CN106285530B - 一种用于尾管入井的短节装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于尾管入井的短节装置，包括：同轴式设置的上接头组件和下接头组件；同轴式设置在上接头组件和下接头组件之间的外壳组件，外壳组件上开设有导流孔；套设在外壳组件内部的滑套组件，滑套组件的周向上开设有过流孔；与上接头组件为同轴式设置，且与滑套组件相连接的球座组件；能够固定套设在滑套组件的外周壁位置，且用于遮挡导流孔的挡环；当球座组件受到沿轴向向上的作用力时，球座组件带动滑套组件和挡环一起沿轴向向上运动，以使得导流孔与过流孔相连通。该短节装置具有降低尾管在下入过程中对井壁造成的压力的优点。

Description

一种用于尾管入井的短节装置

技术领域

本发明涉及尾管固井作业技术领域，尤其涉及一种用于尾管入井的短节装置。

背景技术

目前，深井深水尾管固井作业是一项既耗时间又存在较大风险的现场作业。如何安全、高效、顺利完成尾管固井作业，是油井后续作业能否顺利进行的关键。

深井深水尾管下入过程中，当尾管经过窄口井段时，为了避免产生过大的压力，导致压漏地层，往往要严格控制深井深水尾管的下入速度。同时，这种周期性的灌浆作业也严重地拖缓了作业进程，极大的增加了作业成本，尤其对日费巨大的海上平台作业。

基于上述分析，需提供一种用于尾管入井的短节装置，以避免尾管在下入过程中对井壁造成较大的压力。

发明内容

针对上述问题，根据本发明提出了一种用于尾管入井的短节装置，包括：同轴式设置的上接头组件和下接头组件；同轴式设置在所述上接头组件和所述下接头组件之间的外壳组件，所述外壳组件上开设有导流孔；套设在所述外壳组件内部的滑套组件，所述滑套组件的周向上开设有过流孔；与所述上接头组件为同轴式设置，且与所述滑套组件相连接的球座组件；能够固定套设在所述滑套组件的外周壁位置，且用于遮挡所述导流孔的挡环；当所述球座组件受到沿轴向向上的作用力时，所述球座组件带动所述滑套组件和所述挡环一起沿轴向向上运动，以使得所述导流孔与所述过流孔相连通。

较佳的，所述球座组件包括连接部和与所述连接部相连接的弹性锥形部，所述弹性锥形部的内部开设有轴向通孔。该轴向通孔的口径小于该连接部的内径。当尾管下放到指定位置后，需投球憋压。在对该投球进行憋压的过程中，由于该弹性锥形部的一端口径较小，从而会在孔径小的一端产生节流压力，进一步地，该球座组件将带动滑套组件以及挡环一起沿轴向向下运动。

较佳的，所述弹性锥形部包括基础件和从所述基础件的一侧外表面沿轴向方向延伸出的多个弹性爪。该弹性爪的设置，使得该弹性锥形部在受到径向向外的挤压力时，能给自然向外扩展。较佳的，所述滑套组件的周向开设有配合孔。

较佳的，所述挡环的周向开设有与所述配合孔相配合，以形成组合安装孔的固定孔。

较佳的，所述短节装置还包括设置在所述组合安装孔中，且用于使得所述滑套组件与所述挡环固定连接的定位件。该定位件通过固定设置在该组合安装孔中，从而实现该滑套组件与挡环的固定连接。这样，在该滑套组件受到向上或向下的作用力时，均会带动该挡环一起运动。

较佳的，所述过流孔为多个，且为等间距设置。这样，便能够使得流体沿周向均匀流入该短节装置中，避免该流体进入该滑套组件的一处流速快，另一处流速慢，造成影响流体的整体流速的弊端。

较佳的，所述短节装置还包括套设在所述滑套组件的外周壁位置，且分别位于所述挡环的上下两端的上弹性件和下弹性件。通过将该上弹性件和下弹性件设置在挡环的上下两端，从而起到限制该挡环沿轴向发生窜动的作用。

较佳的，所述球座组件与所述滑套组件为可拆卸式连接。这样，不仅便于该球座组件与滑套组件的安装及拆卸，同时也大大地降低了操作人员的劳动强度，提高了工作效率。

较佳的，当所述上弹性件的弹性恢复力大于所述定位件的剪切力时，所述挡环能够相对所述滑套组件沿轴向向下滑动，当所述下弹性件的弹性恢复力大于所述定位件的剪切力时，所述挡环能够相对所述滑套组件沿轴向向上滑动。这样，在该滑套组件受到沿轴向向上或向下的作用力时，会沿轴向相对该挡环进行滑动。

根据本发明，该短节装置具有降低尾管在下入过程中对井壁造成的压力的优点，以及还具有尾管在下入过程中平衡管内与环空压力的优点，以及还具有在出现井涌情况时，自动关闭导流孔，保证压力平衡的优点。同时还具有方便尾管在窄压力井口段入井的优点。另外，还具有降低操作人员作业风险的优点。

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。在图中：

图1为本发明的实施例的用于尾管入井的短节装置的整体结构示意图。

图2为本发明的实施例的用于尾管入井的短节装置的球座组件结构示意图。

图3为本发明的实施例的用于尾管入井的短节装置的滑套组件结构示意图。

图4为本发明的实施例的用于尾管入井的短节装置的挡环结构示意图。

图5为本发明的实施例的用于尾管入井的短节装置的外壳组件结构示意图。

图6为本发明的实施例的用于尾管入井的短节装置入井过程的状态结构示意图。

图7为本发明的实施例的用于尾管入井的短节装置关闭节流孔的状态结构示意图。

图8为本发明的实施例的用于尾管入井的短节装置出现井涌时的状态结构示意图。

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描绘。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

请参阅图1、图2、图3、图4和图5，其分别为本发明的实施例的用于尾管入井的短节装置的整体结构示意图、本发明的实施例的用于尾管入井的短节装置的球座组件结构示意图、本发明的实施例的用于尾管入井的短节装置的滑套组件结构示意图、本发明的实施例的用于尾管入井的短节装置的挡环结构示意图和本发明的实施例的用于尾管入井的短节装置的外壳组件结构示意图。如图1所示，该短节装置包括上接头组件1、下接头组件2、外壳组件3、滑套组件4、球座组件5和挡环6。

如图1所示，在本申请的实施例中，该上接头组件1大致呈柱状，且内部为中空结构。在该上接头组件1的端部的内周壁上设有外凸或内凹的螺纹。这样，方便该上接头组件1与钻杆(图中未示出)为螺纹连接。采用该螺纹连接的方式，不仅便于该悬挂器的安装及拆卸，同时，也大大地降低了操作人员的劳动强度。然而，由于悬挂器与尾管(图中未示出)相连接，这样，在该短节装置的带动下，实现对尾管的入井下放。

如图1所示，在本申请的实施例中，该下接头组件2与上接头组件1为同轴式设置。该下接头组件2大致呈柱状，且内部为中空结构。在该下接头组件2的端部的内周壁位置设有内凹或外凸的螺纹。这样，方便该下接头组件2与尾管悬挂器(图中未示出)相连接。采用螺纹连接的好处与上述相同，为避免赘述，此处不作详述。

如图1和图5所示，在本申请的实施例中，该外壳组件3同轴式设置在上接头组件1和下接头组件2之间。其中，该外壳组件3大致呈筒状。在该外壳组件3上开设有导流孔31，具体地，该导流孔31沿该外壳组件3的周向等间距设置。该导流孔31的设置，方便使得位于该短节装置和井壁之间的流体从该导流孔31，流经如下所述的过流孔41，进入到该短节装置与上层套管的环空中，从而起到降低流体对井壁的压力的作用。

如图1和图3所示，在本申请的实施例中，滑套组件4大致呈筒状，且内部为中空结构。该滑套组件4套设在外壳组件3的内部。具体地，该滑套组件4套设在该外壳组件3的内周壁位置，同时，该滑套组件4的外周壁与该外壳组件3的内周壁之间留有间隙。该间隙例如可为1毫米至2毫米。这样，便在该外壳组件3和滑套组件4之间构造有环形安装空间10。

如图3所示，在该滑套组件4的周向上开设有过流孔41。该过流孔41的设置，用于当该过流孔41与上述导流孔31相连通时，使得位于该短节装置和井壁之间的流体进入到该短节装置与上层套管的环空中。这样，便大大地减小了流体对井壁的压力，提高了尾管的下入速度。

另外，为增加流体进入到该滑套组件4内部的流速，可在该滑套组件4的周向等间距设置过流孔41，从而可以更好地降低流体对井壁的压力。

在一个实施例中，该过流孔41可为长圆形孔、椭圆形孔或圆形等。这样，便可以增大该流体的过流面积，从而提高了该流体的流速。

在本申请的实施例中，球座组件5与上接头组件1为同轴式设置，且与滑套组件4相连接。这样，便使得该球座组件5与该滑套组件4连接为一体。具体地，该球座组件5能够在该滑套组件4的带动下进行移动。

在本申请的实施例中，该挡环6能够固定套设在滑套组件4的外周壁位置。该挡环6的设置，用于遮挡导流孔31。具体地，当该挡环6遮挡住该导流孔31时，该导流孔31处于关闭的状态，当该挡环6沿轴向向上移动时，将与该导流孔31错开，此时，该导流孔31处于打开的状态。

在本申请的实施例中，当流体上返至该球座组件5处时，会产生节流压差，以使得该球座组件5受到沿轴向向上的作用力。该球座组件5将带动该滑套组件4和挡环6一起沿轴向向上运动，从而使得该挡环6与导流孔31错开。这样，便使得该导流孔31与过流孔41处于连通的状态。进一步地，使得位于短节装置与井壁构造的空间中的流体进入该短节装置的内部，并沿该短节装置的内部通道继续沿轴向向上运动。从而达到了降低流体对井壁压力的目的，提高了尾管入井的速度。

如图2所示，在一个优选的实施例中，该球座组件5包括连接部51和弹性锥形部52。其中，该弹性锥形部52与连接部51相连接，该弹性锥形部52的内部开设有轴向通孔53。具体地，该连接部51大致呈筒状，内部为中空。该轴向通孔53的口径小于该连接部51的内径。当尾管下放到指定位置后，需投球憋压。在对该投球进行憋压的过程中，该球座组件5将带动滑套组件4以及挡环6一起沿轴向向下运动。

在一个优选的实施例中，该弹性锥形部52包括基础件521和弹性爪522。其中，该弹性爪522为多个，且为从该基础件521的一侧外表面沿轴向方向延伸而成。该弹性爪522的设置，使得该弹性锥形部52在受到径向向外的挤压力时，能给自然向外扩展。在本申请的实施例中，该弹性爪522为金属材质制造而成。在一个具体的例子中，该弹性爪522可为钢材制造而成。

在一个优选的实施例中，该滑套组件4的周向开设有配合孔42。具体地，该配合孔42可为等间距设置。这样，便降低了开孔的工艺难度。

在一个优选的实施例中，在挡环6的周向开设有固定孔61，该固定孔61与配合孔42相配合，从而形成组合安装孔43。

在一个优选的实施例中，该短节装置还包括设置在该组合安装孔43中的定位件7。该定位件7通过固定设置在该组合安装孔43中，从而实现该滑套组件4与挡环6的固定连接。这样，在该滑套组件4受到向上或向下的作用力时，均会带动该挡环6一起运动。

如图3所示，在一个优选的实施例中，该过流孔41为多个。这样，便大大地增大了该流体进入短节装置的机会，从而能够有效地降低流体对井壁的压力。另外，该过流孔41为等间距设置。这样，便能够使得流体沿周向均匀流入该短节装置中，避免该流体进入该滑套组件4的一处流速快，另一处流速慢，造成影响流体的整体流速的弊端。

如图1所示，在一个优选的实施例中，该短节装置还包括套设在滑套组件4的外周壁位置，且分别位于挡环6的上下两端的上弹性件8和下弹性件9。具体地，该上弹性件8和下弹性件9均套设在滑套组件4上，且位于环形安装空间10内。通过将该上弹性件8和下弹性件9设置在挡环7的上下两端，从而起到限制该挡环7沿轴向发生窜动的作用。在本申请的实施例中，该上弹性件8为上弹簧，该下弹性件9为下弹簧。

另外，当该上弹性件8受到沿轴向向上的压紧力时，该上弹性件8将处于被压缩的状态，该挡环6不再遮挡上述导流孔31。当该压紧力消失时，在该上弹性件8的弹性恢复力的作用下，带动该挡环6复位，即该挡环6将重新挡住上述导流孔31，使得该导流孔31处于关闭的状态。

同理，当该下弹性件9受到沿轴向向下的压紧力时，该下弹性件9将处于被压缩的状态，该挡环6不再遮挡上述导流孔31。当该压紧力消失时，在该下弹性件9的弹性恢复力的作用下，带动该挡环6复位，即该挡环6将重新挡住上述导流孔31，使得该导流孔31处于关闭的状态。

在一个优选的实施例中，该球座组件5与滑套组件4为可拆卸式连接。这样，不仅便于该球座组件5与滑套组件4的安装及拆卸，同时也大大地降低了操作人员的劳动强度，提高了工作效率。在一个具体的例中，该球座组件5与滑套组件4可为螺纹连接。

在一个优选的实施例中，当上弹性件8的弹性恢复力大于定位件7的剪切力时，使得该滑套组件4与该挡环6失去连接。这样，在挡环6受到沿轴向向下的作用力时，会沿轴向相对该滑套组件4向下进行滑动。然而，当下弹性件9的弹性恢复力大于定位件7的剪切力时，使得该滑套组件4与该挡环6失去连接。这样，在该挡环6受到沿轴向向上的作用力时，会沿轴向相对该滑套组件4向上进行滑动。

请参阅图6，其为本发明的实施例的用于尾管入井的短节装置入井过程的状态结构示意图。如图所示，根据本发明的第一个示例，该短节装置带尾管入井的具体工作过程为，首先，将上接头组件1与钻具相连接，下接头组件2与悬挂器相连接，该悬挂器与尾管相连接，连接完成后，开始下放该短节装置。

然后，上述短节装置在被下放入井的过程中，位于该短节装置与井壁构造的环形空间中的流体一部分沿该空间上返，另一部分流体经尾管上返至该短节装置的内部。

由于该球座组件5中的弹性锥形部52(见图2)的结构限制，即该弹性锥形部52端部的轴向通孔53(见图2)的口径较小，流体经过此处时会产生流体压差。这样，该球座组件5在受到沿轴向向上的作用力时，将带动滑套组件4和挡环6一起沿轴向向上运动。当该挡环6向上运动至露出外壳组件3上的导流孔31时，滑套组件4上的过流孔41将与该导流孔31相连通。这样，流体便会从该导流孔31进入到该短节装置与上层尾管的环空中，降低了流体对井壁的压力，提高了尾管的入井速度。

最后，当需要增设钻杆时，需停止尾管的继续下放。此时，位于弹性锥形部52处的节流压力消失，挡环6在上弹性件8的弹性恢复力的作用下向下运动，同时带动滑套组件4和球座组件5一起向下运动，从而使得挡环6重新挡住导流孔31(恢复到最初状态)。

请参阅图7，其为本发明的实施例的用于尾管入井的短节装置关闭节流孔的状态结构示意图。如图所示，根据本发明的第二个示例，该短节装置携带尾管下放入井到位后的具体工作过程为，首先，当该尾管下放到位后，需永久关闭导流孔31，以防止影响后续的固井作业。

然后，向该短节装置中投球100，当球100落在球座组件5中后，由于该弹性锥形部52(见图2)的端部为锥形，因而该球100会卡在该处。对该球100进行憋压，使得球座组件5带动滑套组件4和挡环6一起沿轴向向下运动。在此过程中，下弹性件9逐渐被压缩，使得导流孔31露出。但由于该导流孔31不与滑套组件4中的过流孔41相连通，流体便不会进入到该短节装置与上层尾管的环空中。

接下来，当下弹性件9的弹性恢复力大于定位件7的剪切力时，使得该定位件7被剪断。这样，该挡环6与滑套组件4将失去连接。在该下弹性件9的弹性恢复力的作用下，使得挡环6重新挡住导流孔31。然而，由于定位件7已被剪断，使得挡环6与滑套组件4以及球座组件5失去连接，该球座组件5的运动不会带动挡环6的运动。进一步地，实现了对该导流孔31的永久关闭。

最后，球座组件5在压力作用下继续下行至被下接头组件2挡住。继续对球100进行憋压，使得该弹性锥形部52端部设置的弹性爪522(见图2)沿径向向外扩展。进一步地，使得球100落入下部钻具中，从而继续完成悬挂器的坐挂等操作。

在本申请的实施例中，使得该弹性爪522沿径向向外扩展的力的大小由该弹性爪522的壁厚、相邻弹性爪522之间的距离以及弹性爪522的个数来决定。

请参阅图8，其为本发明的实施例的用于尾管入井的短节装置出现井涌时的状态结构示意图。如图所示，根据本发明的第三个示例，当出现井涌时，该短节装置的具体工作过程为，当出现井涌状况时，大量的流体会以较快的速度经尾管进入到短节装置内部。此时，在弹性锥形部52的轴向通孔53(见图2)处会产生较大的节流压力。该节流压力作用给球座组件5、滑套组件4以及挡环6一起沿轴向向上运动的作用力，从而使得挡环6不再遮挡上述导流孔31，使得该导流孔31露出。此时，虽然该导流孔31与过流孔41相连通，但由于流体上返的流速过快，由此，依然会在轴向通孔53处产生较大的节流压力，该节流压力推动球座组件5继续沿轴向向上运动，从而使得挡环6受到上弹性件8沿轴向向下的弹性恢复力的作用。当该上弹性件8的弹性恢复力大于定位件7的剪切力时，使得定位件7被剪断。这样，挡环6将在上弹性件8的弹性恢复力的作用下回到初始位置，即该挡环6重新遮挡导流孔31，从而实现该导流孔31的永久关闭。进一步地，由于导流孔31的关闭，使得该短节装置以及尾管的内外流体均不会连通，从而保证了后续的固井作业能够顺利进行。

该球座组件5在上述节流压力的作用下，继续沿轴向向上运动至被上接头组件1挡住后停止运动。

综上所述，该短节装置具有降低尾管在下入过程中对井壁造成的压力的优点，以及还具有尾管在下入过程中平衡管内与环空压力的优点，以及还具有在出现井涌情况时，自动关闭导流孔，保证压力平衡的优点。同时还具有方便尾管在窄压力井口段入井的优点。另外，还具有降低操作人员作业风险的优点。

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 (10)

1.一种用于尾管入井的短节装置，包括：

同轴式设置的上接头组件和下接头组件；

同轴式设置在所述上接头组件和所述下接头组件之间的外壳组件，所述外壳组件上开设有导流孔；

套设在所述外壳组件内部的滑套组件，所述滑套组件的周向上开设有过流孔；

与所述上接头组件为同轴式设置，且与所述滑套组件相连接的球座组件；

能够固定套设在所述滑套组件的外周壁位置，且用于遮挡所述导流孔的挡环；

当所述球座组件受到沿轴向向上的作用力时，所述球座组件带动所述滑套组件和所述挡环一起沿轴向向上运动，以使得所述导流孔与所述过流孔相连通。

2.根据权利要求1所述的用于尾管入井的短节装置，其特征在于，所述球座组件包括连接部和与所述连接部相连接的弹性锥形部，所述弹性锥形部的内部开设有轴向通孔。

3.根据权利要求2所述的用于尾管入井的短节装置，其特征在于，所述弹性锥形部包括基础件和从所述基础件的一侧外表面沿轴向方向延伸出的多个弹性爪。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的用于尾管入井的短节装置，其特征在于，所述滑套组件的周向开设有配合孔。

5.根据权利要求4所述的用于尾管入井的短节装置，其特征在于，所述挡环的周向开设有与所述配合孔相配合，以形成组合安装孔的固定孔。

6.根据权利要求5所述的用于尾管入井的短节装置，其特征在于，所述短节装置还包括设置在所述组合安装孔中，且用于使得所述滑套组件与所述挡环固定连接的定位件。

7.根据权利要求1所述的用于尾管入井的短节装置，其特征在于，所述过流孔为多个，且为等间距设置。

8.根据权利要求6所述的用于尾管入井的短节装置，其特征在于，所述短节装置还包括套设在所述滑套组件的外周壁位置，且分别位于所述挡环的上下两端的上弹性件和下弹性件。

9.根据权利要求1所述的用于尾管入井的短节装置，其特征在于，所述球座组件与所述滑套组件为可拆卸式连接。

10.根据权利要求8所述的用于尾管入井的短节装置，其特征在于，当所述上弹性件的弹性恢复力大于所述定位件的剪切力时，所述挡环能够相对所述滑套组件沿轴向向下滑动，

当所述下弹性件的弹性恢复力大于所述定位件的剪切力时，所述挡环能够相对所述滑套组件沿轴向向上滑动。