本发明属于油气井开采技术领域，尤其涉及井口旋转换向防喷一体化装置。
背景技术：
目前，石油行业钻井过程中应用到的井口旋转导向器，只能使钻井液从钻杆内部进入，从钻杆外壁与钻井内壁之间的环形间隙排出，对于高渗的地层，这样会影响钻井液的窗口密度，会让钻井液进入地层中，导致虑失，造成污染。另外，现有的井口防喷器也是单独设置的，井口防喷器的结构也较为复杂。针对这种高渗地层的钻井过程，为了实现钻井液的进出都在钻杆内部，尽量减少钻井液与地层的接触，增大钻井液的窗口密度，亟需设计一种井口旋转转换防喷一体化装置，不仅可简化井口防喷结构，而且可实现钻进过程中钻井液进出都通过井口旋转转换防喷一体化装置。
技术实现要素：
本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种设计合理、具有井口防喷功能、钻井液的进出都在钻杆内部、充分减少钻井液渗入地层的井口旋转换向防喷一体化装置。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：井口旋转换向防喷一体化装置，包括井口旋转密封换向机构和位于井口旋转密封换向机构下方的井口防喷器，井口防喷器顶部设置有旋转支撑机构，井口旋转密封换向机构底部固定连接有一节沿垂直方向设置的钻杆，井口旋转密封换向机构底部转动连接在旋转支撑机构上，钻杆伸入在旋转支撑机构和井口防喷器内部，钻杆下端伸出井口防喷器；井口旋转密封换向机构的内部和钻杆内部沿轴线方向设置有隔板，隔板将钻杆及井口旋转密封换向机构的内部分隔为钻井液输入通道和钻井液输出通道。
井口防喷器包括支撑箱，支撑箱顶部和底部均上下对应开设有插孔，所述的钻杆穿设在插孔内，支撑箱在插孔内设置有与钻杆外圆密封配合的第一密封圈，支撑箱左侧和右侧分别设置有左液压驱动剪切机构和右液压驱动剪切机构，左液压驱动剪切机构和右液压驱动剪切机构的构造相同且左右对称设置；
左液压驱动剪切机构包括缸筒、推杆、活塞和剪切闸板，缸筒沿左右方向水平设置，缸筒右端与支撑箱左侧固定连接并内部连通，推杆自左向右穿过缸筒左侧并沿缸筒的轴向方向伸入到缸筒内，缸筒左侧设置有与推杆外圆滑动密封配合的第二密封圈，活塞滑动连接在缸筒内，活塞外圆设置有与缸筒内壁滑动密封配合的第三密封圈，推杆右端与活塞左侧固定连接，剪切闸板沿左右水平方向滑动连接在支撑箱内，剪切闸板的左侧与活塞右侧之间通过一根连杆连接，剪切闸板的外周设置有与支撑箱内壁滑动连接的第四密封圈，剪切闸板的右侧固定连接有剪切头。
旋转支撑机构包括套在钻杆外部的支撑筒，支撑筒的下端固定设置有连接法兰，连接法兰通过螺栓安装固定在支撑箱顶部，支撑筒上端同轴向固定设置有顶部敞口的环形支撑槽，环形支撑槽底部设置有两圈下支撑钢珠，下支撑钢珠顶部设置有支撑环板，支撑环板上表面设置有两圈上支撑钢珠，上支撑钢珠上部高于环形支撑槽，井口旋转密封换向机构底部与钻杆上端固定连接且与上支撑钢珠滚动连接。
井口旋转密封换向机构包括方箱和固定筒，方箱设置在固定筒的内部，固定筒内部沿圆周方向设置有内侧开口的环形导槽，固定筒的中心线与钻杆的中心线重合，固定筒的外圆周沿圆周方向均匀设置有四组均与环形导槽连通的钻进液管道，每组钻进液管道均包括两根均沿固定筒的径向方向设置的管道，其中两组相邻的钻进液管道为钻井液进液管，另两组相邻的钻进液管道为钻进液出液管，钻井液进液管上设置有进液电磁阀，钻进液出液管上设置有出液电磁阀，方箱顶部设置有箱盖，箱盖底部与方箱上端面之间设置有第五密封圈，方箱的四个侧面上分别固定设置有一个旋转密封导向管组件，方箱内部的隔板沿方箱的对角线设置；四个旋转密封导向管组件对应与四组钻进液管道对应连通；方箱底部与钻杆上端固定连接且与上支撑钢珠滚动连接，方箱底部设有开口并与钻杆上端内部贯通。
四个旋转密封导向管组件均包括旋转滑块，旋转滑块的内端通过安装螺栓固定连接在方箱的侧面，旋转滑块的外端部伸入到环形导槽内，旋转滑块外端部的上表面和下表面分别与环形导槽的底部和顶部通过第六密封圈滑动密封连接，旋转滑块的内部开设有沿固定筒的径向方向设置的两条对应于每组钻进液管道连通的通液孔，通液孔为内粗外细的台阶孔结构，通液孔包括内粗孔和外细孔；内粗孔内设置有内外压力差通断机构。
相邻的两个内外压力差通断机构包括通过第一螺钉固定连接在方箱外侧的第一安装板，第一安装板和方箱上开设有均与内粗孔连通的第一通孔，第一安装板的外侧固定设置有沿通孔圆周方向布置的四块均位于内粗孔内部的第一定位板，每块第一定位板上均开设有一道第一导孔，第一导孔的长度方向平行于内粗孔的中心线，外细孔的内端口内滑动设置有第一柱塞，第一柱塞的外圆周设置有与外细孔内壁滑动密封配合的第七密封圈，第一柱塞的外圆固定连接有伸入到四个第一导孔内的四个第一导块，四个第一导块与第一安装板之间设置有位于四块第一定位板之间的第一压缩弹簧。
另外相邻的两个内外压力差通断机构包括通过第二螺钉固定连接在内粗孔底部的第二安装板，第二安装板上开设有与外细孔连通的第三通孔，方箱外侧上固定设置有与内粗孔同轴向的导筒，方箱上开设有与导筒内径相等且贯通的第四通孔，第二安装板的内侧固定设置有沿第三通孔圆周方向布置的四块均位于内粗孔内部的第二定位板，每块第二定位板上均开设有一道第二导孔，第二导孔的长度方向平行于内粗孔的中心线，外细孔的内端口内滑动设置有第二柱塞，第二柱塞的外圆周设置有与导筒和第四通孔内壁滑动密封配合的第八密封圈，第二柱塞的外圆固定连接有伸入到四个第二导孔内的四个第二导块，四个第二导块与第二安装板之间设置有位于四块第二定位板之间的第二压缩弹簧。
采用上述技术方案，井口旋转密封换向机构安装在井口防喷器上，井口防喷器固定安装在井口上。井口旋转密封换向机构与井口防喷器同轴心安装。井口防喷器的缸筒固定设置在地面的井口处，方箱上端部与动力驱动机构传动连接。当需要紧急密封井口时，动力驱动机构停止转动，启动井口防喷器，左液压驱动剪切机构的推杆向右移动，右液压驱动剪切机构的推杆向左移动，左侧的剪切头和右侧的剪切头对最上端的一节钻杆进行挤压，隔板为薄钢板，强度较小，因此不管隔板所在的平面与推杆的夹角多少，在液压驱动力的作用下，均可将最上端的一节钻杆压扁，钻杆内孔被封闭，从而封闭井口。
井口旋转密封换向机构的固定筒固定连接在井口，动力驱动机构下端夹持住方箱旋转，方箱带动钻杆旋转。在方箱旋转过程中，当两组相邻的钻进液进液管对应与相邻两个旋转滑块内部的通液孔对应连通时，此时，另两组相邻的钻进液出液管对应与相邻两个旋转滑块内部的通液孔也对应连通，钻井液从钻井液进液管流向方箱内部，同时方箱内的钻井液流到钻井液出液管排出；此时钻井液进液管的压力大于方箱内隔板一侧进液区处的压力，此时钻井液会克服第一压缩弹簧的弹力推动第一柱塞，使第一柱塞脱离外细孔，从而使钻进液进液管、外细孔、内粗孔和方箱内部的进液区连通，钻进液进入到方箱内并通过钻杆内部隔板一侧的钻井液输入通道注入到最下端一节钻杆连接的钻头钻进作业区域，钻进液再经过钻杆内部隔板另一侧的钻井液输出通道向上进入到方箱内隔板另一侧的出液区内，钻进液在方箱内部出液区的压力大于钻井液出液管内部的压力，钻井液会克服第二压缩弹簧的弹力推动第二柱塞，使第二柱塞脱离导筒，从而使钻进液出液管、外细孔、内粗孔和方箱内部的出液区连通，钻井液通过钻井液出液管排出。
由于方箱的四个侧面均设置有一个四个旋转密封导向管组件，以及固定筒的外圆周沿圆周方向均匀设置有两组相邻的钻进液进液管和两组相邻的钻进液出液管，当方箱和钻杆在进液和出液状态下再旋转90°时，仍然可以达到进液和出液。当方箱和钻杆旋转180°和270°时，此时钻井液进液管与方箱内部的出液区对应，钻井液出液管与方箱内部的进液区对应。此时钻井液进液管内的压力大于出液区内的压力，在压差的作用下，钻井液进液管内的压力会向内推动第二柱塞，第二柱塞伸入到导筒内密封钻井液进液管与出液区之间的通道，此时钻井液进液管与出液区之间的钻井液不能交流；同时在压差的作用下，进液区内的压力大于钻井液出液管内的压力，进液区内钻进液的压力会向外推动第一柱塞，第一柱塞伸入到外细孔内密封钻井液出液管与进液区之间的通道，此时钻井液出液管与进液区之间的钻井液不能交流。从而实现方箱和钻杆180°旋转自密封。
钻井液进液管上连接的进液电磁阀和钻井液出液管上设置的出液电磁阀分别用于控制钻进液的进液和出液。方箱和钻杆内设置的隔板将内部分隔为钻井液输入通道和钻井液输出通道，这样避免钻进液在出液时通过钻杆与油井之间的环形腔渗入到地层内。
旋转滑块在固定筒内开设有环形导槽内旋转，环形导槽起到限定旋转滑块在旋转过程中中心定位的作用。固定筒可以采用两个半圆筒制成并通过抱箍固定连接，这样可便于旋转滑块安装到环形导槽内。
综上所述，本发明采用隔板将钻杆内部同个分隔为钻井液输入通道和钻井液输出通道用于避免钻进液与地层大面积接触造成渗漏对地层造成污染，特地设计了在钻杆旋转过程中进液与出液间隔旋转180°的井口旋转密封换向机构，并与井口防喷器一体设置，结构更加紧凑，功能更加多样，减小了钻井液的窗口密度。
附图说明
图1是本发明的外形结构示意图；
图2是本发明的轴向剖视视图；
图3是方箱及内外压力差通断机构的立体结构示意图；
图4是方箱和固定筒之间的结构示意图；
图5是本发明中井口旋转密封换向机构在进液和出液状态下的示意图；
图6是本发明中井口旋转密封换向机构在自密封状态下的示意图。
具体实施方式
如图1-图6所示，本发明的井口旋转换向防喷一体化装置，包括井口旋转密封换向机构100和位于井口旋转密封换向机构100下方的井口防喷器6，井口防喷器6顶部设置有旋转支撑机构101，井口旋转密封换向机构100底部固定连接有一节沿垂直方向设置的钻杆14，井口旋转密封换向机构100底部转动连接在旋转支撑机构101上，钻杆14伸入在旋转支撑机构101和井口防喷器6内部，钻杆14下端伸出井口防喷器6；井口旋转密封换向机构100的内部和钻杆14内部沿轴线方向设置有隔板17，隔板17将钻杆14及井口旋转密封换向机构100的内部分隔为钻井液输入通道19和钻井液输出通道18。
井口防喷器6包括支撑箱60，支撑箱60顶部和底部均上下对应开设有插孔，所述的钻杆14穿设在插孔内，支撑箱60在插孔内设置有与钻杆14外圆密封配合的第一密封圈，支撑箱60左侧和右侧分别设置有左液压驱动剪切机构和右液压驱动剪切机构，左液压驱动剪切机构和右液压驱动剪切机构的构造相同且左右对称设置；
左液压驱动剪切机构包括缸筒61、推杆62、活塞63和剪切闸板64，缸筒61沿左右方向水平设置，缸筒61右端与支撑箱60左侧固定连接并内部连通，推杆62自左向右穿过缸筒61左侧并沿缸筒61的轴向方向伸入到缸筒61内，缸筒61左侧设置有与推杆62外圆滑动密封配合的第二密封圈，活塞63滑动连接在缸筒61内，活塞63外圆设置有与缸筒61内壁滑动密封配合的第三密封圈，推杆62右端与活塞63左侧固定连接，剪切闸板64沿左右水平方向滑动连接在支撑箱60内，剪切闸板64的左侧与活塞63右侧之间通过一根连杆65连接，剪切闸板64的外周设置有与支撑箱60内壁滑动连接的第四密封圈，剪切闸板64的右侧固定连接有剪切头66。
旋转支撑机构101包括套在钻杆14外部的支撑筒67，支撑筒67的下端固定设置有连接法兰68，连接法兰68通过螺栓安装固定在支撑箱60顶部，支撑筒67上端同轴向固定设置有顶部敞口的环形支撑槽69，环形支撑槽69底部设置有两圈下支撑钢珠70，下支撑钢珠70顶部设置有支撑环板71，支撑环板71上表面设置有两圈上支撑钢珠72，上支撑钢珠72上部高于环形支撑槽69，井口旋转密封换向机构100底部与钻杆14上端固定连接且与上支撑钢珠72滚动连接。
井口旋转密封换向机构100包括方箱73和固定筒74，方箱73设置在固定筒74的内部，固定筒74内部沿圆周方向设置有内侧开口的环形导槽75，固定筒74的中心线与钻杆14的中心线重合，固定筒74的外圆周沿圆周方向均匀设置有四组均与环形导槽75连通的钻进液管道，每组钻进液管道均包括两根均沿固定筒74的径向方向设置的管道，其中两组相邻的钻进液管道为钻井液进液管76，另两组相邻的钻进液管道为钻进液出液管77，钻井液进液管76上设置有进液电磁阀78，钻进液出液管77上设置有出液电磁阀79，方箱73顶部设置有箱盖80，箱盖80底部与方箱73上端面之间设置有第五密封圈，方箱73的四个侧面上分别固定设置有一个旋转密封导向管组件102，方箱73内部的隔板17沿方箱73的对角线设置；四个旋转密封导向管组件102对应与四组钻进液管道对应连通；方箱73底部与钻杆14上端固定连接且与上支撑钢珠72滚动连接，方箱73底部设有开口并与钻杆14上端内部贯通。
四个旋转密封导向管组件102均包括旋转滑块81，旋转滑块81的内端通过安装螺栓固定连接在方箱73的侧面，旋转滑块81的外端部伸入到环形导槽75内，旋转滑块81外端部的上表面和下表面分别与环形导槽75的底部和顶部通过第六密封圈滑动密封连接，旋转滑块81的内部开设有沿固定筒74的径向方向设置的两条对应于每组钻进液管道连通的通液孔，通液孔为内粗外细的台阶孔结构，通液孔包括内粗孔82和外细孔83；内粗孔82内设置有内外压力差通断机构103。
相邻的两个内外压力差通断机构103包括通过第一螺钉固定连接在方箱73外侧的第一安装板84，第一安装板84和方箱73上开设有均与内粗孔82连通的第一通孔，第一安装板84的外侧固定设置有沿通孔圆周方向布置的四块均位于内粗孔82内部的第一定位板85，每块第一定位板85上均开设有一道第一导孔86，第一导孔86的长度方向平行于内粗孔82的中心线，外细孔83的内端口内滑动设置有第一柱塞87，第一柱塞87的外圆周设置有与外细孔83内壁滑动密封配合的第七密封圈，第一柱塞87的外圆固定连接有伸入到四个第一导孔86内的四个第一导块88，四个第一导块88与第一安装板84之间设置有位于四块第一定位板85之间的第一压缩弹簧89。
另外相邻的两个内外压力差通断机构103包括通过第二螺钉固定连接在内粗孔82底部的第二安装板90，第二安装板90上开设有与外细孔83连通的第三通孔，方箱73外侧上固定设置有与内粗孔82同轴向的导筒91，方箱73上开设有与导筒91内径相等且贯通的第四通孔，第二安装板90的内侧固定设置有沿第三通孔圆周方向布置的四块均位于内粗孔82内部的第二定位板92，每块第二定位板92上均开设有一道第二导孔93，第二导孔93的长度方向平行于内粗孔82的中心线，外细孔83的内端口内滑动设置有第二柱塞94，第二柱塞94的外圆周设置有与导筒91和第四通孔内壁滑动密封配合的第八密封圈，第二柱塞94的外圆固定连接有伸入到四个第二导孔93内的四个第二导块95，四个第二导块95与第二安装板90之间设置有位于四块第二定位板92之间的第二压缩弹簧96。
井口旋转密封换向机构100安装在井口防喷器6上，井口防喷器6固定安装在井口上。井口旋转密封换向机构100与井口防喷器6同轴心安装。井口防喷器6的缸筒61固定设置在地面的井口处，方箱73上端部与动力驱动机构传动连接。当需要紧急密封井口时，动力驱动机构停止转动，启动井口防喷器6，左液压驱动剪切机构的推杆62向右移动，右液压驱动剪切机构的推杆62向左移动，左侧的剪切头66和右侧的剪切头66对最上端的一节钻杆14进行挤压，隔板17为薄钢板，强度较小，因此不管隔板17所在的平面与推杆62的夹角多少，在液压驱动力的作用下，均可将最上端的一节钻杆14压扁，钻杆14内孔被封闭，从而封闭井口。
井口旋转密封换向机构100的固定筒74固定连接在井口，动力驱动机构下端夹持住方箱73旋转，方箱73带动钻杆14旋转。在方箱73旋转过程中，当两组相邻的钻进液进液管对应与相邻两个旋转滑块81内部的通液孔对应连通时，此时，另两组相邻的钻进液出液管77对应与相邻两个旋转滑块81内部的通液孔也对应连通，钻井液从钻井液进液管76流向方箱73内部，同时方箱73内的钻井液流到钻井液出液管77排出；此时钻井液进液管76的压力大于方箱73内隔板17一侧进液区98处的压力，此时钻井液会克服第一压缩弹簧89的弹力推动第一柱塞87，使第一柱塞87脱离外细孔83，从而使钻进液进液管、外细孔83、内粗孔82和方箱73内部的进液区98连通，钻进液进入到方箱73内并通过钻杆14内部隔板17一侧的钻井液输入通道19注入到最下端一节钻杆14连接的钻头钻进作业区域，钻进液再经过钻杆14内部隔板17另一侧的钻井液输出通道18向上进入到方箱73内隔板17另一侧的出液区97内，钻进液在方箱73内部出液区97的压力大于钻井液出液管77内部的压力，钻井液会克服第二压缩弹簧96的弹力推动第二柱塞94，使第二柱塞94脱离导筒91，从而使钻进液出液管77、外细孔83、内粗孔82和方箱73内部的出液区97连通，钻井液通过钻井液出液管77排出。图5中箭头指向为钻进液的流向。
由于方箱73的四个侧面均设置有一个四个旋转密封导向管组件102，以及固定筒74的外圆周沿圆周方向均匀设置有两组相邻的钻进液进液管和两组相邻的钻进液出液管77，当方箱73和钻杆14在进液和出液状态下再旋转90°时，仍然可以达到进液和出液。当方箱73和钻杆14旋转180°和270°时，此时钻井液进液管76与方箱73内部的出液区97对应，钻井液出液管77与方箱73内部的进液区98对应。此时钻井液进液管76内的压力大于出液区97内的压力，在压差的作用下，钻井液进液管76内的压力会向内推动第二柱塞94，第二柱塞94伸入到导筒91内密封钻井液进液管76与出液区97之间的通道，此时钻井液进液管76与出液区97之间的钻井液不能交流；同时在压差的作用下，进液区98内的压力大于钻井液出液管77内的压力，进液区98内钻进液的压力会向外推动第一柱塞87，第一柱塞87伸入到外细孔83内密封钻井液出液管77与进液区98之间的通道，此时钻井液出液管77与进液区98之间的钻井液不能交流。从而实现方箱73和钻杆14旋转180°自密封。如此旋转一周，进液和出液均同时连通两次，实现共同进液与排液同时进行，确保内部压力平衡。
钻井液进液管76上连接的进液电磁阀78和钻井液出液管77上设置的出液电磁阀79分别用于控制钻进液的进液和出液。方箱73和钻杆14内设置的隔板17将内部分隔为钻井液输入通道19和钻井液输出通道18，这样避免钻进液在出液时通过钻杆14与油井之间的环形腔渗入到地层内。
旋转滑块81在固定筒74内开设有环形导槽75内旋转，环形导槽75起到限定旋转滑块81在旋转过程中中心定位的作用。固定筒74可以采用两个半圆筒制成并通过抱箍固定连接，这样可便于旋转滑块81安装到环形导槽75内。
本实施例并非对本发明的形状、材料、结构、方向等作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。