专利名称：球阀式内外一体井下防喷器的制作方法
技术领域：
本发明属于石油行业，在钻井时用于发生井喷或井涌时关闭井眼，进而控制井喷
的球阀式内外一体井下防喷器。
背景技术：
防喷器是石油钻井过程中打开高压油气层，确保安全生产的重要设备。防喷器按 结构和工作原理分为闸板(全封、半封)、环形(万能)防喷器。在钻井过程中，防喷器的使 用大致可以分为以下两种如果在钻井过程中突然遇到高压油气层，可以用双闸板或万能 防喷器进行封井，防止井喷事故；而当钻具全部取出后，可以采用万能或者全封闸板防喷器 进行封井。单闸板和双闸板防喷器是一般钻井中最常用的一种。为了确保钻井安全，在深 井作业中常常把旋转、万能和双闸板防喷器组合在一起使用。闸板防喷器可关井压力高、安 全，但其中半封闸板只能对应一种钻杆尺寸，而万能防喷器可快速关井，对有无钻杆、钻杆 尺寸等都可进行封井，但其由于是胶芯封井故只能短时间、暂时性封井，能承受压力一般不 高， 一般是为关闭闸板防喷器争取时间，井喷事故还时有发生。因此，如何提高防喷器的可 靠性、机械化和自动化水平，解决防喷器的安全和提高钻井效率问题，成为了国内钻井工程 领域迫切需要解决的问题之一。
发明内容
本发明的目的在于提供球阀式内外一体井下防喷器，使用该防喷器，对提高国产 井控装置的自动化程度、减轻工人劳动强度、增强井控操作的安全性、可靠性、提高工作效 率等将起到重要作用。 为达到以上技术目的，本发明提供以下技术方案。 本发明主要由壳体、中心管、控制装置、机械传动装置、封隔体组成，并通过上下接
头与钻杆相连。其中壳体位于最外层，为控制装置和机械传动装置组成一个密闭空间，便于
其安装；中心管位于壳体的内部，除为内部钻井液的正常流动提供通道以外，还为控制装置
和机械传动装置等提供安装位置，封隔体外嵌于机械传动装置之下的壳体向内凹陷处。 控制装置由传感器、控制电路板、电机和电磁阀等组成，增压通道和泄压通道贯穿
壳体，上端与电磁阀相连，下端则与封隔体的内环空连通，为封隔体的增压和泄压提供通道。 机械传动装置主要由球阀、蜗轮、蜗杆等组成，控制装置的电机通过联轴器驱动蜗 轮蜗杆带动球阀旋转，进而实现内防喷。 封隔体主要由封隔体上接头、胶筒、加强筋、滑套、分瓣爪和锁块组成，封隔体上接 头上端与壳体连接，下端与胶筒相连，加强筋位于胶筒内部，有助于胶筒的收縮与膨胀，使 胶筒能够很好的与套管内壁相贴合，胶筒下端与滑套连接，且滑套下部设有分瓣爪和锁块。
在使用本发明时，先将脉冲信号通过泥浆传输给地面控制系统，由地面控制系统 传递信号给安装在井下的本发明的传感器进行解码，通过内部控制板驱动电机动作，通过
3联轴器带动蜗杆进行传动，从而对机械系统提供动力。 本发明的内防喷在座封时，通过蜗轮蜗杆传动，带动球阀旋转，当球阀旋转90° 时，截断钻井液内部通路，实现钻杆内部防喷；解封时是通过电机反向旋转，带动蜗轮蜗杆 传动，从而带动球阀反向旋转，当球阀反向旋转90。时，内部通道打开，实现内防喷解封。
本发明的外防喷在座封时，通过电机给信号打开电磁阀，钻井液通过增压通道进 入胶筒内，随着压力的增加，胶筒逐渐膨胀，直至与套管内壁紧密贴合在一起，随着胶筒的 向上移动，带动滑套向上移动，当运动到一定位置时，分瓣爪就会扣住滑套，禁止其向下移 动，实现外防喷；解封时打开泄压通道，通过上提管柱，锁块打开分瓣爪，滑套带动胶筒回 弹，钻井液排出外环空，实现解封。 与现有技术相比，本发明具有的有益效果是使用本发明，无论对于任何一种钻 杆尺寸或者井底内的任何一种井喷压力，只要在井底发生井喷时都可以起到迅速关井的作 用，且封井时间的长短都是通过人来对其进行控制，为压井争取到了宝贵的时间；本发明在 井喷控制以后，可以通过控制系统对其进行解封，然后可以继续进行钻进，并且在下次井喷 发生时，还可以继续使用；本发明的坐封和解封过程完全依靠电子控制来完成，具有自动化 水平高，便于操作等优点，弥补了现用防喷器的不足。
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为图1的A-A剖视图。
图3为控制装置放大图。
图4为机械传动装置放大图。
图5为封隔体放大图。
图中 l-壳体、2-回流通道、3-控制电路板、4-传感器、5-电磁阀、6-增压通道、7-球阀、 8-阀座、9-回压弹簧、10-中心管、ll-加强筋、12-滑套、13-分瓣爪、14-锁块、15-胶筒、 16_封隔体上接头、17-蜗轮、18-蜗杆、19-联轴器、20-电机、21-电磁阀、22-回流通道、 23-泄压通道。
具体实施例方式
本发明(图1)主要由壳体1、中心管10、控制装置、机械传动装置和封隔体组成， 并通过上下接头与钻杆相连。其中壳体1位于最外层，中心管io位于壳体内，所述控制装 置、机械传动装置均位于壳体和中心管之间，而封隔体外嵌于机械传动装置之下的壳体向 内凹陷处。 控制装置(图3)由传感器4、控制电路板3、电机20和电磁阀21 、5等组成，电磁 阀21与钻井液回流通道22、2相连，增压通道6和泄压通道23贯穿壳体，上端与电磁阀5相 连，下端则与封隔体的内环空连通，为封隔体的增压和泄压提供通道。通过控制电磁阀21、 5的开关，来控制钻井液回流通道和增压通道6、泄压通道23的开关(图2)。
机械传动装置(图4)主要由球阀7、阀座8、回压弹簧9、蜗轮17、蜗杆18等组成， 控制装置的电机20通过联轴器19依次与蜗杆18、蜗轮17相连，蜗轮与球阀相连，球阀的阀座位于壳体与中心管间，球阀位于中心管中，阀座下有回压弹簧9。通过控制装置中的电机 来驱动蜗轮蜗杆带动球阀旋转，进而实现内防喷的作用。 封隔体(图5)由封隔体上接头16、胶筒15、加强筋11、滑套12、分瓣爪13和锁块 14组成，封隔体上接头上端与壳体连接，下端与胶筒相连，加强筋镶嵌于胶筒内部，胶筒下 端与滑套12连接，且滑套下部设有分瓣爪和锁块。 本发明是通过控制系统带动球阀的开启，以及电磁阀的开关打开液压通道来控制 胶筒的膨胀与收縮，实现防喷器的座封与解封。
具体实施方式
如下 当地面监测到有井涌井喷趋势时，通过地面控制系统发出信号，井下防喷器内的 传感器4接受到信号以后，通过控制电路板3进行解码，然后给电机20发出指令来控制电 机转动，通过联轴器19来驱动蜗杆18转动，进而带动蜗轮17旋转，球阀7也跟着旋转，阀座 8随之向下移动，并在弹簧9的作用下与球阀始终保持一定的密封压力，当球阀7旋转90° 时，球阀7堵住钻井液通道，实现钻杆内部防喷。紧接着控制装置打开电磁阀5，使钻杆内 部的钻井液通过增压通道6进入胶筒15内环空部分，随着钻井液的持续打压，胶筒15内部 的钻井液压力不断增强，胶筒15不断向外膨胀，滑套12在胶筒15的带动下膨胀也逐渐向 上运动，当运动到一定程度时，分瓣爪13向外回弹，就会与滑套12下部的台阶扣在一起时， 禁止胶筒15向下运动，当胶筒15与套管内部紧紧贴合在一起时，再由控制装置关闭电磁阀 5，胶筒15内的压力不再变化，胶筒15停止移动，堵住钻井液外环空通道，实现钻杆外部防 喷。 随着钻井液的持续打压，钻柱内的压力持续增强，这时通过控制装置打开电磁阀 21，由于钻杆内部的钻井液压力高于钻杆外环空的压力，因此钻井液就会通过回流通道2、 22流向外环空，实现了内外防喷后的钻井液的正常往复循环。 当井上的测量装置检测到井底的井喷已经得到控制时，就会传递信号给传感器4， 再由传感器4传递给井下控制装置进行解码，从而驱动电机20通过联轴器19带动蜗杆18 反转，蜗轮17同时也跟着转动，从而驱动球阀7也跟着旋转，当球阀7旋转90°时，钻杆内 部通道连通，实现钻杆内防喷解封。与此同时，关闭回流通道的电磁阀21，从而钻井液通过 钻杆内通道向下流动；同时打开泄压通道的电磁阀5，胶筒内部的钻井液由于高于外部的 泥浆压力，就会通过泄压通道23流向外环空，胶筒15也随之收縮。在胶筒15收縮过程中 上提管柱，锁块14随之也向上移动，这样锁块将会强行让分瓣爪13从滑套12内的台阶上 脱离，胶筒15在加强筋11的作用下实现回弹。这样井底处的钻井液就会由外环空向上流 动，从而实现外防喷解封。
权利要求
球阀式内外一体井下防喷器，主要由壳体(1)、中心管(10)、控制装置、机械传动装置、封隔体组成，通过上下接头与钻杆相连，所述壳体(1)位于最外层，中心管(10)位于壳体内，所述控制装置、机械传动装置位于壳体和中心管之间，封隔体则外嵌于机械传动装置之下的壳体向内凹陷处，其特征在于，所述控制装置主要由传感器(4)、控制电路板(3)、电机(20)和电磁阀(21、5)组成，所述电磁阀(21)与钻井液回流通道(22、2)相连，增压通道(6)和泄压通道(23)贯穿壳体，上端与电磁阀(5)相连，下端则与封隔体的内环空连通；所述机械传动装置主要由球阀(7)、阀座(8)、蜗轮(17)、蜗杆(18)组成，控制装置的电机(20)通过联轴器(19)依次与蜗杆(18)、蜗轮(17)相连，蜗轮与球阀相连，球阀位于中心管中，其阀座位于壳体与中心管间；所述封隔体由封隔体上接头(16)、胶筒(15)、加强筋(11)、滑套(12)、分瓣爪(13)和锁块(14)组成，所述封隔体上接头上端与壳体连接，下端与胶筒相连，加强筋镶嵌于胶筒的内部，胶筒下端与滑套(12)连接，且滑套下部设有分瓣爪(13)和锁块(14)。
2. 如权利要求1所述的球阀式内外一体井下防喷器，其特征在于，所述机械传动装置 中，球阀的阀座位于壳体与中心管间，阀座下有回压弹簧(9)。
全文摘要
球阀式内外一体井下防喷器，主要由壳体、中心管、控制装置、机械传动装置、封隔体组成，通过上下接头与钻杆相连，壳体位于外层，中心管位于壳体中，控制装置有传感器、控制电路板、电机和电磁阀，增压通道和泄压通道贯穿壳体，上端与电磁阀相连，下端与封隔体的内环空连通；机械传动装置有球阀、蜗轮、蜗杆等，电机通过联轴器驱动蜗轮蜗杆带动球阀旋转，实现内防喷；封隔体由封隔体上接头、胶筒、加强筋等组成，封隔体上接头上端与壳体连接，下端与胶筒相连，加强筋镶嵌于胶筒内部，当胶筒膨胀时，有助于使胶筒与套管内壁相贴合，实现外防喷。使用本发明，对提高国产井控装置的自动化程度、减轻工人劳动强度、增强井控操作的安全性、可靠性、提高工作效率等将起到重要作用。
文档编号E21B34/00GK101718182SQ200910312469
公开日2010年6月2日 申请日期2009年12月29日 优先权日2009年12月29日
发明者付玉坤, 刘清友, 李红伟, 杜利, 王国荣 申请人:西南石油大学