一种投球式旁通开关工具的制作方法

本实用新型涉及石油天然气井筒工程完井工具技术领域，具体涉及一种投球式旁通开关工具。

背景技术：

随着非常规油气田、海油陆采油气田的开发，大位移井、长水平段水平井等复杂结构井越来越多，当井深/垂深≥2时，下套管摩擦阻力就可能超过位于直井段内的管柱重量，造成套管下入困难，针对此类高摩阻井眼，如何将套管顺利下入到预定位置，人们研究开发了多种技术和方法，对于在套管柱中串接辅助下套管工具或辅助固井工具一类的技术和方法中，会出现这样一种情况：在套管柱下入到预定位置后，在建立循环清理井壁的时段内，需要关闭上述辅助工具的功能，在固井时段内，需要开启上述辅助工具的功能，视下套管工艺需要，可能需要多次开启和关闭上述辅助工具的功能。由此，对于高摩阻井眼下套管工艺技术，需要配套一种旁通工具，串接在下套管辅助工具前，在辅助工具需要关闭的时，旁通工具导通套管与环空间的流道，屏蔽其功能，在辅助工具需要启动时，旁通工具关闭套管与环空间的流道，建立经过辅助工具的钻井液循环，启动辅助工具。

中国专利“可多次激活循环的旁通短节”(公开号CN202220572U)，由本体和上、下接头组成带有空腔的外体，本体上部径向开设不少于2个喷嘴，本体内设有与本体构成滑动密封配合的滑套，滑套上部开设与喷嘴对应的径向通孔，通孔下方设有球座，滑套下部轴向开设行程槽，并在其外部套装弹簧，本体设有定位销钉，定位销钉与滑套下部的行程槽构成下行限位配合，滑套下行止点位置即是滑套通孔与本体喷嘴贯通位置，滑套下方的空腔内设有球篮。该专利由本体和上、下接头组成带有空腔的外体，滑套下部通过定位销钉进行限位，同时还要在本体内在单独设置球篮接收启动球和钢球，另外启动球只能采用聚乙烯基橡胶弹性球作为旁通启动球，由于聚乙烯基橡胶具有较大的弹性变形，其与球座的结合密封面密封性差，造成该旁通短节在高摩阻井眼下套管工艺技术中，仍然难以满足下套管工艺中要求启动和关闭下套辅助工具功能的要求，且结构复杂，动作灵敏度差，施工风险较大。

技术实现要素：

针对上述情况，本实用新型提供了一种投球式旁通开关工具，置于套管柱末端的辅助工具前，通过投入启动球实现旁通流道导通和关闭辅助工具功能，进一步投入解除球实现旁通流道关闭和重启辅助工具功能，重复投入启动球和解除球可以多次导通和关闭旁通流道，以满足高摩阻井眼下套管工艺技术要求。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种投球式旁通开关工具，包括旁通壳体1、旁通阀芯3、弹簧5、球框6、启动球7、球座9和解除球11，旁通壳体1上部对称布置两个以上旁通流道孔8，旁通阀芯3上部设有与旁通流道孔8对应旁通孔302，旁通阀芯3与旁通壳体1内部构成轴向滑动密封配合，旁通阀芯3中部由弹簧5支撑在旁通壳体1内壁的台阶上，启动球7与球座9堵塞配合，解除球 11与旁通阀芯3上部设有的旁通孔302密封配合，旁通壳体1上下端自带螺纹连接头；所述启动球7是在刚体外层包裹橡胶层，刚体部分直径小于球座9最小直径，在球座9与启动球 7结合面上设有剪切刀10；在旁通壳体1下端部连接球框6，球框6上端面与旁通阀芯3下端面限位配合。

上述方案进一步包括：

所述启动球7中间刚体上均布多个通孔，橡胶层由通孔相互连通。

还包括环状螺纹挡块2，螺纹挡块2连接在旁通壳体1上部，与旁通阀芯3构成轴向限位配合。

还包括推杆胶塞12，推杆胶塞12上部与旁通壳体1密封插接配合，推杆胶塞12下端与启动球7推压配合。

所述旁通阀芯3的旁通孔302外侧是环状连通沟槽301，沟槽截面呈等腰梯形，旁通孔 302在柱体内侧的开口面是锥面303，在旁通孔302下方设有与球座9配合的阳角台阶支撑面 304。

所述球框6上端内侧是一带台阶限位面的喇叭口，中间是均布水槽的圆柱框体，下端是圆形孔板，孔板圆周侧面是与旁通壳体1连接的螺纹。

所述球座9外侧是一圆形台阶，与旁通阀芯3内侧的阳角台阶支撑面304配合，内侧是一锥面喇叭口，喇叭口下方是环状剪切刀10。

本实用新型具有如下的有益效果：通过投入启动球实现旁通流道导通，进一步投入解除球能够实现旁通流道关闭，重复按顺序投入启动球和解除球可以多次导通和关闭旁通流道，在高摩阻井眼下套管工艺技术中，置于套管柱末端的辅助工具前，满足下套管工艺中要求启动和关闭下套辅助工具功能的要求，工具结构简单，操作方便，动作灵敏可靠，施工风险小。

附图说明

图1是一种投球式旁通开关工具钢球解除状态结构图；

图2是一种投球式旁通开关工具胶塞解除状态结构图；

图3是旁通阀芯结构图。

上图中：旁通壳体1、螺纹档块2、旁通阀芯3、密封元件4、弹簧5、球框6、启动球7、旁通流道孔8、球座9、剪切刀10、解除球11、推杆胶塞12、球框限位面13、连通沟槽301、旁通孔302、锥面303、阳角台阶支撑面304、阴角台阶支撑面305、密封面306。

具体实施方式

如图1、图2所示，本实施例的一种投球式旁通开关工具，包括旁通壳体1、螺纹挡块2、旁通阀芯3、密封元件4、弹簧5、球框6、启动球7、球座9和解除球11。旁通阀芯3置于旁通壳体1内部，旁通壳体1上部对称布置两个旁通流道孔8，旁通阀芯3上部设有与旁通流道孔8对应的两个流道孔，并上部受螺纹档块2限位，旁通阀芯3下部由保持有预压力的弹簧5支撑在旁通壳体1内壁的台阶上。在初始状态，旁通阀芯3与旁通壳体1上的旁通流道孔8位置错开，旁通流道处于截止状态，当启动球7投入后，随循环液到达球座9处，堵塞套管柱管内流道，液力推动旁通阀芯3克服弹簧5反力下行，到球框限位面13处停止，此时工具旁通流道导通，当投入解除球11，并随循环液到达球座9处，解除球11球体堵塞旁通流道，球座9上下两侧压力升高，受液压推力，剪切刀10切断启动球7橡胶层而通过球座 9，套管柱管内流道导通，旁通流道孔8内外两侧的压力随之降低，解除球11失去压差推力而掉落，与启动球7一同停留在球框6里，同时旁通阀芯3受弹簧5推力复位，工具旁通流道关闭，重复按顺序投入启动球7和解除球11，可多次实现旁通工具的导通和关闭，若注水泥需要经过旁通工具，旁通启动过程相同。旁通解除过程由推杆胶塞12推动启动球7通过球座9，旁通阀芯3在弹簧5推力作用下上行关闭旁通流道。

所述旁筒壳体1是一个筒状体，上端内侧是套管连接螺纹和与螺纹挡块2连接螺纹，其下是多个旁通流道孔8在轴向同一深度径向布置，流道孔8两侧分别布置多道外圆密封元件 4，下端外侧是套管连接螺纹，内侧与球框6连接螺纹，在其上方是一支撑台阶。

如图3所示，所述旁通阀芯3是一个带有内外台阶的中空圆柱体，柱体大端外圆侧面是密封面306，与旁筒壳体1的密封元件4配合，在其轴向一定深度径向均布两个旁通孔302，孔外侧是环状连通沟槽301，沟槽截面呈等腰梯形，密封元件4可无损通过沟槽301，旁通孔 302在柱体内侧的开口面是锥面303，用于钢球密封，柱体外侧中间是一阴角台阶支撑面305，用于支撑弹簧5，在内侧旁通孔302下方是一阳角台阶支撑面304，用于支撑球座9，柱体下端面是限位工作面。

所述启动球7外层包裹橡胶，中间是刚体，在刚体上均布多个通孔，橡胶层由通孔相互连通。

所述球框6通过螺纹连接安装在旁筒壳体1的下部内侧，用来接收和存放启动球7和解除球11，并能保持流道畅通，其上端内侧是一带台阶的喇叭口，台阶作为球框限位面13来限定旁通阀芯3的下行位置，中间是均布水槽的圆柱框体，下端是圆形孔板，孔板圆周侧面是螺纹。

所述球座9外侧是一圆形台阶，与旁通阀芯3内侧的阳角台阶支撑面304配合，内侧是一锥面喇叭口，喇叭口下方是环状剪切刀10。

本实施例的投球式旁通开关工具，其使用过程如下:一种投球式旁通开关工具串接在下套管辅助工具前，在辅助工具需要关闭的时，投入启动球7随循环液到达球座9处，堵塞套管柱管内流道，液力推动旁通阀芯3克服弹簧5反力下行，到球框限位面13处停止，此时旁通壳体1的旁通流道孔8与旁通阀芯3的旁通孔302同轴，工具旁通流道导通；在辅助工具需要启动时，投入解除球11随循环液到达球座9处，受启动球7支撑，球体堵塞旁通孔302，球座9上压力升高，在液压力作用下，启动球7橡胶层被球座剪切刀10切断而通过球座9，套管柱管内流道导通，旁通孔302内外两侧的压力随之降低，解除球11失去压差推力而掉落，与启动球7一同停留在球框6里，同时旁通阀芯3受弹簧5推力复位，工具旁通流道关闭。若注水泥需要经过旁通工具时，旁通启动过程相同，旁通解除过程由推杆胶塞12推动启动球 7通过球座9，旁通阀芯3在弹簧5推力作用下上行关闭旁通流道。