一种机械式井下套管阀制造技术

本发明专利技术公开了一种机械式井下套管阀，包括阀体部件和开关工具，阀体部件包括上接头、阀座接头、连接套，阀座和下接头，还包括有保护滑套和阀板，阀板铰接在阀座上，保护滑套安装在阀体部件内，保护滑套的外壁同时与阀座接头的内壁和阀座的内壁配合，保护滑套的下部端面坐落在下接头的台阶上，在连接套的内壁安装有定位卡锁，在保护滑套的外壁安装有与定位开锁配合的定位凹槽。本发明专利技术的阀体内具有保护滑套，可采用常规的固井工艺进行固井工作，降低了作业难度；采用外嵌式开关滑套，并与钻具可剪切式的固定连接结构，在开关工具一并下入井下过程中，避免了因钻头刮、磨坏套管阀内的元件和机构而造成的阀体提前失效的风险。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及石油天然气钻探井下工具
，主要应用于欠平衡钻井、完井施工作业。
技术介绍
欠平衡钻井过程中，由于钻井液液柱压力小于储层流体压力，钻井液就不会渗入而污染储层，这样就使储层得到最大限度的保护，从而有效提高了单井产量。与此同时，在欠平衡作业过程中，由于钻井液液柱的压力无法平衡储层流体压力，井筒内存在一定的压力，因此起钻过程中，当钻柱提至井筒上部，钻柱重量不足以克服井筒对其产生的上顶力（即管轻）时，钻柱即会被顶出井口；下钻过程中，钻柱重量不足又将导致其无法下井。为了解决该问题，现有技术中使用了不压井起下钻装置和井下套管阀。不压井起下钻装置安装在钻台上，通过自身机构卡住钻台上部的钻柱，并对钻柱施加适当的力以平衡井筒内的上顶力，从而解决了欠平衡起下钻的问题。但不压井起下钻装置体积较大，安装及操作程序比较复杂，起下钻时间较长，造成整个作业速度较慢，钻井成本较高且安全风险较大，且不适应于异形管串，因此其推广应用受到了一定的限制。井下套管阀是一种安装于套管的截止阀，可作为技术套管的组成部分下入至钻柱失重点以下的位置，并固于井中。欠平衡钻井过程中需要起钻时，首先将钻柱带压提至套管阀上部，然后关闭套管阀，隔绝底部储层压力，套管阀上部井筒内的压力就会消失，此时作用在钻柱上的上顶力也随之消失，可按照常规方法进行起钻。当需要进行下钻作业时，首先将钻柱下至套管阀上部位置，然后打开套管阀，再按照常规方法进行下钻。可见套管阀不但能满足欠平衡状态下起下钻的要求，而且安装简单，操作方便，是实施欠平衡钻井的理想装备。套管阀按照开关控制方式可分为液压控制形式套管阀和机械控制形式套管阀。专利US2005/0230118 A1和US007255173B2描述的是威德福研制的液压控制形式套管阀，该种套管阀在使用的过程中，多次遇到液压管线故障的问题，液压管线一旦出现故障，舌板的打开和关闭就无法进行控制，欠平衡钻井就需要终止。液压式套管阀的井下安装位置还要受液压管线长度的限制。专利006343658B2描述的是哈利伯顿研制的机械控制形式套管阀，该种套管阀是通过预先安装在钻头上部的专用工具进行开关控制，当带有专用工具的钻柱提起至套管阀位置时，工具会自动将套管阀关闭；当带有专用工具的钻柱下放至套管阀位置时，工具会自动将套管阀打开。与液压控制形式相比，机械控制形式套管阀不需要地面液压系统、管线和接头护线装置、简化了设备、方便了操作，同时避免了液压管线故障而影响正常钻井作业的问题，且其井下位置可根据工艺需要来安装。但与此同时，该种结构类型套管阀存在一定缺陷：①钻头进入套管阀内后，钻头上部的工具才能打开或关闭套管阀，因此钻头很容易刮、磨套管阀内的一些元件和机构，进而影响套管阀使用寿命和可靠性；②当关闭的套管阀下部井筒压力过大,或者安装在钻柱工具上的剪切螺钉在下钻过程中损坏时,会出现套管阀还没被打开，螺钉就剪断的情况,那么钻头会强行顶开阀板,就会造成阀板损坏以及由于没有开关套的支撑而卡住钻具的后果；③设计的阀体零件较多，结构复杂，且整个工具在运行过程中对单一零件的可靠性要求很高，如果任一零件性能达不到设计要求或在使用前就被钻具损坏，则可能造成整个阀体部件的功能完全丧失的问题；④由于套管阀的开启和关闭是靠一个运动部件来完成的，采用常规的固井方式时水泥浆会将运动部件固定住而使套管阀失效，因此需要采用内管注水泥法这一特殊固井工艺来取代常规的固井方法，这样又加大了作业成本。因此研制一套能够克服上述缺点的机械式套管阀显得尤为必要。
技术实现思路
本专利技术旨在针对现有的液压式套管阀技术不能摆脱地面液压控制的限制，而国外的机械式套管阀结构复杂、可靠性低、钻头易刮磨阀体内壁、容易卡钻，造成操作工具不能有效地打开或关闭套管阀以及固井困难等一系列的技术问题，提供了一种结构简单、易于操作的机械式套管阀，该套管阀在下入井下时阀体内安装有一个保护套，该保护套可以使阀板保持打开状态，并在采用常规固井方法固井时起到保护阀芯的作用；同时与本套管阀配套的开关工具采用剪切螺钉外嵌连接开关滑套的结构，在操作过程中可以有效的解决钻头刮磨阀体以及阀板卡钻的问题，并采用多层剪切螺钉结构设计，提高了工具操作的可靠性。本专利技术是通过采用下述技术方案实现的：一种机械式井下套管阀，包括阀体部件，所述阀体部件包括上接头、阀座接头、连接套，阀座和下接头，其特征在于：还包括有保护滑套和用于开关阀体部件内通道的阀板，所述阀板铰接在阀座上，所述保护滑套安装在阀体部件内，保护滑套的外壁同时与阀座接头的内壁和阀座的内壁配合，且保护滑套能在阀体部件之中上下滑动，保护滑套的下部端面坐落在下接头的台阶上，在连接套的内壁安装有定位卡锁，在保护滑套的外壁安装有与定位开锁配合的定位凹槽。所述定位卡锁主要由卡座、锁芯和弹簧组成，锁芯位于卡座内，并在卡座内沿阀体部件的径向滑动，锁芯的外台阶与卡座的内台阶贴合定位，卡锁的锁芯凸台具有一个伸出卡座外的梯形结构，该梯形结构与保护滑套上的定位凹槽相匹配。在所述保护滑套的底部外壁设有一斜面，斜面的斜度与锁芯凸台的外斜面斜度相同。所述上接头和下接头分别与套管通过螺纹扣相连接，上接头下部连接所述阀座接头，阀座接头下部外螺纹与连接套上部相连，阀座接头下部内螺纹则与阀座相连，下接头通过外螺纹与连接套下部相连。保护滑套的上部内壁设有一个缩径台阶的漏斗型结构，与漏斗型结构配合设置有锥形倒扣结构的专用工具，所述专用工具整体呈圆柱型结构，专用工具的伸入段为倒圆锥台结构，倒圆锥台结构的下端面外径小于保护滑套的上端面内径，倒圆锥台结构的上端面的外径大于保护滑套内最小内径。所述阀板座封在阀座上，且阀座上安装有与驱使阀板座封的扭转弹簧。还包括有开关工具，开关工具为与钻具组合相连接的结构所组成，具体结构是：在钻头与钻柱之间连接有一个开关短接，开关短接外部通过双头剪切螺钉连接有一个外嵌的开关滑套，开关滑套的外径小于阀体部件的最小内径。开关短接上还安装有单头剪切螺钉，在开关滑套内壁安装有内挡环，内挡环与单头剪切螺钉配合。在内挡环上开有多个环状排列的小孔。开关滑套的底部外壁设有一斜面，斜面的斜度与锁芯凸台的外斜面斜度相同，在开关滑套的外壁安装有与定位开锁配合的定位凹槽。开关滑套的下端面低于钻头底面。与现有技术相比，本专利技术的有益效果表现在：1、本专利技术中，还包括有保护滑套和用于开关阀体部件内通道的阀板，摆脱了液压式套管阀受液压管线控制的限制，本专利技术的机械式套管阀可根据需要来确定井下安放的深度位置；阀体内具有保护滑套，可采用常规的固井工艺进行固井工作，降低了作业难度。2、本专利技术中，采用的定位卡锁结构，与保护滑套或开关滑套上的定位凹槽相适配，从而能够使保护滑套或开关滑套定位，并将阀板彻底打开；且定位卡锁的具体结构简单，生产成本低。3、本专利技术中，在保护滑套或开关滑套的底部外壁设有一斜面，斜面的斜度与锁芯凸台的外斜面斜度相同，这样，便于保护滑套或开关滑套在下行过程中能很方便地将锁芯凸台和锁芯顶回卡锁内部，从而使滑套能顺本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种机械式井下套管阀，包括阀体部件，所述阀体部件包括上接头（1）、阀座接头（2）、连接套（3），阀座（5）和下接头（8），其特征在于：还包括有保护滑套（4）和用于开关阀体部件内通道的阀板（6），所述阀板（6）铰接在阀座（5）上，所述保护滑套（4）安装在阀体部件内，保护滑套（4）的外壁同时与阀座接头（2）的内壁和阀座（5）的内壁配合，且保护滑套（4）能在阀体部件之中上下滑动，保护滑套（4）的下部端面坐落在下接头（8）的台阶上，在连接套（3）的内壁安装有定位卡锁（9），在保护滑套（4）的外壁安装有与定位开锁配合的定位凹槽。

【技术特征摘要】
1.一种机械式井下套管阀，包括阀体部件，所述阀体部件包括上接头（1）、阀座接头（2）、连接套（3），阀座（5）和下接头（8），其特征在于：还包括有保护滑套（4）和用于开关阀体部件内通道的阀板（6），所述阀板（6）铰接在阀座（5）上，所述保护滑套（4）安装在阀体部件内，保护滑套（4）的外壁同时与阀座接头（2）的内壁和阀座（5）的内壁配合，且保护滑套（4）能在阀体部件之中上下滑动，保护滑套（4）的下部端面坐落在下接头（8）的台阶上，在连接套（3）的内壁安装有定位卡锁（9），在保护滑套（4）的外壁安装有与定位开锁配合的定位凹槽。
2.根据权利要求1所述的一种机械式井下套管阀，其特征在于：所述定位卡锁（9）主要由卡座、锁芯和弹簧组成，锁芯位于卡座内，并在卡座内沿阀体部件的径向滑动，锁芯的外台阶与卡座的内台阶贴合定位，卡锁的锁芯凸台具有一个伸出卡座外的梯形结构，该梯形结构与保护滑套（4）上的定位凹槽相匹配。
3.根据权利要求1或2所述的一种机械式井下套管阀，其特征在于：保护滑套（4）的上部内壁设有一个缩径台阶的漏斗型结构，与漏斗型结构配合设置有锥形倒扣结构的专用工具，所述专用工具整体呈圆柱型结构，专用工具的伸入段为倒圆锥台结构，倒圆锥台结...

【专利技术属性】
技术研发人员：张保贵，羡维伟，陈科旭，罗茂娜，
申请(专利权)人：中国石油集团川庆钻探工程有限公司钻采工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：四川;51