CN106522867A - 一种卫星定位控制的起钻防返喷泥浆装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种卫星定位控制的起钻防返喷泥浆装置，所述装置包括控制装置、执行装置和防喷装置，防喷装置包括芯轴、压力平衡块和至少一个Y型密封圈；压力平衡块固定连接在芯轴的下端，Y型密封圈固定套设在芯轴上；执行装置包括上电磁铁圈、下电磁铁圈和至少两个铰接在芯轴上的棘爪，上电磁铁圈固定套设在棘爪上方的芯轴上，下电磁铁圈固定套设在棘爪下方的芯轴上。本发明通过控制装置控制执行装置使卫星定位控制的起钻防返喷泥浆装置可以停留在钻杆内设定的深度，通过防喷装置来防止泥浆向上流动。本发明的卫星定位控制的起钻防返喷泥浆装置具有结构简单、安全性高、能大大减小环境污染和减小泥浆材料浪费的优点。

Description

一种卫星定位控制的起钻防返喷泥浆装置

技术领域

本发明涉及防喷装置技术领域，具体涉及一种卫星定位控制的起钻防返喷泥浆装置。

背景技术

石油钻井起钻过程中返喷泥浆是经常发生的，返喷泥浆不仅浪费资源、损害工人的身体健康而且由于泥浆中含有化学药品，会严重污染环境。现有技术中解决这个问题有两个方法：一是起钻前往钻杆内注入比重大的泥浆是井内压力平衡，但是这种方法会增加井筒的压力，泥浆被压入地层后破坏了油气层，影响井的油气产量，还造成材料的浪费。二是起钻时环空适量少灌泥浆，这种方法容易带来井壁不稳定，造成井下情况复杂，控制不好还有可能引发井喷事故，进而造成更大的污染。

发明内容

本发明的目的在于提供一种卫星定位控制的起钻防返喷泥浆装置，用以解决现有技术中的防喷技术环境污染大、安全性低、浪费材料的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种卫星定位控制的起钻防返喷泥浆装置，所述卫星定位控制的起钻防返喷泥浆装置包括控制装置、执行装置和防喷装置，所述防喷装置包括芯轴、压力平衡块和至少一个Y型密封圈；所述芯轴为内部装有单流阀的空心芯轴，所述芯轴上安装有密封盒体，所述压力平衡块固定连接在芯轴的下端，所述Y型密封圈固定套设在芯轴上，所述Y型密封圈用于密封芯轴与钻杆内壁之间的间隙；所述控制装置封装在密封盒体内，所述执行装置包括上电磁铁圈、下电磁铁圈和至少两个铰接在芯轴上的棘爪，所述上电磁铁圈和下电磁铁圈分别与控制装置连接，所述上电磁铁圈固定套设在棘爪上方的芯轴上，所述下电磁铁圈固定套设在棘爪下方的芯轴上，所述控制装置可控制上电磁铁圈吸合棘爪的上部，使得棘爪的下部可沿着径向向外张开，所述控制装置可控制下电磁铁圈吸合棘爪的下部，使得棘爪的下部可沿着径向向内缩回。

优选的，所述控制装置包括单片机、电池、定位芯片和定位天线；所述单片机分别与所述电池和定位芯片连接，所述定位天线与所述定位芯片连接，所述单片机分别与所述上电磁铁圈和下电磁铁圈连接，所述定位天线安装在所述密封盒体外并与钻杆内壁相贴，所述定位芯片用于实时测量卫星定位控制的起钻防返喷泥浆装置所处的高程。

优选的，所述定位芯片为GPS芯片、北斗定位芯片、GLONASS定位芯片或伽利略定位芯片。

优选的，所述芯轴的柱面上纵向设置有两个凹槽，所述棘爪的中部通过销轴铰接在所述凹槽内。

优选的，所述Y型密封圈下端面的外径与钻杆的内径匹配。

优选的，所述Y型密封圈下端面的外径大于上端面的外径。

本发明具有如下优点：本发明通过控制装置控制执行装置使卫星定位控制的起钻防返喷泥浆装置可以停留在钻杆内设定的深度，通过防喷装置来防止泥浆向上流动。由于本装置是安装在钻杆当中，不需要像传统的防喷装置必须卸载钻杆再放入防喷装置，避免了在拆卸钻杆时泥浆从钻杆当中喷出的现象。本发明的卫星定位控制的起钻防返喷泥浆装置具有结构简单、安全性高、能大大减小环境污染和减小泥浆材料浪费的优点。

附图说明

图1为本发明卫星定位控制的起钻防返喷泥浆装置的剖面结构图。

图2为本发明上电磁铁圈工作时执行装置的局部放大结构图。

图3为本发明投入钢球后悬挂短节的局部放大结构图。

图4为本发明芯轴的局部放大结构图。

图5为本发明控制装置的结构图。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。在本专利申请中，径向是指芯轴的径向方向。

实施例1

如图1所示，该卫星定位控制的起钻防返喷泥浆装置包括控制装置1、执行装置2和防喷装置3。本发明通过控制装置1控制执行装置2使卫星定位控制的起钻防返喷泥浆装置可以停留在钻杆7内设定的深度，通过防喷装置3来防止泥浆向上流动。由于本装置是安装在钻杆当中，不需要像传统的防喷装置必须卸载钻杆再放入防喷装置，避免了在拆卸钻杆时泥浆从钻杆当中喷出的现象。本发明的卫星定位控制的起钻防返喷泥浆装置具有结构简单、安全性高、能大大减小环境污染和减小泥浆材料浪费的优点。

如图1和3所示，防喷装置3包括芯轴31、压力平衡块32和三个Y型密封圈33。芯轴31为内部装有单流阀的空心芯轴。芯轴31的上端通过悬挂销子4悬挂在悬挂短节5的内壁上，芯轴31与悬挂短节5内壁之间的间隙还设置有球座8，球座8用于防止在芯轴31脱离悬挂短节5后钢球6从悬挂短节5下端口掉出。芯轴31内部安装单流阀能防止泥浆通过芯轴31内部的通道向上流动。同时，如果井内压力过大需要进行压井作业，泥浆泵泵入钻杆7内的泥浆可通过单流阀向下流动，从而平衡井筒内的压力。压力平衡块32用于增加卫星定位控制的起钻防返喷泥浆装置重量，保证每次在棘爪23缩回时卫星定位控制的起钻防返喷泥浆装置能够在重力的作用下向下运动。压力平衡块32固定连接在芯轴31的下端，在本实施例中，压力平衡块32为圆柱形金属块，当然压力平衡块32也可是长条形金属块或其他形状的金属块。Y型密封圈33用于密封芯轴31与钻杆7内壁之间的间隙。三个Y型密封圈33依次固定套设在压力平衡块32与下电磁铁圈22之间的芯轴31上。Y型密封圈33的截面呈倒置的Y字形，Y型密封圈33下端面的外径大于上端面的外径，Y型密封圈33下端面的外径与钻杆7的内径匹配。Y型密封圈33的下端面外径与钻杆7内壁之间留有较小的间隙，当Y型密封圈33没有受到泥浆压力时，Y型密封圈33可以跟随卫星定位控制的起钻防返喷泥浆装置在钻杆7内向下运动。当上提钻杆7时，如果井下压力较大出现泥浆返喷时，泥浆会向上流动，由于芯轴31的内部通道已经被单流阀关闭，因此泥浆只能从Y型密封圈33与钻杆7内壁之间的缝隙向上流动，由于向上流动泥浆会在Y型密封圈33的下端面产生压力，Y型密封圈33在该压力的作用下径向向外张开，封堵了Y型密封圈33与钻杆7内壁之间的缝隙，从而将井内泥浆封堵在Y型密封圈33一下。

如图2和4所示，执行装置2包括上电磁铁圈21、下电磁铁圈22和两个棘爪23。在本实施例中，棘爪23呈“√”形铁片，当然，棘爪23也可以是镰刀形铁片或两个条形铁片的一端连接成一定夹角的异形铁片。芯轴31中部的柱面上纵向设置有两个凹槽36，两个凹槽36关于芯轴31的轴线对称，在本实施例中，执行装置2设置有两个棘爪23，可以理解的，也可以设置三个、四个或者更多的棘爪23。当然，对应的也可以设置更多的凹槽36。棘爪23的中部通过销轴24铰接在凹槽36内。棘爪23可围绕着销轴24做小幅度来回转动。上电磁铁圈21和下电磁铁圈22分别与单片机连接，单片机可分别控制上电磁铁圈21和下电磁铁圈22工作和关闭。上电磁铁圈21固定套设在棘爪23上方的芯轴31上，下电磁铁圈22固定套设在棘爪23下方的芯轴31上。当上电磁铁圈21工作时，上电磁铁圈21会吸合两个棘爪23的上端，棘爪23的下端则会沿着径向向外张开，进而使得两个棘爪23的下端卡在钻杆7内径缩径处。当下电磁铁圈22工作时，下电磁铁圈22会吸合两个棘爪23的下端，而棘爪23的下端则会沿着径向向内缩回，使得两个棘爪23的下端之间的距离小于钻杆7内径最小处，此时卫星定位控制的起钻防返喷泥浆装置能够在重力的作用下在钻杆7内向下运动。

如图5所示，控制装置1包括单片机11、电池12、GPS芯片13和定位天线14。单片机11分别与电池12和GPS芯片13连接，定位天线14与GPS芯片13连接。在本实施例中，定位芯片为GPS芯片13，当然也可以是北斗定位芯片、GLONASS定位芯片或伽利略定位芯片。其中单片机11、电池12和GPS芯片13封装在密封盒体35内，在本实施例中，密封盒体35内安装在芯轴31的上端，可以理解的，密封盒体35内也可以安转在芯轴31中部。定位天线14则安装在密封盒体35外并实时与钻杆7内壁相贴，通过定位天线14与钻杆7内壁相贴，钻杆7相当于定位天线14的一部分，从而使得井下GPS信号得到加强。GPS芯片13通过定位天线14与卫星实时通讯，从而得到任意时刻卫星定位控制的起钻防返喷泥浆装置所处的经度、纬度和高程信息，并将这些信息发送给单片机11进行处理，在本实施例中，由于只需要高程信息便可，单片机11根据GPS芯片13发送的某一时刻的高程信息，通过预设的程序计算出此时卫星定位控制的起钻防返喷泥浆装置所处深度。并将该深度与单片机11中预设的深度范围进行比较。

工作原理，步骤1.起钻前卸开井口钻具投入钢球6，钢球6沿着钻杆7内部通道到达悬挂短节5内并将芯轴31内部通道的上端口封堵住。步骤2.缓慢打开泥浆泵向钻杆7内泵入泥浆，由于泥浆在钻杆7内的产生压力越来越大，最终在泥浆强大的压力下将悬挂销子4被压断。步骤3.卫星定位控制的起钻防返喷泥浆装置在重力的作用下沿着钻杆7内部通道向下运动，同时GPS芯片13实时测量卫星定位控制的起钻防返喷泥浆装置所处高程信息，并将高程信息发送给单片机11，单片机11通过预设的程序实时计算卫星定位控制的起钻防返喷泥浆装置所处深度，并将该深度与预设的深度范围进行比较。当达到单片机11中预设深度范围的下限时，单片机11控制上电磁铁圈21工作，上电磁铁圈21吸合两个棘爪23的上端，棘爪23的下端则会沿着径向向外张开，使得两个棘爪23的下端卡在钻杆7内径的缩径处。步骤3.继续上提钻杆7，当卫星定位控制的起钻防返喷泥浆装置的深度当达到单片机11中预设深度范围的上限时，单片机11控制上电磁铁圈21断开，单片机11控制下电磁铁圈22工作，下电磁铁圈22吸合两个棘爪23的下端，棘爪23的下端则会沿着径向向内缩回，卫星定位控制的起钻防返喷泥浆装置在重力的作用下向下运动，如此循环步骤2和步骤3直至起出全部钻杆7，起到最后一根钻杆7至地面时，使用工具从钻杆7通道中捞出卫星定位控制的起钻防返喷泥浆装置。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之做一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (6)

1.一种卫星定位控制的起钻防返喷泥浆装置，所述卫星定位控制的起钻防返喷泥浆装置包括控制装置、执行装置和防喷装置，其特征在于，所述防喷装置包括芯轴、压力平衡块和至少一个Y型密封圈；所述芯轴为内部装有单流阀的空心芯轴，所述芯轴上安装有密封盒体，所述压力平衡块固定连接在芯轴的下端，所述Y型密封圈固定套设在芯轴上，所述Y型密封圈用于密封芯轴与钻杆内壁之间的间隙；所述控制装置封装在密封盒体内，所述执行装置包括上电磁铁圈、下电磁铁圈和至少两个铰接在芯轴上的棘爪，所述上电磁铁圈和下电磁铁圈分别与控制装置连接，所述上电磁铁圈固定套设在棘爪上方的芯轴上，所述下电磁铁圈固定套设在棘爪下方的芯轴上，所述控制装置可控制上电磁铁圈吸合棘爪的上部，使得棘爪的下部可沿着径向向外张开，所述控制装置可控制下电磁铁圈吸合棘爪的下部，使得棘爪的下部可沿着径向向内缩回。

2.根据权利要求1所述的卫星定位控制的起钻防返喷泥浆装置，其特征在于，所述控制装置包括单片机、电池、定位芯片和定位天线；所述单片机分别与所述电池和定位芯片连接，所述定位天线与所述定位芯片连接，所述单片机分别与所述上电磁铁圈和下电磁铁圈连接，所述定位天线安装在所述密封盒体外并与钻杆内壁相贴，所述定位芯片用于实时测量卫星定位控制的起钻防返喷泥浆装置所处的高程。

3.根据权利要求2所述的卫星定位控制的起钻防返喷泥浆装置，其特征在于，所述定位芯片为GPS芯片、北斗定位芯片、GLONASS定位芯片或伽利略定位芯片。

4.根据权利要求1所述的卫星定位控制的起钻防返喷泥浆装置，其特征在于，所述芯轴的柱面上纵向设置有两个凹槽，所述棘爪的中部通过销轴铰接在所述凹槽内。

5.根据权利要求1所述的卫星定位控制的起钻防返喷泥浆装置，其特征在于，所述Y型密封圈下端面的外径与钻杆的内径匹配。

6.根据权利要求1所述的卫星定位控制的起钻防返喷泥浆装置，其特征在于，所述Y型密封圈下端面的外径大于上端面的外径。