CN117052343A - 一种球阀式井下随钻封堵装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

一种球阀式井下随钻封堵装置及使用方法，属于防喷器技术领域，装置包括中心管、上接头、扶正器、下接头、封堵机构、投球机构，封堵机构通过3组剪断销与中心管内壁连接，3组剪断销从上到下依次包括上剪断销、中剪断销、下剪断销，在封堵机构下部一侧的中心管外壁上还设有膨胀胶筒，每组剪断销均配置有行程限位槽，3组行程限位槽及对应的剪断销限定封堵机构在工作过程中的位置；方法包括下井、坐封、钻井液内外流通、解封的过程。本发明可以在井底实现坐封防喷以及解封作业，达到同时封闭钻杆内部以及钻杆与套管/裸眼之间环空的目的。

Description

一种球阀式井下随钻封堵装置及使用方法

技术领域

本发明属于防喷器技术领域，具体涉及一种球阀式井下随钻封堵装置及使用方法。

背景技术

海上油气开发具有高投入、高风险的特点。据WOAD、SINTEF数据库统计，海洋石油井喷、燃爆等重大事故60％发生在钻完井之前的阶段，因此防止钻井期间井喷事故对保障海洋钻井安全意义重大。

在钻进过程中，钻柱近钻头处一般会安装止回阀防止钻柱内流体的逆流，解决钻井过程中钻柱内的防喷。而套管与钻杆之间的环空防喷，需要通过平台井口防喷器来控制。防喷器通常安装在井口套管头上，在井内油气压力很高时，防喷器能把井口封闭(关死)。从钻杆内压入重泥浆时，其闸板下有四通，可替换出受气侵的泥浆，增加井内液柱的压力，以压住高压油气的喷出。

然而现有的防喷器在井口预防油气喷溅，压力聚集在井口，一旦压力失控将造成严重的井喷事故，威胁井口作业人员安全。

发明内容

本发明公开了一种球阀式井下随钻封堵装置及使用方法，当高压溢流进入钻杆外环空造成井涌后，本发明可在泥面以下应急防喷，并封堵钻杆外壁与套管内壁之间的环空，避免高压油气向上运移，从而可大大降低井口油气喷溅失控的危险，为平台应急处置赢取宝贵时间。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种球阀式井下随钻封堵装置，包括中心管、上接头、扶正器、下接头、封堵机构、投球机构，所述的中心管的上端连接有上接头、下端通过扶正器与下接头连接，所述的中心管内安装有封堵机构，所述的封堵机构上方所在的中心管内壁上安装有投球机构，所述的投球机构与封堵机构配合使用，所述的封堵机构通过3组剪断销与中心管内壁连接，3组剪断销从上到下依次包括上剪断销、中剪断销、下剪断销，在封堵机构下部一侧的中心管外壁上还设有膨胀胶筒，所述的封堵机构与膨胀胶筒配合使用，每组剪断销均配置有行程限位槽，3组行程限位槽及对应的剪断销限定封堵机构在工作过程中的位置，从上到下的3个位置分别对应了坐封状态、钻井液内外流通状态及解封状态。

优选的，所述的封堵机构包括球阀体、球阀座、上引流孔、中引流孔、下引流孔，所述的球阀体为圆柱体空壳结构，球阀体的中轴处通过焊接竖向管道形成贯通球阀体上下端的中心通道，所述的上引流孔、中引流孔、下引流孔分别有多个，多个上引流孔或中引流孔或下引流孔开设于球阀体的外壁并绕球阀体的轴线均匀分布，所述的中引流孔与下引流孔之间的球阀体上还绕轴线均匀分布有多个径向设置的贯通孔；所述的贯通孔由焊接的横向管道构成，所述的横向管道一端贯通中心通道，另一端贯通球阀体外表面；所述的球阀体的外壁与中心管的内表面之间通过筒状的球阀座连接，所述的球阀座的上部内表面绕轴线设有环形空间，所述的环形空间下缘所在的球阀座内壁沿径向设有多个均匀分布的上剪断销，所述的上剪断销的端部向内延伸并进入开设在球阀体外壁上并沿轴向设置的第一行程限位槽内；所述的上剪断销下方所在的球阀座内壁开设有多个均匀分布并贯通球阀座内外的通道一，与通道一对应的中心管管壁上设有第一出液孔，位于通道一下方所在的球阀座内壁上安装有多个均匀分布并沿径向设置的中剪断销，所述的中剪断销的头部向内延伸并进入开设在球阀体外壁上并沿轴向设置的第二行程限位槽内；所述的中剪断销下方所在的球阀座侧壁上开设有多个均匀分布且贯通球阀座内外的通道二，与通道二相对的中心管外壁上设有第二出液孔，所述的通道二下方所在的球阀座内壁上安装有多个均匀分布并沿径向设置的下剪断销，所述的下剪断销的头部向内延伸并进入开设在球阀体外壁上并沿轴向设置的第三行程限位槽内；所述的球阀座的底端向内翻折形成环形限位板，所述的环形限位板用以限制球阀体的最低位置，所述的通道一的内径小于通道二的内径，所述的第一行程限位槽、第二行程限位槽、第三行程限位槽的高度依次增加；

在初始状态下，球阀体被上剪断销定位、通道一和通道二被球阀体封堵，贯通孔被球阀座内壁封堵，环形空间处于封闭状态；

在坐封状态下，上剪断销剪断，球阀体沿轴向下移并通过中剪断销定位，此时，下引流孔与通道二相对，而且通道一继续被球阀体封堵，贯通孔继续被球阀座封堵，环形空间上端打开，上引流孔与环形空间相对；

在钻井液内外流通状态下，中剪断销被剪断，球阀体沿轴向下移并通过下剪断销定位，此时下引流孔依然与通道二相对，中引流孔与通道一相对，贯通孔继续被球阀座封堵，环形空间上端保持敞开，上引流孔继续与环形空间相对；

在解封状态下，下剪断销被剪断，球阀体底端与环形限位板相抵，下引流孔和贯通孔均与通道二相对，通道一被球阀体封堵，环形空间上端保持敞开，上引流孔继续与环形空间相对，中引流孔被球阀座封堵；

所述的膨胀胶筒内壁相对的中心管外壁上绕轴线开设有环形凹槽，所述的第二出液孔贯通环形凹槽的槽底并与膨胀胶筒内壁相对，所述的膨胀胶筒位于环形凹槽上下侧的内表面与中心管外表面密封固定连接。

优选的，所述的投球机构包括水平管、弧形管、压缩弹簧、活塞、钢球，所述的水平管的一端封闭，敞口端与开设于中心管外壁上的螺纹孔螺接，所述的活塞密封滑动连接于水平管内，活塞的内侧端与水平管的密封端内表面之间连接有压缩弹簧，在活塞的下端开设有限位槽，所述的限位槽内容置有钢球，所述的活塞与封闭端之间还设有限位杆，所述的限位杆的一端与封闭端内表面固定连接，另一端沿水平管的轴向活塞一侧延伸，所述的限位杆用以限定活塞向内侧移动的最大距离，所述的水平管下端连接有向中心管内侧倾斜的弧形管，所述的弧形管的上端口及弧形管的内径与钢球的尺寸适配，在初始状态下，压缩弹簧挤压活塞，活塞将水平管封闭，在受到一定压力时，压缩弹簧收缩，限位槽下端口与弧形管上端口对齐，钢球沿弧形管投出。

优选的，在初始状态下，所述的球阀体及球阀座的顶端构成连续的球面形凹槽，所述的球面形凹槽用以将钢球导向中心通道的顶端并将中心通道封堵，所述的球阀体顶端且环绕中心通道的上端口设有用以将钢球强力吸附定位的环形磁铁块。

优选的，钻柱顶端与钻井设备连接的部位设有压力传感器，在井下溢流以及井涌时，通过压力传感器检测的异常数据判断井下溢流以及井涌的发生。

一种球阀式井下随钻封堵装置的使用方法，包括如下步骤：

步骤一、随钻下井：

球阀式井下随钻封堵装置为井下钻柱的一部分，在钻井时随钻柱一起下井；在正常钻进的过程中，钻井液通过球阀体的中心通道流通，封堵装置通过扶正器防止封堵装置偏磨损坏膨胀胶筒，预防封堵装置提前报废；

步骤二、坐封过程：

在遇到井下溢流以及井涌时，高压流体涌入钻柱外环空，环空之间的压力增大到特定值时，活塞向内移动至最大行程，此时钢球沿弧形管下落投出，将球阀体中心通道的上端口封堵，此时，钻柱内的钻井液无法流入中心通道，当钻井液憋压后，第一行程限位槽剪断上剪断销，球阀体下行，在中剪断销的阻止下再次定位，此时球阀体顶端与球阀座之间错开间隙，环形空间顶端敞开，钻柱内的钻井液通过上引流孔进入球阀体，此时，球阀体上的中引流孔以及通道一、通道二均被封堵，而下引流孔与通道二连通，钻井液通过下引流孔、通道二、第二出液孔进入环形凹槽，并挤压通膨胀胶筒膨胀，使膨胀胶筒与井内套管之间紧密相抵，从而将套管与钻柱之间的环空封堵，此时，达到坐封状态；

步骤三、钻井液内外流通循环过程：

当压力传感器检测到数据异常时，提高钻柱内钻井液的压力，提高压力的方式为增加输入钻柱钻井液的密度，使球阀体上方的钻井液液液柱压力增大，并使中剪断销被第二行程限位槽剪断，球阀体下行，下剪断销沿第三行程限位槽上移并将球阀体定位，此时，中引流孔与通道一连通，下引流孔依然与通道二连通，钻井液从上引流孔进入球阀体，部分钻井液通过通道二流出，维持坐封状态，另一部分钻井液通过中引流孔、通道一、第一出液孔流出，流出的钻井液流入膨胀胶筒上方的钻柱与套管的环空中形成环空中的压井液，形成钻井液在钻柱内外的流通，随着环空中压井液液面高度的提升，对膨胀胶筒下方的环空钻井液井涌或溢流的封堵力度进一步提升；

步骤四、解封过程：

当井口注入高密度钻井液进行压井时，球阀体上方的液柱压力继续增大，根据日常实验数据，使球阀体上方液柱压力大于下方高压流体压力，此时，下剪断销被第三行程限位槽剪断，球阀体的底端与环形限位板相抵，此时，钻井液从上引流孔进入球阀体，而中引流孔被球阀座封堵，下引流孔与通道二连通，同时，贯通孔也与通道二相连，通道二及环形凹槽内的钻井液通过贯通孔和中心通道进入封堵机构下方的钻柱内，此时钻柱内的钻井液恢复向下输出状态，膨胀胶筒收缩，实现装置与套管之间的解封状态。

本发明一种球阀式井下随钻封堵装置及使用方法的有益效果为：

本发明可以在井底实现坐封防喷以及解封作业，达到同时封闭钻杆内部以及钻杆与套管/裸眼之间环空的目的。不同于地面投球，本发明将投球装置至于井底，大大减少了响应时间，避免井涌、高压溢流进一步演化成井喷。

说明书附图

图1、本发明的整体结构示意图。

图2、本发明A处的局部结构示意图。

图3、本发明投球机构初始状态下的示意图。

图4、本发明投球机构在投球状态下的示意图。

图5、本发明封堵机构在坐封状态下的示意图。

图6、本发明使用时封堵后上方钻井液内外流通示意图。

图7、本发明使用过程中压井时解封示意图。

图8、本发明中心管设有环形凹槽的剖视结构示意图。

图9、本发明上剪断销与第一行程限位槽配合的示意图。

图10、本发明中剪断销与第二行程限位槽配合的示意图。

图11、本发明下剪断销与第三行程限位槽配合的示意图。

1、上接头；2、落球机构；201、水平管；202、压缩弹簧；203、弧形管；204、活塞；205、限位槽；206、钢球；207、敞口端；208、限位杆；3、球阀体；301、球阀体外壁；4、球阀座；401、球阀座外壁；5、上引流孔；6、中引流孔；7、下引流孔；8、上剪断销；9、中剪断销；10、下剪断销；11、通道一；12、贯通孔；13、通道二；14、膨胀胶筒；15、中心通道；16、中心管；1601、中心管外壁；1602、螺纹孔；1603、第二出液孔；1604、环形凹槽；17、扶正器；18、第二行程限位槽；19、第一行程限位槽；20、第三行程限位槽；21、套管；22、下接头；23、环形空间。

具体实施方式

以下所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

实施例1

一种球阀式井下随钻封堵装置，如图1-11所示，所述的封堵装置构成油井钻柱的1个短接头结构，包括中心管16、上接头1、扶正器17、下接头、封堵机构、投球机构，所述的中心管的上端连接有上接头1、下端通过扶正器17与下接头连接，所述的中心管内安装有封堵机构，所述的封堵机构上方所在的中心管内壁上安装有投球机构，所述的投球机构与封堵机构配合使用，所述的封堵机构通过3组剪断销与中心管内壁连接，3组剪断销从上到下依次包括上剪断销8、中剪断销9、下剪断销10，在封堵机构下部一侧的中心管外壁上还设有膨胀胶筒14，所述的封堵机构与膨胀胶筒配合使用，每组剪断销均配置有行程限位槽，3组行程限位槽及对应的剪断销限定封堵机构在工作过程中的位置，从上到下的3个位置分别对应了坐封状态、钻井液内外流通状态及解封状态。

实施例2

基于实施例1，本实施例公开了：

如图1-11所示，所述的封堵机构包括球阀体3、球阀座4、上引流孔5、中引流孔6、下引流孔7，所述的球阀体3为圆柱体空壳结构，球阀体3的中轴处通过焊接竖向管道形成贯通球阀体上下端的中心通道15，所述的上引流孔5、中引流孔6、下引流孔7分别有多个，多个上引流孔5或中引流孔6或下引流孔7开设于球阀体的外壁并绕球阀体的轴线均匀分布，所述的中引流孔与下引流孔之间的球阀体上还绕轴线均匀分布有多个径向设置的贯通孔12；所述的贯通孔12由焊接的横向管道构成，所述的横向管道一端贯通中心通道，另一端贯通球阀体外表面；所述的球阀体3的外壁与中心管16的内表面之间通过筒状的球阀座4连接，所述的球阀座4的上部内表面绕轴线设有环形空间23，所述的环形空间23下缘所在的球阀座4内壁沿径向设有多个均匀分布的上剪断销8，所述的上剪断销8的端部向内延伸并进入开设在球阀体3外壁上并沿轴向设置的第一行程限位槽19内；所述的上剪断销8下方所在的球阀座4内壁开设有多个均匀分布并贯通球阀座4内外的通道一11，与通道一11对应的中心管管壁上设有第一出液孔(图中未标记)，位于通道一11下方所在的球阀座4内壁上安装有多个均匀分布并沿径向设置的中剪断销9，所述的中剪断销9的头部向内延伸并进入开设在球阀体3外壁上并沿轴向设置的第二行程限位槽18内；所述的中剪断销9下方所在的球阀座侧壁上开设有多个均匀分布且贯通球阀座4内外的通道二13，与通道二13相对的中心管16外壁上设有第二出液孔1603，所述的通道二13下方所在的球阀座4内壁上安装有多个均匀分布并沿径向设置的下剪断销10，所述的下剪断销10的头部向内延伸并进入开设在球阀体3外壁上并沿轴向设置的第三行程限位槽20内；所述的球阀座4的底端向内翻折形成环形限位板(图中未标记)，所述的环形限位板用以限制球阀体3的最低位置，所述的通道一11的内径小于通道二13的内径，所述的第一行程限位槽19、第二行程限位槽18、第三行程限位槽20的高度依次增加；

在初始状态下，球阀体3被上剪断销8定位、通道一11和通道二13被球阀体3封堵，贯通孔12被球阀座4内壁封堵，环形空间23处于封闭状态；

在坐封状态下，上剪断销8剪断，球阀体3沿轴向下移并通过中剪断销9定位，此时，下引流孔7与通道二13相对，而且通道一11继续被球阀体封堵，贯通孔12继续被球阀座4封堵，环形空间上23端打开，上引流孔与环形空间相对；

在钻井液内外流通状态下，中剪断销9被剪断，球阀体3沿轴向下移并通过下剪断销10定位，此时下引流孔7依然与通道二13相对，中引流孔6与通道一11相对，贯通孔12继续被球阀座4封堵，环形空间23上端保持敞开，上引流孔继续与环形空间相对；

在解封状态下，下剪断销10被剪断，球阀体3底端与环形限位板相抵，下引流孔7和贯通孔12均与通道二13相对，通道一11被球阀体3封堵，环形空间上端保持敞开，上引流孔继续与环形空间相对，中引流孔被球阀座封堵。

实施例3

基于实施例2，本实施例公开了：

如图1-11所示，所述的膨胀胶筒14内壁相对的中心管16外壁上绕轴线开设有环形凹槽1604，所述的第二出液孔1603贯通环形凹槽1604的槽底并与膨胀胶筒14内壁相对，所述的膨胀胶筒14位于环形凹槽1604上下侧的内表面与中心管16外表面密封固定连接。

实施例4

基于实施例3，本实施例公开了：

如图1-4所示，所述的投球机构包括水平管201、弧形管203、压缩弹簧202、活塞204、钢球206，所述的水平管201的一端封闭，敞口端与开设于中心管外壁1601上的螺纹孔1602螺接，所述的活塞204密封滑动连接于水平管201内，活塞204的内侧端与水平管201的密封端内表面之间连接有压缩弹簧202，在活塞204的下端开设有限位槽205，所述的限位槽205内容置有钢球206，所述的活塞204与封闭端之间还设有限位杆208，所述的限位杆208的一端与封闭端内表面固定连接，另一端沿水平管201的轴向活塞204一侧延伸，所述的限位杆208用以限定活塞204向内侧移动的最大距离，所述的水平管201下端连接有向中心管16内侧倾斜的弧形管203，所述的弧形管203的上端口及弧形管203的内径与钢球206的尺寸适配，在初始状态下，压缩弹簧202挤压活塞，活塞将水平管201封闭，在受到一定压力时，压缩弹簧202收缩，限位槽下端口与弧形管203上端口对齐，钢球206沿弧形管投出。

本实施例中，当发生井涌或溢流时，流体的高压使活塞向内动，当钢球到达弧形管上端口时下落，并沿弧形管的导向投出，实现中心通道的封堵。当井涌或溢流结束，压缩弹簧将活塞推回到原来位置，将水平管继续封堵。如此设置，一方面保证了投球的功能，另一方面防止外界环空内的杂质进入中心通道内，避免中心通道堵塞。

实施例5

基于实施例4，本实施例公开了：

如图1、2所示，在初始状态下，所述的球阀体3及球阀座4的顶端构成连续的球面形凹槽(图中未标记)，所述的球面形凹槽用以将钢球导向中心通道15的顶端，所述的球阀体3顶端且环绕中心通道15的上端口设有用以将钢球强力吸附定位的环形磁铁块(图中未画出，目的是避免钢球晃动对封堵的影响)。

实施例6

基于实施例5，本实施例公开了：所述的钻柱顶端与钻井设备连接的部位设有压力传感器(图中未画出)，在井下溢流以及井涌时，通过压力传感器检测的异常数据判断井下溢流以及井涌的发生。此判断节点为向钻柱内添加高密度钻井液提供参考。

实施例7

基于以上实施例，本实施例公开了一种球阀式井下随钻封堵装置的使用方法，如图1-11所示，包括如下步骤：

步骤一、随钻下井：

本装置为井下钻柱的一部分，在钻井时随钻柱一起下井；在正常钻进的过程中，钻井液通过球阀体的中心通道流通，封堵装置通过扶正器防止封堵装置偏磨损坏膨胀胶筒，预防封堵装置提前报废；

步骤二、坐封过程：

在遇到井下溢流以及井涌时，高压流体涌入钻柱外环空，环空之间的压力增大到特定值时，活塞向内移动至最大行程，此时钢球沿弧形管下落投出，将球阀体中心通道的上端口封堵，此时，钻柱内的钻井液无法流入中心通道15，当钻井液憋压后，第一行程限位槽剪断上剪断销6，球阀体下行，在中剪断销9的阻止下再次定位，此时球阀体顶端与球阀座之间错开间隙，环形空间顶端敞开，钻柱内的钻井液通过上引流孔5进入球阀体，此时，球阀体上的中引流孔6以及通道一、通道二均被封堵，而下引流孔7与通道二13连通，钻井液通过下引流孔7、通道二13、第二出液孔1603进入环形凹槽1604，并挤压通膨胀胶筒14膨胀，使膨胀胶筒与井内套管21之间紧密相抵，从而将套管与钻柱之间的环空封堵，此时，达到坐封状态；

步骤三、钻井液内外流通过程：

由于封堵机构下方的钻井液对封堵位置的膨胀胶筒的顶升作用，压力传感器检测到数据异常(此数据的大小也可通过模拟实验或日常钻井工作的经验数据积累而得)时，提高钻柱内钻井液的压力，提高压力的方式为增加输入钻柱钻井液的密度，使球阀体上方的钻井液液液柱压力增大，并使中剪断销被第二行程限位槽剪断，球阀体下行，下剪断销沿第三行程限位槽上移并将球阀体定位，此时，中引流孔6与通道一11连通，下引流孔7依然与通道二13连通，钻井液从上引流孔5进入球阀体3，部分钻井液通过通道二流出，维持坐封状态，另一部分钻井液通过中引流孔、通道一及第一出液孔流出，从第一出液孔流出的钻井液流入膨胀胶筒上方的钻柱与套管的环空中形成环空中的压井液，形成钻井液在钻柱内外的流通，随着环空中压井液液面高度的提升，对膨胀胶筒下方的环空钻井液井涌或溢流的封堵力度进一步提升；

步骤四、解封过程：

当井口继续注入高密度钻井液进行压井(即步骤三的过程)时，球阀体上方的液柱压力继续增大，根据日常实验数据，使球阀体上方液柱压力大于下方高压流体压力，此时，下剪断销10被第三行程限位槽20剪断，球阀体3的底端与环形限位板相抵，此时，钻井液从上引流孔5进入球阀体，而中引流孔6被球阀座4封堵，下引流孔7与通道二13连通，同时，贯通孔12也与通道二相连，通道二及环形凹槽内的钻井液通过贯通孔12和中心通道15进入封堵机构下方的钻柱内，此时钻柱内的钻井液恢复向下输出状态，膨胀胶筒收缩，实现装置与套管之间的解封状态。

需要说明的是：本发明的相关结构的尺寸、强度及使用过程中的相关数据均可通过模拟实验或者现场的实验数据积累而得，举例来说，涉及到剪断销的强度数据，行程限位槽的高度数据，各个引流孔的位置数据，压井液提供的压力数据，溢流或井涌过程中不同深度的井内高压流体的压力数据等均在此列，对于获取上述数据的详细过程，本发明不做赘述。

本发明通过上述设置，可以在井底实现坐封防喷以及解封作业，达到同时封闭钻杆内部以及钻杆与套管/裸眼之间环空的目的。不同于地面投球，本发明将投球装置至于井底，大大减少了响应时间，避免井涌、高压溢流进一步演化成井喷。

Claims (6)

1.一种球阀式井下随钻封堵装置，其特征为：包括中心管、上接头、扶正器、下接头、封堵机构、投球机构，所述的中心管的上端连接有上接头、下端通过扶正器与下接头连接，所述的中心管内安装有封堵机构，所述的封堵机构上方所在的中心管内壁上安装有投球机构，所述的投球机构与封堵机构配合使用，所述的封堵机构通过3组剪断销与中心管内壁连接，3组剪断销从上到下依次包括上剪断销、中剪断销、下剪断销，在封堵机构下部一侧的中心管外壁上还设有膨胀胶筒，所述的封堵机构与膨胀胶筒配合使用，每组剪断销均配置有行程限位槽，3组行程限位槽及对应的剪断销限定封堵机构在工作过程中的位置，从上到下的3个位置分别对应了坐封状态、钻井液内外流通状态及解封状态。

2.如权利要求1所述的一种球阀式井下随钻封堵装置，其特征为：所述的封堵机构包括球阀体、球阀座、上引流孔、中引流孔、下引流孔，所述的球阀体为圆柱体空壳结构，球阀体的中轴处通过焊接竖向管道形成贯通球阀体上下端的中心通道，所述的上引流孔、中引流孔、下引流孔分别有多个，多个上引流孔或中引流孔或下引流孔开设于球阀体的外壁并绕球阀体的轴线均匀分布，所述的中引流孔与下引流孔之间的球阀体上还绕轴线均匀分布有多个径向设置的贯通孔；所述的贯通孔由焊接的横向管道构成，所述的横向管道一端贯通中心通道，另一端贯通球阀体外表面；所述的球阀体的外壁与中心管的内表面之间通过筒状的球阀座连接，所述的球阀座的上部内表面绕轴线设有环形空间，所述的环形空间下缘所在的球阀座内壁沿径向设有多个均匀分布的上剪断销，所述的上剪断销的端部向内延伸并进入开设在球阀体外壁上并沿轴向设置的第一行程限位槽内；所述的上剪断销下方所在的球阀座内壁开设有多个均匀分布并贯通球阀座内外的通道一，与通道一对应的中心管管壁上设有第一出液孔，位于通道一下方所在的球阀座内壁上安装有多个均匀分布并沿径向设置的中剪断销，所述的中剪断销的头部向内延伸并进入开设在球阀体外壁上并沿轴向设置的第二行程限位槽内；所述的中剪断销下方所在的球阀座侧壁上开设有多个均匀分布且贯通球阀座内外的通道二，与通道二相对的中心管外壁上设有第二出液孔，所述的通道二下方所在的球阀座内壁上安装有多个均匀分布并沿径向设置的下剪断销，所述的下剪断销的头部向内延伸并进入开设在球阀体外壁上并沿轴向设置的第三行程限位槽内；所述的球阀座的底端向内翻折形成环形限位板，所述的环形限位板用以限制球阀体的最低位置，所述的通道一的内径小于通道二的内径，所述的第一行程限位槽、第二行程限位槽、第三行程限位槽的高度依次增加；

在初始状态下，球阀体被上剪断销定位、通道一和通道二被球阀体封堵，贯通孔被球阀座内壁封堵，环形空间处于封闭状态；

在坐封状态下，上剪断销剪断，球阀体沿轴向下移并通过中剪断销定位，此时，下引流孔与通道二相对，而且通道一继续被球阀体封堵，贯通孔继续被球阀座封堵，环形空间上端打开，上引流孔与环形空间相对；

在钻井液内外流通状态下，中剪断销被剪断，球阀体沿轴向下移并通过下剪断销定位，此时下引流孔依然与通道二相对，中引流孔与通道一相对，贯通孔继续被球阀座封堵，环形空间上端保持敞开，上引流孔继续与环形空间相对；

在解封状态下，下剪断销被剪断，球阀体底端与环形限位板相抵，下引流孔和贯通孔均与通道二相对，通道一被球阀体封堵，环形空间上端保持敞开，上引流孔继续与环形空间相对，中引流孔被球阀座封堵；

所述的膨胀胶筒内壁相对的中心管外壁上绕轴线开设有环形凹槽，所述的第二出液孔贯通环形凹槽的槽底并与膨胀胶筒内壁相对，所述的膨胀胶筒位于环形凹槽上下侧的内表面与中心管外表面密封固定连接。

3.如权利要求2所述的一种球阀式井下随钻封堵装置，其特征为：所述的投球机构包括水平管、弧形管、压缩弹簧、活塞、钢球，所述的水平管的一端封闭，敞口端与开设于中心管外壁上的螺纹孔螺接，所述的活塞密封滑动连接于水平管内，活塞的内侧端与水平管的密封端内表面之间连接有压缩弹簧，在活塞的下端开设有限位槽，所述的限位槽内容置有钢球，所述的活塞与封闭端之间还设有限位杆，所述的限位杆的一端与封闭端内表面固定连接，另一端沿水平管的轴向活塞一侧延伸，所述的限位杆用以限定活塞向内侧移动的最大距离，所述的水平管下端连接有向中心管内侧倾斜的弧形管，所述的弧形管的上端口及弧形管的内径与钢球的尺寸适配，在初始状态下，压缩弹簧挤压活塞，活塞将水平管封闭，在受到一定压力时，压缩弹簧收缩，限位槽下端口与弧形管上端口对齐，钢球沿弧形管投出。

4.如权利要求3所述的一种球阀式井下随钻封堵装置，其特征为：在初始状态下，所述的球阀体及球阀座的顶端构成连续的球面形凹槽，所述的球面形凹槽用以将钢球导向中心通道的顶端并将中心通道封堵，所述的球阀体顶端且环绕中心通道的上端口设有用以将钢球强力吸附定位的环形磁铁块。

5.如权利要求4所述的一种球阀式井下随钻封堵装置，其特征为：钻柱顶端与钻井设备连接的部位设有压力传感器，在井下溢流以及井涌时，通过压力传感器检测的异常数据判断井下溢流以及井涌的发生。

6.如权利要求5所述的一种球阀式井下随钻封堵装置的使用方法，包括如下步骤：

步骤一、随钻下井：

球阀式井下随钻封堵装置为井下钻柱的一部分，在钻井时随钻柱一起下井；在正常钻进的过程中，钻井液通过球阀体的中心通道流通，封堵装置通过扶正器防止封堵装置偏磨损坏膨胀胶筒，预防封堵装置提前报废；

步骤二、坐封过程：

在遇到井下溢流以及井涌时，高压流体涌入钻柱外环空，环空之间的压力增大到特定值时，活塞向内移动至最大行程，此时钢球沿弧形管下落投出，将球阀体中心通道的上端口封堵，此时，钻柱内的钻井液无法流入中心通道，当钻井液憋压后，第一行程限位槽剪断上剪断销，球阀体下行，在中剪断销的阻止下再次定位，此时球阀体顶端与球阀座之间错开间隙，环形空间顶端敞开，钻柱内的钻井液通过上引流孔进入球阀体，此时，球阀体上的中引流孔以及通道一、通道二均被封堵，而下引流孔与通道二连通，钻井液通过下引流孔、通道二、第二出液孔进入环形凹槽，并挤压通膨胀胶筒膨胀，使膨胀胶筒与井内套管之间紧密相抵，从而将套管与钻柱之间的环空封堵，此时，达到坐封状态；

步骤三、钻井液内外流通循环过程：

当压力传感器检测到数据异常时，提高钻柱内钻井液的压力，提高压力的方式为增加输入钻柱钻井液的密度，使球阀体上方的钻井液液液柱压力增大，并使中剪断销被第二行程限位槽剪断，球阀体下行，下剪断销沿第三行程限位槽上移并将球阀体定位，此时，中引流孔与通道一连通，下引流孔依然与通道二连通，钻井液从上引流孔进入球阀体，部分钻井液通过通道二流出，维持坐封状态，另一部分钻井液通过中引流孔、通道一、第一出液孔流出，流出的钻井液流入膨胀胶筒上方的钻柱与套管的环空中形成环空中的压井液，形成钻井液在钻柱内外的流通，随着环空中压井液液面高度的提升，对膨胀胶筒下方的环空钻井液井涌或溢流的封堵力度进一步提升；

步骤四、解封过程：

当井口注入高密度钻井液进行压井时，球阀体上方的液柱压力继续增大，根据日常实验数据，使球阀体上方液柱压力大于下方高压流体压力，此时，下剪断销被第三行程限位槽剪断，球阀体的底端与环形限位板相抵，此时，钻井液从上引流孔进入球阀体，而中引流孔被球阀座封堵，下引流孔与通道二连通，同时，贯通孔也与通道二相连，通道二及环形凹槽内的钻井液通过贯通孔和中心通道进入封堵机构下方的钻柱内，此时钻柱内的钻井液恢复向下输出状态，膨胀胶筒收缩，实现装置与套管之间的解封状态。