專利名稱：球閥式內(nèi)外一體井下防噴器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于石油行業(yè)，在鉆井時(shí)用于發(fā)生井噴或井涌時(shí)關(guān)閉井眼，進(jìn)而控制井噴
的球閥式內(nèi)外一體井下防噴器。
背景技術(shù)：
防噴器是石油鉆井過程中打開高壓油氣層，確保安全生產(chǎn)的重要設(shè)備。防噴器按 結(jié)構(gòu)和工作原理分為閘板(全封、半封)、環(huán)形(萬能)防噴器。在鉆井過程中，防噴器的使 用大致可以分為以下兩種如果在鉆井過程中突然遇到高壓油氣層，可以用雙閘板或萬能 防噴器進(jìn)行封井，防止井噴事故；而當(dāng)鉆具全部取出后，可以采用萬能或者全封閘板防噴器 進(jìn)行封井。單閘板和雙閘板防噴器是一般鉆井中最常用的一種。為了確保鉆井安全，在深 井作業(yè)中常常把旋轉(zhuǎn)、萬能和雙閘板防噴器組合在一起使用。閘板防噴器可關(guān)井壓力高、安 全，但其中半封閘板只能對應(yīng)一種鉆桿尺寸，而萬能防噴器可快速關(guān)井，對有無鉆桿、鉆桿 尺寸等都可進(jìn)行封井，但其由于是膠芯封井故只能短時(shí)間、暫時(shí)性封井，能承受壓力一般不 高， 一般是為關(guān)閉閘板防噴器爭取時(shí)間，井噴事故還時(shí)有發(fā)生。因此，如何提高防噴器的可 靠性、機(jī)械化和自動(dòng)化水平，解決防噴器的安全和提高鉆井效率問題，成為了國內(nèi)鉆井工程 領(lǐng)域迫切需要解決的問題之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供球閥式內(nèi)外一體井下防噴器，使用該防噴器，對提高國產(chǎn) 井控裝置的自動(dòng)化程度、減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度、增強(qiáng)井控操作的安全性、可靠性、提高工作效 率等將起到重要作用。 為達(dá)到以上技術(shù)目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案。 本發(fā)明主要由殼體、中心管、控制裝置、機(jī)械傳動(dòng)裝置、封隔體組成，并通過上下接
頭與鉆桿相連。其中殼體位于最外層，為控制裝置和機(jī)械傳動(dòng)裝置組成一個(gè)密閉空間，便于
其安裝；中心管位于殼體的內(nèi)部，除為內(nèi)部鉆井液的正常流動(dòng)提供通道以外，還為控制裝置
和機(jī)械傳動(dòng)裝置等提供安裝位置，封隔體外嵌于機(jī)械傳動(dòng)裝置之下的殼體向內(nèi)凹陷處。 控制裝置由傳感器、控制電路板、電機(jī)和電磁閥等組成，增壓通道和泄壓通道貫穿
殼體，上端與電磁閥相連，下端則與封隔體的內(nèi)環(huán)空連通，為封隔體的增壓和泄壓提供通道。 機(jī)械傳動(dòng)裝置主要由球閥、蝸輪、蝸桿等組成，控制裝置的電機(jī)通過聯(lián)軸器驅(qū)動(dòng)蝸 輪蝸桿帶動(dòng)球閥旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)內(nèi)防噴。 封隔體主要由封隔體上接頭、膠筒、加強(qiáng)筋、滑套、分瓣爪和鎖塊組成，封隔體上接 頭上端與殼體連接，下端與膠筒相連，加強(qiáng)筋位于膠筒內(nèi)部，有助于膠筒的收縮與膨脹，使 膠筒能夠很好的與套管內(nèi)壁相貼合，膠筒下端與滑套連接，且滑套下部設(shè)有分瓣爪和鎖塊。
在使用本發(fā)明時(shí)，先將脈沖信號通過泥漿傳輸給地面控制系統(tǒng)，由地面控制系統(tǒng) 傳遞信號給安裝在井下的本發(fā)明的傳感器進(jìn)行解碼，通過內(nèi)部控制板驅(qū)動(dòng)電機(jī)動(dòng)作，通過
3聯(lián)軸器帶動(dòng)蝸桿進(jìn)行傳動(dòng)，從而對機(jī)械系統(tǒng)提供動(dòng)力。 本發(fā)明的內(nèi)防噴在座封時(shí)，通過蝸輪蝸桿傳動(dòng)，帶動(dòng)球閥旋轉(zhuǎn)，當(dāng)球閥旋轉(zhuǎn)90° 時(shí)，截?cái)嚆@井液內(nèi)部通路，實(shí)現(xiàn)鉆桿內(nèi)部防噴；解封時(shí)是通過電機(jī)反向旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)蝸輪蝸桿 傳動(dòng)，從而帶動(dòng)球閥反向旋轉(zhuǎn)，當(dāng)球閥反向旋轉(zhuǎn)90。時(shí)，內(nèi)部通道打開，實(shí)現(xiàn)內(nèi)防噴解封。
本發(fā)明的外防噴在座封時(shí)，通過電機(jī)給信號打開電磁閥，鉆井液通過增壓通道進(jìn) 入膠筒內(nèi)，隨著壓力的增加，膠筒逐漸膨脹，直至與套管內(nèi)壁緊密貼合在一起，隨著膠筒的 向上移動(dòng)，帶動(dòng)滑套向上移動(dòng)，當(dāng)運(yùn)動(dòng)到一定位置時(shí)，分瓣爪就會(huì)扣住滑套，禁止其向下移 動(dòng)，實(shí)現(xiàn)外防噴；解封時(shí)打開泄壓通道，通過上提管柱，鎖塊打開分瓣爪，滑套帶動(dòng)膠筒回 彈，鉆井液排出外環(huán)空，實(shí)現(xiàn)解封。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的有益效果是使用本發(fā)明，無論對于任何一種鉆 桿尺寸或者井底內(nèi)的任何一種井噴壓力，只要在井底發(fā)生井噴時(shí)都可以起到迅速關(guān)井的作 用，且封井時(shí)間的長短都是通過人來對其進(jìn)行控制，為壓井爭取到了寶貴的時(shí)間；本發(fā)明在 井噴控制以后，可以通過控制系統(tǒng)對其進(jìn)行解封，然后可以繼續(xù)進(jìn)行鉆進(jìn)，并且在下次井噴 發(fā)生時(shí)，還可以繼續(xù)使用；本發(fā)明的坐封和解封過程完全依靠電子控制來完成，具有自動(dòng)化 水平高，便于操作等優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)了現(xiàn)用防噴器的不足。



圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為圖1的A-A剖視圖。
圖3為控制裝置放大圖。
圖4為機(jī)械傳動(dòng)裝置放大圖。
圖5為封隔體放大圖。
圖中 l-殼體、2-回流通道、3-控制電路板、4-傳感器、5-電磁閥、6-增壓通道、7-球閥、 8-閥座、9-回壓彈簧、10-中心管、ll-加強(qiáng)筋、12-滑套、13-分瓣爪、14-鎖塊、15-膠筒、 16_封隔體上接頭、17-蝸輪、18-蝸桿、19-聯(lián)軸器、20-電機(jī)、21-電磁閥、22-回流通道、 23-泄壓通道。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明(圖1)主要由殼體1、中心管10、控制裝置、機(jī)械傳動(dòng)裝置和封隔體組成， 并通過上下接頭與鉆桿相連。其中殼體1位于最外層，中心管io位于殼體內(nèi)，所述控制裝 置、機(jī)械傳動(dòng)裝置均位于殼體和中心管之間，而封隔體外嵌于機(jī)械傳動(dòng)裝置之下的殼體向 內(nèi)凹陷處。 控制裝置(圖3)由傳感器4、控制電路板3、電機(jī)20和電磁閥21 、5等組成，電磁 閥21與鉆井液回流通道22、2相連，增壓通道6和泄壓通道23貫穿殼體，上端與電磁閥5相 連，下端則與封隔體的內(nèi)環(huán)空連通，為封隔體的增壓和泄壓提供通道。通過控制電磁閥21、 5的開關(guān)，來控制鉆井液回流通道和增壓通道6、泄壓通道23的開關(guān)(圖2)。
機(jī)械傳動(dòng)裝置(圖4)主要由球閥7、閥座8、回壓彈簧9、蝸輪17、蝸桿18等組成， 控制裝置的電機(jī)20通過聯(lián)軸器19依次與蝸桿18、蝸輪17相連，蝸輪與球閥相連，球閥的閥座位于殼體與中心管間，球閥位于中心管中，閥座下有回壓彈簧9。通過控制裝置中的電機(jī) 來驅(qū)動(dòng)蝸輪蝸桿帶動(dòng)球閥旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)內(nèi)防噴的作用。 封隔體(圖5)由封隔體上接頭16、膠筒15、加強(qiáng)筋11、滑套12、分瓣爪13和鎖塊 14組成，封隔體上接頭上端與殼體連接，下端與膠筒相連，加強(qiáng)筋鑲嵌于膠筒內(nèi)部，膠筒下 端與滑套12連接，且滑套下部設(shè)有分瓣爪和鎖塊。 本發(fā)明是通過控制系統(tǒng)帶動(dòng)球閥的開啟，以及電磁閥的開關(guān)打開液壓通道來控制 膠筒的膨脹與收縮，實(shí)現(xiàn)防噴器的座封與解封。
具體實(shí)施方式
如下 當(dāng)?shù)孛姹O(jiān)測到有井涌井噴趨勢時(shí)，通過地面控制系統(tǒng)發(fā)出信號，井下防噴器內(nèi)的 傳感器4接受到信號以后，通過控制電路板3進(jìn)行解碼，然后給電機(jī)20發(fā)出指令來控制電 機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過聯(lián)軸器19來驅(qū)動(dòng)蝸桿18轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)蝸輪17旋轉(zhuǎn)，球閥7也跟著旋轉(zhuǎn)，閥座 8隨之向下移動(dòng)，并在彈簧9的作用下與球閥始終保持一定的密封壓力，當(dāng)球閥7旋轉(zhuǎn)90° 時(shí)，球閥7堵住鉆井液通道，實(shí)現(xiàn)鉆桿內(nèi)部防噴。緊接著控制裝置打開電磁閥5，使鉆桿內(nèi) 部的鉆井液通過增壓通道6進(jìn)入膠筒15內(nèi)環(huán)空部分，隨著鉆井液的持續(xù)打壓，膠筒15內(nèi)部 的鉆井液壓力不斷增強(qiáng)，膠筒15不斷向外膨脹，滑套12在膠筒15的帶動(dòng)下膨脹也逐漸向 上運(yùn)動(dòng)，當(dāng)運(yùn)動(dòng)到一定程度時(shí)，分瓣爪13向外回彈，就會(huì)與滑套12下部的臺階扣在一起時(shí)， 禁止膠筒15向下運(yùn)動(dòng)，當(dāng)膠筒15與套管內(nèi)部緊緊貼合在一起時(shí)，再由控制裝置關(guān)閉電磁閥 5，膠筒15內(nèi)的壓力不再變化，膠筒15停止移動(dòng)，堵住鉆井液外環(huán)空通道，實(shí)現(xiàn)鉆桿外部防 噴。 隨著鉆井液的持續(xù)打壓，鉆柱內(nèi)的壓力持續(xù)增強(qiáng)，這時(shí)通過控制裝置打開電磁閥 21，由于鉆桿內(nèi)部的鉆井液壓力高于鉆桿外環(huán)空的壓力，因此鉆井液就會(huì)通過回流通道2、 22流向外環(huán)空，實(shí)現(xiàn)了內(nèi)外防噴后的鉆井液的正常往復(fù)循環(huán)。 當(dāng)井上的測量裝置檢測到井底的井噴已經(jīng)得到控制時(shí)，就會(huì)傳遞信號給傳感器4， 再由傳感器4傳遞給井下控制裝置進(jìn)行解碼，從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)20通過聯(lián)軸器19帶動(dòng)蝸桿18 反轉(zhuǎn)，蝸輪17同時(shí)也跟著轉(zhuǎn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)球閥7也跟著旋轉(zhuǎn)，當(dāng)球閥7旋轉(zhuǎn)90°時(shí)，鉆桿內(nèi) 部通道連通，實(shí)現(xiàn)鉆桿內(nèi)防噴解封。與此同時(shí)，關(guān)閉回流通道的電磁閥21，從而鉆井液通過 鉆桿內(nèi)通道向下流動(dòng)；同時(shí)打開泄壓通道的電磁閥5，膠筒內(nèi)部的鉆井液由于高于外部的 泥漿壓力，就會(huì)通過泄壓通道23流向外環(huán)空，膠筒15也隨之收縮。在膠筒15收縮過程中 上提管柱，鎖塊14隨之也向上移動(dòng)，這樣鎖塊將會(huì)強(qiáng)行讓分瓣爪13從滑套12內(nèi)的臺階上 脫離，膠筒15在加強(qiáng)筋11的作用下實(shí)現(xiàn)回彈。這樣井底處的鉆井液就會(huì)由外環(huán)空向上流 動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)外防噴解封。
權(quán)利要求
球閥式內(nèi)外一體井下防噴器，主要由殼體(1)、中心管(10)、控制裝置、機(jī)械傳動(dòng)裝置、封隔體組成，通過上下接頭與鉆桿相連，所述殼體(1)位于最外層，中心管(10)位于殼體內(nèi)，所述控制裝置、機(jī)械傳動(dòng)裝置位于殼體和中心管之間，封隔體則外嵌于機(jī)械傳動(dòng)裝置之下的殼體向內(nèi)凹陷處，其特征在于，所述控制裝置主要由傳感器(4)、控制電路板(3)、電機(jī)(20)和電磁閥(21、5)組成，所述電磁閥(21)與鉆井液回流通道(22、2)相連，增壓通道(6)和泄壓通道(23)貫穿殼體，上端與電磁閥(5)相連，下端則與封隔體的內(nèi)環(huán)空連通；所述機(jī)械傳動(dòng)裝置主要由球閥(7)、閥座(8)、蝸輪(17)、蝸桿(18)組成，控制裝置的電機(jī)(20)通過聯(lián)軸器(19)依次與蝸桿(18)、蝸輪(17)相連，蝸輪與球閥相連，球閥位于中心管中，其閥座位于殼體與中心管間；所述封隔體由封隔體上接頭(16)、膠筒(15)、加強(qiáng)筋(11)、滑套(12)、分瓣爪(13)和鎖塊(14)組成，所述封隔體上接頭上端與殼體連接，下端與膠筒相連，加強(qiáng)筋鑲嵌于膠筒的內(nèi)部，膠筒下端與滑套(12)連接，且滑套下部設(shè)有分瓣爪(13)和鎖塊(14)。
2. 如權(quán)利要求1所述的球閥式內(nèi)外一體井下防噴器，其特征在于，所述機(jī)械傳動(dòng)裝置 中，球閥的閥座位于殼體與中心管間，閥座下有回壓彈簧(9)。
全文摘要
球閥式內(nèi)外一體井下防噴器，主要由殼體、中心管、控制裝置、機(jī)械傳動(dòng)裝置、封隔體組成，通過上下接頭與鉆桿相連，殼體位于外層，中心管位于殼體中，控制裝置有傳感器、控制電路板、電機(jī)和電磁閥，增壓通道和泄壓通道貫穿殼體，上端與電磁閥相連，下端與封隔體的內(nèi)環(huán)空連通；機(jī)械傳動(dòng)裝置有球閥、蝸輪、蝸桿等，電機(jī)通過聯(lián)軸器驅(qū)動(dòng)蝸輪蝸桿帶動(dòng)球閥旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)內(nèi)防噴；封隔體由封隔體上接頭、膠筒、加強(qiáng)筋等組成，封隔體上接頭上端與殼體連接，下端與膠筒相連，加強(qiáng)筋鑲嵌于膠筒內(nèi)部，當(dāng)膠筒膨脹時(shí)，有助于使膠筒與套管內(nèi)壁相貼合，實(shí)現(xiàn)外防噴。使用本發(fā)明，對提高國產(chǎn)井控裝置的自動(dòng)化程度、減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度、增強(qiáng)井控操作的安全性、可靠性、提高工作效率等將起到重要作用。
文檔編號E21B34/00GK101718182SQ200910312469
公開日2010年6月2日 申請日期2009年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月29日
發(fā)明者付玉坤, 劉清友, 李紅偉, 杜利, 王國榮 申請人:西南石油大學(xué)