CN108533199A - 一种循环可控旁通阀 - Google Patents

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赵念刚
祝效华
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    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B21/00—Methods or apparatus for flushing boreholes, e.g. by use of exhaust air from motor
    • E21B21/10—Valve arrangements in drilling-fluid circulation systems
    • E21B21/103—Down-hole by-pass valve arrangements, i.e. between the inside of the drill string and the annulus

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Abstract

本发明涉及一种循环可控的旁通阀,主要由上连接壳体、主壳体、密封圈、弹性挡圈、扼流圈、心轴、凸轮套筒、滚动钢球、销钉、衬套、弹簧、活塞、螺钉、凸轮滚动件、弹簧衬套、喷嘴套、旁通孔、喷嘴、下连接壳体组成，其技术方案是：上连接壳体、主壳体、下连接壳体从上到下依次螺纹连接；主壳体内孔从上到下依次安装心轴、衬套、活塞、喷嘴套。本发明可靠性高、工作效率高，适用于高压复杂地层，可以实现喷嘴堵塞、螺杆钻具损坏、井下出现复杂情况以及需要大排量携岩等工况下，根据地面压力循环控制本发明旁通孔的关闭、全开启、半开启，可以减少起下钻次数和降低钻井成本。

Description

一种循环可控旁通阀
技术领域
本发明涉及一种石油天然气开发过程中常用的井下工具，特别适合于能够根据钻井压力来循环调节旁通孔关闭、全开启、半开启的一种循环可控的旁通阀。
背景技术
螺杆钻具是开采石油天然气钻井过程中常用的井下动力工具，包括旁通阀总成、防掉总成、马达总成、万向轴总成和传动轴总成。旁通阀主要由阀体、阀芯、阀套、弹簧、筛板、密封件、孔用挡圈组成，它有开启和关闭两种状态，在起下钻作业过程中处于开启状态，使钻柱中的泥浆进入环空，当泥浆流量和压力达到标准设定值时，阀芯下移，关闭旁通孔，此时泥浆流经马达，使马达旋转，当泥浆流量过小或停泵，所产生的压力不足以克服弹簧力和静摩擦力，旁通孔又处于开启状态。旁通阀的作用是井下出现复杂情况，通过地面操作使旁通孔开启进行快速循环，目前的旁通阀不能同时实现正常钻井旁通孔处于关闭状态，需要大排量且能满足马达能够正常工作旁通孔处于半打开状态和起钻时旁通孔处于全打开状态的循环控制的三种功能，这就不能适应现代钻井作业要求，为了满足上述三种功能，于是提出了一种循环可控的旁通阀。
本发明针对目前的旁通阀进行优化创新，创新后的旁通阀具有可靠性高、节约成本、节省时间等优点，为钻井提供技术支持和安全保障，能够在高压复杂地层范围使用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术不足，提供一种循环可控的旁通阀，可以提高工作效率，减少起下钻次数及降低钻井成本。为达到上述目的，本发明解决此问题所采用的技术方案是：本发明是一种循环可控的旁通阀，主要由上连接壳体、主壳体、第一密封圈、弹性挡圈、扼流圈、心轴、凸轮套筒、滚动钢球、第一销钉、衬套、大弹簧、活塞、螺钉、凸轮滚动件、弹簧衬套、喷嘴套、旁通孔、喷嘴、下连接壳体组成，其结构特征是：上连接壳体、主壳体、下连接壳体从上到下依次螺纹连接；主壳体内孔从上到下依次安装心轴、衬套、活塞、喷嘴套；扼流圈安装在心轴上部内孔；凸轮套筒安装在心轴和衬套间；凸轮滚动件安装在主壳体和凸轮套筒配合孔中；小弹簧通过弹力作用使凸轮滚动件和凸轮套筒定位孔形成配合；螺钉连接盖板和主壳体；弹簧衬套安装在喷嘴套上部，并且通过第二销钉固定在主壳体内孔中；第三销钉连接喷嘴套和活塞；大弹簧安装在活塞和弹簧衬套端面定位中间；喷嘴安装在下连接壳体上部内孔；第四销钉连接喷嘴和下连接壳体；上连接壳体外圆面安装第一密封圈与主壳体内圆面形成密封；扼流圈外圆面安装第二密封圈、第三密封圈与主壳体内圆面形成密封；衬套外圆面安装第四密封圈、第五密封圈与主壳体内圆面形成密封；衬套内圆面安装第六密封圈与心轴外圆面形成密封；衬套外圆面安装第七密封圈、第八密封圈与活塞内圆面形成密封；喷嘴套外圆面安装第九密封圈与主壳体内圆面形成密封；活塞外圆面安装第十密封圈与喷嘴套内圆面形成密封；下连接壳体上端外圆面安装第十一密封圈与主壳体内圆面形成密封；下连接壳体内圆面安装第十二密封圈与喷嘴外圆面形成密封；喷嘴外圆面安装第十四密封圈与下连接壳体上端内圆面配合后形成密封。
所述凸轮套筒有A、B、C、D四个定位孔，凸轮滚动件通过四个定位孔与凸轮套筒形成配合；凸轮套筒的A、B、C、D四个定位孔的滑槽是一个闭环阶梯槽；滑槽具有0.5°-4°的斜道和4个台阶，使凸轮滚动件只能相对于凸轮套筒在滑槽里顺时针移动；不工作时，凸轮滚动件处于A位置，正常钻井时钻井液流过扼流圈，产生推力作用于心轴，第一弹簧处于压缩状态，同时心轴带动凸轮套筒使凸轮滚动件从A位置移动到B位置，此时喷嘴套与下连接壳体内孔中的喷嘴形成配合，此时旁通孔处于关闭状态，钻井液流经马达保证马达正常工作；当需要提钻时，先停泵使压力降低，凸轮滚动件在第一弹簧作用下移动到C位置，此时旁通孔处于全开状态，钻井液全部从旁通孔开口流出；继续开泵后压力增高凸轮滚动件移动到D位置，此时凸轮滚动件处于D位置，旁通孔处于半打开状态，钻井液分别从旁通孔开口和马达定转子密封腔分流成两部分；停泵压力降低，凸轮滚动件在第一弹簧弹力作用下移动到A位置形成一个循环周期，因此可以通过控制地面泥浆泵压力大小来控制旁通孔处于关闭、全开、半开三种状态。当凸轮滚动件处于B位置时，喷嘴套与下连接壳体内孔中的喷嘴形成配合，喷嘴外圆面安装的第十三密封圈与喷嘴套内圆面配合形成密封。
本发明与现有技术相比，具有的有益效果是：（1）本发明可靠性高、工作效率高，适用于高压复杂地层；（3）本发明可以实现喷嘴堵塞、螺杆钻具损坏、井下出现复杂情况以及需要大排量携岩等多种工况，根据地面压力循环控制本发明旁通孔的关闭、全开启、半开启，可以减少起下钻次数和降低钻井成本。
附图说明
图1是本发明一种循环可控旁通阀的结构示意图；
图2是本发明一种循环可控旁通阀凸轮套筒的结构示意图；
图中：1.上连接壳体，2.主壳体，3.第一密封圈，4.弹性挡圈，5.扼流圈，6.心轴，7.凸轮套筒，8.滚动钢球，9.第一销钉，10.衬套，11.大弹簧，12.活塞，13.第二密封圈，14.第三密封圈，15.螺钉，16.滚动钢球，17.小弹簧，18.盖板，19.第四密封圈，20.第五密封圈，21.第六密封圈，22.第七密封圈，23.第八密封圈，24.弹簧衬套，25.第二销钉，26.第九密封圈，27.第十密封圈，28.第三销钉，29.喷嘴套，30.旁通孔，31第十一密封圈，32.第四销钉，33.第十二密封圈，34.喷嘴，35.下连接壳体，36.第十三密封圈，37.第十四密封圈。
具体实施方法
下面结合附图对本发明做进一步说明：如图1、2所示，本发明一种循环可控旁通阀，主要由上连接壳体1、主壳体2、第一密封圈3、弹性挡圈4、扼流圈5、心轴6、凸轮套筒7、滚动钢球8、第一销钉9、衬套10、大弹簧11、活塞12、螺钉15、凸轮滚动件16、弹簧衬套24、喷嘴套29、旁通孔30、喷嘴34、下连接壳体35组成，其结构特征是：上连接壳体1、主壳体2、下连接壳体35从上到下依次螺纹连接；主壳体2内孔从上到下依次安装心轴6、衬套10、活塞12、喷嘴套29；扼流圈5安装在心轴6上部内孔；凸轮套筒7安装在心轴6和衬套10间；凸轮滚动件16安装在主壳体2和凸轮套筒7配合孔中；小弹簧17通过弹力作用使凸轮滚动件16和凸轮套筒7定位孔形成配合；螺钉15连接盖板18和主壳体2；弹簧衬套24安装在喷嘴套29上部，并且通过第二销钉25固定在主壳体2内孔中；第三销钉28连接喷嘴套29和活塞12；大弹簧11安装在活塞12和弹簧衬套24端面定位中间；喷嘴34安装在下连接壳体35上部内孔；第四销钉32连接喷嘴34和下连接壳体35；上连接壳体1外圆面安装第一密封圈3与主壳体2内圆面形成密封；扼流圈5外圆面安装第二密封圈13、第三密封圈14与主壳体2内圆面形成密封；衬套10外圆面安装第四密封圈19、第五密封圈20与主壳体2内圆面形成密封；衬套10内圆面安装第六密封圈21与心轴6外圆面形成密封；衬套10外圆面安装第七密封圈22、第八密封圈23与活塞12内圆面形成密封；喷嘴套29外圆面安装第九密封圈26与主壳体2内圆面形成密封；活塞12外圆面安装第十密封圈27与喷嘴套29内圆面形成密封；下连接壳体35上端外圆面安装第十一密封圈31与主壳体2内圆面形成密封；下连接壳体35内圆面安装第十二密封圈33与喷嘴34外圆面形成密封；喷嘴34外圆面安装第十四密封圈37与下连接壳体35上端内圆面配合后形成密封。
所述凸轮套筒7有A、B、C、D四个定位孔，凸轮滚动件16通过四个定位孔与凸轮套筒7形成配合；凸轮套筒7的A、B、C、D四个定位孔的滑槽是一个闭环阶梯槽；滑槽具有0.5°-4°的斜道和4个台阶，使凸轮滚动件16只能相对于凸轮套筒7在滑槽里顺时针移动；不工作时，凸轮滚动件16处于A位置，正常钻井时钻井液流过扼流圈5，产生推力作用于心轴6，第一弹簧11处于压缩状态，同时心轴6带动凸轮套筒7使凸轮滚动件16从A位置移动到B位置，此时喷嘴套29与下连接壳体35内孔中的喷嘴34形成配合，此时旁通孔30处于关闭状态，钻井液流经马达保证马达正常工作；当需要提钻时，先停泵使压力降低，凸轮滚动件16在第一弹簧11作用下移动到C位置，此时旁通孔30处于全开状态，钻井液全部从旁通孔30开口流出；继续开泵后压力增高凸轮滚动件16移动到D位置，此时凸轮滚动件16处于D位置，旁通孔30处于半打开状态，钻井液分别从旁通孔30开口和马达定转子密封腔分流成两部分；停泵压力降低，凸轮滚动件16在第一弹簧11弹力作用下移动到A位置形成一个循环周期，因此可以通过控制地面泥浆泵压力大小来控制旁通孔30处于关闭、全开、半开三种状态。当凸轮滚动件16处于B位置时，喷嘴套29与下连接壳体35内孔中的喷嘴34形成配合，喷嘴34外圆面安装的第十三密封圈36与喷嘴套29内圆面配合形成密封。
本发明可靠性高、工作效率高，适用于高压复杂地层，可以实现喷嘴堵塞、螺杆钻具损坏、井下出现复杂情况以及需要大排量携岩等工况，根据地面压力循环控制本发明旁通孔的关闭、全开启、半开启，可以减少起下钻次数和降低钻井成本。

Claims (3)

1.本发明涉及一种循环可控的旁通阀,主要由上连接壳体（1）、主壳体（2）、第一密封圈（3）、弹性挡圈（4）、扼流圈（5）、心轴（6）、凸轮套筒（7）、滚动钢球(8)、第一销钉（9）、衬套（10）、大弹簧（11）、活塞（12）、螺钉（15）、凸轮滚动件（16）、弹簧衬套（24）、喷嘴套（29）、旁通孔（30）、喷嘴（34）、下连接壳体（35）组成，其结构特征是：上连接壳体（1）、主壳体（2）、下连接壳体(35)从上到下依次螺纹连接；主壳体（2）内孔从上到下依次安装心轴（6）、衬套（10）、活塞（12）、喷嘴套（29）；扼流圈（5）安装在心轴（6）上部内孔；凸轮套筒（7）安装在心轴（6）和衬套（10）间；凸轮滚动件（16）安装在主壳体（2）和凸轮套筒（7）配合孔中；小弹簧（17）通过弹力作用使凸轮滚动件（16）和凸轮套筒(7)定位孔形成配合；螺钉（15）连接盖板（18）和主壳体（2）；弹簧衬套（24）安装在喷嘴套（29）上部，并且通过第二销钉（25）固定在主壳体(2)内孔中；第三销钉（28）连接喷嘴套（29）和活塞（12）；大弹簧（11）安装在活塞（12）和弹簧衬套（24）端面定位中间；喷嘴（34）安装在下连接壳体（35）上部内孔；第四销钉(32)连接喷嘴（34）和下连接壳体(35)；上连接壳体（1）外圆面安装第一密封圈（3）与主壳体（2）内圆面形成密封；扼流圈（5）外圆面安装第二密封圈（13）、第三密封圈（14）与主壳体（2）内圆面形成密封；衬套（10）外圆面安装第四密封圈（19）、第五密封圈（20）与主壳体（2）内圆面形成密封；衬套（10）内圆面安装第六密封圈（21）与心轴（6）外圆面形成密封；衬套（10）外圆面安装第七密封圈（22）、第八密封圈（23）与活塞(12)内圆面形成密封；喷嘴套（29）外圆面安装第九密封圈（26）与主壳体（2）内圆面形成密封；活塞（12）外圆面安装第十密封圈（27）与喷嘴套（29）内圆面形成密封；下连接壳体(35)上端外圆面安装第十一密封圈（31）与主壳体(2)内圆面形成密封；下连接壳体(35)内圆面安装第十二密封圈（33）与喷嘴（34）外圆面形成密封；喷嘴（34）外圆面安装第十四密封圈(37)与下连接壳体(35)上端内圆面配合后形成密封。
2.根据权利要求1所述的一种循环可控旁通阀，其特征是：凸轮套筒（7)有A、B、C、D四个定位孔，凸轮滚动件(16)通过四个定位孔与凸轮套筒(7)形成配合；凸轮套筒(7)的A、B、C、D四个定位孔的滑槽是一个闭环阶梯槽；滑槽具有0.5°-4°的斜道和4个台阶，使凸轮滚动件(16)只能相对于凸轮套筒(7)在滑槽里顺时针移动；不工作时，凸轮滚动件(16)处于A位置，正常钻井时钻井液流过扼流圈(5)，产生推力作用于心轴(6)，第一弹簧(11)处于压缩状态，同时心轴(6)带动凸轮套筒(7)使凸轮滚动件(16)从A位置移动到B位置，此时喷嘴套(29)与下连接壳体(35)内孔中的喷嘴(34)形成配合，此时旁通孔(30)处于关闭状态，钻井液流经马达保证马达正常工作；当需要提钻时，先停泵使压力降低，凸轮滚动件(16)在第一弹簧(11)作用下移动到C位置，此时旁通孔(30)处于全开状态，钻井液全部从旁通孔(30)开口流出；继续开泵后压力增高凸轮滚动件(16)移动到D位置，此时凸轮滚动件（16）处于D位置，旁通孔(30)处于半打开状态，钻井液分别从旁通孔(30)开口和马达定转子密封腔分流成两部分；停泵压力降低，凸轮滚动件(16)在第一弹簧(11)弹力作用下移动到A位置形成一个循环周期，因此可以通过控制地面泥浆泵压力大小来控制旁通孔(30)处于关闭、全开、半开三种状态。
3.根据权利要求2所述的一种循环可控旁通阀，其特征是：当凸轮滚动件(16)处于B位置时，喷嘴套(29)与下连接壳体(35)内孔中的喷嘴(34)形成配合，喷嘴（34）外圆面安装的第十三密封圈（36）与喷嘴套（29）内圆面配合形成密封。
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