作业。完成堵漏后,停止泵入堵漏液,投入两个关闭钢球,关闭钢球位于钢球上端,泵入钻井液,产生压差,将关闭钢球推动至阀座侧孔,将阀座侧孔封堵,由此形成密封状态。加大泵入钻井液排量,提高泵压,作用在钢球上的压力变大,推动钢球下移,此时球座的瓣体张大,孔径变大,钢球继续下移,通过球座。钢球通过球座后,旁通阀本体内部上下管柱建立循环通道,此时阀座及球座在弹簧弹力的作用下向上移动,原作用在关闭钢球上的压力减小,关闭钢球在自身重力以及流体推力的作用下穿过球座通孔,此时旁通孔完全关闭,旁通通道消失。继续加大排量,将钢球及关闭钢球往下推动,阀座在弹簧推力作用下复位,内部流体正常排入,建立钻井液循环。
采用本技术方案后,由于采用了钢球,避免了橡胶球受到温度、压力和不同泥浆的影响造成的井控风险;钢球通过多瓣式球座时,压力清楚,地面可以很容易监测是否关闭旁通孔,能够避免井控风险。
进一步的,所述球座上部的内侧的形状为弧形,且弧度与钢球匹配。
采用该优选方案后,球座与钢球接触面更大,密封性更好,更容易憋压。
进一步的,所述球座与阀座螺纹连接。
采用该优选方案后,球座便于拆卸和安装,后期维护和更换方便。
进一步的,阀座的顶部固定设置有用于限定球座位置的上限位块,所述上限位块的顶部设置为内凹的弧形,上限位块的中部设置有通孔,所述通孔的内径与钢球的直径匹配。
采用该优选方案后,上限位块可以对球座进行固定,防止球座出现松动和脱落。
进一步的,球座的顶部为锥形结构,下部为圆筒形结构,且顶部闭合后的内径小于钢球的直径,圆筒形结构的内径大于钢球的直径。
进一步的,所述多瓣式球座的瓣数为2至8瓣中的一种。
采用该优选方案后,可以根据现场实际情况选择不同瓣数的球座,实用性更广。
进一步的,所述阀座上设置有导向槽,所述旁通阀本体上设置有导向销钉,所述导向销钉与导向槽滑动连接。
采用该优选方案后,导向槽和到向销轴的配合,可以使阀座与旁通阀本体只进行相对滑动而不出现相对转动,防止旁通孔与阀体侧孔不能对齐的情况发生。
进一步的,所述旁通阀本体的下端连接有球篮接头,所述球篮接头的内部设置有依次连接的上挡块、挡块、隔板和底板。
进一步的,所述隔板的截面形状为U形,且隔板上等间距设置有多个通孔。
进一步的,所述隔板的开口一侧紧靠球篮接头的内壁,且隔板的宽度小于球篮接头内径的一半。
进一步的,所述上挡块的形状为半圆形,且两端面设置为内凹的弧形,上挡块的圆心处设置有通孔,所述挡块中部设置有相应的通孔,所述通孔的半径小于钢球和关闭钢球的半径,且挡块上设置有弧形缺口,所述弧形缺口的开口朝向隔板与球篮接头围成的空间。
采用该优选方案后,钢球和关闭钢球通过弧形缺口掉落到隔板与球篮接头内壁围成的空间中,由于隔板的宽度小于球篮接头内径的一半,球篮收集钢球后,还能够留出供其他小球或电缆通过的通道,便于施工。
综上所述,由于采用了上述技术方案,本发明的有益效果是:
1.由于采用了钢球,避免了橡胶球受到温度、压力和不同泥浆的影响造成的井控风险;钢球通过多瓣式球座时,压力清楚,地面可以很容易监测是否关闭旁通孔,能够避免井控风险。
2.球座上部的内侧的形状为弧形,且弧度与钢球匹配,球座与钢球接触面更大,密封性更好,更容易憋压。
3.球座便于拆卸和安装,后期维护和更换方便。
4.球座顶部设置成锥形结构,下部设置成圆筒形结构,钢球通过后锥形结构后可以畅通无阻的向下运动,压力清楚,便于地面判断是否关闭旁通孔。
4.上限位块可以对球座进行固定,防止球座出现松动和脱落。
5.导向槽和到向销轴的配合,可以使阀座与旁通阀本体只进行相对滑动而不出现相对转动,防止旁通孔与阀体侧孔不能对齐的情况发生。
6.钢球和关闭钢球通过弧形缺口掉落到隔板与球篮接头内壁围成的空间中,由于隔板的宽度小于球篮接头内径的一半,球篮收集钢球后,还能够留出供其他小球或电缆通过的通道,便于施工。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明,其中:
图1是本发明的剖面图;
图2是本发明的爆炸图;
图3是两瓣式球座的结构示意图;
图4是八瓣式球座的结构示意图;
图5是阀座的结构示意图;
图6是上限位块的结构示意图;
图7是上挡块的结构示意图;
图8是挡块的结构示意图;
图9是隔板的结构示意图;
图10是底板的结构示意图。
其中,1-旁通阀本体,2-球座,3-阀座,4-弹簧,5-钢球,6-旁通孔,7-上限位块,8-关闭钢球,9-限位螺母,10-上挡块,11-挡块,12-球篮接头,13-隔板,14-底板,15-导向销钉,16-导向槽,17-喷嘴,18-阀座侧孔,19-O形密封圈。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本申请实施例中附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此,以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围,而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例,本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
在本申请实施例的描述中,需要说明的是,术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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,或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系,仅是为了便于描述本申请和简化描述,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,因此不能理解为对本申请的限制。此外,术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
下面结合图1-10对本发明作详细说明。
一种机械式井下多次开关旁通阀,包括旁通阀本体1,所述旁通阀本体1内部设置有阀座3,所述阀座3与旁通阀本体1滑动连接,阀座3上设置有阀座侧孔18,旁通阀本体1的侧面设置有旁通孔6,所述旁通孔6与阀座侧孔18位置对应,旁通孔6中设置有喷嘴17。阀座3与旁通阀本体1之间设置有弹簧4,所述阀座3上设置有球座2,所述球座2为多瓣式球座,与球座2配套设置有钢球5,与阀座侧孔18配套设置有关闭钢球8。关闭钢球8的直径略小于钢球5的直径。
本实施例中,所述球座2上部的内侧的形状为弧形,且弧度与钢球5匹配。
本实施例中,所述球座2与阀座3螺纹连接。
如图2所示,本实施例中,阀座3的顶部固定设置有用于限定球座2位置的上限位块7,所述上限位块7的顶部设置为内凹的弧形,上限位块7的中部设置有通孔,所述通孔的直径与钢球5的直径匹配。旁通阀本体1的顶部设置有限位螺母9,限位螺母9与上限位块7之间设置有数个O形密封圈19。
如图3所示,球座2的顶部为锥形结构,下部为圆筒形结构,且顶部闭合后的内径小于钢球5的直径,圆筒形结构的内径大于钢球5的直径。
如图3所示,本实施例中,所述多瓣式球座的瓣数为2瓣,在另一实施例中,多瓣式球座的瓣数可以根据需要选用,如3瓣或8瓣。
如图本实施例中,所述阀座3上设置有导向槽16,所述旁通阀本体1上设置有导向销钉15,所述导向销钉15与导向槽16滑动连接。导向销钉15与旁通阀本体1的连接处设置有O形密封圈。
本实施例中,所述旁通阀本体1的下端连接有球篮接头12,所述球篮接头12的内部设置有依次连接的上挡块10、挡块11、隔板13和底板14。
本实施例中,所述隔板13的截面形状为U形,且隔板13上等间距设置有多个通孔。
本实施例中,所述隔板13的开口一侧紧靠球篮接头12的内壁,且隔板13的宽度小于球篮接头12内径的一半。
本实施例中,所述上挡块10的形状为半圆形,且两端面设置为内凹的弧形,上挡块10的圆心处设置有通孔,所述挡块11中部设置有相应的通孔,所述通孔的半径小于钢球5和关闭钢球8的半径,且挡块11上设置有弧形缺口,所述弧形缺口的开口朝向隔板13与球篮接头12围成的空间。
本发明的工作原理如下:
投入钢球5后,当钢球5到达球座2上部,钢球5与球座2形成密封,泵入堵漏液,产生压差使阀座3向下移动,此时弹簧4压缩,当旁通孔6与阀座侧孔18重合时,形成流通通道,堵漏液由旁通孔6排出形成旁通循环,开始进行堵漏作业。完成堵漏后,停止泵入堵漏液,投入两个关闭钢球8,关闭钢球8位于钢球5上端,泵入钻井液,产生压差,将关闭钢球8推动至阀座侧孔18,将阀座侧孔18封堵,由此形成密封状态。加大泵入钻井液排量,提高泵压,作用在钢球5上的压力变大,推动钢球5下移,此时球座2的瓣体张大,孔径变大,钢球5继续下移,通过球座2。钢球5通过球座2后,旁通阀本体1内部上下管柱建立循环通道,此时阀座3及球座2在弹簧弹力的作用下向上移动,原作用在关闭钢球8上的压力减小,关闭钢球8在自身重力以及流体推力的作用下穿过球座通孔,此时旁通孔完全关闭,旁通通道消失。继续加大排量,将钢球5及关闭钢球8往下推动,阀座在弹簧推力作用下复位,内部流体正常排入,建立钻井液循环。
本发明采用了钢球,避免了橡胶球受到温度、压力和不同泥浆的影响造成的井控风险;钢球通过多瓣式球座时,压力清楚,地面可以很容易监测是否关闭旁通孔,能够避免井控风险。钢球5和关闭钢球8通过弧形缺口掉落到隔板13与球篮接头12内壁围成的空间中进行收集,由于隔板13的宽度小于球篮接头12内径的一半,球篮收集钢球后,还能够留出供其他小球或电缆通过的通道,便于后续施工。
以上所述实施例仅表达了本申请的具体实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本申请保护范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本申请技术方案构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本申请的保护范围。
Claims (7)
1.一种机械式井下多次开关旁通阀,其特征在于:包括旁通阀本体(1),所述旁通阀本体(1)内部设置有阀座(3),所述阀座(3)与旁通阀本体(1)滑动连接,阀座(3)上设置有阀座侧孔(18),旁通阀本体(1)的侧面设置有旁通孔(6),所述旁通孔(6)与阀座侧孔(18)位置对应,阀座(3)与旁通阀本体(1)之间设置有弹簧(4),所述阀座(3)上设置有球座(2),所述球座(2)为多瓣式球座,与球座(2)配套设置有钢球(5),与阀座侧孔(18)配套设置有关闭钢球(8);所述旁通阀本体(1)的下端连接有球篮接头(12),所述球篮接头(12)的内部设置有依次连接的上挡块(10)、挡块(11)、隔板(13)和底板(14);所述隔板(13)的截面形状为U形,所述隔板(13)的开口一侧紧靠球篮接头(12)的内壁,且隔板(13)的宽度小于球篮接头(12)内径的一半;所述上挡块(10)的形状为半圆形,且两端面设置为内凹的弧形,上挡块(10)的圆心处设置有通孔,所述挡块(11)中部设置有相应的通孔,所述通孔的半径小于钢球(5)和关闭钢球(8)的半径,且挡块(11)上设置有弧形缺口,所述弧形缺口的开口朝向隔板(13)与球篮接头(12)围成的空间。
2.根据权利要求1所述的一种机械式井下多次开关旁通阀,其特征在于:所述球座(2)上部的内侧的形状为弧形,且弧度与钢球(5)匹配。
3.根据权利要求1所述的一种机械式井下多次开关旁通阀,其特征在于:所述球座(2)与阀座(3)螺纹连接。
4.根据权利要求1所述的一种机械式井下多次开关旁通阀,其特征在于:阀座(3)的顶部固定设置有用于限定球座(2)位置的上限位块(7),所述上限位块(7)的顶部设置为内凹的弧形,上限位块(7)的中部设置有通孔,所述通孔的内径与钢球(5)的直径匹配。
5.根据权利要求1所述的一种机械式井下多次开关旁通阀,其特征在于:球座(2)的顶部为锥形结构,下部为圆筒形结构,且顶部闭合后的内径小于钢球(5)的直径,圆筒形结构的内径大于钢球(5)的直径。
6.根据权利要求1所述的一种机械式井下多次开关旁通阀,其特征在于:所述阀座(3)上设置有导向槽(16),所述旁通阀本体(1)上设置有导向销钉(15),所述导向销钉(15)与导向槽(16)滑动连接。
7.根据权利要求1所述的一种机械式井下多次开关旁通阀,其特征在于:所述隔板(13)上等间距设置有多个通孔。
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CN110439500A (zh) * | 2019-08-20 | 2019-11-12 | 中国石油集团川庆钻探工程有限公司长庆井下技术作业公司 | 一种可泄压的自封式皮碗封隔器及其使用方法 |
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