CN102230365B - 油气井尾管同步转动控制器及其实施方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种油气井尾管同步转动控制器及其实施方法，在钻杆短接与尾管悬挂器之间和插入管与壳体之间设置同步转动控制机构和液压解控机构，连同尾管下入井内，中途遇阻时，可在井口转动钻柱使尾管同步转动以排除下入阻力下到预定位置，注水泥施工中也可通过转动尾管来提高顶替效率保证固井质量。通过井口投球，液压解除悬挂控制后进行液压悬挂作业，再加压使复位锁挂复位解除同步转动轴向控制并释放尾管，上提钻柱可解除同步转动周向控制，同时观察液压变化判别液压解控及尾管脱挂效果，如出现尾管脱挂异常，可采取下放钻柱强行剪断锁销来恢复倒扣功能进行旋转释放尾管。操作简便，安全可靠，避免事故，增强效果。

Description

油气井尾管同步转动控制器及其实施方法

技术领域

本发明涉及一种油气井尾管同步转动控制器及实施方法，用于油气井固井尾管的同步转动控制，属于油气井尾管同步转动控制装置的设计制造和实施方法技术领域。

背景技术

在现有技术中，油气井深井、超深井、斜井、水平井尾管悬挂固井中，下尾管中途遇阻时需要转动尾管来排除阻力下入到位，注水泥施工也希望能适当转动尾管以提高顶替效率保证固井质量。由于常规入井管柱采用右旋螺纹连接只能右旋转动，而现有尾管悬挂装置中设置了左旋螺纹连接使尾管不能随钻柱同步转动，否则会使左旋螺纹退扣而发生尾管提前脱落事故，给油气井固井工程带来严重损失。由于下尾管中途遇阻或注水泥施工中不能转动尾管，就无法通过转动尾管来排除下入阻力和提高固井效率，使工程延缓或质量达不到要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有固井技术存在的上述不足，提供一种油气井尾管同步转动控制器及其实施方法，本发明在钻杆短接与尾管悬挂器之间和插入管与壳体之间设置同步转动控制机构和液压解控机构，连同尾管下入井内，中途遇阻时，可在井口转动钻柱使尾管同步转动以排除下入阻力下到预定位置，注水泥施工也可通过转动尾管来提高顶替效率，通过井口投球，液压解除悬挂控制后进行液压悬挂作业，再加压使复位锁挂复位解除同步转动机构的轴向控制并释放尾管，上提钻柱可解除同步转动机构的周向控制，同时观察液压变化能判别液压解控及尾管脱挂效果，如出现尾管脱挂异常，可采取下放钻柱强行剪断锁销来恢复倒扣功能进行旋转释放尾管。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种油气井尾管同步转动控制器，其特征在于：包括尾管同步转动周向控制机构、尾管同步转动轴向控制机构和尾管复位锁挂控制机构、液压悬挂控制机构、液压解控机构；

所述尾管同步转动周向控制机构包括：钻杆短接上端螺纹密封连接在钻杆柱下端，钻杆短接下端锁销连接悬挂器锥套，悬挂器锥套下端螺纹密封连接悬挂器中心管，悬挂器双公短接下端螺纹密封连接在壳体上端，壳体下端螺纹密封连接尾管短接上端，尾管短接下端螺纹密封连接尾管柱；

所述尾管同步转动轴向控制机构和尾管复位锁挂控制机构包括：钻杆短接下端内螺纹密封连接在插入管上端，插入管下端左旋螺纹连接在复位锁挂上端，插入管内复位锁挂之上锁销密封连接锁套，锁套内螺纹连接在锁筒上端，锁筒下端与复位锁挂下端挂钩锁紧时复位锁挂下端挂钩扩张使其外部台阶与壳体内台阶挂接；

所述液压悬挂控制机构包括：插入管内锁销密封连接封闭传压孔的滑套；

所述液压解控机构由滑套内的密封球与尾管复位锁挂控制机构配合形成。

所述钻杆短接下端圆周均布有向下开口的环形槽，悬挂器锥套设置有与环形槽对应的锁销孔，环形槽与锁销孔之间通过锁销连接，形成同步转动周向控制机构。

所述复位锁挂下端设置有环形分布且带锥面凸台的弹性挂钩，锁筒下端外部为环形锥面凸台，壳体内台阶为环形锥面台阶，锁筒与锁套的螺纹紧扣时，锁筒下端外部锥面凸台推动复位锁挂的弹性挂钩张大与壳体内环形锥面台阶挂接并锁紧，形成同步转动轴向控制机构和尾管复位锁挂控制机构。

所述钻杆短接与插入管之间、插入管与悬挂器锥套之间、悬挂器锥套与悬挂器中心管之间、悬挂器双公短接与壳体之间、壳体与尾管短接之间、插入管与滑套、锁套、壳体之间、滑套与球座之间分别设置有密封环，形成液压密封控制机构。

所述钻杆短接与悬挂器锥套之间、插入管与滑套和锁套之间、滑套与球座之间分别设置有锁销。

所述滑套内锁销密封连接球座，球座上端与球密封，与下部的尾管复位锁挂控制机构配合形成液压解控机构。

所述滑套滑套上端与大球密封，与下部的尾管复位锁挂控制机构配合形成液压解控机构。

一种油气井尾管同步转动控制器的实施方法，其特征在于，包括：

a、转动尾管排除下入阻力：将尾管同步转动控制器与悬挂器组装成一体，在井口与尾管柱和钻杆柱连接成尾管固井管柱下入井内； 

b、转动尾管注水泥：如果施工要求转动尾管注水泥，地面组装时插入管内不装球座以保持钻杆胶塞通径，尾管固井管柱入井到位在井口接旋转水泥头注水泥、替泥浆、转动钻柱带动尾管同步转动搅动井浆；

c、液压解控及上提判别：尾管固井管柱下到位，从井口投球与球座吻合密封，或先实施转动尾管注水泥后从井口投大球与滑套吻合密封，用液压推动滑套剪断锁销下行打开传压孔进行液压悬挂作业，再加压推动锁套剪断锁销使锁筒下行退出锁紧控制，使复位锁挂下部挂钩收缩复位脱离与壳体之间的挂接，解除同步转动轴向控制并释放尾管，在井口缓慢上提钻柱使钻杆短接下端环形槽向上脱离锁销的同步转动周向控制，上提高度以插入管下端向上脱离与壳体之间密封控制的距离为参考进行，同时观察尾管柱内是否出现泄压，以判定尾管的同步转动控制和尾管挂接控制是否解除；

d、应急操作：如果上提钻柱高度足够，观察尾管固井管柱内未出现泄压，判断尾管不能正常脱挂时，可采取下放钻柱强行剪断同步转动周向控制的锁销恢复旋转倒扣，再进行旋转倒扣释放尾管。

所述a步骤中，下入过程中遇阻时，在井口接方钻杆，用钻盘右旋转动钻柱带动尾管同步转动排除下入阻力，同时开泵循环协助排阻，控制钻压3～5t，转速30～50r/min，排量8～12L/s，泵压≯25MPa。

采用本发明的优点在于：

一、本发明设置的同步转动控制机构和液压解控机构操作简便、安全可靠，解决了深井、超深井、斜井、水平井尾管悬挂固井施工转动尾管的技术难题，实现了可转动尾管排除下入阻力和转动尾管注水泥提高顶替效率的技术需求，可防止事故，降低成本，保证质量，增强效果。

二、本发明中，钻杆短接下端圆周均布向下开口的环形槽与悬挂器锥套圆周均布的锁销孔和锁销组成的同步转动周向控制机构，有利于控制尾管随钻柱同步转动，可通过上提钻柱观察液压变化来判别解控和尾管释放效果，可通过下放钻柱来解除同步转动周向控制恢复旋转倒扣功能，控制风险，确保施工安全。

三、本发明中，复位锁挂下端为环形分布带锥面凸台的弹性挂钩与壳体内环形锥面台阶构成的同步转动轴向控制机构和尾管复位锁挂控制机构，有利于安全解除同步转动控制和安全释放尾管，操作容易，功能可靠。

四、本发明中，钻杆短接与插入管之间、插入管与悬挂器锥套之间、悬挂器锥套与悬挂器中心管之间、悬挂器双公短接与壳体之间、壳体与尾管短接之间、插入管与滑套、锁套、壳体之间、滑套与球座之间分别设置密封环，能控制密封压力开泵循环协助排阻和转动尾管注水泥，有利于尾管下入顺利，提高固井质量，有利于观察压力变化判别同步转动控制解控和尾管释放效果，增强可靠性。

五、本发明中，钻杆短接与悬挂器锥套之间、插入管与滑套和锁套之间、滑套与球座之间分别设置锁销构成的锁控机构，有利于实现控制功能和解控功能，操作简便，控制稳定，容易判别。

六、本发明实施方法中，采取了转动钻柱带动尾管同步转动来排除下放阻力和提高注水泥顶替效率的技术方案，利用了控制循环协助排阻的技术措施，有利于深井、超深井、斜井、水平井固井尾管的顺利下入和提高固井施工质量。

七、本发明采用的液压解控方法中，通过井口投球形成密封，液压推动滑套、锁套、锁挂向下剪断锁销解除控制，再通过上提钻柱观察压力变化来判别解控效果，有利于液压尾管悬挂控制、液压尾管释放控制和尾管同步转动控制的联合解控，操作简便，适用可靠。

八、本发明采用的风险控制方法，在上提钻柱出现异常，尾管不能正常脱挂时，采取下放钻柱强行剪断锁销解除同步转动控制恢复旋转倒扣的应急方案，有利于紧急情况的风险防范。

附图说明

图1为本发明尾管同步转动控制器在排除下入阻力控制状态示意图

图2为本发明尾管同步转动控制器在转动尾管注水泥控制状态示意图

图3为本发明尾管同步转动控制器在液压解控状态示意图

图4为本发明尾管同步转动控制器在上提观察状态示意图

图5为本发明尾管同步转动控制器在紧急解控状态示意图

图中标记为：1、钻杆短接，2、悬挂器锥套，3、环形槽，4、锁销孔，5、插入管，6、悬挂器中心管，7、大球，8、滑套，9、球座，10、传压孔，11、双公短接，12、壳体，13、锁套，14、复位锁挂，15、锁筒， 16、尾管短接。

具体实施方式

实施例1

一种油气井尾管同步转动控制器，包括钻杆短接、悬挂器锥套、悬挂器中心管、悬挂器双公短接、壳体、尾管短接、插入管、滑套、球座、球、锁套、锁挂、锁筒、锁销和密封环构成。钻杆短接上端螺纹密封连接钻杆柱，钻杆短接下端外部锁销连接悬挂器锥套构成同步转动周向控制机构。悬挂器锥套下端螺纹密封连接悬挂器中心管，悬挂器双公短接下端螺纹密封连接壳体上端，壳体下端螺纹密封连接尾管短接上端，尾管短接下端螺纹密封连接尾管柱，使尾管可随钻柱转动。钻杆短接下端内部螺纹密封连接插入管上端，插入管下端左旋螺纹连接复位锁挂上端，插入管内复位锁挂之上锁销密封连接锁套，锁套内螺纹连接锁筒上端，锁筒下端与复位锁挂下端挂钩锁紧，使复位锁挂下端挂钩外部台阶与壳体内台阶挂接，以构成同步转动机构的轴向控制机构和尾管复位锁挂控制机构。插入管内锁套之上锁销密封连接滑套封闭传压孔，以构成液压悬挂控制机构。在滑套内锁销密封连接球座，球座上端与球密封，与下部的锁套、锁筒及复位锁挂联合构成液压解控机构。

本发明中，将钻杆短接下端设置圆周均布向下开口的环形槽与外部的悬挂器锥套对应设置的锁销孔之间通过锁销连接构成同步转动周向控制机构；复位锁挂下端设置环形分布带锥面凸台的弹性挂钩，锁筒下端外部设置环形锥面凸台，壳体内设置环形锥面台阶，通过锁筒与锁套的螺纹紧扣，使锁筒下端外部锥面凸台推动弹性挂钩张大与壳体内环形锥面台阶挂接并锁紧，以构成同步转动轴向控制机构和尾管复位锁挂控制机构。转动钻柱时，钻杆短接、悬挂器锥套、悬挂器双公短接、壳体、尾管短接及尾管将随钻柱同步转动。

在钻杆短接与插入管之间、插入管与悬挂器锥套之间、悬挂器锥套与悬挂器中心管之间、悬挂器双公短接与壳体之间、壳体与尾管短接之间、插入管与滑套、锁套、壳体之间、滑套与球座之间分别装好密封环，以构成液压密封控制机构。

在钻杆短接与悬挂器锥套之间、插入管与滑套和锁套之间、滑套与球座之间分别装好锁销，以构成锁定控制机构。

本发明实施方法中，尾管入井转动排阻法：

a、转动尾管排除下入阻力：将尾管同步转动控制器与悬挂器组装成一体、在井口与尾管柱和钻杆柱连接成尾管固井管柱下入井内，下入过程中严禁猛提猛放或内部落物，中途遇阻时，在井口接方钻杆，用钻盘右旋转动钻柱带动尾管同步转动排除下入阻力，同时开泵循环协助排阻，控制钻压3～5t，转速30～50r/min，排量8～12L/s，泵压≯25MPa。

b、液压解控及上提判别：尾管固井管柱下到位，从井口投球与球座吻合密封，用液压推动滑套剪断锁销下行打开传压孔进行液压悬挂作业，再加压推动锁套剪断锁销使锁筒下行退出锁紧控制，让复位锁挂下部挂钩收缩复位脱离与壳体之间的挂接，以解除同步转动轴向控制并释放尾管。在井口缓慢上提钻柱使钻杆短接下端环形槽向上脱离锁销的同步转动周向控制，上提高度为插入管下端向上脱离与壳体之间密封控制距离50～100mm，观察尾管柱内是否出现泄压以判定尾管的同步转动控制和尾管挂接控制是否解除。

c、应急操作：如果上提钻柱高度足够，观察尾管固井管柱内未出现泄压，判断尾管不能正常脱挂时，可立即采取下放钻柱强行剪断同步转动控制的锁销恢复旋转倒扣功能，再进行旋转倒扣释放尾管，进行注水泥施工。

实施例2

本发明包括钻杆短接、插入管、悬挂器部件、壳体、尾管短接、尾管同步转动周向控制机构、尾管同步转动轴向控制机构和尾管复位锁挂控制机构、液压悬挂控制机构、液压解控机构。在钻杆短接1下端内部螺纹密封连接插入管5上端，插入管5内锁销密封连接滑套8封闭传压孔10构成液压悬挂控制机构，插入管5内滑套8之下锁销密封连接锁套13，插入管5下端左旋螺纹连接复位锁挂14上端。在悬挂器锥套2下端螺纹密封连接悬挂器中心管6，悬挂器中心管6连接悬挂器部件及悬挂器双公短接11，悬挂器双公短接11下端螺纹密封连接壳体12上端。插入管5插入悬挂器锥套2、悬挂器中心管6和 壳体12内，悬挂器锥套2的锁销孔4与钻杆短接1下端的环形槽3之间用锁销连接，以构成同步转动周向控制；锁筒15上端螺纹连接锁套13内使锁筒15下端外部锥面凸台张大复位锁挂14下端的锥面弹性挂钩并锁紧，使复位锁挂14下端挂钩外部锥面凸台与壳体12内环形台阶挂接，以构成尾管同步转动轴向控制机构和尾管复位锁挂控制机构。井口投大球7与滑套8上端密封和下部复位锁挂机构联合构成液压解控机构。

组装连接时，在钻杆短接1与插入管5之间、插入管5与悬挂器锥套2之间、悬挂器锥套2与悬挂器中心管6之间、悬挂器双公短接11与壳体12之间、壳体12与尾管短接16之间、插入管5与滑套8、锁套13、壳体12之间分别装好密封环，以构成总体密封控制机构。

在钻杆短接1与悬挂器锥套2之间、插入管5与滑套8和锁套13之间分别装好锁销，以构成锁控机构。

在井口将尾管同步转动控制器及液压悬挂器总体与下部的尾管短接16下端螺纹密封连接尾管柱上端下入井内，再将总体上部的钻杆短接1上端螺纹密封连接钻杆柱下端，以构成尾管固井管柱下入井内实施尾管同步转动作业。

本发明实施方法中，尾管转动排阻及尾管转动注水泥实施方法：

a、转动尾管排除下入阻力：尾管同步转动控制器与悬挂器总体与下部尾管柱和上部钻杆柱构成的尾管固井管柱下入井内，下入过程中严禁猛提猛放或内部落物，中途遇阻时，在井口接方钻杆，用钻盘右旋转动钻柱带动尾管同步转动排除下入阻力，同时开泵循环协助排阻，控制钻压3～5t，转速30～50r/min，排量8～12L/s，泵压≯25MPa。

b、转动尾管注水泥：在地面组装时，插入管内不装球座以保持钻杆胶塞通径，尾管固井管柱入井到位，在井口接旋转水泥头注水泥、替泥浆、适时转动钻柱带动尾管同步转动搅动井浆，以提高顶替效率保证固井质量。

c、液压解控及上提判别：完成转动尾管注水泥施工后，从井口投大球7与滑套8上端吻合密封，用液压推动滑套8剪断锁销下行打开传压孔10进行液压悬挂作业，再加压推动锁套13剪断锁销使锁筒15下行退出锁紧控制，让复位锁挂14下部挂钩收缩复位脱离与壳体12之间的挂接，以解除同步转动轴向控制并释放尾管。在井口缓慢上提钻柱使钻杆短接1下端环形槽3向上脱离锁销的同步转动周向控制，上提高度为插入管5下端向上脱离与壳体12之间密封控制距离50～100mm，观察尾管柱内是否出现泄压，以判定尾管的同步转动控制和尾管挂接控制是否解除。

d、应急操作：如果上提钻柱高度足够，观察尾管固井管柱内未出现泄压，判断尾管不能正常脱挂时，可立即采取下放钻柱强行剪断同步转动控制的锁销恢复旋转倒扣功能，再进行旋转倒扣释放尾管。

Claims (7)

1.一种油气井尾管同步转动控制器，其特征在于：包括尾管同步转动周向控制机构、尾管同步转动轴向控制机构和尾管复位锁挂控制机构、液压悬挂控制机构、液压解控机构；

所述尾管同步转动周向控制机构包括：钻杆短接上端螺纹密封连接在钻杆柱下端，钻杆短接下端锁销连接悬挂器锥套，悬挂器锥套下端螺纹密封连接悬挂器中心管，悬挂器双公短接下端螺纹密封连接在壳体上端，壳体下端螺纹密封连接尾管短接上端，尾管短接下端螺纹密封连接尾管柱；所述钻杆短接下端圆周均布有向下开口的环形槽，悬挂器锥套设置有与环形槽对应的锁销孔，环形槽与锁销孔之间通过锁销连接，形成同步转动周向控制机构；

所述尾管同步转动轴向控制机构和尾管复位锁挂控制机构包括：钻杆短接下端内螺纹密封连接在插入管上端，插入管下端左旋螺纹连接在复位锁挂上端，插入管内复位锁挂之上锁销密封连接锁套，锁套内螺纹连接在锁筒上端，锁筒下端与复位锁挂下端挂钩锁紧时复位锁挂下端挂钩扩张使其外部台阶与壳体内台阶挂接；

所述液压悬挂控制机构包括：插入管内锁销密封连接封闭传压孔的滑套；

所述液压解控机构由滑套内的密封球与尾管复位锁挂控制机构配合形成；

所述复位锁挂下端设置有环形分布且带锥面凸台的弹性挂钩，锁筒下端外部为环形锥面凸台，壳体内台阶为环形锥面台阶，锁筒与锁套的螺纹紧扣时，锁筒下端外部锥面凸台推动复位锁挂的弹性挂钩张大与壳体内环形锥面台阶挂接并锁紧，形成同步转动轴向控制机构和尾管复位锁挂控制机构。

2.根据权利要求1所述的油气井尾管同步转动控制器，其特征在于：所述钻杆短接与插入管之间、插入管与悬挂器锥套之间、悬挂器锥套与悬挂器中心管之间、悬挂器双公短接与壳体之间、壳体与尾管短接之间、插入管与滑套、锁套、壳体之间、滑套与球座之间分别设置有密封环，形成液压密封控制机构。

3.根据权利要求1所述的油气井尾管同步转动控制器，其特征在于：所述钻杆短接与悬挂器锥套之间、插入管与滑套和锁套之间、滑套与球座之间分别设置有锁销。

4.根据权利要求1所述的油气井尾管同步转动控制器，其特征在于：所述滑套内锁销密封连接球座，球座上端与球密封，与下部的尾管复位锁挂控制机构配合形成液压解控机构。

5.根据权利要求1所述的油气井尾管同步转动控制器，其特征在于：所述滑套上端与大球密封，与下部的尾管复位锁挂控制机构配合形成液压解控机构。

6.根据权利要求1所述的油气井尾管同步转动控制器的实施方法，其特征在于，包括：

a、转动尾管排除下入阻力：将尾管同步转动控制器与悬挂器组装成一体，在井口与尾管柱和钻杆柱连接成尾管固井管柱下入井内； 

b、转动尾管注水泥：如果施工要求转动尾管注水泥，地面组装时插入管内不装球座以保持钻杆胶塞通径，尾管固井管柱入井到位在井口接旋转水泥头注水泥、替泥浆、转动钻柱带动尾管同步转动搅动井浆；

c、液压解控及上提判别：尾管固井管柱下到位，从井口投球与球座吻合密封，或先实施转动尾管注水泥后从井口投大球与滑套吻合密封，用液压推动滑套剪断锁销下行打开传压孔进行液压悬挂作业，再加压推动锁套剪断锁销使锁筒下行退出锁紧控制，使复位锁挂下部挂钩收缩复位脱离与壳体之间的挂接，解除同步转动轴向控制并释放尾管，在井口缓慢上提钻柱使钻杆短接下端环形槽向上脱离锁销的同步转动周向控制，上提高度以插入管下端向上脱离与壳体之间密封控制的距离为参考进行，同时观察尾管柱内是否出现泄压，以判定尾管的同步转动控制和尾管挂接控制是否解除；

d、应急操作：如果上提钻柱高度足够，观察尾管固井管柱内未出现泄压，判断尾管不能正常脱挂时，可采取下放钻柱强行剪断同步转动周向控制的锁销恢复旋转倒扣，再进行旋转倒扣释放尾管。

7.根据权利要求6所述的油气井尾管同步转动控制器的实施方法，其特征在于：所述a步骤中，下入过程中遇阻时，在井口接方钻杆，用钻盘右旋转动钻柱带动尾管同步转动排除下入阻力，同时开泵循环协助排阻，控制钻压3～5t，转速30～50r/min，排量8～12L/s，泵压≯25MPa。

Images