CN104747117B - 一种井下防喷装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种井下防喷装置，包括封隔器和循环器。封隔器包括封隔器本体，在封隔器本体的内壁和外壁上分别设有第二滑套和封隔单元。而循环器包括具有循环孔的循环器本体及设在其内的第一滑套。其中，第二滑套能够促动封隔单元封隔环空。而第一滑套能在封隔单元封隔环空之后敞开循环孔，使得环空内的流体进到管内中。当处于封隔单元的上游的管内和环空内的流体的压力均能超过处于封隔单元的下游的流体的压力后，第一滑套封闭循环孔，并且第二滑套在流体作用下继续向下运动，从而促使封隔单元解封环空。根据本发明的井下防喷装置不仅可以较快地完成井下封隔，而且还可以封隔较大环空，从而降低钻井和井控作业的危险系数。

Description

一种井下防喷装置

技术领域

本发明涉及石油钻井技术领域，尤其涉及一种井下防喷装置。

背景技术

在钻井过程中，经常会钻遇到高压地层，尤其是深井、超深井或浅层气地质。当钻遇高压地层时，由于油层内外存在很大的压差，因此在即将钻穿的时候将出现溢流、井喷等危险情况。这些情况需要早发现、早处理，以防止钻井风险和危险事故的发生。然而，目前只使用两种防喷器，即井口防喷器和井下防喷器。其中，井口防喷器通常不能够及时防喷，造成井口压力过高，使得钻井井控作业的危险系数尤为偏高，从而不利于钻井井控技术的发展。而井下防喷器可以有效地避免井口防喷器的缺点，也就是实现溢流、井喷等危险情况的尽早封隔与处理，从而得到了广泛地应用。

然而，现有的井下防喷器由于盲目地追求封隔更大环空，导致使用时的可靠性变低，从而再次增加钻井井控作业的危险系数。例如，中国专利CN202645490公开了一种压缩膨胀滑套式井下防喷器。由于该井下防喷器同时敞开循环孔和封隔孔，使得封隔作业必须在环空和内空（俗称管内）憋压的条件下才能实现。但是环空憋压需要在井口处进行，导致憋压过程过于庞大和复杂，从而推迟了封隔作业所需时间，由此增加钻井和井控作业的危险系数。另外，由于中心滑块需要依靠下胶筒的尖端来推动，而且这尖端又较为狭小，使得下胶筒极易滑到中心滑块的外周，导致上胶筒与下胶筒无法发生径向叠加，从而不能完成封隔作业，也就无法实现井下防喷功能。

发明内容

本发明为了解决上述部分或全部问题，提供了一种井下防喷装置，其不仅可以较快地完成环空的封隔，而且还可以封隔较大环空，从而降低钻井和井控作业的危险系数。

本发明提供了一种井下防喷装置，其包括封隔器和循环器。封隔器包括封隔器本体，在封隔器本体内设有第二滑套，在封隔器本体的外壁上设有封隔单元。而循环器包括连接在封隔器本体的上游端的且具有循环孔的循环器本体，以及设在循环器本体内的用于封闭或敞开循环孔第一滑套。其中，第二滑套构造成能在流体作用下向下运动，从而促动封隔单元封隔环空；第一滑套构造成能在封隔单元封隔环空之后敞开循环孔，使得环空内的流体进到内空中；当处于封隔单元的上游的内空和环空内的流体的压力均能超过处于封隔单元的下游的流体的压力后，第一滑套封闭所述循环孔，并且第二滑套在流体作用下继续向下运动，从而促使封隔单元解封环空。

在一个实施例中，循环器本体还具有憋压孔，第一滑套包括整体式径向形成在第一滑套的外壁上的执行部，在执行部的两端分别形成了由循环器本体和第一滑套共同限定的容纳腔和与憋压孔相连通的憋压腔，容纳腔内设有弹性件。其中，当环空内的流体通过憋压孔和憋压腔作用在执行部上的压力小于弹性件的偏压力时，第一滑套处于封闭循环孔的第一位置。当环空内的流体通过憋压孔和憋压腔作用在执行部上的压力大于弹性件的偏压力时，执行部带动第一滑套运动到使得循环孔敞开的第二位置。

在一个实施例中，封隔器本体包括整体式径向形成在封隔器本体的外壁上的支撑部，第二滑套与封隔器本体通过第一和第二级剪切单元相连接，在第二滑套的侧壁上设有控制孔，封隔单元包括封隔筒及设置在封隔筒的下游端的推动套，推动套的内壁接合于支撑部的外周，并且在支撑部的两端分别形成有由封隔器本体和推动套共同限定的第一腔和第二腔，第二滑套的下游端内通过第三级剪切单元连接有憋压单元。其中，当内空憋压而使第一级剪切单元失效时，第二滑套滑动到使控制孔导通第一腔的第一工作位置，使得内空内的流体进入到第一腔内并作用于推动套使封隔筒封隔环空。当内空憋压至第二级剪切单元失效后，第二滑套滑动到使控制孔导通第二腔的第二工作位置，使得内空内的流体进入到第二腔内并作用于推动套使封隔筒解封环空。当内空憋压至第三级剪切单元失效后，憋压单元脱离第二滑套，从而导通内空。

在一个实施例中，憋压单元包括通过第三级剪切单元连接在第二滑套的下游端内的管状的球座，以及能够密封式设在球座的上游端的憋压球。

在一个实施例中，第一级剪切单元包括穿过第二滑套和封隔器本体的第一剪钉，第二级剪切单元包括穿过第二滑套和封隔器本体的第二剪钉，并且第二滑套和/或封隔器本体具有沿径向贯通的供第二剪钉沿轴向滑动的滑道。

在一个实施例中，封隔器本体包括从其内壁上沿径向向内延伸的用于定位第二滑套停留到第二工作位置处的凸起，凸起在径向上不超出第二滑套的内壁。

在一个实施例中，封隔器本体包括用于连通第一腔与内空的第一通孔，以及用于连通第二腔与内空的第二通孔，第二滑套的下游端到凸起的距离等于第一通孔到第二通孔的距离加上滑道的轴向长度。

在一个实施例中，在封隔筒的上游端设有用于把封隔筒固定在封隔器本体的外周上的固定件。

在一个实施例中，封隔筒包括多个沿轴向间隔开分布在封隔筒的外周上的用于辅助封隔筒膨胀的助胀环。

在一个实施例中，控制孔处于憋压单元的上游。

在一个实施例中，循环器本体与封隔器本体通过连接节相连，连接节的外周和循环器本体的外周及封隔单元的外周构造成相互齐平。

根据本发明的井下防喷装置，封隔作业只需要对内空憋压而不依赖于环空憋压，因此可以有效地、快速地完成井下环空的封隔，从而降低钻井和井控作业的危险系数。另外，该井下防喷装置在封隔筒的外周上设置了多个助胀环，其不仅可以增强封隔大环空的能力，还可以加快封隔速度。同时也可以增加封隔作业的可靠性。此外，根据本发明的井下防喷器的使用安全高效，利于实施推广应用。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1显示了根据本发明的井下防喷装置的结构示意图；

图2a示意性显示了根据本发明的井下防喷装置，此时该井下防喷装置处于钻井状态；

图2b示意性显示了根据本发明的井下防喷装置，此时该井下防喷装置处于抛球状态；

图2c示意性显示了根据本发明的井下防喷装置，此时该井下防喷装置处于封隔状态；

图2d示意性显示了根据本发明的井下防喷装置，此时该井下防喷装置处于解封状态；以及

图2e示意性显示了根据本发明的井下防喷装置，此时该井下防喷装置处于恢复状态。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，根据本发明的井下防喷装置100包括沿轴向依次连接的循环器50和封隔器51。其中，循环器50包括大致管状的循环器本体1。循环器本体1的上游用于连接钻具，而下游用于连接封隔器51。所述钻具为本领域技术人员熟知的，在此不作详细描述。

根据本发明，循环器本体1包括从上至下依次间隔开设置的憋压孔7和循环孔8，即循环孔8处于憋压孔7的下游。在循环器本体1的内部设有第一滑套4。第一滑套4包括整体式径向形成在其外壁上的执行部5。执行部5与循环器本体1的内壁相接合，并且能够在循环器本体1内沿轴向来回滑动。在执行部5的两端分别形成了由循环器本体1和第一滑套4共同限定了容纳腔2和憋压腔6。在容纳腔2内设有弹性件3，弹性件3优选为弹簧。在本申请中，所述的上游应理解为靠近井口的方向，而下游则为远离井口的方向。

憋压腔6与憋压孔7连通，使得形成在井下防喷装置100和井壁之间的环空B内的流体能够进入到憋压腔6。然而，当环空B内的流体通过憋压孔7和憋压腔6后作用在执行部5上的压力小于弹性件3的偏压力时，第一滑套4处于封闭循环孔8的第一位置。而当环空B内的流体通过憋压孔7和憋压腔6后作用在执行部5上的压力大于弹性件3的偏压力时，执行部5将带动第一滑套4运动到使得循环孔8敞开的第二位置。此时，允许环空8内的流体进入到循环器本体1内，然后再允许其进入到形成在循环器50和封隔器51内的内空A中。

根据本发明，封隔器51包括连接在循环器本体1的下游端的管状的封隔器本体13。循环器本体1与封隔器本体13可通过连接节9相连。连接节9的外周和循环器本体1的外周及封隔单元13的外周可采用大致齐平的构造，使得环空B沿轴向分布的内径趋近一致，由此可使环空B内的流体流动顺畅。

封隔器本体13包括整体形成在其外壁上的支撑部20，以及从其内壁上沿径向向内延伸的凸起25。凸起25可以用于控制第二滑套14的滑动距离，使其停留在第二工作位置，其在下文还有进一步地描述。在封隔器本体13的内部设有第二滑套14。第二滑套14与封隔器本体13通过第一级剪切单元10和第二级剪切单元12连接在一起。通过这种方式，可以实现第二滑套14在封隔器本体13内二级滑动，即沿轴向滑动两个固定距离。在第二滑套14的侧壁上设有控制孔18。

在图示实施例中，第一级剪切单元10包括沿径向穿过第二滑套14和封隔器本体13后把其固定连接起来的第一剪钉10a，这样可以在第一剪钉10a失效后解除第一级剪切单元10对第二滑套14的限制，从而允许其发生轴向滑动。而第二级剪切单元12包括穿过第二滑套14和封隔器本体13后并把其固定连接起来的第二剪钉12a。其中，第二滑套14和/或封隔器本体13可构造有沿径向贯通的供第二剪钉12a沿轴向滑动的滑道11。这样可以在第一剪钉10a失效后使第二滑套14发生轴向滑动，并且滑动距离等于滑道11的轴向长度。通过这种方式，就可以改变控制孔18的轴向位置，从而实现控制孔18的控制功能。

封隔器51还包括套接在封隔器本体13的外周上的封隔单元30。封隔单元30包括封隔筒16。封隔筒16优选为胶筒，其能够在轴向受压后发生径向膨胀，从而封隔环空B。为了增强封隔筒16封隔能力，可以在封隔筒16的外周上沿轴向间隔开地设置助胀环17。助胀环17可以有效地辅助封隔筒16膨胀，使其膨胀速度变快以及增加径向膨胀范围。

为了实现封隔筒16的轴向挤压，可通过固定件15把封隔筒16的上游端固定，并且在下游端设置了能够沿轴向挤压其的推动套26。推动套26的内壁接合于支撑部20的外周，并且在支撑部20的两端分别形成了由封隔器本体13和推动套26共同限定的第一腔19和第二腔22。第一腔19处于第二腔22的上游，这样进入到第一腔19内的流体可以推动推动套26朝向上游运动，而进入到第二腔22内的流体则可以推动推动套26朝向下游运动。封隔器本体13包括用于连通第一腔19与内空A的第一通孔19a，以及用于连通第二腔22与内空A的第二通孔22a。控制孔18通过第一通孔19a和第二通孔22a分别连通第一腔19和第二腔22。

容易理解，只有对内空A憋压才能实现各个剪切单元的依次失效，因此可以在第二滑套14的下游端设有憋压单元31。在一个实施例中，憋压单元31包括管状的球座23和能够密封式连接在球座23的上游端的憋压球21。其中，球座23可通过第三级剪切单元24固定在第二滑套14的下游端的内壁上，使得球座23和憋压球21能够在第三级剪切单元24失效后共同脱离第二滑套14，从而导通内空A。第三级剪切单元24例如包括穿过球座23和第二滑套14后把其固定在一起的第三剪钉24a。凸起25沿径向的延伸量不能超出第二滑套14的内壁，否则会阻碍球座23和憋压球21脱离第二滑套14。第二滑套14的下游端到凸起25的距离等于第一通孔19a到第二通孔22a的距离加上滑道11的轴向长度。这样才能够保证处于第二工作位置的第二滑套14使控制孔18与第二腔22连通。

以下参照图2a-2e对根据本发明的井下防喷装置100的工作过程进行详细描述。首先，图2a显示为处于钻井状态的井下防喷装置100，此时内空A和环空B分别导通，允许相同通道内的流体自由移动。待井下发现溢流和井喷现象后，迅速把憋压球21投放到内空A内，使其落入到球座23，密封内空A，参照图2b。

然后，不断地往内空A内注入流体并使其内部开始憋压，促使第一级剪切单元10失效，之后第二滑套滑14将滑动到第一工作位置、即图2c所示位置，此时导通控制孔18与第一腔19的位置，使得内空A内的流体能够进入到第一腔19并作用于推动套26推动封隔筒16封隔环空B。然后，以高压输送的方式把重液（流体）导入到环空B，从憋压孔7进入到憋压腔6内的流体作用于执行部5。当由流体作用到执行部5的力大于弹性件3的偏压力时，处于第一位置的第一滑套4将会滑动到使循环孔8敞开的第二位置、即图2c所示位置，实现重液和原钻井液的替换，利用重液平衡处于其底端高压流体（例如原油），以便防止井喷或溢流的发展。

待处于封隔筒16的上游的内空和环空内的流体（即重液）的压力均能超过处于封隔筒16的下游的流体（例如原油）的压力后，停止对环空B内的憋压，弹性件3通过偏压力作用于执行部5使第一滑套4滑动到封闭循环孔8的第一位置，即图2d所示位置。然而继续使内空A内憋压，直至第二级剪切单元12失效，第二滑套14将滑动到第二工作位置、即图2d所示位置，此时导通控制孔18和第二腔22的位置，使得内空A内的流体进入到第二腔22内并作用于推动套26下拉封隔筒16解封环空B。

然后，继续憋压至第三级剪切单元24失效，憋压单元31将脱离第二滑套14，导通内空A，从而恢复正常钻进作业，此过程参照图2d和2e。

根据本发明的井下防喷装置100，其封隔作业只需要对内空A憋压而不依赖于环空B憋压，因此可以有效地、快速地完成环空B的封隔，从而降低钻井和井控作业的危险系数。另外，该防喷装置100的封隔筒16的外周上设置了多个助胀环，其不仅可以增强封隔大环空的能力，还可以加快封隔速度。同时也可以增加封隔作业的可靠性。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (9)

1.一种井下防喷装置，包括：

封隔器，包括封隔器本体，在所述封隔器本体内设有第二滑套，在所述封隔器本体的外壁上设有封隔单元，所述封隔单元包括封隔筒，在所述封隔筒的上游端设有用于把所述封隔筒固定在所述封隔器本体的外周上的固定件，

循环器，包括连接在所述封隔器本体的上游端的且具有循环孔的循环器本体，以及设在所述循环器本体内的用于封闭或敞开所述循环孔第一滑套；

其中，所述第二滑套构造成能在流体作用下向下运动，从而促动所述封隔单元封隔环空，

所述第一滑套构造成能在所述封隔单元封隔环空之后敞开所述循环孔，使得所述环空内的流体进到内空中，

当处于所述封隔单元的上游的所述内空和环空内的流体的压力均能超过处于所述封隔单元的下游的流体的压力后，所述第一滑套封闭所述循环孔，并且所述第二滑套在流体作用下继续向下运动，从而促使所述封隔单元解封环空；

所述循环器本体还具有憋压孔，所述第一滑套包括整体式径向形成在所述第一滑套的外壁上的执行部，在所述执行部的两端分别形成了由所述循环器本体和第一滑套共同限定的容纳腔和与所述憋压孔相连通的憋压腔，所述容纳腔内设有弹性件，

其中，当所述环空内的流体通过所述憋压孔和憋压腔作用在执行部上的压力小于所述弹性件的偏压力时，所述第一滑套处于封闭所述循环孔的第一位置，

当所述环空内的流体通过所述憋压孔和憋压腔作用在执行部上的压力大于所述弹性件的偏压力时，所述执行部带动所述第一滑套运动到使得所述循环孔敞开的第二位置。

2.根据权利要求1所述的井下防喷装置，其特征在于，所述封隔器本体包括整体式径向形成在所述封隔器本体的外壁上的支撑部，所述第二滑套与封隔器本体通过第一和第二级剪切单元相连接，在所述第二滑套的侧壁上设有控制孔，所述封隔单元还包括设置在所述封隔筒的下游端的推动套，所述推动套的内壁接合于所述支撑部的外周，并且在所述支撑部的两端分别形成有由所述封隔器本体和推动套共同限定的第一腔和第二腔，所述第二滑套的下游端内通过第三级剪切单元连接有憋压单元，

其中，当所述内空憋压而使所述第一级剪切单元失效时，所述第二滑套滑动到使所述控制孔导通第一腔的第一工作位置，使得所述内空内的流体进入到所述第一腔内并作用于所述推动套使所述封隔筒封隔所述环空，

当所述内空憋压至所述第二级剪切单元失效后，所述第二滑套滑动到使所述控制孔导通所述第二腔的第二工作位置，使得所述内空内的流体进入到所述第二腔内并作用于所述推动套使所述封隔筒解封所述环空，

当所述内空憋压至所述第三级剪切单元失效后，所述憋压单元脱离所述第二滑套，从而导通所述内空。

3.根据权利要求2所述的井下防喷装置，其特征在于，所述憋压单元包括通过第三级剪切单元连接在所述第二滑套的下游端内的管状的球座，以及能够密封式设在所述球座的上游端的憋压球。

4.根据权利要求2所述的井下防喷装置，其特征在于，所述第一级剪切单元包括穿过所述第二滑套和所述封隔器本体的第一剪钉，所述第二级剪切单元包括穿过所述第二滑套和所述封隔器本体的第二剪钉，所述第二滑套和/或所述封隔器本体具有沿径向贯通的供所述第二剪钉沿轴向滑动的滑道。

5.根据权利要求4所述的井下防喷装置，其特征在于，所述封隔器本体包括从其内壁上沿径向向内延伸的用于定位所述第二滑套停留到第二工作位置处的凸起，所述凸起在径向上不超出所述第二滑套的内壁。

6.根据权利要求5所述的井下防喷装置，其特征在于，所述封隔器本体包括用于连通所述第一腔与所述内空的第一通孔，以及用于连通所述第二腔与所述内空的第二通孔，所述第二滑套的下游端到所述凸起的距离等于所述第一通孔到所述第二通孔的距离加上所述滑道的轴向长度。

7.根据权利要求2所述的井下防喷装置，其特征在于，所述封隔筒包括多个沿轴向间隔开分布在所述封隔筒的外周上的用于辅助所述封隔筒膨胀的助胀环。

8.根据权利要求2所述的井下防喷装置，其特征在于，所述控制孔处于所述憋压单元的上游。

9.根据权利要求1到8中任一项所述的井下防喷装置，其特征在于，所述循环器本体与封隔器本体通过连接节相连，所述连接节的外周和所述循环器本体的外周及封隔单元的外周构造成相互齐平。