[发明专利]一种钻杆短接旁通阀及操作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钻杆短接旁通阀及操作方法，属于石油行业钻井装备与工具技术领域。

背景技术

常规钻井在接单根或立柱时，必须先停泵终止钻井流体循环，然后进行接单根或立柱作业，接完单根或立柱后，再开泵重启循环，因此在接单根或立柱时井底不可避免地会产生压力波动和岩屑沉降。常规钻井使用的接单根或立柱方法，在窄密度窗口、高温高压等复杂地层以及大位移/水平井、欠平衡井等特殊工艺井中极易引起井涌、井漏、气侵、井壁坍塌和卡钻等事故，严重影响钻井安全，成为制约我国油气勘探开发向深部、复杂地层以及深水方向发展的壁垒。

保持钻井流体的连续循环是解决上述问题的一种有效手段，方法之一就是预先在每个单根或立柱上端安装一个特殊的钻杆短接，在该短接的内部中心通孔和侧向旁通孔上各安装一个阀门，通过两个阀门的交替开关，实现钻井流体的转向控制，使钻井流体既可从中心通道流入钻柱，也可从旁通通道流入钻柱，因此使用该钻杆短接可以在不中断钻井流体循环的条件下完成接单根或立柱作业，继而在整个钻井期间实现稳定的当量循环密度和不间断的钻屑排出。

专利1CN200880008565.7描述了一种用于截断和转向液体循环流的设备，其中的管道形短本体安装有径向阀A和轴向阀B，通过压力自动控制两个阀的启闭，继而在管道形短本体内实现循环流的转向切换。专利2CN201110130139.4描述了一种石油钻井用连续循环短接及其连续循环泥浆方法，连续循环短接包括短接本体、自动中心闸阀和侧向常闭单流阀，其结构原理与专利1中所述管道形短本体、轴向阀B和径向阀A相同。专利3US20120018229描述了一种钻杆，该钻杆具有管状主体、主孔和侧孔，主孔贯穿管状主体，侧孔位于主体外表面，主孔设置有球阀，侧孔设置有单流阀，在进行钻杆上、卸扣作业时，手动关闭球阀，侧孔单流阀在压力作用下自动开启，实现连续循环泥浆；正常钻井时，手动开启球阀，侧孔单流阀在压力作用下自动关闭。

上述专利所描述的短接均能在接单根或立柱时实现钻井流体连续循环，其中专利1所述径向阀A、专利2所述侧向常闭单流阀以及专利3所述侧孔单流阀可统称为旁通阀，安装在短接体的侧向旁通孔上，用于控制短接体侧向旁通通道的通断，而专利1所述轴向阀B、专利2所述自动中心闸阀以及专利3所述球阀可统称为中心阀，安装在短接体内部中心通孔上，且位于旁通阀的上端，用于控制短接体中心通道的通断。上述专利描述的旁通阀存在以下缺点：1专利1和2中所述旁通阀为旋启式单向阀，其阀座与阀板之间采用销轴连接，为确保销轴连接强度，销轴直径及其销轴座壁厚必须满足一定尺寸要求，由于阀座与阀口采用同轴设置，在阀口通径不变的条件下，只能通过增大阀座直径使销轴座壁厚满足设计要求。而专利3中所述旁通阀为升降式单向阀，由于其结构所限，为了确保阀口通流能力，阀口直径需比旋启式单向阀大，因此同样造成阀座直径增大。另外，上述专利所述旁通阀，其阀座与侧壁孔之间均采用端面密封，为满足密封槽尺寸要求，亦必须增大阀座直径。但随着阀座直径增加，旁通孔的尺寸亦相应增大，这样将导致短接体强度减弱，同时阀座与旁通孔之间的有效螺纹连接长度也会减小，影响旁通阀与旁通孔的连接强度。2专利2中描述了一种用于旁通阀的泄压阀，在打开旁通阀的阀堵之前，利用该泄压阀将阀堵与阀板之间容腔内可能残存的高压流体排出，确保操作安全性，但专利2未详细说明泄压阀结构及使用方法。专利1和3中所述旁通阀未设置必要的安全卸压装置。3专利1、2和3中所述旁通阀，其用于封闭阀座上阀口的阀堵均未设置防松装置，在井下振动环境下，容易造成阀堵松动甚至脱落，存在安全隐患。

发明内容

为了克服现有技术的不足,本发明提供一种钻杆短接旁通阀及操作方法，有效解决了旁通阀的卸压和防松问题，提高了旁通阀的连接强度及钻杆短接体的承载能力，同时增强了旁通阀对高低压和不同钻井流体的密封性能。

一种钻杆短接旁通阀及操作方法，采用的技术方案是：所述旁通阀安装在钻杆短接体的侧壁旁通孔上，主要由阀座、阀板、阀堵、销轴、扭簧、泄压螺钉、防松螺钉和骑缝螺钉组成。所述钻杆短接体的中心通孔安装有旋塞阀。

所述阀座与钻杆短接的侧壁旁通孔采用螺纹副a连接，并利用骑缝螺钉固定，阀座与旁通孔之间通过密封圈实现径向密封。

所述阀座和阀板通过销轴、扭簧连接，阀板可绕销轴旋转，在扭簧作用下自动与阀座闭合，阀板和阀座之间采用球形金属密封面实现硬密封，同时在金属密封面上固化一层非金属密封材质(如橡胶、聚四氟乙烯)，形成金属-非金属复合密封，使阀座与阀板之间的密封满足高低压及气液等不同钻井流体的密封要求。