固定球座循环阀及采用其的钻井设备的制作方法

本实用新型涉及钻井设备技术领域，更具体地涉及一种固定球座循环阀及采用其的钻井设备。

背景技术：

在石油钻井过程中，地层情况复杂。地层易出现漏失，造成钻井液不能及时返排到地面，流入到地层中，这时就要实施堵漏作业。将钻井液和预先选好的堵漏剂混合在一起，通过泥浆泵打入到漏失地层中，堵漏地层，防止地层漏失。这种循环阀在钻井过程中连接钻柱上，通过操作建立钻柱内部和漏失地层之间的通道，将大直径，或长条状的堵漏剂填施堵漏地层中。

在使用马达钻井工程中，需要对井限进行清洗，同时还要避免马达工作时，通过操作循环阀，开启钻柱内和井眼之间的通道，钻井液可以通过循环阀直接与裸眼段沟通，完成大排量洗井作业，即延长了马达的工作寿命，又可以防止循环排量压力过高的情况发生。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的主要目的在于提供一种固定球座循环阀及采用其的钻井设备，以期至少部分地解决上述技术问题中的至少之一。

为了实现上述目的，作为本实用新型的一个方面，提供了一种固定球座循环阀，包括：

第一本体，所述第一本体上部设有与钻杆连接的接口，内部设置有上下连通的第一空腔，侧壁上设有供堵漏泥浆排出的通孔；

活塞，位于所述第一本体的上下连通的第一空腔内，且能够在第一位置和第二位置之间上下往复运动；所述活塞中间形成有上下贯通的通道，朝向上接头的通道开口处设置有一能够与一球形成接触密封的球座；所述活塞下部与一弹簧连接，弹簧另一头固定在所述第一本体上；

第二本体，位于第一本体下方且与第一本体连接，且内部设置有上下连通的第二空腔，在第二空腔内设置有一球篮，用于容纳从所述活塞中间的上下贯通的通道中穿过来的球；

其中，当活塞处于第一位置时，活塞侧壁与第一本体侧壁上的通孔对应的位置处是封闭的；当活塞处于第二位置时，活塞侧壁与第一本体侧壁上的通孔对应的位置处具有开口。

作为本实用新型的另一个方面，还提供了一种采用如上所述的固定球座循环阀的钻井设备。

基于上述技术方案可知，本实用新型的可多次循环的固定球座循环阀相对于现有技术至少具有如下有益效果之一：

1、本实用新型是一种通过投球开启的循环阀，打开球的材料和锁定球的材料均为有机材料，从而可以极大地降低成本；

2、本实用新型可以通过投球完成多次循环，实现了阀门的重复利用，避免了钻井管道的多次升降；

3、本实用新型设计有防爆阀，下部出现堵塞的情况时可以通过压力操作爆裂打开，实现钻柱内部和外部的沟通，从而可以避免钻柱内压力憋得太久酿成更大的危险。

附图说明

图1是本实用新型的固定球座循环阀的各部件的剖面结构示意图；

图2是本实用新型的固定球座循环阀打开状态时的剖面结构示意图；

图3是本实用新型的固定球座循环阀锁定状态时的剖面结构示意图；

图4A、4B分别是本实用新型的固定球座循环阀解锁状态时四球同时存在时与一球被挤出循环阀时的剖面结构示意图；

图5是本实用新型的固定球座循环阀关闭状态时的剖面结构示意图；上述附图中，附图标记含义如下：

1-上接头；2-固定锁套；3-大活塞；4-O型圈；5-喷嘴；6-弹簧；7-定位销；8-下接头；9-球篮；10-防爆阀；11-打开球；12-锁定球；13-关闭球。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型作进一步的详细说明。

由于本实用新型产品摆放的位置可以随意发生变化，本实用新型中所述的“上”、“下”、“左”、“右”等方位词，只表示相对的位置关系，而不用于限定绝对的位置关系。在以下的描述中，虽然本实用新型的图1～5中，本实用新型的循环阀采用水平放置的图示方式(纸张依据图号从右向左看)，上接头位于左端，下接头位于右端，但为了更好地与实际中的产品相对应，下文中还是采用上下关系为准，即上接头位于上方，下接头位于下方，整个产品是实际工作时的竖直状态。

本实用新型是一种在石油开采过程中，钻井、完井、修井等作业时，地层出现漏失，钻井液无法返回到地面；以及在钻井施工中，进行大排量洗井作业的工况下，应用的一种多次进行钻杆内部和裸眼进行循环的一种工具。

具体地，本实用新型的固定球座循环阀包括：

第一本体，上部设有与钻杆连接的接口，内部设置有上下连通的第一空腔，侧壁上设有供堵漏泥浆排出的通孔；

活塞，位于所述第一本体的上下连通的第一空腔内，且能够在第一位置和第二位置之间上下往复运动；所述活塞中间形成有上下贯通的通道，朝向上接头的开口处设置有一能够与一球形成接触密封的球座；所述活塞下部与一弹簧连接，弹簧另一头固定在所述第一本体上；

第二本体，与第一本体连接，且内部设置有上下连通的第二空腔，在第二空腔内设置有一球篮，用于容纳从所述活塞中间的上下贯通的通道中穿过来的球；

其中，当活塞处于第一位置时，活塞侧壁与第一本体侧壁上的通孔对应的位置处是封闭的；当活塞处于第二位置时，活塞侧壁与第一本体侧壁上的通孔对应的位置处具有开口。

其中，与钻杆连接的接口为螺纹接口。

其中，第一本体和第二本体之间通过螺纹连接。

其中，在第二本体侧面安装有与内部空腔连通的防爆阀。

其中，球篮四周开孔便于钻井液通过，下部收口防止球通过，用于接球。

本实用新型还公开了一种采用如上所述的固定球座循环阀的钻井设备。

本实用新型的固定球座循环阀用于堵漏施工时采用如下步骤：

在钻井时将如上所述的固定球座循环阀连接到上、下钻杆上打入井下，在钻井过程中出现底层漏失时，在井口向钻柱内部投入一打开球，打开球在泥浆的推动下运动，落在活塞上端的球座上且与球座形成密封结构，造成钻柱内部压力升高，推动活塞克服弹簧的作用向下运动到第二位置，活塞侧壁上的孔与第一本体侧壁上的通孔对准，实现钻柱内部和钻柱外部的沟通，从而进行循环堵漏作业；

在已经将循环阀打开且需要将活塞锁定在开启状态时，在井口向钻柱内部投入一锁定球，所述锁定球在泥浆的推动下向第一本体侧壁上的通孔处移动，堵塞通孔，同时卡住活塞，防止其向上运动；

需要关闭所述固定球座循环阀时，在井口向钻柱内部投入两个关闭球，泥浆推动关闭球落在活塞的上部，加大泥浆泵的排量，使活塞上的压力逐步升高，在压力达到一阈值后，堵塞第一本体侧壁上的通孔的锁定球被推出通孔，此时另一关闭球堵在活塞的内壁侧孔上，再次提高压力，在压力的作用下，打开球被从活塞中的球座位置挤压穿过活塞中间的上下贯通通道进入球篮中，同时两个关闭球也依次落入球篮中。

下面结合附图和具体实施例对本实用新型的技术方案作进一步阐述说明。

如图1～5所示，本实用新型的固定球座循环阀主要由以下结构组成：

在上接头1的上部设计有钻杆螺纹母扣。上接头1通过上部钻杆用螺纹母扣和钻杆连接在一起。上接头1的下部设计有钻杆用螺纹公扣，通过钻杆螺纹公扣和下接头8连接在一起。

在上接头1的内部安装有固定锁套2，固定锁套2通过螺纹安装在上接头1的内部。

在上接头1的内部安装有大活塞3，通过固定锁套2卡在上接头1的腔体内。

在大活塞3的下部安装有弹簧6，弹簧6的上部顶在大活塞的下部，弹簧6的下部顶在上接头1的内部台阶上。

在上接头的下部安装有定位销钉7，用于控制大活塞的上下移动，防止其沿轴向转动。

在下接头8内部放置有球篮9，球篮9四周开孔便于钻井液通过，下部收口防止球通过，用于接球。球篮的长度可以根据需要任意设置，例如能够容纳3*N个球，则可以通过投球让该循环阀开启关闭N次。

在下接头8的下部侧面安装有与内部空腔连通的防爆阀10，在钻具内部压力变高时，防爆阀爆裂开，沟通钻柱内部和外部压力。

在实际使用时，该循环阀上端通过螺纹连接上部钻柱，下端通过螺纹连接下部钻柱。该循环阀随钻柱一起下井。

在钻井过程中出现底层漏失，要对地层进行堵漏施工时，在井口向钻柱内部投入打开球11，打开球在泥浆的推动下运动，在泥浆的推动下打开球11落在大活塞3内部的球座上，通过加大钻柱内泥浆的排量，打开球11和大活塞3形成封闭，造成钻柱内部压力升高，推动大活塞3克服弹簧6的作用向右运动，大活塞3上的两侧孔与上接头上喷嘴5的孔对齐，实现钻柱内部和钻柱外部的沟通，此时可以进行循环堵漏作业。如图1、2所示。其中，打开球11采用塑料或橡胶等有机高分子材料制成，满足如下条件：在一定压力下，该打开球11能够封堵住大活塞3内部的球座上的通孔，从而推动大活塞3克服弹簧6的弹力向下运动；在继续加大压力到一定程度后，该打开球11发生弹性形变从而被挤压通过大活塞3内部的球座上的通孔，落到下接头8内部的球篮9中。

井口停泵后，大活塞上部压力迅速降低，大活塞3在弹簧6的作用被推向上部，卡在固定锁套2上。此时循环阀处于关闭状态。

需要将大活塞3锁定在开启状态时，需要投入一个锁定球12。当在井口打压时，打开球11落在大活塞3的内孔球座上，加大排量，压力推动大活塞3向右运动，大活塞3上两个侧孔和上接头1上的喷嘴5对齐，这时锁定球12在泥浆的推动下向喷嘴5处移动，堵塞喷嘴5，同时卡住大活塞3，防止其向上运动，堵漏液体由一个喷嘴喷出。其中，锁定球12采用塑料或橡胶等有机高分子材料制成，满足如下条件：在一定压力下，该锁定球12能够封堵住喷嘴5的通道，且卡住大活塞3，从而起到锁定位置的作用；在继续加大压力到一定程度后，该锁定球12发生弹性形变从而被挤压通过喷嘴5的通道而排出到循环阀外。

此时停泵，大活塞上3的压力降低，大活塞3在弹簧6的作用下向上运动，由于锁定球卡在喷嘴5和大活塞3的侧面通孔上，导致大活塞不能移动，该循环阀处于开启状态，如图3所示。

该循环阀需要关闭时，向循环阀内投入两个关闭球13，关闭球13通常为钢球，直径较大。泥浆推动关闭球13落在大活塞3的上部，其中的一个钢球在泥浆的作用下卡在大活塞内壁侧孔内边缘。加大泥浆泵的排量，使活塞上的压力逐步升高。锁定球12材料为有机材料，在压力达到一定压力后，会被推出喷嘴，此时另一个钢球13堵在大活塞的内壁侧孔上，再次提高压力，打开球11的材料为有机材料，在压力的作用下，被从大活塞中的球座位置挤压到球篮中，此时压力瞬间变小，弹簧6推动大活塞向上运动，同时两个关闭球13一次落入球篮9中。以上所述完成一次工作循环，如图4A、4B、5所示。

循环阀下接头8上设计有压力安全机构。通过在下接头8的下部通过螺纹联接有一个防爆阀10。该循环阀下入井中，下部出现堵塞，无法建立循环的情况下，即使投球，增大压力也无法将循环阀内大活塞3向下推动，此时可以通过加大钻柱内部压力，憋通下接头8上的防爆阀10，以实现循环阀内部和外部的循环。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。