一种液压控制的井下多次开关循环阀的制作方法

1.本实用新型涉及油气田井下作业装备技术领域，具体来讲，涉及一种用于钻完井、修洗井作业过程中可通过液压控制的井下多次开关循环阀。


背景技术：

2.随着油气勘探开发的逐步发展，在深井、和各类特殊工艺井等工况下实施钻井作业的情况逐年增多，随之而来的钻井复杂情况也越来越多，例如井下工具损坏、泥浆漏失、下套管不畅等，尤其是在大斜度井、长水平井的钻井作业过程中，由于受到泥浆的携屑能力限制，倾斜段或者水平段井筒内可能会出现大量岩屑堆积，进而导致钻具的机械钻速明显下降，严重者甚至导致卡钻事故的发生，从而影响整个钻井作业进度。在这种情况下，必须快速建立井下循环，避免出现更加复杂的井下事故。
3.专利号为：cn106321013a，名称为：单球投掷式无限循环阀，公开了一种单球投掷式无限循环阀，主要包括壳体、阀门活塞、转位控制主体。壳体上安装有壳体喷嘴，同时阀门活塞与转位控制主体安装在壳体内，可实现沿壳体轴向方向滑动。壳体、阀门活塞和转位控制主体内部开通孔形成流体主流道，在下行阀位，阀门活塞堵住壳体喷嘴，隔断主流道和井眼环空的连通；在上行阀位，阀门活塞失去对壳体喷嘴的堵塞，使得流体能够沿主流道经过壳体喷嘴转移到井眼环空。转位控制主体具有与固定销结合的控制槽轨道，引导阀门活塞在下行阀位和上行阀位之间转换。该循环阀是一种选择性开启的液流循环阀，解决了现有循环阀开启次数限制、需要反复起下钻复位阀门的问题，提高了钻井效率，缩短了钻井时间。
4.专利号为cn207761600u，名称为：一种井下循环洗井工具，公开了一种井下循环洗井工具，通过开关器组件的投入使用，可实现循环洗井和正常钻井作业的自由切换。循环外套与芯轴采用滑动配合的方式，以开关器组件作为其状态切换开关，当芯轴锁定时，循环通道关闭可实现正常钻井作业，当投入开关器本体和锁定球后，循环通道开启可进行自动灌浆，以实现自动洗井操作，仅需采用投掷开关器组件的方式即可实现正常钻井作业和洗井操作的切换，有效的克服了现有洗井作业时采用起下钻所消耗的生产时间，有利于钻井效率的提高。
5.以上两个专利均以不同的形式实现了无限循环开关阀门从而实现切换工具状态的目的，但是，作为投球控制的无限循环阀，与各类投球式工具一样具有明显的缺点。首先，其需要精确的投球技术，误投球会增加作业风险；其次，投球式开关反应速度慢，且受投球影响钻柱组合不能灵活选择，测斜过程只能采用mwd，无法进行机械测斜；第三，由于需要专门设计投球控制的开关器，提高了工具内部结构的复杂性，从而降低了工具本身的可靠性，也提高了其维护难度。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项。例如，本实
用新型的目的在于提供一种开启次数不受限制、不需要反复起下钻复位阀门的通过液压控制的井下多次开关循环阀。
7.为了实现上述目的，本实用新型提供了一种液压控制的井下多次开关循环阀。所述循环阀包括同轴设置且依次固定连接的上接头、主筒和下接头，芯轴，套设在芯轴上的活塞和弹性总成，以及换位销钉，其中，所述上接头具有轴向设置的第一通孔；所述下接头具有轴向设置的第二通孔；所述主筒具有轴向设置的第三通孔，主筒上段的筒壁设置有贯穿的主筒旁通孔和贯穿开口，所述贯穿开口位于主筒旁通孔之下；所述芯轴设置在第三通孔中且与上下两端分别与上接头和下接头固定连接，芯轴外壁和主筒内壁之间形成第一环空，所述主筒旁通孔将第一环空与井筒环空连通；所述芯轴的上段具有轴向设置的上流道、以及贯穿设置的压力孔和芯轴旁通孔，所述上流道与第一通孔连通，所述芯轴旁通孔位于压力孔之下，芯轴旁通孔将上流道与第一环空连通；芯轴的下段具有轴向设置的下流道、以及径向设置的芯轴直通孔，所述下流道不与上流道连通，下流道与第二通孔连通，所述芯轴直通孔将下流道与第一环空连通；所述活塞位于第一环空中且活塞上端面、主筒、上接头和芯阀之间构成第二环空，所述压力孔将上流道与第二环空连通；所述活塞能够在第一环空中沿轴向和周向移动，且活塞上端部径向贯穿设置有活塞旁通孔，活塞内部中部向内凹陷并与芯轴外壁之间形成第三环空；所述活塞外壁上还设置有换位槽，所述换位槽包括直通位和旁通位；所述换位销钉设置在所述贯穿开口中，换位销钉一端与主筒固定，另一端插入直通位或旁通位中，在插入直通位的情况下，第一通孔、上流道、芯轴旁通孔、第三环空、芯轴直通孔、下流道和第二通孔依次连通形成直通流道，在插入旁通位的情况下，第一通孔、上流道、芯轴旁通孔、活塞旁通孔和主筒旁通孔依次连通形成旁通流道；所述弹性总成位于第一环空中，弹性总成上端抵压在活塞下端上，下端抵压在下接头上。
8.在本实用新型的一个示例性实施例中，所述上接头上端部还可设置有螺纹，所述上接头能够通过螺纹与循环阀上游部件固定连接。
9.在本实用新型的一个示例性实施例中，所述下接头下端部还可设置有螺纹，所述下端部能够通过螺纹与循环阀下游部件固定连接。
10.在本实用新型的一个示例性实施例中，所述主筒旁通孔可与活塞旁通孔数量相同且一一对应，所述活塞旁通孔可与芯轴旁通孔数量相同且一一对应。
11.在本实用新型的一个示例性实施例中，弹性总成可包括弹簧和弹簧堵头，所述弹簧堵头位于弹簧和下接头之间。
12.在本实用新型的一个示例性实施例中，所述换位槽可包括周向连接的多个y字形凹槽构成，其中，相邻两个y字形凹槽的上部彼此连通。
13.在本实用新型的一个示例性实施例中，所述循环阀还可包括第一密封件、第二密封件、第三密封件、第四密封件和第五密封件，其中，所述第一密封件设置在芯阀外壁与上接头内壁之间，所述第二密封件设置在上接头和主筒之间，所述第三密封件设置在芯轴外壁与活塞内壁之间，所述第四密封件设置在活塞外壁与主筒内壁之间，所述第五密封件设置在芯轴外壁与下接头内壁之间。
14.在本实用新型的一个示例性实施例中，所述主筒旁通孔、活塞旁通孔和芯轴旁通孔的数量都可为4～8个。
15.在本实用新型的一个示例性实施例中，所述换位销钉与换位槽之间的配合能够为
活塞提供六个周向位置，其中，三个周向位置上活塞旁通孔与芯轴旁通孔一一对应且连通，同时，芯轴旁通孔与主筒旁通孔一一对应且连通，在其余三个周向位置上活塞旁通孔、芯轴旁通孔和主筒旁通孔相互错开，且所述三个周向位和所述其余三个周向位交叉间隔设置。
16.在本实用新型的一个示例性实施例中，所述循环阀还可包括设置在弹簧堵头与下接头之间的第六密封件和设置在弹簧堵头与主筒内壁之间的第七密封件。
17.与现有技术相比，本实用新型的有益效果可包括以下内容中的至少一项：
18.(1)本实用新型中的无限循环洗井工具并未采用投球控制，而是采用流体激发的形式控制循环阀的开关，反应速度快且受井倾角的影响小，安装位置灵活，可采用多种测斜方式；
19.(2)采用流体激发、通过调节泵排量使换位活塞在排量作用下产生不同的轴向位移和周向转动，并且配置了专门的换位、复位机构，解决了现有循环阀开启次数限制、需要反复起下钻复位阀门的问题；
20.(3)压力敏感，易于控制旁通的开闭，且易于在地面通过压力状态判断阀门的工作模式是否旁通或直通。
附图说明
21.图1示出了根据本实用新型的一个示例性实施例的液压控制的井下多次开关循环阀的结构示意图；
22.图2示出了图1中活塞处于直通位的结构示意图；
23.图3示出了图1中活塞处于旁通位的结构示意图；
24.图4示出了图1中活塞上换位槽的结构示意图；
25.图5示出了图3的局部放大图。
26.附图标记说明如下：
27.1-上接头、2-主筒、3-下接头、4-芯轴、5-活塞、6-弹性总成、21-主筒旁通孔、22-换位销钉、41-上流道、42-芯轴旁通孔、43-压力孔、44-芯轴直通孔、45-下流道、51-活塞旁通孔、52-第三环空、53-换位槽、61-弹簧、62-弹簧堵头。
具体实施方式
28.在下文中，将结合附图和示例性实施例来详细说明本实用新型的液压控制的井下多次开关循环阀。需要说明的是，“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等仅仅是为了方便描述和便于区分，而不能理解为指示或暗示相对重要性。“上”、“下”、“内”、“外”等仅仅为了便于描述和构成相对的方位或位置关系，而并非指示或暗示所指的部件必须具有该特定方位或位置。
29.图1示出了根据本实用新型的一个示例性实施例的液压控制的井下多次开关循环阀的结构示意图；图2示出了图1中活塞处于直通位的结构示意图；图3示出了图1中活塞处于旁通位的结构示意图；图4示出了图1中活塞上换位槽的结构示意图；图5示出了图3的局部放大图。
30.在本实用新型的一个示例性实施例中，液压控制的井下多次开关循环阀可包括同轴设置且依次固定连接的上接头、主筒和下接头，芯轴，套设在芯轴上的活塞和弹性总成，
以及换位销钉。
31.上接头具有轴向设置的第一通孔；所述下接头具有轴向设置的第二通孔；所述主筒具有轴向设置的第三通孔，主筒上段的筒壁设置有贯通的主筒旁通孔和贯穿开口，所述贯穿开口位于主筒旁通孔之下。具体来讲，如图1中所示，上接头1为类圆筒状，筒体的上段用于与循环阀上游部件固定连接，筒体的下段与主筒2上端和芯轴4上端固定连接，上游部件中的液体通过筒体内部(即第一通孔)进入芯轴4上段中。例如，上接头1上端部还可设置有螺纹，上接头1能够通过螺纹与循环阀上游部件固定连接。下接头3为类圆筒状，筒体上段用于与芯轴4下端和主筒2下端固定连接，筒体下端用于与循环阀下游部件固定连接，芯轴4下段中的液体通过筒体内部(即第二通孔)进入下游部件中。例如，下接头3下端部还可设置有螺纹，下接头3能够通过螺纹与循环阀下游部件固定连接。主筒2上段沿径向设置有供液体通过的主筒旁通孔21和贯穿开口，主筒旁通孔位21于贯穿开口之上。这里，主筒旁通孔21可包括沿主筒2径向设置在同一圆周上的多个贯穿通孔。主筒2筒体内部空间(即第三通孔)用于容纳芯轴4。
32.芯轴设置在第三通孔中且与上下两端分别与上接头和下接头固定连接，芯轴外壁和主筒内壁之间形成第一环空，所述主筒旁通孔将第一环空与井筒环空连通。具体来讲，如图1中所示，芯轴4的外径小于主筒2的内径，芯轴4设置在主筒2内部且芯轴4与主筒2同轴设置，芯轴4的上端部进入上接头1中与上接头1固定连接，芯轴4的下端部进入下接头3中与下接头3固定连接。从而，在芯轴4外壁、主筒2内壁、上接头1下端部和下接头3上端部之间形成了第一环形空间。主筒2上的主筒旁通孔21将第一环形空间与循环阀外部(即井筒环空)连通，从而第一环形空间中的液体能够进井筒环空中。
33.芯轴的上段具有轴向设置的上流道、以及贯穿设置的压力孔和芯轴旁通孔，所述上流道与第一通孔连通，所述芯轴旁通孔位于压力孔之下，芯轴旁通孔将上流道与第一环空连通；芯轴的下段具有轴向设置的下流道、以及径向设置的芯轴直通孔，所述下流道不与上流道连通，下流道与第二通孔连通，所述芯轴直通孔将下流道与第一环空连通。具体来讲，如图1中所示，芯轴4为圆柱状，包括固定连接的第一圆柱段和第二圆柱段，第一圆柱段上轴向设置有上流道41，上流道41在第一圆柱段上端面上形成一个上开口，第一圆柱段外壁上径向设置有压力孔43和芯轴旁通孔42，芯轴旁通孔42位于压力孔43之下，上流道41中的液体可以通过压力孔43和芯轴旁通孔42进入第一环空中。这里，压力孔43和芯轴旁通孔42可以包括多个径向设置在同一圆周上的贯穿通孔。第二圆柱段上轴向设置有下流道45，下流道45在第二圆柱段下端面上形成一个下开口，且上流道41和下流道45不连通，第一圆柱段外壁上径向设置有芯轴直通孔44，第一环空中的液体可以通过芯轴直通孔44进入下流道45中。这里，芯轴直通孔44可以包括多个径向设置在同一圆周上的贯穿通孔。
34.活塞位于第一环空中且活塞上端面、主筒、上接头和芯阀之间构成第二环空，所述压力孔将上流道与第二环空连通；所述活塞能够在第一环空中沿轴向和周向移动，且活塞上端部径向贯穿设置有活塞旁通孔，活塞内部中部向内凹陷并与芯轴外壁之间形成第三环空。具体来讲，如图1和图2中所示，活塞5为筒体结构，筒体套设在芯轴4外壁上且位于第一环空中，活塞5的上端将第一环空分隔成第二环空和第四环空，芯轴4上压力孔43与第二环空连通，上流道41中的液体能够通过压力孔43进入第二环空中，推动活塞5向下运动。第四环空用于设置活塞5和弹性件总成6。如图1中所示，活塞5包括从上到下固定连接的第一圆
筒段、第二圆筒段和第三圆筒段，其中，第一圆筒段的直径等于第三圆筒段的直径并等于第一环空的厚度，第二圆筒段的直径小于第一圆筒段或第三圆筒段的直径。在第一圆筒段上沿径向设置有活塞旁通孔51，第二圆筒段内壁与芯轴4外壁之间形成第三环空。这里，活塞5能在第一环空中上下运动的同时沿第一环空或活塞5自身周向转动。
35.活塞外壁上还设置有换位槽，所述换位槽包括直通位和旁通位；所述换位销钉设置在所述贯穿开口中，换位销钉一端与主筒固定，另一端插入直通位或旁通位中，在插入直通位的情况下，第一通孔、上流道、芯轴旁通孔、第三环空、芯轴直通孔、下流道和第二通孔依次连通形成直通流道，在插入旁通位的情况下，第一通孔、上流道、芯轴旁通孔、活塞旁通孔和主筒旁通孔依次连通形成旁通流道。具体来讲，如图2～5中所示，活塞5筒体外壁上还设置有换位槽53，换位槽53包括直通位和旁通位。例如，如图4中所示，换位槽53可包括周向连接的多个y字形凹槽构成，其中，相邻两个y字形凹槽的上部彼此连通。换位销钉22设置在主筒2的贯穿开口中，换位销钉22一端与主筒2固定，另一端插入换位槽53的直通位或旁通位中，通过换位销钉22与换位槽53的配合来实现循环阀直通状态与旁通状态的切换。在换位销钉22插入直通位的情况下，第一通孔、上流道41、芯轴旁通孔42、第三环空52、芯轴直通孔44、下流道45和第二通孔依次连通形成直通流道，来自上游部件中的流体通过直通流道进入循环阀的下游部件中。循环阀处于直通状态情况可如图2中所示。在换位销钉22插入旁通位的情况下，第一通孔、上流道41、芯轴旁通孔42、活塞旁通孔51和主筒旁通孔21依次连通形成旁通流道，来自循环阀上游部件中的流体通过旁通流道进入井筒环空中。循环阀处于旁通状态情况可如图3和图5中所示。这里，换位销钉22与换位槽53之间的配合能够为活塞5提供六个周向位置，其中，三个周向位置上活塞旁通孔51与芯轴旁通孔42一一对应且连通，同时，芯轴旁通孔42与主筒旁通孔21一一对应且连通，在其余三个周向位置上活塞旁通孔51、芯轴旁通孔42和主筒旁通孔21相互错开，且所述三个周向位和所述其余三个周向位交叉间隔设置。这里，主筒旁通孔21可与活塞旁通孔51数量相同且一一对应，所述活塞旁通孔51可与芯轴旁通孔42数量相同且一一对应。主筒旁通孔21、活塞旁通孔51和芯轴旁通孔42的数量都可为4～8个。例如，均为6个。
36.弹性总成位于第一环空中，弹性总成上端抵压在活塞下端上，下端抵压在下接头上。具体来讲，如图1中所示，弹性总成6能够对活塞5施加向上的推力，在上游部件的液流压力小于弹性总成6的屈服压力的情况下，弹性总成6不能被压缩，活塞5总是位于第一环空在的顶部。此时，上流道41与第二环空通过压力孔43连通，具有相同的压力，随着液流压力的增加，第二环空中液体压力升高，推动活塞5下行。例如，弹性总成6可包括弹簧61和弹簧堵头62，所述弹簧堵头62位于弹簧61和下接头3之间。
37.在本实用新型的另一个示例性实施例中，所述循环阀还可在上述实施例的基础上进一步包括第一密封件、第二密封件、第三密封件、第四密封件和第五密封件，其中，所述第一密封件设置在芯阀外壁与上接头内壁之间，所述第二密封件设置在上接头和主筒之间，所述第三密封件设置在芯轴外壁与活塞内壁之间，所述第四密封件设置在活塞外壁与主筒内壁之间，所述第五密封件设置在芯轴外壁与下接头内壁之间。通过设置密封件，可以使循环阀的直通状态和旁通状态的切换更加灵敏，延长循环阀的使用寿命。循环阀还可在上述实施例的基础上进一步包括设置在弹簧堵头与下接头之间的第六密封件和设置在弹簧堵头与主筒内壁之间的第七密封件。
38.本实用新型的液压控制的井下多次开关循环阀工具主要包括直通和旁通两个工作状态。
39.如图2所示，在开泵状态下，由于活塞5上端面受到芯轴4压力孔43导出的液体压力(例如，对应第一压力状态)的持续作用，换位销钉22位于活塞5上的换位槽53的直通位，相应地，弹簧61处于直通压缩状态。受到换位销钉22和换位槽53的限制，活塞旁通孔51和主筒旁通孔21以及芯轴旁通孔42相互周向错开、轴向错开。由于此时活塞旁通孔51相对于主筒旁通孔21和芯轴旁通孔42均为(周向和轴向)错开状态，旁通关闭，液流仅能通过芯轴上流道41经芯轴旁通孔42流入活塞第三环空52，并通过此时与第三环空52连通的芯轴直通孔44流入下流道45，此状态即为本工具的直通状态。类似地，如图3所示，在开泵状态下，由于活塞5上端面受到压力孔43导出的液体压力(例如，对应第二压力状态，且第二压力大于第一压力)的持续作用，此时换位销钉22位于活塞5上的换位槽53的旁通位，相应地，弹簧61处于旁通压缩状态。受到换位销钉22和换位槽53的限制，活塞旁通孔51和主筒旁通孔21以及芯轴旁通孔42相互对齐，旁通开启，液流通过芯轴旁通孔42流出，继而通过活塞旁通孔51到达主筒旁通孔21，此状态即为本工具的旁通状态。
40.综上所述，本实用新型的有益效果可包括以下内容中的至少一项：
41.(1)采用流体激发的形式控制循环阀开关，反应速度快且受井倾角的影响小，安装位置灵活，可采用多种测斜方式；
42.(2)通过调节泵排量使换位活塞在排量作用下产生不同的轴向位移和周向转动，并且配置了专门的换位、复位机构，解决了现有循环阀开启次数限制、需要反复起下钻复位阀门的问题；
43.(3)芯轴相对主筒固定，通过活塞的周向旋转和轴向移动实现换位和旁通开闭，芯轴本身不存在卡阻情况的发生，换位结构可靠性高；
44.(4)压力敏感，易于控制旁通的开闭，且易于在地面通过压力状态判断阀门的工作模式是否旁通或直通；
45.(5)零部件较少，结构紧凑，不需要设计球座、开关器等控制机构，降低加工生产和维护成本。
46.尽管上面已经结合示例性实施例及附图描述了本实用新型，但是本领域普通技术人员应该清楚，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，可以对上述实施例进行各种修改。