钻具止回阀的结构原理及性能特点

一、钻具止回阀的概述和用途

　　钻具止回阀是钻井过程中的一种重要内防喷工具。按结构形式分，钻具止回阀有蝶形、球形、箭形、投入式等。使用中安装在钻具的预定部位，只允许钻柱内的流体自上而下流动，而不允许其向上流动，从而达到防止钻具内喷的目的。它们的使用方法也不相同，有的被连接在钻柱中，有的在需要时才连接在钻柱上，有的在需要时才投入钻具水眼内，起封堵钻柱内压力的作用。根据现场使用经验，在正常钻井过程中通常并不装设钻具止回阀(特殊要求除外)。

　　因为把钻具止回阀(投入式除外)长期连接在钻柱上进行钻井作业，其零部件(尤其是密封件)会因钻井液的冲刷、腐蚀而损坏，当发生溢流、井喷时就不能起到应有的作用。一般情况是将钻具止回阀放在钻台上备用，需要时再连接到钻柱上。但是，在含硫化氢井钻井过程中，应在钻具中加装回压阀等内防喷工具。

　　钻井现场大量使用箭形止回阀，内部结构受钻井液冲蚀作用小、表面硬度较高，密封垫采用耐冲蚀、抗腐蚀的尼龙材料，其整体性能好。

　　投入式止回阀由止回阀组件和一个联顶接头组成。联顶接头预先装在靠近钻铤的钻柱上，当发生溢流或井喷和进行不压井起下钻作业时，投入钻具水眼的止回阀组件，将自动锁紧在联顶接头处，起到止回阀的作用。止回阀组件除有橡胶密封圈以增强其密封能力外，还有强有力的锁紧细齿，使其可靠牢固地锁在联顶接头处。钻具止回阀的结构类型及代号见表1。

表1 止回阀的结构类型及代号

二、钻具止回阀的产品介绍

　　1、箭形止回阀与钻杆接头连接。按结构分为组合式和整体式两种，分别如图1和图2所示。

图1 组合式箭形止回阀

1—上接头；2—阀体；3—密封盒；4—密封圈；5—密封箭；6—下座

图2 整体式箭形止回阀

1—阀体；2—锁紧压帽；3—压帽；4—O形密封圈；5—密封套；6—上密封圈；7—下密封圈；8—阀芯

　　2、手动打开式止回阀与钻杆接头连接。其结构组成与箭形止回阀基本相同，如图3所示，是在箭形止回阀的母接头螺纹处，增加一套由联顶接头组成的阀瓣顶开装置。在连接手动打开式止回阀时，它处于打开泄压状态，便于与钻杆螺杆连接。当连接完毕后，卸止推丝杠解锁，打开的阀瓣便自动关闭，起到止回阀的作用。

图3 手动打开式止回阀

1—止推丝杠；2—联顶接头；3—上阀体；4—顶杆；5—阀座；6—阀；7—弹簧；8—下阀体

　　3、球形止回阀与钻杆接头相连。球形止回阀的阀体为上、下接头组合式或整体式，如图4所示。

图4 球形止回阀

1—上接头；2—下接头；3—密封球；4—球座；5—弹簧；6—弹簧座；7—调整垫片

　　4、蝶式止回阀如图5所示，与钻杆接头连接。

图5 蝶式止回阀

1—阀体；2—调整压帽；3—弹簧；4—扶正套；5—阀瓣

　　5、投入式止回阀如图6所示，与钻杆接头相连。钻进中，投入式止回阀的联顶接头预先连接在钻柱上需要的部位，此时阀中并无止回阀组件，钻井液循环畅通无阻。当钻进以及起下钻作业中发生溢流时，投入式止回阀并不妨碍关井立管压力真实数据的获取。只是需要封闭钻具中孔时才将止回阀组件投入钻柱中，使止回阀组件坐落在联顶接头上，防止钻柱内流体上行。

图6 投入式止回阀

1—联顶接头；2—爪盘螺母；3—紧定螺钉；4—卡瓦；5—卡瓦体；6—筒形密封圈；7—阀体；8—钢球；9—止动环；10—弹簧；11—尖形接头

　　投入式止回阀在使用上优于其他止回阀，但其结构复杂，操作也较为烦琐。

　　将投入式止回阀的组件投入钻柱中孔后，应接方钻杆开泵循环钻井液推动止回阀组件输送到联顶接头的固定座上。当止回阀组件“到位”时泵压会突然升高，此时即能起到防止内喷的作用，只允许钻柱内的流体向下流动而不允许向上流动。

　　钻柱从井中起出后，从阳螺纹接头上卸下止动环，即可将止回阀组件抽出。