CN102817575B - 具有自动控制与锚定功能的井下防喷器 - Google Patents
具有自动控制与锚定功能的井下防喷器 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及用于油气田在钻井过程中因井下发生井涌或井喷时的具有自动控制与锚定功能的井下防喷器。它能够在井下自动启动封井，又能根据需要及时使防喷器解封。其技术方案是：井下安全阀安装在钻杆上钻柱内，座封锚定装置安装在井下防喷器上，下接头与下部钻杆连接，外壁单向阀总成安装在外筒上，开启销钉安装在外筒和增压活塞上，外筒由下接头固定，增压活塞安装在中心管外；胶筒座与隔环紧密接触，外中心管下端与胶筒座接触，上端与锚定瓦锥体有间距，防喷密封胶筒与外中心管紧密接触，锚定瓦、中心管和锚定瓦套由上接头固定。本井下防喷器能在井下有效地防止井喷，能实现井涌时锚定、防喷，随钻工作，工作可靠，提高了钻井效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于油气田在钻井过程中因井下发生井涌或井喷时，用安装于井下防喷器壁上由阀控制的具有自动控制与锚定功能的井下防喷器。
背景技术
目前正在使用的井控防喷设备主要有安装于井口的外防喷器和安装于钻柱内的防喷器两大类，外防喷器主要是指井口防喷器组，常见的有：旋转防喷器、环形防喷器以及各种型号的闸板防喷器组合。钻柱内防喷器主要包括：方钻杆上，下旋塞、方钻杆防护阀、钻具回压阀、投入式止回阀及钻井液自动防喷阀等。上述类型的防喷器在井下发生剧烈井涌现象时，依赖于操作人员的经验和责任心，及时开启井上控制系统完成防喷器关井作业，以防止井喷事故发生。由于井下发生异常现象的信息通过介质传到井口需要一定的时间，此时井下环空可能已经因井涌而产生局部泥浆缺乏，加大了井下环空的压差，从而加深了控制井喷的难度。
自上世纪八十年代以来国内外已研制出密封方式、密封原理相异的各类井下防喷器。主要类型有：声波驱动井下防喷器、控制线防喷器、电控阀型井下防喷器等。上述防喷器均需要通过井下电控元件将检测到的异常信号传到井上后，通过井上控制来完成井下防喷工作，而电信号的获取与传输则存在一系列困难，至今难以推广。
目前，在用的井口外防喷器不能完成井下关井防喷，而钻柱内防喷器则仅能完成钻柱内的防喷而不能实现钻柱外环空的防喷，已研制出的各种电控与声波控制的井下防喷器则难以适应油气田开发生产的特殊环境要求，因此本发明研究将安装于井下防喷器壁上由阀自动控制且具有锚定于井壁（套管壁）能力的防喷器安装于钻柱上，随钻柱移动，当井下发生剧烈井涌异常现象时，具有保证在井下及时封井与锚定，防止井喷事故的发生。当需要进行正常钻井作业时，则可以通过井上操作就可以使防喷器解封，而无须提起钻柱，进行更换防喷器的操作，可以提高钻井效率。
发明内容
本发明的目的是：针对在用井口防喷器与已研制出的电控与声波控制的井下防喷器存在的问题，特提供一种安装在井下防喷器壁上的具有自动控制与锚定功能的井下防喷器，能够在井下自动启动封井，且又能根据需要及时使防喷器解封。
为了达到上述目的，本发明解决此技术问题所采用的技术方案是：具有自动控制与锚定功能的井下防喷器是由安装于钻杆上钻柱内的井下安全阀、安装于井下防喷器上座封锚定装置组成。其中，井下安全阀可根据需要选用。安装于井下防喷器上的座封锚定装置是由安装于井下防喷器上的上接头、下接头、外壁单向阀总成、开启销钉、密封圈组、增压活塞、外筒、胶筒座、中心管、防喷密封胶筒、隔环、外中心管、限位块、卡簧、卡簧座、解封销钉、卡簧套、锚定瓦套、锚定瓦锥体、锚定瓦、复位弹簧组成。
其结构特征是：一种具有自动控制与锚定功能的井下防喷器，是由井下安全阀、座封锚定装置组成，其特征在于：井下安全阀安装在钻杆上钻柱内；座封锚定装置安装在井下防喷器上，其下接头与下部钻杆连接，压在防喷器外筒上，外壁单向阀总成安装在外筒上，开启销钉安装在外筒和增压活塞上；外筒为阶梯圆筒，由下接头固定，增压活塞为阶梯圆筒，安装在中心管外，中心管上开有泄液孔；胶筒座为阶梯圆筒，增压活塞小端与胶筒座有一间隙，胶筒座与隔环紧密接触；外中心管为阶梯圆筒，安装在中心管外面，外中心管的下端与胶筒座接触，上端与锚定瓦锥体下端有间距；隔环、防喷密封胶筒、卡簧套安装在外中心管的外表面，其中防喷密封胶筒与外中心管紧密接触；每两个隔环与一个防喷密封胶筒硫化在一起，卡簧套下端与隔环上端面紧密接触；卡簧套为一阶梯形圆筒，上端内表面加工有油管锥螺纹，卡簧套下端内面装有一带锯齿形齿的短筒，短筒由套筒压紧固定于卡簧套下端内面上；卡簧由卡簧体、卡簧弹簧和卡簧爪组成，卡簧体的上端有一凸缘卡紧在卡簧座上端部下的外表面凹槽上，两者间有间隙，卡簧弹簧安装于卡簧体上紧压在卡簧爪上，卡簧爪的爪则卡在短筒的齿形平面上；解封销钉安装在卡簧座和外中心管上；限位块为一锥形短圆筒，安装在外中心管上部凸台上，与卡簧爪下部的斜面接触；锚定瓦套安装在锚定瓦锥体外面，下端用螺纹与卡簧套上端连接，压在套筒上，用套筒压在短筒上，套筒为剖分式阶梯圆筒，锚定瓦套上每隔90°上下各开有一个长方形孔，该孔中安装锚定瓦；锚定瓦锥体为阶梯型，安装在中心管的上部外表面上，锚定瓦锥体上端外表面为一圆锥筒，安装在锚定瓦下部的内斜面，与之紧密接触，锚定瓦上部内斜面与上接头下部锥形面紧密接触，锚定瓦中间开有四个圆柱形盲孔，上面安装复位弹簧；锚定瓦、中心管和锚定瓦套由上接头定位与固定。第一密封圈安装在增压活塞的下部内外表面上与中心管与外筒之间，第二密封圈安装在胶筒座下端的内外表面与中心管与外筒之间，第三密封圈安装在胶筒座上端面与隔环之间，第四密封圈安装在卡簧套与外中心管之间，第五密封圈和第六密封圈安装在锚定瓦锥体与中心管之间及与套筒之间。
本发明与现有技术相比，具有的有益效果是：（1）本防喷器结构简单，工作可靠；（2）能在井下自动有效地防止井喷；（3）安装于不同井深场合，随钻工作；（4）能实现井涌时锚定，防喷，又能通过井上解锁，节约了操作费用，提高了综合技术经济效益。
附图说明
图1为本发明具有自动控制与锚定功能的井下防喷器的结构示意图。
图2为井下防喷器总成中的外壁单向阀总成的结构示意图。
图3为井下防喷器总成中卡簧、卡簧套、限位块、短筒和套筒安装结构示意图。
图中： 1、下接头；2、外壁单向阀总成；3、开启销钉； 4、第一密封圈； 5、增压活塞；6、外筒；7、第二密封圈；8、胶筒座；9、中心管；10、第三密封圈；11、隔环；12、外中心管；13、防喷密封胶筒；14、短筒；15、套筒；16、第四密封圈；17、限位块；18、卡簧；19、卡簧座；20、解封销钉；21、卡簧套；22、第五密封圈；23、锚定瓦套；24、锚定瓦锥体；25、第六密封圈；26、锚定瓦；27、复位弹簧；28、上接头；29、安全阀；2-1、固定销；2-2、压盖；2-3、压帽；2-4、蝶形弹簧；2-5、挡板；2-6、锁紧销； 18-1、卡簧体；18-2、卡簧弹簧；18-3、卡簧爪。
具体实施方式
井下防喷器由钻柱内的安全阀29、防喷器座封锚定装置组成，如图1所示。钻柱内安全阀29将根据井深需要选用，安装在井下防喷器靠近钻头一端，其作用在于一旦发生井涌时，依靠此安全阀关闭钻柱内的环空，避免钻柱内泥浆上涌。防喷器座封锚定装置中，下接头1和上接头28保证防喷器中各零件的正确连接与固定；外筒6上安装的外壁单向阀总成2由固定销2-1、 压盖2-2、压帽2-3、蝶形弹簧2-4、挡板2-5和锁紧销2-6组成，当井下防喷器外环空的压力大于防喷器内外壁单向阀总成2的蝶形弹簧2-4的弹簧力时，泥浆通过压盖2-2上的孔挤压压帽2-3，蝶形弹簧2-4动作，井下防喷器外环空钻井液通过压帽2-3和蝶形弹簧2-4上的孔进入防喷器内，如图2所示；外壁单向阀总成2、开启销钉3、增压活塞5、外筒6、胶筒座8、中心管9、隔环11、外中心管12的作用在于在发生井涌时，确保胶筒座8推动防喷密封胶筒13变形膨胀，突出，与井壁（套管壁）紧密接触，实现外环空座封；隔环11两边分别与一个防喷密封胶筒13硫化在一起，其作用在于保证隔环11与防喷密封胶筒13的紧密连接，并将胶筒座8的压力传递到防喷密封胶筒13上；进入外壁单向阀总成2的泥浆在压差作用下推动增压活塞5剪断开启销钉3，增压活塞5向上运动，推动外中心管12上行，挤压锚定瓦锥体24上行，迫使锚定瓦26突出于锚定瓦套23，将防喷器在井壁（套管壁）上锚定；同时限位块17斜面向上挤压卡簧18下斜面，使卡簧18上的卡簧爪18-3与短筒14上的齿卡合，短筒14由套筒15和锚定瓦套23固定，如图3所示，阻止防喷密封胶筒13动作后回弹，保证防喷密封胶筒13与井壁（套管壁）紧密贴合，确保井下防喷器对井下外环空的座封；密封圈4、7、10、16、22和25密封各相应部位。
当需要解封时，通过上提钻杆，由于上接头28与锚定瓦套23，以及卡簧套21相连接，同时防喷密封胶筒13仍处于压缩密封外环空状态，在防喷密封胶筒13与井壁（套管壁）接触应力以及上提力的作用下，卡簧18对卡簧座19施加一个向上的作用力，剪断解封销钉20，卡簧18复位，此时防喷密封胶筒13在自身回弹力的作用下复位，同时外中心管12下行，锚定瓦26在复位弹簧27作用下复位，锚定瓦锥体24在自身重力及机械装置的作用下下行，锚定装置复位，井下外环空完成解封。
增压活塞5可提供远大于泥浆压力，推动胶筒座8运动；胶筒座8进而推动外中心管12运动；中心管9上开有小孔，以便增压活塞5剪断开启销钉3后，存于环形空间的残余液体流入中心管9的内腔，保证增压活塞5的运动；限位块17向上运动时挤压卡簧18下斜面，使卡簧18上的卡爪18-3与卡簧套21内短筒14上的卡齿逐齿卡合；解封时限位块17复位，限制卡簧18的复位行程；复位弹簧27则为锚定瓦26复位提供动力。
其工作原理如下：当出现井涌或井喷时，井下防喷器启动，装于钻柱内的井下安全阀在钻柱内外压差作用下，安全阀29关闭，密封住钻柱内环空。此时钻井液经钻柱外环空向上反涌，井下防喷器外环空的压力大于防喷器内部压力，当压差达到某一预定值后，钻井液压迫安装于钻杆下部与井下防喷器下接头1连接的外筒上的外壁单向阀总成2内的蝶形弹簧2-4动作，井下防喷器外环空钻井液通过外壁单向阀总成2的压帽2-3进入防喷器内，作用于增压活塞5大端的压力迫使增压活塞5将固定于外筒6和增压活塞5上的开启销钉3剪断，增压活塞5上行通过中心管9上的孔排出增压活塞5上端的钻井液，同时增压活塞5推动胶筒座8上行，此时外中心管12在胶筒座8的推动下上行，推动锚定瓦锥体24上行，锚定瓦26在锚定瓦锥体24的推力作用下突出锚定瓦套23，将防喷器在井壁（套管壁）锚定。在锚定瓦26锚定防喷器的同时，安装于隔环11内的防喷密封胶筒13在胶筒座8的压力作用下变形膨胀，突出，与井壁（套管壁）紧密接触，实现座封井下外环空工作。在外中心管12上行过程中，卡簧座19固定于外中心管12上，卡簧18安装于卡簧座19上，在外中心管12上行运动时，限位块17随着上行，限位块17斜面向上挤压卡簧18上卡簧爪18-3的下斜面，卡簧爪18-3与卡簧套21内短筒14上的齿卡合，当防喷密封胶筒13将在自身弹力作用下回弹时，与短筒14上齿卡合的卡簧爪18-3阻止防喷密封胶筒13回弹，保证防喷器防喷密封胶筒13与井壁（套管壁）紧密贴合密封，实现井下防喷器对井下外环空的密封。卡簧18上的卡簧爪18-3与卡簧套21内短筒14上齿的卡合原理与棘轮棘爪工作原理相似。
当在井口操作完成压井工作后，需要解封时，通过上提钻杆，由于上接头28与锚定瓦套23，以及卡簧套21相连接，同时防喷密封胶筒13仍处于压缩密封外环空状态，在防喷密封胶筒13与井壁（套管壁）接触应力以及上提力的作用下，卡簧18对卡簧座19施加一个向上的作用力，当作用力达到一定的数值后，剪断解封销钉20，卡簧18复位，此时防喷密封胶筒13在自身的回弹力的作用下变形回位，外中心管12同时下行，锚定瓦26在复位弹簧27作用下回位，锚定瓦锥体24在自身重力及机械装置的作用下下行，锚定装置复位；安全阀29开启，井下外环空畅通，完成解封工作。该井下防喷器可以在井下多次完成防喷和解锁的动作，钻井工作可以继续进行，可以提高钻井效率，并从井下就有效地阻止了井喷发生的可能性，达到了本发明的目的。本发明可用于钻井和修井环境下实现防喷。
Claims (2)
1.具有自动控制与锚定功能的井下防喷器，是由井下安全阀、座封锚定装置组成，其特征在于：井下安全阀(29)安装在钻杆上钻柱内；座封锚定装置安装在井下防喷器上，其下接头(1)与下部钻杆连接，压在防喷器外筒(6)上，外壁单向阀总成(2)安装在外筒(6)上，开启销钉(3)安装在外筒(6)和增压活塞(5)上；外筒(6)为阶梯圆筒，由下接头(1)固定，增压活塞(5)为阶梯圆筒，安装在中心管(9)外，中心管(9)上开有泄液孔；座封锚定装置中，胶筒座(8)为阶梯圆筒，增压活塞(5)小端与胶筒座(8)有一间隙，胶筒座(8)与隔环(11)紧密接触；外中心管(12)为阶梯圆筒，安装在中心管(9)外面，外中心管(12)的下端与胶筒座(8)接触，外中心管(12)的上端与锚定瓦锥体(24)下端有间距；隔环(11)、防喷密封胶筒(13)、卡簧套(21)安装在外中心管(12)的外表面，其中防喷密封胶筒(13)与外中心管(12)紧密接触；每两个隔环(11)与一个防喷密封胶筒(13)硫化在一起，卡簧套(21)下端与隔环(11)上端面紧密接触；卡簧套(21)为一阶梯形圆筒，上端内表面加工有油管锥螺纹，卡簧套(21)下端内面装有一带锯齿形齿的短筒(14)，短筒(14)由套筒(15)压紧固定在卡簧套(21)下端内面上；锚定瓦套(23)安装在锚定瓦锥体(24)外面，锚定瓦套(23)下端用螺纹与卡簧套(21)上端连接，压在套筒(15)上，套筒(15)为剖分式阶梯圆筒，锚定瓦套(23)上每隔90°上下各开有一个长方形孔，该孔中安装锚定瓦(26)；锚定瓦锥体(24)为阶梯型，安装在中心管(9)的上部外表面上，锚定瓦锥体(24)上端外表面为一圆锥筒，安装在锚定瓦(26)下部的内斜面，与之紧密接触，锚定瓦(26)上部内斜面与上接头(28)下部锥形面紧密接触，锚定瓦(26)中间开有四个圆柱形盲孔，上面安装复位弹簧(27)；锚定瓦(26)、中心管(9)和锚定瓦套(23)由上接头(28)定位与固定；卡簧(18)由卡簧体(18-1)、卡簧弹簧(18-2)和卡簧爪(18-3)组成，卡簧体(18-1)的上端有一凸缘卡紧在卡簧座(19)上端部下的外表面凹槽上，卡簧弹簧(18-2)安装于卡簧体(18-1)紧压在卡簧爪(18-3)上，卡簧爪(18-3)的爪则卡在短筒(14)的齿形平面上；解封销钉(20)安装在卡簧座(19)和外中心管(12)上；限位块(17)为一锥形短圆筒，安装在外中心管(12)上部凸台上，与卡簧爪(18-3)下部的斜面接触。
2.根据权利要求1所述的井下防喷器，其特征在于：在增压活塞(5)的下部内外表面上与中心管(9)和外筒(6)之间设置第一密封圈(4)；在胶筒座(8)下端的内外表面与中心管(9)和外筒(6)之间设置第二密封圈(7)；在胶筒座(8)上端面与隔环(11)之间设置第三密封圈(10)；在卡簧套(21)与外中心管(12)之间设置第四密封圈(16)；在锚定瓦锥体(24)与中心管(9)之间设置第五密封圈(22)；在锚定瓦锥体(24)与套筒(15)之间设置第六密封圈(25)。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20150325 Termination date: 20150905 |
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| EXPY | Termination of patent right or utility model |