一种多次旁通开关工具的制作方法

本实用新型涉及一种钻井工具领域，尤其涉及一种钻井用旁通开关工具。

背景技术：

钻井用旁通开关工具连接在钻具中，通常连接在随钻测量工具、岩芯筒或动力钻具等上部，它可以在需要时提供旁通循环通道来实施一些重要作业，有利于提高钻井生产效率和提高井控安全。其主要作用包括以下几个方面：①可以在不起钻的情况下进行堵漏作业，缩短钻井周期；②可以提高环空流量以帮助携带岩屑洗井。

现有的钻井用旁通开关工具主要有投球式、调节泵排量式和射频式；投球式旁通开关工具中旁通孔开关主要是通过投球来控制，其使用次数是有限的，而且每次开关一次旁通孔道都需要启停泵投球，需要转位机构和多种直径的开关球，结构较为复杂；射频式旁通开关工具由射频控制模块、液压控制模块和循环阀模块组成，结构复杂价格也较高，而且旁通孔道启闭均需要启停泵工具通过调节钻井泵排量控制开关结构的压差从而开关旁通孔道，对钻井液性能和排量调节要求较高，钻井泵排量调节和使用范围受限。以上缺陷主要导致以下问题的存在：①开关工具结构复杂、维修困难、使用成本高；②开关旁通孔道需要启停泵和排量调节，操作复杂，旁通孔道开关和复位时间长，降低生产时效，造成岩屑沉降。

技术实现要素：

本实用新型的目的就是针对现有技术存在的问题，提供一种多次开关旁通工具，降低旁通开关使用成本，减少旁通孔道开关时间。

为实现上述目的，本实用新型采用以下设计方案：

一种多次旁通开关工具，包括上接头、滑动扭转短节和下接头，其中：所述上接头主通道内设置有单向止回阀；所述下接头主通道内设置有单向止回阀，且下接头内的单向止回阀开启压力大于上接头内单向止回阀的开启压力，在单向止回阀上方的下接头壁上径向设有数个旁通孔道；所述滑动扭转短节包括花键套和花键芯轴，花键套与花键芯轴通过花键副构成轴向滑动、密封和限位配合，花键芯轴上端与上接头连接，花键芯轴下端部设有径向孔或槽，花键芯轴下端与下接头内的单向止回阀触动配合，花键芯轴轴向设有与上下接头贯通的轴向通孔，花键套下端与下接头连接。花键芯轴与花键套的相对轴向位移间距需满足以下条件：花键芯轴上移至极限位置时，花键心轴下端与下接头内的单向止回阀不接触，下接头内的单向止回阀闭合，且旁通孔道与花键心轴的轴向通孔连通，花键芯轴下移至极限位置时，花键芯轴下端顶通下接头内的单向止回阀，且旁通孔道与花键心轴的轴向通孔不连通，花键芯轴下端部的径向孔或槽与下接头主通道连通。

上述方案进一步包括：

所述单向止回阀包括阀芯、弹簧和导向支座，其中导向支座分别固定在上、下接头的主通道内，阀芯通过弹簧连接在导向支座上方，阀芯与上下接头的主通道构成动密封配合，且下接头内的阀芯与上方的花键心轴构成触动配合。

所述单向止回阀还包括阀座，阀座密封固定在上下接头主通道内，阀芯与阀座构成动密封配合。

所述花键心轴由花键轴和开关轴连接组成，开关轴下端部设有径向孔或槽且与下接头内的单向止回阀触动配合。

所述开关轴与下接头主通道之间装有密封圈；所述花键轴和花键套形成的花键副上下分别安装密封圈。

所述花键轴和花键套形成的花键副的内腔充满润滑油。

本实用新型的优点是：(1)结构简单，使用维护成本低；(2)旁通孔道开关操作简单，无需启停泵，能够提高生产时效；(3)可以在不起钻的情况下进行堵漏作业，缩短钻井周期；(4)可以优化钻井泵排量，通过小排量钻进降低钻柱内循环压耗来提高深层钻头水功率，同时可以迅速的将主通道流体转换到旁通孔道并加大排量洗井，发挥喷射钻井技术在深层的提速作用。

附图说明

图1是一种多次旁通开关工具旁通孔道处于关闭状态的结构示意图。

图2是一种多次旁通开关工具旁通孔道处于打开状态的结构示意图。

图中1是上接头，2是滑动扭转短节，3是下接头，10是阀体，11/35是阀座，12/34是阀芯，13/32是弹簧，14/33是导向支座，20/23/36是密封圈，21是花键套，22是花键轴，24/39轴向通孔，30是开关轴，31是下接头本体，37是旁通孔道，38是主通道，310是径向孔或槽。

具体实施方式

下面结合附图1、附图2对本实用新型作进一步描述：

实施例1，参考附图1和2，一种多次旁通开关工具，包括上接头1、滑动扭转短节2和下接头3。所述上接头1主通道内设置有单向止回阀(以下为便于区分称为单向止回阀a)。所述下接头3主通道内设置有单向止回阀(以下为便于区分称为单向止回阀b)，且单向止回阀b开启压力大于单向止回阀a的开启压力(即下接头内的弹簧轻度大于上接头内的弹簧强度)，在单向止回阀b上方的下接头壁上径向设有数个(优选3-5个)旁通孔道37。所述滑动扭转短节2包括花键套21和花键芯轴(此处花键芯轴为一体设计)，花键套21与花键芯轴通过花键副构成轴向滑动、密封和限位配合，花键芯轴上端与上接头1连接，花键芯轴下端部设有径向孔或槽310，花键芯轴下端与单向止回阀b触动配合，花键芯轴轴向设有与上下接头贯通的轴向通孔(24/29)，花键套21下端与下接头3连接。

花键芯轴与花键套的相对轴向位移间距需满足以下条件：花键芯轴上移至极限位置时，花键心轴下端与单向止回阀b不接触，单向止回阀b闭合，且旁通孔道37与花键心轴的轴向通孔24/29连通，花键芯轴下移至极限位置时，花键芯轴下端顶通单向止回阀b，且旁通孔道37与花键心轴的轴向通孔24/29不连通，花键芯轴下端部的径向孔或槽310与下接头主通道38连通。

上述实施例1进一步的：

所述单向止回阀包括阀芯12/34、弹簧13/32和导向支座14/33，其中导向支座14/33分别固定在上、下接头的主通道38内，阀芯12/34通过弹簧13/32连接在导向支座14/33上方，阀芯12与上下接头1的主通道构成动密封配合，且下接头内的阀芯34与上方的花键心轴构成触动配合。

所述单向止回阀还包括阀座11/35，阀座密封固定在上下接头主通道内，阀芯12/34分别与阀座11/35构成动密封配合。

所述花键心轴由花键轴22和开关轴30连接组成，开关轴30下端部设有径向孔或槽310且与单向止回阀b触动配合。

所述开关轴30与下接头主通道38之间装有密封圈36；所述花键轴22和花键套21形成的花键副上下分别安装密封圈20/23。

典型实施例：

对照附图1和附图2，一种多次旁通开关工具包括上接头1、滑动扭转短节2和下接头3。滑动扭转短节2上部和下部分别连接上接头1和下接头3。

上接头1和下接头3的主通道38内分别设置单向止回阀ah和单向止回阀b，单向止回阀a包括阀体10(即上接头本体)、阀座11、阀芯12、弹簧13和导向支座14；单向止回阀1允许钻井介质从上向下流动，阻止钻井介质从下向上流动。滑动扭转短节2包括花键套21和花键轴22，花键套21和花键轴22可以上下相对运动，并传递扭矩和钻压；花键轴22加工有轴向通孔24；花键轴22和花键套21形成的花键副上下分别安装密封圈20和密封圈23，将花键副与其外围的钻井介质隔离开来，密封圈20、密封圈23和花键副之间充满润滑油。下接头3包括下接头本体31、单向止回阀b和开关轴30；下接头本体31为圆柱形结构，轴向加工有主通道38，径向加工有旁通孔道37；单向止回阀b安装在主通道38内部，将主通道38分割为上部主通道和下部主通道，旁通孔道37加工位置位于单向止回阀b安装位置上部并与上部主通道连通；单向止回阀b主要包括阀芯34、阀座35、弹簧32和导向支座33；导向支座33用于导向扶正阀芯35和支撑弹簧32，弹簧32产生向上推动阀芯34，从而关闭阀芯34和阀座35的作用；阀芯34和阀座35关闭情况下，阻止下部主通道内的流体流向上部主通道；开关轴30呈圆筒形，内部具有轴向通孔39，下部加工径向孔或槽c310，在开关轴30外缘且在径向孔或槽c310上部安装密封圈36，开关轴30上端与花键轴22固定连接后随花键轴22在主通道38内上下滑动；花键轴22上端连接上接头1，下端连接开关轴30，花键套21下端连接下接头3。

参照附图2，花键轴22和开关轴30相对于花键套21和下接头3向上运动极限位置时，此时旁通孔道37处于打开状态。参照附图1，花键轴22和开关轴30相对于花键套21和下接头3向下运动的极限位置时，旁通孔道37处于关闭状态。

钻井过程中，上接头1上部连接上部组合钻具，下接头3下部连接下部组合钻具。

参照附图1，施加钻压钻进过程中上部组合钻具依次带动上接头1、花键轴22、花键套21、下接头3以及下部组合钻具旋转施加扭矩和钻压；上接头1、花键轴22和开关轴30相对于花键套21和下接头3处于下极限位置。处于下极限位置时，开关轴30通过密封圈36与上部主通道形成径向密封，开关轴30下端推动阀芯34离开阀座35，钻井介质从上到下依次经过上部组合钻具内孔、上接头1、花键轴通孔24，开关轴通孔39、开关轴径向孔c310、下接头3下部主通道进入下部组合钻具(见附图1箭头所示)；阀芯34的开启是通过开关轴30下压推动的，而不是通过钻井介质的压力打开的，因此施加钻压钻进过程中，钻井介质在钻具内的压耗不包括单向止回阀的开启压力损耗。

参照附图2，当需要旁通孔道37打开时，将上部组合钻具上提一段，则下部组合钻具在重力和上部流体推力的作用下向下运动，多次旁通开关工具则会处于下极限位置；处于下极限位置时，开关轴30密封圈36位于上部主通道内，开关轴30下端与阀芯34上端不接触，钻井介质从上到下依次经过上部组合钻具内孔、上接头1、花键轴通孔24、开关轴通孔39和开关轴径向通孔c310、下接头上部主通道进入旁通孔道37；钻井介质对阀芯34产生的向下推力小于阀芯34和阀座35之间的开启力，弹簧32推动阀芯34与阀座35处于关闭状态。

钻井介质可以是气体也可以是液体，可以是钻井液用于钻井作业，也可以是堵漏剂用于堵漏作业。

多次旁通开关工具结构简单，操作方便，只需要通过施加和释放钻压的形式即可实现旁通孔道的关闭与开启；旁通孔道打开后，单向止回阀能够阻止堵漏材料进入下部组合钻具，因此采用多次旁通开关工具能够在不起钻的情况下进行堵漏作业；旁通孔道的开启与关闭无须启停泵，而且钻进过程中钻井介质在多次旁通开关工具内压耗较小，因此可以方便的实现小排量钻进与大排量洗井的交替作业。