CN104806192A - 一种提升阀偏心式井下防喷器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种提升阀偏心式井下防喷器，包括井下封隔短节，井下封隔短节主体为底部套有胶筒钻柱本体，钻柱本体内通孔的一侧设有空腔，空腔内设有提升阀执行机构，钻柱本体在空腔的上下两端分别设有循环流道和胶筒进液流道，循环流道依次将钻柱本体的通孔、空腔和钻柱外环空连通，胶筒进液流道依次将钻柱本体的通孔、空腔和胶筒的进液孔连通，提升阀执行机构包括第一提升阀和第二提升阀，第一提升阀和第二提升阀分别与循环流道和胶筒进液流道上的通道配合形成阀门并可以分别控制循环流道和胶筒进液流道的开闭。本发明拆卸维修方便，胶筒锁定可靠，解封不易变形。

Description

一种提升阀偏心式井下防喷器

技术领域

本发明属于石油钻井井控安全领域，具体涉及一种提升阀偏心式井下防喷器。

背景技术

石油钻探过程中时常会钻遇高压地层，特别是深井超深井或浅气层地层，目前石油钻井井控安全装置通常采用井口防喷器，这种方式会使地层流体过多进入井筒钻井液中，井口关井后套压很高，地层流体(油、气、水)一旦失去控制，就会导致井喷失控，造成钻井设备损坏，危及钻井人员安全、破坏油气资源、污染自然环境，导致油气井报废等严重后果。

针对井上防喷器的不足，人们设计出了井下防喷器，即将防喷器设置在井下的钻柱上进行封隔，这样可以及时进行井控作业，能有效的减小地层流体进入井筒中。中国专利CN202645506U公开了“一种脉冲阀式井下防喷器”，通过脉冲压力控制信号，由2组电动液压执行机构带动提升阀上下移动，实现钻柱内和环空的封隔；中国专利CN102226377A公开了“一种安装有井下防喷器的钻柱及其工作方法”，防喷器安装于钻柱中和点以上位置，防喷器处于受拉状态，采用下放管柱坐封，上提管柱解封，井下设置有预警处理系统，缺点是不能实现钻井全过程井下关井，只能在钻进过程中关井。

综上所述，目前的井下防喷器仍存在以下不足：1）胶筒膨胀后不能锁定，需要井下持续加压，不能形成有效关井或不能承受较高的关井压力；2）胶筒解封时容易出现变形损坏；3）井下防喷器的执行机构一般设在钻柱的钻孔内或者钻柱的内环空腔内，不易拆卸维修。

发明内容

本发明的发明目的是提供一种提升阀偏心式井下防喷器，该防喷器能够实现井下钻柱内和环空的迅速封隔和解封，胶筒的锁定稳定可靠、解封不易变形，拆卸维修方便快捷，操作简便。

为了解决上述的技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种提升阀偏心式井下防喷器，包括MWD通讯短节、井下封隔短节和钻柱内止回阀，MWD通讯短节和井下封隔短节依次与钻柱连接，钻柱内止回阀设在钻柱内部近钻头处；所述井下封隔短节的主体为带有通孔的钻柱本体，钻柱本体的底部套有胶筒，钻柱本体内通孔的一侧设有空腔，空腔内设有提升阀执行机构，钻柱本体在空腔的上下两端分别设有循环流道和胶筒进液流道，循环流道依次将钻柱本体的通孔、空腔和钻柱外环空连通，胶筒进液流道依次将钻柱本体的通孔、空腔和胶筒的进液孔连通，所述提升阀执行机构包括第一提升阀和第二提升阀，第一提升阀和第二提升阀分别与循环流道和胶筒进液流道上的通道配合形成阀门，第一提升阀和第二提升阀分别用于控制循环流道和胶筒进液流道的开闭。

作为本发明的进一步改进，所述的循环流道包括将钻柱本体的通孔和空腔连通的侧孔以及将空腔和钻柱外环空连通的L型孔，所述L型孔包括相互连通的竖孔和横孔，所述竖孔与空腔连通，所述横孔与钻柱外环空连通，第一提升阀与所述竖孔的开口处贴合时循环流道关闭，否则，循环流道打开；所述的胶筒进液流道包括将钻柱本体的通孔和空腔连通的侧孔以及将空腔和胶筒的进液孔连通的直孔，第二提升阀与所述直孔的开口处贴合时胶筒进液流道关闭，否则，胶筒进液流道打开。

作为本发明的进一步改进，所述第一提升阀与竖孔的配合端以及第二提升阀与直孔的配合端均为光滑的球状结构，所述球状结构的轴线与所配合孔的轴线重合，所述球状结构的直径大于所配合孔的直径。

作为本发明的进一步改进，所述球状结构的直径为与其配合的孔口的直径的1.5-2倍。

作为本发明的进一步改进，所述钻柱本体的外壁上有一块可拆卸的盖板，所述盖板的内侧正对提升阀执行机构。

作为本发明的进一步改进，所述提升阀执行机构还包括电池、控制单元、第一电机、第二电机、减速器和传动机构，电池与控制单元连接，控制单元分别与第一电机和第二电机的控制端连接，第一电机和第二电机的输出轴通过减速器和传动机构分别与第一提升阀和第二提升阀连接。

作为本发明的进一步改进，所述的传动机构包括螺母、螺杆和导向套，所述螺母的一端固定在减速器的输出轴上，螺母的另一端通过螺纹与螺杆的一端配合，螺杆的另一端固定第一提升阀或第二提升阀，螺母和螺杆设在导向套中，螺母上套有与导向套相配合的轴承，螺杆和导向套通过花键连接。

作为本发明的进一步改进，所述电池、控制单元、第一电机、第二电机和减速器均设在保护罩内，保护罩与导向套密封连接，螺杆上设有与导向套相配合的密封圈。

作为本发明的进一步改进，所述的胶筒为钢骨架裸眼封隔胶筒，包括胶筒上接头、外胶筒、钢骨架、内胆、胶筒下接头和密封套，内胆、钢骨架和外胶筒依次从内到外套在钻柱本体上，胶筒上接头和胶筒下接头套在钻柱本体上并分别设在外胶筒的上下两端，密封套套在钻柱本体上并固定在胶筒下接头底端。

作为本发明的进一步改进，所述胶筒上接头通过剪切销钉固定在钻柱本体上。

本发明的有益效果是：

1）提升阀执行机构偏心的安装在钻柱本体的一侧，安装快速方便，拆卸维修迅捷简单，延长了工具的使用寿命。

2）提升阀执行机构通过控制提升阀实现循环流道和胶筒进液流道的开闭—第一提升阀与所述竖孔的开口处贴合时循环流道关闭，否则，循环流道打开；第二提升阀与所述直孔的开口处贴合时胶筒进液流道关闭，否则，胶筒进液流道打开。操作简单，胶筒的锁定稳定可靠，解封不易变形。

3）循环流道和胶筒进液流道开设的通道少，结构简单，加工方便，孔口与球状结构的配合，贴合效果好，密封性高，控制球状结构与开口直径的比例在1.5-2之间，密封效果最好。

4）井下封隔短节配合钻柱内止回阀可以实现实现井下钻柱内和环空的迅速封隔以及压井循环后的解封。

5）当应急解封时，上提钻柱，剪断销钉，胶筒内液体进入环空，胶筒实现应急解封。

附图说明

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

图1是本发明的整体结构示意图。

图2是本发明的井下封隔短节的结构示意图。

图3是本发明的提升阀执行机构的结构示意图。

图4是本发明的传动机构的结构示意图。

图中：1-MWD通讯短节；2-井下封隔短节；3-钻柱内止回阀；4-钻头；21-钻柱本体；22-提升阀执行机构；23-盖板；24-胶筒；25-下接头；26-保护罩； 211-循环流道；212-胶筒进液流道；221-电池；222-控制单元；223-第一电机；224-第二电机；225-第一减速器；226-第二减速器；227-传动机构；228-第一提升阀；229-第二提升阀；241-胶筒上接头；242-内胆；243-外胶筒；244-钢骨架；245-胶筒下接头；246-密封套；2271-螺母；2272-轴承；2273-螺杆；2274-导向套；2275-密封圈。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图对本发明作详细的说明。

如图1所示，一种提升阀偏心式井下防喷器，包括MWD通讯短节1、井下封隔短节2和钻柱内止回阀3，MWD通讯短节1和井下封隔短节2依次与钻柱连接（MWD通讯短节1和井下封隔短节2通过螺纹连接），钻柱内止回阀3设置在钻柱内部近钻头4处。井下封隔短节2用于坐封环空以及建立胶筒24上部浆液循环，钻柱内止回阀3用于封隔钻柱内部，MWD通讯短节1用于井上井下通讯。本发明随钻工作，可重复利用，不必频繁更换防喷器。

如图2和图3所示，所述井下封隔短节2的主体为带有通孔的钻柱本体21（所述通孔与钻柱的通孔连通），钻柱本体21内通孔的一侧设有空腔，空腔内设有提升阀执行机构22，钻柱本体21在空腔的上下两端分别设有循环流道211和胶筒进液流道212，循环流道211依次将钻柱本体21的通孔、空腔和钻柱外环空连通，胶筒进液流道212依次将钻柱本体的通孔、空腔和胶筒24的进液孔连通，所述提升阀执行机构22包括第一提升阀228和第二提升阀229，第一提升阀228和第二提升阀229分别与循环流道211和胶筒进液流道212上的通道配合形成阀门，第一提升阀228和第二提升阀229分别用于控制循环流道211和胶筒进液流道212的开闭。如图2和图3所示，在本实施例中，所述钻柱本体21的外壁上有一块可拆卸的盖板23，所述盖板23的内侧正对提升阀执行机构22。提升阀执行机构22偏心的安装在钻柱本体21的一侧，安装快速方便，拆卸维修迅捷简单，延长了工具的使用寿命。

在本发明中，循环流道211和胶筒进液流道212开设通道的结构有很多种，为了加工方便，本实施例所采用的循环流道211和胶筒进液流道212开设的通道较少，结构简单：如图2和图3所示，所述的循环流道211包括将钻柱本体21的通孔和空腔连通的侧孔以及将空腔和钻柱外环空连通的L型孔，所述L型孔包括相互连通的竖孔和横孔，所述竖孔与空腔连通，所述横孔与钻柱外环空连通，第一提升阀228与所述竖孔的开口处贴合时循环流道211关闭（即，钻柱本体21的通孔与钻柱外环空不连通），否则，循环流道211打开（即，钻柱本体21的通孔与钻柱外环空通过空腔连通）；所述的胶筒进液流道212包括将钻柱本体21的通孔和空腔连通的侧孔以及将空腔和胶筒24的进液孔连通的直孔，第二提升阀229与所述直孔的开口处贴合时胶筒进液流道212关闭（即，钻柱本体的通孔和胶筒24的进液孔不连通），否则，胶筒进液流道212打开（即，钻柱本体的通孔与胶筒24的进液孔通过空腔连通）。本发明操作简单，胶筒的锁定稳定可靠，解封不易变形。

如图2和图3所示，在本实施例中，所述第一提升阀228与竖孔的配合端以及第二提升阀229与直孔的配合端均为光滑的球状结构，所述球状结构的轴线与所配合孔的轴线重合，所述球状结构的直径大于所配合孔的直径。孔口与球状结构的配合，贴合效果好，密封性高。值的注意的是，当所述球状结构的直径为与其配合的孔口的直径的1.5-2倍时，密封效果最好。

如图3和图4所示，所述提升阀执行机构22还包括电池221、控制单元222、第一电机223、第二电机224、减速器和传动机构227，电池221与控制单元222连接，控制单元222分别与第一电机223和第二电机224的控制端连接，第一电机223和第二电机224的输出轴通过减速器和传动机构227分别与第一提升阀228和第二提升阀229连接（减速器分为第一减速225器和第二减速器226，第一减速器225和第二减速器226分别与第一电机223和第二电机224的输出轴连接）；所述的传动机构227为螺旋传动机构，包括螺母2271、螺杆2273和导向套2274，所述螺母2271的一端固定在减速器的输出轴上，螺母2271的另一端通过螺纹与螺杆2273的一端配合，螺杆2273的另一端固定第一提升阀228或第二提升阀229，螺母2271和螺杆2273设在导向套2274中，螺母2271上套有与导向套2274相配合的轴承2272，螺杆2273和导向套2274通过花键连接（保证螺杆2273只做直线运动不旋转）。工作时，第一电机223（第二电机224）带动第一减速器225（第二减速器226）运动，第一减速器225（第二减速器226）带动螺母2271转动，螺母2271通过梯形螺纹带动螺杆2273沿轴向上下运动。

如图3和图4所示，所述电池221、控制单元222、第一电机223、第二电机224和减速器均设在保护罩26内，保护罩26与导向套2274密封连接（导向套2274分别设在保护罩26的两端），螺杆2273上设有与导向套2274相配合的密封圈2275。保护罩26、导向套2274和密封圈2275为电池221、控制单元222、第一电机223、第二电机224、减速器和螺母2271提供了一个防水的密封环境。值的注意的是，本发明所述零件的所有螺纹连接处均有设有密封件，防止钻井液产生不受控制的流动。

井下封隔短节2的原理是：

电池221为控制单元222和第一电机223（第二电机224）提供电源，控制单元222控制第一电机223（第二电机224）工作，第一电机223（第二电机224）通过第一减速器225（第二减速器226）和传动机构227带动第一提升阀228（第二提升阀229）上下运动，第一提升阀228（第二提升阀229）与阀座贴合时，循环流道211（胶筒进液流道212）封闭，第一提升阀228（第二提升阀229）离开阀座时，循环流道211（胶筒进液流道212）打开。

井下封隔短节2的工作步骤是：

本当出现井喷或井涌时，钻柱内止回阀3关闭实现钻柱内封隔，同时，控制单元222接收到坐封信号，控制第二电机224打开胶筒进液流道212，钻井液从钻柱中心孔进入胶筒24，使胶筒24膨胀坐封，随后关闭胶筒进液流道212，完成胶筒24膨胀后锁定，实现环空封隔。坐封完成后，通过控制单元循环指令控制第一电机223打开循环流道211，在胶筒24上部建立钻井液循环通道。上部循环完成后，关闭循环流道211，打开胶筒进液流道212，胶筒24内的液体在液压和胶筒自身回复力的作用下流向钻柱内中心孔，胶筒收缩，实现解封。

本实施例中，控制指令的获取可以是来自于控制单元222与MWD短通讯节1之间的无线短传。

如图2所示，所述的胶筒24为钢骨架裸眼封隔胶筒，包括胶筒上接头241、内胆242、外胶筒243、钢骨架244、胶筒下接头245和密封套246，内胆242、钢骨架244和外胶筒243依次从内到外套在钻柱本体21上，胶筒上接头241和胶筒下接头245套在钻柱本体21上并分别设在外胶筒243的上下两端，密封套246套在钻柱本体21上并固定在胶筒下接头245底端。所述胶筒上接头241通过剪切销钉固定在钻柱本体21上。当应急解封时，上提钻柱，剪断销钉，胶筒24内液体进入环空，胶筒实现应急解封。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种提升阀偏心式井下防喷器，包括MWD通讯短节、井下封隔短节和钻柱内止回阀，MWD通讯短节和井下封隔短节依次与钻柱连接，钻柱内止回阀设在钻柱内部近钻头处，其特征在于：

所述井下封隔短节的主体为带有通孔的钻柱本体，钻柱本体的底部套有胶筒，钻柱本体内通孔的一侧设有空腔，空腔内设有提升阀执行机构，钻柱本体在空腔的上下两端分别设有循环流道和胶筒进液流道，循环流道依次将钻柱本体的通孔、空腔和钻柱外环空连通，胶筒进液流道依次将钻柱本体的通孔、空腔和胶筒的进液孔连通，所述提升阀执行机构包括第一提升阀和第二提升阀，第一提升阀和第二提升阀分别与循环流道和胶筒进液流道上的通道配合形成阀门，第一提升阀和第二提升阀分别用于控制循环流道和胶筒进液流道的开闭。

2.如权利要求1所述的一种提升阀偏心式井下防喷器，其特征在于：所述的循环流道包括将钻柱本体的通孔和空腔连通的侧孔以及将空腔和钻柱外环空连通的L型孔，所述L型孔包括相互连通的竖孔和横孔，所述竖孔与空腔连通，所述横孔与钻柱外环空连通，第一提升阀与所述竖孔的开口处贴合时循环流道关闭，否则，循环流道打开；所述的胶筒进液流道包括将钻柱本体的通孔和空腔连通的侧孔以及将空腔和胶筒的进液孔连通的直孔，第二提升阀与所述直孔的开口处贴合时胶筒进液流道关闭，否则，胶筒进液流道打开。

3.如权利要求2所述的一种提升阀偏心式井下防喷器，其特征在于：所述第一提升阀与竖孔的配合端以及第二提升阀与直孔的配合端均为光滑的球状结构，所述球状结构的轴线与所配合孔的轴线重合，所述球状结构的直径大于所配合孔的直径。

4.如权利要求3所述的一种提升阀偏心式井下防喷器，其特征在于：所述球状结构的直径为与其配合的孔口的直径的1.5-2倍。

5.如权利要求1所述的一种提升阀偏心式井下防喷器，其特征在于：所述钻柱本体的外壁上有一块可拆卸的盖板，所述盖板的内侧正对提升阀执行机构。

6.如权利要求1所述的一种提升阀偏心式井下防喷器，其特征在于：所述提升阀执行机构还包括电池、控制单元、第一电机、第二电机、减速器和传动机构，电池与控制单元连接，控制单元分别与第一电机和第二电机的控制端连接，第一电机和第二电机的输出轴通过减速器和传动机构分别与第一提升阀和第二提升阀连接。

7.如权利要求6所述的一种提升阀偏心式井下防喷器，其特征在于：所述的传动机构包括螺母、螺杆和导向套，所述螺母的一端固定在减速器的输出轴上，螺母的另一端通过螺纹与螺杆的一端配合，螺杆的另一端固定第一提升阀或第二提升阀，螺母和螺杆设在导向套中，螺母上套有与导向套相配合的轴承，螺杆和导向套通过花键连接。

8.如权利要求7所述的一种提升阀偏心式井下防喷器，其特征在于：所述电池、控制单元、第一电机、第二电机和减速器均设在保护罩内，保护罩与导向套密封连接，螺杆上设有与导向套相配合的密封圈。

9.如权利要求1所述的一种提升阀偏心式井下防喷器，其特征在于：所述的胶筒为钢骨架裸眼封隔胶筒，包括胶筒上接头、外胶筒、钢骨架、内胆、胶筒下接头和密封套，内胆、钢骨架和外胶筒依次从内到外套在钻柱本体上，胶筒上接头和胶筒下接头套在钻柱本体上并分别设在外胶筒的上下两端，密封套套在钻柱本体上并固定在胶筒下接头底端。

10.如权利要求9所述的一种提升阀偏心式井下防喷器，其特征在于：所述胶筒上接头通过剪切销钉固定在钻柱本体上。