本發(fā)明涉及一種用于石油天然氣工程領(lǐng)域，主要應(yīng)用于鉆井操作過程中，特別是大位移井、水平井的鉆井過程中的單球投擲式多次循環(huán)閥。

背景技術(shù)：

在打油井或氣井的時(shí)候，首先打一個(gè)開鉆孔，然后在開鉆孔上安裝鉆機(jī)，將由鉆頭、鉆鋌、方鉆桿等組成的鉆柱下入井中，使鉆頭接觸開鉆孔，準(zhǔn)備開始鉆進(jìn)。在正常鉆井過程中，啟動(dòng)地面或井下動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，通過鉆柱帶動(dòng)鉆頭旋轉(zhuǎn)，借助剎車系統(tǒng)，控制鉆柱作用在鉆頭上的力，對(duì)鉆頭施加適當(dāng)?shù)你@壓以破碎巖石；同時(shí)開啟鉆井液泵循環(huán)鉆井液，鉆井液在鉆桿中循環(huán)，起到潤滑和冷卻鉆頭的作用，同時(shí)也起到?jīng)_洗井底，帶出巖屑的作用。當(dāng)鉆井液浸沒鉆頭后，鉆井液從鉆柱和井眼形成的井眼環(huán)空中流出。

在鉆井作業(yè)過程中，鉆井液繞過井底鉆具總成直接從井底鉆具組合上端的鉆柱內(nèi)將鉆井液轉(zhuǎn)移到井眼環(huán)空，這一過程是周期性間斷的。例如，想要限制鉆井液通過井下動(dòng)力鉆具或者鉆頭的循環(huán)速率。鉆井液繞過井底鉆具總成，可以在井眼環(huán)空中有更高的循環(huán)速率。在鉆柱恢復(fù)工作前，就特別需要更高的循環(huán)速率來更好的攜帶巖屑和清洗井眼。在一段時(shí)間后，鉆井液又可以恢復(fù)從井底鉆具總成流過。要實(shí)現(xiàn)重新定向鉆井液液流方向的功能，通常情況下是在鉆頭上端安裝循環(huán)閥。

常規(guī)的循環(huán)閥在一次起下鉆過程中通常受限于開啟次數(shù)。例如，常規(guī)循環(huán)閥可能就選擇性地開啟3到4次就必須起鉆復(fù)位。這一類工具通過一個(gè)可變形的投擲球再結(jié)合更小的球來確定流道，或者從該閥門工具流向井眼環(huán)空，或者從該閥門工具流向另一井下工具。隨著每一個(gè)球通過閥門工具，落入安裝在工具下端的球捕捉器內(nèi)，但是一旦球捕捉器裝滿，或者由于這個(gè)循環(huán)閥的啟動(dòng)次數(shù)的限制，循環(huán)閥就必須起鉆拉回地面清空捕捉器，重置閥門。當(dāng)清空球捕捉器后，循環(huán)閥再一次下入井筒，待隨后啟用。因此，液流在井眼中的循環(huán)就必須重復(fù)地起鉆回地面重置循環(huán)閥，然后再下入工具，這一過程既浪費(fèi)時(shí)間，又增加了鉆井花費(fèi)。此外，這一類循環(huán)閥在含有諸如堵漏材料等大量雜質(zhì)的液流環(huán)境中是不方便操作的，也不利于開啟直通流道或者旁通流道。

因此，為了解決現(xiàn)有循環(huán)閥開啟次數(shù)限制、需要反復(fù)起下鉆復(fù)位閥門的問題，提高鉆井效率，縮短鉆井時(shí)間，需要一種成本效益高、重復(fù)啟動(dòng)次數(shù)不受限制、起下鉆次數(shù)少且選擇性開啟的液流循環(huán)閥。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于：為解決解決現(xiàn)有循環(huán)閥開啟次數(shù)限制、需要反復(fù)起下鉆復(fù)位閥門的問題，特提供單球投擲式多次循環(huán)閥。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：單球投擲式多次循環(huán)閥包括上接頭、殼體、投球、球座、套筒、活塞噴嘴、閥門活塞、殼體噴嘴、轉(zhuǎn)位控制主體、心軸、固定銷、彈簧、彈簧定位套、浮動(dòng)活塞、下接頭；其特征在于：所述上接頭、殼體、下接頭依次通過絲扣相連；所述殼體設(shè)置有殼體噴嘴，殼體內(nèi)安裝有套筒；所述閥門活塞頂端設(shè)置球座，投球工作狀態(tài)時(shí)，投球坐封于球座；閥門活塞中部設(shè)計(jì)有活塞噴嘴；閥門活塞下端與轉(zhuǎn)位控制主體通過絲扣相連接，共同串于心軸上；所述轉(zhuǎn)位控制主體具有與固定銷結(jié)合的控制槽軌道，控制槽軌道分布于轉(zhuǎn)位控制主體圓周方向上，固定銷設(shè)置于殼體上，轉(zhuǎn)位控制主體能夠相對(duì)于固定銷移動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)閥門活塞共同沿著心軸軸向滑動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)閥門活塞在第一閥位(直通工作狀態(tài))和第二閥位(旁通工作狀態(tài))之間轉(zhuǎn)換；轉(zhuǎn)位控制主體下端依次安裝彈簧、彈簧定位套、浮動(dòng)活塞，分別套于心軸上；所述心軸下端開有泄壓孔，下端內(nèi)孔設(shè)有花鍵槽，依次套上浮動(dòng)活塞、彈簧定位套、彈簧、轉(zhuǎn)位控制主體、閥門活塞共同穿入殼體內(nèi)部，心軸下部與殼體通過絲扣相連實(shí)現(xiàn)定位；所述固定銷安裝于殼體上，同時(shí)插入轉(zhuǎn)位控制主體上的控制槽軌道內(nèi)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：(1)提高鉆井效率，特別是在鉆大位移井和水平井中的應(yīng)用，提高井眼環(huán)空鉆井液流速和提高湍流的形成，加速巖屑移除井眼環(huán)空到地面；(2)操作簡單，僅僅需要投擲一個(gè)球就可以簡單的操作；(3)循環(huán)次數(shù)沒有限制，依靠水力方式開啟閥門，而不需要多個(gè)球進(jìn)行控制；(4)通用性好，可以安裝到鉆柱的任何位置；(5)安全系數(shù)高，不需要在每個(gè)循環(huán)周期內(nèi)打斷鉆柱；(6)兼容性高，不同尺寸的鉆柱內(nèi)徑可以配合使用各種尺寸的投球；(7)縮短無形中浪費(fèi)的時(shí)間，不用浪費(fèi)時(shí)間起鉆清空球捕捉器，重置閥門；(8)維護(hù)井控安全，當(dāng)液流壓力明顯降低時(shí)，閥門可以自動(dòng)地關(guān)閉液流出口。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明圖1在投球前的工作狀態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明圖1在直通工作狀態(tài)(第一閥位)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本發(fā)明圖1在旁通工作狀態(tài)(第二閥位)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中1.上接頭，2.殼體，3.投球，4.球座，5.套筒，6.活塞噴嘴，7.閥門活塞，8.殼體噴嘴，9.轉(zhuǎn)位控制主體,10.心軸，11.固定銷，12.彈簧,13.彈簧定位套，14.浮動(dòng)活塞，15.下接頭。

圖5是示出剖開線A-A的圖1所示的轉(zhuǎn)位控制主體的透視圖。

圖6是本發(fā)明圖1轉(zhuǎn)位控制主體的控制槽的平面展開圖，就好似轉(zhuǎn)位控制主體表面沿著圖5的線A-A軸向剖開的展開圖。圖中A1、A3、A1’為控制槽下端端點(diǎn)，A2為第一閥位軌道上端點(diǎn)，A4為第二閥位上端點(diǎn)，B1、B3、B4為轉(zhuǎn)位過渡槽。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明：

參見附圖，單球投擲式多次循環(huán)閥包括上接頭1、殼體2、投球3、球座4、套筒5、活塞噴嘴6、閥門活塞7、殼體噴嘴8、轉(zhuǎn)位控制主體9、心軸10、固定銷11、彈簧12、彈簧定位套13、浮動(dòng)活塞14、下接頭15；所述上接頭1、殼體2、下接頭15依次通過絲扣相連；所述殼體2設(shè)置有殼體噴嘴8，殼體2內(nèi)安裝有套筒5；所述閥門活塞7頂端設(shè)置球座4，投球工作狀態(tài)時(shí)，投球3坐封于球座4；閥門活塞7中部設(shè)計(jì)有活塞噴嘴6；閥門活塞7下端與轉(zhuǎn)位控制主體9通過絲扣相連接，共同串于心軸10上；所述轉(zhuǎn)位控制主體9具有與固定銷11結(jié)合的控制槽軌道，控制槽軌道分布于轉(zhuǎn)位控制主體9圓周方向上，固定銷11設(shè)置于殼體2上，轉(zhuǎn)位控制主體9能夠相對(duì)于固定銷11移動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)閥門活塞7共同沿著心軸10軸向滑動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)閥門活塞7在第一閥位(直通工作狀態(tài))和第二閥位(旁通工作狀態(tài))之間轉(zhuǎn)換；轉(zhuǎn)位控制主體9下端依次安裝彈簧12、彈簧定位套13、浮動(dòng)活塞14，分別套于心軸10上；所述心軸10下端開有泄壓孔，下端內(nèi)孔設(shè)有花鍵槽，依次套上浮動(dòng)活塞14、彈簧定位套13、彈簧12、轉(zhuǎn)位控制主體9、閥門活塞7共同穿入殼體2內(nèi)部，心軸10下部與殼體2通過絲扣相連實(shí)現(xiàn)定位；所述固定銷10安裝于殼體2上，同時(shí)插入轉(zhuǎn)位控制主體上的控制槽軌道內(nèi)。當(dāng)單球投擲式控制閥處于投球前的工作狀態(tài)時(shí)，參見附圖2，流體沿著上接頭1內(nèi)部箭頭所示的流道從上接頭1依次通過閥門活塞7、轉(zhuǎn)位控制主體9、心軸10，再到下接頭15，再流向下接頭15下端可能連接的工具，例如鉆頭等。當(dāng)投球工作時(shí)，單球投擲式控制閥處于直通工作狀態(tài)時(shí)，參見附圖3，流體沿著上接頭1內(nèi)部箭頭所示的流道，通過上接頭1，繞過投球3，再經(jīng)過閥門活塞7上端主體部分的活塞噴嘴6的內(nèi)流孔，如圖中箭頭所示的流向，再依次通過轉(zhuǎn)位控制主體9、心軸10，再到下接頭15，再流向下接頭下端可能連接的工具，例如鉆頭等。類似地，當(dāng)投球工作時(shí)，單球投擲式控制閥處于旁通工作狀態(tài)時(shí)，參見附圖4，流體沿著上接頭1內(nèi)部箭頭所示流道，通過上接頭1，繞過投球3，再經(jīng)過殼體2上的殼體噴嘴8的液流環(huán)空出口8，流向井眼環(huán)空。

參見附圖2，單球投擲式控制閥處于投球前的工作狀態(tài)。在這個(gè)工作狀態(tài)，心軸10固定于閥門活塞7和下接頭15之間，閥門活塞7封堵住殼體噴嘴8的液流環(huán)空出口，流體沿著上接頭1內(nèi)部箭頭所示的流道從上接頭1依次通過閥門活塞7、轉(zhuǎn)位控制主體9、心軸10，再到下接頭15，在流向下接頭15下端可能連接的工具，例如鉆頭等。

參見附圖3，投球工作時(shí)，單球投擲式控制閥處于直通工作狀態(tài)，投球3阻擋住閥門活塞7上端的入口，堵住流體最初的直流通道，閥門活塞7在水力作用下壓縮彈簧12向下移動(dòng)，使得閥門活塞7處于第一閥位，同時(shí)閥門活塞7繼續(xù)封堵住殼體噴嘴8的液流環(huán)空出口；流體沿著上接頭1內(nèi)部的箭頭所示的流道，通過上接頭1，繞過投球3，再經(jīng)過活塞噴嘴6的內(nèi)流孔，如投球附近的箭頭所示的流向，再依次通過轉(zhuǎn)位控制主體9、心軸10，再到下接頭15，在流向下接頭15下端可能連接的工具，例如鉆頭等。

參見附圖4，投球工作時(shí)，單球投擲式控制閥處于旁通工作狀態(tài)，投球3繼續(xù)阻擋住閥門活塞7上端的入口，由于工作狀態(tài)的需要，通過水力的變化，使得閥門活塞處于第二閥位，此時(shí)，活塞噴嘴6的液體內(nèi)流孔被心軸10上端部分封堵住，同時(shí)，閥門活塞7不再封堵殼體噴嘴8的液流環(huán)空出口，使得閥門內(nèi)部流道與井眼環(huán)空相連通，流體沿著上接頭1內(nèi)部箭頭所示流道，通過上接頭1，繞過投球3，再經(jīng)過殼體噴嘴8的液流環(huán)空出口，流向井眼環(huán)空。從而可以使得液體不再流向下接頭15和與下接頭15連接的裝置。

參見附圖6，假定固定銷11在轉(zhuǎn)位控制主體9上的控制槽軌道的盲端軸向部分的下端部處A1開始。當(dāng)轉(zhuǎn)位控制主體9相對(duì)于固定銷11開始向下移動(dòng)時(shí)，固定銷11沿著軸向部分槽軸向向上行進(jìn)，并進(jìn)入偏離部分槽B1，當(dāng)固定銷11通過偏離部分槽B1時(shí)，使得轉(zhuǎn)位控制主體9相對(duì)于固定銷11旋轉(zhuǎn)一定的角度；當(dāng)固定銷11通過偏離部分槽B1后，進(jìn)入軸向部分槽，最終到抵達(dá)槽18盲端軸向部分的上端部A2。同時(shí)這一過程帶動(dòng)閥門活塞7軸向移動(dòng)和周向旋轉(zhuǎn)，當(dāng)固定銷抵達(dá)A2時(shí)，從而使得閥門活塞7移動(dòng)到第一閥位位置。當(dāng)水力減小時(shí)，例如通過降低在表面上的泵的活動(dòng)，彈簧12的彈力最終能夠克服水力作用，使得轉(zhuǎn)位控制主體9相對(duì)于固定銷11沿著軸向部分槽向反方向移動(dòng)，并進(jìn)入偏離部分槽B2，當(dāng)固定銷11通過偏離部分槽B2時(shí)，使得轉(zhuǎn)位控制主體9相對(duì)于固定銷11反向旋轉(zhuǎn)相同的角度；當(dāng)固定銷11通過偏離部分槽B2后，進(jìn)入軸向部分槽，最終到抵達(dá)控制槽盲端軸向部分的下端部A3。同時(shí)這一過程帶動(dòng)閥門活塞7軸向移動(dòng)和周向旋轉(zhuǎn)，當(dāng)固定銷抵達(dá)A3時(shí)，從而使得閥門活塞7移動(dòng)到最初的位置。

同樣地，固定銷11在轉(zhuǎn)位控制主體9上的控制槽的盲端軸向部分的下端部A3處開始。當(dāng)轉(zhuǎn)位控制主體9相對(duì)于固定銷11開始向下移動(dòng)時(shí)，固定銷11沿著軸向部分槽軸向向上行進(jìn)，并進(jìn)入偏離部分槽B3，當(dāng)固定銷11通過偏離部分槽B3時(shí)，使得轉(zhuǎn)位控制主體9相對(duì)于固定銷11旋轉(zhuǎn)一定的角度；當(dāng)固定銷11通過偏離部分槽B3后，進(jìn)入軸向部分槽，最終到抵達(dá)控制槽盲端軸向部分的上端部A4。同時(shí)這一過程帶動(dòng)閥門活塞7軸向移動(dòng)和周向旋轉(zhuǎn)，當(dāng)固定銷11抵達(dá)A4時(shí)，從而使得閥門活塞7移動(dòng)到第二閥位位置。當(dāng)水力減小時(shí)，例如通過降低在表面上的泵的活動(dòng)，彈簧12的彈力最終能夠克服水力作用，使得轉(zhuǎn)位控制主體9相對(duì)于固定銷11沿著軸向部分槽向反方向移動(dòng)，并進(jìn)入偏離部分槽B4，當(dāng)固定銷11通過偏離部分槽B4時(shí)，使得轉(zhuǎn)位控制主體9相對(duì)于固定銷11反向旋轉(zhuǎn)相同的角度；當(dāng)固定銷11通過偏離部分槽B4后，進(jìn)入軸向部分槽，最終到抵達(dá)控制槽盲端軸向部分的下端部A1’。同時(shí)這一過程帶動(dòng)閥門活塞7軸向移動(dòng)和周向旋轉(zhuǎn)，當(dāng)固定銷抵達(dá)A1’時(shí)，從而使得閥門活塞6移動(dòng)到最初的位置。

同理，當(dāng)固定銷處于轉(zhuǎn)位控制主體8上的控制槽的其他任何位置時(shí)，工作原理與上述對(duì)應(yīng)位置工作原理相同。

通過本發(fā)明的使用，可以很好的解決現(xiàn)有循環(huán)閥開啟次數(shù)限制、需要反復(fù)起下鉆復(fù)位閥門的問題，在鉆井操作過程中的使用可加速移除井眼環(huán)空巖屑，提高鉆井效率，保護(hù)井下鉆具組合，縮短鉆井時(shí)間，降低鉆井成本。