一种石油钻井用高背压微型泄压开关

摘要

本发明提供一种石油钻井用高背压微型泄压开关，包括：上压环、破裂泄压膜片、耐背压辅助膜片和密封环，所述破裂泄压膜片设置在所述上压环的下端，所述耐背压辅助膜片设置在所述破裂泄压膜片的下端，所述密封环设置在所述耐背压辅助膜片的下端，所述上压环、所述破裂泄压膜片、所述耐背压辅助膜片和所述密封环之间的边缘处通过氩弧焊焊接为一体，本发明主要利用将破裂膜片和辅助膜片共同贴合在上压环和密封环之间，从而起到满足外形最小的条件下的获得最大泄压面积的效果。

说明书

技术领域

本发明涉及石油钻探技术领域，具体而言，尤其涉及一种石油钻井用高背压微型泄压开关。

背景技术

目前采用了竖直钻井和水平钻探技术结合，以尽可能扩大一口油井的采油面积。此项技术应用中需要一种耐高背压的微型开关，要求具有尺寸尽量小、泄放压力稳定的特点，产品性能要求满足井底特殊工况需要。微型开关在入井初期在泄压侧承受高于泄压膜片自身破裂压力的背压，如果不采取措施泄压膜片将破坏。下井时，随着深度增加，井下压力越来越大，泄压膜片承压层受压也不断增大，到达额定位置，将膜片泄压侧的背压撤去，此时膜片承压侧井底压力，如果达到泄压膜片的破裂压力，泄压膜片破裂，通道畅通。传统平板泄压膜片的支撑结构有：

①多孔筛板结构或十字托架结构

此类结构是采用较厚的多孔筛板或十字支撑架。对多孔筛板结构，泄压膜片破裂时筛板不破坏，优点是耐背压足够满足要求，但实际泄放面积只能达到泄压通道面积的50-60％，流阻也大。采用十字形支撑架结构，同样影响泄放通道，制造也较困难。

②可脱落飞出托板结构

此种托架结构为在泄压膜片下面加工凹槽，在凹槽内放置一个厚托板，依靠托板抵抗破裂膜片所受到的背压。本结构优点是耐背压足够，但产品外形尺寸偏大，而有效泄压口径偏小，无法实现微型化；另外本结构最大缺点是：上面破裂膜片破裂口径小时，厚托板可能被破裂膜片阻挡而无法飞出，堵塞泄压通道。

因此需要设计一种石油钻井用高背压微型泄压开关。

发明内容

根据上述提出现有的泄压结构存在结构复且不能承受过大的压力的技术问题，而提供一种石油钻井用高背压微型泄压开关。本发明主要利用将破裂膜片和辅助膜片共同贴合在上压环和密封环之间，从而起到满足外形最小的条件下的获得最大泄压面积的效果。

本发明采用的技术手段如下：

一种石油钻井用高背压微型泄压开关，其特征在于，包括：上压环、破裂泄压膜片、耐背压辅助膜片和密封环，所述破裂泄压膜片设置在所述上压环的下端，所述耐背压辅助膜片设置在所述破裂泄压膜片的下端，所述密封环设置在所述耐背压辅助膜片的下端，所述上压环、所述破裂泄压膜片、所述耐背压辅助膜片和所述密封环之间的边缘处通过氩弧焊焊接为一体。

进一步地，所述上压环与所述破裂泄压膜片之间紧密接触，所述上压环的内表面与所述破裂泄压膜片接触处设有过渡圆Ⅰ，所述过渡圆Ⅰ的半径为所述破裂泄压膜片厚度的3-5倍。

进一步地，所述耐背压辅助膜片为带孔膜片，所述耐背压辅助膜片的材料与厚度与所述破裂泄压膜片相同，所述耐背压辅助膜片的二分之一泄压口径处设有2-5个泄压微孔。

进一步地，所述破裂泄压膜片和所述耐背压辅助膜片的材料为耐腐蚀特种镍基合金。

进一步地，所述密封环与所述耐背压辅助膜片紧密接触，所述密封环的内表面与所述耐背压辅助膜片接触处设有过渡圆Ⅱ，所述过渡圆Ⅱ的半径与所述过渡圆Ⅰ的半径相同。

进一步地，所述密封环底面为球面或锥面。

进一步地，所述泄压微孔的直径为1-2mm，所述泄压微孔的数量与所述泄压口径相关。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明提供的一种石油钻井用高背压微型泄压开关，通过将破裂泄压膜片和辅助膜片同时应用在泄压结构中，实现了满足外形最小的条件下的获得最大泄压面积的效果。

基于上述理由本发明可在石油钻探技术等领域广泛推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种石油钻井用高背压微型泄压开关的示意图。

图中：1、上压环；11、过渡圆Ⅰ；2、破裂泄压膜片；3、耐背压辅助膜片；31、泄压微孔；4、密封环；41、过渡圆Ⅱ；42、密封斜面；5、周边氩弧焊。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，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例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是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，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

如图1所示，本发明提供了一种石油钻井用高背压微型泄压开关，包括：上压环1、破裂泄压膜片2、耐背压辅助膜片3和密封环4，所述破裂泄压膜片2设置在所述上压环1的下端，所述耐背压辅助膜片3设置在所述破裂泄压膜片2的下端，所述密封环4设置在所述耐背压辅助膜片3的下端，所述上压环1、所述破裂泄压膜片2、所述耐背压辅助膜片3和所述密封环4之间的边缘处通过氩弧焊焊接为一体；所述上压环1与所述破裂泄压膜片2之间紧密接触，所述上压环1的内表面与所述破裂泄压膜片2接触处设有过渡圆Ⅰ11，所述过渡圆Ⅰ11的半径为所述破裂泄压膜片2厚度的3-5倍；所述耐背压辅助膜片3为带孔膜片，所述耐背压辅助膜片3的材料与厚度与所述破裂泄压膜片2相同，所述耐背压辅助膜片3的二分之一泄压口径处设有2-5个泄压微孔31；所述破裂泄压膜片2和所述耐背压辅助膜片3的材料为耐腐蚀特种镍基合金；所述密封环4与所述耐背压辅助膜片3紧密接触，所述密封环4的内表面与所述耐背压辅助膜片3接触处设有过渡圆Ⅱ41，所述过渡圆Ⅱ41的半径与所述过渡圆Ⅰ11的半径相同；所述密封环4底面为球面或锥面；所述泄压微孔31的直径为1-2mm，所述泄压微孔31的数量与所述泄压口径相关。

实施例1

如图1所示，本发明提供了一种石油钻井用高背压微型泄压开关，包括：上压环1、破裂泄压膜片2、耐背压辅助膜片3和密封环4，所述破裂泄压膜片2设置在所述上压环1的下端，所述耐背压辅助膜片3设置在所述破裂泄压膜片2的下端，所述密封环4设置在所述耐背压辅助膜片3的下端，所述上压环1、所述破裂泄压膜片2、所述耐背压辅助膜片3和所述密封环4之间的边缘处通过氩弧焊焊接为一体；所述上压环1与所述破裂泄压膜片2之间紧密接触，所述上压环1的内表面与所述破裂泄压膜片2接触处设有过渡圆Ⅰ11，所述过渡圆Ⅰ11的半径为所述破裂泄压膜片2厚度的4倍；所述耐背压辅助膜片3为带孔膜片，所述耐背压辅助膜片3的材料与厚度与所述破裂泄压膜片2相同，所述耐背压辅助膜片3的二分之一泄压口径处设有2-5个泄压微孔31；所述破裂泄压膜片2和所述耐背压辅助膜片3的材料为耐腐蚀特种镍基合金；所述密封环4与所述耐背压辅助膜片3紧密接触，所述密封环4的内表面与所述耐背压辅助膜片3接触处设有过渡圆Ⅱ41，所述过渡圆Ⅱ41的半径与所述过渡圆Ⅰ11的半径相同；所述密封环4底面为锥面，所述密封环4底部的锥面为密封斜面42，所述密封斜面42用于满足设备高压密封的需求；所述泄压微孔31的直径为2mm，所述泄压微孔31的数量与所述泄压口径相关。

常态下，各件从泄压侧依次为所述上压环1、所述破裂泄压膜片2、所述耐背压辅助膜片3和密封环4，各件密切接触，通过周边氩弧焊5接成一体。各件材料：所述上压环1与所述密封环4为不锈钢，所述破裂泄压膜片2及所述耐背压辅助膜片3为特种镍基合金，满足井下交变压力工况作用。

所述上压环1与所述破裂泄压膜片2一起，起控制泄放压力作用。泄放侧存在背压作用在破裂膜片上，对单一破裂膜片，如果背压超过破裂膜片强度时，破裂膜片将破坏，此泄压开关将损坏；增加带微孔的所述耐背压辅助膜片3，可与所述破裂泄压膜片2一起抵抗泄压侧的背压，使产品耐背压能力提高1倍，并可满足外形最小条件下的最大泄压面积。所述耐背压辅助膜片3的材料与厚度与所述破裂泄压膜片2相同，其破坏强度与破裂泄压膜片2相同，其上的所述泄压微孔31用于保证承压侧的流体压力穿过所述耐背压辅助膜片3，作用到所述破裂泄压膜片2上，当承压侧压力达到所述破裂泄压膜片2强度极限时，所述破裂泄压膜片2爆破泄压，流体泄压瞬间也会使带微孔的所述耐背压辅助膜片3破裂，泄放通道打开，实现完全泄压，这样结构保证产品微型化和较大耐背压能力，满足钻井特殊工况要求。

最后应说明的是：以上各实施例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例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例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例技术方案的范围。