一种空气螺杆钻具防飞车单向阀的制作方法

本发明涉及空气螺杆控制。更具体地说，本发明涉及一种空气螺杆钻具防飞车单向阀。

背景技术：

1、空气钻井技术是以空气作为循环介质的气基流体欠平衡钻井技术，因其在储层保护和提高机械钻速方面的明显优势在国内外被广泛应用。空气螺杆钻具作为气体钻井或欠平衡钻井技术钻定向井及各类特殊工艺井的必要工具，其结构和性能直接关系到气体钻井作业的工作效率，虽然空气螺杆钻具在提高机械钻进速度、减少钻井周期、降低钻井成本方面具有明显优势，但空气螺杆钻具在应用过程中也存在一些问题，尤其以“飞车”问题最为严重。

2、“飞车”问题是指，由于空气的可压缩性，当起钻时马达压差显著变小，从而使马达进口处空气压力减小，空气体积变大，马达转速突然增加。“飞车”问题会使马达在短时间内产生大量的热量，影响马达定子橡胶的使用寿命，同时也会使空气螺杆钻具内部的万向轴、传动轴轴承及马达定子、转子的运动频率相应增大，磨损加剧，寿命缩短，严重影响钻井效率以及钻井成本。因此，解决“飞车”问题对于延长空气螺杆钻具的使用寿命非常重要，但目前对于这种问题的解决多设置复杂的结构系统去克服马达进口处空气压力的不足，实现过程复杂，设置成本过高。

技术实现思路

1、本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

2、本发明还有一个目的是提供一种空气螺杆钻具防飞车单向阀，以解决现有技术中空气螺杆钻具应对飞车问题结构设置复杂、成本高的技术问题。

3、为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种空气螺杆钻具防飞车单向阀，包括：

4、阀体，其一端设置有公螺纹并与防掉总成螺纹连接，阀体内部沿轴向开设有贯通孔，贯通孔朝向公螺纹所在一端分为直径依次减小的第一腔室、第二腔室、第三腔室，第一腔室内设有母螺纹并与钻柱螺纹连接，第二腔室为圆柱形结构，第三腔室作为存气室；

5、阀芯，其安装在第二腔室内且与第二腔室的形状配合设置，阀芯能相对第二腔室沿周向旋转，阀芯内沿轴向设有流道，流道上包括沿轴向依次排列的多个呈p字型结构的环形弯道，环形弯道在朝向母螺纹一侧设有一个入口段，在朝向公螺纹一侧设有一个出口段，入口段与出口段分别相对阀芯轴向倾斜设置且沿轴向对称，入口段朝向出口段设置，前一个环形弯道的出口段与后一个环形弯道的入口段沿同一方向对接连通，位于流道两端的出口段和入口段分别贯通阀芯的对应端形成工作口，一个工作口与钻柱处连通，一个工作口与第三腔室连通；

6、调整套，其抵接在阀芯与钻柱之间，用于沿轴向固定阀芯与钻柱在阀体上。

7、优选的是，每个所述环形弯道由连通设置的弧形段和直线段组成p字型结构，弧形段和直线段的其中一端平滑过渡连接形成圆角，弧形段和直线段的另一端在连接处形成锐角式的夹角，所述入口段延伸设置在直线段的与弧形段具有锐角式夹角的一端，所述出口段设置在圆角处且与弧形段的对应端切线方向一致。

8、优选的是，所述直线段的直径大于所述弧形段的直径。

9、优选的是，所述阀芯包括阀芯a和阀芯b，阀芯a和阀芯b分别为整体形状、大小相同的半圆柱形结构，所述流道一半位于阀芯a上、另一半位于阀芯b上且在阀芯a与阀芯b上布置的形状完全一致，在阀芯a和阀芯b的两条棱边上分别设置有焊接槽，通过焊接阀芯a与阀芯b相对的焊接槽，将阀芯a与阀芯b连为一体，形成所述阀芯。

10、优选的是，所述阀芯a和所述阀芯b在面向所述母螺纹的一端对称开设有两对键孔，每对键孔内共同插入配合设置一个平键，平键靠近所述母螺纹的一端与所述调整套的对应面抵接。

11、优选的是，所述阀芯的长度与所述环形弯道的级数成正比，级数代表所述环形弯道在轴向上排列的数量。

12、优选的是，每级所述环形弯道反向控制效果比例为η％，反向控制效果为气体由所述出口段进入，经所述弧形段和所述直线段先分流后汇合后从所述入口段流出时气体消耗的比例，所述环形弯道在给定最大排量下需要设计的级数n根据以下公式进行计算：

13、

14、对右侧获得的数据进行向上取整，即为级数n的数值。

15、本发明至少包括以下有益效果：

16、(1)本发明设置的空气螺杆钻具防飞车单向阀主要包括阀体、阀芯，在阀芯上设置具有多个p字型结构环形弯道对称且沿轴向顺次排列的流道，利用设置的环形弯道的方向特性，实现对经过阀芯的气体的流向的控制，与常规单向阀不同，未设置任何运动机构，不需要复杂的结构或运动来控制气体，无需输入能量即可实现气体的单向导通。

17、(2)本发明设置的空气螺杆钻具防飞车单向阀在起钻时，空气螺杆钻具防飞车单向阀上部钻柱中的气体压力低，由于空气螺杆钻具防飞车单向阀通过设置的阀芯阻断了空气螺杆马达上方的气体上返，所以下部空气螺杆中的气体不能顺利流入上部钻柱，在第三腔室内保留一部分气体，因此在空气螺杆马达上方会保持一定的压力，可有效避免空气螺杆因起钻造成的压力骤减，所导致的空气螺杆内空气体积变大、马达转速突然增加的飞车问题发生。

18、本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

技术特征：

1.一种空气螺杆钻具防飞车单向阀，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的空气螺杆钻具防飞车单向阀，其特征在于，每个所述环形弯道由连通设置的弧形段和直线段组成p字型结构，弧形段和直线段的其中一端平滑过渡连接形成圆角，弧形段和直线段的另一端在连接处形成锐角式的夹角，所述入口段延伸设置在直线段的与弧形段具有锐角式夹角的一端，所述出口段设置在圆角处且与弧形段的对应端切线方向一致。

3.如权利要求2所述的空气螺杆钻具防飞车单向阀，其特征在于，所述直线段的直径大于所述弧形段的直径。

4.如权利要求1所述的空气螺杆钻具防飞车单向阀，其特征在于，所述阀芯包括阀芯a和阀芯b，阀芯a和阀芯b分别为整体形状、大小相同的半圆柱形结构，所述流道一半位于阀芯a上、另一半位于阀芯b上且在阀芯a与阀芯b上布置的形状完全一致，在阀芯a和阀芯b的两条棱边上分别设置有焊接槽，通过焊接阀芯a与阀芯b相对的焊接槽，将阀芯a与阀芯b连为一体，形成所述阀芯。

5.如权利要求4所述的空气螺杆钻具防飞车单向阀，其特征在于，所述阀芯a和所述阀芯b在面向所述母螺纹的一端对称开设有两对键孔，每对键孔内共同插入配合设置一个平键，平键靠近所述母螺纹的一端与所述调整套的对应面抵接。

6.如权利要求1所述的空气螺杆钻具防飞车单向阀，其特征在于，所述阀芯的长度与所述环形弯道的级数成正比，级数代表所述环形弯道在轴向上排列的数量。

7.如权利要求6所述的空气螺杆钻具防飞车单向阀，其特征在于，每级所述环形弯道反向控制效果比例为η％，反向控制效果为气体由所述出口段进入，经所述弧形段和所述直线段先分流后汇合后从所述入口段流出时气体消耗的比例，所述环形弯道在给定最大排量下需要设计的级数n根据以下公式进行计算：

技术总结
本发明公开了一种空气螺杆钻具防飞车单向阀，包括阀体、阀芯，在阀芯上设置具有多个P字型结构环形弯道对称且沿轴向顺次排列的流道，利用设置的P字型结构环形弯道的方向特性，实现对经过阀芯的气体的流向的控制，与常规单向阀不同，未设置任何运动机构，不需要复杂的结构或运动来控制气体，无需输入能量即可实现气体的单向导通，安装在空气螺杆马达与钻柱之间，阀芯阻断了空气螺杆马达上方的气体上返，在第三腔室内能保留一部分气体，因此在空气螺杆马达上方会保持一定的压力，可有效避免空气螺杆因起钻造成的压力骤减，所导致的空气螺杆内空气体积变大、马达转速突然增加的飞车问题发生。

技术研发人员：李兴伟,黄壮,李友兵,肖平,王鑫,王佑林,高文林,张小俊,王志强,秦菲
受保护的技术使用者：中石化江钻石油机械有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16