CN106593340A - 高压浅层全封闭钻塞装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明是石油工业使用的高压浅层全封闭钻塞装置及其使用方法，适用于钻除油气水井中距离井口较近的浅层位置的水泥塞。本装置防喷管的管体上设有下打压口、管体内部装有活塞总成，防喷管上端自下而上依次与上打压法兰总成和防旋总成连接、下端自上而下依次与转换短节和防喷短节连接，防旋总成中的气缸通过花键套依次与上打压法兰总成中的防旋接头、活塞总成中的皮碗支管和直连管短节连接并通过直连管短节与钻塞管柱以及水动力钻具连接。将本装置吊装到井口防喷装置上面，使防喷短节与井口防喷装置连接，实现安全钻塞作业，有效避免钻塞突遇高压、钻塞管柱被顶出和井喷失控的风险。

Description

高压浅层全封闭钻塞装置及其使用方法

技术领域

本发明属于钻除石油工业油气水井中所注水泥塞的钻塞设备，特别是高压浅层全封闭钻塞装置及其使用方法，适用于钻除油气水井中距离井口较近的浅层位置的水泥塞。

背景技术

目前，油田的一些油气水井中所注水泥塞的位置距离井口较近，长期封井后，由于地层压力恢复等原因，在水泥塞底部易聚集高压油气，被封闭的压力较高，有的甚至高达105MPa以上。当这些老井重新修复利用时，通常采用常规钻塞工艺钻除水泥塞，但是由于上述井中的水泥塞太浅，钻具重量太轻，一旦钻透水泥塞便会遇到高压油气，高压油气瞬间释放，钻具极易被井内高压顶飞，甚至“发射”出去，发生危险。用传统带压作业设备存在搬迁及作业费用高等缺点。为了防止上述事故的发生，目前的常用设备有独立式带压作业设备，辅助式带压作业设备，连续油管带压作业设备。其作业设备主要由作业动力设备、井架、防喷管柱、注入头，液压控制等多种设备及辅助器件构成；其主要缺陷是这些设备成本高，结构复杂，设备庞大，运移搬家成本高，作业成本也高，需要配置的作业人员多等缺点，如一套独立式带压作业设备、连续油管作业设备，一套的价格都高达3—4千万元，大大增加了生产成本。

目前，生产现场需要一种结构简单、工作可靠，安全系数高的浅层钻塞专用设备，来弥补浅层高压钻塞作业的空白。

发明内容

本发明的目的是提供高压浅层全封闭钻塞装置及其使用方法，为浅层高压钻塞作业所专用，能够有效施加和控制钻压，实现浅层钻塞作业，当井内有瞬间高压时能实现有效控制，防止井内钻塞管柱被顶出。降低浅层钻塞作业成本的投入，降低生产成本。

本发明的技术解决方案是：

高压浅层全封闭钻塞装置包括防喷管，防喷管的管体上设有下打压口、管体内部装有活塞总成，防喷管上端自下而上依次与上打压法兰总成和防旋总成连接、下端自上而下依次与转换短节和防喷短节连接，防旋总成中的气缸通过花键套依次与上打压法兰总成中的防旋接头、活塞总成中的皮碗支管和直连管短节连接并通过直连管短节与钻塞管柱以及水动力钻具连接；防喷管的外部通过管线固定支架固定着旋塞阀和单向阀，单向阀与旋塞阀连接，单向阀的出口通过上打压管线与上打压法兰总成的上打压口连接、单向阀的进口通过管线与地面泵车连接，下打压口通过管线与溢流池连接，气缸与气源连接。

用于高压浅层全封闭钻塞装置的使用方法，如下述：

a、将本装置吊装到井口防喷装置上面，使防喷短节与井口防喷装置连接；

b、拆卸快速卡箍，将本装置吊起，使转换短节与防喷短节脱离；

c、将本装置与水动力钻具连接；

d、钻塞；

e、第一根单根钻塞到位后，上提本装置，倒换高压水的流向，续接单根；

f、重复钻塞和续接单根的操作，直到钻开井筒中的水泥塞。

与现有技术相比，本发明的显著效果在于：

本装置结构简单、通过活塞总成及防旋总成将本装置中井口以上的直连接管短节全部封闭，能耐高压。通过控制泵车的泵压、排量和下打压口的排液量有效控制钻压，实现安全钻塞作业。起下管柱作业时，与钻塞管柱连接的直连管短节能够在本装置全封闭的防喷管的内腔中上下移动，实现钻进与起出；通过控制泵车的泵压、适时加大泵压能实时缓冲井内突发的高压。当有瞬间高压时，本装置下部的防喷短节可将压力传递到井口防喷装置，同时防喷管内的高压水能够对井内突然的高压起到缓冲作用，为及时关闭井口防喷装置留出了时间，解决了钻塞管柱被井内高压顶飞的问题，有效避免钻塞突遇高压、钻塞管柱被顶出和井喷失控的风险。

另外，本装置具有防旋总成，能够防止水动力钻具正常钻进时、钻塞管柱反转对密封部件，如上活塞皮碗、下活塞皮碗、密封胶芯等密封部件所造成的破坏，同时也保证了钻塞操作的安全性。

本装置的制造成本低、操作简单，工作安全可靠，有效降低了生产成本，具有很好的使用效果并能产生显著的经济效益。

附图说明

图1是本发明结构示意图的总装图。

图2是防旋总成的结构示意图。

图3是上打压法兰总成的结构示意图。

图4是活塞总成的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图详述本发明，并非限制本发明的保护范围，凡使用本发明的设计思路得出的改进均属于本发明的保护范畴。

参见图1，高压浅层全封闭钻塞装置包括防喷管5，防喷管5的管体上设有下打压口3、管体内部装有活塞总成7，防喷管5上端自下而上依次与上打压法兰总成8和防旋总成12连接、下端自上而下依次与转换短节2和防喷短节1连接，防旋总成12中的气缸12.1通过花键套12.3依次与上打压法兰总成8中的防旋接头8.5、活塞总成7中的皮碗支管7.2和直连管短节7.9连接，并通过直连管短节7.9与钻塞管柱以及水动力钻具连接；防喷管5的外部通过管线固定支架4固定着旋塞阀10和单向阀11，单向阀11与旋塞阀10连接，单向阀11的出口通过上打压管线6与上打压法兰总成8的上打压口8.8连接、单向阀11的进口通过管线与地面泵车连接，下打压口3通过管线与溢流池连接，气缸12.1与气源连接。气源包括空压机、储气罐等独立气源或者是通井机、钻机等动力设备上的气源，气缸12.1的下进排气口12.7和上进排气口12.8与气源控制阀的相应接口相连接。

参见图2，所述防旋总成12包括气缸固定架12.2、气缸12.1、花键套12.3和防旋壳体12.6，气缸12.1的缸体安装在气缸固定架12.2内、其气缸活塞杆与花键套12.3螺纹连接，花键套12.3与防旋壳体12.6通过键槽啮合，气缸固定架12.2与防旋壳体12.6通过固定螺栓12.4连接。。

所述花键套12.3的下部内腔中能够插入防旋接头8.5，花键套12.3与防旋接头8.5通过键与槽或者通过内方与外方啮合；防旋壳体12.6的外部还固定着卡块，在卡块上端设有吊装吊环12.5。

参见图3，所述上打压法兰总成8包括防旋接头8.5和防转管8.7，防旋接头8.5与防转管8.7连接并安装在防喷管5内，防旋接头8.5的上部本体外圆设有键或槽或外方、中部本体外圆装有背帽8.1，背帽8.1的下方、在防喷管5上中心孔的两侧分别装有上轴承8.2和下轴承8.4；防旋接头8.5的下部内腔中插入防转管8.7后焊接在一起，在防旋接头8.5的下部内腔和防转管8.7的管体上至少设有一个进液孔8.6。在防喷管5的上中心孔内还设有密封圈8.3，实现防喷管5与防旋接头8.5之间的密封。

所述防旋接头8.5的下部本体外圆与防喷管5之间设有液流间隙，上打压法兰总成8的上打压口8.8设在防喷管5的上部管体上、与进液孔8.6相对应。

参见图4，所述活塞总成7包括上活塞皮碗7.1、下活塞皮碗7.3、皮碗支管7.2、直连管悬挂器7.4和直连接管短节7.9，上活塞皮碗7.1与下活塞皮碗7.3的碗口朝向相反、安装在皮碗支管7.2的外部，皮碗支管7.2的下部内腔中自上而下螺纹连接着直连管悬挂器7.4和固定帽7.5，直连管悬挂器7.4与直连接管短节7.9螺纹连接，由固定帽7.5直连接管短节7.9旋紧固定，皮碗支管7.2穿套在防转管8.7的外面、能够沿防转管8.7上下滑动，上活塞皮碗7.1、下活塞皮碗7.3和皮碗支管7.2均安装在防喷管5内。当防旋接头8.5下行时，直连管短节7.9能够穿越转换短节2和防喷短节1与下方的钻塞管柱连接，并以此带动水动力钻具钻除水泥塞。

所述转换短节2与防喷短节1插接，在转换短节2的内腔中固定着密封胶芯7.7，密封直连管短节7.9与转换短节2之间的环空间隙，用来阻止井内高压上返；所述固定帽7.5设有内螺纹和外螺纹，分别与直连管短节7.9和皮碗支管7.2连接；在所述防喷短节1的上部内腔中固定着V型密封件7.8，密封转换短节2与防喷短节1之间的环隙。

所述防喷管5和转换短节2相连接的法兰盘中分别设有上挡环7.6和下挡环，固定帽7.5的下端面是平面，能够座落在上挡环7.6的上面。

所述所述转换短节2与防喷短节1插接后、在其对合连接处安装快速卡箍9，加以固定，较之使用螺栓固定方便快捷。该快速卡箍9是两个对合的半圆体、通过锁扣或锁销连接，防喷短节1的下法兰盘与井口防喷装置连接。

用于高压浅层全封闭钻塞装置的使用方法，如下述：

a、将本装置吊装到井口防喷装置上面，使防喷短节1与井口防喷装置连接，在吊装本装置前，将配套的井口防喷装置安装好并试压合格。连接好泵车与单向阀11、下打压口3与溢流池之间的管线，并关闭下打压口3，备好水动力钻具及其配套设备需要的各种液压源和气源，将气源通过管线与气缸12.1连接，完成本钻塞装置的试压及地面准备等工作。

b、完成本钻塞装置的试压工作后，拆卸快速卡箍9，将本装置防喷短节1以上的部分吊起，使转换短节2与防喷短节1脱离。

c、将本装置与水动力钻具连接，具体做法是：打开所有配套的井口防喷装置，关闭旋塞阀10，启动地面泵车的水泵，打开单向阀11，逐渐调整地面泵车的泵压和排量，泵车高压水会通过单向阀11及上打压管线6进入上打压法兰总成8内。一部分高压水进入防喷管5与皮碗支管7.2及上活塞皮碗7.1形成的腔室内，高压水推动皮碗支管7.2整体下移，通过调节安装在下打压口3上的控制阀门控制排出量，以此控制皮碗支管7.2下移的速度，直到使直连管短节7.9从转换短节2中露出，当直连管短节7.9从转换短节2中露出部分的长度达到30cm — 50cm时停泵。在直连管短节7.9下方连接一根直连管，也称接单根，后续连接的直连管就成为钻塞管柱。接入的第一根直连管的下部与水动力钻具连接后，迅速装上快速卡箍9并上紧。

d、钻塞：

重新启动地面泵车和气源，使防旋总成12中气缸12.1下移并带动花键套12.3下移，使防旋接头8.5进入花键套12.3与之啮合。由于花键套12.3与防旋壳体12.6啮合、固定不转动，从而使直连管短节7.9及其与之连接的钻塞管柱以及水动力钻具不能反转，达到了防扭、钻塞的效果。

一部分高压水通过单向阀11及上打压管线6进入上打压法兰总成8内，泵车的一部分高压水会通过防旋接头8.5上的进液孔8.6进入防转管8.7，再进入直连管短节7.9直到下部连接的钻塞管柱，来驱动水动力钻具旋转钻除水泥塞。

而另一部分高压水则会进入防喷管5和皮碗支管7.2及上活塞皮碗7.1形成的腔室内，高压水推动皮碗支管7.2整体下移，下活塞皮碗7.3以及防喷管5下腔体内的高压水通过下打压口3引流至溢流池，通过调节下打压口3上的控制阀门的排出量，同时观察外连接钻塞深度指示装置的显示，控制皮碗支管7.2下移的速度，也就达到控制整个装置钻塞的进尺和速度，至到水动力钻具完成第一根直连管、也称单根的钻深。

e、第一根单根钻塞到位后，倒换高压水的流向，上提本装置，续接单根：

第一根单根钻到位、续接单根时，停泵，同时启动气源，使防旋总成12中气缸12.1的气缸活塞上移与花键套12.3分离，也使防旋接头8.5与花键套12.3脱离，便于直连管短节7.9转动；然后关闭单向阀11，将地面泵车与单向阀11连接的管线从单向阀11上面卸下，将管线与下打压口3连接；将原来与下打压口3连接的管线卸下后与旋塞阀10连接，使旋塞阀10通过管线与溢流池连接；启动泵车，高压水从下打压口3进入，推动下活塞皮碗7.3和皮碗支管7.2上移；通过调节安装在下打压口3上的控制阀门控制排出量，以此控制皮碗支管7.2上移的速度，同时观察外连接钻塞深度指示装置的显示，直到使直连管短节7.9从转换短节2中露出。当直连管短节7.9从转换短节2中露出部分的长度达到30cm — 50cm时，停泵；拆卸快速卡箍9，将本装置防喷短节1以上的部分吊起，使转换短节2与防喷短节1脱离。上提本装置，续接单根后，迅速装上快速卡箍9并上紧，继续钻除水泥塞。

f、重复钻塞和续接单根的操作，直到钻开井筒中的水泥塞。

上面叙述的实施例仅仅为典型实施例，但本发明不仅限于这些实施例，本领域的技术人员可以在不偏离本发明的精神和启示下做出修改。本文所公开的方案可能存在很多变更、组合和修改，且都在本发明的范围内，因此，保护范围不仅限于上文的说明。

Claims (10)

1.高压浅层全封闭钻塞装置，包括防喷管（5），其特征是，防喷管（5）的管体上设有下打压口（3）、管体内部装有活塞总成（7），防喷管（5）上端自下而上依次与上打压法兰总成（8）和防旋总成（12）连接、下端自上而下依次与转换短节（2）和防喷短节（1）连接，防旋总成（12）中的气缸（12.1）通过花键套（12.3）依次与上打压法兰总成（8）中的防旋接头（8.5）、活塞总成（7）中的皮碗支管（7.2）和直连管短节（7.9）连接并通过直连管短节（7.9）与钻塞管柱以及水动力钻具连接；防喷管（5）的外部通过管线固定支架（4）固定着旋塞阀（10）和单向阀（11），单向阀（11）与旋塞阀（10）连接，单向阀（11）的出口通过上打压管线（6）与上打压法兰总成（8）的上打压口（8.8）连接、单向阀（11）的进口通过管线与地面泵车连接，下打压口（3）通过管线与溢流池连接，气缸（12.1）与气源连接。

2.如权利要求1所述的高压浅层全封闭钻塞装置，其特征是，所述防旋总成（12）包括气缸固定架（12.2）、气缸（12.1）、花键套（12.3）和防旋壳体（12.6），气缸（12.1）的缸体安装在气缸固定架（12.2）内、其气缸活塞杆与花键套（12.3）螺纹连接，花键套（12.3）与防旋壳体（12.6）通过键槽啮合，气缸固定架（12.2）与防旋壳体（12.6）通过固定螺栓（12.4）连接。

3.如权利要求2所述的高压浅层全封闭钻塞装置，其特征是，所述花键套（12.3）的下部内腔中能够插入防旋接头（8.5），花键套（12.3）与防旋接头（8.5）通过键与槽或者通过内方与外方啮合；防旋壳体（12.6）的外部还固定着卡块，在卡块上端设有吊装吊环（12.5）。

4.如权利要求1所述的高压浅层全封闭钻塞装置，其特征是，所述上打压法兰总成（8）包括防旋接头（8.5）和防转管（8.7），防旋接头（8.5）与防转管（8.7）连接并安装在防喷管（5）内，防旋接头（8.5）的上部本体外圆设有键或槽或外方、中部本体外圆装有背帽（8.1），背帽（8.1）的下方、在防喷管（5）上中心孔的两侧分别装有上轴承（8.2）和下轴承（8.4）；防旋接头（8.5）的下部内腔中插入防转管（8.7）后焊接在一起，在防旋接头（8.5）的下部内腔和防转管（8.7）的管体上至少设有一个进液孔（8.6）。

5.如权利要求4所述的高压浅层全封闭钻塞装置，其特征是，所述防旋接头（8.5）的下部本体外圆与防喷管（5）之间设有液流间隙，上打压法兰总成（8）的上打压口（8.8）设在防喷管（5）的上部管体上、与进液孔（8.6）相对应。

6.如权利要求1所述的高压浅层全封闭钻塞装置，其特征是，所述活塞总成（7）包括上活塞皮碗（7.1）、下活塞皮碗（7.3）、皮碗支管（7.2）、直连管悬挂器（7.4）和直连接管短节（7.9），上活塞皮碗（7.1）与下活塞皮碗（7.3）的碗口朝向相反、安装在皮碗支管（7.2）的外部，皮碗支管（7.2）的下部内腔中自上而下螺纹连接着直连管悬挂器（7.4）和固定帽（7.5），直连管悬挂器（7.4）与直连接管短节（7.9）螺纹连接，由固定帽（7.5）将直连接管短节（7.9）旋紧固定，皮碗支管（7.2）穿套在防转管（8.7）的外面、能够沿防转管（8.7）上下滑动，上活塞皮碗（7.1）、下活塞皮碗（7.3）和皮碗支管（7.2）均安装在防喷管（5）内。

7.如权利要求6所述的高压浅层全封闭钻塞装置，其特征是，所述转换短节（2）与防喷短节（1）插接，在转换短节（2）的内腔中固定着密封胶芯（7.7）；所述固定帽（7.5）设有内螺纹和外螺纹，分别与直连管短节（7.9）和皮碗支管（7.2）连接；在所述防喷短节（1）的上部内腔中固定着V型密封件（7.8）。

8.如权利要求7所述的高压浅层全封闭钻塞装置，其特征是，所述防喷管（5）和转换短节（2）相连接的法兰盘中分别设有上挡环（7.6）和下挡环，固定帽（7.5）的下端面是平面，能够座落在上挡环（7.6）的上面。

9.如权利要求8所述的高压浅层全封闭钻塞装置，其特征是，所述所述转换短节（2）与防喷短节（1）插接后、在其对合连接处安装快速卡箍（9），该快速卡箍（9）是两个对合的半圆体、通过锁扣或锁销连接，防喷短节（1）的下法兰盘与井口防喷装置连接。

10.用于权利要求1所述高压浅层全封闭钻塞装置的使用方法，如下述：

a、将本装置吊装到井口防喷装置上面，使防喷短节（1）与井口防喷装置连接；

b、拆卸快速卡箍（9），将本装置吊起，使转换短节（2）与防喷短节（1）脱离；

c、将本装置与水动力钻具连接；

d、钻塞；

e、第一根单根钻塞到位后，上提本装置，倒换高压水的流向，续接单根；

f、重复钻塞和续接单根的操作，直到钻开井筒中的水泥塞。