CN104314500A - 井下钻具解卡装置及井下钻具解卡方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及井下钻具解卡技术领域，是一种井下钻具解卡装置及 井下钻具解卡方法，该井下钻具解卡装置包括上接头、芯轴、下接头、浮动接头、胶筒和井下开关阀；上接头的下部内壁与芯轴的上部外壁固定安装在一起，芯轴的下部外壁与下接头的上部内壁固定安装在一起，在上接头与下接头之间的芯轴外壁上套装有浮动接头，在上接头与浮动接头之间的芯轴外壁上套装有胶筒，胶筒的上端与上接头的下端硫化在一起，胶筒的下端与浮动接头的上端硫化在一起，对应胶筒的芯轴上设置有径向的传压孔。采用本发明的井下钻具解卡装置和井下钻具解卡方法，能够快速的进行解卡，避免钻具在井内静止时间过长使事故复杂化，也不会对地层造成影响，保证后续施工顺利进行。
Description
技术领域
本发明涉及井下钻具解卡技术领域，是一种井下钻具解卡装置及井下钻具解卡方法。
背景技术
钻井工程是一项极其复杂的工程，在钻进不断加深井眼的过程中，由于地质构造的复杂和不可预见的因素，钻井液性能与井内情况的不吻合及其滞后性、措施不当、检查不当、操作不慎等原因都有可能造成卡钻事故的发生，所谓卡钻就是钻具不能在井内进行自由活动的现象。当发生卡钻时，会严重影响井下的钻进作业，尤其是压差卡钻，此时处理需果断，不能因人为的原因使钻具在井内静止时间过长，使事故复杂化，目前针对压差卡钻的主要解决方法是通过U形管或使用解卡剂，若是使用U形管，在决定使用U形管之前，首先需检查井控和井眼稳定性的问题，这些分析检查无形中延长了钻具在井内的静止时间，若使用解卡剂，则会对地层造成一定程度的影响。
发明内容
本发明提供了一种井下钻具解卡装置及井下钻具解卡方法，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决目前针对压差卡钻的处理手段不理想的问题。
本发明的技术方案之一是通过以下措施来实现的：一种井下钻具解卡装置，包括上接头、芯轴、下接头、浮动接头、胶筒和井下开关阀；上接头的下部内壁与芯轴的上部外壁固定安装在一起，芯轴的下部外壁与下接头的上部内壁固定安装在一起，在上接头与下接头之间的芯轴外壁上套装有浮动接头，在上接头与浮动接头之间的芯轴外壁上套装有胶筒，胶筒的上端与上接头的下端硫化在一起，胶筒的下端与浮动接头的上端硫化在一起，对应胶筒的芯轴上设置有径向的传压孔，下接头的下部外壁与井下开关阀的上部内壁固定安装在一起。
下面是对上述发明技术方案之一的进一步优化或/和改进：
上述井下开关阀包括筒体、阀座、轨道循环套、阀体和压缩弹簧；下接头的下部外壁与筒体的上部内壁固定安装在一起，在筒体的下部内壁上一体固定有环形凸台，阀座的内部有与筒体内腔相连通的阀孔，在环形凸台上方的筒体内固定安装有轨道循环套，在轨道循环套上沿圆周设置有至少一个的导向轨道，导向轨道包括依序连通的有压封闭轨道、无压开通轨道、有压开通轨道和回原轨道，有压封闭轨道长度分别大于无压开通轨道、有压开通轨道和回原轨道的长度，有压封闭轨道、无压开通轨道、有压开通轨道和回原轨道组成W形的导向轨道，筒体的内腔中安装有阀体，阀体的下端一体固定有阀杆，阀杆的下端一体固定有能使阀孔封闭的阀头，阀体的侧壁上设置有导向销，导向销的外端安装在导向轨道内并能沿导向轨道移动，在环形凸台下方的筒体内固定安装有阀座，在阀体的下端与阀座的上端之间的阀杆和阀头外侧安装有压缩弹簧。
上述在轨道循环套上沿圆周均匀设置有至少三个的导向轨道。
上述阀头的下端呈圆弧状。
上述在浮动接头的内壁上固定安装有密封圈，在上接头与胶筒之间固定安装有密封圈，在筒体与阀座之间固定安装有密封圈。
上述上接头的下部内壁与芯轴的上部外壁通过螺纹固定安装在一起，芯轴的下部外壁与下接头的上部内壁通过螺纹固定安装在一起，下接头的下部外壁与筒体的上部内壁通过螺纹固定安装在一起，在环形凸台下方的筒体内通过螺纹固定安装有阀座。
本发明的技术方案之一是通过以下措施来实现的：一种使用井下钻具解卡装置进行井下钻具解卡的方法，按下述方法进行：第一步，当事故井发生卡钻时，根据公式P
大
=（钻井液密度-地层水密度）×g×h计算出降低的最大压差P
大
，其中，g=0.0098，h=实际井深；第二步，根据最大压差P
大
，然后根据公式H
封
=P
大
/ρg计算出封隔位置，其中，ρ=原钻井液密度，ρ的单位是g/cm
3
，g=0.0098；第三步，利用测卡车在井下H
封
处爆松钻杆，提出钻具；第四步，按照方钻杆、钻杆、井下钻具解卡装置、随钻和对扣接头的顺序连接好钻具，下至鱼头位置，记录对扣前大钩的悬重W
1
，然后连接鱼头，与鱼头对口成功后，下压钻具5t至10t，开泵，阀体在液压的作用下沿有压封闭轨道下移关闭阀座，使井下开关阀关闭后憋压至15MPa至20MPa，此时，液压通过传压孔进入胶筒，浮动接头上移，胶筒在液压的作用下膨胀实现坐封，此时钻具内所憋压力保持不变，上提钻具，当大钩悬重为W
1
时，井底与地层之间开始降低压差，大钩悬重为W
2
时，两者之间压差为最大，此时，可能解卡，然后进行泄压，阀体沿无压开通轨道上移，胶筒还原，再继续上提钻具，检验是否解卡成功，若是没有解卡，继续此步骤操作过程，直至解卡成功，其中，W
2
= W
1
+W
3
+F，W
3
=胶筒封隔之后胶筒以上钻具内外泥浆的重量，F=胶筒与套管内壁之间的摩擦力。
采用本发明的井下钻具解卡装置和井下钻具解卡方法，能够快速的进行解卡，避免钻具在井内静止时间过长使事故复杂化，也不会对地层造成影响，保证后续施工顺利进行。
附图说明
附图1为本发明中井下钻具解卡装置最佳实施例的主视半剖视结构示意图。
附图2为本发明中导向轨道圆周展开示意图。
附图3为本发明中阀体端面示意图。
附图4为本发明中进行钻具解卡时上提吨位与压差变化曲线图。
附图中的编码分别为：1为上接头，2为芯轴，3为下接头，4为浮动接头，5为胶筒，6为传压孔，7为筒体，8为环形凸台，9为阀座，10为阀孔，11为轨道循环套，12为有压封闭轨道，13为无压开通轨道，14为有压开通轨道，15为回原轨道，16为阀体，17为阀杆，18为阀头，19为导向销，20为压缩弹簧，21为密封圈。
具体实施方式
本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。
在本发明中，为了便于描述，各部件的相对位置关系的描述均是根据说明书附图1的布图方式来进行描述的，如：上、下、左、右等的位置关系是依据说明书附图的布图方向来确定的。
下面结合实施例及附图对本发明作进一步描述：
实施例1，如附图1所示，该井下钻具解卡装置包括上接头1、芯轴2、下接头3、浮动接头4、胶筒5和井下开关阀；上接头1的下部内壁与芯轴2的上部外壁固定安装在一起，芯轴2的下部外壁与下接头3的上部内壁固定安装在一起，在上接头1与下接头3之间的芯轴2外壁上套装有浮动接头4，在上接头1与浮动接头4之间的芯轴2外壁上套装有胶筒5，胶筒5的上端与上接头1的下端硫化在一起，胶筒5的下端与浮动接头4的上端硫化在一起，对应胶筒5的芯轴2上设置有径向的传压孔6，下接头3的下部外壁与井下开关阀的上部内壁固定安装在一起。当井下开关阀关闭时，向芯轴2内注入压力，压力通过传压孔6进入胶筒5内部，使胶筒5膨胀形成坐封。
实施例2，作为上述实施例的优选，如附图1、2、3所示，井下开关阀包括筒体7、阀座9、轨道循环套11、阀体16和压缩弹簧20；下接头3的下部外壁与筒体7的上部内壁固定安装在一起，在筒体7的下部内壁上一体固定有环形凸台8，在环形凸台8上方的筒体7内固定安装有轨道循环套11，在轨道循环套11上沿圆周设置有至少一个的导向轨道，导向轨道包括依序连通的有压封闭轨道12、无压开通轨道13、有压开通轨道14和回原轨道15，有压封闭轨道12长度分别大于无压开通轨道13、有压开通轨道14和回原轨道15的长度，有压封闭轨道12、无压开通轨道13、有压开通轨道14和回原轨道15组成W形的导向轨道，筒体7的内腔中安装有阀体16，在环形凸台下方的筒体内固定安装有阀座，阀座9的内部有与筒体7内腔相连通的阀孔10，阀体16的下端一体固定有阀杆17，阀杆17的下端一体固定有能使阀孔10封闭的阀头18，阀体16的侧壁上设置有导向销19，导向销19的外端安装在导向轨道内并能沿导向轨道移动，在阀体16的下端与阀座9的上端之间的阀杆17和阀头18外侧安装有压缩弹簧20。导向轨道沿圆周的展开图如附图2所示，在附图2中，沿圆周设置有四组导向轨道；当第一次开泵时，阀体16沿有压封闭轨道12下移，井下开关阀关闭，这时进行井下憋压操作，泄压后阀体16在压缩弹簧20的作用下沿无压开通轨道13上移，当第二次开泵时，阀体16沿有压开通轨道14下移，此时，井下开关阀不能关闭，此时可以进行液体循环，停泵后阀体16在压缩弹簧20的作用下沿回原轨道15上移，此为阀体16的一个运动周期，阀体16通过在导向轨道内的重复运动，即能实现井下开关阀的循环开启和关闭。
实施例3，作为上述实施例的优选，如附图1、2所示，在轨道循环套11上沿圆周均匀设置有至少三个的导向轨道。设置有至少三组导向轨道，能够保证阀体16稳定的正常开启和关闭，不会发生歪移和晃动。
实施例4，作为上述实施例的优选，如附图1所示，阀头18的下端呈圆弧状。将阀头18的下端设置成圆弧状，能够使阀头18更好地与阀座9接触，以达到隔断密封的作用。
实施例5，作为上述实施例的优选，如附图1所示，为了增加密封性，在浮动接头4的内壁上固定安装有密封圈21，在上接头1与胶筒5之间固定安装有密封圈21，在筒体7与阀座9之间固定安装有密封圈21。
实施例6，作为上述实施例的优选，如附图1所示，上接头1的下部内壁与芯轴2的上部外壁通过螺纹固定安装在一起，芯轴2的下部外壁与下接头3的上部内壁通过螺纹固定安装在一起，下接头3的下部外壁与筒体7的上部内壁通过螺纹固定安装在一起，在环形凸台8下方的筒体7内通过螺纹固定安装有阀座9。螺纹连接方便安装于拆卸。
实施例7，该使用井下钻具解卡装置进行井下钻具解卡的方法，按下述方法进行：第一步，当事故井发生卡钻时，根据公式P
大
=（钻井液密度-地层水密度）×g×h计算出降低的最大压差P
大
，其中，g=0.0098，h=实际井深；第二步，根据最大压差P
大
，然后根据公式H
封
=P
大
/ρg计算出封隔位置，其中，ρ=原钻井液密度，ρ的单位是g/cm
3
，g=0.0098；第三步，利用测卡车在井下H
封
处爆松钻杆，提出钻具；第四步，按照方钻杆、钻杆、井下钻具解卡装置、随钻和对扣接头的顺序连接好钻具，下至鱼头位置，记录对扣前大钩的悬重W
1
，然后连接鱼头，与鱼头对口成功后，下压钻具5t至10t，开泵，阀体16在液压的作用下沿有压封闭轨道12下移关闭阀座9，使井下开关阀关闭后憋压至15MPa至20MPa，此时，液压通过传压孔6进入胶筒5，浮动接头4上移，胶筒5在液压的作用下膨胀实现坐封，此时钻具内所憋压力保持不变，上提钻具，当大钩悬重为W
1
时，井底与地层之间开始降低压差，大钩悬重为W
2
时，两者之间压差为最大，此时，可能解卡，然后进行泄压，阀体沿无压开通轨道上移，胶筒还原，再继续上提钻具，检验是否解卡成功，若是没有解卡，继续此步骤操作过程，直至解卡成功，其中，W
2
= W
1
+W
3
+F，W
3
=胶筒5封隔之后胶筒5以上钻具内外泥浆的重量，F=胶筒5与套管内壁之间的摩擦力。在进行上提过程中，上提吨位与压差变化关系如附图4所示。
实际操作时，可以根据井壁的实际情况，在进行上提过程中，可以在W
1
和W
2
之间分段上提，逐步降低压差，避免一次性降低压差过大，使其他复杂情况发生，不能长时间进行降压差作业，防止降压差时间过长导致井壁坍塌或缩径发生，本发明的井下钻具解卡装置入井后，严禁对钻具进行强拉硬扭等作业，如不能解卡，应将所下工具全部起出后，在进行下一步作业。
井下钻具解卡装置使用之前可以先进行调试，检查该井下钻具解卡装置是否能正常工作，调试方法为：将井下开关阀立放在平整地面上，用长扳手快速下压阀体16，然后注入清水看通道是否连通，不连通即为关闭，此时不连通为正常，之后快速松开扳手，此时阀体16会旋转；等阀体16在压缩弹簧20的作用下复位后，第二次用长扳手下压阀体16，再注入清水看通道是否连通，连通为开启，此时连通为正常，此调试可以重复；当井下开关阀关闭时，憋压2MPa至3MPa，看胶筒5是否膨胀，此时若胶筒5膨胀，直径变大，即为正常。
采用本发明的井下钻具解卡装置和井下钻具解卡方法，能够快速的进行解卡，避免钻具在井内静止时间过长使事故复杂化，也不会对地层造成影响，保证后续施工顺利进行。
以上技术特征构成了本发明的实施例，其具有较强的适应性和实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。
Claims (10)
1.一种井下钻具解卡装置，其特征在于包括上接头、芯轴、下接头、浮动接头、胶筒和井下开关阀；上接头的下部内壁与芯轴的上部外壁固定安装在一起，芯轴的下部外壁与下接头的上部内壁固定安装在一起，在上接头与下接头之间的芯轴外壁上套装有浮动接头，在上接头与浮动接头之间的芯轴外壁上套装有胶筒，胶筒的上端与上接头的下端硫化在一起，胶筒的下端与浮动接头的上端硫化在一起，对应胶筒的芯轴上设置有径向的传压孔，下接头的下部外壁与井下开关阀的上部内壁固定安装在一起。
2.根据权利要求1所述的井下钻具解卡装置，其特征在于井下开关阀包括筒体、阀座、轨道循环套、阀体和压缩弹簧；下接头的下部外壁与筒体的上部内壁固定安装在一起，在筒体的下部内壁上一体固定有环形凸台，阀座的内部有与筒体内腔相连通的阀孔，在环形凸台上方的筒体内固定安装有轨道循环套，在轨道循环套上沿圆周设置有至少一个的导向轨道，导向轨道包括依序连通的有压封闭轨道、无压开通轨道、有压开通轨道和回原轨道，有压封闭轨道长度分别大于无压开通轨道、有压开通轨道和回原轨道的长度，有压封闭轨道、无压开通轨道、有压开通轨道和回原轨道组成W形的导向轨道，筒体的内腔中安装有阀体，阀体的下端一体固定有阀杆，阀杆的下端一体固定有能使阀孔封闭的阀头，阀体的侧壁上设置有导向销，导向销的外端安装在导向轨道内并能沿导向轨道移动，在环形凸台下方的筒体内固定安装有阀座，在阀体的下端与阀座的上端之间的阀杆和阀头外侧安装有压缩弹簧。
3.根据权利要求2所述的井下钻具解卡装置，其特征在于在轨道循环套上沿圆周均匀设置有至少三个的导向轨道。
4.根据权利要求2或3所述的井下钻具解卡装置，其特征在于阀头的下端呈圆弧状。
5.根据权利要求2或3所述的井下钻具解卡装置，其特征在于在浮动接头的内壁上固定安装有密封圈，在上接头与胶筒之间固定安装有密封圈，在筒体与阀座之间固定安装有密封圈。
6.根据权利要求4所述的井下钻具解卡装置，其特征在于在浮动接头的内壁上固定安装有密封圈，在上接头与胶筒之间固定安装有密封圈，在筒体与阀座之间固定安装有密封圈。
7.根据权利要求2或3所述的井下钻具解卡装置，其特征在于上接头的下部内壁与芯轴的上部外壁通过螺纹固定安装在一起，芯轴的下部外壁与下接头的上部内壁通过螺纹固定安装在一起，下接头的下部外壁与筒体的上部内壁通过螺纹固定安装在一起，在环形凸台下方的筒体内通过螺纹固定安装有阀座。
8.根据权利要求6所述的井下钻具解卡装置，其特征在于上接头的下部内壁与芯轴的上部外壁通过螺纹固定安装在一起，芯轴的下部外壁与下接头的上部内壁通过螺纹固定安装在一起，下接头的下部外壁与筒体的上部内壁通过螺纹固定安装在一起，在环形凸台下方的筒体内通过螺纹固定安装有阀座。
9.根据权利要求4或5所述的井下钻具解卡装置，其特征在于上接头的下部内壁与芯轴的上部外壁通过螺纹固定安装在一起，芯轴的下部外壁与下接头的上部内壁通过螺纹固定安装在一起，下接头的下部外壁与筒体的上部内壁通过螺纹固定安装在一起，在环形凸台下方的筒体内通过螺纹固定安装有阀座。
10.一种使用如权利要求1或2或3或4或5或6或7或8或9井下钻具解卡装置进行井下钻具解卡的方法，其特征在于按下述方法进行：第一步，当事故井发生卡钻时，根据公式P大=（钻井液密度-地层水密度）×g×h计算出降低的最大压差P大，其中，g=0.0098，h=实际井深；第二步，根据最大压差P大，然后根据公式H封=P大/ρg计算出封隔位置，其中，ρ=原钻井液密度，ρ的单位是g/cm3，g=0.0098；第三步，利用测卡车在井下H封处爆松钻杆，提出钻具；第四步，按照方钻杆、钻杆、井下钻具解卡装置、随钻和对扣接头的顺序连接好钻具，下至鱼头位置，记录对扣前大钩的悬重W1，然后连接鱼头，与鱼头对口成功后，下压钻具5t至10t，开泵，阀体在液压的作用下沿有压封闭轨道下移关闭阀座，使井下开关阀关闭后憋压至15MPa至20MPa，此时，液压通过传压孔进入胶筒，浮动接头上移，胶筒在液压的作用下膨胀实现坐封，此时钻具内所憋压力保持不变，上提钻具，当大钩悬重为W1时，井底与地层之间开始降低压差，大钩悬重为W2时，两者之间压差为最大，此时，可能解卡，然后进行泄压，阀体沿无压开通轨道上移，胶筒还原，再继续上提钻具，检验是否解卡成功，若是没有解卡，继续此步骤操作过程，直至解卡成功，其中，W2= W1+W3+F，W3=胶筒封隔之后胶筒以上钻具内外泥浆的重量，F=胶筒与套管内壁之间的摩擦力。
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