一种控制斜向器定向锚定的启动阀的制作方法
【专利摘要】本发明属于石油水平分支井定向【技术领域】，具体提供了一种控制斜向器定向锚定的启动阀，包括接头，所述接头包括中空圆筒结构的a接头、b接头、c接头、d接头，且a接头、b接头、c接头、d接头自上而下顺次通过螺纹连接，a接头和b接头的内部装有旋转啮合机构，所述旋转啮合机构的下部旋接旋转筒。解决了陀螺仪很难下放到预定位置，无法有效控制斜向器定向角度，定向偏差较大，工艺复杂，耗时费力，过程控制困难和斜向器定向未成功便完成座封的误动作的问题；具有无需投球、无需控制排量变化，一趟钻实现斜向器的定向、座封，过程可通过远程遥控控制；作业完成后可回收，并能拆卸、重装后重复使用的效果。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明属于石油水平分支井定向【技术领域】，具体涉及一种控制斜向器定向锚定的 启动阀。 -种控制斜向器定向锚定的启动阀
【背景技术】
[0002] 目前水平分支井钻井中，斜向器的定向锚定是作业的关键一环。常用的定向方式 有两种：第一种是采用陀螺仪定向；第二种是采用预置定向工具(如MWD)进行定向。水平分 支井井况复杂，特别是裸眼段易出现沉沙、井壁坍塌等情况，因此要求斜向器具有循环井眼 通道的功能，保证井眼畅通与井壁的稳定性，使斜向器顺利下入。
[0003] 采用第一种方式对斜向器定向，下入陀螺仪定向后，并起出陀螺仪，再投球堵住斜 向器水眼，进行斜向器的座封锚定。该种方式存在以下问题：1、陀螺仪很难下放到预定位 置；2、无法有效控制斜向器定向角度，造成定向偏差较大；3、工艺复杂，耗时费力。
[0004] 采用第二种方式对斜向器定向，MWD串联在斜向器上部。该种方式存在以下问题： 1、如果采用斜向器中心孔循环钻井液，因 MWD挡住了斜向器的投球通道，斜向器在循环、定 向后无法采用投球方式完成锚定座封；2、如果采用旁通孔循环钻井液，不投球，控制排量剪 断销钉实现斜向器的定向、座封，该种方式会出现斜向器定向未成功便完成座封的误动作。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是克服现有技术中斜向器的定向锚定时：陀螺仪很难下放到预定位 置；无法有效控制斜向器定向角度，定向偏差较大，工艺复杂，耗时费力，过程控制困难和斜 向器定向未成功便完成座封的误动作的问题。
[0006] 为此，本发明提供了一种控制斜向器定向锚定的启动阀，包括接头，所述接头包括 中--圆筒结构的a接头、b接头、c接头、d接头，且a接头、b接头、c接头、d接头自上而下 顺次通过螺纹连接； a接头和b接头的内部装有旋转啮合机构，所述旋转啮合机构的下部旋接旋转筒； c接头和d接头的内部下端均有环形凸台，旋转筒分别与c接头、d接头形成相通的空 腔一和空腔二，所述空腔一中装有坚直方向的下弹簧； d接头内部下端的环形凸台上开设有坚直贯穿该环形凸台的通气孔。
[0007] a接头、b接头、C接头、d接头上部内侧均有一带有螺纹的内斜锥面，下部外侧均 有与上部相对应的带有螺纹的外斜锥面，a接头、b接头、c接头、d接头均通过内斜锥面和 外斜锥面的螺纹连接。
[0008] 旋转啮合机构由管状的推力爪、定爪、旋转爪组成，所述推力爪、旋转爪一同安装 在定爪内；定爪通过紧定螺钉和a接头下部相固定；所述推力抓外侧上端固定有活塞，旋转 爪的下端与旋转筒连接。
[0009] 定爪内孔下端为内花键结构，该内花键结构端部为锅齿状斜面结构；推力爪下端 为外花键结构，该外花键结构端部为三角形齿形结构；旋转爪上端为外花键结构，外花键端 部为锯齿状斜面结构；所述推力爪下端的外花键结构固定在定爪的内花键内，旋转爪上端 的外花键结构固定在定爪内花键内。
[0010] 定爪内花键与推力爪、旋转爪的外花键数量一致；定爪锯齿状斜面结构与旋转爪 锯齿状斜面结构相同。
[0011] a接头中部有一连通孔；连通孔贯穿a接头的管壁，与a接头中空连通；(：接头上部 内斜锥面下部设置有一个旁通孔，旁通孔贯穿c接头管壁。
[0012] b接头下部设置有一个贯穿b接头管壁的注油螺钉；所述b接头与旋转爪形成 密封腔；所述密封腔中装有坚直方向的上弹簧；所述密密封腔、空腔一、空腔二内充满液压 油。
[0013] c接头内侧中部有一环形凸台，该环形凸台下部设置有贯穿c接头管壁的限位螺 钉，所述旋转筒的中部外壁上设置有与所述限位螺钉相适配的限位槽。
[0014] 上弹簧、下弹簧均处于压缩状态。
[0015] 旋转筒中部设置有左旋螺旋槽，且左旋螺旋槽的螺旋升角小于其自锁角；旋转筒 下端部外圆与d接头配合处设置有密封件，旋转筒和旋转爪之间、旋转筒和C接头之间以及 旋转筒下部与d接头之间均设置有密封件。
[0016] 本发明的有益效果： 1、本发明配合MWD使用，与陀螺仪定向相比，无需投球、一趟钻可实现斜向器的定向与 座封，工艺更简单，钻井效率更高。
[0017] 2、本发明连接在MWD与斜向器之间，斜向器定向前，钻井液可通过本发明所述的 旁通孔进行循环；斜向器定向后，本发明在关闭所述旁通孔的同时，会打开所述的传压孔， 保证斜向器的座封。
[0018] 3、本发明通过开、停泵实现遥控动作，当开、停泵次数达到设定的数值时才实现所 述旁通阀的关闭、所述传压孔的打开，开、停泵次数的设定数值可调，充分满足MWD定向时 所需的开、停次数要求。
[0019] 4、本发明中的所述旋转啮合机构，包括定爪、推力爪、旋转爪，每开、停泵一次，所 述旋转爪、旋转筒旋转一个齿数的角度，设定一圈啮合齿数为6?10齿，即开、停泵6?10 次，所述旋转爪、旋转筒旋转一周，该结构在开、停泵次数一定的情况下，可缩短所述旋转筒 的左旋螺旋圈数，保证结构紧凑、动作的可靠性。
[0020] 5、本发明中的所述旋转筒与所述旋转爪采用花键副连接，保证动作的一致性。
[0021] 6、本发明中的所述密封腔内装有所述平衡活塞、轴承、弹簧，并注满液压油，保证 所述旋转爪、旋转筒的良好的轴向移动和径向旋转。
[0022] 7、本发明中的所述上弹簧与所述下弹簧均处于压缩状态，所述上弹簧使所述旋转 爪在停泵时及时复位，保证旋转啮合机构的正常动作，所述下弹簧使所述旋转筒在脱离所 述限位螺钉后能及时关闭所述旁通孔、并同时开启所述传压孔，保证斜向器的顺利座封。
[0023] 8、本发明在斜向器定向后，无需通过记录开、停泵次数，只需通过立管压力的骤升 来判断所述传压孔开启、旁通孔关闭，实现斜向器座封， 9、本发明在斜向器完成座封后，可随MWD -同起出，可重复使用。
[0024] 以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0025] 图1为本发明工具串连接示意图。
[0026] 图2为本发明总体结构示意图。
[0027] 图3为本发明定爪立体示意图。
[0028] 图4为本发明推力爪立体示意图。
[0029] 图5为本发明旋转爪立体示意图。
[0030] 图6为本发明旋转啮合机构安装示意图。
[0031] 图7为本发明旋转啮合机构开泵旋转示意图。
[0032] 图8为本发明旋转啮合机构停泵复位示意图。
[0033] 图中标记为：1. 1 一MWD ;1. 2-控制斜向器定向锚定的启动阀；1. 3-传压管； 1. 4一斜向器；1 一a接头；2-上活塞；3-连通孔；4一推力爪；5-定爪；6-紧定螺钉；7- 旋转哨合机构；8-旋转爪；9 -a平衡活塞；10 -a轴承；11-a弹簧座；12 -b接头；13- 密封腔；14一上弹簧；15-注油螺钉；16-芳通孔；17 -c接头；18-花键副；19-旋转筒； 20-螺旋槽；21-限位螺钉；22-空腔一；23 - b轴承；24 - b弹簧座；25-下弹簧；26-空 腔二；27-b平衡活塞；28-d接头；29-传压孔。
【具体实施方式】
[0034] 实施例1 : 目前水平分支井钻井中，斜向器的定向锚定是作业的关键一环，目前陀螺仪很难下放 到预定位置；无法有效控制斜向器定向角度，造成定向偏差较大；工艺复杂，耗时费力，存 在斜向器定向未成功便完成座封。为此，本发明提供了一种控制斜向器定向锚定的启动阀。 从整体结构而言，该启动阀分为接头、旋转啮合机构7、旋转筒17组成。
[0035] 如附图2,接头包括中空圆筒结构的a接头l、b接头12、c接头17、d接头28,且a 接头l、b接头12、c接头17、d接头28自上而下顺次通过螺纹连接。
[0036] a接头1和b接头12的内部装有旋转啮合机构7,旋转啮合机构7的下部旋接旋 转筒19 ;c接头17和d接头28的内部下端均有环形凸台，旋转筒19分别与c接头17、d接 头28形成相通的空腔一 22和空腔二26,所述空腔一 22中装有坚直方向的下弹簧25 ;d接 头28内部下端均的环形凸台上开设有坚直贯穿该环形凸台的传压孔29，a接头1中部有一 连通孔3 ;连通孔3贯穿a接头1的管壁，与a接头1中空连通。
[0037] a接头l、b接头12、c接头17、d接头28上部内侧均有一带有螺纹的内斜锥面，下 部外侧均有与上部相对应的带有螺纹的外斜锥面，a接头l、b接头12、c接头17、d接头28 均通过内斜锥面和外斜锥面的螺纹连接。
[0038] 旋转啮合机构7通过紧定螺钉固定于a接头1中部内侧；旋转啮合机构7下部外 侧与旋转筒19上部内侧通过花键副18连接；旋转啮合机构7旋转带动旋转筒19旋转，同 时旋转筒19在下弹簧25作用下上行，平衡活塞27也一同上行，直至旋转筒19的下端部与 d接头内台阶孔脱开，传压孔29打开，与此同时，连通孔3关闭，实现钻具内部压力通过传压 孔29传递至斜向器座封。
[0039] 实施例2 : 如附图2,旋转啮合机构7由管状的推力爪4、定爪5、旋转爪8组成，推力爪4、旋转爪 8 -同安装在定爪5内；定爪5通过紧定螺钉6和a接头1下部相固定；推力抓4外侧上端 固定有上活塞2,旋转爪8的下端与旋转筒19连接。
[0040] 如附图3、4、5,定爪5内孔下端为内花键结构，该内花键结构端部为锯齿状斜面结 构；推力爪4下端为外花键结构，该外花键结构端部为三角形齿形结构；旋转爪8上端为外 花键结构，外花键端部为锯齿状斜面结构；所述推力爪4下端的外花键结构固定在定爪5的 内花键内，旋转爪8上端的外花键结构固定在定爪5内花键内；定爪5内花键与推力爪4、 旋转爪8的外花键数量一致；定爪5锯齿状斜面结构与旋转爪8锯齿状斜面结构相同，推力 爪4位于旋转爪8的上方。
[0041] 如附图6、7、8,定爪5锯齿状斜面结构与旋转爪8锯齿状斜面结构角度一样，定爪 5、推力爪4与旋转爪8可实现旋转啮合；推力爪4旋转带动旋转爪8,动力由推力爪4传递 至旋转爪8,旋转爪8再通过外部花键副18将动力传递至旋转筒19,实现动力自上而下的 传输。
[0042] 密封腔13、空腔一 22和空腔二26内充满液压油；上弹簧18、下弹簧32在密封腔 中处于压缩状态。旋转爪8下部设置有旁通孔16,与所述a接头1连通孔3连通；旋转筒 19上部外侧与c接头之间以及旋转筒19上部内侧与旋转爪之间各设置有一个0型密封件， 两个0型密封件间距大于a接头1的旁通孔16直径；旋转筒19下端部外圆与d接头28配 合处也设置有密封件，中部设置有左旋螺旋槽20,螺旋升角小于自锁角，螺旋圈数可调。
[0043] 限位螺钉21与所述旋转筒螺旋槽20顶部啮合。
[0044] 实施例3 : 如附图2, a接头1中部有一连通孔3 ;连通孔3贯穿a接头1的管壁，与a接头1中空 连通；c接头17上部内斜锥面下部设置有一个旁通孔16,旁通孔16贯穿c接头17管壁。
[0045] b接头12下部设置有一个贯穿b接头12管壁的注油螺钉15 ;所述b接头12与旋 转爪8形成密封腔13 ;所述密封腔13中装有坚直方向的上弹簧14 ;所述密封腔13、空腔一 22、空腔二26内充满液压油。
[0046] c接头17内侧中部有一环形凸台，该环形凸台下部设置有贯穿c接头17管壁的限 位螺钉21，所述旋转筒19的中部外壁上设置有与所述限位螺钉21相适配的限位槽。
[0047] 上弹簧14、下弹簧25均处于压缩状态。
[0048] 旋转筒19中部设置有左旋螺旋槽20,旋转筒19和旋转爪8之间、旋转筒19和c 接头17之间以及旋转筒19下部与d接头28之间均设置有密封件。
[0049] 本发明连接在MWD1. 1与斜向器1. 4之间，如附图1，本发明与斜向器1. 4之间设置 有传压管1. 3。
[0050] 密封腔13中装置有与上弹簧14配合支撑的a轴承10, a弹簧座11，以及保持腔 体内压力平衡的a平衡活塞9 ;空腔一 22中装置有与下弹簧25配合支撑的的b轴承23、b 弹簧座24,以及保持腔体内压力平衡的b平衡活塞27。
[0051] 停泵状态时(下钻过程)，如附图2和附图6，所有零部件均处于安装位置，推力爪4 外花键顶住定爪5内花键上部台阶处，限位螺钉28处于旋转筒螺旋槽结构20的顶部，在下 弹簧25作用下，旋转筒19顶住限位螺钉21轴向发生自锁，旁通孔16处于开启状态，传压 孔29处于关闭状态。
[0052] 本发明提供的一种1. 2连接在MWD1. 1与斜向器1. 4之间，本发明与斜向器1. 4之 间设置有传压管1. 3,具体工作可以分为不同的阶段： 1、开泵循环时 如附图7,下钻至预定水平位置，由于钻井液经过钻具内孔、旋转爪8的旁通孔、环空时 会产生一定的节流压差Λ P，上活塞3在节流压差Λ p的作用下，带动推力爪4沿定爪5的 内花键下行，直到上活塞3的下端面顶住定爪5的上端面，推力爪4把旋转爪8顶出定爪5 的内花键，上弹簧14被压缩，与此同时，在上弹簧14的弹簧力作用下旋转爪8的外花键与 定爪5的内花键槽发生一定角度的错位，引起旋转爪8滑动正转，并通过花键副18带动旋 转筒19,在下弹簧25作用下旋转筒19顶住限位螺钉21沿左旋螺旋槽20上行一定距离，此 时，旁通孔16处于开启状态，传压孔29处于关闭状态。
[0053] 2、停泵时 如附图8,在上弹簧10的回位弹簧力下，上弹簧10带动旋转爪8顶住推力爪4上行复 位，在复位过程中，旋转爪8的外花键斜面齿会顶住定爪5的斜面齿产生滑动正转，使旋转 爪8的外花键导引至定爪5的内花键槽21内，与此同时，旋转爪8通过花键副18带动旋转 筒19继续沿左旋螺旋槽21上行一定距离，此时，旁通孔16仍处于开启状态，传压孔29仍 处于关闭状态。
[0054] 3、斜向器定向时 斜向器1. 4定向时，需要多次调整斜向器1. 4的导斜面朝向，并进行数次开、停泵来传 输MWD1. 1定向数据，在此过程中，每开、停泵一次，旋转爪8带动旋转筒19正转一个啮合齿 数，本发明设置的一圈啮合齿数为6?10齿，即开、停泵6?10次，旋转筒19沿左旋螺旋 槽21上行一圈，螺旋槽21圈数可调，斜向器1. 4定向完成时，旁通孔16仍处于开启状态， 传压孔29仍处于关闭状态。
[0055] 4、斜向器1.4座封时， 如附图1、2,只需进行数次开、停泵，旋转筒19沿螺旋槽21上行，直至脱离限位螺钉28 的束缚，并在下弹簧18的弹簧力作用下，上行至b接头12下端部，旁通孔16处于关闭状态， 传压孔29因旋转筒19的上行，实现与旋转筒19内孔相通，处于开启状态，与此同时，钻井 液通过传压孔29、传压管1. 3进入到斜向器1. 4内，立管压力会出现骤升，对斜向器1. 4进 行打压，实现斜向器1. 4的座封。
[0056] 斜向器1. 4丢手时，按斜向器1. 4设计的丢手方式进行丢手，起出管柱，完成本发 明的回收，拆卸、装配后可重复使用。
[0057] 本发明的上述实施例，仅仅是为了清楚的说明本发明所做的举例，而并非是对本 发明的实施方式的限制。
【权利要求】
1. 一种控制斜向器定向锚定的启动阀，包括接头，其特征在于：所述接头包括中空圆 筒结构的a接头（l)、b接头（12)、c接头（17)、d接头（28)，且a接头（l)、b接头（12)、c接 头（17)、d接头（28)自上而下顺次通过螺纹连接； 所述a接头（1)和b接头（12 )的内部装有旋转啮合机构（7 )，所述旋转啮合机构（7 )的 下部旋接旋转筒（19); 所述c接头（17)和d接头（28)的内部下端均有环形凸台，旋转筒（19)分别与c接头 (17)、d接头（28)形成相通的空腔一（22)和空腔二（26)，所述空腔一（22)中装有坚直方向 的下弹簧（25); 所述d接头（28)内部下端的环形凸台上开设有坚直贯穿该环形凸台的传压孔（29)。
2. 根据权利要求1所述的一种控制斜向器定向锚定的启动阀，其特征在于：所述的a 接头（1 )、b接头（12)、c接头（17)、d接头（28)上部内侧均有一带有螺纹的内斜锥面，下部 外侧均有与上部相对应的带有螺纹的外斜锥面，a接头（l)、b接头（12)、c接头（17)、d接 头（28 )之间均通过内斜锥面和外斜锥面的螺纹连接。
3. 根据权利要求1所述的一种控制斜向器定向锚定的启动阀，其特征在于：所述的旋 转啮合机构（7)由管状的推力爪（4)、定爪（5)、旋转爪（8)组成，所述推力爪（4)、旋转爪 (8) -同安装在定爪（5)内；定爪（5)通过紧定螺钉（6)和a接头（1)下部相固定；所述推 力抓（4)外侧上端固定有活塞（2)，旋转爪（8)的下端与旋转筒（19)连接。
4. 根据权利要求3所述一种控制斜向器定向锚定的启动阀，其特征在于：所述定爪（5) 内孔下端为内花键结构，该内花键结构端部为锯齿状斜面结构；推力爪（4)下端为外花键 结构，该外花键结构端部为三角形齿形结构；旋转爪（8)上端为外花键结构，外花键端部为 锯齿状斜面结构；推力爪4位于旋转爪8的上方，所述推力爪（4)下端的外花键结构固定在 定爪（5)的内花键内，旋转爪（8)上端的外花键结构固定在定爪（5)内花键内。
5. 根据权利要求4所述一种控制斜向器定向锚定的启动阀，其特征在于：所述定爪（5) 内花键与推力爪（4)、旋转爪（8)的外花键数量一致；定爪（5)锯齿状斜面结构与旋转爪 (8)锯齿状斜面结构相同。
6. 根据权利要求1所述的控制斜向器定向锚定的启动阀，其特征在于：所述a接头（1) 中部有一连通孔（3);连通孔（3)贯穿a接头（1)的管壁与a接头（1)中空连通；c接头（17) 上部内斜锥面下部设置有一个旁通孔（16)，旁通孔（16)贯穿c接头（17)管壁。
7. 根据权利要求1所述的控制斜向器定向锚定的启动阀，其特征在于：所述b接头 (12)下部设置有一个贯穿b接头（12)管壁的注油螺钉（15);所述b接头（12)与旋转爪（8) 形成密封腔（13);所述密封腔（13)中装有坚直方向的上弹簧（14);所述密封腔（13)、空腔 一（22)、空腔二（26)内充满液压油。
8. 根据权利要求1所述的一种控制斜向器定向锚定的启动阀，其特征在于：c接头 (17)内侧中部有一环形凸台，该环形凸台下部设置有贯穿c接头（17)管壁的限位螺钉 (21)，所述旋转筒（19)的中部外壁上设置有与所述限位螺钉（21)相适配的限位槽。
9. 根据权利要求1所述的一种控制斜向器定向锚定的启动阀，其特征在于：所述上弹 簧（14)、下弹簧（25)均处于压缩状态。
10. 根据权利要求1所述的一种控制斜向器定向锚定的启动阀，其特征在于：所述旋转 筒（19)中部设置有左旋螺旋槽（20)，且左旋螺旋槽（20)的螺旋升角小于其自锁角；旋转筒 (19)下端部外圆与d接头（28)配合处设置有密封件，旋转啮合机构（7)和周边件配合处、 各接头连接处均设置有密封件。
【文档编号】E21B34/06GK104100202SQ201410319282
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年7月7日 优先权日:2014年7月7日
【发明者】叶文勇, 胡东锋, 魏小房, 王玉, 章东哲, 杨延增, 权银虎, 宋晓梅 申请人:中国石油集团川庆钻探工程有限公司工程技术研究院