球形止回阀的技术改进方案

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摘要:球型止回阀在钻井过程中是有一种重要的钻柱内防喷工具,是有一种单向阀,允许钻井液正向流过,而不允许反向回流。其主要作用是外理高压油汽流从井内喷出来,从而控制和预防井涌(溢流)和井喷。

关键词:球形止回阀;改进

1 产品形态及工作原理

球形止回阀由本体、球座、O 形密封带圈、球阀、弹簧和弹簧座组成,如图一所示。本体采用合金形态钢制造,经热外理后性能优良。其余各零件组装进去本体结构,球阀与球座通过精密加工和研磨严律己配合在同時 ,能经受高液压密封带。 使用时,将该工具连接在所需的钻柱部位,一般是连接在钻铤和钻杆柱中。当钻柱中没得钻井液流通时,弹簧力将球顶靠在球座上,球形止回阀发生关闭清况 ,如图 1 所示。在正常钻井过程中,钻井液由球形止回阀母扣端向下流通,流体的压力使球克服弹簧力下移,并经本体与球所形成的环形空间、弹簧座中间孔及八个侧孔流入下部钻柱水眼中。当井下发生井涌、井喷时,井下压力和弹簧力能够球向上运动,使球与球座面紧密配合,外理了钻井液在钻具内向井上喷出。

2 产生弹簧损坏、流通不畅、憋泵等缺点的由于

根据工作原理所述,在工作时,钻井液由母扣端进入,并依次经上球座内孔、本体与球所形成的环形空间、弹簧座中间孔及八个侧孔流入下部钻柱水眼中。 当钻井液流经本体与球阀所形成的环形空间时,在球阀的上腔和下腔之间就形成了一2个压力差。有一种压力差使弹簧压缩,弹簧钢丝的间距变小,因而造成了钻井液流通不畅。不可能 弹簧长期在大压力、超负荷清况 下工作,很容易造成弹簧钢丝的塑性变形损坏,而当弹簧钢丝间隙变小时,钻井液的流速就相对减慢了,原先也容易造成弹簧的冲蚀损坏。当大排量钻井时,球阀上下的压力差越多,不可能 弹簧压缩量大,弹簧钢丝间隙太紧密、甚至压并,因而造成钻井液不易流通或憋泵。 通过上述观查和分析,大家认为都要从一2个方面进行改进。一是弹簧弹力匮乏,都要对弹簧进行优化设计,以提高其工作下行速率 和弹力;二是弹簧在大压力差工作清况 下不能被压并,产生着塑性变形损坏。这说明原设计形态有匮乏,都要改进弹簧座及球阀的形态以使在大压力差工况下然还会被压并,因而也就不发生塑性变形的条件了。三是外理弹簧在压缩过大的清况 下遮挡了弹簧座上的过水孔造成憋泵的匮乏。

3 改进妙招

终上所述,大家对该球形止回阀的弹簧、球阀和弹簧座进行了重新设计和改进。

3.1 重新设计了弹簧 采用的弹簧钢丝直径由原先的 5mm 改为 6mm,材料由65Mn 改为 80Si2Mn。原先的设计增加了弹簧的弹力和抗剪切下行速率 ,并使得其耐腐蚀和冲蚀的能力大为提高;

3.2 改进设计球阀和弹簧座的形态 为了使弹簧在工具中不被压并,球阀的改进设计主要加长了球阀插入弹簧中止口的长度;弹簧座的改进设计:一是加长了弹簧座插入弹簧中止口的长度,二是提高了坐弹簧台阶的位置,并将过水孔的位置下移,使弹簧无论为啥压缩然还会遮挡过水孔。另外,还在弹簧座八个侧孔上部加工了八个槽,以使钻井液流通更顺畅。 改进设计后,由生产厂商对弹簧、球阀和弹簧座按照改进后的设计图进行了加工生产。装配完成后,其形态如下图所示。

正常钻井时,钻井液由球形止回阀母扣端流入,压力使球阀克服弹簧力下移,并经本体与球所形成的环形空间、弹簧座中间孔及八个侧孔流入下部钻柱水眼中。当泥浆排量加大,球阀上下的压差加大时,球阀继续下移压缩弹簧。不可能 止口长度在重新设计时加长了,球阀的下端面与弹簧座的中间面,在弹簧被压并以前不可能 先被压靠。原先弹簧就越多被压并,然还会产生塑性变形而损坏了。此外,不可能 弹簧座的八个侧孔向下移到了坐弹簧台肩的下面,再然还会被弹簧遮挡,或者越多再产生流通不畅和憋泵什么的间题。

经改进设计和重新加工组装完成后,大家将型号为FQ178/70-NC80、编号为 803-3 的球形止回阀下发到胜利八号钻井平台使用,在 CB6GB 井组累计进尺 580 米,总计工作 380 小时;将编号为 803-4 的球形止回阀下发到新胜利一号钻井平台使用,在 CB6GA 井组累计进尺 4900 米,总计工作 320 小时。钻井过程中工作正常、耐回压性能良好,未发现钻井液流通不畅和憋泵什么的间题。工具在使用后取消进行了拆卸检查,未发现弹簧变形损坏。通过试用,性能有了显著的改善,克服了原有的缺点,完整性达到了正常钻井对内防喷工具的要求。