CN105041248A - 一种深水钻井表层导管送入工具 - Google Patents

一种深水钻井表层导管送入工具 Download PDF

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Abstract

本发明属于海洋油气钻探领域，具体地，涉及一种深水钻井时表层导管的送入工具，用于将导管送入到位后可解脱钻杆继续钻进。深水钻井表层导管送入工具，包括：心轴、内套筒、外套筒、本体；其中：心轴外依次设有内套筒、外套筒、本体；内套筒可以相对于心轴上下滑动而不能转动，外套筒与内套筒通过传动螺纹副连接，本体坐落在内套筒上；止动爪贯穿本体，可以沿水平径向滑动；防旋转销贯穿本体、外套筒，使外套筒在本体内只能上下移动而无法旋转。本发明实现钻具与导管的脱离，继续二开钻进，能够实现钻井液携带岩屑的侧向返出，防止岩屑在井口附近堆积和阻碍指示棒的观察，能够提供工具本体有效支持力，并且具有防止送入工具与导管头旋转的作用。

Description

一种深水钻井表层导管送入工具
技术领域
本发明属于海洋油气钻探领域，具体地，涉及一种深水钻井时表层导管的送入工具，用于将导管送入到位后可解脱钻杆继续钻进。
背景技术
在海洋深水钻井中，表层导管是整个深水油井建造过程中安装的第一层套管，它为其后所有的套管及井口设备提供结构支撑。采用喷射下导管的方法下入表层导管具有节省钻井时间、无需固井及保护地层等优点，其作业需借助高效可靠的送入工具。
目前，我国深水钻井表层导管送入工具的研究尚处于起步阶段，在南海深水钻井中采用的喷射下导管技术作业者多为国外石油公司，他们只提供现场服务，不对外公开工艺技术和销售产品工具，其关键部分和核心资料保密，作业费用高昂，因此给我国深水钻井作业带来了许多困难。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明提供一种深水钻井表层导管送入工具，通过钻杆带动心轴的上提、下放及旋转运动，实现送入工具与导管的锁定与解脱。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
深水钻井表层导管送入工具，包括：心轴、内套筒、外套筒、本体；其中：心轴外依次设有内套筒、外套筒、本体；内套筒可以相对于心轴上下滑动而不能转动，外套筒与内套筒通过传动螺纹副连接，本体坐落在内套筒上；止动爪贯穿本体，可以沿水平径向滑动；防旋转销贯穿本体、外套筒，使外套筒在本体内只能上下移动而无法旋转。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
1、深水钻井表层导管送入工具能够实现送入工具与导管的锁紧和解锁，导管下至预定深度后，实现钻具与导管的脱离，继续二开钻进。
2、深水钻井表层导管送入工具的上部采用侧向返排孔设计，能够实现钻井液携带岩屑的侧向返出，防止岩屑在井口附近堆积和阻碍指示棒的观察。
3、深水钻井表层导管送入工具的下部采用肋板结构设计，能够提供工具本体有效支持力，并且具有防止送入工具与导管头旋转的作用。
附图说明
图1为深水钻井表层导管送入工具的结构示意图；
图2为图1中A-A向剖视示意图；
图3为图2中B-B向剖视示意图；
图4为图2中C-C向剖视示意图；
图5为心轴结构示意图；
图6为导管头的剖视示意图；
图7为深水钻井表层导管送入工具与导管头配合示意图；
图中：1、心轴；11、中心孔；12、竖向槽；13、凸台；14、阶梯槽；2、内套筒；21、剪切销钉；22、定位键；3、外套筒；31、指示棒；32、变径槽；33、防旋转槽；4、本体；41、密封盖；42、返排孔；43、止动爪；44、防旋转销；45、肋板；5、导管头；51、环形凹槽；52、斜向槽。
具体实施方式
如图1、图2、图3、图4所示，深水钻井表层导管送入工具，包括：心轴1、内套筒2、外套筒3、本体4；其中：心轴1外依次设有内套筒2、外套筒3、本体4；内套筒2可以相对于心轴1上下滑动而不能转动，外套筒3与内套筒通过传动螺纹副连接，本体4坐落在内套筒2上；防旋转销44贯穿本体4、外套筒3，使外套筒3在本体4内只能上下移动而无法旋转。
心轴1为空心轴，心轴1设有中心孔11，中心孔11为钻井液循环通道；心轴1上端设有内螺纹，心轴1通过内螺纹与上部钻杆连接，通过上部钻杆的上提、下放与旋转可以控制工具的工作；心轴1下端设有外螺纹，通过外螺纹与下部钻杆连接，通过下部钻杆连接底部钻具组合向下钻进。
如图5所示，心轴1顶端外壁上位于同一高度处设有四个相同的竖向槽12，四个竖向槽12沿圆周均布；心轴1下部设有凸台13，凸台13外壁上位于同一高度处设有四个相同的阶梯槽14，四个阶梯槽14沿圆周均分布；每个阶梯槽14由一个横凹槽和两个竖凹槽组成，横凹槽为沿圆周方向的圆弧形凹槽，两个竖凹槽位于横凹槽的两端，并分别由横凹槽的两端向相反方向延伸，向上延伸的竖凹槽顶端开口。
内套筒2为管状结构，上部的内径与心轴1上部外径相同，下部内径与心轴1凸台13的外径相同；内套筒2顶端位于同一高度处固定有四个剪切销钉21，四个剪切销钉21沿圆周对称分布，剪切销钉21伸入心轴1上部的竖向槽12内，使得内套筒2在相对于心轴1只能轴向上下滑动而无法旋转。
内套筒2底端内壁上位于同一高度处固定有四个定位键22，四个定位键22沿圆周均布；定位键22插入到心轴1下部的阶梯槽14内，当定位键22位于阶梯槽14向下的竖凹槽内时，心轴1可以带动内套筒2一起旋转；当心轴1下放时，定位键22在阶梯槽14向下的竖凹槽内向上滑动，当到达横凹槽的左端时(从上方看顺时针旋转心轴)，内套筒2上部的四个剪切销钉21被剪断，定位键22在横凹槽内滑动；当定位键22到达横凹槽右端时，下放心轴1则定位键22从上面的竖凹槽上端开口处滑出，心轴1与内套筒2脱离。
内套筒2中部外壁上设有梯形的传动螺纹。
外套筒3为管状结构，上部内径与内套筒2上部外径相同，内壁下部有梯形的传动螺纹，该梯形的传动螺纹与内套筒2外壁上的传动螺纹相配合，当内套筒2旋转时，通过传动螺纹可带动外套筒3沿轴向滑动。外套筒外壁中部设有环状的变径槽32，槽深由上到下逐渐增加。
如图4所示，外套筒3顶部通过螺纹固定有柱状的指示棒31，当外套筒3沿轴向滑动时，通过观察指示棒31顶端的高低位置可以实时了解外套筒3的高低位置。下部外壁上设有一个沿竖直方向的防旋转槽33。
本体4为空心圆柱体结构，本体4的内径上部大、下部小，上部内径与外套筒3外径相同，下部内径与内套筒2外径相同，本体4下部内径与内套筒2外径通过O型密封圈密封。
本体4坐落在内套筒2的凸台13上，本体4与内套筒2形成一个腔体，外套筒3位于腔体内。本体4设有八个返排孔42，八个返排孔42沿圆周对称分布，返排孔42为钻井液携岩返排的通道，钻井液从本体4下部沿轴向进入后再水平沿径向返出；本体4底面沿径向设有四个肋板45，四个肋板45沿圆周均布。
密封盖41的内径与内套筒2上部外径相同，密封盖41套设在内套筒2上并且通过八个沿圆周对称分布的螺钉固定在本体4顶面，密封盖41与内套筒2之间通过O型密封圈密封。
防旋转销44贯穿本体1插入外套筒3的防旋转槽33中，使外套筒3在本体内只能上下移动而无法旋转。
本体4中部沿径向设有八个止动爪43，八个止动爪43沿圆周均布，止动爪43能够在本体4内沿径向滑动，止动爪43内侧一端为半球形，外侧一端设有三个水平的突起爪。当外套筒3向下滑动时，止动爪44的内端端面能沿着变径槽32的斜面向外顶出。
本体4外径为变径结构，上部大下部小。
如图6所示，导管头5为管状结构，导管头5下端与导管焊接相连；导管头5内径上部较大下部较小，内径上部与工具的本体4下部外径相适应。本体4能够座封在导管头5内。导管头5内壁上部有三个环形凹槽51，当止动爪43向外被顶出时能有部分嵌入到环形凹槽51内，固定工具无法向上移动。导管头5下部台阶面上沿径向设有四个斜向槽52，四个斜向槽52沿圆周对称分布，肋板45插入导管头5的斜向槽52内，固定工具防止其转动。
深水钻井表层导管送入工具的工作原理：
初始状态为心轴与内套筒上部通过剪切销钉和竖向槽配合固定，内套筒下部的定位键在心轴阶梯形凹槽下面的竖凹槽最下端，外套筒位于本体腔体内的上部，止动爪外侧一端在本体内未伸出。
将深水钻井表层导管送入工具下入到导管头内的台阶面上座封，并且本体上的肋板坐落在导管头上的斜向槽内。从上方看逆时针方向旋转心轴，带动内套筒旋转4～5圈，外套筒在传动螺纹的作用下向下运动。此时，外套筒上变径槽的斜面推动止动爪向外伸出，嵌入到导管头内壁的环形凹槽内，将本体固定在导管头内，送入工具与导管头处于锁紧状态。
这时，就可以进入喷射法下入导管钻井作业。当表层导管送入到位时，首先静置导管一段时间，待地层承载力恢复后需要将心轴解脱。首先从上方看顺时针方向旋转心轴，带动内套筒旋转4～5圈，外套筒在螺纹的作用下向上运动。此时，止动爪可向内滑动，送入工具与导管头处于解锁状态。
下放心轴，当内套筒下部的定位键到达阶梯形槽下面的竖凹槽上端时，从上方看顺时针旋转心轴，内套筒上部的剪切销钉在剪切力作用下被剪断。当定位键到达阶梯形槽上面的竖凹槽下端时，再下放心轴。此时，心轴与内套筒分离脱出，可以进行二开继续钻进的作业。二开完成后，上提心轴，将底部钻具组合和工具上提到平台，完成深水钻井表层段的施工。

Claims (10)

1.一种深水钻井表层导管送入工具，包括：心轴、内套筒、外套筒、本体；其特征在于：心轴外依次设有内套筒、外套筒、本体；内套筒可以相对于心轴上下滑动而不能转动，外套筒与内套筒通过传动螺纹副连接，本体坐落在内套筒上；止动爪贯穿本体，可以沿水平径向滑动；防旋转销贯穿本体、外套筒，使外套筒在本体内只能上下移动而无法旋转。
2.根据权利要求1所述的深水钻井表层导管送入工具，其特征在于：心轴为空心轴，心轴设有中心孔，心轴上端设有内螺纹，心轴下端设有外螺纹；心轴顶端外壁上位于同一高度处设有四个相同的竖向槽，四个竖向槽沿圆周均布；心轴下部设有凸台，凸台外壁上位于同一高度处设有四个相同的阶梯槽，四个阶梯槽沿圆周均分布；每个阶梯槽由一个横凹槽和两个竖凹槽组成，横凹槽为沿圆周方向的圆弧形凹槽，两个竖凹槽位于横凹槽的两端，并分别由横凹槽的两端向相反方向延伸，向上延伸的竖凹槽顶端开口。
3.根据权利要求1-2所述的深水钻井表层导管送入工具，其特征在于：内套筒为管状结构，上部的内径与心轴上部外径相同，下部内径与心轴凸台的外径相同；内套筒顶端位于同一高度处固定有四个剪切销钉，四个剪切销钉沿圆周对称分布，剪切销钉伸入心轴上部的竖向槽内，使得内套筒在相对于心轴只能轴向上下滑动而无法旋转。
4.根据权利要求1-3所述的深水钻井表层导管送入工具，其特征在于：内套筒底端内壁上位于同一高度处固定有四个定位键，四个定位键沿圆周均布；定位键插入到心轴下部的阶梯槽内；内套筒中部外壁上设有梯形的传动螺纹。
5.根据权利要求1-4所述的深水钻井表层导管送入工具，其特征在于：外套筒为管状结构，上部内径与内套筒上部外径相同，内壁下部有梯形的传动螺纹，该梯形的传动螺纹与内套筒外壁上的传动螺纹相配合；外套筒外壁中部设有环状的变径槽，槽深由上到下逐渐增加。
6.根据权利要求1-5所述的深水钻井表层导管送入工具，其特征在于：外套筒顶部通过螺纹固定有柱状的指示棒，下部外壁上设有一个沿竖直方向的防旋转槽。
7.根据权利要求1-6所述的深水钻井表层导管送入工具，其特征在于：本体为空心圆柱体结构，本体的内径上部大、下部小，上部内径与外套筒外径相同，下部内径与内套筒外径相同，本体下部内径与内套筒外径通过O型密封圈密封。
8.根据权利要求1-6所述的深水钻井表层导管送入工具，其特征在于：本体与内套筒形成一个腔体，外套筒位于腔体内；本体设有八个返排孔，八个返排孔沿圆周对称分布，本体底面沿径向设有四个肋板，四个肋板沿圆周均布。
9.根据权利要求1-8所述的深水钻井表层导管送入工具，其特征在于：密封盖的内径与内套筒上部外径相同，密封盖套设在内套筒上并且通过八个沿圆周对称分布的螺钉固定在本体顶面，密封盖与内套筒之间通过O型密封圈密封。
10.根据权利要求1-9所述的深水钻井表层导管送入工具，其特征在于：本体中部沿径向设有八个止动爪，八个止动爪沿圆周均布，止动爪能够在本体内沿径向滑动，止动爪内侧一端为半球形，外侧一端设有三个水平的突起爪；本体外径为变径结构，上部大下部小。
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