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：
本实用新型属于石油行业，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。
技术背景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间板防喷器 进行封井。单间板和双间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、万能和双间板防喷器组合在一起使用。间板防喷器可关井压力高、安 全，但其中半封间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
实用新型内容
本实用新型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，本实用新型提供以下技术方案。本实用新型主要由壳体、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，有助于胶筒的收缩与膨胀，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。在使用本实用新型时，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实用新型的传感器进行解码，通过内部控制板驱动电机动 作，通过联轴器带动蜗杆进行传动，对机械系统提供动力。本实用新型的内防喷在座封时，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。本实用新型的外防喷在座封时，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，本实用新型具有的有益效果是使用本实用新型，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 实用新型在井喷控制以后，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；本实用新型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为本实用新型的整体结构示意图。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1-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、11-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。
具体实施方式
本实用新型(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(10)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
4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。本实用新型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缩，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。随着钻井液持续打压，钻柱内压力持续增强，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，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 缩。在胶筒(15)收缩过程中上提管柱，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)。
专利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。使用本实用新型，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E21B33/06GK201599007SQ20102003753
公开日2010年10月6日 申请日期2010年1月1日 优先权日2010年1月1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