随钻随压井下液压控制装置.pdf

一种随钻随压井下液压控制装置。主要目的是提供一种井下装置，利用该装置可以解决目前进行钻井和压裂时需要更换管柱的问题，可以实现在钻井的同时进行压裂。其特征在于：该装置由外筒上部、外筒下部、内筒、单流阀关闭件以及弹簧等几部分构成；其中，外筒上部分的底部和外筒下部分的顶部都设计有齿和卡槽，而内筒的外壁和内壁上设计有相配合的齿，上部端面处有导流孔，单流阀关闭件安装在内筒端面中部；其中内筒及弹簧安装在外筒中，外筒上下两部分通过螺纹连接。该装置连接扩张式封隔器和喷砂器，可以通过控制液体流向实现钻杆内的连通与封堵，进而实现钻井与压裂的转换。

1.  一种随钻随压井下液压控制装置，包括外筒上部（1）、外筒下部（2）、内筒（3）、单流阀关闭件（４）以及弹簧（６），其特征在于：
外筒上部（1）具有内部空腔并开有外筒出口（9），所述内部空腔与外筒出口（9）相交于外筒出口端面（10）处；所述内部空腔的内壁开有深槽（11）和浅槽（12），在深槽（11）和浅槽（12）之间为外筒内壁齿（20），外筒内壁齿（20）具有外筒内壁齿端面（23），外筒内壁齿端面（23）为光滑斜面；在所述外筒上部的底端用于和所述与外筒下部相连接的连接处开有内螺纹；
外筒下部（2）亦为空心圆筒，所述外筒下部的底端内侧具有外筒下部齿（16），外筒下部齿（16）的齿壁与所述外筒下部的内侧壁之间形成外筒下部槽（17），所述外筒下部槽的槽宽与弹簧（6）的宽度相吻合以实现对所述弹簧的安装；外筒下部齿（16）具有外筒下部齿端面（22），外筒下部齿端面（22）为光滑斜面；在所述外筒下部的顶端用于和所述与外筒上部相连接的连接处开有外螺纹；
内筒（3）具有上、下两个直径不同的空心腔，所述上、下两个空心腔之间通过单流阀关闭件安装孔（14）来分隔，围绕所述单流阀关闭件安装孔开有若干个导流孔（13）；所述内筒的外壁底端开有内筒外壁齿（7），内筒外壁齿（7）具有内筒外壁齿端面（8），内筒外壁齿端面（8）为光滑斜面，所述内筒的内壁底端开有内筒端面齿（15），具有内筒端面齿端面（18），内筒端面齿端面（18）为光滑斜面；内筒（3）的上空心腔具有内筒出口端面（19）；
其中，所述内筒外壁齿（7）与外筒内壁齿（20）相啮合，从而使得内筒外壁齿端面（8）与外筒内壁齿端面（23）的端面之间可以在一端压力作用下发生相对滑动，以实现内筒（3）在外筒上部（1）中的旋转；所述内筒端面齿（15）与外筒下部齿（16）相啮合，从而使得外筒下部齿端面（22）与内筒端面齿端面（18）之间可以在一端压力作用下发生相对滑动，以实现内筒（3）在外筒下部（2）中的旋转；
所述单流阀关闭件（4）由单流阀下端面（21）和单流阀上端面（５）以及圆柱体杆构成；其中单流阀下端面（21）与内筒出口端面（19）相配合，用于坐封该端面；单流阀上端面（５）与外筒出口端面（10）相配合，用于坐封该端面；
外筒上部（1）、外筒下部（2）、内筒（3）、单流阀关闭件（４）以及弹簧（６）按照如下方式连接，单流阀关闭件（4）安装在内筒（3）上的单流阀关闭件安装孔（14）中并可以在其中自由活动，内筒（3）安装在外筒上部（1）内，内筒外壁齿（7）可以进入深槽（11）或浅槽（12）内,内筒外壁齿（7）在深槽（11）和浅槽（12）之间交替时，内筒（3）可以旋转，弹簧（6）安放在外筒下部槽（17）中；外筒上部（1）与外筒下部（2）通过螺纹紧密相连，内筒（3）的端面将弹簧（6）压缩在外筒下部槽（17）中。

随钻随压井下液压控制装置
技术领域
本发明涉及一种应用于油气田开发工程领域中的井下设备。
背景技术
随着能源的消耗，非常规油气的开发越来越受重视。在非常规油气开发过程中，为了提高产量可钻多分支井或者在钻井结束后实施水力压裂。钻多分支井虽然可以提高产量，但效果有限。为了进一步提高油气的动用程度，可对分支井实施水力压裂，但目前技术很难将压裂管柱下放到分支井中，因此对分支井压裂存在技术困难。如果采用钻井结束后实施水力压裂则需要将井下的钻柱全部提出后更换成压裂管柱，然而更换管柱的过程会消耗大量的时间和人力物力，严重影响开发的效率。如果可以在钻井的同时进行压裂就可以解决分支井无法压裂和更换管柱费时费力的问题。
发明内容
为了解决背景技术中所提到的技术问题，本发明提供一种随钻随压井下液压控制装置，该种随钻随压井下液压控制装置结构简单，设计巧妙，易于拆卸和安装，可以通过控制液体流向实现钻杆内的连通与封堵，进而实现钻井与压裂的转换。
本发明的技术方案是：该种随钻随压井下液压控制装置，包括外筒上部、外筒下部、内筒、单流阀关闭件以及弹簧，其特征在于：
外筒上部具有内部空腔并开有外筒出口，所述内部空腔与外筒出口相交于外筒出口端面处；所述内部空腔的内壁开有深槽和浅槽，在深槽和浅槽之间为外筒内壁齿，外筒内壁齿具有外筒内壁齿端面，外筒内壁齿端面为光滑斜面；在所述外筒上部的底端用于和所述与外筒下部相连接的连接处开有内螺纹；
外筒下部亦为空心圆筒，所述外筒下部的底端内侧具有外筒下部齿，外筒下部齿的齿壁与所述外筒下部的内侧壁之间形成外筒下部槽，所述外筒下部槽的槽宽与弹簧的宽度相吻合以实现对所述弹簧的安装；外筒下部齿具有外筒下部齿端面，外筒下部齿端面为光滑斜面；在所述外筒下部的顶端用于和所述与外筒上部相连接的连接处开有外螺纹；
内筒具有上、下两个直径不同的空心腔，所述上、下两个空心腔之间通过单流阀关闭件安装孔来分隔，围绕所述单流阀关闭件安装孔开有若干个导流孔；所述内筒的外壁底端开有内筒外壁齿，内筒外壁齿具有内筒外壁齿端面，内筒外壁齿端面为光滑斜面，所述内筒的内壁底端开有内筒端面齿，具有内筒端面齿端面，内筒端面齿端面为光滑斜面；内筒的上空心腔具有内筒出口端面；
其中，所述内筒外壁齿与外筒内壁齿相啮合，从而使得内筒外壁齿端面与外筒内壁齿端面的端面之间可以在一端压力作用下发生相对滑动，以实现内筒在外筒上部中的旋转；所述内筒端面齿与外筒下部齿相啮合，从而使得外筒下部齿端面与内筒端面齿端面之间可以在一端压力作用下发生相对滑动，以实现内筒在外筒下部中的旋转；
所述单流阀关闭件由单流阀下端面和单流阀上端面以及圆柱体杆构成；其中单流阀下端面与内筒出口端面相配合，用于坐封该端面；单流阀上端面与外筒出口端面相配合，用于坐封该端面；
外筒上部、外筒下部、内筒、单流阀关闭件以及弹簧按照如下方式连接，单流阀关闭件安装在内筒上的单流阀关闭件安装孔中并可以在其中自由活动，内筒安装在外筒上部内，内筒外壁齿可以进入深槽或浅槽内,内筒外壁齿在深槽和浅槽之间交替时，内筒可以旋转，弹簧安放在外筒下部槽中；外筒上部与外筒下部通过螺纹紧密相连，内筒的端面将弹簧压缩在外筒下部槽中。
本发明具有如下有益效果：本装置可通过螺纹连接在钻杆上，无需对钻杆大规模改造，在使用过程中只需在钻杆上连接喷砂器和扩张式封隔器，方便实用；本装置可以通过控制液体流向实现钻杆内的连通与封堵，在使用时只需要在地面控制液体的流动情况就可以使内筒旋转，进而实现阀门的开关。当阀门处于开启状态时，液体可以通过导流孔在钻杆内外循环，可正常钻井，当阀门处于关闭状态时，钻杆内部不连通，可以在钻杆内憋压使封隔器坐封，喷砂器打开，对地层实施压裂。本装置将钻井和压裂巧妙地结合在一起，这样就能够实现随钻随压，钻井压裂采用一套管柱，解决了频繁更换管柱和多分支井压裂的问题，节约了钻井设备和压裂设备搬迁的时间，降低了开采油气的成本。
附图说明：
图１是本发明的三维结构示意图。
图２是本发明的结构剖面图。
图３是本发明所述内筒的三维结构图。
图４是本发明所述内筒的结构剖面图。
图５是图3另一个视角下的三维结构图。
图６是本发明所述外筒上部的三维结构图。
图７是本发明所述单流阀关闭件的三维结构图。
图８是本发明所述外筒下部的三维结构图。
图中1-外筒上部，2-外筒下部，3-内筒，4-单流阀关闭件，5-单流阀上端面，6-弹簧，7-内筒外壁齿，8-外壁齿端面，9-外筒出口，10-外筒出口端面，11-深槽，12-浅槽，13-导流孔，14-单流阀关闭件安装孔，15-内筒端面齿，16-外筒下部齿，17-外筒下部槽，18-内筒端面齿端面，19-内筒出口端面，20-外筒内壁齿，21-单流阀下端面，22-外筒下部齿端面，23-外筒内壁齿端面。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明作进一步说明：
本装置工作时配合其他部件，即与钻柱、喷砂器、封隔器一起连接后使用。外筒上部1通过螺纹连接在近钻头端的钻柱上，外筒上部1通过螺纹与外筒下部2连接，外筒下部2通过螺纹连接一段钻柱后与喷砂器连接，喷砂器另一端连接封隔器，封隔器另一端连接在近地面的钻柱上。本装置通过上述的连接关系连接在钻柱上。
如图1所示，该种随钻随压井下液压控制装置，包括：外筒上部１、外筒下部２、内筒3、单流阀关闭件４以及弹簧６，其独特之处在于：如图６结合图1、图2所示，所述外筒上部1为空心圆柱体，外筒上部１有外筒出口9和空腔，两者相交于外筒出口端面10处；空腔的内壁有深槽11和浅槽12；深槽11和浅槽12之间有外筒内壁齿20及外筒内壁齿端面23；外筒上部1与外筒下部2连接处有螺纹；
如图８结合图1、图2所示，所述外筒下部２由外筒下部齿端面22、外筒下部槽17和空腔构成；其中外筒下部槽安装弹簧６；外筒下部2与外筒上部1连接处有螺纹；
如图3、4、5结合图1、图2所示，所述内筒3由上下两个空心圆柱体构成；空心圆柱体的连接处有若干个导流孔13，中间有单流阀关闭件安装孔14；内筒外壁有内筒外壁齿7；内筒内壁有内筒端面齿15；所述内筒外壁齿7与外筒内壁齿20相啮合，由于内筒外壁齿端面8与外筒内壁齿端面23均为光滑斜面，在一端压力作用下两齿端面发生相对滑动，从而实现内筒3在外筒上部1中旋转；所述内筒端面齿15与外筒下部齿16相啮合，由于内筒端面齿端面18与外筒下部齿端面22均为光滑斜面，在一端压力作用下两齿端面发生相对滑动，从而实现内筒3在外筒下部2中旋转；
如图７结合图1、图2所示，所述单流阀关闭件４由单流阀下端面21和单流阀上端面５以及圆柱体杆构成；其中法单流阀下端面21坐封内筒出口端面19，单流阀上端面５坐封外筒出口端面10。
上述各组件的连接关系为：单流阀关闭件４安装在内筒3上的单流阀关闭件安装孔14中并可以在其中自由活动，内筒３安装在外筒上部1内，内筒外壁齿7可以进入深槽11或浅槽12,内筒外壁齿7在深槽11和浅槽12之间交替时，内筒3可以旋转，弹簧6安放在外筒下部槽17中，由于外筒上部1与外筒下部2通过螺纹紧密相连，内筒3的端面可将弹簧6压缩在外筒下部槽17中，同时内筒端面齿15与外筒下部齿16相互啮合。
本装置构成一个通过液体流动方向控制阀门的开关。内筒外壁齿7处于浅槽12中，单流阀上端面5不能坐封外筒出口端面10，液体可正向通过；液体逆向流动，单流阀下部端面21坐封内筒出口端面19，推动内筒移动，内筒端面齿15接触外筒下部齿16，内筒3发生旋转；液体正向流动，单流阀关闭件4打开，弹簧6推动内筒3移动，内筒外壁齿7接触外筒内壁齿20进入深槽11，单流阀上端面5坐封外筒出口端面10，液体不能通过；液体逆向流动，单流阀下部端面21坐封内筒出口端面19，推动内筒移动，内筒端面齿15接触外筒下部齿16，内筒3发生旋转；液体正向流动，单流阀关闭件4打开，弹簧6推动内筒3移动，内筒外壁齿7接触外筒内壁齿20进入浅槽12，单流阀上端面5不能坐封外筒出口端面10，液体可以通过。
当内筒外壁齿处于浅槽中，钻井液正常通过，钻井正常进行；反循环注入液体后正循环液体，随钻随压井下液压控制装置中心通道关闭，泵入更高的压力封隔器坐封，喷砂器打开，可对地层进行压裂；反循环注入液体后正循环液体，随钻随压井下液压控制装置中心通道打开，钻井液可以正常循环，正常钻进。
本装置的工作工程如下：
钻头后连接一段钻柱然后连接本装置，在本装置后再连接一段钻柱之后再依次连接喷砂器和扩张式封隔器。
在正常钻进过程中，内筒外壁齿7卡在浅槽12中，液体可通过导流孔13并推开单流阀关闭件4，此时单流阀上端面5未坐封在外筒出口端面10处，液体可通过外筒出口9流向钻头；需要对目的层压裂时，地面反循环向钻柱与井筒的环形空间注入液体，液体的压力作用在单流阀上端面5上并推动单流阀关闭件4移动直至单流阀关闭件4坐封在内筒出口端面19上，液体不可以反向通过，此时液体压力便作用在内筒3上，并推动内筒3移动压缩弹簧6，直至内筒端面齿15与外筒下部齿16相互啮合，内筒发生旋转，然后地面正循环向钻柱中注入液体，在液体推力及弹簧6弹力的作用下内筒3移动，直至内筒外壁齿7与外筒内壁齿20相啮合，内筒3发生旋转，内筒外壁齿7卡在深槽11中，此时单流阀上端面5坐封外筒出口端面10处，液体不可通过外筒出口9，地面泵入压力，封隔器坐封，泵入更高的压力喷砂器打开对地层进行压裂。需要继续钻进时可重复上述操作，使内筒外壁齿7处于浅槽12中，液体可通过外筒出口9流向钻头。