CN209339880U - 一种钻具单阀体常闭型止回阀 - Google Patents

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李想
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曹燕林
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一种钻具单阀体常闭型止回阀,由阀体、扶正支撑座、阀芯、阀座、卡簧、阀芯座、第一密封圈、第二密封圈和弹簧组成,该阀体为一单体结构的转换接头,中部局部区域中开设有孔径较大的扩径区域,为钻井液的径向流动提供充足的区域空间,所述扶正支撑座、阀座、阀芯、卡簧、阀芯座、第二密封圈、第一密封圈和弹簧依次安装在阀体的中部空腔内,该止回阀采用常态下密封面呈闭合状态的设计结构,可避免较低的逆流钻井液压力无法使密封面闭合、以及泥浆中固体颗粒物对密封面密封效果产生影响等问题,采用单阀体结构,减小产品体积,减轻产品重量,简化设计结构,可减小使用劳动强度,降低制造运输成本,实际生产中可降低成本,提高效率,增加经济收益。

Description

一种钻具单阀体常闭型止回阀
技术领域
本实用新型涉及一种钻具止回阀,特别涉及一种钻具单阀常闭型止回阀。
背景技术
钻具止回阀是在石油、天然气钻井生产过程中,预防地层高压流体及钻井液在钻具内喷出的一种专用随钻井下装置,主要包括有箭形止回阀、球形止回阀、投入止回阀和钻具浮阀等结构类型。目前生产中广泛使用的箭形止回阀都是单向阀密封结构的常开型止回阀,开启与闭合的阀口都是设计在密封面处,该密封面通常都是呈常开状态。所谓的常开型止回阀就是指在非生产使用状态下以及生产使用中液流正向导通时,止回阀的密封面始终处于开启状态,当遇到来自井底足够的液流压力推动阀芯上移时,阀芯与阀座接触闭合达到密封效果,而当井底液流压力不足以推动阀芯与阀座完全闭合时,则会导致密封作用无法实现,产生止回阀无法阻止钻井液逆向流动喷出的问题。同时,由于来自井下的产出的泥浆液流中含有较大的固体颗粒以及很强的腐蚀成份,在井下液流推力没有使阀芯与阀座充分闭合之前已经涌入密封区域,较大固体颗粒夹持在阀芯与阀座之间也可能导致密封面密封失败,而且颗粒物对密封面的机械磨损以及腐蚀成份对密封面的冲蚀还可能破坏密封面,导致产生止回阀密封效果不佳或者失效的问题。再者,现有产品大多采用的都是双阀体结构,这种结构虽然一定程度上增加了阀体内的通道流量,但增加了阀体的体积和重量,给设备的更换和检修带来了一定的困难,而且两体结构的阀体连接部降低了阀体的整体强度,有可能在上提钻具时出现松扣脱落的现象。上述问题或者现象的产生和出现,不但将使钻井生产效率明显降低,而且还将造成钻井生产成本的大幅度提高,给油田生产带来无谓的经济损失。为了避免上述问题或者现象,有必要开发一种新型结构的钻具止回阀,以更好地满足当前油田钻井生产的需求。
实用新型内容
本实用新型的目的是:提供一种钻具单阀体常闭型止回阀,提高密封面的密封效果和止回阀的使用寿命,满足油田钻井生产要求。
一种钻具单阀体常闭型止回阀,由阀体10、扶正支撑座8、阀芯1、阀座2、卡簧4、阀芯座3、弹簧7、第一密封圈5和第二密封圈9组成。
所述阀体10为一单体结构的转换接头,上端和下端分别设有与钻杆连接的内螺纹和外螺纹,中部局部区域中开设有孔径较大的扩径区域20,为钻井液的径向流动提供充足的区域空间,所述扶正支撑座8、阀座2、阀芯1、卡簧4、阀芯座3、第二密封圈9和、第一密封圈5和弹簧7依次安装在所述阀体10的中部空腔内。
所述扶正支撑座8为圆柱形结构,中心部开设有一定孔径的导向孔,用以在轴向引导和扶正所述阀芯1,在以所述导向孔为中心的周向开设有若干个均匀分布的轴向导流孔,作为钻井液轴向的液流通道,所述扶正支撑座8螺纹安装在所述阀体10中部空腔内的最上端。
所述阀座2为环形结构,下端具有与所述阀芯座3相互配合的内圆锥形环面,安装在所述阀体10中部空腔内所述扶正支撑座8的下面,外环面与所述阀体10的内环面紧密配合,之间由若干条所述第二密封圈9进行密封,底部置于所述阀体10内部环形凸起的圆台环面上,上部抵顶在所述扶正支撑座8的底面上,受所述扶正支撑座8的约束而实现固定限位。
所述阀芯1上部为细杆状导向杆,端头设有外圆锥形一级导流环面,底部设有外圆锥形二级导流环面,所述细杆状导向杆的直径与所述扶正支撑座8中心部导向孔的孔径形成相互配合,通过所述导向孔对所述细杆状导向杆的径向约束限位,对所述阀芯1在轴向的运动进行方向引导;所述阀芯1下部为圆筒状的导流筒,沿所述导流筒的圆周方向均匀开设有若干个径向导流孔6,作为钻具内部钻井液的径向液流通道,所述阀芯1置于所述阀座2的下方空间中,所述阀体10上径向导流孔6的设置位置与所述阀体10中的扩径区域20相互对应,所述扩径区域20提供的充足区域空间能够保障局部区域钻井液径向液流通道的畅通。
所述阀芯座3为环形结构,上端具有与所述阀座2相互配合的外圆锥形二级导流环面,固定安装在所述阀芯1上部导向杆和下部导流筒之间,利用所述卡簧4固定在所述阀芯1上,内部安装有所述第一密封圈5对所述阀芯座3和所述阀芯1的连接部进行密封;由于所述阀芯座3是钻井液流的主要冲蚀构件,因此所述阀芯座3优选由防腐耐磨工程陶瓷材料制成或者对浸蚀冲击面进行表面硬化处理。
所述弹簧7环套在所述阀芯1下部导流筒的下端,上端头支撑在所述阀芯1上所述导流孔6下部的环形凸起圆环形顶面上,下端支撑在所述阀体10中部空腔内下部径缩形成的环形圆台面上,对所述阀芯1起弹性支撑作用;静态下,受所述弹簧7弹性力的作用,所述阀芯座3上的外圆锥形环面紧密贴合在所述阀座2的内圆锥形环面上,阻断了一种钻具单阀体常闭型止回阀上下之间的液流通道。
生产使用中,所述一种钻具单阀体常闭型止回阀连接在钻具钻杆和钻头之间,对钻具中的钻井液流动状态进行控制,当钻井液正常循环时,钻井液将产生高达30~100兆帕以上的压力,所述钻井液高压液流先后作用于所述阀芯1导向杆端头的圆锥形一级导流环面和底部的圆锥形二级导流环面上,经所述一级导流环面和二级导流环面二级导流,使所述钻井液高压液流流经过所述扶正支撑座8上的轴向导流孔,集中作用于所述阀芯座3的顶面及外圆锥形环面上,所述高压液流的压力通过推动所述阀芯座3带动所述阀芯1克服所述弹簧7的弹性力下行,使所述阀座2与所述阀芯座3之间的密封面开启,进而使所述一种钻具单阀体常闭型止回阀的液流通道导通;当发生井下液流回流时,在液流回流压力和所述弹簧7的弹性张力的共同作用下,推动所述阀芯1上行复位,使所述阀座2与所述阀芯座3之间的密封面闭合,所述一种钻具单阀体常闭型止回阀的液流通道关闭,阻断了所述井下液流向上流动而避免发生液流喷出地面的现象。
本实用新型的有益效果是,采用常态下密封面呈闭合状态的设计结构,可避免在较低逆流钻井液压力下无法使密封面闭合以及泥浆中固体颗粒物对密封面密封效果产生影响等问题,采用单阀体结构,减小了产品体积,减轻了产品重量,简化了设计结构,从而减小了使用的生产劳动强度,降低应用的制造运输成本,同时采用了两体结构的密封面,有利于优化密封构件材质和密封面的处理工艺,进一步提高密封效果,应用于实际生产中,能够降低应用成本,提高使用效率,增加经济收益。
附图说明
图1、一种钻具单阀体常闭型止回阀纵向结构剖视图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型请求保护的技术方案做进一步的描述。
一种钻具单阀体常闭型止回阀,如图1所示,由阀体10、扶正支撑座8、阀芯1、阀座2、卡簧4、阀芯座3、弹簧7、第一密封圈5和第二密封圈9组成。
所述阀体10为一单体结构的转换接头,上端和下端分别设有与钻杆连接的内螺纹和外螺纹,中部局部区域中开设有孔径较大的扩径区域20,所述扶正支撑座8为圆柱形结构,中心部开设有导向孔,在以所述导向孔为中心的周向开设有3个均匀分布的轴向导流孔,所述阀座2为环形结构,下端具有与所述阀芯座3相互配合的内圆锥形环面,所述阀芯1上部为细杆状导向杆,所述细杆状导向杆的直径与所述扶正支撑座8中心部导向孔的孔径形成相互配合,所述阀芯1下部为圆筒状的导流筒,沿所述导流筒的圆周方向均匀开设有4个径向导流孔6,所述径向导流孔6的设置位置与所述阀体10中的扩径区域20相互对应,所述阀芯座3由氧化锆陶瓷材料制成,所述弹簧7环套在所述阀芯1下部导流筒的下端,上端头支撑在所述阀芯1上所述导流孔6下部的环形凸起圆环形顶面上,下端支撑在所述阀体10中部空腔内下部径缩形成的环形圆台面上,对所述阀芯1起弹性支撑作用,静态下,受所述弹簧7弹性力的作用,所述阀芯座3上的外圆锥形环面紧密贴合在所述阀座2的内圆锥形环面上,密封面呈闭合状态。
使用氧化锆陶瓷材料制做所述阀芯座3,不仅能够提高所述一种钻具单阀体常闭型止回阀的耐冲蚀性能,同时与常规金属材料相比,重量可减轻2/3,硬度可提高1/3,因此所述阀芯座3的结构厚度可相对减小1/2,进而可以使所述一种钻具单阀体常闭型止回阀的结构设计更加紧凑,或者增大所述扩径区域20的空间体积,提高产品性能,或者缩短所述一种钻具单阀体常闭型止回阀的产品高度,提高使用效率。

Claims (5)

1.一种钻具单阀体常闭型止回阀,其特征在于:由阀体(10)、扶正支撑座(8)、阀芯(1)、阀座(2)、卡簧(4)、阀芯座(3)、弹簧(7)、第一密封圈(5)和第二密封圈(9)组成;
所述阀体(10)为一单体结构的转换接头,上端和下端分别设有与钻杆连接的内螺纹和外螺纹,中部局部区域中开设有孔径较大的扩径区域(20),所述扶正支撑座(8)、阀座(2)、阀芯(1)、卡簧(4)、阀芯座(3)、第二密封圈(9)、第一密封圈(5)和弹簧(7)依次安装在所述阀体(10)的中部空腔内;
所述扶正支撑座(8)为圆柱形结构,中心部开设有一定孔径的导向孔,在以所述导向孔为中心的周向开设有若干个均匀分布的轴向导流孔,所述扶正支撑座(8)螺纹安装在所述阀体(10)中部空腔内的最上端;
所述阀座(2)为环形结构,下端具有与所述阀芯座(3)相互配合的内圆锥形环面,安装在所述阀体(10)中部空腔内所述扶正支撑座(8)的下面,外环面与所述阀体(10)的内环面紧密配合,之间由若干条所述第二密封圈(9)进行密封,底部置于所述阀体(10)内部环形凸起的圆台环面上,上部由底抵顶在所述扶正支撑座(8)的底面上;
所述阀芯(1)上部为细杆状导向杆,端头设有外圆锥形一级导流环面,底部设有外圆锥形二级导流环面,所述细杆状导向杆的直径与所述扶正支撑座(8)中心部导向孔的孔径形成相互配合,所述阀芯(1)下部为圆筒状的导流筒,沿所述导流筒的圆周方向均匀开设有若干个径向导流孔(6),所述阀芯(1)置于所述阀座(2)的下方空间中,所述阀体(10)上径向导流孔(6)的设置位置与所述阀体(10)中的扩径区域(20)相互对应;
所述阀芯座(3)为环形结构,上端具有与所述阀座(2)相互配合的外圆锥形二级导流环面,固定安装在所述阀芯(1)上部导向杆和下部导流筒之间,利用所述卡簧(4)固定在所述阀芯(1)上,内部安装有所述第一密封圈(5)对所述阀芯座(3)和所述阀芯(1)的连接部进行密封;
所述弹簧(7)环套在所述阀芯(1)下部导流筒的下端,上端头支撑在所述阀芯(1)上所述导流孔(6)下部的环形凸起圆环形顶面上,下端支撑在所述阀体(10)中部空腔内下部径缩形成的环形圆台面上。
2.如权利要求1所述的一种钻具单阀体常闭型止回阀,其特征在于:在所述扶正支撑座(8)上开设的所述轴向导流孔的数量为3个。
3.如权利要求1所述的一种钻具单阀体常闭型止回阀,其特征在于:在所述阀芯(1)下部圆筒状导流筒上开设的径向导流孔(6)的数量为4个。
4.如权利要求1至3任一项所述的一种钻具单阀体常闭型止回阀,其特征在于:所述阀芯座(3)由防腐耐磨工程陶瓷材料制成或者对浸蚀冲击面进行表面硬化处理。
5.如权利要求4所述的一种钻具单阀体常闭型止回阀,其特征在于:所述阀芯座(3)由氧化锆陶瓷材料制成。
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