一种机械下压式闸板阀开闭装置的制作方法

1.本发明属于油气田钻完井技术领域，具体涉及一种机械下压式闸板阀开闭装置。


背景技术：

2.油气田钻完井作业过程中，经常遇到井下溢流问题，现有技术通常采用井下防喷器进行井下溢流处理。井下防喷器与钻具连接并随钻具旋转，井下防喷器能够配合井口防喷器处理井下溢流。现有的井下防喷器封隔器单元采用压缩式胶筒和扩张式胶筒两种形式，对于扩张式胶筒通常采用投球憋压的方式在井下建立憋压条件。然而，由于投球需要有一定的延时，导致井下溢流问题处理效率低下，无法实现快速处理井下溢流问题。


技术实现要素：

3.针对如上所述的技术问题，本发明旨在提出一种机械下压式闸板阀开闭装置，该机械下压式防喷器能够通过机械下压方式建立憋压条件，以进行封隔器胀封，从而实现快速处理井下溢流问题。
4.为此，根据本发明提供了一种机械下压式闸板阀开闭装置，包括：圆筒状的下压壳体；同心设置在所述下压壳体内的下压套筒，所述下压套筒通过下压剪钉与所述下压壳体固定连接；固定连接在所述下压壳体下端的下压短节变丝；以及设置在所述下压壳体内的闸板阀单元，所述闸板阀单元包括上短节、固定连接在所述上短节下端的阀板座，以及设置在所述上短节内的下压短节，所述上短节设有贯穿侧壁的安装孔，在所述安装孔内安装有闸板，所述闸板通过扭转驱动组件与所述阀板座连接；其中，所述下压短节通过第一剪钉与所述上短节固定连接，且所述下压短节的上端面在初始状态下与所述下压套筒的下端面接触，通过机械下压所述下压套筒而剪断所述下压剪钉和所述第一剪钉，并使所述下压短节下行至所述阀板座的底部，进而上提所述下压套筒至初始位置，从而能够使所述闸板在所述扭转驱动组件的作用下旋转而关闭所述闸板阀单元。
5.在一个实施例中，所述扭转驱动组件包括阀板轴和扭簧，所述闸板通过所述阀板轴与所述阀板座形成转动连接，并能够在所述扭簧的作用下绕所述阀板轴转动。
6.在一个实施例中，所述闸板阀单元还包括设置在所述下压壳体内的外套筒，所述下压壳体的内壁设有端面朝下的第一台肩，所述外套筒轴向固定安装在所述下压短节变丝的上端面与所述第一台肩之间。
7.在一个实施例中，所述上短节通过第二剪钉与所述外套筒固定连接，所述第二剪钉的剪切值大于所述第一剪钉的剪切值。
8.在一个实施例中，所述阀板座的下端内壁设有径向向内延伸的限位台肩，所述下压短节能够下行至所述限位台肩而形成轴向限位。
9.在一个实施例中，所述阀板座的侧壁设有多个周向均布的第一过液孔，所述下压短节的侧壁设有多个周向均布的第二过液孔，所述下压短节下行至坐在所述限位台肩上时，所述第二过液孔与所述第一过液孔对应连通而形成传压通道。
10.在一个实施例中，在所述下压短节变丝的内壁设有端面朝上的第二台肩。
11.在一个实施例中，所述阀板座的外径设置成小于所述下压短节变丝的内径，所述阀板单元关闭后憋压至所述闸板上端压力达到预定值时，所述上短节剪断所述第二剪钉，所述阀板单元下行至坐在所述第二台肩上，并在所述阀板座与所述下压短节变丝的径向之间形成缝隙通道，所述缝隙通道连通所述传压通道，从而使所述闸板的上部通道与下部通道连通而重新形成过液通道。
12.在一个实施例中，所述下压套筒的外壁设有多个沿轴向部分延伸的传动键，多个所述传动键在周向上均布，在所述下压壳体的内壁设有多个传动键槽，所述下压套筒与所述下压壳体通过所述传动键与所述传动键槽适配连接。
13.在一个实施例中，所述下压壳体的上端固定连接有安全套筒，所述安全套筒的上端内壁设有端面朝下的限位台阶，所述下压套筒的外壁设有径向凸起，初始状态下，所述径向凸起与所述限位台阶接触而对所述下压套筒形成轴向限位。
14.与现有技术相比，本发明的优点之处在于：
15.根据本发明的机械下压式闸板阀开闭装置在钻进过程中，能够在发现溢流后通过下放钻具并采取机械下压的方式建立憋压条件，进而进行封隔器胀封，从而能够实现快速处理井下溢流，大大提高处理井下溢流的效率，显著增强井口的安全。同时，通过采用传动键槽结构能够传递扭矩。此外，在需要管内循环时，能够通过憋压使闸板阀单元进入下压短节变丝，进而进行管内循环，从而实现在井下重新建立循环通道，这能够显著提高井下作业效率。
附图说明
16.下面将参照附图对本发明进行说明。
17.图1显示了根据本发明的机械下压式闸板阀开闭装置的结构。
18.图2为图1中沿线a-a的剖视图。
19.图3显示了图1所示机械下压式闸板阀开闭装置中的闸板阀单元的结构。
20.图4显示了图3所示闸板阀单元中的扭簧与闸板轴的安装结构。
21.图5和图6显示了闸板阀单元的关闭过程与关闭原理。
22.图7显示了根据本发明的机械下压式闸板阀开闭装置的憋通状态。
23.在本技术中，所有附图均为示意性的附图，仅用于说明本发明的原理，并且未按实际比例绘制。
具体实施方式
24.下面通过附图来对本发明进行介绍。
25.在本技术中，需要说明的是，将根据本发明的机械下压式闸板阀开闭装置下入井筒中时靠近井口的一端定义为上端或相似用语，将远离井口的一端定义为下端或相似用语。
26.图1显示了根据本发明的机械下压式闸板阀开闭装置100的结构。如图1所示，机械下压式闸板阀开闭装置100包括圆筒状的下压壳体1、同心布置在下压壳体1内的下压套筒2、固定连接在下压壳体1的下端的下压短节变丝5和设置在下压壳体1内的闸板阀单元6。下
压套筒2的上端用于与封隔器或送入工具连接，下压短节变丝5的下端用于连接下部管串。闸板阀单元6初始处于打开状态，通过下压套筒2以机械下压再上提方式能够关闭闸板阀单元6，使管内形成密封条件，管串内进液将实现管内压力增大，为后续封隔器坐封提供条件。
27.如图1所示，下压壳体1的上端固定连接有安全套筒3。在一个实施例中，安全套筒3通过螺纹与下压壳体1形成固定连接。安全套筒3的上端内壁设有端面朝下的限位台阶31，且限位台阶31的下端面与下压壳体1的上端面相对，在轴向之间留有行程空间。在下压套筒2的外壁面上设有径向向外延伸的径向凸起22。下压套筒2通过下压剪钉4与下压壳体1固定连接，在初始状态下，径向凸起22的上端面与限位台阶31的下端面接触。由此，通过安全套筒3的限位台阶31与下压套筒2的径向凸起22接触配合，而对下压套筒2形成轴向限位，由此防止下压套筒2与安全套筒3分离。当下压剪钉4被剪断后，下压套筒2能够相对于下压壳体1轴向运动，且径向凸起22在限位台阶31和下压壳体1的上端面之间的行程空间范围运动。由此，通过限位台阶31和下压壳体1的上端面对下压套筒2形成轴向运动的限位，使得下压套筒2在一定行程范围内运动。
28.如图2所示，根据本发明的一个实施例，下压套筒2的外壁面设有多个径向向外延伸的传动键21，多个传动键21沿轴向延伸设置，且在周向上均匀分布，且处于径向凸起22的下端。同时，下压壳体1的内壁设有多个传动键槽12，下压套筒2上的传动键21能够与下压壳体1上的传动键槽12适配安装，从而使下压套筒2与下压壳体1形成传动键槽结构。由此，通过下压套筒2与下压壳体1之间的传动键槽结构能够传递扭矩，并通过下压短节变丝5传递给下部连接件，进而传递给下部管串。
29.另外，为了保证下压套筒2与下压壳体1之间的密封性能，可以在下压套筒2与下压壳体1的连接面之间设有密封件。密封件优选设置在下压剪钉4的下端位置处。
30.如图1所示，在下压短节变丝5的内壁设有端面朝上的第二台肩51。在一个实施例中，下压短节变丝5通过螺纹与下压壳体1的下端固定连接。并且，下压短节变丝5的上端面径向向内延伸，从而在下压短节变丝5与下压壳体1的连接处形成端面朝上的安装台阶。第二台肩51以及安装台阶的作用将在下文介绍。
31.在一个实施例中，下压套筒2的上端构造成锥形连接扣，锥形连接扣的外表面设有螺纹，用于连接封隔器或送入工具。同样地，下压短节变丝5的下端构造成锥形连接扣，锥形连接扣的外表面设有螺纹，用于连接其他下部管串。下压套筒2和下压短节变丝5的这种连接结构连接方便快捷，并且连接稳定可靠，有利于提高安装效率。
32.如图3所示，闸板阀单元6包括上短节61、阀板座62、下压短节63、闸板64，以及外套筒67。下压壳体1的内壁还设有端面朝下的第一台肩11，第一台肩11与安装台阶相对，并在安装台肩与安装台阶的轴向之间形成安装空间。外套筒67安装在安装空间中，且外套筒67的上下两端分别与第一台肩11和安装台阶接触，由此外套筒67形成轴向固定安装。上短节61通过第一剪钉7与外套筒67固定连接，且在初始状态下，上短节61的上端面与第一台肩11接触。下压短节63通过第二剪钉8与上短节61固定连接，且在初始状态下，下压短节63的上端面与下压套筒2的下端面接触。第二剪钉8的剪切值大于第一剪钉7的剪切值。
33.根据本发明的一个实施例，下压短节63的下端通过台阶形连接接头和螺纹与阀板座62形成固定连接。下压短节63为圆筒状，在下压短节63的侧壁区域切割有安装孔，优选地，安装孔在周向上占四分之一。安装孔用于安装设置闸板64。如图4所示，闸板64通过扭转
驱动组件与阀板座62形成连接。扭转驱动组件包括阀板轴65和扭簧66，阀板轴65沿着阀板座62的外周形成的圆的切线方向设置。闸板64通过阀板轴65与阀板座62形成转动连接，并能够在扭簧66的作用下绕阀板轴65转动。
34.在装配过程，闸板64通过闸板轴65、扭簧66与阀板座62连接。闸板阀单元6装配完成后，在扭簧66的作用下处于关闭状态，从下往上安装下压短节63形成径向支撑而使闸板64打开，此时，扭簧66处于扭转受力状态，闸板阀单元6处于初始打开状态。
35.闸板阀单元6装配完成后，下压套筒2的上端用于与封隔器或送入工具连接，下压套筒变丝5的下端用于通过连接件(未示出)连接下部管串。机械下压式闸板阀开闭装置100安装在中和点以上位置，上提管串时，通过下压套筒2的径向凸起22与安全套筒3的限位台阶31承受底部管串重量。第一剪钉7仅承受下压力，不受拉力和扭转作用。
36.根据本发明，如图3所示，阀板座62的下端内壁设有径向向内延伸的限位台肩622。下压短节63通过机械下压方式运动至限位台肩622，使下压短节63的下端面坐在限位台肩622，从而对下压短节63形成轴向限位。在阀板座62的侧壁上设有多个周向均布的第一过液孔621，第一过液孔621设置在限位台肩622的轴向内侧。在下压短节63的侧壁设有多个周向均布的第二过液孔631。下压短节63下行至坐在限位台肩622上时，第二过液孔631与第一过液孔621对应连通而形成传压通道。传压通道的作用将在下文进行介绍。
37.根据本发明的机械下压式闸板阀开闭装置100在实际工作过程，首先将机械下压式闸板阀开闭装置100连接到管串中，通过将机械下压式闸板阀开闭装置100下入井筒中，机械下压式闸板阀开闭装置100下入到井底后释放管串重量，从而使下压套筒2与下压壳体1发生相对运动，并同时剪断下压剪钉4以及第二剪钉7，使下压短节63向下运动至坐在阀板座62底部的限位台肩622上。之后，上提管串使下压套筒2向上运动，直至下压套筒2的径向凸起22的上端面与安全套筒3的限位台阶31接触而回到初始位置，这使得闸板64有运动空间，闸板64在扭簧66的作用下绕闸板轴65转动90度，闸板64与阀板座62接触，进而通过闸板64封堵阀板座62的上端口，从而关闭闸板阀单元6。由此，闸板阀单元6通过机械下压而剪断下压剪钉4和第二剪钉7再上提后，闸板64在扭簧66的作用下关闭闸板阀单元6，进而使得管串内进液将实现管内压力增大，从而为后续封隔器坐封提供条件。图5和图6显示了闸板阀单元6的关闭过程与原理。
38.在一个实施例中，在阀板座62的上端表面硫化有橡胶，这使得闸板64与阀板座62接触后能够形成有效密封，从而提高闸板阀单元6的密封性能，增强机械下压式闸板阀开闭装置100关闭憋压性能的可靠性。
39.阀板单元6关闭后，通过憋压至闸板64上端通道内的液体压力达到预定值时，上短节61剪断第二剪钉8，阀板单元6下行，直至阀板座62的下端面坐在下压短节变丝5的第二台肩51上。根据本发明，阀板座62的外径设置成小于下压短节变丝5的内径。由此，在阀板座62与下压短节变丝5的径向之间形成缝隙通道9，缝隙通道9的上端连通闸板64上端的通道，缝隙通道9的下端通过传压通道连通闸板64下端的通道，从而在机械下压式闸板阀开闭装置100的内部重新形成过液通道。由此，通过机械下压式闸板阀开闭装置100能够在井下重新建立循环通道，继续进行后续施工作业。图7是机械下压式闸板阀开闭装置100处于憋通状态示意图，其中，图7中的箭头指液体沿过液通道的流道方向。
40.根据本发明的机械下压式闸板阀开闭装置100在钻进过程中，能够在发现溢流后
通过下放钻具并采取机械下压的方式建立憋压条件，进而进行封隔器胀封，从而能够实现快速处理井下溢流，大大提高处理井下溢流的效率，显著增强井口的安全。同时，通过采用传动键槽结构能够传递扭矩。此外，在需要管内循环时，能够通过憋压使闸板阀单元6向下运动至压短节变丝5的底部，进而实现在井下重新建立循环通道，重新进行管内循环，从而这能够显著提高井下作业效率。
41.最后应说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施方案而已，并不构成对本发明的任何限制。尽管参照前述实施方案对本发明进行了详细的说明，但是对于本领域的技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。