一种泥浆换向阀的制作方法

1.本发明涉及一种泥浆换向阀，属于石油天然气井下控制领域。


背景技术：

2.油气开采过程中所应用的井下钻井工具很多以钻井液为动力，通过特定的井下执行机构来控制工具动作，其中最常用的执行部件之一为阀控液压缸，通过多位阀的状态切换来改变液压缸内活塞两侧压力，从而推动活塞往复运动，实现工具动作。
3.现有的阀控液压缸上采用的控制阀多为二位三通阀或三位四通阀。现有的阀体基本原理都是通过控制顶杆打开或关闭相应的锥阀，使不同的阀口联通，在活塞两侧形成压力差，推动活塞动作。阀体无法中空设计，钻井液无法从其内部流过，只能从换向阀与井下工具内壁环空流过，这将导致其下部连接的井下工具无法实现投球作业。限制了其他工具的使用。并且，钻井液携带大量的固体颗粒，极易在阀体流道内沉积，造成阀体流道堵塞，换向阀工作失效。


技术实现要素：

4.针对现有技术中所存在的上述技术问题，本发明提出了一种泥浆换向阀，能够控制换向阀不同阀口联通，实现连接活塞两侧不同压力的钻井液切换，完成往复运动。换向阀内部中空设计，与下部工具等通径，不影响下部工具投球等操作，从而克服常规推杆式换向阀易堵塞和影响投球操作等缺点，实现井下工具动作。
5.本发明提出了一种泥浆换向阀，包括：
6.圆筒形的外壳；
7.设置在所述外壳内的过流内套，所述过流内套与所述外壳同心设置，并且所述过流内套上设置有内过流孔；
8.设置在所述外壳和所述过流内套之间的活塞，所述活塞构造成能够在钻井液压力的作用下沿所述外壳的轴向方向往复运动；以及
9.设置在所述外壳和所述过流内套之间的旋转通道，所述旋转通道旋转从而使所述内过流孔周期性连通所述活塞的两端；
10.其中，所述旋转通道旋转到第一位置时，所述内过流孔连通所述活塞的后端，所述过流内套内的钻井液推动所述活塞向前移动，所述活塞伸出；所述旋转通道旋转到第二位置时，所述内流通道连通所述活塞的前端，所述过流内套内的钻井液推动所述活塞向后移动，所述活塞缩回。
11.本发明的进一步改进在于，所述旋转通道包括旋转体，所述旋转体的前部的外侧设置有环形的凹槽，所述活塞设置在所述凹槽内；
12.所述旋转体上沿径向设置有第一流道孔和第二流道孔，所述第一流道孔连通所述凹槽的前端，所述第二流道孔连通所述凹槽的后端。
13.本发明的进一步改进在于，所述活塞包括环形支撑件，所述环形支撑件与所述凹
槽滑动密封相连，所述环形支撑件将所述凹槽分隔成相互密封的前部空间和后部空间；
14.所述环形支撑件的前端设置有连接杆，所述连接杆的前端设置有连接其他组件的连接器。
15.本发明的进一步改进在于，所述第一流道孔通过沿所述旋转体的轴向设置的第一连接孔连接所述后部空间，所述第二流道孔通过沿所述旋转体的轴向设置的第二连接孔连接所述前部空间。
16.本发明的进一步改进在于，所述内过流孔与所述第一流道孔及所述第二流道孔处于同一轴向位置；
17.所述旋转通道旋转到第一位置时，所述内过流孔连通所述第一流道孔，钻井液通过所述内过流孔、所述第一流道孔和所述第一连接孔进入到所述后部空间；
18.所述旋转通道旋转到第二位置时，所述内过流孔连通所述第二流道孔，钻井液通过所述内过流孔、所述第二流道孔和所述第二连接孔进入到所述前部空间。
19.本发明的进一步改进在于，所述内过流孔上设置有内过流孔过滤网。
20.本发明的进一步改进在于，所述外壳上设置有外过流孔，所述外过流孔与所述内过流孔处于相同的轴向位置，并且所述外过流孔周期性地与所述第一流道孔和所述第二流道孔相连通。
21.本发明的进一步改进在于，所述外过流孔上设置有外过流孔过滤网。
22.本发明的进一步改进在于，所述旋转体的后端设置有环形驱动电机，所述环形驱动电机带动所述旋转体旋转。
23.本发明的进一步改进在于，所述环形驱动电机周期性转动和暂停，每次转动的角度是90度。
24.与现有技术相比，本发明的优点在于：
25.本发明的一种泥浆换向阀，能够控制换向阀不同阀口联通，实现连接活塞两侧不同压力的钻井液切换，完成往复运动。换向阀的内过流孔和外过流孔上均设置过滤网，防止较大的固态颗粒进入阀体流道堵塞换向阀。同时，换向阀内部中空设计，与下部工具等通径，不影响下部工具投球等操作，从而克服常规推杆式换向阀易堵塞和影响投球操作等缺点，实现井下工具动作。
附图说明
26.下面将结合附图来对本发明的优选实施例进行详细地描述，在图中：
27.图1所示为本发明的一个实施例的泥浆换向阀的结构示意图；
28.图2所示为本发明的一个实施例的泥浆换向阀的横向剖视结构示意图，显示旋转通道处于第一位置时的状态；
29.图3所示为本发明的一个实施例的泥浆换向阀的横向剖视结构示意图，显示旋转通道处于第二位置时的状态；
30.图4所示为本发明的一个实施例的泥浆换向阀的横向剖视结构示意图，显示旋转通道处于第三位置时的状态；
31.图5所示为本发明的一个实施例的泥浆换向阀的横向剖视结构示意图，显示旋转通道处于第四位置时的状态。
32.附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。
33.在附图中各附图标记的含义如下：1、外壳，2、过流内套，3、旋转通道，4、活塞，11、外过流孔，12、外过流孔过滤网，21、内过流孔，22、内过流孔过流网，31、旋转体，32、凹槽，33、第一流道孔，34、第二流道孔，35、第一连接孔，36、第二连接孔，37、环形驱动电机，41、环形支撑件，42、连接杆，43、连接器。
具体实施方式
34.为了使本发明的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明的示例性实施例进行进一步详细的说明。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。并且在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以互相结合。
35.图1示意性地显示了根据本发明的一个实施例的一种泥浆换向阀，所述泥浆环形阀能够控制换向阀不同阀口联通，实现连接活塞两侧不同压力的钻井液切换，完成往复运动。换向阀内部中空设计，与下部工具等通径，不影响下部工具投球等操作，从而克服常规推杆式换向阀易堵塞和影响投球操作等缺点，实现井下工具动作。
36.在如图1所示的实施例中提出了一种泥浆换向阀，其包括外壳1，所述外壳1为圆筒形的结构。所述外壳1的内部设置有过流内套2，过流内套2同样为圆筒形的结构，其内部流通有钻井液。过流内套2与外壳1同心设置，两者之间具有一定的间隙。所述过流内套2上设置有内过流孔21，内过流孔21沿径向设置，连通过流内套2的内部和外部。所述外壳1和过流内套2之间设置有活塞4，活塞4构造成能够在钻井液压力的作用下沿所述外壳1的轴向方向往复运动。所述外壳1和过流内套2之间设置旋转通道3，所述旋转通道3连接所述活塞4。旋转通道3能够在过流内套2和外壳1之间的环形空间内转动，在旋转时能够使所述内过流孔21周期性连通所述活塞4的两端。
37.其中，所述旋转通道3旋转到第一位置时，如图2所示，所述内过流孔21连通所述活塞4的后端，过流内套2内部的钻井液通过内过流孔21和旋转通道3进入到活塞4的后端，活塞4后端的压力增大，在钻井液压力的作用下活塞4向前移动，这时活塞4处于伸出的状态。所述旋转通道3旋转到第二位置时，如图3所示，所述内过流孔21连通所述活塞4的前端，过流内套2内部的钻井液通过内过流孔21和旋转通道3进入到活塞4的前端，活塞4前端的压力增大，在钻井液压力的作用下活塞4向后移动，这时活塞4处于收缩的状态。旋转通道3在均速旋转的过程中，内过流孔21周期性连通活塞4的后端和前端，使活塞4规律地伸缩。
38.在一个实施例中，如图1所示，旋转通道3包括旋转体31，旋转体31为圆环柱状的结构，其内壁配合过流内套2的外壁，旋转体31的外壁配合外壳1的内壁。旋转体31的前部的外侧设置有环形的凹槽32，为活塞4的安装槽，也是活塞4的压力腔，所述活塞4设置在所述凹槽32内。所述旋转体31上沿径向设置有第一流道孔33和第二流道孔34，所述第一流道孔33连通所述凹槽32的前端，所述第二流道孔34连通所述凹槽32的后端。优选地，第一流道孔33和第二流道孔34以中心轴为轴相对设置，这样能够保证在旋转体31旋转的过程中，第一流道孔33和第二流道孔34均匀地与内过流孔21相对准，使活塞4均匀地伸缩。
39.在一个优选的实施例中，所述活塞4包括环形支撑件41，所述环形支撑件41与所述凹槽32滑动密封相连。环形支撑件41的截面为圆环形的柱状的结构，其尺寸与凹槽32相匹
配。所述环形支撑件41将所述凹槽32分隔成相互密封的前部空间和后部空间。所述环形支撑件41的前端设置有连接杆42，所述连接杆42的前端设置有连接器43，连接器43用于连接其他组件。在本实施例中，连接杆42为环形的柱状结构，其厚度比环形支撑件41小，其内侧与过流内套2之间、外侧与外壳1之间均设置有间隙，使钻井液能够流入。连接杆42也可以是多个杆状的结构设置一周。
40.在使用根据本实施例所述的泥浆换向阀时，活塞4的环形支撑件41将凹槽32和外壳1之间形成腔体分隔成前部空间和后部空间，前部空间和后部空间作为推动活塞4移动的腔体，前部空间连通第二流道孔34，后部空间连接第一流道孔33。当旋转体31转动到第一位置时，如图1和图2所示，第一流道孔33连通后部空间，钻井液进入到后部空间，后部空间的压力增大，从而推动活塞4前进；当旋转体31旋转到第二位置时，如图1和图3所示，第二流道孔34连通前部空间，钻井液进入到前部空间，前部空间的压力增大，从而推动活塞4后退。
41.在一个实施例中，所述第一流道孔33连接有第一连接孔35，第一连接孔35沿旋转体31的轴向开设，其一端连接所述第一流道孔33的侧面，另一端连接后部空间的端面。第一连接孔35设置在旋转体31上位于第一流道孔33和凹槽32之间的位置，其径向位置与凹相对。第二流道体连接有第二连接孔36，第二连接孔36同样沿旋转体31的轴向开设其一端连接第二流道孔34的侧面，另一端伸入到凹槽32的前端的位置，并弯曲连通凹槽32的前端，从而连通前部空间。第二连接孔36设置在旋转体31上位于凹槽32内侧的一方，其径向位置在凹槽32的径向位置的内侧，第二连接孔36的端部沿径向向外弯曲而连通凹槽32，从而连通前部空间。
42.在一个优选的实施例中，所述内过流孔21与所述第一流道孔33及所述第二流道孔34处于同一轴向位置。优选地，第一流道孔33和第二流道孔34相对于过流内套2的中心轴相对设置。这样，在旋转通道3旋转的过程中，第一流道孔33和第二流道孔34能够规律地以周期性旋转的方式连接过流内孔。
43.在使用根据本实施例所述的泥浆环形阀的过程中，所述旋转通道3旋转到第一位置时，所述内过流孔21连通所述第一流道孔33，钻井液通过所述内过流孔21、所述第一流道孔33和所述第一连接孔35进入到所述后部空间。这时，后部空间的压力增大，钻井液会向环形支撑件41施加向前的推力，从而使环形支撑件41和连接杆42向前移动，活塞4伸出。
44.旋转通道3旋转到第二位置时，所述内过流孔21连通所述第二流道孔34，钻井液通过所述内过流孔21、所述第二流道孔34和所述第二连接孔36进入到所述前部空间。这时，前部空间的压力增大，钻井液为环形支撑件41施加向后的推力，从而环形支撑件41和连接杆42向后移动，活塞4收缩。
45.在一个优选的实施例中，所述内过流孔21上设置有内过流孔过滤网22。过滤网能够过滤杂质，避免钻井液中的其他杂质通过内过流孔21进入到活塞4内部阻塞管道。
46.在一个实施例中，所述外壳1上设置有外过流孔11，外过流孔11沿径向设置。外过流孔11和内过流孔21的轴向方向相同，其与第一流道孔33和第二流道孔34的位置相对。外过流孔11与内过流孔21的周向位置相对。
47.在根据本实施例所述的泥浆环形阀中，旋转通道3处于第一位置时，第一流道孔33连通所述内过流孔21，同时，第二流道孔34连通外过流孔11。这时，过流内套2内的钻井液通过内过流孔21进入到第一流道孔33内，之后进入到第一连接孔35，最后进入到活塞4后的后
部空间内。后部空间的钻井液增多，压力增大，而推动活塞4向前移动。活塞4前部的前部空间内通过第二连接孔36连接第二流道孔34，进而连接外过流孔11，通过第二连接孔36、第二流道孔34和外过流孔11将前部空间内的钻井液排出，从而减小压力，活塞4的前部空间和后部空间形成压差，使活塞4更为顺利地向前移动。
48.旋转通道3处于第二位置时，第一流道孔33连通所述外过流孔11，同时第二流道孔34连通内过流孔21。这时，过流内套2内的钻井液通过内过流孔21进入到第二流道孔34孔内，之后进入到第二连接孔36内，最后进入到活塞4前的前部空间内。前部空间内的钻井液增多压力增大，从而推动活塞4向后移动。活塞4后部的后部空间内通过第一连接孔35和第一流道孔33连接外过流孔11，后部空间内的钻井液通过第一连接孔35、第一流道孔33和外过流孔11排出，后部空间内的压力减小，活塞4的前部空间和后部空间形成压差，使活塞4更为顺利地向后移动。
49.在一个优选的实施例中，所述外过流孔11上设置有外过流孔过滤网12。外过流孔过滤网12能够过滤小颗粒和其他杂质，避免杂质进出。
50.在一个实施例中，所述旋转体31的后端设置有环形驱动电机37，所述环形驱动电机37带动所述旋转体31旋转，为旋转体31旋转提供动力。
51.在一个优选的实施例中，所述环形驱动电机37周期性转动和暂停，每次转动的角度是90度。在环形驱动电机37带动旋转体31转动到第一位置时，如图2所示，，第一流道孔33连通内过流孔21，第二流道孔34连通外过流孔11，这时环形驱动电机37暂停，过流内套2内的钻井液通过第一流道孔33进入到后部空间内，推动活塞4前进。当活塞4伸出动作完成之后，环形驱动电机37继续转动90度，这时，旋转体31处于第三位置，如图4所示，第一流道孔33和第二流道孔34均不连通内过流孔21和外过流孔11。之后，环形驱动电机37继续转动90度，旋转体31转动到第二位置，如图3所示，第一流道孔33连通外过流孔11，第二流道孔34连通内过流孔21，这时环形驱动电机37暂停，过流内套2内的钻井液通过第二流道孔34进入到前部空间，推动活塞4后退。当活塞4收缩动作完成之后，环形驱动电机37继续旋转90度，这时旋转体31处于第四位置，如图5所示，第一流道孔33和第二流道孔34均不连通内过流孔21和外过流孔11，并且与第三位置的方向相反。之后环形驱动电机37旋转90度重新时旋转体31回到第一位置，完成一次循环。
52.尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。因此，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和/或修改，根据本发明的实施例作出的变更和/或修改都应涵盖在本发明的保护范围之内。