钻井液循环阀门组装置的制作方法

本实用新型涉及一种石油钻机用阀门，尤其涉及一种钻井液循环阀门组装置，属于井口用阀门组技术领域。

背景技术：

钻进过程中，一台或者多台泥浆泵将高压流体通过管汇、闸门组、水龙带、钻具和钻头水眼喷射到井底，对井底形成高压流体冲刷，并将井眼中的固相颗粒物携带出。参与循环的流体钻井液具有如下作用：一是清洗井底，悬浮携带岩屑，保持井眼清洁；二是平衡地层压力，稳定井壁、防止井塌、井喷、井漏；三是传递水功率、以帮助钻头破碎岩石；四是为井下动力钻具传递动力；五是冷却钻头和钻具；六是利用钻井液进行地质、气测录井。

根据钻机施工能力的不同，配套泥浆泵数量从一台到四台不等，目前常用的2000米及以下钻机配套一台泵，3000-5000m钻机配套两台泵，7000-9000m钻机配套三台泵，12000m及以上钻机要配套四台泵。钻机施工井眼越深，为了保证正常的排量和泵压，参与工作的泥浆泵台套数越多，钻井液循环阀门组装置的控制闸门越多，闸门组越复杂。

目前的钻井液阀门组均为手动操作，通过提升螺杆来达到开启和关闭的目的，开启单个阀门需要旋转手轮12-14圈，操作过程时长为30-60秒，倒换任意一台泥浆泵使用，至少操作阀门组上的两个阀门，耗时需3分钟左右。

地面阀门组位于钻台右后方的地面，距离司钻房较远，需要倒换阀门时，司钻需要通过电话、信号和手势动作与阀门组操作人员（一般为副司钻）进行沟通，现场噪音大、夜晚光线差等特殊作业环境容易导致沟通错误，进而导致设备损坏、耽误施工时间。

钻井液阀门组位于高压区域，为保证井底不至于沉砂，确保施工安全，需要尽可能减少停泵时间，需要带压作业。如果在憋压状态下，副司钻进入高压区域开关阀门，阀门的刺漏对副司钻的人身安全造成威胁，存在安全隐患。且在憋压状态下开启阀门，很难开启且开启速度慢，容易导致闸板冲蚀。

为防止重物砸坏阀门的丝杆，丝杆外设有阀杆护罩，阀杆护罩对丝杆进行保护同时，也导致阀门开启和关闭状态分辨不清。若阀门处于半开状态，容易对泥浆流量产生影响，甚至对闸门产生冲蚀。丝杆和阀杆护罩之间的缝隙如果锈蚀严重或进入灰尘，使丝杠不容易旋转。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于，克服现有技术中存在的问题，提供一种钻井液循环阀门组装置，可以根据一开或二开的情况，通过不同高度的立管向钻具输送泥浆，还可以根据井深的钻进，合理切换泥浆泵，保证正常的排量和泵压。

为解决以上技术问题，本实用新型的一种钻井液循环阀门组装置，包括钻台阀门组和地面阀门组，钻台阀门组包括阀一至阀五，阀一与阀三串联在低立管中且阀一在上，阀二与阀四串联在高立管中且阀二在上，阀一与阀三之间设有低立管旁通口，阀二与阀四之间设有高立管旁通口，低立管旁通口通过阀五与高立管旁通口相连；地面阀门组包括阀六至阀十二，一号泵出口管依次通过阀六及阀十二与右地管相连，右地管的出口与低立管的下端相连；三号泵出口管依次通过阀八及阀九与左地管相连，左地管的出口与高立管的下端相连；二号泵出口管与阀七相连，阀七的出口通过三通分别连接有阀十与阀十一，阀十的另一端与阀九入口四通的一个旁路口相连，阀十一的另一端与阀十二入口四通的一个旁路口相连。

相对于现有技术，本实用新型取得了以下有益效果：一口井从井深为零开始钻进为第一次开钻，简称一开；表层套管固井后再开钻，简称二开；技术套管固井完成后再开钻，简称三开。一开时，钻具振动比较大，为避免顶部驱动装置被撞坏，钻具顶部通常先通过位置较低的水龙头鹅颈管与低立管的顶部相连，低立管的顶部比高立管的顶部大约低两米，此时打开阀一，关闭阀二。二开时，钻具振动已比较小，钻具顶部通过顶驱鹅颈管与高立管的顶部相连，此时打开阀二，关闭阀一。右地管的钻井液通过阀三和阀五可以进入高立管，左地管的钻井液通过阀四和阀五可以进入低立管。阀六控制一号泵的输出，阀七控制二号泵的输出，阀八控制三号泵的输出，阀九控制左地管的输出，阀十二控制右地管的输出。打开阀十、关闭阀十一，二号泵的钻井液可以进入左地管；打开阀十一、关闭阀十，二号泵的钻井液可以进入右地管；打开阀十、阀十一，关闭阀九，三号泵的钻井液可以进入右地管；打开阀十、阀十一，关闭阀十二，一号泵的钻井液可以进入左地管。

作为本实用新型的进一步改进，阀一至阀十二均为钻井专用高压阀，所述钻井专用高压阀包括阀体，阀体顶部设有阀盖，阀体中设有左右贯通的流体通道，流体通道的中段设有阀座，阀座中插有闸板，闸板的顶部连接有阀杆，阀杆从阀盖中心孔中向上穿出且与阀盖实现密封，阀盖上方设有缸体，缸体下端口设有液压缸底座，液压缸底座的下端面设有向下延伸的底座内螺纹段，所述底座内螺纹段旋接在阀盖的中心凸台外周，缸体的顶部设有缸盖，阀杆从缸盖中心孔中向上穿出且与缸盖实现密封，缸体中设有活塞，所述活塞固定在阀杆上；所述缸体的一侧连接有缸体连接块，缸体连接块的上部设有与缸体上腔油口相贯通的连接块上油口，连接块上油口的外端口旋接有上腔油口接头，缸体连接块的下部设有与缸体下腔油口相贯通的连接块下油口，连接块下油口的外端口旋接有下腔油口接头。

液压开阀时，高压油通过下腔油口接头进入缸体的下腔，缸体上腔的油液通过上腔油口接头流出，活塞带动阀杆上行，阀杆下端带动闸板上行，将流体通道打开，阀杆螺母离开螺母套且跟随阀杆上行。液压关阀时，高压油通过上腔油口接头进入缸体的上腔，缸体下腔的油液通过下腔油口接头流出，活塞带动阀杆下行，阀杆下端带动闸板下行，将流体通道关闭，阀杆螺母跟随阀杆下行并落在螺母套上。通过液压动力启闭阀门，实现开启或关闭的动作时间仅需1秒，倒换任意一台泥浆泵，或者更换泥浆流经通道，3-5秒就可以操作完毕，相比人工倒换阀门需要3-5分钟，大大提高工作效率，提高井下施工的安全性。该阀门不受施工环节带压作业的影响，快速开启或关闭可防止高压流体对闸板的冲蚀，提高阀门使用寿命。缸体内的液压油能够形成自锁，防止发生因震动导致阀门异常关闭。司钻在司钻房通过切换液压油路即可实现远控，不需要副司钻进入高压区域开关阀门，杜绝了高压刺漏泥浆带来的安全隐患。

作为本实用新型的进一步改进，所述连接块上油口与连接块下油口的内端口通过连接块节流油道相互连通，所述连接块节流油道的中段设有可将其切断或贯通的节流阀芯。液压操作时，节流阀芯将连接块节流油道切断。手动操作时，调整节流阀芯使连接块节流油道贯通，此时缸体的上腔与下腔相通，活塞处于浮动状态，避免液压腔对手动操作形成干涉。

作为本实用新型的进一步改进，所述节流阀芯包括位于内端的节流阀芯密封段和位于外端的节流阀芯螺纹段，所述节流阀芯密封段上设有呈米字形贯通的多道节流阀芯径向孔，所述节流阀芯螺纹段旋接在节流阀芯螺母中，所述节流阀芯螺母旋接在所述缸体连接块的沉孔中。转动节流阀芯，使节流阀芯密封段相对于连接块节流油道产生轴向位移，当节流阀芯径向孔与连接块节流油道位于同一个横截面上且孔眼对齐时，连接块节流油道导通，此时进入手动操作状态。当节流阀芯径向孔与连接块节流油道不处在同一个横截面上时，连接块节流油道被切断，此时进入液压操作状态。

作为本实用新型的进一步改进，所述缸盖上旋接有探测活塞上死点的上死点接近开关，所述液压缸底座上旋接有探测活塞下死点的下死点接近开关。当活塞到达上死点时，流体通道被完全打开，上死点接近开关向控制系统发出信号，在操作面板上显示阀门处于打开状态；当活塞到达下死点时，流体通道被完全关闭，下死点接近开关向控制系统发出信号，在操作面板上显示阀门处于关闭状态。便于司钻准确掌握阀门的状态，并且控制系统可以关闭缸体上腔及下腔的液压油通道实现自锁。

作为本实用新型的进一步改进，所述阀杆的上部设有阀杆螺纹段，所述阀杆螺纹段旋接在阀杆螺母中，所述阀杆螺母的下部通过工字键与螺母套相连接，所述螺母套可转动地固定在阀杆螺母座中，所述阀杆螺母座的下端旋接在所述缸盖的中心凸台上。液压操作时，工字键未置入键槽中，阀杆螺母与螺母套处于分离状态。手动操作时，工字键嵌入键槽中，使阀杆螺母与螺母套结合；由于螺母套被螺母套锁母及轴承可转动地限制在阀杆螺母座中，用工具转动阀杆螺母，阀杆即牵引闸板升降，此时连接块节流油道被节流阀芯切断，活塞处于浮动状态。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明，附图仅提供参考与说明用，非用以限制本实用新型。

图1为本实用新型钻井液循环阀门组装置的流程图。

图2为图1中钻台阀门组和地面阀门组部位的放大图。

图3为本实用新型中钻井专用高压阀液压开阀时的示意图。

图4为本实用新型中钻井专用高压阀液压关阀时的示意图。

图5为本实用新型中钻井专用高压阀手动操作时的示意图。

图6为图5中阀杆螺母与螺母套通过工字键相连的状态图。

图7为图5中去掉加长杆后的局部放大图。

图中：1.阀体；1a.流体通道；2.阀盖；2a.填料；2b.填料压盖；3.阀座；4.闸板；5.阀杆；5a.阀杆下榫头；6.阀杆螺母；6a.工字键；6b.螺母套；6b1.螺母套凸圈；6c.螺母套上轴承；6d.螺母套下轴承；7.螺母套锁母；8.阀杆螺母座；9.缸体；9a.缸体上腔油口；9b.缸体下腔油口；9c.活塞；10.缸盖；11.液压缸底座；12.缸体连接块；12a.连接块上油口；12b.连接块下油口；12c.上腔油口接头；12d.下腔油口接头；12e.连接块节流油道；12f.节流阀芯螺母；13.节流阀芯；13a.节流阀芯径向孔；14.阀杆护罩；15.螺母耳杆；16.加长杆；jk1.上死点接近开关；jk2.下死点接近开关。g1.一号泵出口管；g2.二号泵出口管；g3.三号泵出口管；g4.右地管；g5.左地管；g6.低立管；g7.高立管；g8.水龙带；v1.阀一；v2.阀二；v3.阀三；v4.阀四；v5.阀五；v6.阀六；v7.阀七；v8.阀八；v9.阀九；v10.阀十；v11.阀十一；v12.阀十二；zj.钻具。

具体实施方式

如图1及图2所示，本实用新型的钻井液循环阀门组装置包括钻台阀门组和地面阀门组，钻台阀门组包括阀一v1至阀五v5，阀一v1与阀三v3串联在低立管g6中且阀一v1在上，阀二v2与阀四v4串联在高立管g7中且阀二v2在上，阀一v1与阀三v3之间设有低立管旁通口，阀二v2与阀四v4之间设有高立管旁通口，低立管旁通口通过阀五v5与高立管旁通口相连；地面阀门组包括阀六v6至阀十二v12，一号泵出口管g1依次通过阀六v6及阀十二v12与右地管g4相连，右地管g4的出口与低立管g6的下端相连；三号泵出口管g3依次通过阀八v8及阀九v9与左地管g5相连，左地管g5的出口与高立管g7的下端相连；二号泵出口管g2与阀七v7相连，阀七v7的出口通过三通分别连接有阀十v10与阀十一v11，阀十v10的另一端与阀九入口四通的一个旁路口相连，阀十一v11的另一端与阀十二v12入口四通的一个旁路口相连。

一口井从井深为零开始钻进为第一次开钻，简称一开；表层套管固井后再开钻，简称二开；技术套管固井完成后再开钻，简称三开。一开时，钻具zj振动比较大，为避免顶部驱动装置被撞坏，钻具zj顶部通常先通过位置较低的水龙头鹅颈管与水龙带g8相连，水龙带g8与低立管g6的顶部相连，低立管g6的顶部比高立管g7的顶部大约低两米，此时打开阀一v1，关闭阀二v2。二开时，钻具zj振动已比较小，钻具zj顶部通过顶驱鹅颈管及水龙带与高立管g7的顶部相连，此时打开阀二v2，关闭阀一v1。

右地管g4的钻井液通过阀三v3和阀五v5可以进入高立管g7，左地管g5的钻井液通过阀四v4和阀五v5可以进入低立管g6。阀六v6控制一号泵的输出，阀七v7控制二号泵的输出，阀八v8控制三号泵的输出，阀九v9控制左地管g5的输出，阀十二v12控制右地管g4的输出。

打开阀十v10、关闭阀十一v11，二号泵的钻井液可以进入左地管g5；打开阀十一v11、关闭阀十v10，二号泵的钻井液可以进入右地管g4；打开阀十v10、阀十一v11，关闭阀九v9，三号泵的钻井液可以进入右地管g4；打开阀十v10、阀十一v11，关闭阀十二v12，一号泵的钻井液可以进入左地管g5。

如图3所示，阀一v1至阀十二v12均为钻井专用高压阀，钻井专用高压阀包括阀体1，阀体1顶部设有阀盖2，阀体1中设有左右贯通的流体通道1a，流体通道1a的中段设有阀座3，阀座3中插有闸板4，闸板4的顶部连接有阀杆5，阀杆5从阀盖中心孔中向上穿出且与阀盖2实现密封，阀盖2上方设有缸体9，缸体9下端口设有液压缸底座11，液压缸底座11的下端面设有向下延伸的底座内螺纹段，底座内螺纹段旋接在阀盖2的中心凸台外周，缸体9的顶部设有缸盖10，阀杆5从缸盖中心孔中向上穿出且与缸盖10实现密封，缸体9中设有活塞9c，活塞9c固定在阀杆5上；缸体9的一侧连接有缸体连接块12，缸体连接块12的上部设有与缸体上腔油口9a相贯通的连接块上油口12a，连接块上油口12a的外端口旋接有上腔油口接头12c，缸体连接块12的下部设有与缸体下腔油口9b相贯通的连接块下油口12b，连接块下油口12b的外端口旋接有下腔油口接头12d。

液压开阀时，高压油通过下腔油口接头12d进入缸体9的下腔，缸体上腔的油液通过上腔油口接头12c流出，活塞9c带动阀杆5上行，阀杆5下端带动闸板4上行，将流体通道1a打开，阀杆螺母6离开螺母套6b且跟随阀杆5上行。

如图4所示，液压关阀时，高压油通过上腔油口接头12c进入缸体9的上腔，缸体下腔的油液通过下腔油口接头12d流出，活塞9c带动阀杆5下行，阀杆5下端带动闸板4下行，将流体通道1a关闭，阀杆螺母6跟随阀杆5下行并落在螺母套6b上。通过液压动力启闭阀门，实现开启或关闭的动作时间仅需1秒，倒换任意一台泥浆泵，或者更换泥浆流经通道，3-5秒就可以操作完毕，相比人工倒换阀门需要3-5分钟，大大提高工作效率，提高井下施工的安全性。

连接块上油口12a与连接块下油口12b的内端口通过连接块节流油道12e相互连通，连接块节流油道12e的中段设有可将其切断或贯通的节流阀芯13。液压操作时，节流阀芯13将连接块节流油道12e切断。手动操作时，调整节流阀芯13使连接块节流油道12e贯通，此时缸体9的上腔与下腔相通，活塞9c处于浮动状态，避免液压腔对手动操作形成干涉。

节流阀芯13包括位于内端的节流阀芯密封段和位于外端的节流阀芯螺纹段，节流阀芯密封段上设有呈米字形贯通的多道节流阀芯径向孔13a，节流阀芯螺纹段旋接在节流阀芯螺母12f中，节流阀芯螺母12f旋接在缸体连接块12的沉孔中。转动节流阀芯13，使节流阀芯密封段相对于连接块节流油道12e产生轴向位移，当节流阀芯径向孔13a与连接块节流油道12e位于同一个横截面上且孔眼对齐时，连接块节流油道12e导通，此时进入手动操作状态。当节流阀芯径向孔13a与连接块节流油道12e不处在同一个横截面上时，连接块节流油道12e被切断，此时进入液压操作状态。

缸盖10上旋接有探测活塞上死点的上死点接近开关jk1，液压缸底座11上旋接有探测活塞下死点的下死点接近开关jk2。当活塞9c到达上死点时，流体通道1a被完全打开，上死点接近开关jk1向控制系统发出信号，在操作面板上显示阀门处于打开状态；当活塞9c到达下死点时，流体通道1a被完全关闭，下死点接近开关jk2向控制系统发出信号，在操作面板上显示阀门处于关闭状态。便于司钻准确掌握阀门的状态，并且控制系统可以关闭缸体上腔及下腔的液压油通道实现自锁。

如图5至图7所示，阀杆5的上部设有阀杆螺纹段，阀杆螺纹段旋接在阀杆螺母6中，阀杆螺母6的下部通过工字键6a与螺母套6b相连接，螺母套6b可转动地固定在阀杆螺母座8中，阀杆螺母座8的下端旋接在缸盖10的中心凸台上。液压操作时，工字键6a未置入键槽中，阀杆螺母6与螺母套6b处于分离状态。手动操作时，工字键6a嵌入键槽中，使阀杆螺母6与螺母套6b结合；由于螺母套6b被螺母套锁母7及轴承可转动地限制在阀杆螺母座8中，用工具转动阀杆螺母6，阀杆5即牵引闸板4升降，此时连接块节流油道12e被节流阀芯13切断，活塞9c处于浮动状态。

螺母套6b的下部圆周上设有螺母套凸圈6b1，螺母套凸圈6b1的外周与阀杆螺母座8的内孔壁间隙配合，螺母套凸圈6b1的上方通过螺母套上轴承6c支撑在阀杆螺母座8的内台阶上，螺母套凸圈6b1的下方通过螺母套下轴承6d支撑在螺母套锁母7上，螺母套锁母7的外螺纹旋接在阀杆螺母座8的内螺纹中。螺母套锁母7、螺母套上轴承6c、螺母套下轴承6d及阀杆螺母座8的内台阶实现了螺母套凸圈6b1的轴向定位，螺母套上轴承6c及螺母套下轴承6d使得螺母套6b的旋转更加灵活，使得手动操作时更加轻便。

阀杆螺母座8及阀杆5上端的外周覆盖有阀杆护罩14，阀杆护罩14的下端旋接在阀杆螺母座8的下端外周。阀杆护罩14可以避免阀杆5沾染灰尘或者被重物砸坏。

阀盖中心孔的上部设有填料函，填料函的底部设有密封在阀杆5外周的填料2a，填料函的上端口旋接有填料压盖2b，液压缸底座11的下端面压在填料压盖2b上方。填料压盖2b将填料2a压紧在填料函中，实现阀杆5与阀盖中心孔之间的可靠密封，液压缸底座11压在填料压盖2b上可以防止其因震动而松脱。

阀杆螺母6的上部设有方榫或者对称设有沿径向向外延伸的螺母耳杆15。卸掉阀杆护罩14后，可以通过扳手或者手轮卡在方榫上转动阀杆螺母6；也可以在螺母耳杆15上套上加长杆16，以便更轻松地转动阀杆螺母6，实现阀门的启闭。

阀杆5的下端设有呈工字型截面的阀杆下榫头5a，闸板4的上端嵌于阀杆下榫头5a的凹槽中。呈工字型截面的阀杆下榫头5a与闸板4的配合使得阀杆5与闸板4之间实现轴向定位，如果阀杆5产生转动时，闸板4不会承受扭力，使闸板的升降更加灵活且延长阀门的使用寿命。

以上所述仅为本实用新型之较佳可行实施例而已，非因此局限本实用新型的专利保护范围。除上述实施例外，本实用新型还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围内。本实用新型未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述。