CN107829702A - 无井眼气体钻井井口装置及钻开地层表层方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无井眼气体钻井井口装置及钻开地层表层方法，该装置包括支撑密封筒、密封外壳体和旋转密封装置；支撑密封筒上部设有凸沿，凸沿以下设外螺纹；支撑密封筒与密封外壳体通过法兰密封连接；密封外壳体的侧壁上设有旁通，内壁上设有台阶，顶部螺接上盖；旋转密封装置的上、下密封体密封连接，内部形成容腔，安装内旋转筒，内旋转筒的底部固定胶芯，外侧安装止推轴承；旋转密封装置密封安装在密封外壳体内；密封外壳体的上盖螺接在密封外壳体上时，密封旋转装置的上密封体、下密封体的位置固定。该装置利用支撑密封筒嵌入地层并封隔近地表地层，在无井眼条件下建立封闭井口装置，适用于浅层低压气体钻开地层表层建立井眼。

Description

无井眼气体钻井井口装置及钻开地层表层方法
技术领域
本发明涉及石油钻探技术领域的气体钻井，具体涉及一种无井眼气体钻井井口装置及钻开地层表层方法。
背景技术
气体钻井技术以气体为井筒内的循环介质，专用井口装置封闭井口，以防止高速返出气体夹带岩屑在井场无控制排放，气体返出地面后，地面管路内密闭循环排出，井底压力远远小于常规液体钻井液的静液柱压力。气体钻井技术不但可以节约钻井液的成本，还可以彻底解决钻井地层漏失问题，提高机械钻速。
目前，气体钻井技术只能用于下套管固井后安装有专用井口装置的后续井段。但是，某些地层钻开地层表层时就会遇到严重的漏失问题，钻井液漏入地层，不仅仅影响正常的钻进，而且因为地层表层深度浅，漏入地层的钻井液还会污染土壤和地层水。如果在采用气体钻井技术就可以解决地层表层钻进的漏失问题，但是因为地层还未钻开，没有井眼，更没有下入套管固井，无法安装井口使得无法开展气体钻井。
发明内容
本发明提供了一种无井眼气体钻井井口装置及钻开地层表层方法，解决气体钻井钻开地层表层的技术瓶颈，利用支撑密封筒嵌入地层并封隔近井口井壁，在无井眼条件下建立封闭井口，适用于浅层低压气体钻开地层表层建立井眼。
为此，本发明的技术方案如下：
一种无井眼气体钻井井口装置，包括支撑密封筒、密封外壳体和旋转密封装置；
所述支撑密封筒的本体为筒状，上部设有凸沿，所述凸沿以下的本体上设有外螺纹；
所述支撑密封筒的顶部与所述密封外壳体的底部通过法兰密封连接；所述密封外壳体的侧壁上设有旁通，用于连接排气管线；所述密封外壳体的内壁上设有台阶，顶部螺接上盖；所述上盖的中部设有贯通孔；
所述旋转密封装置包括上密封体、下密封体、内旋转筒、胶芯和止推轴承；所述上密封体和下密封体密封连接，内部形成容腔；所述内旋转筒包括一体形成的两段筒体，直径大的一段筒体安装在所述容腔内，且其侧壁上形成有凸台；直径小的一段筒体延伸出所述容腔，其底部固定设置有胶芯；所述内旋转筒与所述上密封体、下密封体相接触的表面均设置有密封圈；所述止推轴承有两个，分别安装在所述凸台的上下两侧，用于防止所述内旋转筒在旋转时发生位移；所述胶芯为中空结构，能与穿过其的钻柱抱合形成密封结构；
所述旋转密封装置安装在所述密封外壳体内壁的台阶上，并在接触位置安装有密封垫圈；所述密封外壳体的上盖螺接在所述密封外壳体上时，所述密封旋转装置的上密封体、下密封体的位置固定。
进一步，所述旋转密封装置的上密封体上还设置有注油孔，所述注油孔与所述止推轴承的安装位置相通。
进一步，所述下密封体的外壁上还设置有凸台I；凸台I与支撑密封筒之间安装密封圈。
进一步，所述支撑密封筒下侧的外表面为锥面，便于钻进地层。
进一步，所述支撑密封筒的外螺纹的截面呈直角三角形或类直角三角形，直角边在上侧。
进一步，所述旋转密封装置的上密封体以及所述密封外壳体的上盖的顶面上均设置有吊环，方便安装、拆卸。
进一步，所述密封外壳体的外壁还垂直设有多个固定孔；可在使用过程中用钢缆穿过固定孔，将密封外壳体固定在钻台上。
一种无井眼气体钻井井口装置钻开地层表层的方法，包括如下步骤：
1)将所述无井眼气体钻井井口装置的密封外壳体从支撑密封筒上拆下；
将安装短节与钻柱连接，所述安装短节的底部沿周向设有安装板，所述安装板与支撑密封筒通过法兰连接；
将支撑密封筒下端置于需钻井眼的位置，控制钻柱对支撑密封筒施压，转动钻柱，带动支撑密封筒钻入地层，至支撑密封筒的凸沿贴住地层时，停止转动钻杆；
2)拆除安装短节，将密封外壳体用法兰连接到支撑密封筒上，安装所述无井眼气体钻井井口装置；
3)将钻柱穿过旋转密封装置，胶芯抱合钻柱，形成密封结构；钻柱安装钻头，然后将钻柱下入密封外壳体，当旋转密封装置到达其在密封外壳体内的安装位置时，固定上盖，下放钻头至支撑密封筒内的地表位置，开始钻进，进行气体钻井，建立井眼至设计井深；
4)起钻，拆卸所述无井眼气体钻井井口装置，进行后续作业。
进一步，所述安装短节的安装板的上侧沿周向设置有多个加固板。
该无井眼气体钻井井口装置及钻开地层表层方法，可以实现无井眼条件下气体钻井钻开地层表层；利用气体钻井能有效解决地层表层漏失问题，提高机械钻速，保护环境。
附图说明
图1为本发明提供的无井眼气体钻井井口装置的剖面示意图；
图2为旋转密封装置的剖面放大图；
图3为旋转密封装置安装在密封外壳体内的剖面放大图；
图4a为安装短节的剖面放大图；
图4b为安装短节的俯视图；
图5为支撑密封筒钻入地层的剖面示意图；
图6为利用无井眼气体钻井井口装置进行气体钻井钻开地层的示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行详细描述。
如图1～3所示，一种无井眼气体钻井井口装置，包括支撑密封筒1、密封外壳体2和旋转密封装置3；
支撑密封筒1的本体101为筒状，上部设有凸沿102，凸沿102以下的本体 101上设有外螺纹，优选，支撑密封筒1的外螺纹的截面呈直角三角形或类直角三角形，直角边在上侧；优选，支撑密封筒1下侧的外表面为锥面，便于钻进地层；
支撑密封筒1的顶部与密封外壳体2的底部通过法兰4密封连接；密封外壳体2的侧壁上设有旁通201，用于连接排气管线；密封外壳体2的内壁上设有台阶，顶部螺接上盖202；上盖202的中部设有贯通孔203；
旋转密封装置3包括上密封体301、下密封体302、内旋转筒303、胶芯304 和止推轴承305；上密封体301和下密封体302密封连接，内部形成容腔；内旋转筒303包括一体形成的两段筒体，直径大的一段筒体安装在容腔内，且其侧壁上形成有凸台；直径小的一段筒体延伸出容腔，其底部固定设置有胶芯304；内旋转筒303与上密封体301、下密封体302相接触的表面均设置有密封圈；止推轴承305有两个，分别安装在凸台的上下两侧，用于防止内旋转筒303在旋转时发生位移；胶芯304为中空结构，能与穿过其的钻柱6抱合形成密封结构，如图2所示；
旋转密封装置3安装在密封外壳体2内壁的台阶上，并在接触位置安装有密封垫圈；密封外壳体2的上盖202螺接在密封外壳体2上时，密封旋转装置3 的上密封体301、下密封体302的位置固定，如图3所示。
优选，密封外壳体2的外壁还垂直设有多个固定孔204；可在使用过程中用钢缆穿过固定孔204，将密封外壳体2固定在钻台7上。
另外，旋转密封装置3的上密封体301以及密封外壳体2的上盖202的顶面上均设置有吊环，方便安装、拆卸。
作为本发明的一个实施例，旋转密封装置3的上密封体301上还设置有注油孔306，注油孔306与止推轴承305的安装位置相通。
作为本发明的另一实施例，下密封体302的外壁上还设置有凸台I；凸台I 与支撑密封筒1之间安装密封圈。
一种无井眼气体钻井井口装置钻开地层表层的方法，包括如下步骤：
1)将无井眼气体钻井井口装置的密封外壳体2从支撑密封筒1上拆下；
将安装短节5与钻柱6连接，安装短节5的底部沿周向设有安装板501，安装板501与支撑密封筒1通过法兰连接；
将支撑密封筒1下端置于需钻井眼的位置，控制钻柱6对支撑密封筒1施压，转动钻柱6，带动支撑密封筒1钻入地层，至支撑密封筒1的凸沿102贴住地层时，停止转动钻杆6，如图5所示；
2)拆除安装短节5，将密封外壳体2用法兰连接到支撑密封筒1上，安装无井眼气体钻井井口装置；
3)将钻柱6穿过旋转密封装置3，胶芯304抱合钻柱6，形成密封结构；钻柱安装钻头8，然后将钻柱6下入密封外壳体2，当旋转密封装置3到达其在密封外壳体2内的安装位置时，固定上盖202，下放钻头至支撑密封筒1内的地表位置，开始钻进，进行气体钻井，建立井眼至设计井深；如图6所示；
4)起钻，拆卸无井眼气体钻井井口装置，进行后续作业。
进一步，安装短节5的安装板501的上侧沿周向设置有多个加固板502。
该无井眼气体钻井井口装置及钻开地层表层方法，可以实现无井眼条件下气体钻井钻开地层表层；利用气体钻井能有效解决地层表层漏失问题，提高机械钻速，保护环境。

Claims (9)

1.一种无井眼气体钻井井口装置，其特征在于：包括支撑密封筒(1)、密封外壳体(2)和旋转密封装置(3)；
所述支撑密封筒(1)的本体(101)为筒状，上部设有凸沿(102)，所述凸沿(102)以下的本体(101)上设有外螺纹；
所述支撑密封筒(1)的顶部与所述密封外壳体(2)的底部通过法兰(4)密封连接；所述密封外壳体(2)的侧壁上设有旁通(201)，用于连接排气管线；所述密封外壳体(2)的内壁上设有台阶，顶部螺接上盖(202)；所述上盖(202)的中部设有贯通孔(203)；
所述旋转密封装置(3)包括上密封体(301)、下密封体(302)、内旋转筒(303)、胶芯(304)和止推轴承(305)；所述上密封体(301)和下密封体(302)密封连接，内部形成容腔；所述内旋转筒(303)包括一体形成的两段筒体，直径大的一段筒体安装在所述容腔内，且其侧壁上形成有凸台；直径小的一段筒体延伸出所述容腔，其底部固定设置有胶芯(304)；所述内旋转筒(303)与所述上密封体(301)、下密封体(302)相接触的表面均设置有密封圈；所述止推轴承(305)有两个，分别安装在所述凸台的上下两侧，用于防止所述内旋转筒(303)在旋转时发生位移；所述胶芯(304)为中空结构，能与穿过其的钻柱(6)抱合形成密封结构；
所述旋转密封装置(3)安装在所述密封外壳体(2)内壁的台阶上，并在接触位置安装有密封垫圈；所述密封外壳体(2)的上盖(202)螺接在所述密封外壳体(2)上时，所述密封旋转装置(3)的上密封体(301)、下密封体(302)的位置固定。
2.如权利要求1所述无井眼气体钻井井口装置，其特征在于：所述旋转密封装置(3)的上密封体(301)上还设置有注油孔(306)，所述注油孔(306)与所述止推轴承(305)的安装位置相通。
3.如权利要求1所述无井眼气体钻井井口装置，其特征在于：所述下密封体(302)的外壁上还设置有凸台I；凸台I与支撑密封筒1之间安装密封圈。
4.如权利要求1所述无井眼气体钻井井口装置，其特征在于：所述支撑密封筒(1)下侧的外表面为锥面。
5.如权利要求1所述无井眼气体钻井井口装置，其特征在于：所述支撑密封筒(1)的外螺纹的截面呈直角三角形或类直角三角形，直角边在上侧。
6.如权利要求1所述无井眼气体钻井井口装置，其特征在于：所述密封外壳体(2)的外壁还垂直设有多个固定孔(204)(未见204)。
7.如权利要求1所述无井眼气体钻井井口装置，其特征在于：所述旋转密封装置(3)的上密封体(301)以及所述密封外壳体(2)的上盖(202)的上表面上均设置有吊环。
8.利用如权利要求1～7中任意一项所述无井眼气体钻井井口装置钻开地层表层的方法，其特征在于包括如下步骤：
1)将所述无井眼气体钻井井口装置的密封外壳体(2)从支撑密封筒(1)上拆下；
将安装短节(5)与钻柱(6)连接，所述安装短节(5)的底部沿周向设有安装板(501)，所述安装板(501)与支撑密封筒(1)通过法兰连接；
将支撑密封筒(1)下端置于需钻井眼的位置，控制钻柱(6)对支撑密封筒(1)施压，转动钻柱(6)，带动支撑密封筒(1)钻入地层，至支撑密封筒(1)的凸沿(102)贴住地层时，停止转动钻杆(6)；
2)拆除安装短节(5)，将密封外壳体(2)用法兰连接到支撑密封筒(1)上，安装所述无井眼气体钻井井口装置；
3)将钻柱(6)穿过旋转密封装置(3)，胶芯(304)抱合钻柱(6)，形成密封结构；钻柱安装钻头(8)，然后将钻柱(6)下入密封外壳体(2)，当旋转密封装置(3)到达其在密封外壳体(2)内的安装位置时，固定上盖(202)，下放钻头至支撑密封筒(1)内的地表位置，开始钻进，进行气体钻井，建立井眼至设计井深；
4)起钻，拆卸所述无井眼气体钻井井口装置，进行后续作业。
9.如权利要求8所述钻开地层表层的方法，其特征在于：所述安装短节(5)的安装板(501)的上侧沿周向设置有多个加固板(502)。
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