一种具有多功能旁通阀的螺杆钻具的制作方法

专利2025-05-05  15


本发明属于螺杆钻具,具体为一种具有多功能旁通阀的螺杆钻具。


背景技术:

1、螺杆钻具是以钻井液为动力的容积式井下动力马达,其利用钻井泵泵出的钻井液流经马达进出口时形成的压差推动马达的转子旋转,并通过其内部的万向轴和传动轴带动钻头旋转,将由钻井液压差和流量构成的液力功率转换为驱动钻头旋转的扭矩和转速构成的机械功率,从而成为仅驱动钻头旋转的井下动力钻井工具。

2、螺杆钻具按使用场合不同而大致分为:钻井用螺杆钻具;采油、修井用螺杆钻具;地表穿越用螺杆钻具以及煤气层井下用螺杆钻具等,其工作原理完全相同,但结构和强度存在较大差异。

3、构成螺杆钻具最基本的部件是旁通阀、马达、万向轴和传动轴四大部件;为满足定向井或其他钻井工程的需求,也可增加或更换为如定向接头、弯接头、万向轴固定弯壳体(0~3°间的固定角度)、万向轴地面可调弯壳体、传动轴稳定器、可拆换式稳定器等其他部件,构成各种形式的螺杆钻具产品。

4、其中,‌螺杆钻具的旁通阀主要作用是平衡钻具内外压差‌,主要由阀体、阀套、阀芯及弹簧等部件组成。在起、下钻作业过程中,旁通阀允许钻井液通过旁通孔平衡钻具内外的压差,具体表现为:下钻时,允许环空中的钻井液经旁通孔流入钻柱内,减少下钻阻力;起钻时,允许钻柱内的钻井液从旁通孔流出进入环空,防止泥浆溢于井台。钻进时,在高压钻井液的作用下,旁通阀关闭,使所有钻井液流经马达,把压力能转换成机械能。此外,旁通阀还有防止液体倒流、防止钻屑卡死钻具、防止意外井喷以及泄出钻柱内洗井液等作用。

5、然而由于螺杆钻具作业环境比较恶劣,一般位于高压高温的井下环境中,因此作业过程中很难在具体了解出现了哪些故障,因此,旁通阀一般只能进行防爆工作,即螺杆钻具内压力过大时自动打开旁通阀避免螺杆钻具爆裂,例如现有技术——一种螺杆钻具旁通阀的泄压方法及装置(公开号cn113982512a)的中国发明专利中,记载了一种螺杆钻具旁通阀的泄压方法及装置,装置包括阀体及泄压机构;泄压机构可降低第一导流腔内钻井液的压力,从而可防止进入马达总成内的钻井液的流速超过最大允许值而导致马达总成损坏;然而针对不同的故障原因,现有技术中的旁通阀均采用相同的处理手段——打开旁通阀使装置内外相等。

6、然而针对实际生产过程中,同样存在螺杆钻具的液压供压管道漏液以及遇到地下空腔等因素,造成螺杆钻具内外液压差的情况,在液压供压管道漏液时打开旁通阀,会使得井下高压液体灌入装置内造成污染,在地下空腔内打开旁通阀会造成先漏液后倒灌的问题;因此,现有的旁通阀在实际使用时还存在各种缺陷。


技术实现思路

1、本发明的目的在于:为了针对现有螺杆钻具的旁通阀在使用中,存在难以自行判断螺杆钻具故障的原因,均采用相同的开启旁通阀的解决措施的处理方法,在不适用的场景打开旁通阀产生更大的损失的问题,将判断场景更加复杂化的液压阀与现有旁通阀进行组合,使得旁通阀的开启与闭合更加适合螺杆钻具的使用场景,并提供一种具有多功能旁通阀的螺杆钻具。

2、本发明采用的技术方案如下:

3、一种具有多功能旁通阀的螺杆钻具,包括依次可拆卸安装的马达总成、万向轴总成以及传动轴总成,还包括马达总成上方安装的旁通阀总成,所述旁通阀总成具有:

4、阀壳、阀壳内腔由下而上可活动安装的定塞、定塞内腔由上而下可活动安装的阀芯;在阀壳内外壁之间安装的多个液压阀以及设置在定塞与阀芯之间的弹簧组件;

5、所述阀壳具有上下连通的外壳,以及贯穿外壳内外两侧的旁通孔,多个所述液压阀一一对应的安装于旁通孔处;

6、所述液压阀具有贯穿外壳的两个伸缩阀塞,以及通过液压推动两个伸缩阀塞相互移动的液压流道,在所述旁通阀总成的内外液压差改变的状态下,带动液压阀的开启与封闭。

7、其中,所述旁通孔包括有:分别开设于外壳内外两侧共轴设置的两个旁通阀主孔,两个所述伸缩阀塞分别插接于两个旁通阀主孔内腔,两个所述旁通阀主孔之间连通有弹簧槽流道与旁通阀流道,所述弹簧槽流道通过液压槽流道与外壳内腔连通,所述液压槽流道内腔滑动连接有活塞,且液压槽流道与弹簧槽流道之间均填充有压力超过大气压的液压介质。

8、其中,所述液压阀内的两个所述伸缩阀塞反向设置,两个所述伸缩阀塞互相靠近的一侧均连接有配合旁通阀流道的侧管道以及配合弹簧槽流道的主管道,所述侧管道与伸缩阀塞的连接处开设有内外贯穿的侧管孔,所述主管道开口处径向外凸形成有卡环结构,所述主管道外侧绕接有第一压缩弹簧,且第一压缩弹簧两端分别与卡环结构以及液压槽流道侧壁抵接。

9、其中,在所述旁通孔内,设置为弹簧槽流道以及绕弹簧槽流道中心轴环形等距设置的至少两个旁通阀流道,所述液压槽流道与弹簧槽流道之间还连通有环形流道,所述环形流道与弹簧槽流道之间连通有多个直流道与多个弯流道,所述环形流道与液压槽流道之间均分别连接有引导流道。

10、其中,在所述旁通孔内,设置为环形管道形的环形流道与多个液压槽流道均连通,多个所述直流道与多个所述弯流道一一对应。

11、其中,所述阀壳具有外壳内壁向内收缩形成的环形收缩孔,所述外壳顶端设置有上螺纹接头,所述上螺纹接头被设置为内螺纹结构,所述外壳底端设置有下螺纹接头,所述下螺纹接头被设置为外螺纹结构。

12、其中,所述定塞具有可活动的设置在外壳内腔的塞体,所述塞体顶端与环形收缩孔处抵接,所述塞体被形成为贴合外壳内壁可滑动的筒体结构,且该筒体结构底端向内收缩形成环形部,所述筒体结构在环形部的上方还设置有内外连通的塞孔。

13、其中,所述阀芯具有可活动设置在塞体内腔的阀体芯座,所述阀体芯座顶端与环形收缩孔处抵接,所述阀体芯座外壁与塞体内壁贴合滑动,所述阀体芯座底端连通有与环形部插接滑动的阀体芯杆,所述阀体芯杆处开设有内外连通的阀体芯孔。

14、其中,所述弹簧组件具有设置于阀体芯座与塞体之间间隙处的第二压缩弹簧,所述第二压缩弹簧一端与阀体芯座抵接,另一端与环形部顶端抵接。

15、其中,所述塞孔被设置为与液压阀一一对应,所述液压阀内两个伸缩阀塞中的一个外侧设置有配合塞孔抵接密封的突出塞。

16、综上所述,由于采用了上述技术方案,本发明的有益效果是:

17、1、本发明中,采用了可活动的阀芯与液压阀的组合作用,在装置下井过程中,通过液压阀自身液压作用打开,并使阀芯处闭合,一方面使阀壳内腔在井下清澈段可自行灌入液体,减少浮力的同时增加装置进入井下的稳定性,同时突出塞与塞孔之间的贴合使得定塞内外液体环境隔绝,避免井下液体中的杂质进入装置最内侧;

18、当装置下井至工作区段时,通过井下的高压环境使得液压阀自行封闭,并通过供液管道在阀芯处产生的液压差,使得阀芯处封闭,从而形成两个装置同步封闭,避免漏液的可能性;

19、当装置产生故障时,通过液压差的消失,恢复阀芯处的内外连通,并根据阀壳内外之间的液压差,对液压阀的启闭进行自动调整;当阀壳内部液压大于井下压力时,可推动液压阀内外开启进行泄压防爆 ;当阀壳内部液压小于井下压力时,说明提供压力的管道故障,此时避免开启液压阀,从而避免外部杂质流入阀壳内产生污染;

20、以上多种动作状态均不需要额外的遥感或控制组件实施,可自行判断螺杆钻具的工作环境后做出对应的判断和动作,有效的减少了螺杆钻具在井下作业时,难以探测的故障类型且不容易做出对应的补救防损措施的问题。


技术特征:

1.一种具有多功能旁通阀的螺杆钻具,包括依次可拆卸安装的马达总成、万向轴总成以及传动轴总成,其特征在于,还包括马达总成上方安装的旁通阀总成,所述旁通阀总成具有:

2.如权利要求1所述的一种具有多功能旁通阀的螺杆钻具,其特征在于:所述旁通孔包括有:分别开设于外壳(11)内外两侧共轴设置的两个旁通阀主孔(12),两个所述伸缩阀塞(41)分别插接于两个旁通阀主孔(12)内腔,两个所述旁通阀主孔(12)之间连通有弹簧槽流道(424)与旁通阀流道(428),所述弹簧槽流道(424)通过液压槽流道(426)与外壳(11)内腔连通,所述液压槽流道(426)内腔滑动连接有活塞(427),且液压槽流道(426)与弹簧槽流道(424)之间均填充有压力超过大气压的液压介质。

3.如权利要求2所述的一种具有多功能旁通阀的螺杆钻具,其特征在于:所述液压阀(4)内的两个所述伸缩阀塞(41)反向设置,两个所述伸缩阀塞(41)互相靠近的一侧均连接有配合旁通阀流道(428)的侧管道(411)以及配合弹簧槽流道(424)的主管道(413),所述侧管道(411)与伸缩阀塞(41)的连接处开设有内外贯穿的侧管孔(412),所述主管道(413)开口处径向外凸形成有卡环结构,所述主管道(413)外侧绕接有第一压缩弹簧(414),且第一压缩弹簧(414)两端分别与卡环结构以及液压槽流道(426)侧壁抵接。

4.如权利要求3所述的一种具有多功能旁通阀的螺杆钻具,其特征在于:在所述旁通孔内,设置为弹簧槽流道(424)以及绕弹簧槽流道(424)中心轴环形等距设置的至少两个旁通阀流道(428),所述液压槽流道(426)与弹簧槽流道(424)之间还连通有环形流道(423),所述环形流道(423)与弹簧槽流道(424)之间连通有多个直流道(421)与多个弯流道(422),所述环形流道(423)与液压槽流道(426)之间均分别连接有引导流道(425)。

5.如权利要求4所述的一种具有多功能旁通阀的螺杆钻具,其特征在于:在所述旁通孔内,设置为环形管道形的环形流道(423)与多个液压槽流道(426)均连通,多个所述直流道(421)与多个所述弯流道(422)一一对应。

6.如权利要求5所述的一种具有多功能旁通阀的螺杆钻具,其特征在于:所述阀壳(1)具有外壳(11)内壁向内收缩形成的环形收缩孔(15),所述外壳(11)顶端设置有上螺纹接头(14),所述上螺纹接头(14)被设置为内螺纹结构,所述外壳(11)底端设置有下螺纹接头(13),所述下螺纹接头(13)被设置为外螺纹结构。

7.如权利要求6所述的一种具有多功能旁通阀的螺杆钻具,其特征在于:所述定塞(2)具有可活动的设置在外壳(11)内腔的塞体(21),所述塞体(21)顶端与环形收缩孔(15)处抵接,所述塞体(21)被形成为贴合外壳(11)内壁可滑动的筒体结构,且该筒体结构底端向内收缩形成环形部,所述筒体结构在环形部的上方还设置有内外连通的塞孔(22)。

8.如权利要求7所述的一种具有多功能旁通阀的螺杆钻具,其特征在于:所述阀芯(3)具有可活动设置在塞体(21)内腔的阀体芯座(31),所述阀体芯座(31)顶端与环形收缩孔(15)处抵接,所述阀体芯座(31)外壁与塞体(21)内壁贴合滑动,所述阀体芯座(31)底端连通有与环形部插接滑动的阀体芯杆(32),所述阀体芯杆(32)处开设有内外连通的阀体芯孔(33)。

9.如权利要求8所述的一种具有多功能旁通阀的螺杆钻具,其特征在于:所述弹簧组件(5)具有设置于阀体芯座(31)与塞体(21)之间间隙处的第二压缩弹簧(51),所述第二压缩弹簧(51)一端与阀体芯座(31)抵接,另一端与环形部顶端抵接。

10.如权利要求7所述的一种具有多功能旁通阀的螺杆钻具,其特征在于:所述塞孔(22)被设置为与液压阀(4)一一对应,所述液压阀(4)内两个伸缩阀塞(41)中的一个外侧设置有配合塞孔(22)抵接密封的突出塞(415)。


技术总结
本发明公开了一种具有多功能旁通阀的螺杆钻具,包括依次可拆卸安装的马达总成、万向轴总成以及传动轴总成,还包括马达总成上方安装的旁通阀总成,所述液压阀具有贯穿外壳的两个伸缩阀塞,以及通过液压推动两个伸缩阀塞相互移动的液压流道,在所述旁通阀总成的内外液压差改变的状态下,带动液压阀的开启与封闭。本发明中,采用了可活动的阀芯与液压阀的组合作用,可自行判断螺杆钻具的工作环境后做出对应的判断和动作,有效的减少了螺杆钻具在井下作业时,难以探测的故障类型且不容易做出对应的补救防损措施的问题。

技术研发人员:刘维平,冯宝忠,蔡正海,张忠卫
受保护的技术使用者:潍坊盛德石油机械制造有限公司
技术研发日:
技术公布日:2024/11/11
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