一种多次开关旁通系统的制作方法

1.本发明涉及油气开采领域，具体的说，本发明涉及一种油气开采设备，更具体的说，本发明涉及一种多次开关旁通系统。


背景技术：

2.在钻、修井过程中，管柱作为钻井液输送通道，为井下动力钻具、mwd、lwd、旋转导向等工具提供液力。值得说明的是，由于长期使用，管柱内孔污垢很多，而井下动力钻具、mwd、lwd、旋转导向等对钻井液的洁净度要求较高，管柱内孔的污垢随钻井液进入井下动力钻具，会使其产生制动。或是为了堵漏，避免堵漏液经过井下动力钻具、mwd、lwd、旋转导向等工具，为了保证这些工具使用寿命和可靠性，需要对管柱内孔管壁进行冲洗或是堵漏液不经过这些工具，进而提高钻、修井作业过程的安全性、工作效率和作业质量。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种多次开关旁通系统；本发明的系统可以改变钻井液流动方向，使其不经过井下动力钻具、mwd、lwd、旋转导向等工具，不对这些工具造成伤害。
4.为达上述目的，本发明提供了一种多次开关旁通系统，其中，包括：
5.位于上部的旁通阀体1和位于下部的球篮外壳8，旁通阀体1的侧壁设置至少一个旁通阀口4；旁通阀体1和球篮外壳8的内部轴向空腔形成连续的流道15；
6.水眼关闭球10和旁通关闭球11，旁通关闭球11数量与旁通阀口4数量相同，且直径满足其能够封堵住旁通阀口4；
7.阀芯5，其可轴向滑动的设置在旁通阀体1内腔，所述阀芯5通过弹性部件6担设在旁通阀体1内腔，使得阀芯在外力作用下能够向下滑动压迫弹性部件，在外力撤销时通过弹性部件向上复位滑动；并通过阀芯的上下滑动来控制所述旁通阀口4的关闭和打开；
8.阀座3，其固定设置在阀芯5上；阀座中间设置贯穿阀座的阀座穿孔31；
9.当弹性部件6为复位状态时，阀芯5能够位于使得阀芯5将旁通阀口4封闭的位置；
10.当弹性部件6在第一设定压力作用下时，阀芯5能够位于使得旁通阀口4打开的位置，以使得阀芯的内部轴向空间通过旁通流道与外界相连通，且水眼关闭球10能够坐落于阀座3上并封闭阀座穿孔31，且当旁通关闭球11落在水眼关闭球10上面时，旁通关闭球能够封堵住旁通阀口4；
11.水眼关闭球10的直径比阀座穿孔31的直径大0.1
‑
0.5mm，当弹性部件6在第二设定压力作用下时，阀座3能够在水眼关闭球10挤压下发生形变并使得水眼关闭球10和旁通关闭球11依次穿过阀座穿孔31而落入球篮外壳8内。
12.本发明的旁通关闭球11的直径一般小于阀座穿孔31最窄处的直径以使得旁通关闭球11能够穿过阀座穿孔31。
13.根据本发明一些具体实施方案，旁通关闭球11的直径比旁通阀口4大0.3
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10cm。
14.根据本发明一些具体实施方案，旁通关闭球11的直径比旁通阀口4大0.4
‑
1.0cm。
15.根据本发明一些具体实施方案，旁通关闭球11的直径比旁通阀口4大0.5
‑
0.8cm。
16.本发明的水眼关闭球10直径、旁通关闭球11直径、阀座穿孔31最窄处直径、以及旁通阀口4与阀座穿孔31直径最窄处的垂直高度的数值能够满足如下要求：
17.当弹性部件6在第一设定压力作用下时，开口21与旁通阀口4相对应连通，且水眼关闭球10能够坐落于阀座3上并封闭阀座穿孔31，并且当旁通关闭球11落在水眼关闭球10上面时，旁通关闭球11能够封堵住旁通阀口4。
18.上述参数的具体设定可以由本领域技术人员经过实验获得，而无需付出更多的创造性劳动。
19.阀座3的阀座穿孔31可以为等径或不等径，当加工为不等径时，阀座穿孔31上部直径可以小一些，下面的直径可以大一些，以更利于水眼关闭球在压力下挤压穿过阀座穿孔。
20.阀座的材质可以采用略软一些的材料，以利于水眼关闭球在压力下挤压阀座穿孔处的阀座，以使得阀座穿孔处的阀座发生形变；譬如，阀座的材质的拉伸变形量(伸长率)为5％
‑
35％。
21.根据本发明一些具体实施方案，其中，阀座的材质为铜基合金或尼龙材料。
22.根据本发明一些具体实施方案，其中，所述铜基合金中的铜含量不小于50％；优选不小于60％。
23.根据本发明一些具体实施方案，其中，所述铜基合金中的铜含量为62％
‑
68％。
24.根据本发明一些具体实施方案，其中，水眼关闭球10的材质为不锈钢。
25.根据本发明一些具体实施方案，其中，所述旁通阀体1和球篮外壳8为分体设计，并分别在旁通阀体1和球篮外壳8连接的部位分别设置固定装置17。
26.根据本发明一些具体实施方案，其中，所述固定装置17包括设置在旁通阀体1底部的旁通阀体外螺纹17’和设置在球篮外壳8顶部的球篮外壳内螺纹17”，所述旁通阀体外螺纹17’能够和球篮外壳内螺纹17”匹配连接。
27.根据本发明一些具体实施方案，其中，所述旁通阀体1内腔固定设置挡环2，所述挡环2设置在阀芯5上方，且当弹性部件6为松弛状态时，阀芯5的顶部能够抵靠在挡环2的底部。
28.根据本发明一些具体实施方案，其中，所述弹性部件6为弹簧。
29.根据本发明一些具体实施方案，其中，所述球篮外壳8的内腔底部设置球篮9，当弹性部件6在第二设定压力作用下时，阀座3能够在水眼关闭球10挤压下发生形变并使得水眼关闭球10和旁通关闭球11依次穿过阀座穿孔31而落入球篮9内。
30.根据本发明一些具体实施方案，其中，所述第一设定压力和第二设定压力是利用钻井液所施加的。
31.当需要对管柱内孔进行冲洗作业时或者堵漏作业时，将水眼关闭球10投入水眼堵住阀座穿孔31，在钻井液压力的作用下阀芯和阀座向下运动，旁通阀口打开，冲洗液或堵漏液从旁通阀口流出，而不经过多次开关旁通系统下端连接的井下动力马达或者随钻仪器。当冲洗作业或者堵漏作业完成后，投入旁通关闭球11，在钻井液压力的作用下首先水眼关闭球产生滑移穿过阀座穿孔31，进入球篮9中，水眼开通，钻井液正常循环建立。
32.一般而言，第一设定压力约为15
‑
25mpa；第二设定压力比第一设定压力大3
‑
7mpa。
33.根据本发明一些具体实施方案，其中，第一设定压力约为20mpa。
34.根据本发明一些具体实施方案，其中，第二设定压力比第一设定压力大5mpa。
35.根据本发明一些具体实施方案，其中，所述旁通阀体1侧壁底部设置导向销钉7，并在阀芯5底部外壁沿轴向设置导向槽51，导向销钉7穿过旁通阀体侧壁并嵌入导向槽内，以避免阀芯发生旋转。
36.根据本发明一些具体实施方案，其中，所述旁通阀体1内腔设置向上的第一抵接台肩19，阀芯5中部的外周设置向下的第二抵接台肩20，所述弹性部件6的上下两端分别抵靠在第二抵接台肩20和第一抵接台肩19上。
37.根据本发明一些具体实施方案，其中，阀座3的壳体外壁周向设置o型的第一密封圈13，以使得阀座3和阀芯5间保持密闭；旁通阀体1的壳体内壁周向设置o型的第二密封圈12，以使得阀芯5和旁通阀体1间保持密闭。
38.根据本发明一些具体实施方案，其中，所述第二密封圈12为四个，并平均分布在旁通阀口4的上方和下方。
39.根据本发明一些具体实施方案，其中，旁通阀体1顶部设置旁通阀体内螺纹14，并在球篮外壳8底部设置球篮外壳外螺纹18。
40.根据本发明一些具体实施方案，其中，多次开关旁通系统主要由旁通阀体1、档环2、阀座3、旁通阀口4、阀芯5、弹簧6、导向销钉7、球篮外壳8、球篮9、水眼关闭球10、旁通关闭球11等组成。
41.根据本发明一些具体实施方案，其中，旁通阀体1上端内部空间放置有档环2、阀座3、阀芯5、弹簧6，零件按照顺序装在旁通阀体1中。并通过布置在旁通阀体1、阀座3壳体外壁沟槽内的o型密封圈12、13进行密封；旁通阀体1、阀座3、阀芯5的壳体内均设计有径向和轴向液流通道，且各液流通道之间相互对接、连通。
42.根据本发明一些具体实施方案，其中，所述阀座3固定设置在阀芯5的内腔，阀芯5在位于阀座3上方的侧壁上开设与旁通阀口4数量和形状相匹配的阀芯开口21，阀芯5在滑动过程中是通过阀芯开口21与旁通阀口4相连通来实现旁通开口的打开；
43.当弹性部件6为复位状态时，阀芯开口21位于旁通阀口4上方，使得阀芯5将旁通阀口4封闭；
44.当弹性部件6在第一设定压力作用下时，开口21与旁通阀口4相连通，以使得阀芯的内部轴向空间通过开口和旁通流道与外界相连通。
45.所述的构成导流通道的主要零部件结构分述如下：
46.旁通阀体1为管状结构其通过外螺纹17’球篮外壳体8连接，形成完整的多次开关旁通系统，球篮外壳体8内部装有球篮9。
47.钻、修井作业过程中，所述的旁通阀体1上端通过旁通阀体内螺纹14与管柱连接，下端通过旁通阀体外螺纹17’与球篮外壳8的球篮外壳内螺纹17”连接，球篮外壳8底部通过球篮外壳外螺纹18与井下动力马达、mwd、lwd、旋转导向等工具连接。
48.本发明的系统在使用时，投入水眼关闭球10堵住水眼，在液压作用(即第一设定压力)下阀芯5和阀座3向下运动，旁通阀口4打开，液体流向发生改变。清洗或堵漏作业完成后，投入旁通关闭球11，在液压作用(即第二设定压力)下，水眼关闭球10滑脱，随后旁通关闭球11滑脱，进入球篮9，水力正常循环再次建立。
49.其中可以理解的是，在不矛盾的前提下，上述具体实施方案可以随意组合。
50.综上所述，本发明提供了一种多次开关旁通系统。本发明的系统具有如下优点：
51.本发明为全新的设计，旨在提供一种用以改变钻井液流动方向，实现对管柱内孔进行冲洗作业的新型导流工具，有效避免了颗粒物进入井下动力钻具、mwd、lwd、旋转导向等工具内部，提高了井下动力钻具、mwd、lwd、旋转导向等工具的使用寿命和可靠性。同时，本发明通用性强，使用安全、装配与拆卸方便，可重复使用，提升了钻修井作业过程的安全性、工作效率和作业质量。
附图说明
52.图1为投入水眼关闭球前的系统示意图；
53.图2为投入水眼关闭球后的系统示意图；
54.图3为投入旁通关闭球后的系统示意图；
55.图4为水眼关闭球和旁通关闭球落入球篮后的示意图。
具体实施方式
56.以下通过具体实施例详细说明本发明的实施过程和产生的有益效果，旨在帮助阅读者更好地理解本发明的实质和特点，不作为对本案可实施范围的限定。
57.实施例1
58.本实施例提供了一种多次开关旁通系统，包括：
59.位于上部的旁通阀体1和位于下部的球篮外壳8，旁通阀体1的侧壁沿周向均匀设置四个旁通阀口4(直径28mm)；旁通阀体1和球篮外壳8的内部轴向空腔形成连续的流道15；
60.一个水眼关闭球10(直径50mm)和四个旁通关闭球11(直径35mm)，旁通关闭球11能够封堵住旁通阀口4；
61.阀芯5，其可轴向滑动的设置在旁通阀体1内腔，其上部侧壁开设四个阀芯开口21，阀芯开口与旁通阀口形状和位置匹配；旁通阀体1内腔设置向上的第一抵接台肩19，阀芯5中部的外周设置向下的第二抵接台肩20，并设置弹性部件6(弹簧)，弹性部件6的上下两端分别抵靠在第二抵接台肩20和第一抵接台肩19上；
62.挡环2，设置在阀芯5上方，且当弹性部件6为松弛状态时，阀芯5的顶部能够抵靠在挡环2的底部；
63.阀座3(材质为铜基合金，其中铜的重量含量为64.8％，其余为zn 31.4％、ni 2.3％和mn 1.5％)，其固定设置在阀芯5内腔并位于阀芯开口21的下方；阀座中间设置贯穿阀座的阀座穿孔31(直径47mm)；
64.当弹性部件6为松弛状态(复位状态)时，阀芯开口21位于旁通阀口4上方，使得阀芯5的侧壁将旁通阀口4封闭；
65.球篮外壳8的内腔底部设置球篮9；
66.当弹性部件6在第一设定压力作用下时，弹性部件6被压缩到极限位置，阀芯开口21与旁通阀口4相对并连通，以使得阀芯的内部轴向空间通过阀芯开口和旁通阀口与外界相连通，且水眼关闭球10能够坐落于阀座3上并封闭阀座穿孔31，且当旁通关闭球11落在水眼关闭球10上面时，旁通关闭球11能够封堵住旁通阀口4；当弹性部件6在第二设定压力作用下时，阀座3能够在水眼关闭球10挤压下发生形变并使得水眼关闭球10和旁通关闭球11
依次穿过阀座穿孔31而落入球篮9内。
67.所述旁通阀体1和球篮外壳8为分体设计，并分别通过固定装置17(旁通阀体1底部的旁通阀体外螺纹17’和球篮外壳8顶部的球篮外壳内螺纹17”)相连接。
68.所述旁通阀体1侧壁底部设置导向销钉7，并在阀芯5底部外壁沿轴向设置导向槽51，导向销钉7穿过旁通阀体侧壁并嵌入导向槽内，以避免阀芯发生旋转。
69.阀座3的壳体外壁周向设置o型的第一密封圈13，以使得阀座3和阀芯5间保持密闭；旁通阀体1的壳体内壁周向设置o型的第二密封圈12，以使得阀芯5和旁通阀体1间保持密闭。
70.所述第二密封圈12为四个，并平均分布在旁通阀口4的上方和下方。
71.旁通阀体1顶部设置旁通阀体内螺纹14，并在球篮外壳8底部设置球篮外壳外螺纹18。
72.本发明的系统使用方法如下：
73.冲洗或堵漏作业时，导流通道的连通方案：
74.当需要对旁通阀体1上方的管柱内孔进行冲洗作业时，投入水眼关闭球10关闭水眼通道16。在水力压力(即第一设定压力)作用下，阀座3、阀芯5压迫弹性部件6向下运动。阀芯开口21和旁通阀口4相对接，旁通阀口4打开，所有冲洗液体从旁通阀口4流出，而不经过多次开关旁通系统下端连接的井下动力钻具、mwd、lwd、旋转导向等工具，不对这些工具造成伤害。如图1和图2所示。
75.驱动井下动力马达工作时，导流通道的连通方案：
76.当冲洗作业完成后，向所述的旁通阀体1内部投入旁通关闭球11，在水眼关闭球10和旁通关闭球11作用下，多次开关旁通系统所有通道被堵上。然后进行水力打压，在水力压力(即第二设定压力)作用下，水眼关闭球10从阀座3上滑移，落入球篮9，随后旁通关闭球11也脱落滑入球篮9，水眼通道16打开。阀座3、阀芯5在弹簧6作用下往上移动，旁通阀口4堵上。这样钻井液能够正常工作。如图3和图4所示。