CN209780807U - 随钻开关阀 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种随钻开关阀，主要由外壳体、球座、压力球、定位销、弹簧、中心轴组成；外壳体上部设有径向旁通孔，定位销设置在外壳体上，球座上段为与外壳体旁通孔密闭配合，下段为与压力球密闭配合，中心轴为圆筒状，上段与定位销构成限位配合，下段与弹簧配合，球座与中心轴上下连接后，其外部与外壳体内部构成轴向滑动密封配合。本实用新型的随钻开关阀安装在钻具组合中，漏失发生时，不需要起出钻具，只需将随钻开关阀移动至漏失层附近，然后从井口投入一个压力球，通过启、停泵就可完成堵漏作业，具有结构简单、堵漏效率快、安全可靠性高、操作方便、成本低廉的优点。

Description

随钻开关阀

技术领域

本实用新型涉及石油天然气钻井、地质勘探、矿山钻探、煤层气开发领域的钻井井下工具，尤其是一种随钻开关阀。

背景技术

在石油天然气钻井、地质勘探、矿山钻探领域中，由于地质年代久远、构造复杂、岩性不均质因素的影响，不同深度的地层内部均存在尺寸不等、形态各异的裂缝，当钻遇这些地层时，井筒与裂缝连通，钻井液就会进入裂缝，导致大量钻井液流失，即所谓的井漏或漏失，造成较大的经济损失，如果不及时堵住裂缝，井筒内钻井液漏失量过大，液柱压力迅速降低而无法平衡地层压力，就会造成井涌，甚至井喷恶性井下事故，后果不堪想象。随着我国西南地区、西部地区深层、超深层页岩油气资源开发进度的加快，随钻堵漏技术落后以及缺少配套专用工具，已经成为制约深井、超深井钻井效率提高和钻井综合成本降低的关键问题，因此，迅速而准确的堵住漏失地层是确保钻井安全和油气资源高效开发的重要环节。针对上述问题，国内采用的方法是，先将全部钻具组合起出井眼，再下入专用工具至漏层附近，然后利用地面钻井泵将堵漏材料输送至漏层进行堵漏施工，这种方法效率很低，仅起、下钻具就要消耗大量时间，严重影响堵漏施工的时效性；国外现场经验表明，发生漏失到完成堵漏之间的间隔时间越短，堵漏效果越好，井下越安全，这就要求必须有专用的随钻堵漏装置。目前国内在此方面的研究仍是空白。国外针对这方面的研究起步早，进展快，已经成功研制出了相关装置，如美国BICO公司的PBL装置就能够实现随钻堵漏施工，相关资料表明，利用PBL装置进行随钻堵漏时，必须依次投入尺寸不等的三个压力球才能完成一次堵漏施工，装置内部结构复杂，加工精度要求高，使用成本高昂，不能满足国内现场的技术要求。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种既能实现随钻辅助堵漏功能，又能满足现有钻井工艺的技术要求和设备要求，并且结构简单、安全可靠、成本低廉、操作方便的随钻开关阀。

本实用新型所采用的技术方案是：

一种随钻开关阀，主要由外壳体、球座、压力球、定位销、弹簧、中心轴组成；其中：所述外壳体上部设有径向旁通孔，下部设有内凸沿；所述定位销设置在外壳体内凸沿上方的外壳体上；所述球座上段为与外壳体旁通孔密闭配合的圆柱面，球座下段为与压力球密闭配合的弧面，在球座弧面最小通径处的上下分别设有上通孔和下通孔，上通孔连通下通孔，球座的通径小于压力球的外径；所述中心轴为圆筒状，外壁轴向设有两段滑槽，上段滑槽与设置在外壳体上的定位销构成限位配合，下段滑槽与外壳体下部的内凸沿构成环形弹簧槽，中心轴的下部设有过流孔；所述弹簧设置在弹簧槽内；所述球座与中心轴上下连接后，其外部与外壳体内部构成轴向滑动密封配合；中心轴相对外壳体向下滑动到最大行程满足球座下行至旁通孔下方。

上述方案进一步包括：所述滑槽由两个以上的W形状单元依次连接构成封闭循环。

所述滑槽的W形状单元按照长直槽、短直槽、短直槽、长直槽依次排列。

所述定位销是两个以上，且与滑槽的W形状单元数量相同。

旁通孔是两个以上，均布在外壳体上。

中心轴上的过流孔是两个以上，且沿轴向设置在中心轴壁上。

还包括设置在球座与外壳体之间、中心轴与外壳体之间的密封装置。

弹簧和滑槽所处空间充满润滑油。

与现有技术的相比，本实用新型的优点是：既能实现随钻辅助堵漏功能，又能满足现有钻井工艺的技术要求和设备要求。能够反复投入压力球，多次堵漏，在堵漏和正常钻井作业之间切换。同时，随钻开关阀还具有结构设计简单、性能可靠、操作方便的特点。

附图说明

图1是依据本实用新型所提出的随钻开关阀结构示意图。

图2是依据本实用新型所提出的随钻开关阀定位销与滑槽的匹配关系示意图。

图中：1-外壳体、2-旁通孔、3-密封装置、4-球座、5-上通孔、6-下通孔、7-密封装置、8-压力球、9-滑槽、10-定位销、11-密封装置、12-弹簧、13-密封装置、14-过流孔、15-中心轴。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步的详细说明。

实施例1：

参照附图1，一种随钻开关阀，主要由外壳体1、球座4、压力球8、定位销10、弹簧12、中心轴15组成。其中：所述外壳体1上部设有径向旁通孔2，下部设有内凸沿；所述定位销10设置在外壳体1内凸沿上方的外壳体1上；所述球座4上段为与外壳体1旁通孔2密闭配合的圆柱面，球座4下段为与压力球8密闭配合的弧面，在球座4弧面最小通径处的上下分别设有上通孔5和下通孔6，上通孔5连通下通孔6，球座4的通径小于压力球8的外径；所述中心轴15为圆筒状，外壁轴向设有两段滑槽9，上段滑槽9与设置在外壳体1上的定位销10构成限位配合，下段滑槽与外壳体1下部的内凸沿构成环形弹簧槽，中心轴的下部设有过流孔14；所述弹簧12设置在弹簧槽内；所述球座4与中心轴15上下连接后，其外部与外壳体1内部构成轴向滑动密封配合；中心轴15相对外壳体1向下滑动到最大行程满足球座4下行至旁通孔2下方。

参照附图2，所述滑槽9由两个W形状单元依次连接构成封闭循环。滑槽9的W形状单元按照长直槽、短直槽、短直槽、长直槽依次排列。

实施例2：

在上述实施例1的基础上，进一步包括设置在球座4与外壳体1之间、中心轴15与外壳体1之间的密封装置（3、7、11、13）。

所述定位销10是两个。

旁通孔2是两个以上，均布在外壳体上。

中心轴上的过流孔14是两个以上，且沿轴向设置在中心轴15壁上。

弹簧12和滑槽9所处空间充满润滑油。

实施例3：

参照附图1，随钻开关阀主要由外壳体1、旁通孔2、密封装置3、球座4、上通孔5、下通孔6、压力球8、滑槽9、定位销10、弹簧12、过流孔14、中心轴15组成。中心轴15穿入外壳体1的内孔，外壳体上1部加工径向旁通孔2，球座4位于在中心轴15上部，只有中心轴15相对外壳体1向下滑动到最大位置时，旁通孔2连通外壳体1内外，实现旁通。球座4的通径小于压力球8的外径，且球座4是弹性材料，球座4在通径最小处的上方和下方分别设有上通孔5和下通孔6，上通孔5连通下通孔6。

参照附图2，中心轴15外壁上加工滑槽9，滑槽9呈W形状。定位销10安装在外壳体1上，定位销10与滑槽9配合，中心轴15与外壳体1之间安装弹簧12，中心轴15下部加工过流孔14。球座4与外壳体1之间安装密封装置3和密封装置7，中心轴15与外壳体1之间安装密封装置11和密封装置13。

随钻开关阀安装在钻具组合中，钻井过程中如果未发生井漏，则不需要投压力球8，此时钻井液进入随钻开关阀的中心轴15，再由过流孔14流出，进入下部钻具组合，此时定位销位于中心轴外壁滑槽的P1点。

如果井下发生井漏事故时，先将随钻开关阀移动至漏失地层附近，然后从井口投入压力球8，压力球8在钻井液流动的作用下到达随钻开关阀。当压力球8到达球座4后，由于球座4的通径小于压力球8的外径，因此压力球8被球座4挡住而不能向下移动，且压力球8关闭了球座4中心的流道，钻井液只能依次经过球座4的上通孔5、下通孔6进入中心轴15，并由中心轴15的过流孔14到达下部钻具组合。由于上通孔5与下通孔6的过流截面相对较小，因此钻井液在流动时就会产生较大的压降，并作用在压力球8上，随着压力的逐渐升高，压力球8、球座4、中心轴15同时向下移动。由于定位销10与中心轴15外壁上的滑槽9配合，因此中心轴15下移的同时也会旋转一定角度，当定位销10位于滑槽9的P2点时，随钻开关阀外壁上的旁通孔2开启，此时环空与钻具内部连通，携带堵漏材料的钻井液就经过旁通孔2进入环空。由于随钻开关阀位于漏层附近，因此堵漏材料能够快速进入漏层并堵住裂缝。

当完成堵漏作业时，关闭钻井泵，钻具内的液柱压力降低，压力球8、球座4、中心轴15在弹簧12的作用下向上移动，直至定位销位于滑槽的P3点。然后再次启动钻井泵，钻具内的液柱压力逐渐升高，此时压力球8、球座4、中心轴15再次向下移动，直至定位销10位于滑槽9的P4点。然后继续升高泵压，由于球座4是弹性材料，随着液柱压力的升高，球座4开始变形，压力球8在高压钻井液的作用下开始向下移动，当压力球8通过球座4后，落入中心轴15内部，球座4迅速恢复变形，随钻开关阀内部钻井液压力迅速下降，钻井液也经过中心轴的过流孔进入下部钻具组合，同时中心轴15也在弹簧12的作用下向上移动，直至定位销10再次位于滑槽9的P1点，这样就完成了一次随钻封堵漏层的操作。

如果进行封堵其他漏层，只需重新投入一个压力球，重复上述过程即可完成封堵作业。

现场实际应用结果表明，利用随钻开关阀能够大幅缩短处理井漏的施工周期，堵漏施工周期平均缩短88.6%以上，使用效果非常显著，不仅确保了钻井安全，而且节省了大量的非钻井生产周期，大幅降低了钻井综合成本，堵漏成功率也得到了大幅提升。随钻开关阀的研制成功，对于提高我国深井、超深井、复杂结构井的钻井工艺技术水平和国际市场竞争力，提供了有力的技术支撑。

Claims (8)

1.一种随钻开关阀，主要由外壳体（1）、球座（4）、压力球（8）、定位销（10）、弹簧（12）、中心轴（15）组成；其特征在于：所述外壳体（1）上部设有径向旁通孔（2），下部设有内凸沿；所述定位销（10）设置在外壳体（1）内凸沿上方的外壳体（1）上；所述球座（4）上段为与外壳体（1）旁通孔（2）密闭配合的圆柱面，球座（4）下段为与压力球（8）密闭配合的弧面，在球座（4）弧面最小通径处的上下分别设有上通孔（5）和下通孔（6），上通孔（5）连通下通孔（6），球座（4）的通径小于压力球（8）的外径；所述中心轴（15）为圆筒状，外壁轴向设有两段滑槽（9），上段滑槽（9）与设置在外壳体（1）上的定位销（10）构成限位配合，下段滑槽与外壳体（1）下部的内凸沿构成环形弹簧槽，中心轴的下部设有过流孔（14）；所述弹簧（12）设置在弹簧槽内；所述球座（4）与中心轴（15）上下连接后，其外部与外壳体（1）内部构成轴向滑动密封配合；中心轴（15）相对外壳体（1）向下滑动到最大行程满足球座（4）下行至旁通孔（2）下方。

2.根据权利要求1所述的随钻开关阀，其特征在于：所述滑槽（9）由两个以上的W形状单元依次连接构成封闭循环。

3.根据权利要求2所述的随钻开关阀，其特征在于：所述滑槽（9）W形状单元按照长直槽、短直槽、短直槽、长直槽依次排列。

4.根据权利要求3所述的随钻开关阀，其特征在于：所述定位销（10）是两个以上，且与滑槽（9）的W形状单元数量相同。

5.根据权利要求1或2、3、4所述的随钻开关阀，其特征在于：旁通孔（2）是两个以上，均布在外壳体上。

6.根据权利要求1或2、3、4所述的随钻开关阀，其特征在于：中心轴上的过流孔（14）是两个以上，且沿轴向设置在中心轴（15）壁上。

7.根据权利要求1或2、3、4所述的随钻开关阀，其特征在于：还包括设置在球座（4）与外壳体（1）之间、中心轴（15）与外壳体（1）之间的密封装置。

8.根据权利要求1或2、3、4所述的随钻开关阀，其特征在于：弹簧（12）和滑槽（9）所处空间充满润滑油。