一种钻杆短接旁通阀的制作方法
【专利摘要】一种钻杆短接旁通阀，属于石油行业钻井装备与工具【技术领域】。旁通阀安装在钻杆短接体的侧壁旁通孔上，旁通阀由阀座、阀板、阀堵、销轴、扭簧、泄压螺钉、防松螺钉和骑缝螺钉组成，亦可用挡块和锁紧螺钉取代防松螺钉和骑缝螺钉；阀座与侧壁旁通孔采用螺纹副a连接，并利用骑缝螺钉或挡块固定，阀座与旁通孔之间安装有密封圈；阀座和阀板通过销轴、扭簧连接，阀板能够绕销轴旋转，阀板和阀座之间通过固化有一层非金属材质的球形金属密封面密封；阀座的阀口轴心线与阀座轴心线偏离；阀堵用于封堵阀座的阀口，与阀座采用螺纹副b连接，并利用双密封圈密封；泄压螺钉用于封堵或导通阀堵上的泄压通道；防松螺钉或挡块用于防止阀堵松脱。
【专利说明】一种钻杆短接旁通阀
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种钻杆短接旁通阀，属于石油行业钻井装备与工具【技术领域】。【背景技术】
[0002]常规钻井在接单根或立柱时，必须先停泵终止钻井流体循环，然后进行接单根或立柱作业，接完单根或立柱后，再开泵重启循环，因此在接单根或立柱时井底不可避免地会产生压力波动和岩屑沉降。常规钻井使用的接单根或立柱方法，在窄密度窗口、高温高压等复杂地层以及大位移/水平井、欠平衡井等特殊工艺井中极易引起井涌、井漏、气侵、井壁坍塌和卡钻等事故，严重影响钻井安全，成为制约我国油气勘探开发向深部、复杂地层以及深水方向发展的壁垒。
[0003]保持钻井流体的连续循环是解决上述问题的一种有效手段，方法之一就是预先在每个单根或立柱上端安装一个特殊的钻杆短接，在该短接的内部中心通孔和侧向旁通孔上各安装一个阀门，通过两个阀门的交替开关，实现钻井流体的转向控制，使钻井流体既可从中心通道流入钻柱，也可从旁通通道流入钻柱，因此使用该钻杆短接可以在不中断钻井流体循环的条件下完成接单根或立柱作业，继而在整个钻井期间实现稳定的当量循环密度和不间断的钻屑排出。
[0004]专利1CN200880008565.7描述了一种用于截断和转向液体循环流的设备，其中的管道形短本体安装有径向阀A和轴向阀B，通过压力自动控制两个阀的启闭，继而在管道形短本体内实现循环流的转向切换。专利2CN201110130139.4描述了一种石油钻井用连续循环短接及其连续循环泥浆方法，连续循环短接包括短接本体、自动中心闸阀和侧向常闭单流阀，其结构原理与专利I中所述管道形短本体、轴向阀B和径向阀A相同。专利3US20120018229描述了一种钻杆，该钻杆具有管状主体、主孔和侧孔，主孔贯穿管状主体，侧孔位于主体外表面，主孔设置有球阀，侧孔设置有单流阀，在进行钻杆上、卸扣作业时，手动关闭球阀，侧孔单流阀在压力作用下自动开启，实现连续循环泥浆；正常钻井时，手动开启球阀，侧孔单流阀在压力作用下自动关闭。
[0005]上述专利所描述的短接均能在接单根或立柱时实现钻井流体连续循环，其中专利I所述径向阀A、专利2所述侧向常闭单流阀以及专利3所述侧孔单流阀可统称为旁通阀，安装在短接体的侧向旁通孔上，用于控制短接体侧向旁通通道的通断，而专利I所述轴向阀B、专利2所述自动中心闸阀以及专利3所述球阀可统称为中心阀，安装在短接体内部中心通孔上，且位于旁通阀的上端，用于控制短接体中心通道的通断。上述专利描述的旁通阀存在以下缺点:1、专利I和2中所述旁通阀为旋启式单向阀，其阀座与阀板之间采用销轴连接，为确保销轴连接强度，销轴直径及其销轴座壁厚必须满足一定尺寸要求，由于阀座与阀口采用同轴设置，在阀口通径不变的条件下，只能通过增大阀座直径使销轴座壁厚满足设计要求。而专利3中所述旁通阀为升降式单向阀，由于其结构所限，为了确保阀口通流能力，阀口直径需比旋启式单向阀大，因此同样造成阀座直径增大。另外，上述专利所述旁通阀，其阀座与侧壁孔之间均采用端面密封，为满足密封槽尺寸要求，亦必须增大阀座直径。但随着阀座直径增加，旁通孔的尺寸亦相应增大，这样将导致短接体强度减弱，同时阀座与旁通孔之间的有效螺纹连接长度也会减小，影响旁通阀与旁通孔的连接强度。2、专利2中描述了一种用于旁通阀的泄压阀，在打开旁通阀的阀堵之前，利用该泄压阀将阀堵与阀板之间容腔内可能残存的高压流体排出，确保操作安全性，但专利2未详细说明泄压阀结构及使用方法。专利I和3中所述旁通阀未设置必要的安全卸压装置。3、专利1、2和3中所述旁通阀，其用于封闭阀口的阀堵均未设置防松装置，在井下振动环境下，容易造成阀堵松动甚至脱落，存在安全隐患。
【发明内容】
[0006]为了克服现有技术的不足，本实用新型提供一种钻杆短接旁通阀，有效解决了旁通阀的卸压和防松问题，提高了旁通阀的连接强度及钻杆短接体的承载能力，同时增强了旁通阀对高低压和不同钻井流体的密封性能。
[0007]—种钻杆短接旁通阀，旁通阀安装在钻杆短接体的侧壁旁通孔上，旁通阀由阀座、阀板、阀堵、销轴、扭簧、泄压螺钉、防松螺钉和骑缝螺钉组成；阀座与钻杆短接的侧壁旁通孔采用螺纹副a连接，并利用骑缝螺钉固定，阀座与旁通孔之间安装有密封圈；阀座和阀板通过销轴、扭簧连接，阀板能够绕销轴旋转，阀板和阀座之间通过球形金属密封面密封，在金属密封面上固化有一层非金属密封材质；阀座的阀口采用偏心结构，即阀口轴心线与阀座轴心线偏离；阀板上加工有与钻杆短接体的中心通孔壁面匹配的圆柱壁面，阀板关闭时，圆柱壁面沿钻杆短接轴向方向的投影轮廓直径等于或大于中心通孔壁面的投影轮廓直径；阀堵与阀座采用螺纹副b连接，阀堵与阀座之间安装有双密封圈；
[0008]阀堵设置有扳手插孔和泄压通道，泄压通道入口与阀堵和阀板之间的密封腔连通，泄压通道出口设置在扳手插孔内，并正对插孔内壁；泄压通道设置有两个直角弯道，且泄压通道的通流直径从泄压通道入口到泄压通道出口逐级增大；
[0009]泄压螺钉安装在阀堵的螺纹孔b内，泄压螺钉压住位于泄压通道入口处的密封垫，螺纹孔b设置有限位挡圈；
[0010]防松螺钉安装在阀座的螺纹孔a内，防松螺钉由防松螺钉本体和压头组成，防松螺钉的压头斜向压住阀堵外螺纹，压头与防松螺钉本体之间采用左旋螺纹副或粘胶连接固定;
[0011]旁通阀亦可由阀座、阀板、阀堵、销轴、扭簧、泄压螺钉、挡块和锁紧螺钉组成。
[0012]挡块安装在钻杆短接体的燕尾槽a内，挡块上设置有滑槽，滑槽两端加工有沉孔a和沉孔b，挡块配置有锁紧螺钉，锁紧螺钉穿过挡块上的滑槽拧入位于燕尾槽a内的螺纹孔c中，挡块能够燕尾槽a内滑动，挡块通过沉孔a和沉孔b限位，当沉孔a或沉孔b滑至锁紧螺钉位置时，拧紧锁紧螺钉即可固定挡块；阀座有燕尾槽b，阀堵有燕尾槽C，当阀座和阀堵旋紧时，燕尾槽b和燕尾槽c与钻杆短接体上的燕尾槽a相连通；挡块中的沉孔a滑至锁紧螺钉位置时，挡块前端同时插入阀座的燕尾槽b和阀堵的燕尾槽c内；挡块中的沉孔b滑至锁紧螺钉位置时，挡块前端退出燕尾槽c但仍插入到燕尾槽b内。
[0013]挡块亦可设置阶梯通孔a和阶梯通孔b，同时在燕尾槽a的底面有沉孔C，沉孔c底面有螺纹孔C，沉孔C内放置弹簧，锁紧螺钉拧入螺纹孔C内并压缩弹簧；挡块能够在燕尾槽a内滑动，当挡块阶梯通孔a滑至锁紧螺钉位置时，挡块前端同时插入阀座的燕尾槽b和阀堵的燕尾槽C内，当挡块阶梯通孔b滑至锁紧螺钉位置时，挡块前端退出燕尾槽C但仍插入到燕尾槽b内；锁紧螺钉向上旋进压紧阶梯通孔的台肩面，挡块被锁紧固定。
[0014]本实用新型的优点是通过设置紧固、防松和泄压装置，有效解决了阀座固定、阀堵防松及阀堵安全拆卸等问题，同时利用偏心阀口和径向密封结构，减小旁通阀与旁通孔的安装直径，增强了旁通阀与旁通孔的连接强度及钻杆短接体的承载能力，另外通过设计金属-非金属复合密封结构，有效提高了旁通阀对高低压和不同钻井流体的密封效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本实用新型以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本实用新型的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定，如图其中:
[0016]图1为钻杆短接结构剖视图。
[0017]图2为旁通阀结构剖视图
[0018]图3为图2的A-A向剖视图。
[0019]图4为阀座与阀板结构剖视图。
[0020]图5为阀堵结构剖视图。
[0021]图6为防松螺钉结构剖视图。
[0022]图7为挡块结构方案I分解图。
[0023]图8为挡块结构方案I剖视图。
[0024]图9为挡块结构方案II剖视图。
[0025]图10为旁通循环原理图。
[0026]下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
【具体实施方式】
[0027]显然，本领域技术人员基于本实用新型的宗旨所做的许多修改和变化属于本实用新型的保护范围。
[0028]实施例1:如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10所示，
[0029]参考图1，旁通阀I安装在钻杆短接体2的侧壁旁通孔3上，钻杆短接体2的中心通孔4安装有旋塞阀5。
[0030]参考图2、图3和图4，所述旁通阀I由阀座6、阀板7、扭簧8、销轴9、阀堵10、泄压螺钉11、骑缝螺钉13和防松螺钉18组成。所述阀座6与旁通孔3采用螺纹副al2连接，并利用骑缝螺钉13固定，阀座6与旁通孔3之间通过密封圈14实现径向密封；阀座6和阀板7通过销轴9和扭簧8连接，阀板7可绕销轴9旋转，在扭簧8作用下自动与阀座6闭合，阀座6和阀板7之间米用球形金属密封面25实现硬密封，同时在金属密封面25上固化一层非金属密封件26,如橡胶、聚四氟乙烯等,形成金属-非金属复合密封,使阀座6与阀板7之间的密封满足高低压及气液等不同循环介质的密封要求；阀座6的阀口 27采用偏心设计，即阀口轴心线21与阀座轴心线20偏离，使销轴耳座22能够在阀口 27通径较大且不增加阀座6直径的条件下具有足够的壁厚和强度，与同心结构相比，在具有相同阀口 27通径的条件下，偏心结构可减小阀座6直径，因此使阀座6与旁通孔3之间的螺纹副al2具有足够的连接长度和强度，同时由于旁通孔3直径减小，也增强了钻杆短接体2的承载能力。所述阀堵10与阀座6采用螺纹副bl5连接，在不使用旁通阀I时用阀堵10封堵阀座6的阀口27，阀堵10与阀座6之间通过双密封圈16实现径向密封。
[0031]参考图3，阀板7上加工有与中心通孔壁面24匹配的圆柱壁面23，当阀板7关闭时，沿钻杆短接体2的轴向方向投影，圆柱壁面23的投影轮廓直径应等于或大于中心通孔壁面24的投影轮廓直径，确保阀板7的圆柱壁面23不影响钻杆短接体2中心通孔4的通
流直径。
[0032]参考图2和图5，所述阀堵10上设置有扳手插孔29和泄压通道35，泄压通道入口 33与阀堵10和阀板7之间的密封腔17连通，泄压通道出口 31设置在扳手插孔29内，并正对插孔内壁28，高压流体直接冲击插孔内壁28，泄压通道35设置有两个直角弯道，且泄压通道35的通流直径从泄压通道入口 33到泄压通道出口 31逐级增大，直角弯道和通径逐级增大的结构有利于降低高压流体的冲击作用。所述泄压螺钉11安装在阀堵的螺纹孔b32内，泄压螺钉11压住位于泄压通道入口 33处的密封垫34，用于导通或封堵泄压通道入口 33，螺纹孔b32可采用施必牢螺纹结构，使泄压螺钉11能够在井下振动环境下仍能有效压紧密封垫34并封堵泄压通道入口 33。另外，螺纹孔b32内设置有限位挡圈30，即可限定泄压螺钉11的最大松扣行程，也可避免泄压螺钉11意外蹦出伤人。
[0033]参考图3、图5和图6，防松螺钉18安装在阀座6的螺纹孔al9内，防松螺钉18由防松螺钉本体37和压头39组成，当拧紧防松螺钉18时，防松螺钉18的压头39紧紧压住阀堵外螺纹36，形成预压力，能够在振动环境下防止阀堵10与阀座6松脱。螺纹孔al9可采用抗振性能良好的施必牢螺纹结构，提高防松螺钉18防松性能，压头39可采用比阀堵外螺纹36软的材质，如尼龙或聚四氟乙烯等，防止压头39压坏阀堵外螺纹36，压头39与防松螺钉本体37之间可采用左旋螺纹副38或粘胶连接固定。
[0034]参考图7和图8，所述旁通阀I可用挡块42代替骑缝螺钉13和防松螺钉18，起到固定阀座6和防止阀堵10松脱的作用。所述挡块42安装在钻杆短接体2的燕尾槽a40内，挡块42上设置有滑槽44，滑槽44两端加工有沉孔a43和沉孔b45，挡块42配置有锁紧螺钉46，锁紧螺钉46穿过挡块42上的滑槽44拧入位于燕尾槽a40内的螺纹孔c41中，螺纹孔c41可采用施必牢螺纹结构，提高锁紧螺钉46的抗振性能，当锁紧螺钉46拧松后，挡块42可在燕尾槽a40内滑动，并通过沉孔a43和沉孔b45限位，当沉孔a43或沉孔b45滑至锁紧螺钉46位置时，拧紧锁紧螺钉46即可固定挡块42。所述阀座6加工有燕尾槽b47，阀堵10加工有燕尾槽c48，当阀座6和阀堵10旋紧时，燕尾槽b47和燕尾槽c48与钻杆短接体2上的燕尾槽a40相连通。当挡块42向旁通孔3方向滑动，使沉孔a43滑至锁紧螺钉46位置时，挡块前端49同时插入阀座6的燕尾槽b47和阀堵10的燕尾槽c48内，此时挡块42起到固定阀座6和防止阀堵10松脱的作用，当挡块42向背离旁通孔3方向滑动，使沉孔b45滑至锁紧螺钉46位置时，挡块前端49退出燕尾槽c48但仍插入到燕尾槽b47内，此时挡块42仅起到固定阀座6作用，而阀堵10可自由旋转。
[0035]参考图9，所述挡块42亦可加工阶梯通孔a51和阶梯通孔b53，取代滑槽44、沉孔a43和沉孔b45，同时在燕尾槽a40的底面加工沉孔c57，沉孔c57底面加工螺钉孔c41，沉孔c57内放置弹簧58，锁紧螺钉46拧入螺纹孔c41内并压缩弹簧58。当锁紧螺钉46的上端面低于燕尾槽a40的底面时，挡块42可在燕尾槽a40内滑动，当挡块42滑至阶梯通孔a51或阶梯通孔b52与沉孔c57同心位置时，锁紧螺钉46向上旋进直至锁紧螺钉46的上端面压紧阶梯通孔a51的台肩面a52或阶梯通孔b53的台肩面b54，挡块42被锁紧固定。当挡块前端49与阀堵10上的燕尾槽c48的限位台肩a55碰触时，阶梯通孔a51与沉孔c57同心，挡块前端49同时插入阀座6的燕尾槽b47和阀堵10的燕尾槽c48内；当挡块后端50与钻杆短接体2上的燕尾槽a40的限位台肩b56碰触时，阶梯通孔b53与沉孔c57同心，挡块前端49退出燕尾槽c48但仍插入到燕尾槽b47内。
[0036]阀堵10的装卸方法如下:卸开阀堵10前，先拧松泄压螺钉11，松开密封垫34，使泄压通道入口 33与泄压通道35导通，将阀堵10与阀板7之间密封腔17内可能积存的高压流体释放，若无流体溢出，则拧松防松螺钉18，或拧松锁紧螺钉46并使挡块前端49退出阀堵10的燕尾槽c48，然后将扳手插入扳手插孔29内卸下阀堵10 ;安装阀堵10时，先将扳手插入扳手插孔29内旋紧阀堵10，然后拧紧泄压螺钉11压实密封垫34，封堵泄压通道入口 33，防止下井后外部高压流体通过泄压通道入口 33流进密封腔17，最后拧紧防松螺钉18，或使挡块前端49插入阀堵10的燕尾槽c48内并拧紧锁紧螺钉46。
[0037]参考图10，卸下阀堵10后，将连接接头59 —端旋入旁通阀1，另一端通过由壬60与高压管线61连接。当钻井流体充入高压管线61内时，旁通阀I在压力作用下自动开启，手动关闭旋塞阀5，可使钻井流体从中心通孔循环63状态转变为旁通循环62状态；手动开启旋塞阀5，并将高压管线61内的钻井流体排空，旁通阀I在压力作用下自动关闭，钻井流体从旁通循环62状态恢复至中心通孔循环63状态。
[0038]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
[0039]如上所述，对本实用新型的实施例进行了详细地说明，但是只要实质上没有脱离本实用新型的发明点及效果可以有很多的变形，这对本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，这样的变形例也全部包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种钻杆短接旁通阀，其特征在于:旁通阀安装在钻杆短接体的侧壁旁通孔上，旁通阀由阀座、阀板、阀堵、销轴、扭簧、泄压螺钉、防松螺钉和骑缝螺钉组成；阀座与钻杆短接的侧壁旁通孔采用螺纹副a连接，并利用骑缝螺钉固定，阀座与旁通孔之间安装有密封圈；阀座和阀板通过销轴、扭簧连接，阀板能够绕销轴旋转，阀板和阀座之间通过球形金属密封面密封，在金属密封面上固化有一层非金属密封材质；阀座的阀口采用偏心结构，即阀口轴心线与阀座轴心线偏离；阀板上加工有与钻杆短接体的中心通孔壁面匹配的圆柱壁面，阀板关闭时，圆柱壁面沿钻杆短接轴向方向的投影轮廓直径等于或大于中心通孔壁面的投影轮廓直径；阀堵与阀座采用螺纹副b连接，阀堵与阀座之间安装有双密封圈； 阀堵设置有扳手插孔和泄压通道，泄压通道入口与阀堵和阀板之间的密封腔连通，泄压通道出口设置在扳手插孔内，并正对插孔内壁；泄压通道设置有两个直角弯道，且泄压通道的通流直径从泄压通道入口到泄压通道出口逐级增大； 泄压螺钉安装在阀堵的螺纹孔b内，泄压螺钉压住位于泄压通道入口处的密封垫，螺纹孔b设置有限位挡圈； 防松螺钉安装在阀座的螺纹孔a内，防松螺钉由防松螺钉本体和压头组成，防松螺钉的压头斜向压住阀堵外螺纹，压头与防松螺钉本体之间采用左旋螺纹副或粘胶连接固定；旁通阀亦可由阀座、阀板、阀堵、销轴、扭簧、泄压螺钉、挡块和锁紧螺钉组成。
2.根据权利要求1的一种钻杆短接旁通阀，其特征在于挡块安装在钻杆短接体的燕尾槽a内，挡块上设置有滑槽，滑槽两端加工有沉孔a和沉孔b，挡块配置有锁紧螺钉，锁紧螺钉穿过挡块上的滑槽拧入位于燕尾槽a内的螺纹孔c中，挡块能够燕尾槽a内滑动，挡块通过沉孔a和沉孔b限位，当沉孔a或沉孔b滑至锁紧螺钉位置时，拧紧锁紧螺钉即可固定挡块；阀座有燕尾槽b，阀堵有燕尾槽C，当阀座和阀堵旋紧时，燕尾槽b和燕尾槽c与钻杆短接体上的燕尾槽a相连通；挡块中的沉孔a滑至锁紧螺钉位置时，挡块前端同时插入阀座的燕尾槽b和阀堵的燕尾槽c内；挡块中的沉孔b滑至锁紧螺钉位置时，挡块前端退出燕尾槽c但仍插入到燕尾槽b内。
3.根据权利要求1的一种钻杆短接旁通阀，其特征在于挡块亦可设置阶梯通孔a和阶梯通孔b，同时在燕尾槽a的底面有沉孔C，沉孔c底面有螺纹孔C，沉孔c内放置弹簧，锁紧螺钉拧入螺纹孔c内并压缩弹簧；挡块能够在燕尾槽a内滑动，当挡块阶梯通孔a滑至锁紧螺钉位置时，挡块前端同时插入阀座的燕尾槽b和阀堵的燕尾槽c内，当挡块阶梯通孔b滑至锁紧螺钉位置时，挡块前端退出燕尾槽c但仍插入到燕尾槽b内；锁紧螺钉向上旋进压紧阶梯通孔的台肩面，挡块被锁紧固定。
【文档编号】E21B34/06GK203515471SQ201320567645
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年9月13日 优先权日:2013年9月13日
【发明者】胡志坚, 任荣权, 张亚昌, 肖建秋, 补声军, 邵强, 沈赤卫 申请人:中国石油天然气集团公司, 中国石油集团钻井工程技术研究院, 贵州高峰石油机械股份有限公司