一种用于非颗粒注浆的两位换向阀装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于非颗粒注浆的两位换向阀装置，包括外套筒、棘轮换位机构和喷嘴；棘轮换位机构装在外套筒中，棘轮换位机构设有活动单向阀部件、两位换向阀部件和弹簧滑轴部件；装置安装在钻头与钻杆之间，采用机械式信号传输和控制方式，通过钻井液传送正常钻进和注浆两种信号，注浆时正常钻进的循环介质通道关闭，注浆通道开启，通过喷嘴向孔壁喷注护壁浆液；注浆结束时传输正常钻进信号，钻井液通道开启，注浆通道关闭，钻井液通过钻杆孔，流经循环介质通道、钻杆与钻孔间环隙，携渣返出钻孔。本装置结构简单，可加工性好，适用于钻孔和护壁时介质的换向导通，操作方便，使用可靠，安全性好，可大幅提高护壁和钻井效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于非颗粒注浆的两位换向阀装置，具体地说是一种适用于各种钻井工程，采用非颗粒注浆进行随钻注浆护壁的机械式换向装置。
技术介绍
随钻注浆护壁是一种无须改变钻具结构，可以实现在钻进过程中按需要进行注浆护壁的护壁方式。由于随钻注浆护壁可以极大地提高钻井效率，降低工人的劳动强度，所以是多年来钻井行业诸多研究者和施工人员追求的目标。随钻注浆要求不对正常钻井造成影响，即：钻井液循环和注浆浆液注浆彼此不干涉，因此开发一种能够适用于非颗粒注浆的、能完成正常钻井和注浆合理切换的装置显得非常重要。
技术实现思路
本专利技术的目的是为解决在各种钻井工程中随钻注浆护壁的问题，而提供一种结构简单、控制方便和使用可靠、经济的能适用于非颗粒注浆的两位换向阀装置。为了实现上述目的，本专利技术采取的技术方案是：提供一种用于非颗粒注浆的两位换向阀装置，包括外套筒、棘轮换位机构、异型螺母和喷嘴；外套筒由外套筒A、外套筒B和外套筒C组成，三节外套筒之间通过螺纹连接；所述棘轮换位机构安装在三节外套筒中，棘轮换位机构设有活动单向阀部件、两位换向阀部件和弹簧滑轴部件；所述活动单向阀部件由单向阀阀体、单向阀弹簧、单向阀阀芯和单向阀异型螺母组成，单向阀弹簧套在单向阀阀芯上，两者一起安装在单向阀阀体左侧开口端内腔中，单向阀阀体左侧开口端内腔带有螺纹，单向阀阀芯的左侧端部穿在单向阀异型螺母中心孔中，单向阀异型螺母通过所述内腔螺纹固定在单向阀阀体中；单向阀阀体外壁上设有两条密封圈槽，分别安装有密封圈，密封圈用于防止钻井液从单向阀阀体外壁与外套筒A之间的间隙流过；整个活动单向阀部件滑动连接于外套筒A的端部，异型螺母用于对活动单向阀部件轴向定位；所述两位换向阀部件一端与活动单向阀部件相对，另一端与弹簧滑轴部件相接触，两位换向阀部件设有转阀阀芯和换向棘爪，转阀阀芯左侧有转阀阀芯左侧内孔，右侧有转阀阀芯右侧开孔，转阀阀芯的左侧上安装有换向棘爪；所述换向棘爪设有短换向棘爪和长换向棘爪，长、短换向棘爪相对套在左侧转阀阀芯外；长、短换向棘爪通过对称设置的四个紧定螺钉固连在外套筒B的外壁上；在转阀阀芯左侧内孔与转阀阀芯右侧开孔交接处，并与外套筒B相接的筒壁上开挖出一个键形导流槽，在导流槽外侧再用键将开挖的外套筒B的外侧壁焊接密封，在外套筒B的外壁上还对称地安装有两个喷嘴，通过喷嘴对非颗粒注浆液进行喷浆操作；所述弹簧滑轴部件设有滑轴、弹簧和滑轴支撑，弹簧安装在滑轴上，滑轴两侧通过两滑轴支撑固定于外套筒C中。所述活动单向阀部件中的单向阀阀芯的结构为圆柱体、圆柱状凸台、圆柱和圆锥的顺序连接组成的一体，所述的圆柱体端部穿在单向阀异型螺母中心孔中，圆柱体与单向阀异型螺母中心孔为滑动连接，圆柱状凸台、圆柱和圆锥在单向阀弹簧的弹力作用下严密堵住阀口。所述活动单向阀部件中的单向阀异型螺母有中心孔，单向阀异型螺母的外形由对称的两条圆弧边和两条直边组成，单向阀异型螺母与单向阀阀芯连接后通过两条圆弧边旋入单向阀阀体内腔，两条直边与单向阀阀体内腔壁之间形成两条钻井液通道。所述的活动单向阀部件，当钻井液从钻头侧流入时，钻井液经单向阀异形螺母两条直边侧钻井液通道流过，作用在单向阀阀芯圆柱状凸台上，推动圆柱状凸台带动单向阀阀体一起向右侧移动，最终推动转阀阀芯右移；反之，当钻井液由钻杆流入活动单向阀部件时，圆锥、圆柱和圆柱状凸台被向左推开，圆柱和圆柱状凸台离开阀口，钻井液流经阀口与单向阀阀芯圆锥边、单向阀阀体的内腔、单向阀异形螺母两条直边侧钻井液通道流向钻头。所述两位换向阀部件中转阀阀芯上固连有圆柱销，圆柱销初始位于短棘爪一个槽的槽底；转阀阀芯安装在长、短两换向棘爪中心孔中，并与固定在外套筒B上的长、短两换向棘爪保持滑动接触。所述转阀阀芯被活动单向阀部件推动时，圆柱销先沿着短换向棘爪的直边运动，再沿着长换向棘爪的斜边运动至一个槽的槽底，由于长换向棘爪本身不动，圆柱销带动转阀阀芯在周向旋转45度；活动单向阀部件推力撤除后，在弹簧滑轴部件上的弹簧回弹力的作用下，转阀阀芯先沿着长换向棘爪的直边运动，然后沿着短换向棘爪的斜边运动至短换向棘爪相邻的与前述周向旋转同向的另一个槽的槽底，同样短换向棘爪本身不动，圆柱销带动转阀阀芯在同向继续又旋转45度，从而保证两位换向阀部件的转阀阀芯在“正常钻进”与“注浆”两个阀位相互切换时每个阀位都同向旋转90度，间隔到达正常钻进位或者注浆位。本专利技术的两位换向阀装置中所述的两位换向阀是按照阀工作原理设计的，通过改变流体流动通道改变流体流动方向的机构，使钻机可在“正常钻进”与“注浆”两个阀位相互切换，即钻孔和护壁时介质的换向导通。所述的非颗粒注浆是指注浆材料中不含有颗粒状物，如化学注浆；而含有颗粒状物注浆材料如水泥浆液，沙粒注浆，粘土注浆等。本专利技术的两位换向阀装置安装在钻头与钻杆之间，是一种适用于各种钻井工程，用于在钻井过程中采用非颗粒注浆实现随钻注浆护壁。本装置使用时循环介质为通常使用的钻井液。本专利技术采用机械式信号传输和控制方式，信号传输和控制方式只需通过反循环传递传送“正常钻进”和“注浆”两种信号，即可完成正常钻进和随钻注浆两种控制功能。需要注浆时，向孔底传输注浆信号，由本专利技术的装置感知并保持这一信号，使正常钻进循环介质通道关闭，注浆通道开启，注浆液通过外套筒B外壁上安装的喷嘴，边钻进边向孔壁喷注满足固壁深度和强度要求的非颗粒护壁浆液；注浆结束时，向孔底传输正常钻进信号，由本专利技术的装置感知并保持该信号，正常钻进循环介质钻井液通道开启，注浆通道关闭，循环介质钻井液通过钻杆孔，流经两位换向阀装置上的循环介质通道、钻杆与钻孔间环隙，携渣返出钻孔。本专利技术用于非颗粒注浆的两位换向阀装置具有如下优点：1、本专利技术的两位换向阀装置结构简单，可加工性好，适用于钻孔和护壁时介质的换向导通，操作方便。2、本专利技术的钻井液通道采用导流槽和活动单向阀部件结构，活动单向阀部件保证钻井液的单向流动。3、本专利技术采用机械式信号传输和控制方式，注浆护壁使用可靠，安全性好。本专利技术控制信号的执行机构采用两位换向阀部件，换位较稳定，保证钻井液通道开启可靠，可大幅提高护壁效率和钻井效率。附图说明图1为本专利技术的两位换向阀装置整体结构剖面示意图。图2为本专利技术的两位换向阀装置外观及其中两位换向阀部件局部结构示意图。图3为本专利技术的两位换向阀装置处于正常钻进位时结构示意图。图4为本专利技术的两位换向阀装置处于注浆位时结构示意图。图5为本专利技术中活动本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于非颗粒注浆的两位换向阀装置，包括外套筒、棘轮换位机构、异型螺母和喷嘴；外套筒由外套筒A、外套筒B和外套筒C组成，三节外套筒之间通过螺纹连接；其特征在于：所述棘轮换位机构安装在三节外套筒中，棘轮换位机构设有活动单向阀部件、两位换向阀部件和弹簧滑轴部件；所述活动单向阀部件由单向阀阀体、单向阀弹簧、单向阀阀芯和单向阀异型螺母组成，单向阀弹簧套在单向阀阀芯上，两者一起安装在单向阀阀体左侧开口端内腔中，单向阀阀体左侧开口端内腔带有螺纹，单向阀阀芯的左侧端部穿在单向阀异型螺母中心孔中，单向阀异型螺母通过所述内腔螺纹固定在单向阀阀体中；单向阀阀体外壁上设有两条密封圈槽，分别安装有密封圈，密封圈用于防止钻井液从单向阀阀体外壁与外套筒A之间的间隙流过；整个活动单向阀部件滑动连接于外套筒A的端部，异型螺母用于对活动单向阀部件轴向定位；所述两位换向阀部件一端与活动单向阀部件相对，另一端与弹簧滑轴部件相接触，两位换向阀部件设有转阀阀芯和换向棘爪，转阀阀芯左侧有转阀阀芯左侧内孔，右侧有转阀阀芯右侧开孔，转阀阀芯的左侧上安装有换向棘爪；所述换向棘爪设有短换向棘爪和长换向棘爪，长、短换向棘爪相对套在左侧转阀阀芯外；长、短换向棘爪通过对称设置的四个紧定螺钉固连在外套筒B的外壁上；在转阀阀芯左侧内孔与转阀阀芯右侧开孔交接处，并与外套筒B相接的筒壁上开挖出一个键形导流槽，在导流槽外侧再用键将开挖的外套筒B的外侧壁焊接密封，在外套筒B的外壁上还对称地安装有两个喷嘴，通过喷嘴对非颗粒注浆液进行喷浆操作；所述弹簧滑轴部件设有滑轴、弹簧和滑轴支撑，弹簧安装在滑轴上，滑轴两侧通过两滑轴支撑固定于外套筒C中。...

【技术特征摘要】
1.一种用于非颗粒注浆的两位换向阀装置，包括外套筒、棘轮换位机构、异型螺
母和喷嘴；外套筒由外套筒A、外套筒B和外套筒C组成，三节外套筒之间通过螺纹连
接；其特征在于：
所述棘轮换位机构安装在三节外套筒中，棘轮换位机构设有活动单向阀部件、两位
换向阀部件和弹簧滑轴部件；
所述活动单向阀部件由单向阀阀体、单向阀弹簧、单向阀阀芯和单向阀异型螺母组
成，单向阀弹簧套在单向阀阀芯上，两者一起安装在单向阀阀体左侧开口端内腔中，单
向阀阀体左侧开口端内腔带有螺纹，单向阀阀芯的左侧端部穿在单向阀异型螺母中心孔
中，单向阀异型螺母通过所述内腔螺纹固定在单向阀阀体中；单向阀阀体外壁上设有两
条密封圈槽，分别安装有密封圈，密封圈用于防止钻井液从单向阀阀体外壁与外套筒A
之间的间隙流过；整个活动单向阀部件滑动连接于外套筒A的端部，异型螺母用于对活
动单向阀部件轴向定位；
所述两位换向阀部件一端与活动单向阀部件相对，另一端与弹簧滑轴部件相接触，
两位换向阀部件设有转阀阀芯和换向棘爪，转阀阀芯左侧有转阀阀芯左侧内孔，右侧有
转阀阀芯右侧开孔，转阀阀芯的左侧上安装有换向棘爪；所述换向棘爪设有短换向棘爪
和长换向棘爪，长、短换向棘爪相对套在左侧转阀阀芯外；长、短换向棘爪通过对称设
置的四个紧定螺钉固连在外套筒B的外壁上；在转阀阀芯左侧内孔与转阀阀芯右侧开孔
交接处，并与外套筒B相接的筒壁上开挖出一个键形导流槽，在导流槽外侧再用键将开
挖的外套筒B的外侧壁焊接密封，在外套筒B的外壁上还对称地安装有两个喷嘴，通过
喷嘴对非颗粒注浆液进行喷浆操作；
所述弹簧滑轴部件设有滑轴、弹簧和滑轴支撑，弹簧安装在滑轴上，滑轴两侧通过
两滑轴支撑固定于外套筒C中。
2.根据权利要求1所述的非颗粒注浆的两位换向阀装置，其特征在于：所述活动
单向阀部件中的单向阀阀芯的结构为圆柱体、圆柱状凸台、圆柱和圆锥的顺序连接组成
的一体，所述的圆柱体端部穿在单向阀异型螺母中心孔中，圆柱体与单向阀异型螺母中
心孔为滑动连接，圆柱...

【专利技术属性】
技术研发人员：路桂英，王院生，颜林波，余娟，罗丕华，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：湖北;42