专利名称：破裂盘控制式球型井下关井阀的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种石油勘探试油测试过程中，地层测试使用的井下关井装置，尤其是一种能在高温高压环境下可靠关井，不需在装置中充注高压氮气，并能进行测试与射孔、酸化、压裂联作的破裂盘控制式球型井下关井阀，适用于油气井地层测试。
背景技术：
在油气井地层测试中，目前有三种类型的井下关井阀可供选择，其操作方式分别是旋转测试管柱操作、上提下放测试管柱操作、套管环空压力操作。旋转测试管柱操作和上提下放测试管柱操作的井下关井阀一般用于常规井的地层测试。
在套管环空压力操作的井下关井阀中，从结构上看都有一个蓄能装置，一般用压缩气体蓄能(主要是氮气)。当用环空加压的能量打开关井阀的同时，在蓄能装置中积蓄能量，环空泄压后，释放蓄能装置中的能量作为关井阀关闭的动力。这类工具下井前需在工具中充注高压氮气。它在实际高温高压深井地层测试中暴露出的主要问题是由于井较深，地层压力系数高，相应的压井液比重大、粘度高，压井液的非牛顿流体特征明显，其传压性能较差，环空所施加的操作压力在沿途损失很大，使氮气蓄能效果变小；若提高操作压力，又可能影响其他也靠环空打压操作的工具，并降低了井口套管的安全性；并且不够纯净的氮气在高压下会发生爆炸。
发明内容
为了克服现有井下关井装置在高温高压深井地层测试中性能不可靠，高压氮气存在爆炸危险的问题，本实用新型提供了一种破裂盘控制式球型井下关井阀，能在高温高压环境下可靠关井，不需在装置中充注高压氮气。并能进行测试与射孔、酸化、压裂的联作。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是由球形阀部分通过操作臂与球形阀操作机构部分相连接，球形阀操作机构部分通过剪切芯轴和动力机构部分连接而构成。
球形阀部分的结构为由上接头、球座护套、球笼通过螺纹连为一体，并夹持固定球形阀体，球座护套通过花键和台肩与球阀外筒连接，根据密封要求设计安装有碟型弹簧，上接头密封圈、球阀外筒密封圈、球座护套密封圈，以及上接头支承环、球阀外筒支承环、剪切芯轴支承环，操作臂上的球形凸销插在球形阀体上的操作孔中。球形阀操作机构的结构为操作臂与操作连接短节相互钩连，操作连接短节与弹性爪通过螺纹连接在一起。动力机构由破裂盘外筒、减震垫、剪切芯轴、破裂盘、剪销、下接头顺序连接而组成，根据密封要求设计安装有球阀外筒密封圈、破裂盘外筒密封圈、剪切芯轴密封圈、下接头密封圈，以及球阀外筒支承环、剪切芯轴支承环、破裂盘外筒支承环、剪切芯轴支承环、下接头支承环。破裂盘外筒与剪切芯轴之间在组装后形成一个空腔，其压力基本保持与组装时的大气压相同，成为常压腔。剪切芯轴与球形阀操作机构中的弹性爪啮合在一起。当环空加压打破破裂盘时，环空压力作用到剪切芯轴中部的台肩上，台肩另一侧是常压腔，因而在台肩两侧产生很大压差，这个压差对剪切芯轴产生向上的推力，推力超过剪销的剪切强度后，剪断剪销向上运动，通过弹性爪推动操作连接短节和操作臂向上运动，操作臂拨动球形阀体转动到关闭位置。球形阀体转动到关闭位置后，弹性爪将移动到破裂盘外筒上端大内径处，弹性爪的开口端可涨大，与剪切芯轴不再啮合，剪切芯轴继续上行，不能再推动球形阀操作机构，最后剪切芯轴撞在减震垫上，停止运动，完成整个井下关井动作。
工具上可根据需要，选装不同破裂压力的破裂盘。采用球形阀控制工具的开关状态，操作臂上的球形凸销插在球形阀体上的操作孔中，操作臂向上运动可以拨动球形阀体转动到关闭位置。操作臂与操作连接短节相互钩连，操作连接短节又与弹性爪联结在一起。一个装有破裂盘的外筒和一个剪切芯轴之间在组装后形成一个空腔，其内压力与组装时的大气压基本相同，成为常压腔。剪切芯轴与弹性爪啮合在一起。当工具在井下，从套管环空加压打破破裂盘时，环空压力作用到剪切芯轴中部的台肩上，台肩另一侧是常压腔，因而在台肩两侧产生很大压差，这个压差对剪切芯轴产生向上的推力，剪切芯轴向上运动时带动弹性爪、操作连接短节和操作臂上运动，拨动球形阀体转动到关闭位置。球形阀体转动到关闭位置后，弹性爪移动到破裂盘外筒上端大内径处，弹性爪的开口端可涨大，与剪切芯轴不再啮合，剪切芯轴继续上行，也不能再推动球形阀操作机构，保护球形阀和球形阀操作机构不受损(因剪切芯轴向上的推力很大)，最后剪切芯轴撞在一个减震垫上，减震垫的缓冲作用可降低工具的震动(因剪切芯轴运动速度很快)，在减震垫的缓冲作用下剪切芯轴逐渐减速停止运动，完成整个井下关井动作。
本实用新型的有益效果改变了装置中充注高压氮气结构，安全、可靠，施工中能在高温高压环境下反复使用，关闭可靠，不需在装置中充注高压氮气，并能进行测试与射孔、酸化、压裂的联作。
以下结合附图
和实施例对本实用新型进一步说明。
附图为本实用新型的结构原理图。
图中1.破裂盘外筒，2.剪切芯轴，3.减震垫，4.弹性爪，5.下接头，6.剪销，7.操作连接短节，8.球笼，9.碟型弹簧，10.球形阀体，11.球座护套，12.操作臂，13.球阀外筒，14.上接头，15.支承环，16.上接头密封圈，17.球阀外筒支承环，18.球阀外筒密封圈，19.球座护套密封圈，20.剪切芯轴支承环，21.破裂盘外筒支承环，22.破裂盘外筒密封圈，23.剪切芯轴支承环，24.剪切芯轴密封圈，25.下接头支承环，26.下接头密封圈，27.破裂盘。
具体实施方式
本实用新型由球形阀部分通过操作臂(12)与球形阀操作机构相连接，球形阀操作机构部分通过剪切芯轴(2)和动力机构连接而构成。
球形阀部分的结构为由上接头(14)、球座护套(11)、球笼(8)通过螺纹连为一体，并夹持固定球形阀体(10)，球座护套(11)通过花键和台肩与球阀外筒(13)连接，球笼(8)与操作臂(12)之间设计安装有碟型弹簧(9)，根据密封要求设计，相互连接密封处安装有上接头密封圈(16)、球阀外筒密封圈(18)、球座护套密封圈(19)，以及上接头支承环(15)、球阀外筒支承环(17)、剪切芯轴支承环(20)，操作臂(12)上的球形凸销插在球形阀体(10)上的操作孔中。球形阀操作机构部分的结构为操作臂(12)与操作连接短节(7)相互钩连，操作连接短节(7)与弹性爪(4)通过螺纹连接在一起。动力机构由破裂盘外筒(1)、减震垫(3)、剪切芯轴(2)、破裂盘(27)、剪销(6)、下接头(5)顺序连接而组成，根据密封要求设计，相互连接密封处安装有球阀外筒密封圈(18)、破裂盘外筒密封圈(22)、剪切芯轴密封圈(24)、下接头密封圈(26)，以及球阀外筒支承环(17)、剪切芯轴支承环(20)、破裂盘外筒支承环(21)、剪切芯轴支承环(23)、下接头支承环(25)。破裂盘外筒与剪切芯轴之间在组装后形成一个空腔，其压力基本保持与组装时的大气压相同，成为常压腔。剪切芯轴(2)与球形阀操作机构中的弹性爪啮合在一起。当环空加压打破破裂盘(27)时，环空压力作用到剪切芯轴(2)中部的台肩上，台肩另一侧是常压腔，因而在台肩两侧产生很大压差，这个压差对剪切芯轴产生向上的推力，推力超过剪销(6)的剪切强度后，剪断剪销(6)向上运动，通过弹性爪(4)推动操作连接短节(7)和操作臂(12)向上运动，操作臂(12)拨动球形阀体(10)转动到关闭位置。球形阀体(10)转动到关闭位置后，弹性爪(4)将移动到破裂盘外筒(1)上端大内径处，弹性爪(4)的开口端可涨大，与剪切芯轴(2)不再啮合，剪切芯轴(2)继续上行，不能再推动球形阀操作机构，最后剪切芯轴(2)撞在减震垫(3)上，停止运动，完成整个井下关井动作。
工具上可根据需要，选装不同破裂压力的破裂盘。
权利要求1.一种用于油井测试的破裂盘控制式球型井下关井阀，其特征是球形阀部分通过操作臂与球形阀操作机构部分相连接，球形阀操作机构部分通过剪切芯轴和动力机构顺序连接而构成。
2.根据权利要求1所述的破裂盘控制式球型井下关井阀，其特征是球阀部分由上接头、球座护套、球笼通过螺纹连为一体，并夹持固定球形阀体，球座护套通过花键和台肩与球阀外筒连接，根据密封要求设计安装有碟型弹簧，上接头密封圈、球阀外筒密封圈、球座护套密封圈，以及上接头支承环、球阀外筒支承环、剪切芯轴支承环，球形阀体上的操作孔与操作臂上的球形凸销相连接而构成，球形阀体位于工具最上部，球阀操作机构在下部，且球形阀体的上下球座均垫有碟形弹簧。
3.根据权利要求1或2所述的破裂盘控制式球型井下关井阀，其特征是球形阀操作机构由操作臂与操作连接短节相互钩连，操作连接短节与弹性爪通过螺纹连接在一起而构成。
4.根据权利要求1或2所述的破裂盘控制式球型井下关井阀，其特征是动力机构由破裂盘外筒、减震垫、剪切芯轴、破裂盘、剪销、下接头顺序连接，剪切芯轴与球形阀操作机构中的弹性爪啮合在一起而构成。
5.根据权利要求3所述的破裂盘控制式球型井下关井阀，其特征是动力机构由破裂盘外筒、减震垫、剪切芯轴、破裂盘、剪销、下接头顺序连接，剪切芯轴与球形阀操作机构中的弹性爪啮合在一起而构成。
6.根据权利要求1所述的破裂盘控制式球型井下关井阀，其特征是球形阀部分通过操作臂与球形阀操作机构相连接，球形阀操作机构部分通过剪切芯轴和动力机构连接的密封处设计安装有密封圈和支承环。
专利摘要本实用新型公开了一种用于高温高压油气井地层测试的破裂盘控制式球型井下关井阀，主要由球形阀部分通过操作臂与球形阀操作机构相连接，球形阀操作机构通过剪切芯轴和动力机构顺序连接而构成。通过驱动操作机构转动球形阀体到关闭位置来实现关井。结构简单，操作方便，实现了操作压力不随井深和井温变化的全通径的井下关井阀。适用于石油勘探试油测试领域的套管井地层测试，特别是在高温高压深井中进行地层测试，并能进行测试与射孔、酸化、压裂的联作。
文档编号E21B34/00GK2851574SQ20052009702
公开日2006年12月27日 申请日期2005年7月1日 优先权日2005年7月1日
发明者魏大农, 张国锋, 袁发勇 申请人:中国石油化工集团公司