一种旁通阀及钻井设备的制作方法

本发明涉及钻进装备，特别涉及一种旁通阀及钻井设备。

背景技术：

1、钻井技术是油气勘探开发的核心技术，其效率与安全性直接影响开采成本与效益。在钻井过程中，钻井液的循环与压力控制是维持井筒稳定、保障钻具安全的关键环节。钻井液不仅用于冷却钻头、携带岩屑，还能通过精确的液压控制平衡地层压力，防止井壁坍塌或流体侵入。

2、旁通阀作为钻井装备中的关键控制部件，通常安装在钻柱的上部，其主要功能是动态调节钻井液的流动路径，确保井下压力平衡和流体高效输送。在常规钻井作业中，旁通阀维持稳定的液流循环；而在复杂地质条件下，旁通阀能够迅速切换流道，调整钻井液流向，有效防止避免井喷、井漏等重大安全事故的发生。

3、但是，现有旁通阀的设计仍存在显著的技术瓶颈。现有钻井装备的旁通阀的执行机构较多，各执行机构运转需消耗大量的能量，而且各执行机构涉及的零部件数量更多，导致现有旁通阀存在结构复杂及能耗较大的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种旁通阀及钻井设备，仅需钻井液的下行压力及复位弹簧的弹性力便能实现循环打开或关闭旁通孔，解决了现有旁通阀的结构复杂且能耗较高的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明提供一种旁通阀，包括本体外壳、同轴固设于本体外壳内的外筒组件及沿轴向可滑动穿设于外筒组件的阀芯组件，本体外壳超过外筒组件的部分设有旁通孔；阀芯组件套设有复位弹簧，复位弹簧两端分别与阀芯组件和外筒组件相抵；

3、阀芯组件的外侧壁设有限位凸起，外筒组件的内侧壁设有沿轴向与限位凸起择一配合的第一凹槽和第二凹槽；第一凹槽和第二凹槽沿周向交替分布，且第一凹槽的轴向深度大于第二凹槽的轴向深度；

4、当阀芯组件的当前钻压未超过设定压力时，限位凸起与第二凹槽沿轴向配合，阀芯组件处于关闭位置，阀芯组件堵住旁通孔；

5、当阀芯组件的当前钻压超过设定压力时，阀芯组件在当前钻压的作用下沿轴向相对于外筒组件向下滑动挤压复位弹簧，直至限位凸起脱离第二凹槽；在当前钻压不超过设定压力时，阀芯组件在复位弹簧的作用下沿周向相对于外筒组件转动，直至限位凸起对准第一凹槽；复位弹簧推动阀芯组件沿轴向相对于外筒组件向上滑动至打开位置，限位凸起与第一凹槽沿轴向配合，阀芯组件打开旁通孔。

6、在一些实施例中，阀芯组件包括沿轴向可滑动配合的开关阀体和开关内筒；

7、开关阀体朝向开关内筒的一端设有若干沿周向分布的导向凸齿，每个导向凸齿具有倾斜齿面；

8、第二凹槽的侧壁形成有定位斜面，第二凹槽与第一凹槽之间形成有过渡凸起，过渡凸起的端部形成有引导斜面；

9、限位凸起形成于开关内筒的外侧壁，限位凸起朝向开关阀体的一端设有导向斜面；

10、倾斜齿面、引导斜面、定位斜面及导向斜面的倾斜角度相同；

11、当限位凸起与第二凹槽沿轴向配合时，导向斜面与定位斜面相抵；

12、当限位凸起脱离第二凹槽时，倾斜齿面与导向斜面相抵，开关内筒在倾斜齿面的引导下沿周向相对于开关阀体转动，直至导向斜面与定位斜面沿周向错开；当开关内筒在复位弹簧的作用下随开关阀体沿轴向向上滑动时，导向斜面与引导斜面相抵，开关内筒在引导斜面的引导下沿周向相对于开关阀体继续转动，直至限位凸起对准第一凹槽。

13、在一些实施例中，外筒组件包括开关外筒，开关外筒套设于开关阀体外；第一凹槽和第二凹槽均设于开关外筒；

14、开关阀体的外侧壁设有导向凸起，导向凸起与第一凹槽沿轴向可滑动配合，导向凸起用于引导开关阀体沿轴向开关外筒滑动；

15、开关内筒朝向开关阀体一端延伸设有导向轴段，导向轴段与开关阀体的导向通孔可滑动配合。

16、在一些实施例中，本体外壳远离旁通孔的一端一体式设有端部挡板；外筒组件还包括可拆卸固设于本体外壳内的锁紧挡板，开关外筒的两端分别与端部挡板和锁紧挡板相抵。

17、在一些实施例中，还包括上接头，上接头沿轴向可滑动穿设于本体外壳并延伸至开关外筒内；开关阀体设有螺纹通孔，螺纹通孔与上接头螺纹连接；

18、螺纹通孔与导向通孔同轴贯通，螺纹通孔的内径小于导向通孔的内径以使螺纹通孔与导向通孔的连接处形成限位台肩，开关内筒沿轴向与限位台肩相抵。

19、在一些实施例中，阀芯组件还包括滑动阀杆和与滑动阀杆相固连的滑动阀块；

20、滑动阀杆沿轴向可滑动穿过锁紧挡板；滑动阀杆远离滑动阀块的一端设有对中凸台，开关内筒端部设有对中凹槽，对中凸台沿轴向与对中凹槽可滑动配合；

21、对中凹槽的槽底形成有止挡台肩，对中凸台的端面沿轴向与止挡台肩相抵。

22、在一些实施例中，本体外壳中心形成有用于安装开关外筒的安装凹槽，滑动阀块与安装凹槽沿轴向可滑动配合；滑动阀块设有若干沿轴向贯通的液流通孔。

23、在一些实施例中，滑动阀杆的外侧壁设有限位凸缘，限位凸缘沿轴向与开关内筒的端面相抵；

24、复位弹簧的两端分别与限位凸缘和锁紧挡板相抵。

25、在一些实施例中，还包括下接头，本体外壳远离上接头的一端与下接头可拆卸连接。

26、本发明还提供一种钻井设备，包括上述旁通阀。

27、相对于背景技术，本发明对旁通阀的结构进行优化，优化后的旁通阀包括本体外壳、同轴固设于本体外壳内的外筒组件及沿轴向可滑动穿设于外筒组件的阀芯组件，本体外壳超过外筒组件的部分设有旁通孔；阀芯组件设有复位弹簧，复位弹簧两端分别与阀芯组件和外筒组件相抵；外筒组件的内侧壁所设的第一凹槽和第二凹槽沿轴向择一地与阀芯组件外侧壁所设的限位凸起相配合。

28、当阀芯组件的当前钻压未超过设定压力时，限位凸起与第二凹槽沿轴向配合，此时阀芯组件处于关闭位置，阀芯组件堵住旁通孔。

29、当阀芯组件的当前钻压超过设定压力时，阀芯组件在当前钻压的作用下沿轴向相对于外筒组件向下滑动挤压复位弹簧，直至限位凸起脱离第二凹槽；在当前钻压不超过设定压力时，阀芯组件在复位弹簧的作用下沿周向相对于外筒组件转动，直至限位凸起对准第一凹槽，接着，复位弹簧推动阀芯组件沿轴向相对于外筒组件向上滑动，直至阀芯组件到达打开位置，此时限位凸起与第一凹槽沿轴向配合，阀芯组件打开旁通孔。

30、由此可知，在钻井液的当前钻压和复位弹簧作用下，本发明中的阀芯组件在外筒组件内沿轴向往复滑动于关闭位置与打开位置之间，使阀芯组件对应地堵住或打开旁通孔，无需另设驱动设备，结构较简单，且能耗较低。

1.一种旁通阀，其特征在于，包括本体外壳（1）、同轴固设于所述本体外壳（1）内的外筒组件（2）及沿轴向可滑动穿设于所述外筒组件（2）的阀芯组件（3），所述本体外壳（1）超过所述外筒组件（2）的部分设有旁通孔（11）；所述阀芯组件（3）套设有复位弹簧（4），所述复位弹簧（4）两端分别与所述阀芯组件（3）和所述外筒组件（2）相抵；

2.根据权利要求1所述的旁通阀，其特征在于，所述阀芯组件（3）包括沿轴向可滑动配合的开关阀体（31）和开关内筒（32）；

3.根据权利要求2所述的旁通阀，其特征在于，所述外筒组件（2）包括开关外筒（21），所述开关外筒（21）套设于所述开关阀体（31）外；所述第一凹槽（211）和所述第二凹槽（212）均设于所述开关外筒（21）；

4.根据权利要求3所述的旁通阀，其特征在于，所述本体外壳（1）远离所述旁通孔（11）的一端一体式设有端部挡板（12）；所述外筒组件（2）还包括可拆卸固设于所述本体外壳（1）内的锁紧挡板（22），所述开关外筒（21）的两端分别与所述端部挡板（12）和所述锁紧挡板（22）相抵。

5.根据权利要求4所述的旁通阀，其特征在于，还包括上接头（5），所述上接头（5）沿轴向可滑动穿设于所述本体外壳（1）并延伸至所述开关外筒（21）内；所述开关阀体（31）设有螺纹通孔（314），所述螺纹通孔（314）与所述上接头（5）螺纹连接；

6.根据权利要求4所述的旁通阀，其特征在于，所述阀芯组件（3）还包括滑动阀杆（33）和与所述滑动阀杆（33）相固连的滑动阀块（34）；

7.根据权利要求6所述的旁通阀，其特征在于，所述本体外壳（1）中心形成有用于安装所述开关外筒（21）的安装凹槽（13），所述滑动阀块（34）与所述安装凹槽（13）沿轴向可滑动配合；所述滑动阀块（34）设有若干沿轴向贯通的液流通孔（341）。

8.根据权利要求6所述的旁通阀，其特征在于，所述滑动阀杆（33）的外侧壁设有限位凸缘（332），所述限位凸缘（332）沿轴向与所述开关内筒（32）的端面相抵；

9.根据权利要求5所述的旁通阀，其特征在于，还包括下接头（6），所述本体外壳（1）远离所述上接头（5）的一端与所述下接头（6）可拆卸连接。

10.一种钻井设备，其特征在于，包括权利要求1至9任一项所述的旁通阀。