CN103306634B - 一种滑套式井下防喷器及其应用 - Google Patents

一种滑套式井下防喷器及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种滑套式井下防喷器及其应用,属于石油钻井领域。该滑套式井下防喷器作为一个短节连接在钻杆上,正常钻进情况下,其作为钻杆的一部分,不工作;当发现溢流或井涌情况后,通过投球实现对该滑套式井下防喷器的控制,在井下实现对高压地层的及时封隔,并在封隔位置的上部建立新的循环;通过压井液替换受侵钻井液建立新的压力平衡后,解封并恢复正常循环,继续钻进。利用本发明实现了对钻进过程中高压地层的溢流进行及时有效封隔,同时实现了封隔位置之上的循环建立、解封、上部循环关闭并恢复正常循环等功能;本发明无需电磁或泥浆信号通信,具有结构简单,可靠性高的特点,且关井和解封作业操作灵活。

Description

一种滑套式井下防喷器及其应用
技术领域
[0001] 本发明属于石油钻井领域,特别是井控设备与井控技术领域,具体涉及一种滑套式井下防喷器及其应用,用于石油钻井过程中钻遇高压地层时在井下实现井筒内钻杆与环空封隔。
背景技术
[0002] 随着我国勘探开发领域的扩展,钻井地质环境更加复杂,存在地层压力高、钻井液密度窗口窄、易发生喷漏同存等复杂情况,井控难度大,难以处理。井口防喷器固然能够满足需求,但是井口套压高,井控风险大。当发生溢流、井涌等情况时,通过早期井下关井,将溢流控制在源头,为后继井控作业提供时间和安全保障,大大降低井控风险。
[0003] 井下防喷器作为一种用于钻井过程中的井下井控工具,其主要功能是当发生井涌或井喷时,在井下能够实现关闭钻杆内外环空于溢流层位之上,并且在关闭钻杆内外环空后可在封隔位置之上循环压井液,用压井液替换原来井眼中的受侵钻井液,在井下压力得到平衡后,能开启井下防喷器并且不会影响后继正常钻进作业。
[0004] 目前该项技术在国外尚处于技术研究、理论分析阶段。自上个世纪80年代至2001年,共提出了三种井下防喷器的方案:旋塞阀井下防喷器、插板阀式井下防喷器、提升阀式井下防喷器。
[0005] 其中,旋塞阀井下防喷器是美国在上个世纪80年代发表专利(专利号为4712613)提出的,但是只有原理方案,没有研制样机。它的主要特点是:用泥浆脉冲传递控制信号、用电磁阀控制流道开启与关闭、钻井液作为动力源、旋塞阀封隔钻柱、可膨胀封隔器封隔环空。它的缺点是:解封后旋塞阀不能打开,不能建立正常循环。
[0006] 插板阀井下防喷器是美国上个世纪80年代发表专利(专利号为4367794)提出的,但是只有原理方案,没有研制样机。它的主要特点是:钻杆声波传递控制信号、电动螺旋机构作为动力源、插板封隔钻柱、可膨胀封隔器封隔环空、并设计有失效解决备用方案。它的缺点是:封隔位置之上无循环通道、插板阀不能承受高压、封隔器与环空保持畅通。
[0007] 挪威科技工业学院和挪威科技工业大学于上个世纪90年代至2001年期间提出了提升阀井下防喷器(专利号为5404953),给出了原理方案,研制了试验样机,在模拟井上进行了试验,之后未见新的进展。它的主要特点:泥浆脉冲传递控制信号、电动机械控制机构作为动力源、提升阀封隔钻柱、可膨胀封隔器封隔环空。它的缺点是封隔器不能锁定。
[0008]目前,国内外的井下防喷器都没有成熟的技术和设备。西南石油大学做了一些相关的调研和起步研究工作,针对国外井下防喷器进行了分析与论证,依据提升阀井下防喷器申请了两个专利:200910312467提升阀式井下内外一体式防喷器、201020037531提升阀式井下内外一体式防喷器。其中,专利200910312467为发明专利,专利201020037531为实用新型专利。它们可实现钻杆内外同时封隔,采用泥浆脉冲方式发送控制信号。它存在与国外提升阀式井下防喷器类似的缺点,具体如下:
[0009] (1)关井过程中橡胶体膨胀后不能锁定,即不能有效关井或不能承受较高的关井压力;
[0010] (2)信号传输方式的可靠性不够。
发明内容
[0011] 本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题,提供一种滑套式井下防喷器及其应用,可以随钻实时井下关井,将钻井中发生的溢流控制在最初的萌芽阶段,为后续压井作业提供更多的时间和安全保障,实现井控作业的安全。
[0012] 本发明是通过以下技术方案实现的:
[0013] —种滑套式井下防喷器,其包括本体3,所述本体3为圆筒结构,在所述本体3中部的外壁上安装有胶筒1,在所述本体3的内腔中安装有滑套2 ;
[0014] 在所述本体3下部的内壁上开有环形销钉槽,在每个所述环形销钉槽里装有环形销钉,所述环形销钉对滑套2起支撑作用;
[0015] 所述滑套2为圆筒结构,其外壁紧贴本体3的内壁;
[0016] 在所述滑套2的内壁上装有球座,所述球座通过球座销钉固定在滑套2内;
[0017] 所述滑套式井下防喷器进一步包括钢球,所述钢球的直径与球座的内径相配合,钢球落到球座上后实现对所述滑套式井下防喷器内腔的封隔。
[0018] 在所述本体3的壁上对应所述胶筒1处开有第一通道15,用于连通所述滑套式井下防喷器的内腔与胶筒1 ;在胶筒1上方的本体3的壁上开有第二通道16,用于连通所述滑套式井下防喷器的内腔与环空,所述环空是指所述滑套式井下防喷器与井壁4之间的环形空间;
[0019] 所述第一通道15和第二通道16的打开与关闭都由滑套2控制。
[0020] 所述本体3内壁上的所述环形销钉槽有四个,对应的,有四个环形销钉,从上至下依次为第一环形销钉9、第二环形销钉10、第三环形销钉11和第四环形销钉12,它们的强度从上至下逐渐升高;所述第一环形销钉9位于所述胶筒1的下方。
[0021] 在所述本体3的下端的内壁上设有向内突起的台阶,所述台阶位于所述第四环形销钉12的下方。所述台阶的作用是在第四环形销钉12被剪断后能够承接滑套2,使滑套2不再向下移动。
[0022] 所述球座包括大球座5和小球座7 ;所述球座销钉包括大球座销钉6和小球座销钉8 ;所述钢球包括大钢球13和小钢球14 ;
[0023] 所述大球座5通过大球座销钉6安装在所述滑套2上端的内壁上;
[0024] 所述小球座7通过小球座销钉8安装在所述滑套2下端的内壁上;
[0025] 所述大球座5的内径大于小球座7的内径;所述大钢球13的直径大于所述小钢球14的直径;
[0026] 所述大钢球13的直径与大球座5的内径相配合,大钢球13落到大球座5上后实现对所述滑套式井下防喷器内腔的封隔;
[0027] 所述小钢球14的直径与小球座7的内径相配合,小钢球14落到小球座7上后实现对所述滑套式井下防喷器内腔的封隔。
[0028] 在所述大球座5和小球座7之间的滑套2的壁上从上至下依次开有第一孔道17、第二孔道18和第三孔道19。
[0029] 在正常钻进的状态下,所述滑套2的下端面支撑在所述第一环形销钉9上,此时本体3上的第一通道15位于滑套2上的第三孔道19的下方,即第一通道15是关闭的,本体3上的第二通道16位于滑套2上的第一孔道17和第二孔道18之间,即第二通道16是关闭的;
[0030] 当第一环形销钉9被剪断后,滑套2下行,当其下端面移动到第二环形销钉10上并被支撑住时,此时本体3上的第一通道15与滑套2上的第三孔道19处于同一位置,两者连通,即第一通道15被打开,第二通道16仍位于滑套2上的第一孔道17和第二孔道18之间,即第二通道16仍是关闭的;当第一通道15被打开时,所述滑套式井下防喷器内的钻井液流入胶筒1中,在钻井液压力下,胶筒1扩张,实现对所述环空的封隔;
[0031] 当第二环形销钉10被剪断后,滑套2下行,当其下端面移动到第三环形销钉11上并被支撑住时,此时本体3上的第一通道15位于滑套2上的第二孔道18和第三孔道19之间,即第一通道15被关闭,实现封隔锁定,本体3上的第二通道16与滑套2上的第一孔道17处于同一位置,两者连通,即第二通道16被打开;
[0032] 当第三环形销钉11被剪断后,滑套2下行,当其下端面移动到第四环形销钉12上并被支撑住时,此时本体3上的第一通道15与滑套2上的第二孔道18处于同一位置,两者连通,即第一通道15被打开,本体3上的第二通道16位于滑套2上的第一孔道17的上方,即第二通道16被关闭;当第一通道15再次被打开时,胶筒1内的钻井液反排到所述滑套式井下防喷器的内腔中,实现环空解封。
[0033] 当第四环形销钉12被剪断后,滑套2下行,当其下端面移动到本体3下端的台阶上并被支撑住时,此时本体3上的第一通道15位于滑套2上的第一孔道17和第二孔道18之间,即第一通道15被关闭,实现解封锁定,本体3上的第二通道16仍位于滑套2上的第一孔道17的上方,即第二通道16仍是关闭的。
[0034] —种利用所述滑套式井下防喷器进行井下随钻封隔高压地层的方法,所述方法是在正常钻进情况下,将所述滑套式井下防喷器作为一个短节安装在钻杆上,作为钻杆的一部分,所述滑套式井下防喷器不工作;当发现溢流或井涌情况后,通过投球实现对所述滑套式井下防喷器的控制,在井下实现对高压地层的封隔,并在封隔位置之上建立新的循环;然后通过压井液替换受侵钻井液建立新的压力平衡后,通过再次投球憋压实现解封,并恢复正常循环,继续钻进。
[0035] 所述方法包括以下步骤:
[0036] 第一步,将所述滑套式井下防喷器安装在钻杆(又称为钻具或钻柱)上,正常钻进;
[0037] 第二步,当发现溢流或井涌情况后,停栗,将钻杆最下端的钻头提离井底,关井,即关闭井口环空,使井口环空密封起来;
[0038] 第三步,在井口投小钢球14到钻杆内,小钢球14在钻杆内下落并坐在所述滑套式井下防喷器的小球座7上,实现钻杆内的封隔;
[0039] 第四步,开栗,往钻杆内栗送钻井液憋压,钻杆内压力上升,当压力憋到5MPa时,小球座7下面的第一环形销钉9被剪断,滑套2下滑到第二环形销钉10的位置,即打开第一通道15,钻井液从所述滑套式井下防喷器的内腔流入胶筒1的内腔并使其向外膨胀,最后胶筒1贴紧井壁4,达到封隔环空的效果;此时钻杆内和环空都被封隔;
[0040] 第五步,继续加压到lOMPa后,第二环形销钉10被剪断,滑套2继续下滑到第三环形销钉11的位置,即关闭所述第一通道15,同时打开所述第二通道16 ;钻井液经过第二通道16从所述滑套式井下防喷器的内腔流入环空,在封隔位置之上建立新的循环;
[0041] 第六步,用压井液顶替环空封隔位置之上的受侵钻井液,直到在井底建立新的压力平衡;所述受侵钻井液是指地层流体与钻井液的混合物;所述压井液是指加重后的钻井液;
[0042] 第七步,封隔位置之上的受侵钻井液被顶替完毕后,关井,即关闭井口环空,使井口环空密封起来;同时立压加压到15MPa,第三环形销钉11被剪断,滑套2下滑到第四环形销钉12的位置,即关闭第二通道16,同时打开第一通道15,钻井液从胶筒1的内腔流入所述滑套式井下防喷器的内腔,实现环空解封;
[0043] 第八步,投入大钢球13,大钢球13在钻杆内下落并坐于大球座5上,通过往钻杆内栗送钻井液憋压到lOMPa,先剪断第四环形销钉12,使滑套2下滑到本体3下端的台阶上,关闭第一通道15,实现环空解封锁定;接着憋压到15MPa,剪断大球座销钉6,大钢球13和大球座5 —起下落到小钢球14及小球座7上,再次憋压到20MPa,剪断小球座销钉5,使大钢球13、小钢球14及其各自的球座一起同时下落,它们从所述滑套式井下防喷器的内腔中脱出,即恢复了所述滑套式井下防喷器内部的流通通道,实现钻杆内的解封,建立新的全井循环,将下部含地层流体的钻井液循环到地面,压井液充满全井,实现液柱压力和地层压力的平衡,继续安全钻井。
[0044] 所述第八步中,所述大钢球13、小钢球14及其各自的球座从所述滑套式井下防喷器的内腔中脱出后,最后自然下落到位于所述滑套式井下防喷器下方的打捞篮上,钻井液通过打捞篮的网眼向下流动;
[0045] 所述打捞篮为一网状结构装置,其固定在钻杆内壁上;大钢球13、小钢球14及其各自的球座就停留在该打捞篮里面,直到下次起钻时才取出这个两个钢球及其各自的球座。
[0046] 与现有技术相比,本发明的有益效果是:
[0047] (1)井下发生溢流时,利用本发明能控制钻杆内与环空流道的关闭与打开,实现了安全快速的井控作业;使用本发明时不影响正常钻井作业,可以实现早期井下关井,降低井控作业难度;在关井后上部能建立循环,井底压力平衡重建后,可以中断上部循环,实现封隔解封,恢复正常钻井作业;关井和解封作业操作灵活;
[0048] (2)本发明采用投球的方式实现了控制指令的传递,实现了目标层位的座封与解封,无需电磁或泥浆信号通信,因此克服了脉冲及电磁信号传输过程中衰减问题及相关设备复杂且故障率尚等冋题,大大提尚了工具的可靠性;
[0049] (3)本发明采用滑套的方式实现封隔胶筒与钻杆内部、环空与钻杆内部流通通道的控制,具有结构简单、容易操作、可靠性高的特点。
附图说明
[0050] 图1是处于钻井状态下的本发明滑套式井下防喷器。
[0051] 图2-1是处于座封状态下的本发明滑套式井下防喷器。
[0052] 图2-2是处于座封锁定状态下的本发明滑套式井下防喷器。
[0053] 图2-3是处于解封状态下的本发明滑套式井下防喷器。
[0054] 图2-4是处于解封锁定状态下的本发明滑套式井下防喷器。
[0055] 图2-5是处于恢复钻井状态下的本发明滑套式井下防喷器。
[0056] 图2-6是位于本发明滑套式井下防喷器下方的钢球接收处理装置即打捞篮的示意图。
[0057] 图中,1为胶筒,2为滑套,3为本体,4为井壁,5为大球座,6为大球座销钉,7为小球座,8为小球座销钉,9为第一环形销钉,10为第二环形销钉,11为第三环形销钉,12为第四环形销钉,13为大钢球,14为小钢球,15为第一通道,16为第二通道,17为第一孔道,18为第二孔道,19为第三孔道。
[0058] 图2-1至图2-6中的箭头表示流体的流动方向。
具体实施方式
[0059] 下面结合附图对本发明作进一步详细描述:
[0060] 如图1所示,本发明的滑套式井下防喷器连接在钻杆上,正常钻进情况下,其作为钻杆的一部分,不影响正常钻井作业;当发现溢流或井涌情况后,通过投球实现对该滑套式井下防喷器的控制,在井下实现对高压地层的快速封隔,并在封隔位置之上建立新的循环;通过压井液替换受侵钻井液建立新的压力平衡后,解封并恢复正常循环,继续钻进。
[0061] 本发明滑套式井下防喷器结构简单,可靠性高,包括本体3、滑套2、胶筒1、钢球及球座和环形销钉,具体如下:
[0062] (1)本体 3
[0063] 本体3是滑套式井下防喷器的主体,其外面承载胶筒1,内部承载滑套2。本体3上开有连通所述滑套式井下防喷器的内腔与胶筒1的第一通道15、连通所述滑套式井下防喷器的内腔与环空(所述滑套式井下防喷器与井壁4之间的空间)的第二通道16,两个通道的打开与关闭均由滑套2控制。
[0064] (2)滑套 2
[0065] 滑套2位于本体3的内腔中,为开有三组孔道的圆筒。通过与布置于本体3上的环形销钉的配合,实现第一通道15和第二通道16的打开与关闭。
[0066] (3)胶筒 1
[0067] 胶筒1外置于本体3外面。当第一通道15打开时,在钻井液压力下,胶筒1扩张,实现对地层封隔;胶筒1完全扩张后,第一通道15被关闭。当第一通道再次被打开时,胶筒1内流体反排到所述滑套式井下防喷器的内腔,实现解封。
[0068] (4)钢球及球座
[0069] 钢球是控制指令的传递媒介。钢球被投入到钻杆内并下沉。钢球落到滑套上的球座后,实现钻杆内腔封闭,因为所述滑套式井下防喷器是作为一个短节装在钻杆上的,所以两者的内腔是指同一个内腔。
[0070] (5)环形销钉
[0071] 环形销钉布置于本体内壁的销钉槽上,强度从上到下逐渐升高。钢球与球座配合密封钻杆内腔后,通过改变钻杆内压,实现滑套位置的控制。
[0072] 本发明滑套式井下防喷器的使用方法如下:
[0073] (1)将所述滑套式井下防喷器安装在钻杆(又称为钻具或钻柱)上,正常钻进,如图1所示;
[0074] (2)当发现溢流或井涌等情况后,停栗,上提钻杆到一定位置(将钻杆最下端的钻头提离井底即可,一般为几米),关井,即通过关闭井口防喷器,关闭井口环空,实现井口环空密封;
[0075] (3)在井口投小钢球14到钻杆内,小钢球14在钻杆内下落并坐在所述滑套式井下防喷器的小球座7上;
[0076] (4)开栗,往钻杆内栗送钻井液憋压(投入的钢球在井下防喷器的球座上堵塞了钻杆向下循环通道,通过往钻杆内栗钻井液就可以实现憋压了),钻杆内压力上升,当压力憋到5MPa时,小球座7下面的第一环形销钉9被剪断,滑套2下滑到第二环形销钉10的位置;如图2-1所示,此时本体3上的第一通道15与滑套2上的第三孔道19对齐,即打开第一通道15,钻井液从所述滑套式井下防喷器的内腔流入胶筒1的内腔并使其向外膨胀,最后贴紧井壁4,达到封隔环空的效果;
[0077] (5)继续加压到lOMPa后,第二环形销钉10被剪断,滑套2继续下滑到第三环形销钉11的位置,如图2-2所示,此时关闭所述第一通道15实现座封锁定,同时打开所述第二通道16 ;钻井液经过滑套式井下防喷器内部与环空之间的第二通道16流入环空,以便在封隔部位上面建立新的循环;
[0078] (6)用密度较大的压井液替换井眼中封隔位置之上的受侵钻井液(地层流体与钻井液的混合物),直到在井底建立新的压力平衡;
[0079] (7)封隔位置之上的受侵钻井液处理完毕后,关井,即通过关闭井口防喷器关闭井口环空,实现井口环空密封,同时立压加压到15MPa,第三环形销钉11被剪断,滑套2下滑到第四环形销钉12的位置,如图2-3所示,此时关闭滑套式井下防喷器内部与环空之间的第二通道16,同时打开滑套式井下防喷器内部与胶筒内腔之间的第一通道15 ;钻井液从胶筒1的内腔流入所述滑套式井下防喷器的内腔,实现环空解封;立压加压是指通过立管往钻杆内栗送钻井液实现憋压。
[0080] (8)如图2-4所示,投入大钢球13,大钢球13坐于大球座5上,通过立管往钻杆内栗送钻井液憋压到lOMPa,先剪断第四环形销钉12,使滑套2下滑到本体3下端的台阶上,关闭第一通道15,实现环空解封锁定;接着憋压到15MPa,剪断大球座销钉6,大钢球13和大球座5下落到小钢球及球座上,再次憋压到20MPa,剪断小球座销钉5,使大、小钢球及其球座一起同时下落,恢复所述滑套式井下防喷器内部的流通通道(如图2-5所示)。如图2-6所示,大、小钢球及其球座最后自然下落到位于所述滑套式井下防喷器下方的打捞篮(为一网状结构)装置上,钻井液通过打捞篮的网眼向下流动,建立新的全井循环,将下部含地层流体的钻井液循环到地面,压井液充满全井,实现液柱压力和地层压力的平衡,可以继续进行钻井作业。如图2-6所示,所述打捞篮为一网状结构装置,大、小钢球及其球座就停留在该打捞篮里面,钻井液通过网眼向下流动,该打捞篮不影响正常钻井循环,直到下次起钻时才取出这个两个钢球及其球座。
[0081] 随着油气勘探开发的不断深入,目前油气钻井的深度、难度不断增加,大多数井的压力大、温度高,井控问题日益突出,目前常用的井口防喷器关井处理措施难以满足需求。即关井后,地层流体仍然会继续侵入井筒一段时间,造成了井口套压高,井控难度大,井控风险高。因此现场急需一种快速有效的早期井下关井/地层封隔技术。可以满足该要求的井下防喷器将可实现对钻遇的高压地层及时有效封隔,大大降低井控难度和风险。因此,本发明将在石油钻井,尤其是探井中具有广泛的应用前景。
[0082] 上述技术方案只是本发明的一种实施方式,对于本领域内的技术人员而言,在本发明公开了应用方法和原理的基础上,很容易做出各种类型的改进或变形,而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法,因此前面描述的方式只是优选的,而并不具有限制性的意义。

Claims (9)

1.一种滑套式井下防喷器,其特征在于:所述滑套式井下防喷器包括本体(3),所述本体(3)为圆筒结构,在所述本体(3)中部的外壁上安装有胶筒(1),在所述本体(3)的内腔中安装有滑套(2); 在所述本体(3)下部的内壁上开有环形销钉槽,在每个所述环形销钉槽里装有环形销钉,所述环形销钉对滑套(2)起支撑作用; 所述滑套(2)为圆筒结构,其外壁紧贴本体(3)的内壁; 在所述滑套(2)的内壁上装有球座,所述球座通过球座销钉固定在滑套(2)内; 所述滑套式井下防喷器进一步包括钢球,所述钢球的直径与球座的内径相配合,钢球落到球座上后实现对所述滑套式井下防喷器内腔的封隔; 其中,在所述本体(3)的壁上对应所述胶筒(1)处开有第一通道(15),用于连通所述滑套式井下防喷器的内腔与胶筒(1);在胶筒(1)上方的本体(3)的壁上开有第二通道(16),用于连通所述滑套式井下防喷器的内腔与环空,所述环空是指所述滑套式井下防喷器与井壁(4)之间的环形空间; 所述第一通道(15)和第二通道(16)的打开与关闭都由滑套(2)控制。
2.根据权利要求1所述的滑套式井下防喷器,其特征在于:所述本体(3)内壁上的所述环形销钉槽有四个,对应的,有四个环形销钉,从上至下依次为第一环形销钉(9)、第二环形销钉(10)、第三环形销钉(11)和第四环形销钉(12),它们的强度从上至下逐渐升高;所述第一环形销钉(9)位于所述胶筒(1)的下方。
3.根据权利要求2所述的滑套式井下防喷器,其特征在于:在所述本体(3)的下端的内壁上设有向内突起的台阶,所述台阶位于所述第四环形销钉(12)的下方。
4.根据权利要求3所述的滑套式井下防喷器,其特征在于:所述球座包括大球座(5)和小球座(7);所述球座销钉包括大球座销钉(6)和小球座销钉(8);所述钢球包括大钢球(13)和小钢球(14); 所述大球座(5)通过大球座销钉(6)安装在所述滑套(2)上端的内壁上; 所述小球座(7)通过小球座销钉(8)安装在所述滑套(2)下端的内壁上; 所述大球座(5)的内径大于小球座(7)的内径;所述大钢球(13)的直径大于所述小钢球(14)的直径; 所述大钢球(13)的直径与大球座(5)的内径相配合,大钢球(13)落到大球座(5)上后实现对所述滑套式井下防喷器内腔的封隔; 所述小钢球(14)的直径与小球座(7)的内径相配合,小钢球(14)落到小球座(7)上后实现对所述滑套式井下防喷器内腔的封隔。
5.根据权利要求4所述的滑套式井下防喷器,其特征在于:在所述大球座(5)和小球座(7)之间的滑套(2)的壁上从上至下依次开有第一孔道(17)、第二孔道(18)和第三孔道(19)。
6.根据权利要求5所述的滑套式井下防喷器,其特征在于:在正常钻进的状态下,所述滑套(2)的下端面支撑在所述第一环形销钉(9)上,此时本体(3)上的第一通道(15)位于滑套(2)上的第三孔道(19)的下方,即第一通道(15)是关闭的,本体(3)上的第二通道(16)位于滑套(2)上的第一孔道(17)和第二孔道(18)之间,即第二通道(16)是关闭的; 当第一环形销钉(9)被剪断后,滑套(2)下行,当其下端面移动到第二环形销钉(10)上并被支撑住时,此时本体(3)上的第一通道(15)与滑套(2)上的第三孔道(19)处于同一位置,两者连通,即第一通道(15)被打开,第二通道(16)仍位于滑套(2)上的第一孔道(17)和第二孔道(18)之间,即第二通道(16)仍是关闭的;当第一通道(15)被打开时,所述滑套式井下防喷器内的流体流入胶筒(1)中,在流体压力下,胶筒(1)扩张,实现环空封隔; 当第二环形销钉(10)被剪断后,滑套(2)下行,当其下端面移动到第三环形销钉(11)上并被支撑住时,此时本体⑶上的第一通道(15)位于滑套(2)上的第二孔道(18)和第三孔道(19)之间,即第一通道(15)被关闭,实现封隔锁定,本体(3)上的第二通道(16)与滑套(2)上的第一孔道(17)处于同一位置,两者连通,即第二通道(16)被打开; 当第三环形销钉(11)被剪断后,滑套(2)下行,当其下端面移动到第四环形销钉(12)上并被支撑住时,此时本体(3)上的第一通道(15)与滑套(2)上的第二孔道(18)处于同一位置,两者连通,即第一通道(15)被打开,本体(3)上的第二通道(16)位于滑套(2)上的第一孔道(17)的上方,即第二通道(16)被关闭;当第一通道(15)再次被打开时,胶筒(1)内的钻井液反排到所述滑套式井下防喷器的内腔中,实现环空解封; 当第四环形销钉(12)被剪断后,滑套(2)下行,当其下端面移动到本体(3)下端的台阶上并被支撑住时,此时本体(3)上的第一通道(15)位于滑套(2)上的第一孔道(17)和第二孔道(18)之间,即第一通道(15)被关闭,实现解封锁定,本体(3)上的第二通道(16)仍位于滑套(2)上的第一孔道(17)的上方,即第二通道(16)仍是关闭的。
7.一种利用权利要求6所述的滑套式井下防喷器进行井下随钻封隔高压地层的方法,其特征在于:所述方法是在正常钻进情况下,将所述滑套式井下防喷器作为一个短节安装在钻杆上,作为钻杆的一部分,所述滑套式井下防喷器不工作;当发现溢流或井涌情况后,通过投球实现对所述滑套式井下防喷器的控制,在井下实现对高压地层的封隔,并在封隔位置之上建立新的循环;然后通过压井液替换受侵钻井液建立新的压力平衡后,通过再次投球憋压实现解封,并恢复正常循环,继续钻进。
8.根据权利要求7所述的井下随钻封隔高压地层的方法,其特征在于:所述方法包括以下步骤: 第一步,将所述滑套式井下防喷器安装在钻杆上,正常钻进; 第二步,当发现溢流或井涌情况后,停栗,将钻杆最下端的钻头提离井底,关井,即关闭井口环空,使井口环空密封起来; 第三步,在井口投小钢球(14)到钻杆内,小钢球(14)在钻杆内下落并坐在所述滑套式井下防喷器的小球座(7)上,实现钻杆内的封隔; 第四步,开栗,往钻杆内栗送钻井液憋压,钻杆内压力上升,当压力憋到5MPa时,小球座(7)下面的第一环形销钉(9)被剪断,滑套(2)下滑到第二环形销钉(10)的位置,即打开第一通道(15),钻井液从所述滑套式井下防喷器的内腔流入胶筒(1)的内腔并使其向外膨胀,最后胶筒(1)贴紧井壁(4),达到封隔环空的效果;第五步,继续加压到lOMPa后,第二环形销钉(10)被剪断,滑套(2)继续下滑到第三环形销钉(11)的位置,即关闭所述第一通道(15),同时打开所述第二通道(16);钻井液经过第二通道(16)从所述滑套式井下防喷器的内腔流入环空,在封隔位置之上建立新的循环;第六步,用压井液顶替封隔位置之上的受侵钻井液,直到在井底建立新的压力平衡;所述受侵钻井液是指地层流体与钻井液的混合物;所述压井液是指加重后的钻井液; 第七步,封隔位置之上的受侵钻井液被顶替完毕后,关井,即关闭井口环空,使井口环空密封起来;同时立压加压到15MPa,第三环形销钉(11)被剪断,滑套(2)下滑到第四环形销钉(12)的位置,即关闭第二通道(16),同时打开第一通道(15),钻井液从胶筒1的内腔流入所述滑套式井下防喷器的内腔,实现环空解封; 第八步,投入大钢球(13),大钢球(13)在钻杆内下落并坐于大球座(5)上,通过往钻杆内栗送钻井液憋压到lOMPa,先剪断第四环形销钉(12),使滑套⑵下滑到本体(3)下端的台阶上,关闭第一通道(15),实现环空解封锁定;接着憋压到15MPa,剪断大球座销钉(6),大钢球(13)和大球座(5) —起下落到小钢球(14)及小球座(7)上,再次憋压到20MPa,剪断小球座销钉(8),使大钢球(13)、小钢球(14)及其各自的球座一起同时下落,它们从所述滑套式井下防喷器的内腔中脱出,即恢复了所述滑套式井下防喷器内部的流通通道,实现钻杆内的解封,建立新的全井循环,将下部含地层流体的钻井液循环到地面,压井液充满全井,实现液柱压力和地层压力的平衡,继续安全钻井。
9.根据权利要求8所述的井下随钻封隔高压地层的方法,其特征在于:所述第八步中,所述大钢球(13)、小钢球(14)及其各自的球座从所述滑套式井下防喷器的内腔中脱出后,最后自然下落到位于所述滑套式井下防喷器下方的打捞篮上,钻井液通过打捞篮的网眼向下流动; 所述打捞篮为一网状结构装置,其固定在钻杆内壁上;大钢球(13)、小钢球(14)及其各自的球座就停留在该打捞篮里面,直到下次起钻时才取出这个两个钢球及其各自的球座。
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