[發明專利]一種具有大排量分流作用的螺桿鉆具旁通閥及其使用方法

有效

• 申請號: 201711416390.0
• 申請日: 2017-12-25
• 公開（公告）號: CN108166940B
• 公開（公告）日: 2018-11-06
• 發明（設計）人: 史玉才;范致斌;管志川;劉永旺;楊衛星;滕志想;付成林;苗在強
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: E21B21/10
• 分類號: E21B21/10;G06F17/50
• 代理公司: 青島智地領創專利代理有限公司 37252
• 代理人: 邵朋程

本發明公開了一種具有大排量分流作用的螺桿鉆具旁通閥及其使用方法，該螺桿鉆具旁通閥包括閥體，在閥體的內部設置有一級閥芯和二級閥芯，在一級閥芯和二級閥芯之間設置有一級彈簧，在二級閥芯和閥座之間設置有二級彈簧，二級彈簧的剛度大于一級彈簧；在一級閥芯上設置有內旁通孔，在閥體上設置有外旁通孔，當鉆井液流體通道內流動壓力消失時，內旁通孔和外旁通孔導通；在二級閥芯上設置有內分流孔，在閥體上設置有外分流孔，當鉆井液流體通道內流動壓力增大至界限值時，內分流孔和外分流孔導通。本發明允許螺桿鉆具采用較大排量循環和鉆進，有助于提高大尺寸井段、大斜度井段及水平段攜巖效率，降低鉆井風險并提高鉆井速度。

技術領域

本發明涉及石油鉆井工程領域，尤其涉及螺桿鉆具設計及應用，具體地說是涉及一種具有大排量分流作用的螺桿鉆具旁通閥及其使用方法。

背景技術

螺桿鉆具是鉆井工程領域最常用的一種井下動力鉆具，主要組成部分包括旁通閥總成、馬達總成、萬向軸總成、傳動軸總成。其中，旁通閥總成的基本結構及工作原理如圖1所示。鉆井泵正常工作時，鉆井液壓力迫使閥芯向下運動，造成彈簧壓縮并關閉閥體上的通道(內裝篩板過濾異物)，此時螺桿鉆具可循環鉆井液或正常鉆進。鉆井泵停止工作時，鉆井液壓力消失，被壓縮的彈簧上舉閥芯，旁通閥開啟，使鉆柱內空間與環空溝通，避免起下鉆和接單根時鉆柱內鉆井液溢出污染鉆臺，影響正常工作。

螺桿鉆具對鉆井液排量有嚴格要求，若鉆井液排量較低則螺桿鉆具的輸出轉速和扭矩較低，難以滿足鉆井要求；若排量較高則輸出轉速和扭矩較高，容易導致螺桿鉆具提前損壞，也難以滿足鉆井要求。在鉆進大尺寸井段、大斜度井段及水平段時往往要求采用較大鉆井液排量來提高攜巖效率，普通螺桿鉆具的額定排量難以滿足大排量要求，該情況下就需要采用結構較復雜、成本較高的中空轉子螺桿鉆具。

發明內容

針對上述技術問題，本發明設計出了一種具有大排量分流作用的新型螺桿鉆具旁通閥，除了具備普通旁通閥的基本功能(開泵時旁通閥關閉，停泵接單根或起鉆時旁通閥打開)之外，該新型旁通閥可以采用較大排量循環和鉆進，能夠代替結構較復雜、成本較高的中空轉子，降低螺桿鉆具制造成本，并降低鉆井風險，提高攜巖效率和鉆井速度。

本發明所采用的技術解決方案是：

一種具有大排量分流作用的螺桿鉆具旁通閥，包括閥體，在閥體的內部設置有一級閥芯和二級閥芯，一級閥芯設置在二級閥芯的上部，在二級閥芯的底部設置有閥座，在閥座的底部設置有擋圈，在一級閥芯和二級閥芯之間設置有一級彈簧，在二級閥芯和閥座之間設置有二級彈簧，二級彈簧的剛度大于一級彈簧；在一級閥芯和二級閥芯的中心形成有貫通的鉆井液流體通道，在一級閥芯的側壁上設置有內旁通孔，在閥體的側壁上設置有外旁通孔，當鉆井液流體通道內流動壓力消失時，內旁通孔和外旁通孔導通；在二級閥芯的側壁上設置有內分流孔，在閥體的側壁上設置有外分流孔，當鉆井液流體通道內流動壓力增大至界限值時，內分流孔和外分流孔導通。

優選的，所述內旁通孔和外旁通孔各設置3個，分別沿一級閥芯和閥體的周圈間隔分布；所述內分流孔和外分流孔各設置2個，分別沿二級閥芯和閥體的周圈對稱分布。

優選的，所述閥體的底部連接有鉆頭，在鉆頭上配置有鉆頭噴嘴；在外分流孔處安裝有分流噴嘴。

優選的，在外旁通孔處安裝有篩板。

上述螺桿鉆具旁通閥的工作過程如下：

a.開泵時：若鉆井液排量不超過螺桿鉆具的額定排量，流動壓力相對較小，則一級彈簧被壓縮，一級閥芯向下滑動并坐在二級閥芯上，外旁通孔和外分流孔均處于關閉，全部鉆井液向下流動并驅動螺桿鉆具的馬達總成正常工作；若鉆井液排量超過螺桿鉆具的額定排量，流動壓力相對較大，則一級彈簧和二級彈簧均被壓縮，一級閥芯和二級閥芯均向下滑動，外旁通孔處于關閉狀態，外分流孔處于開啟狀態，大部分鉆井液向下流動并驅動螺桿鉆具的馬達總成正常工作，少部分鉆井液經內分流孔、外分流孔直接進入環空，確保流經螺桿鉆具馬達總成的鉆井液不超過額定排量要求；