钻具内防喷工具及方法与流程

本发明涉及石油勘探，具体而言，涉及一种钻具内防喷工具及方法。

背景技术：

1、在钻井过程中，如果井下可能发生盐水、油气/氮气钻井等流体溢流，近钻头钻具组合必须安装浮阀或箭型等单向阀，避免井底钻井液倒灌入钻头或钻具，造成钻具内井喷等事故发生。

2、目前，井下近钻头钻具内防喷工具主要有板式浮阀和箭型止回阀两种，随钻具入井工作，在钻井或修井过程中一旦发生溢流、井涌或正循环停止，在钻具内反循环压力及弹簧力的作用下箭形止回阀迅速关闭，截断钻具内通道，起到钻具内防喷的目的。板式浮阀的密封是依靠非金属密封部位和弹簧控制的阀板，在使用过程中在起钻后，检查发现弹簧断裂或变软、非金属密封部位生效等故障，其失效率高达95％以上，井下发生溢流等情况发生时，井控等不到保证。箭型止回阀同样依靠弹簧和锥形阀的单向密封原理实现其防钻具内井喷的功能，在使用过程中在起钻后，检查经常发现弹簧断裂或变软，不能回弹且密封失效率同样高达95％以上。

3、此外，在下钻过程中，由于都是处于常闭状态，随着下入的深度增加，阀芯反向承受液柱内外压力增加，会造成阀芯不同程度的失效，下入一定的深度后必须停下来将钻具内水眼的钻井液灌满，浪费了大量的非生产时间。

4、由上可知，现有技术中存在钻具内防喷工具容易失效的问题。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种钻具内防喷工具及方法，以解决现有技术中钻具内防喷工具容易失效的问题。

2、为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种钻具内防喷工具，包括：阀体，阀体具有沿轴向延伸的中空流道；阀芯，阀芯设置在中空流道内并与阀体的内壁密封连接，阀芯具有中空腔，中空腔与中空流道连通，阀芯包括隔板，隔板将中空腔分隔为第一中空腔和第二中空腔，隔板开设有第一中心过孔，阀芯的下端面开设有第二中心过孔；挡板，挡板设置在第二中空腔内，挡板的一端与阀芯的侧壁可翻转地连接；挡板具有初始状态和封堵状态，在初始状态下，挡板与隔板呈锐角地设置以避让第一中心过孔；发生溢流或井喷时，钻井液从中空流道进入中空腔并向上运动，钻井液带动挡板沿靠近隔板的方向翻转并封堵第一中心过孔，挡板由初始状态切换为封堵状态。

3、进一步地，钻具内防喷工具还包括止挡件，止挡件设置在阀芯的下端面上并位于第二中心过孔靠近挡板的一侧，在初始状态下，止挡件与挡板的另一端形成限位止挡。

4、进一步地，钻具内防喷工具还包括复位件，复位件设置在挡板的一端与阀芯的侧壁的连接处，用于提供挡板与止挡件之间的预紧力。

5、进一步地，阀芯的下端面还开设有溢流激发孔，溢流激发孔与第二中心过孔间隔设置且位于靠近挡板的一侧。

6、进一步地，溢流激发孔为沿朝向隔板的方向孔径逐渐缩小的漏斗形。

7、进一步地，挡板的封堵面为向外凸出的曲面，第一中心过孔的形状与挡板的封堵面相适配。

8、进一步地，挡板开设有压力测量孔，压力测量孔沿轴向贯穿挡板。

9、进一步地，钻具内防喷工具还包括密封件，密封件包括：第一密封件；第二密封件，第一密封件和第二密封件间隔设置在阀芯的上端的外表面；第三密封件，第三密封件设置在阀芯的下端的外表面。

10、进一步地，挡板由金属制成；和/或挡板的材质与阀芯的材质相同。

11、进一步地，阀体的两端均设置有丝扣，用于与钻具连接。

12、根据本发明的另一个方面，提供了一种钻具内防喷方法，采用上述的钻具内防喷工具实施防喷方法，防喷方法包括：将钻具内防喷工具的挡板与止挡件限位止挡，将钻具内防喷工具与钻具连接后一起下入井内；发生溢流或井喷时，钻井液倒灌进入钻具内防喷工具的中空腔内，带动挡板翻转并封堵钻具内防喷工具的第一中心过孔，阻断钻井液上行；通过钻具内防喷工具的压力测量孔测量井底压力；起钻时，挡板自然回落以避让第一中心过孔，钻具内防喷工具内的钻井液回流至井内。

13、应用本发明的技术方案，钻具内防喷工具包括阀体、阀芯和挡板，阀体具有沿轴向延伸的中空流道，阀芯设置在中空流道内并与阀体的内壁密封连接，阀芯具有中空腔，中空腔与中空流道连通，阀芯包括隔板，隔板将中空腔分隔为第一中空腔和第二中空腔，隔板开设有第一中心过孔，阀芯的下端面开设有第二中心过孔，挡板设置在第二中空腔内，挡板的一端与阀芯的侧壁可翻转地连接，挡板具有初始状态和封堵状态，在初始状态下，挡板与隔板呈锐角地设置以避让第一中心过孔；发生溢流或井喷时，钻井液从中空流道进入中空腔并向上运动，钻井液带动挡板沿靠近隔板的方向翻转并封堵第一中心过孔，挡板由初始状态切换为封堵状态，这样在未发生溢流或井喷时，挡板始终避让第一中心过孔，从而避免钻井液对挡板的冲击，挡板只会在发生溢流或井喷时被钻井液冲击并向上翻转，从而封堵第一中心过孔以阻止溢流进一步发展，上述设置使得挡板不会在钻具内的流体的冲击下反复翻转，从而大大减少了磨损和使用疲劳，提高了使用寿命，进而保证钻具内防喷工具的长期有效性，解决了现有技术中钻具内防喷工具容易失效的问题。

技术特征：

1.一种钻具内防喷工具，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的钻具内防喷工具，其特征在于，所述钻具内防喷工具还包括止挡件(40)，所述止挡件(40)设置在所述阀芯(20)的下端面上并位于所述第二中心过孔(23)靠近所述挡板(30)的一侧，在所述初始状态下，所述止挡件(40)与所述挡板(30)的另一端形成限位止挡。

3.根据权利要求2所述的钻具内防喷工具，其特征在于，所述钻具内防喷工具还包括复位件(50)，所述复位件(50)设置在所述挡板(30)的一端与所述阀芯(20)的侧壁的连接处，用于提供所述挡板(30)与所述止挡件(40)之间的预紧力。

4.根据权利要求1所述的钻具内防喷工具，其特征在于，所述阀芯(20)的下端面还开设有溢流激发孔(24)，所述溢流激发孔(24)与所述第二中心过孔(23)间隔设置且位于靠近所述挡板(30)的一侧。

5.根据权利要求4所述的钻具内防喷工具，其特征在于，所述溢流激发孔(24)为沿朝向所述隔板(22)的方向孔径逐渐缩小的漏斗形。

6.根据权利要求1所述的钻具内防喷工具，其特征在于，所述挡板(30)的封堵面为向外凸出的曲面，所述第一中心过孔(221)的形状与所述挡板(30)的封堵面相适配。

7.根据权利要求1所述的钻具内防喷工具，其特征在于，所述挡板(30)开设有压力测量孔(31)，所述压力测量孔(31)沿轴向贯穿所述挡板(30)。

8.根据权利要求1所述的钻具内防喷工具，其特征在于，所述钻具内防喷工具还包括密封件，所述密封件包括：

9.根据权利要求1至7中任一项所述的钻具内防喷工具，其特征在于，

10.根据权利要求1至7中任一项所述的钻具内防喷工具，其特征在于，所述阀体(10)的两端均设置有丝扣，用于与钻具连接。

11.一种钻具内防喷方法，其特征在于，采用权利要求1至10中任一项所述的钻具内防喷工具实施所述防喷方法，所述防喷方法包括：

技术总结
本发明提供了一种钻具内防喷工具及方法。钻具内防喷工具包括：阀体，阀体具有沿轴向延伸的中空流道；阀芯，阀芯设置在中空流道内并与阀体的内壁密封连接，阀芯具有中空腔，中空腔与中空流道连通，阀芯包括隔板，隔板将中空腔分隔为第一中空腔和第二中空腔，隔板开设有第一中心过孔，阀芯的下端面开设有第二中心过孔；挡板，挡板设置在第二中空腔内，挡板的一端与阀芯的侧壁可翻转地连接；挡板具有初始状态和封堵状态，在初始状态下，挡板与隔板呈锐角地设置以避让第一中心过孔；发生溢流或井喷时，钻井液带动挡板沿靠近隔板的方向翻转并封堵第一中心过孔，挡板由初始状态切换为封堵状态。本发明解决了现有技术中钻具内防喷工具容易失效的问题。

技术研发人员：王延民
受保护的技术使用者：中国石油天然气股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15