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专利名称：一种井压控制可循环开关的钻具浮阀

专利类型：实用新型专利

专利申请号：CN202111458542.X

专利申请（专利权）人：牡丹江市林海石油打捞工具有限公司
权利人地址：黑龙江省牡丹江市爱民区林海路1号

专利发明（设计）人：王磊,赵辉,张天桐,王彦超,李想

专利摘要：一种井压控制可循环开关的钻具浮阀，包括阀体、阀套、导套、阀杆和弹簧，阀套镶置在阀体中，外侧面与阀体密封配合，中部设置有阀杆支撑架，内腔中保持有液流通道，导套上配置有弹性限位销，固定安装在阀杆支撑架上，阀杆插装在导套上，上部与阀套配合构成密封连接，在阀杆上开设有分别具有高位限位点H和低位限位点L的轨道槽，轨道槽内设置有4个路径控制点，分别具有朝向同一时针方向的垂直降高台阶，具有限制弹性限位销特定运动方向和向设定运动方向引导的作用，通过轨道槽与弹性限位销相配合，利用井口压力控制阀杆与阀套密封和打开，实现钻具浮阀即时控制开关，具有良好的操控性，能够提高生产效率，降低生产成本，改进钻井生产工艺。

主权利要求：
1.一种井压控制可循环开关的钻具浮阀，其特征在于，包括：阀体（1）、阀套（2）、导套（3）、阀杆（4）和弹簧（5）；
所述阀体（1）为圆柱形筒体，上下两端分别设置有用以连接钻具钻杆的连接结构，所述阀套（2）镶置在所述阀体（1）的内腔当中，上部为套式密封结构，内侧面上设置有圆锥形台肩密封面，外侧面与所述阀体（1）的内侧面形成密封配合，中部设置有阀杆支撑架，所述阀套（2）的内腔中保持有上下贯通的液流通道，所述导套（3）上开设有上下贯通中心轴孔，侧壁上配置有弹性限位销（9），固定安装在所述阀套（2）上设置的阀杆支撑架上，所述阀杆（4）的杆体与所述导套（3）的中心轴孔构成结构配合，并插装在所述导套（3）上，上部设置有伞形阀帽，所述伞形阀帽前端面为圆锥密封面，所述圆锥密封面与所述阀套（2）上的台肩密封面结构相互对应，可与所述台肩密封面配合形成密封连接，在所述阀杆（4）的杆体上还开设有具有导向控制结构的轨道槽（10），所述轨道槽（10）的上端和下端分别具有高位限位点H和低位限位点L，所述弹性限位销（9）配合嵌入所述轨道槽（10）对所述阀杆（4）实施引导限位，所述弹簧（5）套装在所述阀杆（4）的杆体上，支撑在所述伞形阀帽和所述导套（3）之间，相对所述导套（3）向所述阀杆（4）施加向上的弹性力；
所述轨道槽（10）整体为蝌蚪形状，前端为呈闭环的路径控制区，尾端为沿轴向的行程调整区，所述路径控制区为单向循环导引槽，所述高位限位点H的一侧为所述弹性限位销的上升路径，相对另一侧为下降路径，闭环路径内设置有4个路径控制点，分别为控制点A、控制点B、控制点C和控制点D，各个所述路径控制点分别具有朝向同一时针方向的垂直降高台阶，并分别形成垂直于所述轨道槽（10）底面的垂直阶梯面；
其中：所述控制点A的垂直阶梯面为高位导入面，设置在所述上升路径一侧，断面朝上，朝向所述高位限位点H倾斜，与所述轨道槽（10）的侧壁组成光滑连接的整体面；所述控制点B的垂直阶梯面为高位上导出面，设置在所述上升路径一侧所述高位限位点H的上部，断面朝下，朝向所述下降路径一侧仰起，与所述轨道槽（10）的侧壁组成光滑连接的整体面；所述控制点C的垂直阶梯面为高位下导出面，设置在所述高位限位点H另一侧的上部，断面朝上，朝向所述下降路径一侧倾斜；所述控制点D的垂直阶梯面为路径导引面，设置在与所述行程调整区的连接接口处，断面朝上，朝向所述上升路径一侧仰起，与所述轨道槽（10）的侧壁组成光滑连接的整体面。
2.如权利要求1所述一种井压控制可循环开关的钻具浮阀，其特征在于：所述控制点A、所述控制点B、所述控制点C和所述控制点D的垂直降高台阶具有相同的高度降低量。
3.如权利要求2所述一种井压控制可循环开关的钻具浮阀，其特征在于：在所述阀杆（4）的杆体上径向对称开设2条所述轨道槽（10），在所述导套（3）上与所述轨道槽（10）对应配置2个所述弹性限位销（9），分别与所述轨道槽（10）形成对应配合。
4.如权利要求1至3任一项所述一种井压控制可循环开关的钻具浮阀，其特征在于：还包括：阀芯密封圈（7），所述阀芯密封圈（7）固定设置在所述伞形阀帽的下端面上，并延伸出所述伞形阀帽的圆形边沿之外。 说明书 : 一种井压控制可循环开关的钻具浮阀技术领域[0001] 本发明涉及一种钻具浮阀，特别涉及一种井压控制可循环开关的钻具浮阀。背景技术[0002] 钻具止回阀是石油、天然气钻井生产中预防地层高压流体及钻井液从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类型，其中：钻具浮阀是连接于钻头随钻下井工作的止回阀，通常为单向阀，控制泥浆只能自上而下流动反向则自动关闭防止泥浆从钻杆水眼内喷涌至井口形成井喷，传统的钻具浮阀主要有常开式和常闭式两种结构形式，但受井液阻力作用，无论是常开式或者常闭式结构的钻具浮阀在下钻过程中都实际处于常闭状态，因而，在钻具下放数百米后需要注入泥浆平衡井压防止井喷时只能停钻操作，生产中这种停钻操作工艺不但提高了生产成本，增大了劳动强度，明显降低了生产效率，而且还极易产生卡钻现象，造成生产事故，影响油田正常生产，不能满足发展要求。目前针对上述问题，在下井过程中始终保持常开式结构的自灌式钻具浮阀得到了一定的应用，但是，这种钻具浮阀只具有一次控制关闭功能，而且关闭后又实际转换成了一种常闭式钻具浮阀结构，重新回归于传统的停钻灌注泥浆操作工艺，无法从根本上解决现有技术问题，因此，开发一种能够通过井口操作自主循环控制开关，根据生产需要随时循环井下泥浆的钻具浮阀，已经成为当前油田生产中一个亟待研究解决的一项现实性课题。发明内容[0003] 本发明的目的是，提供一种井压控制可循环开关的钻具浮阀，改进钻井生产工艺，满足油田生产需求。[0004] 一种井压控制可循环开关的钻具浮阀，包括：阀体、阀套、导套、阀杆和弹簧，所述阀体为圆柱形筒体，上下两端分别设置有用以连接钻具钻杆的连接结构，所述阀套镶置在所述阀体的内腔当中，上部为套式密封结构，内侧面上设置有圆锥形台肩密封面，外侧面与所述阀体的内侧面形成密封配合，中部设置有阀杆支撑架，所述阀套的内腔中保持有上下贯通的液流通道，所述导套上开设有上下贯通中心轴孔，侧壁上配置有弹性限位销，固定安装在所述阀套上设置的阀杆支撑架上，所述阀杆的杆体与所述导套的中心轴孔构成结构配合，并插装在所述导套上，上部设置有伞形阀帽，所述伞形阀帽前端面为圆锥密封面，所述圆锥密封面与所述阀套上的台肩密封面结构相互对应，可与所述台肩密封面配合构成密封连接，在所述阀杆的杆体上还开设有具有导向控制结构的轨道槽，所述轨道槽的上端和下端分别具有高位限位点H和低位限位点L，所述弹性限位销配合嵌入所述轨道槽对所述阀杆实施引导限位，可在井口压力控制下，交替在所述轨道槽的所述高位限位点H和所述低位限位点L实现限位配合，控制所述阀杆在与所述阀套配合密封和分离打开状态之间交替转换，所述弹簧套装在所述阀杆的杆体上，支撑在所述阀帽和所述导套之间，相对所述导套向所述阀杆施加向上的弹性力。[0005] 所述轨道槽整体为蝌蚪形状，前端为呈闭环的路径控制区，尾端为沿轴向的行程调整区，所述路径控制区为单向循环导引槽，所述高位限位点H的一侧为所述弹性限位销的上升路径，相对另一侧为下降路径，闭环路径内设置有4个路径控制点，分别为控制点A、控制点B、控制点C和控制点D，各个所述路径控制点分别具有朝向同一时针方向的垂直降高台阶，并分别形成垂直于所述轨道槽底面的垂直阶梯面，所述垂直阶梯面既具有限制所述弹性限位销特定运动方向的作用，同时与所述轨道槽的侧壁相配合也具有引导所述弹性限位销向设定方向运动的作用；其中：所述控制点A的垂直阶梯面为高位导入面，设置在所述上升路径一侧，断面朝上，朝向所述高位限位点H倾斜，与所述轨道槽的侧壁组成光滑连接的整体面，可将所述弹性限位销引导进入所述高位限位点H之中；所述控制点B的垂直阶梯面为高位上导出面，设置在所述上升路径一侧所述高位限位点H的上部，断面朝下，朝向所述下降路径一侧仰起，与所述轨道槽的侧壁组成光滑连接的整体面，可将所述弹性限位销从所述高位限位点H之中导引移出；所述控制点C的垂直阶梯面为高位下导出面，设置在所述高位限位点H另一侧的上部，断面朝上，朝向所述下降路径一侧倾斜，可将所述弹性限位销引导进入所述下降路径之中；所述控制点D的垂直阶梯面为路径导引面，设置在与所述行程调整区的连接接口处，断面朝上，朝向所述上升路径一侧仰起，与所述轨道槽的侧壁组成光滑连接的整体面，可将从所述行程调整区抬升起来的所述弹性限位销引导进入所述上升路径之中。[0006] 进一步，为了提高所述轨道槽与所述弹性限位销相互配合的稳定性，减小相对运动的摩擦阻力，优选所述控制点A、所述控制点B、所述控制点C和所述控制点D的垂直降高台阶具有相同的高度降低量。[0007] 进一步，为了提高所述轨道槽和所述弹性限位销对所述阀杆配合控制的平衡性，提高所述阀杆与所述阀套之间的配合密封效果，优选在所述阀杆的杆体上径向对称开设2条所述轨道槽，在所述导套上与所述轨道槽对应配置2个所述弹性限位销，分别与所述轨道槽形成对应配合。[0008] 所述一种井压控制可循环开关的钻具浮阀，还包括：阀芯密封圈，所述阀芯密封圈固定设置在所述伞形阀帽的下端面上，并延伸出所述伞形阀帽的圆形边沿之外，在所述阀杆与所述阀套的配合密封状态下，对所述所述阀杆与所述阀套之间的接触缝隙实施二级密封。[0009] 本发明的有益效果是：提供一种井压控制可循环开关的钻具浮阀，采用具有导向控制结构的轨道槽与弹性限位销相配合，通过井口压力控制阀杆与阀套在配合密封和分离打开状态之间交替转换，实现钻具浮阀的即时控制开关，其中，轨道槽为宽度较小的局部蝌蚪形状，使得工作状态下阀杆与阀套之间只需相对转动非常小的角度，可有效降低二者之间的工作阻力，减小井口控制压力的量值要求，具有良好的操控性，应用于实际生产中，能够提高生产效率，降低生产成本，改进钻井生产工艺，满足油田生产需求。附图说明[0010] 图1为井压控制可循环开关的钻具浮阀结构图。[0011] 图2为图1中A?A线剖视图。[0012] 图3为图1中Ⅰ处放大图。[0013] 图4为阀杆上开设轨道槽的形状结构示意图。[0014] 图5为图4中轨道槽的深度变化规律。具体实施方式[0015] 下面结合具体实施例及其附图，对本发明请求保护的技术方案做进一步描述。[0016] 一种井压控制可循环开关的钻具浮阀，如图1图、2和图3所示，由阀体1、阀套2、导套3、阀杆4、弹簧5和阀芯密封圈7所构成。[0017] 所述阀体1为圆柱形筒体，上下两端分别开设有连接内螺纹和连接外螺纹，所述阀套2镶置在所述阀体1的内腔当中，上部为套式密封结构，内侧面上设置有圆锥形台肩密封面，外侧面上安装有阀套密封环8，与所述阀体1形成密封配合，中部设置有阀杆支撑架，所述导套3侧壁上径向对称配置有2个弹性限位销9，固定安装在所述阀杆支撑架上，所述阀杆4的杆体配合插装在所述导套3上，上部设置有伞形阀帽，所述阀帽前端面为与所述阀套2上的台肩密封面结构相互对应的圆锥密封面，所述阀芯密封圈7固定设置在所述伞形阀帽的下端面上，并延伸出所述伞形阀帽的圆形边沿之外，可对所述阀杆4与所述阀套2之间的接触缝隙实施二级密封，在所述阀杆4的杆体上径向对称开设2条结构相同的轨道槽10，所述轨道槽10的上端和下端分别具有高位限位点H和低位限位点L，2个所述弹性限位销9分别对应配合嵌入所述轨道槽10中对所述阀杆4实施引导限位，所述弹簧5套装在所述阀杆4的杆体上，支撑在所述阀帽和所述导套3之间。[0018] 所述轨道槽10整体为蝌蚪形状，如图4和图5所示，前端为呈闭环的路径控制区，尾端为沿轴向的行程调整区，所述路径控制区为单向循环导引槽，所述高位限位点H的一侧为所述弹性限位销9的上升路径，相对另一侧为下降路径，闭环路径内设置有4个路径控制点，分别为控制点A、控制点B、控制点C和控制点D，各个所述路径控制点分别具有朝向同一时针方向的垂直降高台阶，并分别形成垂直于所述轨道槽10底面的垂直阶梯面；其中：所述控制点A的垂直阶梯面为高位导入面，设置在所述上升路径一侧，断面朝上，朝向所述高位限位点H的倾斜角度为30°，所述控制点B的垂直阶梯面为高位上导出面，设置在所述上升路径一侧所述高位限位点H的上部，断面朝下，朝向所述下降路径一侧仰起角度为60°，所述控制点C的垂直阶梯面为高位下导出面，设置在所述高位限位点H另一侧的上部，断面朝上，朝向所述下降路径一侧倾斜角度为30°，所述控制点D的垂直阶梯面为路径导引面，设置在与所述行程调整区的连接接口处，断面朝上，朝向所述上升路径一侧仰起角度为60°；在所述轨道槽10中，如图5所示，所述控制点A、所述控制点B、所述控制点C和所述控制点D的垂直降高台阶均为所述轨道槽最大深度d的四分之一，其中：所述轨道槽10底面L点至F点路径段是深度为d/2的平面，F点至A点路径段是深度由d/2减小到d/4的倾斜平面，A点至B点路径段是深度为d/2的平面，B点至C点路径段是深度为3d/4的平面，C点至E点路径段是深度为d的平面，E点至D点路径段是深度由d减小到d/4的倾斜平面。[0019] 生产中应用所述一种井压控制可循环开关的钻具浮阀，将弹性限位销9限位预置于轨道槽10的高位限位点H，使阀杆与阀套在分离打开保持常开状态随钻下井，当特殊井况下需要关闭钻杆水眼时，由井口施加井液压力，达到额定压力后，所述井液压力克服弹簧5的弹性力和井液反作用力推动阀杆4下行，镶嵌在所述轨道槽10中的所述弹性限位销9从所述高位限位点H抬升，直至与控制点B的垂直阶梯面相接触，所述控制点B的垂直阶梯面阻挡所述弹性限位销9进入所述轨道槽10的上升路径，同时导引所述弹性限位销9从所述高位限位点H之中朝向所述轨道槽10的下降路径一侧移出，直至超过控制点C，而后，撤除井口井液压力，在所述弹簧5的弹性力作用下，所述阀杆4转而上行，所述弹性限位销9在所述轨道槽10相对垂直下降，直至与控制点C的垂直阶梯面相接触，所述控制点C的垂直阶梯面阻挡所述弹性限位销9返回所述高位限位点H，同时导引所述弹性限位销9进入所述轨道槽10的下降路径，并在所述下降路径中下行，经过控制点D进入所述轨道槽10的行程调整区，直至到达并限位于所述轨道槽10的低位限位点L，此时，所述阀杆4充分抬升，与所述阀套2构成配合密封状态；反之，当需要打开钻杆水眼循环泥浆时，再次由井口施加井液压力，使所述推动阀杆4下行，镶嵌在所述轨道槽10中的所述弹性限位销9从所述低位限位点L抬升，进入所述轨道槽10的路径控制区后，所述控制点D垂直阶梯面阻挡所述弹性限位销9进入所述下降路径，而是将所述弹性限位销9引导进入所述上升路径当中，并沿所述上升路径上行，直至超过控制点A，而后，撤除井口井液压力，在所述弹簧5的弹性力作用下，所述阀杆4再次转向上行，所述弹性限位销9在所述轨道槽10中垂直回落直至与所述控制点A的垂直阶梯面相接触，所述控制点A的垂直阶梯面阻挡所述弹性限位销9返回所述上升路径，转而引导所述弹性限位销9落入所述高位限位点H并被限位于其中，此时，所述阀杆4被限制抬升，与所述阀套2构成分离打开状态。

专利地区：黑龙江

专利申请日期：2021-12-03

专利公开日期：2024-06-21

专利公告号：CN114278231B