一種機械式井下套管閥的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種機械式井下套管閥，包括閥體部件和開關工具，閥體部件包括上接頭、閥座接頭、連接套，閥座和下接頭，還包括有保護滑套和閥板，閥板鉸接在閥座上，保護滑套安裝在閥體部件內，保護滑套的外壁同時與閥座接頭的內壁和閥座的內壁配合，保護滑套的下部端面坐落在下接頭的臺階上，在連接套的內壁安裝有定位卡鎖，在保護滑套的外壁安裝有與定位開鎖配合的定位凹槽。本發(fā)明的閥體內具有保護滑套，可采用常規(guī)的固井工藝進行固井工作，降低了作業(yè)難度；采用外嵌式開關滑套，并與鉆具可剪切式的固定連接結構，在開關工具一并下入井下過程中，避免了因鉆頭刮、磨壞套管閥內的元件和機構而造成的閥體提前失效的風險。
【專利說明】一種機械式井下套管閥
[0001]
【技術領域】
[0002]本發(fā)明涉及石油天然氣鉆探井下工具【技術領域】，主要應用于欠平衡鉆井、完井施工作業(yè)。
【背景技術】
[0003]欠平衡鉆井過程中，由于鉆井液液柱壓力小于儲層流體壓力，鉆井液就不會滲入而污染儲層，這樣就使儲層得到最大限度的保護，從而有效提高了單井產量。與此同時，在欠平衡作業(yè)過程中，由于鉆井液液柱的壓力無法平衡儲層流體壓力，井筒內存在一定的壓力，因此起鉆過程中，當鉆柱提至井筒上部，鉆柱重量不足以克服井筒對其產生的上頂力(即管輕)時，鉆柱即會被頂出井口 ；下鉆過程中，鉆柱重量不足又將導致其無法下井。為了解決該問題，現(xiàn)有技術中使用了不壓井起下鉆裝置和井下套管閥。
[0004]不壓井起下鉆裝置安裝在鉆臺上，通過自身機構卡住鉆臺上部的鉆柱，并對鉆柱施加適當?shù)牧σ云胶饩矁鹊纳享斄?，從而解決了欠平衡起下鉆的問題。但不壓井起下鉆裝置體積較大，安裝及操作程序比較復雜，起下鉆時間較長，造成整個作業(yè)速度較慢，鉆井成本較高且安全風險較大，且不適應于異形管串，因此其推廣應用受到了一定的限制。
[0005]井下套管閥是一種安裝于套管的截止閥，可作為技術套管的組成部分下入至鉆柱失重點以下的位置，并固于井中。欠平衡鉆井過程中需要起鉆時，首先將鉆柱帶壓提至套管閥上部，然后關閉套管閥，隔絕底部儲層壓力，套管閥上部井筒內的壓力就會消失，此時作用在鉆柱上的上頂力也隨之消失，可按照常規(guī)方法進行起鉆。當需要進行下鉆作業(yè)時，首先將鉆柱下至套管閥上部位置，`然后打開套管閥，再按照常規(guī)方法進行下鉆?？梢娞坠荛y不但能滿足欠平衡狀態(tài)下起下鉆的要求，而且安裝簡單，操作方便，是實施欠平衡鉆井的理想裝備。
[0006]套管閥按照開關控制方式可分為液壓控制形式套管閥和機械控制形式套管閥。專利US2005/0230118 Al和US007255173B2描述的是威德福研制的液壓控制形式套管閥，該種套管閥在使用的過程中，多次遇到液壓管線故障的問題，液壓管線一旦出現(xiàn)故障，舌板的打開和關閉就無法進行控制，欠平衡鉆井就需要終止。液壓式套管閥的井下安裝位置還要受液壓管線長度的限制。
[0007]專利006343658B2描述的是哈利伯頓研制的機械控制形式套管閥，該種套管閥是通過預先安裝在鉆頭上部的專用工具進行開關控制，當帶有專用工具的鉆柱提起至套管閥位置時，工具會自動將套管閥關閉；當帶有專用工具的鉆柱下放至套管閥位置時，工具會自動將套管閥打開。與液壓控制形式相比，機械控制形式套管閥不需要地面液壓系統(tǒng)、管線和接頭護線裝置、簡化了設備、方便了操作，同時避免了液壓管線故障而影響正常鉆井作業(yè)的問題，且其井下位置可根據(jù)工藝需要來安裝。但與此同時，該種結構類型套管閥存在一定缺陷:①鉆頭進入套管閥內后，鉆頭上部的工具才能打開或關閉套管閥，因此鉆頭很容易刮、磨套管閥內的一些元件和機構，進而影響套管閥使用壽命和可靠性；②當關閉的套管閥下部井筒壓力過大，或者安裝在鉆柱工具上的剪切螺釘在下鉆過程中損壞時，會出現(xiàn)套管閥還沒被打開，螺釘就剪斷的情況，那么鉆頭會強行頂開閥板，就會造成閥板損壞以及由于沒有開關套的支撐而卡住鉆具的后果設計的閥體零件較多，結構復雜，且整個工具在運行過程中對單一零件的可靠性要求很高，如果任一零件性能達不到設計要求或在使用前就被鉆具損壞，則可能造成整個閥體部件的功能完全喪失的問題；④由于套管閥的開啟和關閉是靠一個運動部件來完成的，采用常規(guī)的固井方式時水泥漿會將運動部件固定住而使套管閥失效，因此需要采用內管注水泥法這一特殊固井工藝來取代常規(guī)的固井方法，這樣又加大了作業(yè)成本。因此研制一套能夠克服上述缺點的機械式套管閥顯得尤為必要。

【發(fā)明內容】

[0008]本發(fā)明旨在針對現(xiàn)有的液壓式套管閥技術不能擺脫地面液壓控制的限制，而國外的機械式套管閥結構復雜、可靠性低、鉆頭易刮磨閥體內壁、容易卡鉆，造成操作工具不能有效地打開或關閉套管閥以及固井困難等一系列的技術問題，提供了一種結構簡單、易于操作的機械式套管閥，該套管閥在下入井下時閥體內安裝有一個保護套，該保護套可以使閥板保持打開狀態(tài)，并在采用常規(guī)固井方法固井時起到保護閥芯的作用；同時與本套管閥配套的開關工具采用剪切螺釘外嵌連接開關滑套的結構，在操作過程中可以有效的解決鉆頭刮磨閥體以及閥板卡鉆的問題，并采用多層剪切螺釘結構設計，提高了工具操作的可靠性。
[0009]本發(fā)明是通過采用下述技術方案實現(xiàn)的:
一種機械式井下套管閥，包括閥體部件，所述閥體部件包括上接頭、閥座接頭、連接套，閥座和下接頭，其特征在于:還包括有保護滑套和用于開關閥體部件內通道的閥板，所述閥板鉸接在閥座上，所述保護滑套安裝在閥體部件內，保護滑套的外壁同時與閥座接頭的內壁和閥座的內壁配合，且保護滑套能在閥體部件之中上下滑動，保護滑套的下部端面坐落在下接頭的臺階上，在連接套的內壁安裝有定位卡鎖，在保護滑套的外壁安裝有與定位開鎖配合的定位凹槽。
[0010]所述定位卡鎖主要由卡座、鎖芯和彈簧組成，鎖芯位于卡座內，并在卡座內沿閥體部件的徑向滑動，鎖芯的外臺階與卡座的內臺階貼合定位，卡鎖的鎖芯凸臺具有一個伸出卡座外的梯形結構，該梯形結構與保護滑套上的定位凹槽相匹配。
[0011]在所述保護滑套的底部外壁設有一斜面，斜面的斜度與鎖芯凸臺的外斜面斜度相同。
[0012]所述上接頭和下接頭分別與套管通過螺紋扣相連接，上接頭下部連接所述閥座接頭，閥座接頭下部外螺紋與連接套上部相連，閥座接頭下部內螺紋則與閥座相連，下接頭通過外螺紋與連接套下部相連。
[0013]保護滑套的上部內壁設有一個縮徑臺階的漏斗型結構，與漏斗型結構配合設置有錐形倒扣結構的專用工具，所述專用工具整體呈圓柱型結構，專用工具的伸入段為倒圓錐臺結構，倒圓錐臺結構的下端面外徑小于保護滑套的上端面內徑，倒圓錐臺結構的上端面的外徑大于保護滑套內最小內徑。
[0014]所述閥板座封在閥座上，且閥座上安裝有與驅使閥板座封的扭轉彈簧。[0015]還包括有開關工具，開關工具為與鉆具組合相連接的結構所組成，具體結構是:在鉆頭與鉆柱之間連接有一個開關短接，開關短接外部通過雙頭剪切螺釘連接有一個外嵌的開關滑套，開關滑套的外徑小于閥體部件的最小內徑。
[0016]開關短接上還安裝有單頭剪切螺釘，在開關滑套內壁安裝有內擋環(huán)，內擋環(huán)與單頭剪切螺釘配合。
[0017]在內擋環(huán)上開有多個環(huán)狀排列的小孔。
[0018]開關滑套的底部外壁設有一斜面，斜面的斜度與鎖芯凸臺的外斜面斜度相同，在開關滑套的外壁安裝有與定位開鎖配合的定位凹槽。
[0019]開關滑套的下端面低于鉆頭底面。
[0020]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果表現(xiàn)在:
1、本發(fā)明中，還包括有保護滑套和用于開關閥體部件內通道的閥板，擺脫了液壓式套管閥受液壓管線控制的限制，本發(fā)明的機械式套管閥可根據(jù)需要來確定井下安放的深度位置；閥體內具有保護滑套，可采用常規(guī)的固井工藝進行固井工作，降低了作業(yè)難度。
[0021]2、本發(fā)明中，采用的定位卡鎖結構，與保護滑套或開關滑套上的定位凹槽相適配，從而能夠使保護滑套或開關滑套定位，并將閥板徹底打開；且定位卡鎖的具體結構簡單，生產成本低。
[0022]3、本發(fā)明中，在保護滑套或開關滑套的底部外壁設有一斜面，斜面的斜度與鎖芯凸臺的外斜面斜度相同，這樣，便于保護滑套或開關滑套在下行過程中能很方便地將鎖芯凸臺和鎖芯頂回卡鎖內部，從而使滑套能順利通過。
[0023]4、本發(fā)明中，還包括有開關工具，開關工具的具體結構形式，可以方便地獄保護滑套配合，從而將保護滑套取回地面。
[0024]5、本發(fā)明中，閥座上安裝有與驅使閥板座封的扭轉彈簧，能夠保證在關閉閥體時，閥板有足夠的彈力自動回彈，并借助井底壓力的作用座封于閥座上。
[0025]6、本發(fā)明中，還包括有開關工具，采用外嵌式開關滑套，并與鉆具可剪切式的固定連接結構，在開關工具一并下入井下過程中，避免了因鉆頭刮、磨壞套管閥內的元件和機構而造成的閥體提前失效的風險。
[0026]7、本發(fā)明中，開關短接上還安裝有單頭剪切螺釘，在開關滑套內壁安裝有內擋環(huán)，內擋環(huán)與單頭剪切螺釘配合，這樣的結構形式，與雙頭剪切螺釘組成兩層螺釘結構，可以在工具下入井下的過程中，當主剪切螺釘受阻力較大而提前斷裂時，或在當開關滑套頂開閥板的過程中，閥板未打開主螺釘即被剪斷時，起到多層保險的作用，得以確保閥板被完全打開，下鉆過程順利進行。
[0027]8、本發(fā)明中，在內擋環(huán)上開有多個環(huán)狀排列的小孔，從而能夠在鉆井過程中減小擋環(huán)在通道內形成的節(jié)流助力作用。
[0028]9、本發(fā)明中，開關滑套的下端面低于鉆頭底面，能夠保護閥體內部不受鉆頭刮、磨的影響。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]下面將結合說明書附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步的詳細說明，其中:
圖1為本發(fā)明整體閥體工具在初次下入井下狀態(tài)的正面剖視結構圖。[0030] 圖2A、圖2B、圖2C和圖2D為本發(fā)明閥體工具在圖1狀態(tài)中的分段詳細剖視結構圖。
[0031 ] 圖3為定位卡鎖剖視結構圖。
[0032]圖4為保護滑套專用取回工具。
[0033]圖4A為圖4中A-A向示意圖。
[0034]圖5為閥體關閉時的狀態(tài)結構圖 圖6為套管閥開關工具的結構示意圖。
[0035]圖7A、圖7B、圖7C、圖7D和圖7E為開關工具在下鉆時打開套管閥的幾個主要過程結構示意圖。
[0036]圖8A和圖8B為開關工具在起鉆時關閉套管閥的兩個主要過程結構不意圖。
【具體實施方式】
[0037]實施例1
作為本發(fā)明的一較佳實施方式，本發(fā)明公開了一種機械式井下套管閥，包括閥體部件，所述閥體部件包括上接頭、閥座接頭、連接套，閥座和下接頭，還包括有保護滑套和用于開關閥體部件內通道的閥板，所述閥板鉸接在閥座上，所述保護滑套安裝在閥體部件內，保護滑套的外壁同時與閥座接頭的內壁和閥座的內壁配合，且保護滑套能在閥體部件之中上下滑動，保護滑套的下部端面坐落在下接頭的臺階上，在連接套的內壁安裝有定位卡鎖，在保護滑套的外壁安裝有與定位開鎖配合的定位凹槽。
[0038]實施例2
作為本發(fā)明的另一較佳實施方式，在保護滑套的上部內壁設有一個縮徑臺階的漏斗型結構，與漏斗型結構配合設置有錐形倒扣結構的專用工具，所述專用工具整體呈圓柱型結構，專用工具的伸入段為倒圓錐臺結構，倒圓錐臺結構的下端面外徑小于保護滑套的上端面內徑，倒圓錐臺結構的上端面的外徑大于保護滑套內最小內徑。其余結構同實施例1。
[0039]實施例3
作為本發(fā)明的再一較佳實施個方式，本發(fā)明包括閥體部件，閥體部件由上下接頭、閥座接頭、連接套、閥座、閥板、定位卡鎖等部件組成。上下接頭上下可分別與套管通過螺紋扣相連接，上接頭下部連接有閥座接頭，閥座接頭下部外螺紋與連接套上部相連，閥座接頭下部內螺紋則與閥座相連，閥座上的鉸鏈連接有閥體的核心部件即開關閥板，下接頭通過外螺紋與連接套下部相連。連接套內壁安有定位卡鎖，可以起到定位開關滑套的作用。對于初始下入井下的套管閥，閥體內安裝有一個保護滑套，該滑套可以使閥板在下井過程中始終保持打開位置。由于保護滑套的采用，可以使用常規(guī)的固井方法進行固井作業(yè)，閥芯結構在固井過程中得以保護。保護滑套可在閥體內上下滑動，并通過下接頭的臺階與定位卡鎖實現(xiàn)其初始狀態(tài)的定位?；椎纳喜績缺谟幸粋€縮徑臺階的漏斗型結構，配合具有錐形結構的專用工具，在固井作業(yè)完成后，可將該工具下入井下套管閥處將滑套取回地面并關閉閥板。本發(fā)明的套管閥開關工具由開關短接、開關滑套、單頭剪切短螺釘、雙頭剪切長螺釘和擋環(huán)等部件組成。開關短接上部與鉆柱相連，下部與鉆頭相連。短接上鉆有螺紋孔，可以通過雙頭剪切螺釘連接至外部開關滑套上的螺孔，這樣鉆柱與開關滑套通過螺釘連接固定在一起。在下鉆過程中，當滑套被下至套管閥處時，滑套承受鉆具對其向下的作用力并頂開閥板，并在當所受外力增大到一定程度時剪切螺釘可被剪斷，滑套脫離鉆柱的約束停留在閥體內保持閥板始終處于打開狀態(tài)并起到保護閥芯的作用，鉆具則可繼續(xù)下行穿過閥體。開關短接上的螺孔也可以安裝有單頭剪切短螺釘，該單頭剪切螺釘?shù)淖饔檬窃诠ぞ呦氯刖碌倪^程中，當雙頭螺釘由于受助力較大而提前斷裂時，或在當開關滑套頂開閥板的過程中，閥板未打開螺釘即被剪斷時，作為備用剪切螺釘使用，以確保閥板被完全打開。在該螺釘下部的開關滑套內有一個環(huán)形凸臺，用以承受并傳遞螺釘對其作用向下的力來打開閥板。在起鉆時，通過鉆頭對環(huán)形凸臺作用向上的力來將開關滑套取回地面，進而將閥體關閉。
[0040]實施例4
本發(fā)明的最佳實施方式為:
本發(fā)明由閥體部件和開關工具兩部分組成。按照工具下入垂直井下時的姿態(tài)從上至下，閥體部件100的上接頭I可以通過上部的內螺紋與套管相連，上接頭I下部的內螺紋與閥座接頭2上部外螺紋連接。閥座接頭2的下部外螺紋與連接套3相連，而閥座5連接在閥座接頭2的下部內螺紋上。閥座5的下部通過鉸鏈7方式與閥板連接，并安裝有扭轉彈簧，保證在關閉閥體時，閥板6有足夠的彈力自動回彈，并借助井底壓力的作用座封于閥座5上，從而關閉閥體內通道30。為保證閥板的回彈力足夠，還可以選擇增加拉簧結構等配置。連接套3的下部螺紋與閥體下接頭8上部外螺紋連接，下接頭8的另一端內螺紋則與套管相連。
[0041]在閥體100下入井下后，由于常規(guī)固井作業(yè)的需要，閥板6必須始終保持在打開狀態(tài)。為此，本發(fā)明在閥體下入井下之前，在閥體100內安裝有一個保護滑套4，該滑套可以使閥板6在下井過程中始終保持打開位置。由于保護滑套的采用，可以使用常規(guī)的固井方法進行固井作業(yè)，較采用內管注水泥等固井方法降低了作業(yè)的成本。閥芯結構在固井過程中也得以保護，提高了結構部件的可靠性。保護滑套4可在閥體100內上下滑動，當閥板6處于打開位置時，保護滑套下部端面坐落在下接頭8的臺階81上，臺階81可以防止其繼續(xù)下滑。同時，為保證在隨閥體100下入井下和在固井過程中滑套不會上行而造成閥板關閉，在連接套3的內壁安裝有定位卡鎖9。在保護滑套4的外壁與卡鎖同高度位置處有一圈梯形槽，在將保護滑套4安裝入閥體內時，當保護滑套4向下滑行至預定位置后，梯形槽被定位卡鎖9鎖住，防止其向上滑行。這樣通過下接頭8的臺階81與定位卡鎖9實現(xiàn)了對保護滑套4的初始狀態(tài)定位。圖3即為定位卡鎖9的剖視結構圖。定位卡鎖9主要由卡座91、鎖芯92以及彈簧93等結構組成。鎖芯92位于卡座91內，并可在卡座內沿徑向滑動，卡座內彈簧93對鎖芯92作用一個向內徑方向的彈力，鎖芯92的臺階可以與卡座91的內臺階貼合定位。卡鎖9的鎖芯凸臺具有一個伸出卡座外的梯形結構的鎖芯凸臺94，同樣在保護滑套4外壁的相應位置也具有一圈相同梯形結構的凹槽41。另在保護滑套4底部有一斜面42，其斜度與鎖芯凸臺94斜面斜度相同。在保護滑套4的下行過程中，斜面42首先與鎖芯凸臺94的上斜面接觸，保護滑套4繼續(xù)下行，對鎖芯92施加一沿徑向向外的作用力，彈簧93受力壓縮，鎖芯92向卡座內收縮，保護滑套4得以通過鎖芯凸臺。當滑套下端面行至下接頭上端面81處時停止，此時鎖芯凸臺94正對凹槽41處，鎖芯92受彈簧93彈力作用沿徑向回彈，凸臺向外滑行并扣入凹槽內，卡鎖9便將保護滑套4鎖住。同理，在將保護滑套4向上取出井下時，滑套受較大的上提作用力上行，凸臺94受力壓縮彈簧93，滑套得以通過后，彈簧回彈，鎖芯92回位，以便下次使用。卡鎖9的結構形式可以根據(jù)工具實際情況進行改進，也可以使用其他方式代替來實現(xiàn)對滑套的定位?？ㄦi的安裝和配置的方式也可以根據(jù)實際需要進行調整，包括沿圓周方向的排列數(shù)量和方式可以是一個或多個分布，以及沿閥體軸線方向也可以是一排或多排配置等。
[0042]保護滑套4的上部內壁具有一個縮徑臺階的漏斗型結構，如圖2A所示，配合具有錐形倒扣結構的專用工具10 (如圖4所示)可以將滑套取回地面。在固井作業(yè)完成后，將工具10下入井下套管閥處，工具10具有一個錐形斜面101，在起出工具的圓柱形本體內開有內凹的凹槽，錐形斜面101嵌入式安裝所述凹槽中，且在錐形斜面101和凹槽底部之間設置有伸縮彈簧。如圖4A所示。工具的下端面外徑應小于保護滑套4的上端面內徑，得以使工具10進入閥體后能夠順利穿入保護滑套4內。工具10上外臺階102的外徑則應大于滑套內最小內徑。工具的斜面101沿著滑套內壁斜面43下滑，由于徑向空間尺寸的減少，工具斜面受徑向向內擠壓作用力，其外徑縮小，最終通過保護滑套4的最小內徑處。通過斜面臺階44后，徑向空間尺寸增大，工具斜面外徑擴大至最初狀態(tài)。然后將工具10上提，由于工具上臺階102直徑大于滑套內臺階44最小內徑，在上提工具10時，臺階102貼合到滑套內臺階44，并帶動其一起向上滑行，最終將滑套取回地面。當滑套下端面向上穿出閥座內后，閥板6由于受扭轉彈簧力作用將主動關閉閥體，閥體內通道30關閉，如圖5所示。工具10的伸縮斜面臺階結構可以通過彈性較大的材料和結構制成，也可以通過彈簧機構的方式來實現(xiàn)其徑向尺寸的伸縮。
[0043]在固井作業(yè)完成后要進行下鉆作業(yè)，由于此時閥板6處于關閉狀態(tài)，如果下鉆時直接用鉆頭頂開閥板，則會造成當鉆頭通過閥體后閥板6受彈簧彈力作用回彈，在上提鉆具過程中卡住鉆頭，無法正常起鉆，進而造成井下事故。本發(fā)明中的套管閥開關工具將隨鉆頭鉆具等組合一起下入井下實現(xiàn)套管閥的開啟和關閉操作。如圖6所示，為本發(fā)明的套管閥開關工具200，該工具為與鉆具組合相連接的結構所組成。在鉆頭204與鉆柱202之間連接有一個開關短接203，該短接外部通過雙頭剪切螺釘205連接有一個外嵌的開關滑套201，滑套的外徑略小于套管閥體的最小內徑，這樣，開關滑套可以隨鉆具一起下入井下。開關滑套201的下端面要低于鉆頭底面，以便保護閥體內部不受鉆頭刮、磨的影響。開關短接上還安裝有單頭剪切螺釘206，其與開關滑套內擋環(huán)207的配合使用可以起到保險的作用。
[0044]圖7A-E為下鉆時的結構圖。其中，圖7A為開關工具200隨鉆具剛下入井下套管閥處時的狀態(tài)，此時，閥板6處于關閉狀態(tài)，剪切螺釘205還未被剪斷。圖7B中，開關工具與鉆具一起下行穿過閥體內，開關滑套201克服彈簧彈力和閥板6以下的井下壓力頂開閥板，此時，剪切螺釘未被剪斷。圖7C中，開關工具200與鉆具一起繼續(xù)下行，直至開關滑套201下端面抵至下接頭的上臺階81后，臺階內徑小于滑套外徑，滑套不能繼續(xù)下行，閥板6受滑套作用克服彈簧力而完全打開，閥體內通道30開啟，并在后面的下鉆與鉆進過程中始終保持打開狀態(tài)，直至起鉆時再次被關閉。圖7D中，由于鉆具繼續(xù)下行，并通過開關短接203上的雙頭剪切螺釘205對開關滑套201施加一個向下的力，而滑套不能向下移動，螺釘承受一定切向力。這樣當施加的力增加到一定程度時，剪切螺釘205所受力超過最大剪切強度而斷裂。鉆具繼續(xù)下行，而開關滑套201停留在閥體內，鉆具與開關滑套201相當滑動并脫離開來，同時開關短接203上的單頭剪切螺釘206向下移動并開始接觸到開關滑套201內壁的擋環(huán)207。圖7E中，鉆具繼續(xù)下行，剪切螺釘206隨著受擋環(huán)反作用力的逐漸增大而被剪斷。至此開關工具200得以打開套管閥并使鉆具能夠完全穿過閥體內通道30。為使開關滑套201停留在套管閥體內并得以定位，與保護滑套4相類似，在開關滑套201外壁的相同位置開有梯形槽209，如圖6所示。這樣當開關滑套201坐落于臺階81上時，卡鎖9中的鎖芯凸臺94扣入梯形槽209，實現(xiàn)了滑套的定位(圖7C-E)。
[0045]開關工具中的單頭剪切螺釘206的主要作用在于:在用開關工具打開套管閥的過程中，由于受壓力等因素影響，閥板6開啟阻力較大。當開關滑套201還未頂開閥板6時，由于雙頭剪切螺釘205受力較大而被提前剪斷。此時鉆具與滑套脫離并相對移動。鉆頭繼續(xù)下行并直接頂開閥板6。此時，由閥板與閥座原密封的上下井內空間得以連通，壓力達到平衡，閥板6開啟阻力減小。單頭螺釘206貼合住滑套內擋環(huán)207，并帶動滑套201其向下滑動，最終利用開關滑套201將閥板6打開至全開位置。最后擋環(huán)將螺釘206剪斷，保證了鉆頭順利穿過閥體而避免了卡鉆事故的發(fā)生。為了保證鉆頭能先于開關滑套頂開閥板，鉆頭底面與滑套底端面的距離應小于單頭剪切螺釘206與擋環(huán)207的間距。各剪切螺釘?shù)慕Y構尺寸、安裝數(shù)量與位置分布，以及與擋環(huán)之間的間距等參數(shù)可更加實際情況進行調整。如沿圓周方向的排列數(shù)量和方式可以是一個或多個分布，以及沿閥體軸線方向也可以是一排或多排配置等。螺釘?shù)拈_關短接可以采用其它類似結構接頭代替。開關滑套內擋環(huán)207上開有多個環(huán)狀排列的小孔208，用于在鉆井過程中減小擋環(huán)在通道30內形成的節(jié)流助力作用。
[0046]當鉆井過程結束后，在起鉆過程中，當鉆頭上行并穿過閥體內時，由于開關滑套201內擋環(huán)207的內徑要小于鉆頭204的外徑，鉆頭通過擋環(huán)帶動開關滑套一起向上滑動，如圖8A所示。當滑套201向上穿過閥體內閥座后，閥板6由于受彈簧彈力作用而逐漸關閉，并在借助其下井底壓力的作用下完全坐封于閥座5上，閥體內通道30關閉，如圖SB所示。至此開關工具實現(xiàn)了對套管閥的關閉操作。
【權利要求】
1.一種機械式井下套管閥，包括閥體部件，所述閥體部件包括上接頭(I)、閥座接頭(2)、連接套(3)，閥座(5)和下接頭(8)，其特征在于:還包括有保護滑套(4)和用于開關閥體部件內通道的閥板(6)，所述閥板(6)鉸接在閥座(5)上，所述保護滑套(4)安裝在閥體部件內，保護滑套(4)的外壁同時與閥座接頭(2)的內壁和閥座(5)的內壁配合，且保護滑套(4)能在閥體部件之中上下滑動，保護滑套(4)的下部端面坐落在下接頭(8)的臺階上，在連接套(3)的內壁安裝有定位卡鎖(9)，在保護滑套(4)的外壁安裝有與定位開鎖配合的定位凹槽。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種機械式井下套管閥，其特征在于:所述定位卡鎖(9)主要由卡座、鎖芯和彈簧組成，鎖芯位于卡座內，并在卡座內沿閥體部件的徑向滑動，鎖芯的外臺階與卡座的內臺階貼合定位，卡鎖的鎖芯凸臺具有一個伸出卡座外的梯形結構，該梯形結構與保護滑套(4)上的定位凹槽相匹配。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的一種機械式井下套管閥，其特征在于:保護滑套(4)的上部內壁設有一個縮徑臺階的漏斗型結構，與漏斗型結構配合設置有錐形倒扣結構的專用工具，所述專用工具整體呈圓柱型結構，專用工具的伸入段為倒圓錐臺結構，倒圓錐臺結構的下端面外徑小于保護滑套(4)的上端面內徑，倒圓錐臺結構的上端面的外徑大于保護滑套(4)內最小內徑。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種機械式井下套管閥，其特征在于:所述閥板(6)座封在閥座(5)上，且閥座(5)上安裝有與驅使閥板(6)座封的扭轉彈簧。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種機械式井下套管閥，其特征在于:還包括有開關工具，開關工具為與鉆具組合相連接的結構所組成，具體結構是:在鉆頭與鉆柱之間連接有一個開關短接，開關短接外部通過雙頭剪切螺釘連接有一個外嵌的開關滑套，開關滑套的外徑小于閥體部件的最小內徑。
6.根據(jù)權利要求5所述的一種機械式井下套管閥，其特征在于:開關短接上還安裝有單頭剪切螺釘，在開關滑套內壁安裝有內擋環(huán)，內擋環(huán)與單頭剪切螺釘配合。
7.根據(jù)權利要求6所述的一種機械式井下套管閥，其特征在于:在內擋環(huán)上開有多個環(huán)狀排列的小孔。
8.根據(jù)權利要求5所述的一種機械式井下套管閥，其特征在于:開關滑套的底部外壁設有一斜面，斜面的斜度與鎖芯凸臺的外斜面斜度相同，在開關滑套的外壁安裝有與定位開鎖配合的定位凹槽。
9.根據(jù)權利要求5所述的一種機械式井下套管閥，其特征在于:開關滑套的下端面低于鉆頭底面。
【文檔編號】E21B34/06GK103790551SQ201210435543
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2012年11月5日 優(yōu)先權日:2012年11月5日
【發(fā)明者】張保貴, 羨維偉, 陳科旭, 羅茂娜 申請人:中國石油集團川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術研究院