防倒流器的制作方法

1.本公开属于固井技术领域，特别涉及一种防倒流器。


背景技术：

2.在油气开发的过程中，在钻井到达目的层后，会进行下尾管作业，并通过尾管进行固井作业，这样能够降低后续的施工难度和施工成本。
3.在相关技术中，尾管在下至指定位置后，通过投球进行憋压，从而实现悬挂器的座挂，以完成尾管在套管上的固定。在尾管固定完毕后，通过地面固井设备向尾管泵送水泥浆，为了避免水泥浆倒返至尾管内部导致管内留塞事故，通常会在尾管的端部配置浮箍。
4.然而，由于浮箍的作用类似于单向阀，只允许流体由尾管流出，而不允许流体流入尾管，所以在下尾管的过程中，尾管为内部为空腔，需要井口灌浆作业以平衡尾管的内外压差，施工步骤繁琐，需要较长的施工时间。


技术实现要素：

5.本公开实施例提供了一种防倒流器，可以简化施工步骤，节约施工时间。所述技术方案如下：
6.本公开实施例提供了一种防倒流器，包括外壳体和倒灌单向阀组件；
7.所述倒灌单向阀组件包括阀体、阀芯、弹性件和定位件，所述阀体位于所述外壳体内，且与所述外壳体相连，所述阀体内具有倒灌腔体，所述阀体的一端具有第一开口，另一端具有第一端板，且所述第一端板上具有倒灌孔和插装孔，所述倒灌孔与所述倒灌腔体连通，所述阀芯可移动地插设在所述插装孔内，所述阀芯的第一端位于所述倒灌腔体内，用于连通或阻断所述倒灌腔体与所述第一开口，第二端位于所述阀体外，所述阀芯的外侧壁靠近自身第二端的位置具有第一卡槽，所述第一端板的背离所述倒灌腔体的一侧具有第二卡槽，所述第二卡槽位于所述插装孔的边缘处，所述第二卡槽和所述第一卡槽在所述阀芯的移动方向上相对布置，所述弹性件压缩在所述阀芯和所述第一端板之间，且所述弹性件的压缩方向与所述阀芯的移动方向相同，所述弹性件用于将所述定位件夹设在所述第一卡槽和所述第二卡槽之间。
8.在本公开的一种实现方式中，所述定位件为球形结构件，所述第一卡槽为环形，且轴线与所述阀芯的移动方向平行，所述第一卡槽的径向接面为半圆形，所述第二卡槽为环形，且轴线所述阀芯的移动方向平行，所述第二卡槽的径向截面为圆心角9
°
的扇形，夹设在所述第一卡槽和所述第二卡槽之间的所述定位件的球心、所述第一卡槽的圆心角和所述第二卡槽的圆心角重合。
9.在本公开的另一种实现方式中，所述阀芯包括芯体和阀杆，所述芯体连接在所述阀杆的第一端，所述芯体朝向所述第一开口的部分外轮廓与所述第一开口的内轮廓相匹配，所述弹性件压缩在所述芯体朝向所述阀杆的部分和所述第一端板之间。
10.在本公开的又一种实现方式中，所述阀芯还包括第一限位台，所述第一限位台位
于所述芯体和所述阀杆之间的夹角处，所述第一端板的朝向所述倒灌腔体的一侧具有第二限位台，所述弹性件的一端套接在所述第一限位台上，所述弹性件的另一端套接在所述第二限位台上。
11.在本公开的又一种实现方式中，所述防倒流器还包括憋压关井组件和隔离筒；
12.所述憋压关井组件包括内壳体、憋压座和关井筒，所述内壳体位于所述外壳体内，且与所述外壳体相连，所述内壳体的一端具有第二开口，另一端具有第二端板，所述内壳体的侧壁靠近所述第二端板的位置具有过流孔，所述憋压座位可移动地插设在所述内壳体内，所述憋压座内具有憋压通道，所述憋压通道的第一端用于与憋压投球密封接触，当所述憋压座和所述内壳体之间通过第一剪钉相连时，所述憋压通道的第二端通过所述过流孔与所述第一开口连通，所述关井筒的第一端位于所述内壳体外，所述关井筒的第二端穿过所述第二开口可移动地插设在所述内壳体内，且通过第二剪钉相连，所述关井筒的第二端与所述憋压通道的第一端连通；
13.所述隔离筒位于所述外壳体内，且一端与所述内壳体相抵，另一端与所述阀体相抵，以使所述第二端板与所述第一开口相互间隔。
14.在本公开的又一种实现方式中，所述憋压座的背离所述第二端板的一侧具有插装台，所述插装台用于插设在所述关井筒的第二端内。
15.在本公开的又一种实现方式中，所述憋压通道包括锥形口、第一通道和第二通道；
16.所述锥形口位于所述插装台内，用于与憋压投球密封接触；
17.所述第一通道的一端与所述锥形口的内径较小的一端连通，所述第一通道的另一端朝向所述第二端板延伸；
18.所述第二通道的一端与所述第一通道连通，所述第二通道的另一端朝向所述过流孔延伸。
19.在本公开的又一种实现方式中，所述内壳体的内侧壁具有多个止退倒齿，各所述止退倒齿沿所述关井筒的移动方向依次排布，所述关井筒的外侧壁具有弹性止退块，所述弹性止退块压缩在所述关井筒的外侧壁和所述内壳体的内侧壁之间。
20.在本公开的又一种实现方式中，所述内壳体的外侧壁靠近所述第二开口的一端具有外凸缘，所述外凸缘的外边缘与所述外壳体相连，所述外凸缘的朝向所述第二端板的一侧与所述隔离筒相抵。
21.在本公开的又一种实现方式中，所述关井筒的第一端具有碰压座，所述碰压座沿所述关井筒的径向凸出于所述关井筒的外侧壁。
22.本公开实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
23.在将本公开实施例提供的防倒流器配置在尾管上时，将外壳体与尾管相连。在防倒流器随着尾管一同下井的过程中，第一卡槽和第二卡槽在弹性件的作用下，将定位件夹紧，以限制阀芯朝向第一开口移动，使得阀芯与第一开口之间存在间隙。由于阀芯与第一开口之间存在间隙，所以钻井内的钻井液能够通过倒灌孔倒灌进倒灌腔体内，并通过该间隙倒灌至尾管内，所以无需为了平衡尾管的内外压差而进行灌浆作业。
24.在尾管下至指定位置后，开启地面固井设备的泵循环，使得阀芯受到激动脉冲，以背离第一开口移动一段距离并压缩弹性件。在阀芯移动的过程中，第一卡槽和第二卡槽随之解除对于定位件的夹紧，使得定位件在自身的重力作用下脱落，即解除了阀芯朝向第一
开口移动的限制，使得倒灌单向阀组件能够具有单向阀的作用，只允许流体由倒灌单向阀组件流出钻井，而不允许流体由钻井流入倒灌单向阀组件。
25.也就是说，在尾管下井的过程中，倒灌单向阀组件既能够允许流体由倒灌单向阀组件流出钻井，也能够允许流体由钻井流入倒灌单向阀组件，从而使得钻井内的钻井液能够通过倒灌单向阀组件倒灌进尾管内，能够减少尾管受到内外压差的影响，使得尾管顺利下井。而在尾管下井完毕后，倒灌单向阀组件只允许流体由倒灌单向阀组件流出钻井，而不允许流体由钻井流入倒灌单向阀组件，从而能够避免水泥浆倒返至尾管内部，导致管内留塞事故。
附图说明
26.为了更清楚地说明本公开实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1是本公开实施例提供的防倒流器的剖视图；
28.图2是本公开实施例提供的倒灌单向阀组件为倒灌状态的剖视图；
29.图3是本公开实施例提供的倒灌单向阀组件为单向阀状态的剖视图；
30.图4是本公开实施例提供的图2的a处局部放大图；
31.图5是本公开实施例提供的憋压关井组件下井状态的剖视图；
32.图6是本公开实施例提供的憋压关井组件憋压状态的剖视图；
33.图7是本公开实施例提供的憋压关井组件替浆状态的剖视图；
34.图8是本公开实施例提供的憋压关井组件关井状态的剖视图；
35.图9是本公开实施例提供的图5的b处局部放大图。
36.图中各符号表示含义如下：
37.1、外壳体；2、倒灌单向阀组件；21、阀体；211、倒灌腔体；212、第一开口；213、第一端板；2131、第二限位台；214、倒灌孔；215、插装孔；216、第二卡槽；217、第一阀体；218、第二阀体；22、阀芯；221、第一卡槽；222、芯体；223、阀杆；224、第一限位台；23、弹性件；24、定位件；3、憋压关井组件；31、内壳体；311、第二开口；312、第二端板；313、过流孔；314、外凸缘；315、止退倒齿；32、憋压座；321、憋压通道；3211、锥形口；3212、第一通道；3213、第二通道；322、插装台；33、关井筒；331、碰压座；332、弹性止退块；34、第一剪钉；35、第二剪钉；4、隔离筒；100、憋压投球。
具体实施方式
38.为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本公开实施方式作进一步地详细描述。
39.固井作业是油气开发过程中的常规施工步骤，其能够有效的降低油气开发的施工难度和施工成本。由于固井作业需要基于尾管实现，所以在执行固井作业之前，需要进行下尾管作业。
40.在相关技术中，尾管在下至指定位置后，通过投球进行憋压，从而实现悬挂器的座
挂，以完成尾管在套管上的固定。在尾管固定完毕后，通过地面固井设备向尾管泵送水泥浆，为了避免水泥浆倒返至尾管内部导致管内留塞事故，通常会在尾管的端部配置浮箍。
41.然而，由于浮箍的作用类似于单向阀，只允许流体由尾管流出，而不允许流体流入尾管，所以在下尾管的过程中，尾管为内部为空腔，需要井口灌浆作业以平衡尾管的内外压差，施工步骤繁琐，需要较长的施工时间。
42.为了解决上述技术问题，本公开实施例提供了一种防倒流器，如图1所示，该防倒流器包括外壳体1和倒灌单向阀组件2。
43.图2为倒灌单向阀组件2为倒灌状态的剖视图，结合图2，倒灌单向阀组件2包括阀体21、阀芯22、弹性件23和定位件24，阀体21位于外壳体1内，且与外壳体1相连，阀体21内具有倒灌腔体211，阀体21的一端具有第一开口212，另一端具有第一端板213，且第一端板213上具有倒灌孔214和插装孔215，倒灌孔214与倒灌腔体211连通，阀芯22可移动地插设在插装孔215内，阀芯22的第一端位于倒灌腔体211内，用于连通或阻断倒灌腔体211与第一开口212，第二端位于阀体21外，阀芯22的外侧壁靠近自身第二端的位置具有第一卡槽221，第一端板213的背离倒灌腔体211的一侧具有第二卡槽216，第二卡槽216位于插装孔215的边缘处，第二卡槽216和第一卡槽221在阀芯22的移动方向上相对布置，弹性件23压缩在阀芯22和第一端板213之间，且弹性件23的压缩方向与阀芯22的移动方向相同，弹性件23用于将定位件24夹设在第一卡槽221和第二卡槽216之间。
44.在将本公开实施例提供的防倒流器配置在尾管上时，将外壳体1与尾管(图未示)相连。继续参见图2，在防倒流器随着尾管一同下井的过程中，第一卡槽221和第二卡槽216在弹性件23的作用下，将定位件24夹紧，以限制阀芯22朝向第一开口212移动，使得阀芯22与第一开口212之间存在间隙。由于阀芯22与第一开口212之间存在间隙，所以钻井内的钻井液能够通过倒灌孔214倒灌进倒灌腔体211内，并通过该间隙倒灌至尾管内，所以无需为了平衡尾管的内外压差而进行灌浆作业。
45.图3为倒灌单向阀组件2为单向阀状态的剖视图，结合图3，在尾管下至指定位置后，开启地面固井设备的泵循环，使得阀芯22受到激动脉冲，以背离第一开口212移动一小段距离并压缩弹性件23。在阀芯22移动的过程中，第一卡槽221和第二卡槽216随之解除对于定位件24的夹紧，使得定位件24在自身的重力作用下脱落，即解除了阀芯22朝向第一开口212移动的限制，使得倒灌单向阀组件2能够具有单向阀的作用，只允许流体由倒灌单向阀组件2流出钻井，而不允许流体由钻井流入倒灌单向阀组件2。
46.也就是说，在尾管下井的过程中，倒灌单向阀组件2既能够允许流体由倒灌单向阀组件2流出钻井，也能够允许流体由钻井流入倒灌单向阀组件2，从而使得钻井内的钻井液能够通过倒灌单向阀组件2倒灌进尾管内，能够减少尾管受到内外压差的影响，使得尾管顺利下井。而在尾管下井完毕后，倒灌单向阀组件2只允许流体由倒灌单向阀组件2流出钻井，而不允许流体由钻井流入倒灌单向阀组件2，从而能够避免水泥浆倒返至尾管内部，导致管内留塞事故。
47.由前文可知，倒灌单向阀组件2对于尾管的顺利下井起到了关键的作用，下面继续对倒灌单向阀组件2进行介绍。
48.图4为图2的a处局部放大图，为了清楚的展示第一卡槽221、第二卡槽216和定位件24之间的关系，图4中放大了三者之间的间隙，实际上三者之间在弹性件23的作用下紧密接
触。
49.参见图4，在本实施例中，所定位件24为球形结构件，第一卡槽221为环形，且轴线与阀芯22的移动方向平行，第一卡槽221的径向接面为半圆形，第二卡槽216为环形，且轴线阀芯22的移动方向平行，第二卡槽216的径向截面为圆心角90
°
的扇形，夹设在第一卡槽221和第二卡槽216之间的定位件24的球心、第一卡槽221的圆心角和第二卡槽216的圆心角重合。
50.在第一卡槽221和第二卡槽216一同夹装定位件24时，第一卡槽221和第二卡槽216一同构成环形的夹装空间。由于第二卡槽216的径向截面为圆心角90
°
的扇形，所以在夹装空间的径向剖面上，夹装空间为圆心角270
°
的扇形，这样能够使得夹装空间预留一个圆心角90
°
的扇形缺口，以供定位件24能够随着阀芯22背离倒灌腔体211移动。在装配定位件24的过程中，先背离倒灌腔体211驱动阀芯22移动以压缩弹性件23，使得第一卡槽221位于阀体21外。然后将定位件24搁置在第一卡槽221内，并松开阀芯22，使得阀芯22在弹性件23的作用下，带动第二卡槽216朝向第一卡槽221移动，最终在弹性件23的作用下，通过第一卡槽221和第二卡槽216将定位件24夹紧，完成定位件24的装配。
51.再次参见图2，在本实施例中，所阀体21包括第一阀体217和第二阀体218，第一阀体217和第二阀体218之间螺纹连接，且插装有销钉。第一阀体217的外侧壁与外壳体1的内侧壁之间螺纹连接，第一开口212位于第一阀体217内。阀芯22可移动地插设在第二阀体218上。
52.在本实施例中，阀芯22包括芯体222和阀杆223，芯体222连接在阀杆223的第一端，芯体222朝向第一开口212的部分外轮廓与第一开口212的内轮廓相匹配，弹性件23压缩在芯体222朝向阀杆223的部分和第一端板213之间。
53.在上述实现方式中，芯体222用于与第一开口212配合，以连通或阻断倒灌腔体211与第一开口212。容易理解的是，当芯体222在弹性件23的作用下与第一开口212相抵时，芯体222阻断倒灌腔体211与第一开口212；当芯体222在流体的压力作用下背离第一开口212时，倒灌腔体211与第一开口212连通。阀杆223可移动地插设在插装孔215内，用于为芯体222提供安装基础，使得芯体222能够相对于阀体21移动。
54.示例性地，第一开口212的朝向芯体222的一端为锥形，那么相应的芯体222朝向第一开口212的部分也为锥形，从而能够使得芯体222与第一开口212之间相匹配，进而保证了芯体222对于第一开口212的有效密封。
55.可选地，芯体222的外壁上涂设有防腐涂层，用于防止芯体222腐蚀，避免了芯体222对于第一开口212的密封失效。
56.在阀芯22移动的过程中，弹性件23会随之伸缩。为了避免弹性件23因中位不确定性产生不必要的晃动，在本实施例中，阀芯22还包括第一限位台224，第一限位台224位于芯体222和阀杆223之间的夹角处，第一端板213的朝向倒灌腔体211的一侧具有第二限位台2131，弹性件23的一端套接在第一限位台224上，弹性件23的另一端套接在第二限位台2131上。
57.也就是说，弹性件23的两端分别套接在第一限位台224和第二限位台2131上，第一限位台224和第二限位台2131能够对弹性件23起到限位的作用，使得弹性件23始终在第一限位台224和第二限位台2131之间伸缩。
58.可选地，弹性件23为螺旋弹簧，第一限位台224和第二限位台2131为圆柱形结构件，且第一限位台224和第二限位台2131均与阀杆223同轴布置，螺旋弹簧套设在阀杆223上，且两端分别套接在第一限位台224和第二限位台2131上，从而能够实现对于螺旋弹簧的限位。
59.示例性地，芯体222、阀杆223和第一限位台224为一体式结构件，从而提高了阀芯22的结构整体性，且提高了阀芯22的制造效率，降低了制造成本。
60.再次参见图1，为了在下井结束后，彻底的避免水泥浆倒返至尾管内部，该防倒流器还包括憋压关井组件3和隔离筒4。
61.图5为憋压关井组件下井状态的剖视图，结合图5，憋压关井组件3包括内壳体31、憋压座32和关井筒33，憋压关井组件3包括内壳体31、憋压座32和关井筒33，内壳体31位于外壳体1内，且与外壳体1相连，内壳体31的一端具有第二开口311，另一端具有第二端板312，内壳体31的侧壁靠近第二端板312的位置具有过流孔313，憋压座32位可移动地插设在内壳体31内，憋压座32内具有憋压通道321，憋压通道321的第一端用于与憋压投球100密封接触，当憋压座32和内壳体31之间通过第一剪钉34相连时，憋压通道321的第二端通过过流孔313与第一开口212连通，关井筒33的第一端位于内壳体31外，关井筒33的第二端穿过第二开口311可移动地插设在内壳体31内，且通过第二剪钉35相连，关井筒33的第二端与憋压通道321的第一端连通，隔离筒4位于外壳体1内，且一端与内壳体31相抵，另一端与阀体21相抵，以使第二端板312与第一开口212相互间隔。
62.在防倒流器随着尾管一同下井的过程中，憋压座32和内壳体31之间通过第一剪钉34相连，关井筒33和内壳体31之间通过第二剪钉35相连。在此状态下，关井筒33、憋压通道321、过流孔313和第一开口212依次连通，钻井内的钻井液能够依次通过倒灌单向阀组件2和憋压关井组件3进入尾管中。在倒灌单向阀组件2转变为单向阀状态后，向尾管中投入憋压投球100，使得憋压投球100与憋压通道321的第一端密封接触(参见图6)。此时关井筒33和憋压通道321之间被阻断，憋压通道321上方(朝向井口方向)开始憋压，使得悬挂器座挂。随着憋压的进行，作用在憋压座32上的压力逐渐增大，憋压座32剪断第一剪钉34，并朝向第二端板312移动，关井筒33直接与过流孔313连通(参见图7)，使得水泥浆和顶替液能够依次通过憋压关井组件3和倒灌单向阀组件2进入井底，从而进行循环作业和替浆作业。在循环作业和替浆作业完成后，释放固井胶塞，使得固井胶塞与关井筒33的第一端产生碰压，随着作用在关井筒33上的压力逐渐增大，关井筒33剪断第二剪钉35，并朝向憋压座32移动，关井筒33的侧壁阻断过流孔313(参见图8)，从而彻底阻断井内的流体返至尾管内部。
63.也就是说，通过憋压关井组件3不仅不会影响倒灌单向阀组件2的正常工作，还能够起到憋压和关井的作用。
64.除此之外，在倒灌单向阀组件2和憋压关井组件3之间设置隔离筒4，能够将倒灌单向阀组件2和憋压关井组件3之间隔离开，使得倒灌单向阀组件2和憋压关井组件3之间不会产生相互干涉影响，也保证了流体在防倒流器中的正常流通。
65.再次参见图5，在本实施例中，憋压座32的背离第二端板312的一侧具有插装台322，插装台322用于插设在关井筒33的第二端内。
66.插装台322用于确保在第一剪钉34和第二剪钉35均未剪断时，以及在第一剪钉34和第二剪钉35均剪断时，关井筒33和憋压座32之间的装配稳定性，避免了二者之间产生不
必要的晃动。
67.示例性地，插装台322为圆柱形结构件，插装台322的外周壁与关井筒33的内周壁之间滑动接触。
68.可选地，憋压通道321包括锥形口3211、第一通道3212和第二通道3213，锥形口3211位于插装台322内，用于与憋压投球100密封接触，第一通道3212的一端与锥形口3211的内径较小的一端连通，第一通道3212的另一端朝向第二端板312延伸，第二通道3213的一端与第一通道3212连通，第二通道3213的另一端朝向过流孔313延伸。
69.在上述实现方式中，锥形口3211用于容置憋压投球100，由于插装台322插设在关井筒33中，所以使得憋压投球100能够准确的落入锥形口3211中，以阻断关井筒33和憋压通道321。第一通道3212和第二通道3213用于为锥形口3211和过流孔313之间提供连通的通道。
70.示例性地，第一通道3212与锥形口3211同轴，这样能够使得流体更好的在第一通道3212和锥形口3211之间连通。第二通道3213与第一通道3212垂直，当憋压座32和内壳体31之间通过第一剪钉34相连时，第二通道3213与过流孔313同轴，这样能够使得流体更好的在第二通道3213和过流孔313之间连通。
71.继续参见图5，在本实施例中，内壳体31的外侧壁靠近第二开口311的一端具有外凸缘314，外凸缘314的外边缘与外壳体1相连，外凸缘314的朝向第二端板312的一侧与隔离筒4相抵。
72.可选地，外凸缘314的外边缘与外壳体1的内侧壁之间螺纹连接，从而能够实现内壳体31和外壳体1之间的拆装。并且，由于外凸缘314在内壳体31的径向上凸出于内壳体31的外侧壁，所以内壳体31的外侧壁不与外壳体1的内侧壁之间直接基础。如此一来，就能够给流体流经过流孔313提供空间，以保证流体的正常流动。
73.在本实施例中，关井筒33的第一端具有碰压座331，碰压座331沿关井筒33的径向凸出于关井筒33的外侧壁，碰压座331用于与固井胶塞相抵，并承载固井胶塞施加的压力。由于碰压座331沿关井筒33的径向凸出于关井筒33的外侧壁，所以相当于增大了关井筒33和固井胶塞之间的接触面积，使得碰压能够稳定的产生。
74.图9为图5的b处局部放大图，结合图9，在本实施例中，内壳体31的内侧壁具有多个止退倒齿315，各止退倒齿315沿关井筒33的移动方向依次排布，关井筒33的外侧壁具有弹性止退块332，弹性止退块332压缩在关井筒33的外侧壁和内壳体31的内侧壁之间。
75.通过止退倒齿315和弹性止退块332之间的配合，能够避免关井筒33背离第二端板312移动，保证了关井筒33在阻断过流孔313之后，能够始终保持阻断，提高了防倒流器的可靠性。
76.示例性地，止退倒齿315包括斜面和垂直面，斜面相对于内壳体31的轴线倾斜，且朝向第二开口311，垂直面相对于内壳体31的轴线垂直，且朝向第二端板312。弹性止退块332在朝向第二端板312相对于内壳体31移动时，被斜面挤压压缩，从而能够正常的通过。而弹性止退块332在具有背离第二端板312移动的趋势时，垂直面会阻挡弹性止退块332，即阻挡关井筒33背离第二端板312移动。
77.以上所述仅为本公开的可选实施例，并不用以限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。