CN103061683A - 一种钻柱和完井筛管两用工具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及石油天然气钻井和完井技术的一种钻柱和完井筛管两用工具，它主要由钻柱本体，筛管本体，筛网，第一级剪切销钉，第二级剪切销钉，阀座本体和球阀组成。所述钻柱本体由钻柱孔，钻柱本体第一级销钉孔，钻柱本体一级内径，钻柱本体二级内径和钻柱本体内台肩组成；所述钻柱孔是由钻柱本体上一系列的径向螺旋孔组成；所述筛管本体由筛管下密封槽，筛管中密封槽，筛管上密封槽，环形间隙槽，筛管梯形孔，筛管一级内径，筛管二级内径，筛管第一级销钉孔和筛管第二级销钉孔组成，所述环形间隙槽内开有筛管梯形孔，筛管梯形孔是由一系列的径向梯形孔组成。本发明实现钻柱功能和完井筛管功能，结构紧凑，易于实施，加工方便，成本较低。

Description

一种钻柱和完井筛管两用工具

技术领域

本发明涉及石油天然气钻井和完井技术的一种钻柱和完井筛管两用工具，特别是深井和超深井的钻完井作业，可以省掉常规的起钻后再完井的重复性操作。

背景技术

目前，随着钻井技术的发展，即深井、超深井、水平井等的发展，对钻柱强度、质量要求越来越高，完井作业难度也越来越大，承担的风险也越来越高。而且近年来，我国含硫气田勘探开发的安全生产形势严峻，在国内江汉、新疆、胜利、华北、四川等油气田区相继发生了多起重特大井喷失控、硫化氢中毒事故，造成大量人员伤亡或导致大量群众疏散，给社会带来了严重不良影响。我国三高（高压、高产、高含硫）气田正处于大规模勘探开发初期，相关人员及装备的技术水平、质量和安全管理体系、含硫气田整体开发经验等方面和国外差距非常大，象这类油气田，如果钻完井后，取出钻柱再下入完井管柱进行完井，势必会增加更多和更大的风险，隐蔽性的安全隐患更多。另外在石油钻井的起钻过程中引起钻具折断落井、卡钻等事故时有发生，一旦出现这些事故，钻具组件落井，必须实施打捞作业，由于断裂不规整，处理成本较高，如果遇到高含硫化氢气层，可能发生井喷失控、硫化氢中毒事故，造成大量人员伤亡，带来重大的经济损失和安全隐患。

基于以上背景，本发明提出并设计了一种特殊的钻柱和完井筛管两用工具，特别是深井和超深井以及高含硫化氢气井的钻完井作业，可以省掉常规的起钻后再完井的重复性操作，大量缩短钻井和完井周期，减少各种可能的事故，同时节约大量的完井成本。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术不足，提供一种钻柱和完井筛管两用工具，省掉常规的起钻后再完井的重复性操作，特别是深井和超深井以及高含硫化氢气井的钻完井作业，可以大量缩短钻井和完井周期，减少事故，节约成本。采用本发明一种钻柱和完井筛管两用工具即在钻井完成后，不取出钻柱，将钻柱直接留在井中作为完井管柱。

本发明的技术方案是：本发明一种钻柱和完井筛管两用工具，主要由钻柱本体，筛管本体，筛网，第一级剪切销钉，第二级剪切销钉，阀座本体和球阀组成，实现钻柱功能和完井筛管功能；所述钻柱本体由钻柱孔，钻柱本体第一级销钉孔，钻柱本体一级内径，钻柱本体二级内径和钻柱本体内台肩组成；所述钻柱孔是由钻柱本体上一系列的径向螺旋孔组成，钻柱本体二级内径稍微大于钻柱本体一级内径，以便筛管本体进入钻柱本体二级内径后能自由落入。

所述筛管本体由筛管下密封槽，筛管中密封槽，筛管上密封槽，环形间隙槽，筛管梯形孔，筛管一级内径，筛管二级内径，筛管第一级销钉孔和筛管第二级销钉孔组成。所述环形间隙槽内开有筛管梯形孔，筛管梯形孔是由一系列的径向梯形孔组成，且每个筛管梯形孔内安装有筛网。

所述筛管二级内径稍微大于筛管一级内径，使阀座本体进入筛管二级内径后能够自由落入。所述筛管本体上安装有筛管下密封圈，筛管中密封圈，筛管上密封圈。

所述实现钻柱功能时，该工具内无球阀，筛管本体和阀座本体分别通过剪切销钉固定在钻柱本体和筛管本体上，环形间隙槽在钻柱本体的上部，被未开孔的钻柱本体密封住，而钻柱孔被筛管下密封槽和筛管中密封槽内安装的密封圈密封住，实现隔绝钻柱本体外部的流体，是一个完整的钻井管柱。

所述实现完井筛管功能时，通过球阀憋压力，筛管本体自动剪断第一级剪切销钉，筛管本体被推入钻柱本体底部，此时环形间隙槽在钻柱本体的下部，且环形间隙槽正对钻柱孔，实现打开地层流体和完井筛管之间的流体通道；继续增大球阀的憋压力，阀座本体自动剪断第二级剪切销钉，阀座本体被推入钻柱本体底部，实现由钻柱功能转换为完井筛管功能。

基于有限元数值模拟研究、计算机仿真技术研究，设计出了一种特殊的钻柱和完井筛管两用工具。通过有限元数值模拟研究，钻柱本体钻孔设计为螺旋布孔，以便提高钻柱的强度。

本发明优点是：

本发明是基于有限元数值模拟研究、计算机仿真技术研究，设计出了一种特殊的钻柱和完井筛管两用工具，通过有限元数值模拟研究，钻柱本体钻孔设计为螺旋布孔，以便提高钻柱的强度；主要优点体现在省掉了常规的起钻后再完井的重复性操作，特别是深井和超深井以及高含硫化氢气井的钻完井作业，可以大量缩短钻井和完井周期，减少事故，节约成本，即在钻井完成后，不取出钻柱，将钻柱直接留在井中作为完井管柱，通过球阀和地层泵压能够自动实现由钻柱功能转换为完井筛管功能。本发明结构紧凑，易于实施，加工方便，成本较低。

附图说明

图1是本发明一种钻柱和完井筛管两用工具的结构示意图。

图2是图1中位置A局部放大示意图。

图3是图1中位置B局部放大示意图。

图4是图1中位置C局部放大示意图。

图5是本发明的筛管本体结构示意图。

图6是本发明实现筛管功能的结构示意图。

图7是图6中D局部放大示意图。

图中：1.钻柱本体，2.筛管本体，3.筛网，4.第二级剪切销钉，5.第一级剪切销钉，6.阀座本体，7.球阀，8.筛管下密封圈，9.筛管下密封槽，10.钻柱孔，11.筛管中密封圈，12.筛管中密封槽，13.环形间隙槽，14.筛管梯形孔，15.环形槽，16.阀体密封圈，17.阀体密封槽，18.筛管上密封圈，19.筛管上密封槽，20.锥形阀座，21.筛管二级内径，22.筛管一级内径，23.筛管第二级销钉孔，24.钻柱本体第一级销钉孔，25.筛管第一级销钉孔，26.钻柱本体一级内径，27.钻柱本体二级内径，28.钻柱本体内台肩。

具体实施方式

下面结合附图说明本发明实施例：

如图1、图2、图3、图4、图5、图6和图7所示，本发明一种钻柱和完井筛管两用工具，主要由钻柱本体1，筛管本体2，筛网3，第二级剪切销钉4，第一级剪切销钉5，阀座本体6和球阀7组成。

如图1、图4和图6所示，所述钻柱本体1由钻柱孔10，钻柱本体第一级销钉孔24，钻柱本体一级内径26，钻柱本体二级内径27和钻柱本体内台肩28组成；钻柱孔10是由钻柱本体1上一系列的径向螺旋孔组成；钻柱本体二级内径27稍微大于钻柱本体一级内径26，以便筛管本体2进入钻柱本体二级内径27后能自由落入。

如图1、图2、图3、图4、图5和图7所示，所述筛管本体2由筛管下密封槽9，筛管中密封槽12，筛管上密封槽19，环形间隙槽13，筛管梯形孔14，筛管二级内径21，筛管一级内径22，筛管第二级销钉孔23，筛管第一级销钉孔25组成；筛管梯形孔14是由筛管本体2上一系列的径向梯形孔组成；筛管二级内径21稍微大于筛管一级内径22，以便阀座本体6进入筛管二级内径21后能够自由落入；筛管本体2上安装有筛管下密封圈8，筛管中密封圈11，筛管上密封圈18。每个筛管梯形孔14内安装有筛网3。

如图1和图2所示，所述阀座本体6由环形槽15，阀体密封槽17，锥形阀座20构成，阀座本体6的阀体密封槽17内安装有阀体密封圈16。

如图1所示，图1是本发明用做钻井工具的钻柱，实现钻柱功能，通过钻柱本体1传递钻压和扭矩，筛管本体2处于钻柱本体一级内径26内，并在筛管第一级销钉孔25内通过第一级剪切销钉5固定在钻柱本体1上，阀座本体6通过环形槽15内的第二级剪切销钉4固定于筛管第二级销钉孔23内，此时筛管本体2上的环形间隙槽13被钻柱本体一级内径26、筛管中密封圈11和筛管上密封圈18密封住，钻柱本体1上的钻柱孔10被筛管下密封圈8，筛管中密封圈11和筛管本体2密封住，外部流体不能进入钻柱内通道，在本发明用实施钻柱功能，没有安装球阀7，保证钻柱内流道畅通。

如图1、图6和图7所示，在本发明用做完井筛管工具时，在井口投入球阀7，在流体压力和球阀7的重力作用下，球阀7落入锥形阀座20上并堵塞流体通道，随着地面泵压增加到第一级剪切销钉5的剪切强度时，剪断第一级剪切销钉5，同时在泵压作用下，筛管本体2、阀座本体6随球阀7被推入钻柱本体二级内径27内。当筛管本体2的下端顶住钻柱本体内台肩28后，随着地面泵压增加到第二级剪切销钉4的剪切强度时，剪断第二级剪切销钉4，同时在泵压作用下，阀座本体6随球阀7被从筛管一级内径22内推入筛管二级内径21内，至到阀座本体6下端顶住钻柱本体内台肩28为止，见图6所示。

如图6和图7所示，图6是本发明用做完井筛管工具时的结构位置示意图，此时球阀7将钻柱内通道堵住，实现完井筛管工具功能，环形间隙槽13与钻柱本体1上的钻柱孔10连通，环形间隙槽13的下端和上端分别由筛管中密封圈11和筛管上密封圈18密封住，地层流体只能通过钻柱孔10和筛网3进入筛管本体2内通道，由于球阀7将筛管本体2的下通道封堵，因此流体只能向上流动，通过钻柱内通道将采出流体输送到地面设备。

工作原理和功能：

本发明在钻柱功能时，在钻井过程中，该工具内无球阀7，保证钻柱内流道畅通。筛管本体2和阀座本体6分别通过第一级剪切销钉5和第二级剪切销钉4固定在钻柱本体1和筛管本体2上，使筛管本体2始终处于该工具的上端，此时钻柱本体1上的钻柱孔10被筛管下密封圈8，筛管中密封圈11和筛管本体2密封住，外部流体不能进入钻柱内通道，是一个完整的钻井管柱，实现钻柱功能，通过钻柱本体1传递钻压和扭矩。

本发明在完井筛管功能时，在井口投入球阀7，在流体压力和球阀7的重力作用下，球阀7落入锥形阀座20上并堵塞流体通道，随着地面泵压增加并剪断第一级剪切销钉5，同时在泵压作用下，筛管本体2随球阀7被推入钻柱本体二级内径27内至到下端顶住钻柱本体内台肩28后，继续增加地面泵压剪断第二级剪切销钉4，同时在泵压作用下，阀座本体6随球阀7进入筛管二级内径21内至到下端顶住钻柱本体内台肩28为止。此时球阀7将钻柱内通道堵住，实现完井筛管工具功能，环形间隙槽13与钻柱孔10连通，地层流体通过钻柱孔10和筛网3，筛网3将地层流体内的砂粒过滤掉后，流体进入筛管本体2内通道，由于球阀7将筛管本体2的下通道封堵，因此流体只能向上流动，通过钻柱内通道将采出流体输送到地面设备。

Claims (4)

1.一种钻柱和完井筛管两用工具，主要由钻柱本体（1），筛管本体（2），筛网（3），第二级剪切销钉（4），第一级剪切销钉（5），阀座本体（6）和球阀（7）组成，其特征在于：所述钻柱本体（1）由钻柱孔（10），钻柱本体第一级销钉孔（24），钻柱本体一级内径(26)，钻柱本体二级内径（27）和钻柱本体内台肩（28）组成；钻柱孔（10）是由钻柱本体（1）上一系列的径向螺旋孔组成；所述筛管本体（2）主要由筛管下密封槽（9），筛管中密封槽（12），筛管上密封槽（19），环形间隙槽（13），筛管梯形孔（14），筛管二级内径（21），筛管一级内径（22），筛管第二级销钉孔（23），筛管第一级销钉孔（25）组成；筛管梯形孔（14）是由筛管本体（2）上一系列的径向梯形孔组成；筛管本体（2）上安装有筛管下密封圈（8），筛管中密封圈（11），筛管上密封圈（18），每个筛管梯形孔（14）内安装有筛网（3）；通过球阀（7）憋压力，筛管本体（2）自动剪断第一级剪切销钉（5），筛管本体（2）被推入钻柱本体（1）底部，继续增大球阀（7）的憋压力，阀座本体（6）自动剪断第二级剪切销钉（4），阀座本体（6）被推入钻柱本体（1）底部，实现由钻柱功能转换为完井筛管功能。

2.根据权利要求1所述的一种钻柱和完井筛管两用工具，其特征在于：钻柱本体二级内径(27)稍微大于钻柱本体一级内径(26)，钻柱本体内台肩（28）能够顶住筛管本体（2）和阀座本体（6）；筛管二级内径（21）稍微大于筛管一级内径（22）；所述阀座本体（6）由环形槽（15），阀体密封槽（17），锥形阀座（20）构成，阀座本体（6）的阀体密封槽（17）内安装有阀体密封圈（16）。

3.根据权利要求1或2所述的一种钻柱和完井筛管两用工具，其特征在于：在钻柱功能时，环形间隙槽（13）在钻柱本体（1）的上部，被未开孔的钻柱本体（1）密封住，而下部钻柱孔（10）被筛管下密封槽（9）和筛管中密封槽（12）内安装的筛管下密封圈（8）和筛管中密封圈（11）密封住，实现隔绝钻柱本体（1）外部的流体。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种钻柱和完井筛管两用工具，其特征在于：在完井筛管功能时，环形间隙槽（13）在钻柱本体（1）的下部，且环形间隙槽（13）正对钻柱孔（10），实现打开地层流体和完井筛管之间的流体通道。

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