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CN107386974B - 一种水平孔钻具水路密封装置及方法 - Google Patents

一种水平孔钻具水路密封装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种水平孔钻具水路密封装置及方法，属于地质勘察技术领域。技术方案是：包含空心管体（1）、套筒（2）、套筒体（4）、阀体（5）、密封环（6）、密封环座（7）、密封活塞（8）和密封座（9）；钻具到达孔底后，钻具不动，持续供水情况下，水压增大，达到密封环（6）的承压极限时，阀体（5）的半球体穿过密封环（6），密封环失去作用，通水直槽（10）、套筒体（4）内腔、阀体孔（12）、密封环座阶梯孔、密封座（9）的通孔构成水流通道打开，正常钻进。本发明的有益效果是：依靠水流进行打开和关闭，不受其它机构的影响，动作可靠，大大提高钻具总成的投送速度；钻具的内外过水通路均被密封，钻具投送速度快，稳定可靠。

Description

一种水平孔钻具水路密封装置及方法
技术领域
本发明涉及一种水平孔钻具水路密封装置及方法，属于地质勘察技术领域。
背景技术
随着钻探技术的进步，为节约钻探成本，提高效率，水平孔钻进正在地质勘探领域逐渐发展壮大。考虑到钻具的通用性、互换性，通常的水平孔钻具都是在原来地表钻具的基础上加装水路密封装置，已有技术的密封装置通常是改变捞矛头和矛头座结构，捞矛头上部的尖锥不变，其余部位改为空心结构，并在侧壁上设置通水孔，矛头座也改为空心结构，并在侧壁上设置通水孔，在捞矛头和矛头座之间设置密封圈，在捞矛座的外面设置一层空心套管用来控制水路的打开和闭合。由于钻孔内的情况比较复杂，背景技术所述的水路开闭机构为被动式机构，其开闭受到孔内水流、钻具其它机构等影响，钻具的水路密封机构易在投送途中打开，造成钻具投送速度下降或投送失败。
发明内容
本发明目的是提供一种水平孔钻具水路密封装置及方法，依靠水流进行打开和关闭，不受其它机构的影响，动作可靠，大大提高钻具总成的投送速度，解决背景技术存在的上述问题。
本发明的技术方案是：
一种水平孔钻具水路密封装置，包含空心管体、套筒、套筒体、阀体、密封环、密封环座、密封活塞和密封座；密封环座在空心管体内滑动，密封环座为空心结构，内部设置密封环座阶梯孔，密封环座阶梯孔的前端和后端均设有内螺纹；套筒体为空心内腔结构，前端封闭，后端开有阀体孔；套筒体外面设有套筒，套筒在套筒体外表面滑动，套筒上布置两个对称孔，弹性销设置在对称孔中；套筒体后端外表面设有外螺纹，与密封环座阶梯孔前端的内螺纹匹配连接；套筒体前端外表面圆周上设有滑道和通水直槽，滑道和通水直槽呈90°布置，滑道、通水直槽、阀体孔均与套筒体内腔连通；套筒体的内腔设有阀体，阀体由圆柱体、半球体和圆锥体构成，圆柱体与半球体之间用圆锥体过渡，半球体位于套筒体后端，圆柱体位于套筒体前端，圆柱体上设有定位滑槽，弹性销分别穿过定位滑槽、套筒体上的滑道、套筒上两个对称孔；圆柱体的直径小于半球体的外径，半球体的外径小于阀体孔内径，半球体与阀体孔之间设有密封环，密封环设置在密封环座内；密封环内径略小于半球体外径，但是大于圆柱体的直径，密封环外径大于阀体孔内径；密封座为空心结构，内设通孔，密封座前端外表面设有外螺纹，与密封环座阶梯孔后端的内螺纹匹配连接；密封环座外表面设有密封活塞；通水直槽、套筒体内腔、阀体孔、密封环座阶梯孔、密封座的通孔构成水流通道，该通道由阀体控制通断。
所述套筒、套筒体、密封环座和密封活塞的外径均略小于空心管体内径，整体在空心管体内滑动。
所述密封环为圆环结构，其内径略小于半球体直径，圆环结构的两侧边设置对称倒角。
所述密封活塞上设有圆环凹槽，圆环凹槽的开口朝向密封环座；所述密封座内的通孔为阶梯孔。
所述定位滑槽为轴向的条状槽，弹性销在定位滑槽内滑动，定位滑槽的轴向长度就是阀体的行程；阀体在水流作用下移动，定位滑槽控制其运动行程，实现水路的打开与关闭。
一种水平孔钻具水路密封方法，采用上述密封装置，包含如下步骤：
将钻具与密封装置的密封座连接在一起，一同进入空心管体内，钻具在前，密封装置在后；行进过程中，向空心管体供水；空心管体内壁与钻具之间有3-4mm的环状间隙，保证钻具能沿空心管体内滑行；密封活塞与空心管体之间留有0.15mm-0.25mm的环状间隙，密封活塞的圆环凹槽在水压的作用下胀大，使密封活塞贴住空心管体内壁，阻断水流通路；阀体的半球体外径大于密封环的内径，在水流作用下阀体移动，半球体紧贴密封环，阻断水流；钻具的内外水流通路都被阻断，钻具在水流作用下快速的在空心管体内滑行；钻具到达孔底后，钻具不动，持续供水情况下，水压增大，达到密封环的承压极限时，阀体的半球体穿过密封环，密封环失去作用，通水直槽、套筒体内腔、阀体孔、密封环座阶梯孔、密封座的通孔构成水流通道打开，正常钻进。
本发明的有益效果是：依靠水流进行打开和关闭，不受其它机构的影响，动作可靠，大大提高钻具总成的投送速度；钻具的内外过水通路均被密封，钻具投送速度快，稳定可靠。
附图说明
图1为本发明实施例水路密封状态示意图；
图2为本发明实施例水路打开状态示意图；
图3为本发明实施例套筒体立体图
图中：空心管体1、套筒2、弹性销3、套筒体4、阀体5、密封环6、密封环座7、密封活塞8、密封座9、通水直槽10、滑道11、阀体孔12、定位滑槽13、半球体14、密封圆环15。
具体实施方式
以下结合附图，通过实施例对本发明作进一步说明。
一种水平孔钻具水路密封装置，包含空心管体1、套筒2、套筒体4、阀体5、密封环6、密封环座7、密封活塞8和密封座9；密封环座7在空心管体1内滑动，密封环座7为空心结构，内部设置密封环座阶梯孔，密封环座阶梯孔的前端和后端均设有内螺纹；套筒体4为空心内腔结构，前端封闭，后端开有阀体孔12；套筒体4外面设有套筒2，套筒2在套筒体4外表面滑动，套筒2上布置两个对称孔，弹性销3设置在对称孔中；套筒体4后端外表面设有外螺纹，与密封环座阶梯孔前端的内螺纹匹配连接；套筒体4前端外表面圆周上设有滑道11和通水直槽10，滑道11和通水直槽呈90°布置，滑道11、通水直槽10、阀体孔12均与套筒体4内腔连通；套筒体4的内腔设有阀体5，阀体5由圆柱体16、半球体14和圆锥体17构成，圆柱体16与半球体14之间用圆锥体17过渡，半球体14位于套筒体4后端，圆柱体16位于套筒体4前端，圆柱体16上设有定位滑槽13，弹性销3分别穿过定位滑槽13、套筒体4上的滑道11、套筒2上两个对称孔；圆柱体的直径小于半球体14的外径，半球体14的外径小于阀体孔12内径，半球体14与阀体孔12之间设有密封环6，密封环6设置在密封环座7内；密封环6内径略小于半球体14外径，但是大于圆柱体的直径，密封环6外径大于阀体孔12内径；密封座9为空心结构，内设通孔，密封座9前端外表面设有外螺纹，与密封环座阶梯孔后端的内螺纹匹配连接；密封环座7外表面设有密封活塞8；通水直槽10、套筒体4内腔、阀体孔12、密封环座阶梯孔、密封座9的通孔构成水流通道，该通道由阀体5控制通断。
所述套筒2、套筒体4、密封环座7和密封活塞8的外径均略小于空心管体1内径，整体在空心管体1内滑动。
所述密封环6为圆环结构，其内径略小于半球体14直径，圆环结构的两侧边设置对称倒角18。
所述密封活塞8上设有圆环凹槽15，圆环凹槽的开口朝向密封环座7；所述密封座9内的通孔为阶梯孔。
所述定位滑槽13为轴向的条状槽，弹性销3在定位滑槽13内滑动，定位滑槽13的轴向长度就是阀体5的行程；阀体5在水流作用下移动，定位滑槽13控制其运动行程，实现水路的打开与关闭。
一种水平孔钻具水路密封方法，采用上述密封装置，包含如下步骤：
将钻具与密封装置的密封座9连接在一起，一同进入空心管体1内，钻具在前，密封装置在后；行进过程中，向空心管体供水；空心管体1内壁与钻具之间有3-4mm的环状间隙，保证钻具能沿空心管体内滑行；密封活塞8与空心管体1之间留有0.15mm-0.25mm的环状间隙，密封活塞8的圆环凹槽在水压的作用下胀大，使密封活塞8贴住空心管体1内壁，阻断水流通路；阀体5的半球体外径大于密封环6的内径，在水流作用下阀体5移动，半球体紧贴密封环6，阻断水流；钻具的内外水流通路都被阻断，钻具在水流作用下快速的在空心管体1内滑行；钻具到达孔底后，钻具不动，持续供水情况下，水压增大，达到密封环6的承压极限时，阀体5的半球体穿过密封环6，密封环失去作用，通水直槽10、套筒体4内腔、阀体孔12、密封环座阶梯孔、密封座9的通孔构成水流通道打开，正常钻进。
所述的密封环座阶梯孔，其内孔轴向断面为阶梯状，便于密封环6安装在密封环座阶梯孔内，同时也便于套筒体4、密封座9与密封环座7螺纹连接。
密封座9的通孔为阶梯孔，其作用是便于与密封环座7和钻具连接。

Claims (7)

1.一种水平孔钻具水路密封装置，其特征在于：包含空心管体（1）、套筒（2）、套筒体（4）、阀体（5）、密封环（6）、密封环座（7）、密封活塞（8）和密封座（9）；密封环座（7）在空心管体（1）内滑动，密封环座（7）为空心结构，内部设置密封环座阶梯孔，密封环座阶梯孔的前端和后端均设有内螺纹；套筒体（4）为空心内腔结构，前端封闭，后端开有阀体孔（12）；套筒体（4）外面设有套筒（2），套筒（2）在套筒体（4）外表面滑动，套筒（2）上布置两个对称孔，弹性销（3）设置在对称孔中；套筒体（4）后端外表面设有外螺纹，与密封环座阶梯孔前端的内螺纹匹配连接；套筒体（4）前端外表面圆周上设有滑道（11）和通水直槽（10），滑道（11）和通水直槽呈90°布置，滑道（11）、通水直槽（10）、阀体孔（12）均与套筒体（4）内腔连通；套筒体（4）的内腔设有阀体（5），阀体（5）由圆柱体（16）、半球体（14）和圆锥体（17）构成，圆柱体（16）与半球体（14）之间用圆锥体（17）过渡，半球体（14）位于套筒体（4）后端，圆柱体（16）位于套筒体（4）前端，圆柱体（16）上设有定位滑槽（13），弹性销（3）分别穿过定位滑槽（13）、套筒体（4）上的滑道（11）、套筒（2）上两个对称孔；圆柱体的直径小于半球体（14）的外径，半球体（14）的外径小于阀体孔（12）内径，半球体（14）与阀体孔（12）之间设有密封环（6），密封环（6）设置在密封环座（7）内；密封环（6）内径小于半球体（14）外径，但是大于圆柱体的直径，密封环（6）外径大于阀体孔（12）内径；密封座（9）为空心结构，内设通孔，密封座（9）前端外表面设有外螺纹，与密封环座阶梯孔后端的内螺纹匹配连接；密封环座（7）外表面设有密封活塞（8）；通水直槽（10）、套筒体（4）内腔、阀体孔（12）、密封环座阶梯孔、密封座（9）的通孔构成水流通道，该通道由阀体（5）控制通断。
2.根据权利要求1所述的一种水平孔钻具水路密封装置，其特征在于：所述套筒（2）、套筒体（4）、密封环座（7）和密封活塞（8）的外径均小于空心管体（1）内径，整体在空心管体（1）内滑动。
3.根据权利要求1或2所述的一种水平孔钻具水路密封装置，其特征在于：所述密封环（6）为圆环结构，其内径小于半球体（14）直径，圆环结构的两侧边设置对称倒角（18）。
4.根据权利要求1或2所述的一种水平孔钻具水路密封装置，其特征在于：所述密封活塞（8）上设有圆环凹槽（15），圆环凹槽的开口朝向密封环座（7）。
5.根据权利要求1或2所述的一种水平孔钻具水路密封装置，其特征在于：所述密封座（9）内的通孔为阶梯孔。
6.根据权利要求1或2所述的一种水平孔钻具水路密封装置，其特征在于：所述定位滑槽（13）为轴向的条状槽，弹性销（3）在定位滑槽（13）内滑动，定位滑槽（13）的轴向长度就是阀体（5）的行程。
7.一种水平孔钻具水路密封方法，采用权利要求1-6任意一项所限定的一种水平孔钻具水路密封装置，包含如下步骤：
将钻具与密封装置的密封座（9）连接在一起，一同进入空心管体（1）内，钻具在前，密封装置在后；行进过程中，向空心管体供水；空心管体（1）内壁与钻具之间有3-4mm的环状间隙，保证钻具能沿空心管体内滑行；密封活塞（8）与空心管体（1）之间留有0.15mm-0.25mm的环状间隙，密封活塞（8）的圆环凹槽在水压的作用下胀大，使密封活塞（8）贴住空心管体（1）内壁，阻断水流通路；阀体（5）的半球体外径大于密封环（6）的内径，在水流作用下阀体（5）移动，半球体紧贴密封环（6），阻断水流；钻具的内外水流通路都被阻断，钻具在水流作用下快速的在空心管体（1）内滑行；钻具到达孔底后，钻具不动，持续供水情况下，水压增大，达到密封环（6）的承压极限时，阀体（5）的半球体穿过密封环（6），密封环失去作用，通水直槽（10）、套筒体（4）内腔、阀体孔（12）、密封环座阶梯孔、密封座（9）的通孔构成水流通道打开，正常钻进。
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