一種旁通開關閥的製作方法
2023-05-18 02:57:19
本實用新型涉及石油勘探開發裝置領域，尤其涉及一種連續循環鑽井技術中應用的旁通開關閥。
背景技術：
在常規鑽井需要接單根時，必須中斷循環鑽井介質（泥漿或氣體）。中斷循環會產生許多對鑽井作業不利的影響，包括：因停止循環時，環空動態壓降消失，井底壓力降低，有時會造成井湧；重新建立循環時，井底壓力增加，可能導致井漏。在窄密度窗口作業時，這兩種影響會更加突出。在大位移井的大斜度段和水平鑽井中，巖屑會落在井眼的低邊形成巖屑床，減少有效井眼尺寸，增大鑽柱扭矩和阻力；在高溫高壓井中，循環介質中的固相沉降及泥漿溫度的升高會改變泥漿性能，而且高溫會使井下儀器過熱；在欠平衡鑽井中，氣體的流動可能會產生一個不穩定的環空；在氣體鑽井過程中，巖屑下沉卡鑽以及井底積液導致地層浸泡垮塌。這些不利影響容易引起井眼不穩定、井壁坍塌、卡鑽、鑽具失效、溢流或井漏等鑽井複雜情況。因此，如何在接單根時保持鑽井介質的連續循環，從而有效避免以上問題，成為技術難題。
連續循環鑽井技術的出現為上述問題的解決提供了技術方案。其中採用連續循環閥的連續循環鑽井技術是目前該技術的發展方向。連續循環閥包括兩個循環通道，一個是主通道，另一個是旁通道，分別通過主通道開關閥和旁通開關閥分別實現主通道和旁通道的協調開關。主要的結構形式有兩種：一種是主通道和旁通道都利用浮動閥板的形式，另一種形式是主通道為旋塞閥結構而旁通道為單向閥結構。以上兩種形式在旁通通道的設計中為了不佔用主通道的設計空間，都直接在閥體管壁上設計加工，勢必會限制閥體的受力情況以及額定流量；無論是閥板還是單向閥形式，旁通循環期間，流體一直衝刷密封面，勢必會降低密封的使用壽命。因此提高閥體的受力情況和額定流量，保證軸向通道可下入電測等所需儀器以及減少流體對旁通密封面的衝蝕是連續循環閥設計必須考慮的問題。
技術實現要素：
本實用新型的目的就是現有技術中存在的問題，提供一種實現連續循環鑽井技術中接單根期間對旁通通道開關控制的旁通開關閥。
為實現上述目的，本實用新型採用以下設計方案：
一種旁通開關閥，包括外殼1、內筒6和密封座5；其中：外殼1呈圓筒形，內部軸向加工有臺階孔道；內筒6安裝在外殼1內，內筒6呈圓筒狀，內部軸向加工有通孔，外圓柱面從上到下分別為不同外徑的第一外圓柱面、第二外圓柱面和第三外圓柱面；密封座5呈圓環形，固定安裝在外殼1內，密封座5的外圓柱面與外殼1的第一內圓柱面之間形成靜密封；第一外圓柱面與密封座5的內圓柱面之間形成滑動密封；第二外圓柱面與外殼1內孔之間形成滑動密封，第二外圓柱面將外殼1的內部空間分割成上部環隙和下部環隙；外殼1上徑向加工有孔道A11和孔道B10，孔道A11與上部環隙連通，孔道B10與下部環隙連通；內筒6向下移動，第三外圓柱面與外殼1內孔之間形成密封，孔道B10與下部環隙連通卻與內筒6的內部通孔隔離，即旁通道處於關閉狀態；內筒6向上移動，第三外圓柱面與外殼1分開，孔道B10與下部環隙以及內筒6的內部通孔連通，即旁通道處於打開狀態。
上述方案還包括：
所述內筒6的第一外圓柱面、第二外圓柱面和第三外圓柱面的外徑分別為Φ1、Φ2和Φ3，其關係為Φ2＞Φ1＞Φ3。
旁通道關閉狀態時，所述的外殼1和內筒6之間安裝有防止外殼1與內筒6相對移動的銷釘B8。
所述密封座5的外圓柱面與外殼1的第一內圓柱面之間安裝密封圈A2形成靜密封；第一外圓柱面與密封座5的內圓柱面之間安裝密封圈B4形成滑動密封；第二外圓柱面與外殼1內孔之間安裝密封圈C7形成滑動密封，密封圈C7將外殼1的內部空間分割成上部環隙和下部環隙；第三外圓柱面與外殼1內孔之間利用密封圈D9形成密封。
本實用新型的優點是：旁通通道密封置於外殼軸向通道而不是管壁上，減少了管壁上零件數量，降低了密封刺漏的危險性，增加了閥體的強度和旁通通道額定流量；內筒加工有軸向通孔可以實現特殊作業中零件通過的功能；採用密封圈密封提高了流體密封的可靠性。
附圖說明
圖1是本實用新型一種旁通開關閥的旁通道關閉狀態結構示意圖（鑽井介質通過內筒內部通孔流動）。
圖2是本實用新型一種旁通開關閥的旁通道打開狀態結構示意圖（鑽井介質通過孔道B流動）。
圖中 1.外殼，2.密封圈A，3.銷釘A，4.密封圈B，5.密封座，6.內筒，7.密封圈C，8.銷釘B，9. 密封圈D，10.孔道B ，11.孔道A。
具體實施方式
下面結合附圖1和附圖2對本實用新型作進一步描述：
一種旁通開關閥包括外殼1、內筒6和密封座5；外殼1呈圓筒形，內部軸向加工有臺階孔道，臺階孔道軸向貫穿整個外殼1；密封座5呈圓環形，通過銷釘3固定安裝在外殼1內，密封座5的外圓柱面與外殼1之間安裝密封圈A2形成靜密封；內筒6呈圓筒狀，內部軸向加工有通孔，外圓柱面為有三種尺寸外徑，從上到下分別加工有第一外圓柱面、第二外圓柱面和第三外圓柱面；內筒6安裝在外殼1內，第一外圓柱面與密封座5的內圓柱面之間安裝密封圈B4形成滑動密封；第二外圓柱面與外殼1內孔之間安裝密封圈C7形成滑動密封，密封圈C7將外殼1的內部空間分割成上部環隙和下部環隙；外殼1上徑向加工有孔道A11和孔道B10，孔道A11與上部環隙連通，孔道B10與下部環隙連通；內筒6向下移動，第三外圓柱面與外殼1內孔之間利用密封圈D9形成密封，孔道B10與下部環隙連通卻與內筒6的內部通孔隔離，即旁通道處於關閉狀態；內筒6向上移動，第三外圓柱面與外殼1分開，孔道B10與下部環隙以及內筒6的內部通孔連通，即旁通道處於打開狀態。
內筒6的第一外圓柱面、第二外圓柱面和第三外圓柱面的外徑分別為Φ1、Φ2和Φ3，其關係優選為Φ2＞Φ1＞Φ3；孔道B10處於關閉狀態時，外殼1和內筒6之間安裝有防止外殼1與內筒6相對移動的銷釘B8。
現場應用過程中，在旁通開關閥的上部連接一個鑽具閥，該鑽具閥可以是鑽具止回閥或者旋塞閥，該實施例選擇連接旋塞閥（圖中未示出）。
如附圖1所示，石油鑽井鑽進過程中，鑽井介質經過旋塞閥（打開狀態），到達旁通開關閥內筒6的內部通孔，然後流入下部鑽具組合（此時，第三外圓柱面與外殼1內孔壁之間利用密封圈D9形成密封，孔道B10與下部環隙連通卻與內筒6的內部通孔隔離，即旁通道處於關閉狀態）。
如附圖2所示，接單根時，先將銷釘B8鬆開，使得內筒6在外部作用力的作用下可以上下滑動，連續循環閥控制管匯將鑽井介質導入旁通開關閥的孔道B10，由於孔道A11內為大氣壓力並且Φ2＞Φ1，因此，內筒6在壓差的作用下向上移動，第三外圓柱面與外殼1內孔壁分開，孔道B10與下部環隙連通以及內筒6的內部通孔連通，旁通通道打開，逐漸關閉旋塞閥，鑽井介質通過旁通通道流入下部鑽具組合；
單根接完後，逐步打開旋塞閥，鑽井介質再從旁通通道轉換到主通道，利用連續循環閥控制管匯對旁通通道洩壓，由於孔道A11和孔道B10變為大氣壓力並且Φ1＞Φ3，因此內筒6在壓差的作用下向下移動，從而關閉孔道B10；孔道B10處於關閉狀態後，擰緊銷釘B8防止外殼1與內筒6相對移動。從而實現鑽井全過程中鑽井介質的連續循環作業。
在上述實施例中打開主通道關閉旁通道的另外一個實施例為：
孔道A11為液壓控制口，旁通開關過程中外接提供液壓源的液壓系統。
逐步打開旋塞閥，鑽井介質從旁通通道和主通道到達下部鑽具，在孔道A11上外接提供液壓源的液壓系統，啟動液壓系統孔道A11內注入液壓介質，逐步增加液壓介質壓力，則內筒6在液壓介質壓力作用下下行，從而關閉旁通道；旁通道處於關閉狀態後，利用連續循環閥控制管匯關閉旁通道並對孔道B10洩壓，洩壓後擰緊銷釘B8防止外殼1與內筒6相對移動。最後對孔道A11洩壓，拆卸相應液壓介質管線。從而實現鑽井全過程中鑽井介質的連續循環作業。