CN102080511B - 可打水泥塞的深水弃井切割装置及其打水泥塞作业方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了可打水泥塞的深水弃井切割装置及其打水泥塞作业方法，该装置的旁通短接本体上设置中心水眼和旁通孔；活塞件设置在中心水眼与旁通孔的连接处，上连通管与芯轴形成与旁通孔连接的上导流通道；活塞件上设置连通中心水眼与芯轴中心孔的过孔；堵塞件设置在过孔上，阻断中心水眼与芯轴中心孔的连通，在钻井液的压力下移动活塞件，导通中心水眼与旁通孔；在单向旁通接本体上设置短接水眼和单向旁通孔；下连通管与螺杆马达承力座形成与单向旁通孔连接的下导流通道；第一单向阀设置在短接水眼上；在单向旁通孔中设置有第二单向阀。从而实现了由同一装置完成切割、打捞和注水泥的作业，提高了深水钻探的作业效率，也降低了深水钻采的成本。

Description

可打水泥塞的深水弃井切割装置及其打水泥塞作业方法

技术领域

本发明涉及深水钻采作业设备领域，更具体的说，改进涉及的是一种可打水泥塞的深水弃井切割装置及其打水泥塞作业方法。

背景技术

在海洋石油钻探等深水钻采作业的过程中，根据国际惯例，在未得到国家政府部门批准前，均禁止在井口处的泥线以上留下任何构筑物。因此，除个别经申请保留的井口外，绝大多数的探井在任务完成之后，都要将水下井口头系统从泥线以下割断并进行回收，以消除井口处泥线以上的遗留物，这就需要用到深水弃井切割装置。

但是，在水深超过300米、甚至1000米或更深时的海洋石油钻采作业领域，现如今的中国还处在起步阶段，国内仍没有具有自主知识产权的专用设备，依靠的都是租用国外的专用设备，已形成了对中国国内的垄断态势；不但租金及其高昂，花掉大量的国家外汇，而且也不利于中国国内海洋石油钻采行业的发展需要。

即使对于中国租用的国外专用设备，其切割并回收水下井口构筑物的作业，与下钻杆进行打水泥塞的作业，也是分设备进行单独作业的，成本较高且效率也较低。

因此，现有技术尚有待改进和发展。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种可打水泥塞的深水弃井切割装置及其打水泥塞作业方法，可使切割、打捞和注水泥由同一装置完成，大大提高深水钻探作业效率，降低深水钻采成本。

本发明的技术方案如下：一种可打水泥塞的深水弃井切割装置，其中，包括：位于螺杆马达承力座上方的旁通短接结构，以及位于螺杆马达承力座下方的单向旁通接结构，其中：

旁通短接结构包括旁通短接本体、上连通管、芯轴、活塞件和堵塞件；在旁通短接本体上设置有相连接的中心水眼和旁通孔；活塞件设置在中心水眼与旁通孔的连接处，用于阻断中心水眼与旁通孔的连通；上连通管的内壁与芯轴的外壁之间形成与旁通孔相连接的上导流通道；活塞件上设置有连通中心水眼与芯轴中心孔的过孔；堵塞件设置在过孔上，用于阻断中心水眼与芯轴中心孔的连通，并在钻井液的压力作用下移动活塞件，导通中心水眼与旁通孔；

单向旁通接结构包括单向旁通接本体、下连通管、螺杆马达承力座和第一单向阀；在单向旁通接本体上设置有相连接的短接水眼和单向旁通孔；下连通管的内壁与螺杆马达承力座的外壁之间形成与单向旁通孔相连接的下导流通道；第一单向阀设置在短接水眼上，用于封堵钻井液从单向旁通接本体的上端流出；在单向旁通孔中设置有第二单向阀，用于阻断短接水眼与下导流通道的连通。

所述的可打水泥塞的深水弃井切割装置，其中：螺杆马达承力座外侧设置有连接下连通管的锁紧定位壳体；在锁紧定位壳体与螺杆马达承力座之间设置导流座形成中导流通道；中导流通道连通上导流通道和下导流通道。

所述的可打水泥塞的深水弃井切割装置，其中：导流座内部的中导流通道沿轴向设置；在导流座的横截面上均匀分布有多个中导流通道。

所述的可打水泥塞的深水弃井切割装置，其中：中心水眼位于旁通短接本体的中心，沿旁通短接本体的轴向设置；旁通孔沿旁通短接本体的径向设置，旁通孔的一端与中心水眼相连接，另一端设置在旁通短接本体的外壁上。

所述的可打水泥塞的深水弃井切割装置，其中：旁通孔向下倾斜设置。

所述的可打水泥塞的深水弃井切割装置，其中：在旁通短接本体上横向设置有销孔；活塞件经由适配在销孔内的剪切销固定在中心水眼的内壁上。

所述的可打水泥塞的深水弃井切割装置，其中：中心水眼的内部设置有台阶，活塞件适配在台阶上方的位置。

所述的可打水泥塞的深水弃井切割装置，其中：第一单向阀包括堵套、球阀和吊网；堵套设置在短接水眼上端；吊网连接在堵套的下端，设置在短接水眼内；球阀置于吊网内，与堵套之间保持有间隙。

所述的可打水泥塞的深水弃井切割装置，其中：第二单向阀包括阀芯、阀座和弹簧；弹簧设置在阀芯的底部；阀座螺纹连接在单向旁通接本体上；在弹簧的弹力下，阀芯与阀座相接触，用于从内侧封堵单向旁通孔。

一种利用权利要求1至9中任一所述可打水泥塞的深水弃井切割装置进行打水泥塞作业的方法，包括以下步骤：

从钻具顶部投入堵塞件，堵塞件卡在活塞件的过孔上，阻断旁通短接本体的中心水眼与芯轴中心孔相连通；

加大钻井液的压力，直到推动活塞件下行，导通旁通短接本体上的旁通孔与中心水眼相连通；

钻井液经由旁通孔进入上连通管的内壁与芯轴的外壁之间所形成的上导流通道；

上导流通道打通后，灌注水泥。

本发明所提供的一种可打水泥塞的深水弃井切割装置及其打水泥塞作业方法，一方面，由于在旁通短接结构中采用了带过孔的活塞件，并没有对切割作业产生影响；而在切割作业完成之后，利用投入钻具中的堵塞件，封堵的同时增大钻井液的压力，以达到移动活塞件并打开旁通孔，使中心水眼从切割作业时连通芯轴内部的中心孔状态，转换为连通芯轴外部的上导流通道状态，并阻断了水泥从钻具上端进入螺杆马达；另一方面，由于在单向旁通接结构中采用了单向阀，在切割作业时，位于短接水眼顶端的第一单向阀打开，位于短接水眼侧壁上的第二单向阀关闭，并没有对切割作业产生影响；而在切割作业完成之后，经由上导流通道传下来的钻井液，经中导流通道进入下导流通道，在逐渐增大的钻井液的压力下，打开第二单向阀，钻井液进入短接水眼关闭第一单向阀，阻断了水泥从钻具下端进入螺杆马达；从而实现了由同一装置完成切割、打捞和注水泥的作业，大大提高了深水钻探的作业效率，也降低了深水钻采的成本。尤其对海洋石油钻探领域具有重要的实用价值。

附图说明

图1是本发明可打水泥塞的深水弃井切割装置的内部结构图。

图2是本发明深水弃井切割装置中的旁通短接结构在置入钢球前的剖视图。

图3是本发明深水弃井切割装置中的旁通短接结构在置入钢球后的剖视图。

图4是本发明深水弃井切割装置中的单向旁通接结构剖视图。

图5是本发明单向旁通接结构图4中的局部A处放大图。

图6是本发明深水弃井切割装置图1中的B-B剖视图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的具体实施方式和实施例加以详细说明，所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并非用于限定本发明的具体实施方式。

本发明的一种可打水泥塞的深水弃井切割装置，其具体实施方式之一，如图1所示，包括：旁通短接结构和单向旁通接结构；旁通短接结构位于螺杆马达承力座500的上方，单向旁通接结构位于螺杆马达承力座500的下方。

如图2所示，旁通短接结构包括旁通短接本体200、上连通管300、芯轴100、活塞件400和堵塞件450；在旁通短接本体200上设置有贯通上下的中心水眼210和连通内外的旁通孔220；中心水眼210与旁通孔220相连通设置；活塞件400设置在旁通短接本体200的内部，位于中心水眼210与旁通孔220的连接处，用于在切割作业时阻断中心水眼210中的钻井液从旁通孔220流出；上连通管300设置在旁通短接本体200的外面，上连通管300的内壁与旁通孔220以下的旁通短接本体200的外壁，以及与芯轴100的外壁之间，共同形成供注水泥作业时的上导流通道320；旁通短接本体200的下端连接在最上端的芯轴100上，中心水眼210连通芯轴100内部的中心孔110；活塞件400上设置有连通中心水眼210与芯轴100中心孔110的过孔410，用于在切割作业时将钻井液从旁通短接本体200的中心水眼210导入芯轴100的中心孔110。

而在注水泥作业之前，如图3所示，将堵塞件450设置在活塞件400的过孔410上端，以阻断钻井液进入芯轴100中心孔110，并在逐渐增大钻井液压力的作用下，解除销子、螺栓或弹簧等某种连接件或者局部焊点对活塞件400的限制，例如，用于固定活塞件400的剪切销被剪断，导致活塞件400下行，以导通中心水眼210与旁通孔220，即可进行注水泥作业；此时，堵塞件450仍位于活塞件400的上端，以封堵水泥从过孔410进入芯轴100的中心孔110；水泥从旁通孔220进入芯轴100外部的上导流通道320并传到下部的钻具中，以完成打水泥塞的任务；从而防止了注水泥作业过程中，水泥从钻具上端进入下方的马达中，避免了水泥对马达造成损坏。

如图4所示，单向旁通接结构包括单向旁通接本体600、下连通管700、螺杆马达承力座800和第一单向阀；在单向旁通接本体600上设置有贯通上下相连接的短接水眼610和连通内外的单向旁通孔620；短接水眼610与单向旁通孔620相连通设置；下连通管700的内壁与螺杆马达承力座800的外壁之间，以及与单向旁通接本体600上部的外壁之间，共同形成与单向旁通孔620相连接的供注水泥作业时的下导流通道780；第一单向阀设置在短接水眼610上，用于封堵水泥从单向旁通接本体600的上端冒出；在单向旁通孔620中设置有第二单向阀，用于阻断短接水眼610与下导流通道780的连通。当进行切割作业时，第一单向阀处于打开的状态，螺杆马达承力座800的中心孔与单向旁通接的短接水眼610相连通；第二单向阀处于关闭的状态，隔断下连通管700内的下导流通道780与单向旁通接的短接水眼610相连通。

而当注水泥作业之前时，持续进入下导流通道780的钻井液，随着其压力的增加，打开第二单向阀，导通单向旁通孔620，钻井液进入短接水眼610，关闭第一单向阀，以阻止后续的水泥从短接水眼610的上端进入螺杆马达承力座800的中心孔；水泥从下连通管700中的下导流通道780，经由单向旁通孔620进入单向旁通接本体600的短接水眼610中并传到下部的钻孔中，以进行打水泥塞的任务；从而防止了注水泥过程中，水泥从钻具下端进入上方的马达中，避免了水泥堆马达造成损坏。

与现有国外的深水弃井切割装置相比，本发明所提供的可打水泥塞的深水弃井切割装置，一方面，由于在旁通短接结构中采用了带过孔410的活塞件400，并没有对切割作业产生影响；而在切割作业完成之后，利用投入钻具中的堵塞件450，封堵的同时增大钻井液的压力，以达到移动活塞件400并打开旁通孔220，使中心水眼210从切割作业时连通芯轴100内部的中心孔110状态，转换为连通芯轴100外部的上导流通道320状态，并阻断了水泥从钻具上端进入螺杆马达；另一方面，由于在单向旁通接结构中采用了单向阀，在切割作业时，位于短接水眼610顶端的第一单向阀打开，位于短接水眼610侧壁上的第二单向阀关闭，并没有对切割作业产生影响；而在切割作业完成之后，经由上导流通道传下来的钻井液，经中导流通道进入下导流通道780，在逐渐增大的钻井液的压力下，打开第二单向阀，钻井液进入短接水眼610关闭第一单向阀，阻断了水泥从钻具下端进入螺杆马达；从而实现了由同一装置完成切割、打捞和注水泥的作业，大大提高了深水钻探的作业效率，也降低了深水钻采的成本。尤其对海洋石油钻探领域具有重要的实用价值。

基于上述可打水泥塞的深水弃井切割装置，本发明还提出了一种利用该深水弃井切割装置进行打水泥塞作业的方法，其具体实施方式之一，包括以下步骤：从钻具顶部投入堵塞件，堵塞件450从旁通短接本体200的中心水眼210中落下，卡在活塞件400的过孔410上，阻断旁通短接本体200的中心水眼210与芯轴100中心孔110相连通；并加大钻井液的压力，直到推动活塞件400下行，导通旁通短接本体200上的旁通孔220与中心水眼210相连通；如图2所示，钻井液经由旁通孔220进入上连通管300的内壁与芯轴100的外壁之间所形成的上导流通道320；在上导流通道打通后，灌注水泥。堵塞件450在切割作业完成之后至注水泥作业之前投入钻具中心孔110；而且，具体可在注入钻井液之前投入，也可在加大钻井液的压力之前投入。

与现有国外打水泥塞作业的方法相比，本发明提出的利用深水弃井切割装置进行打水泥塞作业的方法，由于采用了切割作业时的设备进行注水泥作业，不仅不用更换作业设备，节约了材料成本，而且也避免了设备的拆装和更换时间，大大节约了总体作业的时间。尤其对海洋石油钻探领域具有重要的实用价值。

在本发明可打水泥塞的深水弃井切割装置及其打水泥塞作业方法的优选实施方式中，如图1所示，螺杆马达承力座500外侧设置有连接下连通管700的锁紧定位壳体550；在锁紧定位壳体550与螺杆马达承力座500之间设置导流座形成中导流通道590；中导流通道590连通上导流通道320和下导流通道780。导流座依次包括上导流座560、中导流座570和下导流座580组成。

以中导流座570为例，如图6所示，中导流座570内部的中导流通道590沿螺杆马达承力座500或中导流座570的轴向设置；在中导流座570的横截面上均匀分布有多个中导流通道590。以充分导通上导流通道320和下导流通道780，用于进行注水泥作业。

具体的，如图2和3所示，中心水眼210位于旁通短接本体200的中心，沿旁通短接本体200的轴向设置；旁通孔220沿旁通短接本体200的径向设置，旁通孔220的一端与中心水眼210相连接，另一端设置在旁通短接本体200的外壁上。

优选地，旁通孔220向下倾斜设置。另外，旁通孔220也可水平设置。但向下倾斜设置的注水泥效果要比水平设置的注水泥效果好很多。

进一步地，中心水眼210的内部设置有台阶，活塞件400适配在台阶上方的位置。换言之，中心水眼210为台阶孔，上端的孔径大于下端的孔径，上端孔径的大小适配活塞件400的外径，上端孔径的长度，或旁通孔220位于上端孔壁的位置，超过活塞件400落下时的高度。

具体的，在旁通短接本体200上横向设置有销孔230；活塞件400经由适配在销孔230内的剪切销231固定在中心水眼210的内壁上。此外，该剪断销231也可采用内六角螺钉或剪断键代替。由此，堵塞件450堵塞在活塞件400的过孔410上端，在逐渐增大的钻井液的压力作用下，剪断销231断裂，活塞件400和堵塞件450下移至台阶孔的底部，露出旁通孔220，连通了中心水眼210与上导流通道320。

优选地，堵塞件450为球体，例如：钢球等金属球，或者石球等非金属球；球体的外径大于活塞件400过孔410的内径，小于旁通短接本体200的内径。

较好的是，活塞件400的过孔410口设置有倒角，倒角的形状可以是斜面，也可以是适配球体半径的弧面。

进一步地，在旁通短接本体200上套设有上密封帽340；在上连通管300的端部焊接有上法兰盘330；上法兰盘330经由螺栓连接在上密封帽340上。较好的是，上法兰盘与上连通管300的连接处设置有加强筋。

进一步地，在旁通短接本体200的外壁上可设置挡圈350，挡圈350经由销子固定在旁通短接本体200上，上密封帽340的一端卡在挡圈350上，另一端与上法兰盘330相连接。

较好的是，上密封帽340的内壁上设置有两道以上用于容纳密封圈的内壁凹槽；与上法兰盘330相连接的上密封帽340端面上设置有用于容纳密封圈的端面凹槽。

如图4所示，第一单向阀包括堵套920、球阀900和吊网910；堵套920设置在短接水眼610上端；吊网910连接在堵套920的下端，设置在短接水眼610内；球阀900置于吊网910内，与堵套920之间保持有间隙，以导通螺杆马达承力座800的中心孔与单向旁通接的短接水眼610便于切割。

较好的是，球阀900为球体，例如：钢球等金属球，或者石球等非金属球；球体的外径大于堵套920过孔的内径，球体加上吊网910后的外径小于单向旁通短接本体的内径。吊网910具体可采用钢网固定在堵套920的下端。利用螺杆马达承力座800的内端面压住堵套920。

优选地，在单向旁通接本体600的侧壁上设置有多个交错分布的单向旁通孔620。交错分布，不设置在同一水平面上，可提高单向旁通接的结构性能，不容易从单向旁通孔620处折断。

进一步地，如图5所示，第二单向阀包括阀芯630、阀座650和弹簧632；弹簧632设置在阀芯630的底部；阀座650螺纹连接在单向旁通接本体600上；在弹簧632的弹力下，阀芯630与阀座650相接触，用于从内侧封堵单向旁通孔620。弹簧632可采用圆柱压缩弹簧632。

具体的，阀芯630的侧壁上可设置有连通至底部弹簧孔的通孔631；弹簧孔与短接水眼610相连通。

优选地，阀芯630的顶端设置有导向柱；阀座650的中心设置有导向孔；导向柱适配在导向孔中。

进一步地，如图4所示，在单向旁通接本体600上套设有下密封帽640；在下连通管700的端部焊接有下法兰盘710；下法兰盘710经由螺栓连接在下密封帽640上。

具体的，下密封帽640的内壁上设置有两道以上用于容纳密封圈的内壁凹槽；与下法兰盘710相连接的下密封帽640端面上设置有用于容纳密封圈的端面凹槽。

较好的是，在下密封帽640的底端设置有下密封盖650；下密封盖650的侧壁上设置有用于容纳密封圈的内壁凹槽。

工业实用性

在深水钻探和钻采领域，本发明深水弃井切割装置中的旁通短接结构及其打水泥塞作业方法，完全是自主研发，可以说是填补了中国国内的一项空白；而且，中国海岸线较长，临海海域辽阔，对于中国国内海洋石油钻采行业的发展，以及打破国外同行的垄断地位，都具有重要的知识产权战略价值。

应当理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不足以限制本发明的技术方案，对本领域普通技术人员来说，在本发明的精神和原则之内，可以根据上述说明加以增减、替换、变换或改进，例如，用圆椎体代替钢球以堵塞在活塞件400过孔410的上端，用其他单向阀替换单向旁通孔620中第二单向阀，导流座内部中导流通道590数量和排布方式的变换等，而所有这些增减、替换、变换或改进后的技术方案，都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种可打水泥塞的深水弃井切割装置，其特征在于，包括：位于螺杆马达承力座上方的旁通短接结构，以及位于螺杆马达承力座下方的单向旁通接结构，其中：

旁通短接结构包括旁通短接本体、上连通管、芯轴、活塞件和堵塞件；在旁通短接本体上设置有相连接的中心水眼和旁通孔；活塞件设置在中心水眼与旁通孔的连接处，用于阻断中心水眼与旁通孔的连通；上连通管的内壁与芯轴的外壁之间形成与旁通孔相连接的上导流通道；活塞件上设置有连通中心水眼与芯轴中心孔的过孔；堵塞件设置在过孔上，用于阻断中心水眼与芯轴中心孔的连通，并在钻井液的压力作用下移动活塞件，导通中心水眼与旁通孔；

单向旁通接结构包括单向旁通接本体、下连通管、螺杆马达承力座和第一单向阀；在单向旁通接本体上设置有相连接的短接水眼和单向旁通孔；下连通管的内壁与螺杆马达承力座的外壁之间形成与单向旁通孔相连接的下导流通道；第一单向阀设置在短接水眼上，用于封堵钻井液从单向旁通接本体的上端流出；在单向旁通孔中设置有第二单向阀，用于阻断短接水眼与下导流通道的连通。

2.根据权利要求1所述的可打水泥塞的深水弃井切割装置，其特征在于：螺杆马达承力座外侧设置有连接下连通管的锁紧定位壳体；在锁紧定位壳体与螺杆马达承力座之间设置导流座形成中导流通道；中导流通道连通上导流通道和下导流通道。

3.根据权利要求2所述的可打水泥塞的深水弃井切割装置，其特征在于：导流座内部的中导流通道沿轴向设置；在导流座的横截面上均匀分布有多个中导流通道。

4.根据权利要求1所述的可打水泥塞的深水弃井切割装置，其特征在于：中心水眼位于旁通短接本体的中心，沿旁通短接本体的轴向设置；旁通孔沿旁通短接本体的径向设置，旁通孔的一端与中心水眼相连接，另一端设置在旁通短接本体的外壁上。

5.根据权利要求4所述的可打水泥塞的深水弃井切割装置，其特征在于：旁通孔向下倾斜设置。

6.根据权利要求1所述的可打水泥塞的深水弃井切割装置，其特征在于：在旁通短接本体上横向设置有销孔；活塞件经由适配在销孔内的剪切销固定在中心水眼的内壁上。

7.根据权利要求1所述的可打水泥塞的深水弃井切割装置，其特征在于：中心水眼的内部设置有台阶，活塞件适配在台阶上方的位置。

8.根据权利要求1所述的可打水泥塞的深水弃井切割装置，其特征在于：第一单向阀包括堵套、球阀和吊网；堵套设置在短接水眼上端；吊网连接在堵套的下端，设置在短接水眼内；球阀置于吊网内，与堵套之间保持有间隙。

9.根据权利要求1所述的可打水泥塞的深水弃井切割装置，其特征在于：第二单向阀包括阀芯、阀座和弹簧；弹簧设置在阀芯的底部；阀座螺纹连接在单向旁通接本体上；在弹簧的弹力下，阀芯与阀座相接触，用于从内侧封堵单向旁通孔。

10.一种利用权利要求1至9中任一所述可打水泥塞的深水弃井切割装置进行打水泥塞作业的方法，其特征在于，包括以下步骤：

从钻具顶部投入堵塞件，堵塞件卡在活塞件的过孔上，阻断旁通短接本体的中心水眼与芯轴中心孔相连通；

加大钻井液的压力，直到推动活塞件下行，导通旁通短接本体上的旁通孔与中心水眼相连通；

钻井液经由旁通孔进入上连通管的内壁与芯轴的外壁之间所形成的上导流通道；

上导流通道打通后，灌注水泥。

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