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1、10申请公布号CN103953312A43申请公布日20140730CN103953312A21申请号201410159010X22申请日20140421E21B34/0620060171申请人西南石油大学地址610500四川省成都市新都区新都大道8号72发明人张晓东李一岚张也朱晓凤杨文武54发明名称一种叶轮驱动的旋合式内防喷工具57摘要本发明涉及一种叶轮驱动的旋合式内防喷工具，用于油气田钻探作业钻柱内防喷系统中，它主要包括阀体总成、上接头、开槽套、橡胶套筒和下接头。所述阀体总成主要由滑动套筒、上调节套、上阀座、扇形阀芯、中间阀板、下阀座、轴承、下调节套组成。所述上阀座上端和下阀座下端均有周向。
2、均匀排列的叶片，钻井介质通过叶片时，提供使上阀座、下阀座旋转的动力；上阀座、下阀座通过推力球轴承和上调节套、下调节套进行轴向限位；上阀座下端面和下阀座上端面上均匀分布有6条渐开线形状的凹槽；扇形阀芯可在滑块和凹槽的限位下，在上阀座下端面和下阀座上端面之间平移。本发明能有效防止钻柱内井喷，结构简单合理，流道畅通，运行平稳。51INTCL权利要求书1页说明书4页附图4页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书4页附图4页10申请公布号CN103953312ACN103953312A1/1页21一种叶轮驱动的旋合式内防喷工具，主要包括阀体总成、上接头（1）、开槽套（2）、。
3、橡胶套筒（4）、下接头（21），其特征在于所述阀体总成主要由滑动套筒（9）、上调节套（8）、上阀座（7）、扇形阀芯（12）、中间阀板（15）、下阀座（18）、推力球轴承（10、11、14、16）、下调节套（17）组成，所述上阀座（7）上端和下阀座（18）下端均有周向均匀排列的叶片（3、19），钻井介质通过叶片时，提供使上阀座（7）、下阀座（18）旋转的动力；上阀座（7）、下阀座（18）通过推力球轴承（10、11、14、16）和上调节套（8）、下调节套（17）进行轴向限位；上调节套（8）、下调节套（17）和滑动套筒（9）通过螺纹连接；上阀座（7）下端面和下阀座（18）上端面上均匀分布有6条渐开线。
4、形状的凹槽（26、27）；所述扇形阀芯（12）的两面都有圆柱形滑块（28、32），并与上阀座（7）、下阀座（18）的渐开线凹槽（26、27）相配合，扇形阀芯（12）可在滑块（28、32）和凹槽（26、27）的限位下，在上阀座（7）下端面和下阀座（18）上端面之间平移，扇形阀芯（12）的连接块（30）和中间阀板（15）的滑槽（25）配合后，将中间阀板（15）焊接在滑动套筒（9）上，从而进行定位，扇形阀芯（12）可沿滑槽（25）做径向平移；滑动套筒（9）外圆柱面周向上均布有3个轴线方向的键槽（23），并与开槽套（2）通过键（22）进行周向固定；阀体总成可在开槽套（2）内圆柱面上键槽（24）的限制下。
5、进行轴向滑动；开槽套（2）和上接头（1）通过螺纹连接，在上接头（1）下端和开槽套（2）中间台阶面之间装有橡胶套筒（4）；所述下接头（21）和开槽套（2）通过螺纹连接，并采用O型密封圈密封，形成环空流道（6）。2根据权利要求1所述的一种叶轮驱动的旋合式内防喷工具，其特征在于所述上阀座叶片（3）能使上阀座（7）在钻井介质正循环时沿逆时针方向旋转，上阀座（7）下端面的渐开线形状凹槽（26）方向为顺时针（从上阀座下端看）；所述下阀座叶片（19）能使下阀座（18）在发生井喷或井涌时沿逆时针方向旋转，下阀座（18）上端面的渐开线形状凹槽（27）方向为逆时针（从下阀座上端看）。3根据权利要求1所述的一种叶轮。
6、驱动的旋合式内防喷工具，其特征在于所述扇形阀芯（12）共有6个，圆心角为60，当扇形顶点重合，并且相邻两扇形各有一条边重合时，可组合成圆盘；扇形阀芯（12）由上阀芯（29）、连接块（30）、下阀芯（31）、圆柱形滑块（28、32）组成；所述中间阀板（15）的滑槽（25）方向为径向，共有6条，沿周向均匀分布；所述开槽套（2）轴线方向上开有两排斜孔（5、13），每排斜孔（5、13）设置为3个，沿开槽套（2）周向均布，斜孔（5、13）的轴线方向与径向成一定夹角，并和环空流道（6）相连，形成通道；开槽套（2）内圆柱面上的键槽（24）设置为3个，与斜孔（5、13）周向错开60。权利要求书CN103953。
7、312A1/4页3一种叶轮驱动的旋合式内防喷工具技术领域0001本发明涉及一种叶轮驱动的旋合式内防喷工具，主要用于油气田钻探作业钻柱内防喷系统中，属于石油天然气钻井井控装备领域。背景技术0002由于地层情况复杂多变，钻井过程中,突然遇到地层高压流体的现象时有发生,如果没有可靠的防喷系统就有可能发生井喷、井涌。目前常用的钻柱内防喷工具主要有方钻杆上旋塞阀、下旋塞阀、投入式止回阀、翻板浮阀、箭形止回阀等，在实际应用中，它们各自有优缺点旋塞阀开关迅速，但存在旋转失效的问题，而且需要人工进行操作；投入式止回阀密封性能良好，但在使用时需要人工卸开方钻杆的接头螺纹，将止回阀总成投入到钻杆的水眼，对井喷反应。
8、不够及时；翻板浮阀流道畅通，但复位弹簧容易失效，一旦失效就不能再次打开阀门；箭形止回阀关闭时密封效果好，对井喷反应迅速，但流道不够畅通容易造成堵塞。总结以上优缺点，发明一种流道畅通，运行平稳可靠，发生井喷时处理效率高，能自动开、关的内防喷工具,具有很强的实际使用意义。发明内容0003本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种叶轮驱动的旋合式内防喷工具，能及时对井喷、井涌进行全自动处理，工具流道畅通，运行平稳可靠。0004本发明采用的技术方案是0005本发明涉及一种叶轮驱动的旋合式内防喷工具，主要包括阀体总成、上接头、开槽套、橡胶套筒、下接头。所述阀体总成主要由滑动套筒、上调节套、上阀座、扇形阀。
9、芯、中间阀板、下阀座、推力球轴承、下调节套组成。所述上阀座上端和下阀座下端均有周向均匀排列的叶片，钻井介质通过叶片时，提供使上阀座、下阀座旋转的动力；上阀座、下阀座通过推力球轴承和上调节套、下调节套进行轴向限位，上调节套、下调节套和滑动套筒通过螺纹连接；上阀座下端面和下阀座上端面上均匀分布有6条渐开线形状的凹槽；所述扇形阀芯的两面都有圆柱形滑块，并与上阀座、下阀座的渐开线凹槽相配合，扇形阀芯可在滑块和凹槽的限位下，在上阀座下端面和下阀座上端面之间平移，扇形阀芯的连接块和中间阀板的滑槽配合后，将中间阀板焊接在滑动套筒上，从而进行定位，扇形阀芯可沿滑槽做径向平移；滑动套筒外圆柱面周向上均布有3个轴。
10、线方向的键槽，并与开槽套通过键进行周向固定；阀体总成可在开槽套内圆柱面上键槽的限制下进行轴向滑动；开槽套和上接头通过螺纹连接，在上接头下端和开槽套中间台阶面之间装有橡胶套筒；所述下接头和开槽套通过螺纹连接，并采用O型密封圈密封，形成环空流道。0006所述上阀座叶片能使上阀座在钻井介质正循环时沿逆时针方向旋转，上阀座下端面的渐开线形状凹槽方向为顺时针（从上阀座下端看）；所述下阀座叶片能使下阀座在发生井喷或井涌时沿逆时针方向旋转，下阀座上端面的渐开线形状凹槽方向为逆时针（从下阀座上端看）。说明书CN103953312A2/4页40007所述扇形阀芯共有6个，圆心角为60，当扇形顶点重合，并且相邻两。
11、扇形各有一条边重合时，可组合成圆盘，从而关闭中间流道；扇形阀芯由上阀芯、连接块、下阀芯、圆柱形滑块组成。扇形阀芯可在上下阀座凹槽和中间阀板的滑槽的限制下进行径向平移，从而完成内防喷工具的打开、关闭功能。0008所述中间阀板的滑槽方向为径向，共有6条，沿周向均匀分布。0009所述开槽套轴线方向上开有两排斜孔，每排斜孔设置为3个，沿开槽套周向均布，斜孔的轴线方向与径向成一定夹角，并和环空流道相连，形成通道；开槽套内圆柱面上的键槽设置为3个，与斜孔周向错开60。滑动套筒在键的限制下沿开槽套键槽进行轴向平移时，进行打开、封闭斜孔的动作，从而完成打开、堵塞环空流道的功能。0010正常钻井时，环空流道关闭。
12、，中间流道打开，阀体总成呈打开状态，钻井介质顺利通过内防喷工具，钻井正常进行。当发生井喷或井涌时，阀体总成上移，环空流道打开，钻井介质通过下阀座叶片时，带动下阀座旋转驱使阀体总成关闭中间流道，然后阀体总成继续上移，关闭环空流道，完成防止井喷、井涌的功能。压井时，阀体总成下移，环空流道打开，钻井介质通过上阀座叶片时，带动上阀座旋转驱使阀体总成打开中间流道，然后阀体总成继续下移，再次关闭环空流道，阀体总成重新回到正常钻井时的位置，开始进行正常钻井。0011本发明与现有技术相比的优点在于1根据流过内防喷工具的钻井介质的方向，能自动调节内防喷工具的开、关，反应迅速,动作可靠；2正常钻井时，流道畅通，不。
13、存在堵塞现象；3发生井喷或井涌时，适时自动关闭钻柱内通道，截断上行流体，无需人工干预4将流体轴向运动通过特殊装置转化成阀芯的径向运动及阀体总成的直线运动，工具运行更平稳，使用寿命更长。附图说明0012图1为本发明一种叶轮驱动的旋合式内防喷工具在正常钻井情况下的工作结构及位置示意图；0013图2为本发明在井喷、井涌时的工作结构及位置示意图；0014图3为本发明阀体总成结构示意图；0015图4为图3的AA截面剖视图；0016图5为图3的BB截面剖视图；0017图6为本发明上阀座下端面渐开线形状凹槽和扇形阀芯圆柱形滑块的配合结构示意图；0018图7为本发明下阀座上端面渐开线形状凹槽和扇形阀芯圆柱形滑。
14、块的配合结构示意图；0019图8为本发明扇形阀芯在工具打开时的结构、位置示意图；0020图9为图8的CC截面剖视图；0021图10为本发明扇形阀芯在内防喷工具关闭时的结构、位置示意图；0022图11本发明中间阀板结构示意图；0023图12为本发明开槽套结构示意图；0024图13为本发明滑动套筒结构示意图。0025图中1上接头，2开槽套，3上阀座叶片，4橡胶套筒，5斜孔，6环空流道，说明书CN103953312A3/4页57上阀座，8上调节套，9滑动套筒，10推力球轴承，11推力球轴承，12扇形阀芯，13斜孔，14推力球轴承，15中间阀板，16推力球轴承17下调节套，18下阀座，19下阀座叶片，。
15、20中间流道，21下接头，22键，23键槽，24键槽，25滑槽，26凹槽，27凹槽，28圆柱形滑块，29上阀芯，30连接块，31下阀芯，32圆柱形滑块。具体实施方式0026下面结合附图对本发明具体实施方式作进一步说明0027如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10、图11、图12、图13所示，本发明一种叶轮驱动的旋合式内防喷工具，主要包括阀体总成、上接头1、开槽套2、橡胶套筒4、下接头21。所述阀体总成主要由滑动套筒9、上调节套8、上阀座7、扇形阀芯12、中间阀板15、下阀座18、推力球轴承（10、11、14、16）、下调节套17组成，所述上阀座7上端和下阀座18下端均有。
16、周向均匀排列的叶片（3、19），钻井介质通过叶片时，提供使上阀座7、下阀座18旋转的动力；上阀座7、下阀座18通过推力球轴承（10、11、14、16）和上调节套8、下调节套17进行轴向限位，上调节套8、下调节套17和滑动套筒9通过螺纹连接；上阀座7下端面和下阀座18上端面上均匀分布有6条渐开线形状的凹槽（26、27）；所述扇形阀芯12的两面都有圆柱形滑块（28、32），并与上阀座7、下阀座18的渐开线凹槽（26、27）相配合；扇形阀芯12可在滑块（28、32）和凹槽（26、27）的限位下，在上阀座7下端面和下阀座18上端面之间平移，扇形阀芯12的连接块30和中间阀板15的滑槽25配合后，将中间。
17、阀板15焊接在滑动套筒9上，从而进行定位，扇形阀芯12可沿滑槽25做径向平移；滑动套筒9外圆柱面周向上均布有3个轴线方向的键槽23，并与开槽套2通过键22进行周向固定；阀体总成可在开槽套2内圆柱面上键槽24的限制下进行轴向滑动；开槽套2和上接头1通过螺纹连接，在上接头1下端和开槽套2中间台阶面之间装有橡胶套筒4；所述下接头21和开槽套2通过螺纹连接，并采用O型密封圈密封，形成环空流道6。0028如图3、图4、图5、图6、图7所示，所述上阀座叶片3能使上阀座7在钻井介质正循环时沿逆时针方向旋转，上阀座7下端面的渐开线形状凹槽26方向为顺时针（从上阀座7下端看）；所述下阀座叶片19能使下阀座18在。
18、发生井喷或井涌时沿逆时针方向旋转，下阀座18上端面的渐开线形状凹槽27方向为逆时针（从下阀座18上端看）。0029如图6、图7、图8、图9、图10所示，所述扇形阀芯12共有6个，圆心角为60，当扇形顶点重合，并且相邻两扇形各有一条边重合时，可组合成圆盘，从而关闭中间流道（20）。扇形阀芯12由上阀芯29、连接块30、下阀芯31、圆柱形滑块（28、32）组成。扇形阀芯12作为一个独立构件有6个自由度，由于连接块30为长条形柱状体，和中间阀板15的滑槽25配合后，只剩下径向方向的自由度，可沿滑槽25进行径向运动。圆柱形滑块28带领扇形阀芯12可沿上阀座7的渐开线形状凹槽26平移，当上阀座7逆时针方。
19、向旋转时，对圆柱形滑块28产生径向方向和切向方向的作用力，由于扇形阀芯12只具有径向方向自由度，故上阀座7逆时针旋转驱使扇形阀芯12沿径向远离轴线。圆柱形滑块32带领扇形阀芯12可沿下阀座18的渐开线形状凹槽27平移，当下阀座18逆时针方向旋转时，对圆柱形滑块32产生径向方向和切向方向的作用力，由于扇形阀芯12只具有径向方向自由度，所以下阀座18逆时针旋转驱使扇形阀芯12沿径向靠近轴线。0030如图11所示，所述中间阀板15的滑槽25方向为径向，共有6条，沿周向均匀分布。说明书CN103953312A4/4页60031如图1、图12、图13所示，所述开槽套2轴线方向上开有两排斜孔（5、13），。
20、每排斜孔（5、13）设置为3个，沿开槽套2周向均布，斜孔5、13）的轴线方向与径向成一定夹角，并和环空流道6相连，形成通道；开槽套2内圆柱面上的键槽24设置为3个，与斜孔（5、13）周向错开60。滑动套筒9在键22的限制下沿开槽套2键槽24进行轴向平移时，进行打开、封闭斜孔5、13的动作，从而完成打开、堵塞环空流道（6）的功能。0032如图1所示，正常钻井时，钻井介质由上往下流，阀体总成在开槽套2下端，下调节套17和开槽套2底端台阶面接触，滑动套筒9封闭斜孔13，关闭环空流道6，钻井介质从内防喷工具中间流道20通过，进入下部钻柱，进行正常钻进。0033如图2所示，当发生井喷、井涌时，地层压力驱。
21、动钻井介质由下往上流，推动阀体总成上移，打开斜孔13，开启环空流道6，部分钻井介质通过下阀座叶片19，进入环空流道6，,从斜孔5流出，下阀座叶片19在钻井介质的驱使下带动下阀座18做逆时针方向旋转（从下阀座18上端看），使6个扇形阀芯12沿径向靠近轴线，直至顶点重合，从而关闭中间流道20。阀体总成继续上移至上调节套8和橡胶套筒4接触时停止，封闭斜孔5，从而关闭环空流道6，完成防止井喷及井涌的功能。井喷及井涌时，井底的压力将阀体总成紧压在橡胶套筒4上。橡胶套筒4产生变形，使从开槽套2和滑动套筒9键连接之间的缝隙渗透过来的钻井介质不能通过，达到密封效果。0034压井时，从上部注入高压钻井介质，当内。
22、防喷工具上部钻井介质压强大于下部井喷、井涌时的压强时，阀体总成下移，打开斜孔5，开启环空流道6，部分钻井介质通过上阀座叶片3，进入环空流道6，从斜孔13流出，上阀座叶片3在钻井介质的驱使下带动上阀座7做逆时针方向旋转（从上阀座7下端看），使6个扇形阀芯12沿径向远离轴线，打开中间流道20。阀体总成继续下移至下调节套17和开槽套2底端台阶面接触时停止，封闭斜孔13，从而关闭环空流道6，阀体总成回到正常钻井时的位置，可以继续进行正常钻进。说明书CN103953312A1/4页7图1图2说明书附图CN103953312A2/4页8图3图4图5图6说明书附图CN103953312A3/4页9图7图8图9图10说明书附图CN103953312A4/4页10图11图12图13说明书附图CN103953312A10。