[發明專利]用于含高密度粒子的流體控制裝置

無效

• 申請號: 201210509090.8
• 申請日: 2012-12-03
• 公開（公告）號: CN102979459A
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發明（設計）人: 朱小寶;王眉山;徐依吉;陳立;張帆;萬夫磊;石超;楊洋洋;吳琪
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: E21B7/18
• 分類號: E21B7/18;E21B44/00
• 代理公司: 青島發思特專利商標代理有限公司 37212
• 代理人: 耿霞

技術領域

本發明涉及一種流體控制裝置，特別涉及一種用于含高密度粒子的流體控制裝置。?

背景技術

隨著我國對油氣資源的需求量不斷增加,在深部硬地層以及復雜地質條件下尋求油氣資源是目前油田勘探開發的重點方向。提高硬地層鉆井速度是目前面臨的技術難題之一，而影響硬地層鉆井速度的主要因素有巖石硬度大、研磨性強、可鉆性差、井斜等，導致在硬地層鉆井過程中出現鉆速低、鉆井周期長、成本高等問題，制約著深井和超深井的鉆井速度和油田勘探開發的整體效益。?

在粒子沖擊鉆井中，將直徑1-3mm的鋼粒加入到鉆井液中進行輔助破巖。在粒子沖擊鉆井過程中，由于鋼粒子的密度遠高于鉆井液密度，主要存在以下兩個問題需要解決：?

1.停泵期間，鉆柱及環空內粒子沉積問題；?

2.停泵后重新開泵循環時，沉積粒子的疏導問題。?

發明內容

根據以上技術中的不足，本發明要提供一種克服上述缺陷，能夠用于含高密度粒子的流體控制的裝置。?

本發明提供的用于含高密度粒子的流體控制裝置，鉆頭的上部連接流體閥結構，流體閥結構上部設置鉆桿內粒子疏導結構，鉆桿外包覆設置環空內粒子疏導結構。?

流體閥結構包括上閥座、下閥座，下閥座內部設置閥芯管，外部連接下套筒，下套筒上連接上閥座，上閥座上安裝有上接頭，上接頭下端連接浮動接頭，浮動接頭的上部設置可轉動的閥芯，閥芯與閥芯管配合設置，閥芯管與其上部的內腔體連通。?

上接頭與上閥座之間滑動設置，并在它們之間的配合面處設置密封圈。?

浮動接頭上部固定閥芯連接塊，閥芯通過轉軸固定在閥芯連接塊上。?

閥芯下端為凸球面，閥芯管的上端面為凹球面。?

閥芯管通過開在其管體上的流道槽與其上部的內腔體連通。?

上閥座與上接頭的連接處設置環空內粒子疏導結構，環孔內粒子疏導結構為環空橡膠堵。?

鉆桿內粒子疏導結構包括中間管、滲漏管、螺旋葉片和主套筒，中間管為中空管其末端與流體閥結構連接，中間管外包覆滲漏管，滲漏管與主套筒之間的空隙中設置螺旋葉片，主套筒與流體閥結構連接。?

滲漏管與主套筒之間設置的螺旋葉片組成第一流道；滲漏管與中間管之間的環形空間為第二流道，并在滲漏管上部和下部均開設螺旋孔，滲漏管下部開設的螺旋孔與流體閥結構之間的環形空間為第四流道；中間管的中間中空位置為第三流道；主套筒外也開有螺旋流道。?

第一流道、第二流道、第三流道與第四流道之間分別通過a孔、b孔和c孔連通。?

本流體控制裝置主要由流體閥結構、鉆桿內粒子疏導結構和環空內粒子疏導結構組成。鉆頭上部連接流體閥結構，鉆桿內粒子疏導結構設計在流體閥上部，鉆桿外設計環空內粒子疏導結構。整套結構配合作用，以解決含高密度粒子的流體的井下控制問題。?

流體閥結構，關鍵在于設計浮動接頭與閥芯管、下閥座及下套筒形成的環形空間的參數。該環形空間通過閥芯管上的流道槽與閥體內腔連通，使環形空間內的液體壓力與內腔液體壓力保持平衡。閥芯固定在浮動接頭上，但可上下擺動，閥芯的下表面加工成凸球面，閥芯管上端加工成凹球面，在關閉時，閥芯與閥芯管的球面完全貼合，實現封閉；當浮動接頭向上運動時，閥芯脫離閥芯管接觸面，并在自重作用下，向下擺動，兩片閥芯間出現空隙，實現開啟。其具體實現是：正常工作時，閥芯處于打開狀態，浮動接頭與閥芯管、下閥座及下套筒之間形成一個環形空間，并通過閥芯管上的六個流道槽與鉆桿內部連通，高壓流體通過護網過濾鋼粒進入此環形空間，浮動接頭與底部下閥座產生一定距離，極限位移是40mm，此時閥芯完全打開，鉆井液在鉆桿中正常循環，由于這個環形空間與流道是相通的，壓力與流道內相當，即此環形空間保持一個較高的內壓。在開泵狀態下，環形空間內的壓力是基本穩定的，從而該空間內的高壓流體對上閥體的支撐力也是基本穩定的，這就達到了保持流體控制裝置始終開啟的目的；當停泵時，整個系統的液體壓力減小一個非梯度壓力，該裝置內的環形空間也不例外。由于在開泵狀態下，浮動接頭是處于力學平衡狀態的，由于非梯度壓力的缺失，破壞的力學平衡，浮動接頭必然會在上部鉆具的浮重作用下向下運動，閥芯在浮動接頭帶動下逐漸關閉，當浮動接頭與下閥座接觸時，閥芯完全關閉，從而實現停泵時，阻止鉆井液回流及鉆桿內上部粒子沉降堵塞鉆頭的目的。?