钻井状态下环空防喷自动安全阀

技术领域

本发明属于石油天然气钻探领域技术领域，具体涉及了一种钻井状态下环空防喷自动安全阀。

背景技术

随着油气资源的不断勘探开发，高压井、含硫油气井等的钻探数量逐年增加，井喷、井喷失控等复杂常有发生，尤其是高产油气区。另外探井的钻探过程中因对对地质情况不了解，井喷、井喷失控风险也比较高。井喷以及井喷失控，一方面造成资源浪费以及不良的社会影响，另一方面可能会造成机毁人亡。

目前自动防钻具内井喷的工具有箭形回压阀、球形回压阀等，但没有钻进状态下环空防喷工具。

因此为了降低井喷、井喷失控风险，增加钻井安全保障，有必要研发一种钻井状态下环空防喷自动安全阀。

发明内容

本发明提供了一种钻井状态下环空防喷自动安全阀，以缓解现有防喷工具仅能用于钻具内自动防喷的问题。

为了缓解上述技术问题，本发明提供的技术方案在于：

一种钻井状态下环空防喷自动安全阀，包括轴向中空结构的阀体和环形均布在阀体内侧的若干个阀板；阀板的一端与阀体铰接，阀板的另一端设置为摆动端；以阀板与阀体铰接的一端为第一端，以摆动端为第二端；阀板具有第一状态和第二状态，在第一状态下，各个阀板的第二端均处于低位，在第二状态下，第二端均处于高位且各个第二端围设成一圆环，圆环与钻杆匹配。

更进一步地，第二端设置为内凹的弧面，在第二状态下，各个阀板的第二端的弧面围设形成连续圆环。

更进一步地，还包括若干个拉杆，拉杆的近阀板端与阀板的下表面铰接，拉杆的远阀板端沿阀体的内壁滑动连接；拉杆、阀板以及位于拉杆和阀板之间的阀体形成一三角形结构。

更进一步地，拉杆的远阀板端均设置有滑动轴，阀体内壁上设置有滑槽，滑动轴滑动连接于滑槽。

更进一步地，在第一状态下，滑动轴位于滑槽的底部，在第二状态下，滑动轴位于滑槽的顶部。

更进一步地，还包括圆环状的固定台肩，阀板的第一端通过固定台肩连接于阀体。

更进一步地，还包括连接于阀体内的圆环状锁扣架，圆环状锁扣架包括多个环形布置的限位组件，限位组件设置于滑槽下方，多个限位组件与多个滑槽一一对应设置。

更进一步地，限位组件包括两个间隔设置的纵杆，两个纵杆相对的侧壁上分别设置有锁扣销；拉杆的两侧壁上均设置有第一定位孔；在两个锁扣销卡固于两个第一定位孔时，拉杆由限位组件锁定。

更进一步地，阀体内壁上部设置有内螺纹，阀体外壁下部设置有外螺纹，阀体通过内螺纹与上套管螺纹连接，阀体通过外螺纹与下套管螺纹连接。

一种钻井状态下环空防喷作业设备，包括上述的钻井状态下环空防喷自动安全阀。

本发明中钻井状态下环空防喷自动安全阀的有益效果分析如下：

该环空防喷自动安全阀包括轴向中空结构的阀体和环形均布在阀体内侧的若干个阀板；阀板的一端与阀体铰接，阀板的另一端设置为摆动端；以阀板与阀体铰接的一端为第一端，以摆动端为第二端；阀板具有第一状态和第二状态，在第一状态下，各个阀板的第二端均处于低位，在第二状态下，第二端均处于高位且各个第二端围设成一圆环，圆环与钻杆匹配。

当处于第一状态时，该安全阀处于打开状态，当井内发生井喷时，流体推动阀板上行，各个阀板的第二端向上运动从而从低位转换为高位，各个阀板的第二端围设形成一圆环，圆环的外壁连接于阀体内壁，圆环的内壁连接于钻杆外壁，各个阀板、钻杆、阀体与井壁之间形成封闭空间，从而关闭环空。该装置结构简单，在流体的推动作用下可实现自动关闭环空，防止井喷失控的进一步发展，从而保障钻井安全。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或相关技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1本发明实施方式提供的钻井状态下环空防喷自动安全阀的纵剖图；

图2本发明实施方式提供的阀板的结构示意图；

图3本发明实施方式提供的钻井状态下环空防喷自动安全阀阀体的等轴测图；

图4本发明实施方式提供的钻井状态下环空防喷自动安全阀闭合状态的俯视图；

图5本发明实施方式提供的钻井状态下环空防喷自动安全阀的等轴测图；

图6本发明实施方式提供的锁扣架的结构示意图；

图7本发明实施方式提供的拉杆的结构示意图。

图标：

100-阀体；200-阀板；300-固定台肩；400-拉杆；500-锁扣架；110-滑槽；120-外螺纹；130-内螺纹；140-第四连接孔；210-第一端；211-第一凸起；212-第一连接孔；230-第二端；231-第二凸起；232-第四连接孔；310-第一凹槽；320-第二定位孔；410-第二凹槽；420-第二连接孔；430-滑动轴；440-第一定位孔；510-纵杆；520-锁扣销；530-第三连接孔。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。公式中的物理量，如无单独标注，应理解为国际单位制基本单位的基本量，或者，由基本量通过乘、除、微分或积分等数学运算导出的导出量。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

随着油气资源的不断勘探开发，高压井、含硫油气井等的钻探数量逐年增加，井喷、井喷失控等复杂常有发生，尤其是高产油气区。另外探井的钻探过程中因对对地质情况不了解，井喷、井喷失控风险也比较高。井喷以及井喷失控，一方面造成资源浪费以及不良的社会影响，另一方面可能会造成机毁人亡。

目前自动防钻具内井喷的工具有箭形回压阀、球形回压阀等，但没有钻进状态下环空防喷工具。

有鉴于此，本发明提供了一种钻井状态下环空防喷自动安全阀，请一并参考图1至图7，该环空防喷自动安全阀包括轴向中空结构的阀体100和环形均布在阀体100内侧的若干个阀板200；阀板200的一端与阀体100铰接，阀板200的另一端设置为摆动端；以阀板200与阀体100铰接的一端为第一端210，以摆动端为第二端230；阀板200具有第一状态和第二状态，在第一状态下，各个阀板200的第二端230均处于低位，在第二状态下，第二端230均处于高位且各个第二端230围设成一圆环，圆环与钻杆匹配。

当处于第一状态时，该安全阀处于打开状态，当井内发生井喷时，流体推动阀板200上行，各个阀板200的第二端230向上运动从而从低位转换为高位，各个阀板200的第二端230围设形成一圆环，圆环的外壁连接于阀体100内壁，圆环的内壁连接于钻杆外壁，各个阀板200、钻杆、阀体100与井壁之间形成封闭空间，从而关闭环空。该装置结构简单，在流体的推动作用下可实现自动关闭环空，防止井喷失控的进一步发展，从而保障钻井安全。

关于阀板200的形状和结构详细说明如下：

阀板200的第二端230设置为内凹的弧面，在第二状态下，各个阀板200的第二端230的弧面围设形成连续圆环。

更进一步地，阀板200的第一端210设置为外凸的弧面，各个阀板200的第一端210的弧面围设形成连续的圆环。

在第一状态下，阀板200的第二端230处于低位，该安全阀处于打开状态；在第二状态下，阀板200的第二端230处于高位，相邻阀板200相互贴合，各个阀板200围设形成一圆环，圆环的外环连接于阀体100，圆环的内环套装在钻杆上。

本实施例的可选方案中，阀板200的第二端230从高位到低位之间的移动是通过拉杆400驱动，拉杆400的近阀板端与阀板200的下表面铰接，拉杆400的远阀板端沿阀体100的内壁滑动连接；拉杆400、阀板200以及位于拉杆400和阀板200之间的阀体100形成一三角形结构。

关于拉杆400与阀板200的铰接方式具体说明如下：

拉杆400与阀板200通过销轴铰接，拉杆400的近阀板端设置有第二凹槽410，第二凹槽410两个相对的侧壁上分别设置有第二连接孔420；靠近第二端230的阀板200下部设置有第二凸起231，第二凸起231上设置有第四连接孔232；第二凸起231插入第二凹槽410中，销轴穿过第四连接孔232且销轴的两端分别插入两个相对的第二连接孔420内，从而实现了拉杆400与阀板200的铰接。

本实施例的可选方案中，拉杆400的远阀板端均设置有滑动轴430，阀体100内壁上设置有滑槽110，滑动轴430滑动连接于滑槽110。在第一状态下，滑动轴430位于滑槽110的底部，在第二状态下，滑动轴430位于滑槽110的顶部。通过拉杆400在滑槽110内的滑动带动阀板200第二端230的运动。

本实施例的可选方案中，该安全阀还包括圆环状的固定台肩300，阀板200的第一端210通过固定台肩300连接于阀体100，固定台肩300的外侧固定连接于阀体100内壁，固定台肩300的内侧与各个阀板200铰接。

请一并参考图2至图4，关于固定台肩300与阀板200的连接方式具体说明如下：

较为优选的，固定台肩300与阀板200通过销轴铰接。固定台肩300的内壁上设置有若干个第一凹槽310，各个第一凹槽310的两侧内壁分别设置有第二定位孔320；

阀板200第一端210设置有对应第一凹槽310的第一凸起211，第一凸起211上设置有第一连接孔212；

第一凸起211插入第一凹槽310内，销轴穿过第一连接孔212分别插入第一凹槽310的两个第二定位孔320中，从而实现阀板200与固定台肩300的铰接。

本实施例的可选方案中，请参考图5和图6，还包括连接于阀体100内的圆环状锁扣架500，锁扣架500上环形均布有若干个第三连接孔530，阀体100内壁上环形均布有若干个第四连接孔140，销钉同时穿过第三连接孔530和第四连接孔140从而锁扣架500固定连接于阀体100。

更进一步地，圆环状锁扣架500包括多个环形布置的限位组件，限位组件设置于滑槽110下方，多个限位组件与多个滑槽110一一对应设置，限位组件的作用是当阀板200处于第一状态时将拉杆400限定于滑槽110的底部，从而使阀板200第二端230处于低位以使安全阀处于打开状态。

本实施例的可选方案中，限位组件包括两个间隔设置的纵杆510，两个纵杆510相对的侧壁上分别设置有锁扣销520；拉杆400的两侧壁上均设置有第一定位孔440；在两个锁扣销520卡固于两个第一定位孔440时，拉杆400由限位组件锁定。

较为优选的，锁扣销520顶部设置为圆弧状，以便于当阀板200受到流体推动时，阀板200对拉杆400施加一向上的拉力使锁扣销520能够脱离第一定位孔440，从而解除限位组件对拉杆400的限定，阀板200的第二端230从低位运动至高位，各个阀板200的第二端230围设形成一圆环，圆环的外壁连接于阀体100内壁，圆环的内壁连接于钻杆外壁，各个阀板200、钻杆、阀体100与井壁之间形成封闭空间，从而关闭环空。

本实施例的可选方案中，阀体100内壁上部设置有内螺纹130，阀体100外壁下部设置有外螺纹120，阀体100通过内螺纹130与上套管螺纹连接，阀体100通过外螺纹120与下套管螺纹连接。在钻井作业中，可以通过在套管之间连接环空防喷自动安全阀来增强钻井作业的安全保障。

关于钻井状态下环空防喷自动安全阀的工作过程具体说明如下：

当钻井作业处于正常状态时，环空防喷自动安全阀处于第一状态时，即拉杆400在限位组件的作用下，拉杆400的远阀板端位于滑槽110的底部，阀板200的第二端230在拉杆400的拉动下处于低位，环空防喷自动安全阀处于打开状态；当井内发生井喷时，阀板200在流体向上的推力下拉动拉杆400，使锁扣销520能够脱离第一定位孔440，从而解除限位组件对拉杆400的限定，阀板200的第二端230从低位运动至高位，各个阀板200的第二端230围设形成一圆环，圆环的外壁连接于阀体100内壁，圆环的内壁连接于钻杆外壁，各个阀板200、钻杆、阀体100与井壁之间形成封闭空间，从而关闭环空。该装置结构简单，在流体的推动作用下可实现自动关闭环空，防止井喷失控的进一步发展，从而保障钻井安全。

一种钻井状态下环空防喷作业设备，包括实施例一中述及的钻井状态下环空防喷自动安全阀。

本实施例的可选方案中，该环空防喷作业设备还包括与环空防喷自动安全阀螺纹连接的上下套管。

较为优选的，阀体100内壁上部设置有内螺纹130，阀体100通过内螺纹130与上套管螺纹连接；

较为优选的，阀体100外壁下部设置有外螺纹120，阀体100通过外螺纹120与下套管螺纹连接。

关于钻井状态下环空防喷作业设备的工作过程具体说明如下：

当钻井作业处于正常状态时，环空防喷自动安全阀处于第一状态时，即拉杆400在限位组件的作用下，拉杆400的远阀板端位于滑槽110的底部，阀板200的第二端230在拉杆400的拉动下处于低位，环空防喷自动安全阀处于打开状态，上下套管和安全阀连通；

当井内发生井喷时，阀板200在流体向上的推力下拉动拉杆400，使锁扣销520能够脱离第一定位孔440，从而解除限位组件对拉杆400的限定，阀板200的第二端230从低位运动至高位，各个阀板200的第二端230围设形成一圆环，圆环的外壁连接于阀体100内壁，圆环的内壁连接于钻杆外壁，从而关闭环空，防止井喷失控的进一步发展，待地面做好压井准备再进行下一步处理，保障钻井安全。

该作业设备在流体的推动作用下即可实现自动关闭环空，防止井喷失控的进一步发展，降低井喷、井喷失控风险，增加钻井作业的安全保障。

最后应说明的是：以上各实施方式仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施方式对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施方式技术方案的范围。