CN113431524A - 一种连续循环阀系统 - Google Patents

Abstract

本发明的一种连续循环阀系统，属于钻井液循环系统，包括连续循环阀，还包括连续循环阀执行器；所述连续循环阀包括阀体、阀座、导向滑道、球体、换向键和提升密封体，阀体内部开有上下连通的通孔、下端外壁的竖直方向上开有透孔与其内部连通、透孔下方的阀体外壁上开有与内部连通的旁通孔，所述通孔上端的缩颈处固定有与阀体同心的阀座，阀座底部对称固定有与其同心的导向滑道。本发明的一种连续循环阀系统自动化程度高、结构紧凑、上扣和卸扣操作简单方便，接头位置明显、能够保持井下过程的连续循环，避免垮塌、漏喷等各种复杂情况的发生，提高在井眼不稳定、井壁坍塌、卡钻、地层裂缝以及钻井液漏失等地层钻井作业的成功率和安全性。

Description

一种连续循环阀系统

技术领域

本发明属于钻井液循环系统，特别是涉及一种连续循环阀系统。

背景技术

石油是工业的血液，随着国家经济的快速发展，很多工业对石油的需求量越来越大，随着石油钻井技术的发展和进步，操作人员应用新型的钻井技术可以钻成各种诸如深井、超大深井、水平井、大位移井、多底井等技术难度很大的井。传统的石油开采是在钻井平台上连续下放石油钻杆，来钻取石油，在单根钻杆与单根钻杆对接时，需要关闭钻井液阀门，停止液泵向钻杆内输入钻井液，钻井液不能连续注入钻杆，会导致钻井底不能保持清洁，杂质过多容易造成钻头磨损，还会引起井下压力波动、容易造成坍塌、喷漏等安全事故。然而现在的许多钻井要求井眼保持泥浆连续循环状态，以达到保持稳定的井眼压力，解决常规钻井在上扣、卸扣和起下钻过程中因停止井内泥浆循环而带来一系列井下复杂问题。

美国最早开发了连续循环钻井系统，目前该技术已经在油田勘探开发中得到了应用，获得了很好的效果。但是其装置结构组合件体积庞大、接头位置在装置内看不到，对上扣和卸扣操作很繁琐，重复密封的可靠性差，控制系统庞大而复杂、价格昂贵，限制了它的广泛使用。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的不足，提供了一种连续循环阀系统。

本发明的一种连续循环阀系统，包括连续循环阀，还包括连续循环阀执行器；所述连续循环阀包括阀体、阀座、导向滑道、球体、换向键和提升密封体，阀体内部开有上下连通的通孔、下端外壁的竖直方向上开有透孔与其内部连通、透孔下方的阀体外壁上开有与内部连通的旁通孔，所述通孔上端的缩颈处固定有与阀体同心的阀座，阀座底部对称固定有与其同心的导向滑道，导向滑道下方的阀体通孔内滑动设有与阀体同心、且内部为中空的提升密封体，提升密封体上端缩颈处与阀体内壁之间形成环形间隙、且缩颈处上端对称开有两个贯穿提升密封体外壁的安装孔Ⅰ，安装孔Ⅰ处的提升密封体内设有与提升密封体同心的球体，球体两侧均固定有贯穿安装孔Ⅰ的安装轴，安装轴的另一端置于提升密封体与阀体内壁之间、且均安装有换向键；所述连续循环阀执行器包括从动齿轮、主动齿轮、马达Ⅰ、轴承支撑连接座、支撑连接座、提升丝杠、马达Ⅱ、弧形连接瓣、驱动连接瓣、操作连接瓣、拉紧丝杠和球面接头连接管，轴承支撑连接座的底端固定有支撑连接座和马达Ⅰ、顶端设置有相互啮合的从动齿轮和主动齿轮，所述马达Ⅰ的输出轴穿过轴承支撑连接座插接在主动齿轮内部，支撑连接座为内部中空的长方形柱体、且一侧壁上开有与内部连通的长方形槽，长方形槽内部设有提升丝杠，提升丝杠底部安装在支撑连接座底部合金耐磨孔内、顶端穿过轴承支撑连接座插接在从动齿轮内部，所述长方形槽下方的支撑连接座侧壁上固定有弧形连接瓣，弧形连接瓣的两端分别开有安装孔Ⅱ和螺纹孔，安装孔Ⅱ处通过连接销轴Ⅰ转动连接有操作连接瓣，操作连接瓣的另一端通过连接销轴Ⅱ转动连接有驱动连接瓣，驱动连接瓣与弧形连接瓣的螺纹孔之间锁紧固定。

作为本发明的进一步改进，驱动连接瓣的另一端顶部设有贯穿瓣体的丝母连接轴，弧形连接瓣的螺纹孔外侧设有马达Ⅱ，马达Ⅱ的输出端传动连接有拉紧丝杠，所述拉紧丝杠穿过螺纹孔、并与丝母连接轴相配合。

作为本发明的进一步改进，所述长方形槽下方的支撑连接座外侧设有穿过支撑连接座和弧形连接瓣的球面接头连接管、且球面接头连接管的端头突出弧形连接瓣的内环面。

作为本发明的进一步改进，阀座底部的沟槽内安装有密封圈。

作为本发明的进一步改进，导向滑道下端安装有与换向键相配合的弹簧片，弹簧片底部的阀体内壁上安装有半圆弧形定位挡板，所述定位挡板与换向键相配合。

作为本发明的进一步改进，提升密封体下端外壁上设有突出的固定块在透孔内上下移动，固定块内设有固定孔。

作为本发明的进一步改进，提升丝杠上螺纹套接有提升台，提升台一端与支撑连接座的内壁相抵，另一端与长方形槽滑动配合、且其外壁上固定有提升块，提升块位于支撑连接座外部、且与固定孔相配合。

作为本发明的进一步改进，连续循环阀和连续循环阀执行器通过阀体、弧形连接瓣、驱动连接瓣、操作连接瓣和球面接头连接管相连接，阀体的下端置于弧形连接瓣、驱动连接瓣和操作连接瓣之间，球面接头连接管的端头插接在旁通孔内，提升块插接在固定孔内。

作为本发明的进一步改进，球面接头连接管的外壁上卡接有吊装支架。

本发明的一种连续循环阀系统自动化程度高、结构紧凑、上扣和卸扣操作简单方便，接头位置明显、能够保持井下过程的连续循环，保证了井筒压力的稳定，很好地控制了环空回压，确保井壁稳定和良好的井眼清洗、携岩效果，防止垮塌和斜井段岩屑床的形成，避免垮塌、漏喷等各种复杂情况的发生，提高在井眼不稳定、井壁坍塌、卡钻、地层裂缝以及钻井液漏失等地层钻井作业的成功率和安全性，解决复杂地层的钻井问题，可以极大提高钻井效率，并且通过球体进行密封，能够使密封性更好、稳定性更高。

附图说明

图1是本发明连续循环阀的结构示意图；

图2是阀体内部通孔开启、旁通孔关闭的结构示意图；

图3是提升密封体带动球体和换向键向上提升的结构示意图；

图4是阀体内部通孔关闭、旁通孔开启的结构示意图；

图5是本发明连续循环阀执行器的结构示意图；

图6是本发明连续循环阀执行器的正视图；

图7是本发明连续循环阀执行器的俯视图；

图8是本发明连续循环阀执行器的左视图；

图9是本发明一种连续循环阀系统的结构示意图。

具体实施方式

本发明的一种连续循环阀系统，包括连续循环阀，还包括连续循环阀执行器；所述连续循环阀包括阀体1、阀座2、导向滑道4、球体5、换向键6和提升密封体9，阀体1内部开有上下连通的通孔，通孔两端的内壁上均设有螺纹与其他设备连接，阀体1下端外壁的竖直方向上开有透孔26与其内部连通、透孔26下方的阀体1外壁上开有与内部连通的旁通孔27。所述通孔上端的缩颈处固定有与阀体1同心的阀座2，阀座2底部的沟槽内安装有密封圈3，且阀座2底部对称固定有与其同心的导向滑道4，导向滑道4内部设有与阀体1同轴的长槽，导向滑道4下方的阀体1通孔内滑动设有与阀体1同心、且内部为中空的提升密封体9，提升密封体9下端外壁上设有突出的固定块30在透孔26内上下移动，固定块30内设有固定孔33。提升密封体9上端缩颈处与阀体1内壁之间形成环形间隙、且缩颈处上端对称开有两个贯穿提升密封体9外壁的安装孔Ⅰ，安装孔Ⅰ处的提升密封体9内设有与提升密封体9同心的球体5，当球体5处于水平状态时、其内部设有贯穿球体5、并与阀体1通孔同心的中心孔，提升密封体9能够在通孔内向上提升、并带动球体5向上，球体5能够与阀座2密封、将阀体1内部通孔关闭、使其不与外部连通，密封圈3能够使得阀座2与球体5之间的密封更充分。球体5两侧均固定有贯穿安装孔Ⅰ的安装轴28，安装轴28的另一端置于提升密封体9与阀体1内壁之间、且均安装有换向键6，换向键6与球体5相固定、并能够连带动球体5旋转改变球面方向。

所述导向滑道4下端安装有与换向键6相配合的弹簧片7，弹簧片7底部的阀体1内壁上安装有半圆弧形定位挡板8；当提升密封体9处于位置一、未向上提升时，此时旁通孔27处于关闭状态，如图2所示，同时换向键6处于水平状态并挤压弹簧片7，球体5内部中心孔与阀体1内部通孔连通；当提升密封体9向上提升时，带动换向键6和球体5向上运动，换向键6受到弹簧片7的推力、并受到导向滑道4长槽的导向、由水平状态转动为竖直状态进入导向滑道4的长槽内，球体5会随着换向键6的转动而转动、并使其球面与阀座2底部相对，如图3所示，当球体5运动到与阀座2底部相贴、并密封的状态时，如图4所示，此时旁通孔27处于打开的状态。提升密封体9带动球体5和换向键6向下运动时，换向键6的底部受到弹簧片7的推力，由竖直状态转动为水平状态，如图3所示，球体5随着换向键6的转动回到水平状态，定位挡板8能够阻挡换向键6继续向下运动、使其保持水平状态，并使球体5的中心孔与阀体1的通孔同心并相通。

连续循环阀执行器包括从动齿轮10、主动齿轮11、马达Ⅰ12、轴承支撑连接座13、支撑连接座14、提升丝杠15、马达Ⅱ18、弧形连接瓣19、驱动连接瓣21、操作连接瓣22、拉紧丝杠23和球面接头连接管24；轴承支撑连接座13的底端固定有支撑连接座14和马达Ⅰ12、顶端设置有相互啮合的从动齿轮10和主动齿轮11。所述马达Ⅰ12的输出轴穿过轴承支撑连接座13插接在主动齿轮11内部，支撑连接座14为内部中空的长方形柱体、且一侧壁上开有与内部连通的长方形槽29，长方形槽29内部设有提升丝杠15，提升丝杠15底部安装在支撑连接座14底部合金耐磨孔内、合金具有自润滑功能，提升丝杠15顶端穿过轴承支撑连接座13插接在从动齿轮10内部，马达Ⅰ12能够带动主动齿轮11旋转，主动齿轮11带动从动齿轮10旋转，进而带动提升丝杠15旋转。所述提升丝杠15上螺纹套接有提升台16，提升台16一端与支撑连接座14的内壁相抵，另一端与长方形槽29滑动配合、且其外壁上固定有提升块31，提升块31位于支撑连接座14外部、且插接在固定孔33内，提升丝杠15的旋转能够带动提升台16和提升块31做上下运动，同时提升块31带动固定块30和提升密封体9做上下运动。所述长方形槽29下方的支撑连接座14侧壁上固定有弧形连接瓣19，弧形连接瓣19的两端分别开有安装孔Ⅱ和螺纹孔，安装孔Ⅱ处通过连接销轴Ⅰ17转动连接有操作连接瓣22，操作连接瓣22的另一端通过连接销轴Ⅱ32转动连接有驱动连接瓣21，驱动连接瓣21的另一端顶部设有贯穿瓣体的丝母连接轴20，丝母连接轴20下端设有螺纹；所述弧形连接瓣19的螺纹孔外侧设有马达Ⅱ18，马达Ⅱ18的输出端传动连接有拉紧丝杠23，马达Ⅱ18带动拉紧丝杠23正反旋转；所述拉紧丝杠23穿过螺纹孔、并与丝母连接轴20螺纹配合，拉紧丝杠23正反旋转能够带动丝母连接轴20做前后运动，同时带动驱动连接瓣21靠近或远离弧形连接瓣19。长方形槽29下方的支撑连接座14外侧设有穿过支撑连接座14和弧形连接瓣19的球面接头连接管24、且球面接头连接管24的端头突出弧形连接瓣19的内环面，球面接头连接管24的外壁上卡接有吊装支架25，能够将连续循环阀执行器吊起。

连续循环阀和连续循环阀执行器通过阀体1、弧形连接瓣19、驱动连接瓣21、操作连接瓣22和球面接头连接管24相连接；阀体1的下端置于弧形连接瓣19、驱动连接瓣21和操作连接瓣22之间，球面接头连接管24的端头插接在旁通孔27内，提升块31插接在固定孔33内。

使用时，拆下连接销轴Ⅱ32并拉动拉手将驱动连接瓣21打开，通过吊装支架25把连续循环阀执行器吊起，使阀体1的下端置于弧形连接瓣19、驱动连接瓣21和操作连接瓣22之间，并将提升块31插接在固定孔33内、球面接头连接管24的端头插接在旁通孔27内，向内拉动拉手使驱动连接瓣21靠近弧形连接瓣19，同时拉紧丝杠23与丝母连接轴20相贴，然后将销轴Ⅱ32安装上。启动马达Ⅱ18使其正转，带动拉紧丝杠23旋转并与丝母连接轴20螺纹传动，使丝母连接轴20沿着拉紧丝杠23向内拉紧驱动连接瓣21将阀体1抱紧，使球面接头连接管24的端头与旁通孔27紧密贴合，此时旁通孔27处于密封关闭状态，连续循环阀和连续循环阀执行器紧密固定。启动马达Ⅰ12使其正转并带动主动齿轮11旋转，同时带动从动齿轮10和提升丝杠15旋转；进而使提升台16和提升块31向上运动，并向上提升固定块30和提升密封体9，提升密封体9带动换向键6和球体5向上运动，运动的过程中换向键6被导向滑道4的长槽由水平状态改变为竖直状态，球体5随着换向键6的转动而转动。当球体5与阀座2密封后停止运动、将阀体1内部通孔截断，同时在提升密封体9上升的过程中旁通孔27被打开，钻井液由旁通孔27循环流经球面接头连接管24，最终连接泥浆泵。

切换阀体1通孔循环时，启动马达Ⅰ12使其反转带动主动齿轮11旋转，进而带动提升丝杠15旋转，提升丝杠15的旋转使提升台16和提升块31向下运动，并向下推动提升密封体9，提升密封体9带动球体5和换向键6向下运动，在向下的运动过程中换向键6由竖直状态改变为水平状态、球体5中心孔与阀体1内部通孔同心并相通，钻井液改为阀体1内部循环并传导到上部管路、最终连接泥浆泵。使用完成后，通过吊装支架25吊起连续循环阀执行器，使连续循环阀执行器处于受力悬浮状态，拆下连接销轴Ⅱ32、并启动马达Ⅱ18使其反转，带动拉紧丝杠23旋转并与丝母连接轴20螺纹传动，使丝母连接轴20沿着拉紧丝杠23推动驱动连接瓣21向外张开。再拉动驱动连接瓣21上的拉手使其张开，使连续循环阀与连续循环阀执行器分离，将连续循环阀执行器吊装到其他指定位置。

Claims (9)

1.一种连续循环阀系统，包括连续循环阀，其特征在于还包括连续循环阀执行器；所述连续循环阀包括阀体（1）、阀座（2）、导向滑道（4）、球体（5）、换向键（6）和提升密封体（9），阀体（1）内部开有上下连通的通孔、下端外壁的竖直方向上开有透孔（26）与其内部连通、透孔（26）下方的阀体（1）外壁上开有与内部连通的旁通孔（27），所述通孔上端的缩颈处固定有与阀体（1）同心的阀座（2），阀座（2）底部对称固定有与其同心的导向滑道（4），导向滑道（4）下方的阀体（1）通孔内滑动设有与阀体（1）同心、且内部为中空的提升密封体（9），提升密封体（9）上端缩颈处与阀体（1）内壁之间形成环形间隙、且缩颈处上端对称开有两个贯穿提升密封体（9）外壁的安装孔Ⅰ，安装孔Ⅰ处的提升密封体（9）内设有与提升密封体（9）同心的球体（5），球体（5）两侧均固定有贯穿安装孔Ⅰ的安装轴（28），安装轴（28）的另一端置于提升密封体（9）与阀体（1）内壁之间、且均安装有换向键（6）；所述连续循环阀执行器包括从动齿轮（10）、主动齿轮（11）、马达Ⅰ（12）、轴承支撑连接座（13）、支撑连接座（14）、提升丝杠（15）、马达Ⅱ（18）、弧形连接瓣（19）、驱动连接瓣（21）、操作连接瓣（22）、拉紧丝杠（23）和球面接头连接管（24），轴承支撑连接座（13）的底端固定有支撑连接座（14）和马达Ⅰ（12）、顶端设置有相互啮合的从动齿轮（10）和主动齿轮（11），所述马达Ⅰ（12）的输出轴穿过轴承支撑连接座（13）插接在主动齿轮（11）内部，支撑连接座（14）为内部中空的长方形柱体、且一侧壁上开有与内部连通的长方形槽（29），长方形槽（29）内部设有提升丝杠（15），提升丝杠（15）底部安装在支撑连接座（14）底部合金耐磨孔内、顶端穿过轴承支撑连接座（13）插接在从动齿轮（10）内部，所述长方形槽（29）下方的支撑连接座（14）侧壁上固定有弧形连接瓣（19），弧形连接瓣（19）的两端分别开有安装孔Ⅱ和螺纹孔，安装孔Ⅱ处通过连接销轴Ⅰ（17）转动连接有操作连接瓣（22），操作连接瓣（22）的另一端通过连接销轴Ⅱ（32）转动连接有驱动连接瓣（21），驱动连接瓣（21）与弧形连接瓣（19）的螺纹孔之间锁紧固定。

2.如权利要求1所述的一种连续循环阀系统，其特征在于驱动连接瓣（21）的另一端顶部设有贯穿瓣体的丝母连接轴（20），弧形连接瓣（19）的螺纹孔外侧设有马达Ⅱ（18），马达Ⅱ（18）的输出端传动连接有拉紧丝杠（23），所述拉紧丝杠（23）穿过螺纹孔、并与丝母连接轴（20）相配合。

3.如权利要求1所述的一种连续循环阀系统，其特征在于所述长方形槽（29）下方的支撑连接座（14）外侧设有穿过支撑连接座（14）和弧形连接瓣（19）的球面接头连接管（24）、且球面接头连接管（24）的端头突出弧形连接瓣（19）的内环面。

4.如权利要求1所述的一种连续循环阀系统，其特征在于阀座（2）底部的沟槽内安装有密封圈（3）。

5.如权利要求1所述的一种连续循环阀系统，其特征在于导向滑道（4）下端安装有与换向键（6）相配合的弹簧片（7），弹簧片（7）底部的阀体（1）内壁上安装有半圆弧形定位挡板（8），所述定位挡板（8）与换向键（6）相配合。

6.如权利要求1所述的一种连续循环阀系统，其特征在于提升密封体（9）下端外壁上设有突出的固定块（30）在透孔（26）内上下移动，固定块（30）内设有固定孔（33）。

7.如权利要求6所述的一种连续循环阀系统，其特征在于提升丝杠（15）上螺纹套接有提升台（16），提升台（16）一端与支撑连接座（14）的内壁相抵，另一端与长方形槽（29）滑动配合、且其外壁上固定有提升块（31），提升块（31）位于支撑连接座（14）外部、且与固定孔（33）相配合。

8.如权利要求3或7所述的一种连续循环阀系统，其特征在于连续循环阀和连续循环阀执行器通过阀体（1）、弧形连接瓣（19）、驱动连接瓣（21）、操作连接瓣（22）和球面接头连接管（24）相连接，阀体（1）的下端置于弧形连接瓣（19）、驱动连接瓣（21）和操作连接瓣（22）之间，球面接头连接管（24）的端头插接在旁通孔（27）内，提升块（31）插接在固定孔（33）内。

9.如权利要求8所述的一种连续循环阀系统，其特征在于球面接头连接管（24）的外壁上卡接有吊装支架（25）。

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