空气钻井用井下灭火短节制造技术

本发明专利技术公开了一种空气钻井用井下灭火短节，包括筒体、固定连接于筒体下端的下接头和通过支撑结构支撑于筒体内腔中的阀芯组件；下接头内腔的上端设有下接头内锥面；阀芯组件包括压力缸、阀头和弹簧；压力缸包括缸体、缸盖、活塞、穿过缸盖并且与活塞固定连接的阀杆，压力缸的无杆腔充满液态汞；阀头固定于阀杆的下端，阀头的上段具有与下接头内锥面相适配的阀头外锥面，阀头的下段外周面设有沿轴向延伸的过流凹槽；弹簧的一端与缸盖连接，弹簧的另一端与阀头连接。本发明专利技术的空气钻井用井下灭火短节具备反复开关的能力，灭火后可继续钻进，不必提钻更换，减少了井下燃爆事故处理过程中的时间成本和人工成本，提高了钻井效率，降低了钻井成本。

【技术实现步骤摘要】
空气钻井用井下灭火短节
本专利技术涉及石油天然气勘探设备用具
，尤其涉及一种空气钻井用井下灭火短节。
技术介绍
空气钻井是一种以压缩空气为循环介质的高效钻井技术，其具有钻井效率高、钻井周期短、综合成本低、井下事故少、不伤害储层等诸多优点，因而应用越来越广泛。空气钻井过程中，若钻遇伴有可燃气体(如天然气﹑石油等烃类物质)的地层时，压缩空气与可燃气体混合后井下极易达到燃爆条件，在滤饼环、钻柱摩擦等条件下就会引起井下燃爆，进而导致钻具掩埋、井眼报废等井下事故。井下灭火短节基于隔断空气的灭火原理，其安装于钻柱上。在发生井下燃爆时，内部阀门自动关闭，隔绝空气，实现快速、有效的井下灭火。现有的井下灭火短节多采用熔断方式，内部阀件为低熔点合金，发生井下燃爆时，阀件融化，阀门关闭，达到隔断空气目的。这种灭火短节存在的问题是：一旦阀门关闭，则无法二次开启，需要提钻更换后再进行后续钻进，使用成本高。因此，对本领域技术人员来说，亟待开发一种能够实现阀门反复开关的新式井下灭火短节。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种可反复开关的空气钻井用井下灭火短节，灭火后可继续钻进，不必提钻更换，提高井下灭火处理过程中的效率，提高钻井效率，降低钻井成本。为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是：空气钻井用井下灭火短节，包括筒体，所述筒体具有沿其轴向贯通的筒体内腔，还包括：下接头，所述下接头固定连接于所述筒体的下端，所述下接头具有沿其轴向贯通的下接头内腔，所述下接头内腔的上端设有下接头内锥面；阀芯组件，所述阀芯组件设置于所述筒体内腔，所述阀芯组件包括：压力缸，所述压力缸包括缸体、固定于所述缸体下端的缸盖、设置于缸体内腔的活塞、穿过所述缸盖并且与所述活塞固定连接的阀杆，阀头，所述阀头固定于所述阀杆的下端，所述阀头的上段为锥形段，所述锥形段具有用于与所述下接头内锥面相适配的阀头外锥面，弹簧，所述弹簧设于所述阀杆外，所述弹簧的一端与所述缸盖连接，所述弹簧的另一端与所述阀头连接。以下是对本专利技术的空气钻井用灭火短节的多项进一步改进之处：其中，所述压力缸的无杆腔为热敏流体充注腔。其中，所述热敏流体为汞。其中，所述阀头的下段为柱形段，所述柱形段的外周面设有沿轴向延伸的过流凹槽。其中，所述阀芯组件通过支撑结构支撑于所述筒体内腔，所述支撑结构包括：固定于所述缸体外壁面的间隔设置的翼板，以及抵靠于所述翼板下端面与所述下接头上端面之间的隔套。其中，所述翼板与设置在所述筒体内壁面的花键槽配合。其中，所述弹簧是拉力弹簧。其中，所述筒体的上端设有用于与钻柱连接的母螺纹。其中，所述下接头的下端设有用于与钻头或空气锤连接的母螺纹。采用了上述技术方案后，本专利技术的有益效果如下：本专利技术的空气钻井用井下灭火短节在井下工作时，其筒体与上部钻柱相连，下接头与下部钻头或空气锤相连。正常钻井工况时，在弹簧拉力作用下，阀头外锥面脱离下接头内锥面，由钻柱输送的压缩空气自筒体上端进入筒体内腔，经由压力缸与筒体内壁之间形成的环状通道后下行，穿过下接头内腔并输送给下部钻头或空气锤，实现正常空气钻井功能。当发生井下燃爆时，井底高温传递给压力缸无杆腔内的热敏流体，热敏流体受热膨胀，推动活塞下行，阀头随之下行，阀头外锥面与下接头内锥面配合，形成端面密封，关闭压缩空气过流通道，从而隔绝空气，达到灭火目的。井下灭火完成以后，井底温度逐渐降低，压力缸内的热敏流体逐渐收缩，缸内压力减小，弹簧复位，阀头上行，压缩空气过流通道重新打开，继续钻井。综上所述，本专利技术的空气钻井用井下灭火短节具备反复开关的能力，灭火后可继续钻进，不必提钻更换，减少了井下燃爆事故处理过程中的时间成本和人工成本，进而提高了钻井效率，降低了钻井成本。附图说明图1是本专利技术实施例的空气钻井用井下灭火短节结构剖视示意图；图2是图1中的阀芯组件结构剖视示意图；图3是图1中的下接头结构剖视示意图；图4是图1中的A-A剖视示意图；图5是图1中的B-B剖视示意图；图6是图1中空气钻井用井下灭火短节正常钻井阀头开启内部流道示意图；图7是图1中空气钻井用井下灭火短节井下爆燃阀头关闭示意图；图中，1-筒体；2-阀芯组件；21-缸体；211-翼板；22-活塞；23-阀杆；24-缸盖；25-弹簧；26-阀头；261-阀头外锥面；262-过流凹槽；27-隔套；28-热敏流体；3-下接头；31-下接头内锥面。图中箭头所示表示钻井时压缩空气流动方向。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步详细的非限制性说明。如图1所示，本专利技术实施例的空气钻井用井下灭火短节包括筒体1、固定连接于筒体1下端的下接头3和设置于沿轴向贯通的筒体内腔中的阀芯组件2。筒体1的上端设有用于与钻柱连接的母螺纹，下接头3的下端设有用于与钻头或空气锤连接的母螺纹。如图3所示，其中，下接头3具有沿轴向贯通的下接头内腔，下接头内腔的上端设有下接头内锥面31。如图2所示，其中，阀芯组件2包括压力缸、阀头26和弹簧25。其中，压力缸包括上端封闭的缸体21、固定于缸体21下端开口的缸盖24、设置于缸体内腔的活塞22、穿过缸盖24并且与活塞22固定连接的阀杆23，压力缸的无杆腔为热敏流体充注腔，图中示意出了无杆腔充满热敏流体28的情形，基于液态金属汞具有良好的热胀冷缩热敏特性，本专利技术实施例中的热敏流体28优选采用汞。阀头26固定于阀杆23的下端，其中，阀头26的上段为锥形段，该锥形段具有用于与下接头内锥面31相适配的阀头外锥面261，阀头26的下段为柱形段，如图2和图5所示，该柱形段的外周面设有沿轴向延伸的过流凹槽262，图中示意出了四个过流凹槽262，在此不对其数量进行限定，也可以是两个、三个或更多个。其中，弹簧25具体采用拉力弹簧，弹簧25设于阀杆23外，弹簧25的一端与缸盖24连接，弹簧25的另一端与阀头26连接。如图1和图4所示，其中，阀芯组件2通过支撑结构支撑于筒体1的筒体内腔，该支撑结构包括：固定于缸体21外壁面的间隔设置的翼板211，以及抵靠于翼板211下端面与下接头3上端面之间的隔套27。其中，翼板211与设置在筒体内壁面的花键槽配合，不仅起到支撑作用，还起到热传递作用，当井下爆燃时，井底高温通过筒体1经翼板211传递给压力缸内的液态汞，使其受热膨胀，关阀灭火。图中示意出了四个翼板211，在此不对其数量进行限定，也可以是两个、三个或更多个。本专利技术实施例的空气钻井用井下灭火短节工作过程如下：如图6所示，正常钻井过程中，在弹簧25拉力作用下，阀头外锥面261脱离下接头内锥面31，由钻柱输送的压缩空气自筒体1上端进入筒体内腔，经由压力缸与筒体内壁之间形成的环状通道后下行，穿过阀头26的过流凹槽262和下接头内腔，输送给下部钻头或空气锤，实现正常空气钻井功能。如图7所示，发生井下燃爆时，井底高温通过筒体1，经压力缸的翼板211传递给压力缸无杆腔中的液态汞，液态汞受热膨胀，推动活塞22下行，阀头26随之下行，阀头外锥面261与下接头内锥面31配合，形成端面密封，关闭压缩空气过流通道，从而隔绝空气，达到灭火目的。井下灭火完成以后，井底温度逐渐降低，压力缸内的液态汞逐渐收缩，缸内压力减小，弹簧25复位，在弹簧拉力作用下，阀头26上行，过流通道重新打开，继续钻井，不必提钻更换，本文档来自技高网...

【技术保护点】
空气钻井用井下灭火短节，包括筒体，所述筒体具有沿其轴向贯通的筒体内腔，其特征在于，还包括：下接头，所述下接头固定连接于所述筒体的下端，所述下接头具有沿其轴向贯通的下接头内腔，所述下接头内腔的上端设有下接头内锥面；阀芯组件，所述阀芯组件设置于所述筒体内腔，所述阀芯组件包括：压力缸，所述压力缸包括缸体、固定于所述缸体下端的缸盖、设置于缸体内腔的活塞、穿过所述缸盖并且与所述活塞固定连接的阀杆，阀头，所述阀头固定于所述阀杆的下端，所述阀头的上段为锥形段，所述锥形段具有用于与所述下接头内锥面相适配的阀头外锥面，弹簧，所述弹簧设于所述阀杆外，所述弹簧的一端与所述缸盖连接，所述弹簧的另一端与所述阀头连接。

【技术特征摘要】
1.空气钻井用井下灭火短节，包括筒体，所述筒体具有沿其轴向贯通的筒体内腔，其特征在于，还包括：下接头，所述下接头固定连接于所述筒体的下端，所述下接头具有沿其轴向贯通的下接头内腔，所述下接头内腔的上端设有下接头内锥面；阀芯组件，所述阀芯组件设置于所述筒体内腔，所述阀芯组件包括：压力缸，所述压力缸包括缸体、固定于所述缸体下端的缸盖、设置于缸体内腔的活塞、穿过所述缸盖并且与所述活塞固定连接的阀杆，阀头，所述阀头固定于所述阀杆的下端，所述阀头的上段为锥形段，所述锥形段具有用于与所述下接头内锥面相适配的阀头外锥面，弹簧，所述弹簧设于所述阀杆外，所述弹簧的一端与所述缸盖连接，所述弹簧的另一端与所述阀头连接。2.如权利要求1所述的空气钻井用井下灭火短节，其特征在于，所述压力缸的无杆腔为热敏流体充注腔。3.如权利要求2所述的空气钻井用井下灭火短节，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱丽红，陈泽鹏，黄勇，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：山东,37