鑽杆單路泵注式孔內座封/解封器的製作方法

2023-06-01 13:07:21

專利名稱：鑽杆單路泵注式孔內座封/解封器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種鑽孔封隔設備。
背景技術：
在地質鑽探中，經常需要在鑽孔前端部位進行封隔探測，以便實時、保真地獲得原狀地 層流體數據。例如在煤礦巷道近水平鑽孔內超前探測煤層氣原狀參數；在勘探鑽孔內封隔
探測指定層段的地層流體壓力、溫度以及可能的物化性能等。這類技術工作在地下能(資)
源勘探開發中有著重要的意義。

發明內容
本發明的目的在於提供一種可靠性好、使用方便、結構簡單、成本低的鑽杆單路泵注式 孔內座封/解封器。
為了實現上述目的，本發明的技術方案是鑽杆單路泵注式孔內座封/解封器，其特徵 在於它包括鑽杆接頭、球形閥門、活塞缸、彈卡器、活塞、壓縮彈簧、橡膠囊、花管、短接 頭；鑽杆接頭內設有泥漿通孔，鑽杆接頭的左部為與鑽杆連接的連接頭，鑽杆接頭的右部與 花管的左端部螺紋連接，花管的右端部與短接頭螺紋連接；花管內設有高壓水腔，花管外壁 上設有橡膠囊凹槽，橡膠囊凹槽處的花管上設有花管水口，花管水口與高壓水腔相通，花管 的橡膠囊凹槽上套有橡膠囊；
鑽杆接頭的右端部設有活塞缸螺紋連接孔，活塞缸螺紋連接孔與鑽杆接頭內的泥漿通孔 相通；活塞缸的左端部旋入活塞缸螺紋連接孔內與鑽杆接頭螺紋連接，活塞缸內設有活塞滑 移通道，活塞缸內的活塞滑移通道的右端為封閉端，活塞缸內的活塞滑移通道的左端為開口 閉端，活塞滑移通道與鑽杆接頭內的泥漿通孔相通；活塞缸上設有活塞缸水口，活塞缸水口 分別與活塞滑移通道、高壓水腔相連通；活塞缸上設有彈卡器通孔，彈卡器通孔與活塞滑移 通道相通，彈卡器的銷子位於彈卡器通孔內；活塞位於活塞滑移通道內，活塞的右端與活塞 缸之間設有壓縮彈簧，活塞的左端部與球形閥門螺紋連接；活塞外壁設有定位槽，定位槽的 形狀與彈卡器的銷子的形狀相對應，定位槽位於彈卡器的左側；球形閥門的球形面朝向鑽杆
接頭內的泥漿通孔，球形閥門的球形面與鑽杆接頭內的泥漿通孔口密封接觸(在壓縮彈簧的 彈力作用下)。
本發明的有益效果是
1、 採用上述結構，其結構簡單，成本低。在座封期間不需維持泵壓，大大簡化了傳統 鑽孔封隔設備的複雜性。
2、 使用方便直接利用鑽杆，通過地面泥漿泵先後2次泵注壓力槳液，分別實現鑽孔 內的座封和解封，單向泵注的2級壓力的控制操作十分便利。
3、 座封和解封可靠座封或解封各自只需開泵運行很短時間， 一旦達到座封或解封狀態，即可停泵，系統自行保持所需狀態，省卻了為維持狀態壓力的長時間的泵運行累贅，狀 態保持可靠。
4、配套設施只需直接利用鑽探(井)現成的單路鑽杆和泥漿泵。 應用領域應用於煤田鑽探鑽孔內封隔探測煤層氣原狀參數，也可應用於其它鑽孔內封 隔探測指定層段的地層流體壓力、溫度以及可能的物化性能等場合(固體礦床和油/氣/水/ 熱等地下資源的鑽探)。


圖l是本發明的結構示意圖2是本發明的總體工作原理圖3是座封過程原理示意圖4是座封結果示意圖5是解封過程原理示意圖6是彈卡器的結構示意圖；圖中l-鑽杆接頭，2-第一密封圈，3-球形閥門，4-活塞缸，5-彈卡器，6-第二密封 圈，7-活塞，8-壓縮彈簧，9-花管水口， 10-橡膠囊，11-花管，12-高壓水腔，13-第三密封 圈，14-短接頭，15-活塞缸螺紋連接孔，16-活塞滑移通道，17-活塞缸水口， 18-彈卡通孔， 19-壓縮彈簧腔，20-定位槽，21-泥漿泵，22-泥漿輸送管，23-壓力表，24-回水閥，25-回 水管，26-漿液，27-鑽杆，28-鑽孔，29-鑽杆單路泵注式孔內座封/解封器，30-探測儀，31-孔壁，32-定位彈簧，33-端蓋，34-銷子。
具體實施例方式
如圖1所示，鑽杆單路泵注式孔內座封/解封器，它包括鑽杆接頭l、球形閥門3、活塞 缸4、彈卡器5、活塞7、壓縮彈簧8、橡膠囊IO、花管ll、短接頭14;鑽杆接頭l內設有 泥漿通孔，鑽杆接頭1的左部為與鑽杆連接的連接頭，鑽杆接頭1的右部與花管11的左端 部螺紋連接，花管11的右端部與短接頭14螺紋連接(短接頭14與探測儀30連接)；花管 11內設有高壓水腔12，花管ll外壁上設有橡膠囊凹槽，橡膠囊凹槽處的花管上設有花管水 口 9，花管水口 9與高壓水腔12相通，花管11的橡膠囊凹槽上套有橡膠囊10 (所有的花管 水口 9都被橡膠囊10蓋住)；
鑽杆接頭1的右端部設有活塞缸螺紋連接孔15,活塞缸螺紋連接孔15與鑽杆接頭1內 的泥漿通孔相通；活塞缸4的左端部旋入活塞缸螺紋連接孔15內與鑽杆接頭1螺紋連接， 活塞缸4內設有活塞滑移通道16，活塞缸4內的活塞滑移通道16的右端為封閉端，活塞缸 4內的活塞滑移通道16的左端為開口閉端，活塞滑移通道16與鑽杆接頭1內的泥漿通孔相 通；活塞缸4上設有活塞缸水口 17，活塞缸水口 17分別與活塞滑移通道16、高壓水腔12 相連通；活塞缸4上設有彈卡器通孔18，彈卡器通孔18與活塞滑移通道16相通，彈卡器5 的銷子34位於彈卡器通孔18內；活塞7位於活塞滑移通道16內，活塞7的右端與活塞缸4 之間設有壓縮彈簧8 (壓縮彈簧8位於活塞滑移通道16內，活塞7的右端部設有壓縮彈簧腔 19，壓縮彈簧的左端部位於壓縮彈簧腔19內)，活塞7的左端部與球形閥門3螺紋連接；塞7外壁設有定位槽20，定位槽20的形狀與彈卡器5的銷子34的形狀相對應，定位槽20 位於彈卡器5的左側；在壓縮彈簧8的彈力作用下，球形閥門3的球形面封閉鑽杆接頭1內 的泥漿通孔(球形閥門3位於活塞缸螺紋連接孔15、活塞滑移通道16內，球形閥門3的球 形面朝向鑽杆接頭1內的泥漿通孔，球形閥門3的球形面與鑽杆接頭1內的泥漿通孔口密封 接觸)。
所述的鑽杆接頭1的右部與花管11的左端部之間設有第一密封圈2。 所述的花管11的右端部與短接頭14之間設有第三密封圈13。
所述的活塞7與活塞缸4之間設有第二密封圈(為Y形)6，第二密封圈6位於活塞缸 水口 17的右側。
如圖6所示，彈卡器5由定位彈簧32、端蓋33、銷子34組成，彈卡器通孔18處的活 塞缸上設有端蓋螺紋連接柱(內為彈卡器通孔)，端蓋33與活塞缸上的端蓋螺紋連接柱螺紋 連接，銷子34位於彈卡器通孔18內，銷子34與端蓋33之間設有定位彈簧32。
工作原理
如圖2所示，用泥漿泵21通過泥漿輸送管22、鑽杆27內的泥漿通孔先後向鑽孔28內 鑽杆單路泵注式孔內座封/解封器29泵注2次不同壓力的漿液(泥漿輸送管22上設有壓力 表23)，分別實現鑽孔內座封和解封。泵注壓力的調定是通過調整水泵回水閥來實現的。泥 漿輸送管22上設有回水管25，回水管25上設有回水閥24。
1. 座封如圖3所示，先將回水閥大開啟，再開泥漿泵21，這時漿液26開始抵達球形 閥門3，接著逐漸關小回水閥使漿液的壓力憋高，當壓力值超過壓縮彈簧8的反力時，球形 閥門開啟，漿液通過活塞缸和活塞之間的前環隙以及活塞缸水口 17進入花管11的高壓水腔 12內，並壓迫橡膠囊向外擴張實現座封孔壁31。此時的壓力值控制在即能打開球型閥門又 不擴大(座封壓力範圍內)，使活塞上的定位槽20的右行止點到達不了彈卡器5 (或稱彈卡 銷)的位置。繼而，維持壓力十幾秒後停泵、洩壓，這時球形閥門在壓縮彈簧的彈簧力的作 用下迅速回位關閉，而花管11的高壓水腔12和橡膠囊中的漿液無法倒流，使座封壓力仍維 持穩定不變，從而實現其後階段不再需要用泵就可以長期可靠的"記憶"座封(如圖4所示)。
2. 解封如圖5所示，需要解封時，再次開泥漿泵21，並逐漸關小回水閥，使壓力升 高超過座封壓力值而達到解封壓力值,此時活塞被推動右行，直至活塞上的定位槽20到達彈 卡器5的位置，彈卡器5的銷子34嵌入定位槽20內，鎖定活塞7。此後，球形閥門將始終 保持開啟狀態。繼而停泵，橡膠囊和花管11的高壓水腔12內的壓力漿液通過開啟的閥門倒 流回鑽杆，橡膠囊因內壓卸除而收縮，完成解封。
完成一次座封/解封後，需將鑽杆單路泵注式孔內座封/解封器進行回位方可再次使用。 具體方法是將鑽杆單路泵注式孔內座封/解封器中的活塞缸4取出，打開彈卡器上的端蓋， 取出定位彈簧，頂住前端活塞，將銷子取出；然後將銷子、彈簧、端蓋依次安裝，組配好鑽 杆單路泵注式孔內座封/解封器，便可再次使用。
權利要求
1.鑽杆單路泵注式孔內座封/解封器，其特徵在於它包括鑽杆接頭(1)、球形閥門(3)、活塞缸(4)、彈卡器(5)、活塞(7)、壓縮彈簧(8)、橡膠囊(10)、花管(11)、短接頭(14)；鑽杆接頭(1)內設有泥漿通孔，鑽杆接頭(1)的左部為與鑽杆連接的連接頭，鑽杆接頭(1)的右部與花管(11)的左端部螺紋連接，花管(11)的右端部與短接頭(14)螺紋連接；花管(11)內設有高壓水腔(12)，花管(11)外壁上設有橡膠囊凹槽，橡膠囊凹槽處的花管上設有花管水口(9)，花管水口(9)與高壓水腔(12)相通，花管(11)的橡膠囊凹槽上套有橡膠囊(10)；鑽杆接頭(1)的右端部設有活塞缸螺紋連接孔(15)，活塞缸螺紋連接孔(15)與鑽杆接頭(1)內的泥漿通孔相通；活塞缸(4)的左端部旋入活塞缸螺紋連接孔(15)內與鑽杆接頭(1)螺紋連接，活塞缸(4)內設有活塞滑移通道(16)，活塞缸(4)內的活塞滑移通道(16)的右端為封閉端，活塞缸(4)內的活塞滑移通道(16)的左端為開口閉端，活塞滑移通道(16)與鑽杆接頭(1)內的泥漿通孔相通；活塞缸(4)上設有活塞缸水口(17)，活塞缸水口(17)分別與活塞滑移通道(16)、高壓水腔(12)相連通；活塞缸(4)上設有彈卡器通孔(18)，彈卡器通孔(18)與活塞滑移通道(16)相通，彈卡器(5)的銷子位於彈卡器通孔(18)內；活塞(7)位於活塞滑移通道(16)內，活塞(7)的右端與活塞缸(4)之間設有壓縮彈簧(8)，活塞(7)的左端部與球形閥門(3)螺紋連接；活塞(7)外壁設有定位槽(20)，定位槽(20)的形狀與彈卡器(5)的銷子的形狀相對應，定位槽(20)位於彈卡器(5)的左側；球形閥門(3)的球形面朝向鑽杆接頭(1)內的泥漿通孔，球形閥門(3)的球形面與鑽杆接頭(1)內的泥漿通孔口密封接觸。
2. 根據權利要求l所述的鑽杆單路泵注式孔內座封/解封器，其特徵在於所述的鑽杆 接頭(O的右部與花管(11)的左端部之間設有第一密封圈(2)。
3. 根據權利要求1所述的鑽杆單路泵注式孔內座封/解封器，其特徵在於所述的花管 (11)的右端部與短接頭(14)之間設有第三密封圈(13)。
4. 根據權利要求1所述的鑽杆單路泵注式孔內座封/解封器，其特徵在於所述的活塞(7)與活塞缸(4)之間設有第二密封圈(6)，第二密封圈(6)位於活塞缸水口 (17)的 右側。
全文摘要
本發明涉及一種鑽孔封隔設備。鑽杆單路泵注式孔內座封/解封器，其特徵在於它包括鑽杆接頭、球形閥門、活塞缸、彈卡器、活塞、壓縮彈簧、橡膠囊、花管、短接頭；鑽杆接頭內設有泥漿通孔，鑽杆接頭的右部與花管的左端部螺紋連接，花管的右端部與短接頭螺紋連接；花管內設有高壓水腔，花管外壁上設有橡膠囊凹槽，橡膠囊凹槽處的花管上設有花管水口，花管水口與高壓水腔相通，花管的橡膠囊凹槽上套有橡膠囊；活塞缸的左端部旋入活塞缸螺紋連接孔內與鑽杆接頭螺紋連接，活塞缸上設有活塞缸水口；活塞位於活塞滑移通道內，活塞的右端與活塞缸之間設有壓縮彈簧，活塞的左端部與球形閥門螺紋連接。本發明具有可靠性好、使用方便、結構簡單、成本低的特點。
文檔編號E21B47/00GK101315024SQ20081004833
公開日2008年12月3日 申請日期2008年7月9日 優先權日2008年7月9日
發明者烏效鳴, 傑 劉, 文國軍, 王生維, 童紅梅, 胡鬱樂, 鈕洪亮 申請人:中國地質大學(武漢)