CN211777288U - 钻井泥浆连续循环阀及设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于钻井设备技术领域，提出了一种钻井泥浆连续循环阀及设备，包括一种钻井泥浆连续循环设备，包括连续循环阀，还包括钻杆；自封装置，用于从周向围住所述侧阀口并向其送入钻井液；流程调控阀，包括第一调控进口、第一调控出口、第二调控出口；上管线，一端与所述第一调控出口连接，另一端用于将钻进液输送至所述钻杆内；下管线，一端与所述第二调控出口连接，另一端与所述钻井液进口连通将钻井液输送至所述侧阀口。通过上述技术方案，解决了现有技术中连续循环钻井技术连续循环阀需使用快速接头进行快速连接虽然可以基本实现不间断，但是仍然存在接钻杆时管路频繁移动以及带管移动存在危险事故发生的问题。

Description

钻井泥浆连续循环阀及设备

技术领域

本实用新型属于钻井设备技术领域，涉及一种连续循环阀、钻井泥浆连续循环设备。

背景技术

连续循环钻井技术（Continuous Circulation Drilling-CCD）是近年来世界各国石油钻井行业大力研究的热门技术，多年来很多大公司投入巨额资金和顶尖的技术力量开展了研发，主要形成了连续循环系统(CCS)和连续循环阀两种方式。

连续循环系统结构复杂，设备占用钻台空间大，操作不便，控制难度大，对操作人员要求较高；钻柱连接操作时间长于正常连接时间，动力钳直接夹持钻杆本体，易造成钻杆本体损伤；同时由于研制成本高，研究及使用受到限制。

连续循环阀采用不间断循环短节，连续循环短节结构复杂，每次续接单根时，采用快速接头插入旁通管，使操作变为繁琐，安全性降低；在复杂多变的钻井环境下，不间断循环短节很难应对钻井时出现的复杂问题，不能保证钻井连续循环作业的安全进行。

上述两种技术因其自身存在的缺点，难以适应超深井、水平井、高温高压井对连续钻井的要求，其中，对于连续循环阀需使用快速接头进行快速连接虽然可以基本实现不间断，但是仍然存在接单根时管路频繁移动从而造成的危险事故发生。

实用新型内容

本实用新型提出一种钻井泥浆连续循环设备及工艺，解决了现有技术中的上述问题。

本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种钻井泥浆连续循环阀，所述连续循环阀包括

循环阀管体，两端均用于与钻杆连接，其上设置有侧阀口，两端分别为用于钻井液进入和流出的上阀口、下阀口；

通道转换组件，设置在所述循环阀管体内，转动或移动后将所述侧阀口打开或者关闭；

所述通道转换组件包括

筒型阀芯，转动设置在所述循环阀管体的内壁将所述侧阀口封住或打开，其包含有移动后将所述侧阀口挡住的封口部；

直通隔板，设置在所述筒型阀芯内将其内部隔断，所述筒型阀芯壁上开设有均为圆周排列的若干第一阀口、若干第二阀口，所述第一阀口、所述第二阀口分别位于在所述直通隔板的两侧，所述循环阀管体内壁或所述筒型阀芯的外壁形成有用于使所述第一阀口和所述第二阀口连通的直连通道，所述直连通道为环形凹陷或圆周排列的若干凹陷。

作为进一步的技术方案，还包括

调整螺母，套设在所述循环阀管体上，旋转后驱动所述筒型阀芯移动，位于所述循环阀管体外壁形成的环形槽内；

作为进一步的技术方案，所述通道转换组件还包括

移动件，沿轴向移动设置在所述循环阀管体上开设的轴向槽内，其靠近轴部的一端伸入至所述筒型阀芯外壁上的周向槽内，远离轴部的一端设置有环形齿牙且与所述调整螺母内壁设置的环形齿牙咬合，所述调整螺母转动后通过环形齿牙驱动所述移动件和所述筒型阀芯均沿轴向移动。

本实用新型还提出一种钻井泥浆连续循环设备，包括连续循环阀，还包括

钻杆，一个或者多个所述钻杆间设置一个所述连续循环阀；

自封装置，用于从周向围住所述侧阀口并向其送入钻井液。

流程调控阀，包括第一调控进口、第一调控出口、第二调控出口；

上管线，一端与所述第一调控出口连接，另一端用于将钻进液输送至所述钻杆内；

下管线，一端与所述第二调控出口连接，另一端与所述钻井液进口连通将钻井液输送至所述侧阀口。

作为进一步的技术方案，还包括泥浆池，泥浆泵，将所述泥浆池中的钻井液输送至所述第一调控进口；顶部驱动装置，用于驱动所述钻杆旋转，且将所述上管线中的钻井液输送至所述钻杆内。

作为进一步的技术方案，所述自封装置包括

开合件，其内壁凹陷形成自封腔，所述自封腔用于移动后将连续循环阀侧壁的侧阀口包住并向其内通入钻井液；

自封架，所述开合件移动设置在所述自封架上，所述自封架上开设有用于向所述自封腔送入钻井液的钻井液进口；

开合驱动装置，设置在所述自封架上，用于驱动所述开合件移动。

作为进一步的技术方案，所述开合件为至少两个且共同围成圈型，同时所述自封腔围成环形；

所述开合件上设置有钻井液连通口，所述开合件移动后，所述钻井液进口与所述钻井液连通口连通。

本实用新型的工作原理及有益效果为：

使用本实施例的钻井连续循环工艺技术，由于井内钻井液始终保持连续循环，加接完钻杆或钻杆组或单根后不需要重新启动循环，因此不会引起井内压力激动，使得井底压力始终保持稳定，可以很好的避免循环液漏失和压差卡钻。在续接时井下环境保持稳定，液流持续上返，无气体分异聚集，钻屑不会沉降回落，免除了重建平衡系统所需的漫长循环周期，节省了每次接单根的时间，最大限度地降低了伤害储层的风险。同时还可以消除因接单根时中断循环引起的井下温度分布变化，从而使钻井液密度、流变性以及地层应力保持相对稳定。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1为本实用新型中钻井液直通循环下钻杆钻进开始示意图；

图2为本实用新型中钻井液直通循环下钻杆钻进结束示意图；

图3为本实用新型中钻井液旁通循环下续接钻杆示意图；

图4为本实用新型中连续循环阀结构示意图；

图5为本实用新型中自封装置侧视结构示意图；

图6为本实用新型中自封装置俯视结构示意图；

图中：2-钻杆，3-自封装置，301-开合件，302-自封腔，303-自封架，304-钻井液进口，305-开合驱动装置，306-钻井液连通口，4-连续循环阀，401-侧阀口，402-上阀口，403-下阀口，404-循环阀管体，4041-轴向槽，405-通道转换组件，4051-筒型阀芯，4052-封口部，4053-调整螺母，4054-直通隔板，4055-第一阀口，4056-第二阀口，4057-周向槽，406-环形槽，407-直连通道，408-移动件，409-环形齿牙，5-流程调控阀，501-第一调控进口，502-第一调控出口，503-第二调控出口，6-上管线，7-下管线，8-泥浆池，9-顶部驱动装置。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1~图6所示，本实施例中，连续循环阀4包括循环阀管体404，两端均用于与钻杆2连接，其上设置有侧阀口401；通道转换组件405，设置在循环阀管体404内，转动或移动后将侧阀口401打开或者关闭。

进一步，通道转换组件405包括筒型阀芯4051，转动设置在循环阀管体404的内壁将侧阀口401封住或打开，其包含有移动后将侧阀口401挡住的封口部4052；调整螺母4053，套设在所述循环阀管体404上，旋转后驱动筒型阀芯4051移动，位于循环阀管体404外壁形成的环形槽406内；直通隔板4054，设置在筒型阀芯4051内将其内部隔断，筒型阀芯4051壁上开设有均为圆周排列的若干第一阀口4055、若干第二阀口4056，第一阀口4055、第二阀口4056分别位于在直通隔板4054的两侧，循环阀管体404内壁形成有用于使第一阀口4055和第二阀口4056连通的直连通道407，直连通道407为环形凹陷或圆周排列的若干凹陷。

进一步，通道转换组件405还包括移动件408，沿轴向移动设置在循环阀管体404上开设的轴向槽4041内，其靠近轴部的一端伸入至筒型阀芯4051外壁上的周向槽4057内，远离轴部的一端设置有环形齿牙409且与调整螺母4053内壁设置的环形齿牙409咬合，所述调整螺母4053转动后通过环形齿牙409驱动移动件408和筒型阀芯4051均沿轴向移动。

本实施例中，整个循环设备由自封装置3、钻杆2、连续循环阀4、流程调控阀5以及管线控制实现直通循环的钻进、旁通循环的钻井液循环保持，连续循环阀4与现有的快插式连续循环阀有很大不同，因为本实用新型设计构思是一个全新思路，与快拆式连续循环阀有着本质区别；侧阀口401的打开和关闭也经过长期试验改进，在循环阀管体404内设置通道转换组件405进行直通转旁通以及旁通转直通的实现，通道转换组件405的筒型阀芯4051在循环阀管体404的内壁转动实现阀门通道转换，是由调整螺母4053实现的，调整螺母4053由工具转动后其内壁环形齿牙409咬合筒型阀芯4051上的环形齿牙409将其带动沿轴向槽4041上下移动，同时移动件408其一端伸入至筒型阀芯4051外壁上的周向槽4057内，实现同时带动筒型阀芯4051上下移动，从而实现通道的转换。

具体实现的通道转换是由封口部4052、侧阀口401、第一阀口4055、第二阀口4056的通断实现，旁通打开时直通关闭，直通打开时旁通关闭；旁通的打开和关闭通过封口部4052、侧阀口401的重叠实现，封口部4052将侧阀口401全部挡住时实现侧通关闭，封口部4052远离侧阀口401时实现侧通打开；直通的打开和关闭的通过第一阀口4055、第二阀口4056、直连通道407的配合实现，第一阀口4055、第二阀口4056移动至由直连通道407导通时，实现直通打开，移动至由其中一个阀口被循环阀管体404内壁挡住时，二者之一封住，实现直通关闭，巧妙地设计实现了很好的直通旁通转换。

将其应用于一种钻井泥浆连续循环设备，包括自封装置3，还包括钻杆2，用于钻井；连续循环阀4，一个或者多个钻杆2间设置一个连续循环阀4，通常三根钻杆为一个单根连接一个连续循环阀4进行，更便于钻井平台上的钻杆更换操作且效率更高，当然一根钻杆2用一根连续循环阀4进行连续钻井液循环也为能够实现实用新型目的方案，连续循环阀4其侧壁设置有用于钻井液进入的侧阀口401，两端分别为用于钻井液进入和流出的上阀口402、下阀口403；流程调控阀5，包括第一调控进口501、第一调控出口502、第二调控出口503；上管线6，一端与第一调控出口502连接，另一端用于将钻进液输送至钻杆2内；下管线7，一端与第二调控出口503连接，另一端与钻井液进口304连通将钻井液输送至侧阀口401。

进一步，还包括泥浆池8；泥浆泵，将泥浆池8中的钻井液输送至第一调控进口501；顶部驱动装置9，用于驱动钻杆2旋转，并且能够进行直通所需的钻井液输送，顶驱顶部驱动装置9使用现有顶部驱动装置即可将上管线6中的钻井液输送至钻杆2内。

提出一种钻井泥浆连续循环用自封装置3，包括开合件301，其内壁凹陷形成自封腔302，自封腔302用于移动后将连续循环阀4侧壁的侧阀口401包住并向其内通入钻井液；自封架303，开合件301移动设置在自封架303上，自封架303上开设有用于向自封腔302送入钻井液的钻井液进口304；开合驱动装置305，设置在自封架303上，用于驱动开合件301移动。

进一步，开合件301为至少两个且共同围成圈型，同时自封腔302围成环形；开合件301上设置有钻井液连通口306，开合件301移动后，钻井液进口304与钻井液连通口306连通，具体的连通方式可以是钻井液连通口306为连通管，朝向钻井液进口304的一端为锥形，钻井液进口304为半圆形，相邻两个开合件301合住时，相邻两个开合件301的半圆形钻井液进口304合为圆形，将连通管的锥形部封住至自封腔302内；开合驱动装置305为液压缸，其活塞杆与开合件301连接，或者开合驱动装置305为其他直线驱动装置均能够实现本实施例所需目的。

本实施例中，自封装置3用于实现将连续循环阀4侧壁的侧阀口401自动围住并自动向其内通入钻井液，从而进行旁通循环钻井液的不间断循环，且之后旁通转直通后能实现开合件301的自动打开，从而保证直通循环钻井液时，钻杆2的钻进；开合件301其内壁凹陷形成自封腔302可以实现很好的钻井液旁通循环进入连续循环阀4，与现有技术中的快速接头接入至带快速接口的连续循环阀相比，本实施例方案在工作时，与自封装置3连接的侧管路始终连接，并不会像现有技术中的快速接头需要换一根钻杆2就要拔插一次侧管路，因此很好的避免了高压管路频发插拔造成的事故发生。

如图1~图3所示，为本具体的钻井泥浆连续循环工艺，包括以下步骤：

S1、在钻台上安装钻井泥浆连续循环设备，连续循环阀4安装于钻杆2或钻杆组，三个钻杆为一单根，将连续循环阀4上阀口402打开，侧阀口401关闭，流程调控阀5控制上管线6通入钻井液并送至上阀口402，钻井液由上阀口402进入连续循环阀4，再由下阀口403出连续循环阀4，流经钻杆2、钻头到达井底，之后流经环空返到地面，形成直通循环；

S2、井口钻杆2钻进完毕，控制自封装置3的开合件301（闸板）闭合，闸板完全闭合后，流程调控阀5控制下管线7通入钻井液，旁通直通两条通道全部打开，再进行连续循环阀4直通转旁通操作，将连续循环阀4上阀口402关闭，侧阀口401打开，之后控制流程调控阀5取消上管线6通入钻井液，实现直通转旁通；

S3、钻井液只送入旁通的下管线7，流经自封装置3自封腔302、侧阀口401进入至连续循环阀4，再由下阀口403出连续循环阀4，流经钻杆2、钻头到达井底，之后流经环空返到地面，形成旁通循环；

S4、当循环正常后，卸下连续循环阀4上阀口402的连接，续接下一钻杆2或钻杆组；

S5、连续循环阀4安装于钻杆2，续接完成后，流程调控阀5控制上管线6通入钻井液，实现旁通直通两条通道全部打开，再将连续循环阀4上阀口402打开，侧阀口401关闭，流程调控阀5控制取消下管线7通入钻井液送至侧阀口401，并开始上管线6通入钻井液并送至上阀口402钻井液由上阀口402进入连续循环阀4，再由下阀口403出连续循环阀4，流经钻杆2、钻头到达井底，之后流经环空返到地面；

S6、S2~S5依次重复循环，从而实现钻井液连续循环不间断的钻井工艺。

本实施例中，接续钻杆2时钻井液仍可继续循环，可避免因接钻杆2停止循环而引起的井漏、卡钻、井涌或井喷等事故的发生，大幅度缩短钻井周期，大幅度降低钻井成本。利用液压井口密封的自封装置、连续循环阀及流程调控阀相互协作，实现续接钻杆时，不停泵，保持钻井液连续循环作业，该装置可在钻台上或地面上操作。并且，钻井过程中，流程调控阀5控制上管线6、下管线7，使得旁通直通两条通道全部打开后再进行，再进行连续循环阀4的调整，进行旁通转直通，直通转旁通，因此，不会造成压力的激增和突降，使得井底压力始终保持稳定，整个过程安全有效，非常适合推广使用。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种钻井泥浆连续循环阀，其特征在于，所述连续循环阀包括：

循环阀管体（404），两端均用于与钻杆（2）连接，其上设置有侧阀口（401），两端分别为用于钻井液进入和流出的上阀口（402）、下阀口（403）；

通道转换组件（405），设置在所述循环阀管体（404）内，转动或移动后将所述侧阀口（401）打开或者关闭；

所述通道转换组件（405）包括：

筒型阀芯（4051），转动设置在所述循环阀管体（404）的内壁将所述侧阀口（401）封住或打开，其包含有移动后将所述侧阀口（401）挡住的封口部（4052）；

直通隔板（4054），设置在所述筒型阀芯（4051）内将其内部隔断，所述筒型阀芯（4051）壁上开设有均为圆周排列的若干第一阀口（4055）、若干第二阀口（4056），所述第一阀口（4055）、所述第二阀口（4056）分别位于在所述直通隔板（4054）的两侧，所述循环阀管体（404）内壁或所述筒型阀芯（4051）的外壁形成有用于使所述第一阀口（4055）和所述第二阀口（4056）连通的直连通道（407），所述直连通道（407）为环形凹陷或圆周排列的若干凹陷。

2.根据权利要求1所述的一种钻井泥浆连续循环阀，其特征在于，还包括：

调整螺母（4053），套设在所述循环阀管体（404）上，旋转后驱动所述筒型阀芯（4051）移动，位于所述循环阀管体（404）外壁形成的环形槽（406）内。

3.根据权利要求2所述的一种钻井泥浆连续循环阀，其特征在于，所述通道转换组件（405）还包括：

移动件（408），沿轴向移动设置在所述循环阀管体（404）上开设的轴向槽（4041）内，其靠近轴部的一端伸入至所述筒型阀芯（4051）外壁上的周向槽（4057）内，远离轴部的一端设置有环形齿牙（409）且与所述调整螺母（4053）内壁设置的环形齿牙（409）咬合，所述调整螺母（4053）转动后通过环形齿牙（409）驱动所述移动件（408）和所述筒型阀芯（4051）均沿轴向移动。

4.一种钻井泥浆连续循环设备，包括权利要求1~3任意一项所述的连续循环阀，其特征在于，还包括：

钻杆（2），一个或者多个所述钻杆（2）间设置一个所述连续循环阀；

自封装置（3），用于从周向围住所述侧阀口（401）并向其送入钻井液；

流程调控阀（5），包括第一调控进口（501）、第一调控出口（502）、第二调控出口（503）；

上管线（6），一端与所述第一调控出口（502）连接，另一端用于将钻进液输送至所述钻杆（2）内；

下管线（7），一端与所述第二调控出口（503）连接，另一端与钻井液进口（304）连通将钻井液输送至所述侧阀口（401）。

5.根据权利要求4所述的一种钻井泥浆连续循环设备，其特征在于，还包括：

泥浆池（8），

泥浆泵，将所述泥浆池（8）中的钻井液输送至所述第一调控进口（501）；

顶部驱动装置（9），用于驱动所述钻杆（2）旋转，且将所述上管线（6）中的钻井液输送至所述钻杆（2）内。

6.根据权利要求4所述的一种钻井泥浆连续循环设备，其特征在于，所述自封装置（3）包括：

开合件（301），其内壁凹陷形成自封腔（302），所述自封腔（302）用于移动后将连续循环阀侧壁的侧阀口（401）包住并向其内通入钻井液；

自封架（303），所述开合件（301）移动设置在所述自封架（303）上，所述自封架（303）上开设有用于向所述自封腔（302）送入钻井液的钻井液进口（304）；

开合驱动装置（305），设置在所述自封架（303）上，用于驱动所述开合件（301）移动。

7.根据权利要求6所述的一种钻井泥浆连续循环设备，其特征在于，

所述开合件（301）为至少两个且共同围成圈型，同时所述自封腔（302）围成环形；

所述开合件（301）上设置有钻井液连通口（306），所述开合件（301）移动后，所述钻井液进口（304）与所述钻井液连通口（306）连通。

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