CN108005601B - 局部欠平衡钻井旋转密封排岩装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种局部欠平衡钻井旋转密封排岩装置，该装置包括：钻杆上接头，其具有相对的上端和下端，其中上端设置有钻杆封盖，下端能与钻杆密封连接；所述钻杆上接头的外部设置有限位部，套设在所述钻杆上接头外的旋转密封短节；设置在所述钻杆上接头与所述旋转密封短节之间的轴承对和密封环，所述轴承对通过所述限位部和锁紧件配合定位；所述钻杆上接头上设置有至少一个第一开孔，所述旋转密封短节上设置有能与所述第一开孔连通的第二开孔，当井下流体上返至所述连续油管与所述钻杆上接头之间时，依次通过所述第一开孔、第二开孔后返出。利用本发明进行局部欠平衡钻井时，能够改变流体的流动方向，并有利于钻井液返出。

Description

局部欠平衡钻井旋转密封排岩装置

技术领域

本发明涉及石油钻井技术领域，特别涉及一种局部欠平衡钻井旋转密封排岩装置。

背景技术

随着油气等化石能源的大范围开采，目前人们越来越关注在开采的过程中如何减轻地层伤害。由此，欠平衡钻井在上述背景下得到了广泛的应用。

具体的，欠平衡钻井是一种能够提高钻速和减少衰竭油藏中的井漏等问题的钻井技术。与常规方法钻水平井相比，运用欠平衡钻井技术不仅可以使水平井产量提高10倍左右，而且欠平衡连续油管钻井技术具有独特的优越性，因此，欠平衡钻井技术特别适宜浅油气层、小井眼钻井、老井加深及侧钻井，特别是低压或枯竭油气藏的侧钻水平井。

在对油气等地下化石能源进行开采时，通常利用旋转钻井的方式获取能源。旋转钻井过程中需要连续不断地清除井底已经破碎的岩屑。一般的做法是：使用流体将井底岩屑带离井底、返出地面。在这个过程中旋转密封装置是必不可少的。其中，过平衡钻井时，井口处不需控压，相对来说密封能达到导流防漏效果即可；而欠平衡钻井时，通常需要控压钻井，井口返出钻井液所需的设备需要同时保证相对旋转和高压密封。由此可见，旋转密封装置对当前欠平衡旋转钻井技术至关重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种局部欠平衡钻井旋转密封排岩装置，在局部欠平衡钻井时，可以实现钻杆上接头与旋转密封短节之间连续的动密封，并且能够改变流体的流动方向，并有利于钻井液上返。

本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：

一种局部欠平衡钻井旋转密封排岩装置，所述局部欠平衡钻井旋转密封排岩装置套设在连续油管外且位于井口以上，其包括：

钻杆上接头，其整体呈中空的回转体，其具有相对的上端和下端，其中上端设置有钻杆封盖，所述下端能与钻杆密封连接；所述钻杆上接头的外部设置有限位部，

套设在所述钻杆上接头外的旋转密封短节；

设置在所述钻杆上接头与所述旋转密封短节之间的轴承对和密封环，所述轴承对通过所述限位部和锁紧件配合定位；

所述钻杆上接头上设置有至少一个第一开孔，所述旋转密封短节上设置有能与所述第一开孔连通的第二开孔，当井下流体上返至所述连续油管与所述钻杆上接头之间时，依次通过所述第一开孔、第二开孔后返出。

在一个优选的实施方式中，所述第一开孔的个数为多个，多个所述第一开孔沿着所述钻杆上接头的圆周方向均匀分布。

在一个优选的实施方式中，所述旋转密封短节在设置所述第二开孔的位置设置有中部凹槽，所述中部凹槽与所述第一开孔相正对。

在一个优选的实施方式中，所述旋转密封短节整体呈中空的回转体，在所述中部凹槽的两侧设置有用于设置密封环的上部凹槽和下部凹槽，在所述上部凹槽和下部凹槽的外侧分别设置有用于和所述轴承对配合的容纳座。

在一个优选的实施方式中，所述钻杆封盖整体呈中空的回转体，其上端设置有用于连接顶部驱动装置的第一法兰连接部，其下端设置有用于连接所述钻杆上接头的内螺纹。

在一个优选的实施方式中，所述钻杆上接头的上端的外侧设置有用于和所述钻杆封盖的内螺纹配合的外螺纹，所述钻杆上接头的下端用于和钻杆连接部连接。

在一个优选的实施方式中，所述钻杆封盖的内部具有第一孔径和第二孔径，所述第一孔径小于所述第二孔径，所述第一孔径为所述钻杆封盖的通径，所述第二孔径位置设置有所述内螺纹。

在一个优选的实施方式中，所述限位部为在所述钻杆上接头外形成的限位台阶。

在一个优选的实施方式中，所述锁紧件为锁紧螺母，所述锁紧螺母整体呈中空的回转体，其通过螺纹连接的方式设置在所述钻杆上接头上，

所述轴承对包括第一轴承和第二轴承，所述第一轴承的下端抵靠在所述限位台阶上，所述第二轴承的上端抵靠在所述锁紧螺母的下端。

在一个优选的实施方式中，所述钻杆上设置有封隔器，所述封隔器用于封隔所述钻杆外壁与所述钻杆所在的井筒内壁之间形成的环空，所述封隔器以下的钻井液的密度低于所述封隔器以上钻井液的密度，形成局部欠平衡钻井。

本发明针对连续油管局部欠平衡钻井提供的一种局部欠平衡钻井旋转密封排岩装置，该具有以下有益效果：通过该装置可以实现改变微环空返出的气、液、固相混合流体的流动方向。具体的，配合其他局部欠平衡钻井装置实现钻井液由连续油管流入，从钻头喷嘴喷出后，携带岩屑经近钻头环空、回流装置进入连续油管与钻杆内壁形成的微环空；之后上返至连续油管与钻杆上接头之间微环空，通过钻杆上接头中部的第一开孔，流入钻杆上接头与旋转密封短节之间的微小环空，最终从旋转密封短节的第二开孔返出至地面。

整体上，底部的钻井液携带岩屑回的流经尺寸较小的微环空，由于微环空流道面积小，且内外壁面均为钢制，摩擦力小，其内钻井液流速高，有利于携岩。

参照后文的说明和附图，详细公开了本申请的特定实施方式，指明了本申请的原理可以被采用的方式。应该理解，本申请的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本申请的实施方式包括许多改变、修改和等同。

针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。

附图说明

图1是本申请实施方式中一种局部欠平衡钻井旋转密封排岩装置的结构示意图；

图2是本申请实施方式中一种旋转密封短节剖视图；

图3是本申请实施方式中一种旋转密封短节主视图；

图4是本申请实施方式中一种旋转密封短节侧视图；

图5是本申请实施方式中一种旋转密封短节俯视图；

图6是本申请实施方式中一种钻杆上接头的剖视图；

图7是本申请实施方式中一种钻杆上接头的主视图；

图8是本申请实施方式中一种钻杆上接头的底视图。

附图标记说明：

1.连续油管，31.钻杆封盖，32.锁紧螺母，34.第一轴承，33.第二轴承，3.密封环，35.旋转密封短节，36.钻杆上接头，361.第一开孔，351.第二开孔，352.中部凹槽，353.上部凹槽，354.下部凹槽，355.容纳座，362.限位部，363.连接部，364.外螺纹。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式，对本发明的技术方案作详细说明，应理解这些实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围内。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明提供一种局部欠平衡钻井旋转密封排岩装置，在局部欠平衡钻井时，可以实现钻杆上接头与旋转密封短节之间连续的动密封，并且能够改变流体的流动方向，并有利于钻井液上返。

请参阅图1至图8，本申请实施方式中提供的一种局部欠平衡钻井旋转密封排岩装置可以包括：所述局部欠平衡钻井旋转密封排岩装置套设在连续油管1外且位于井口以上，其包括：钻杆上接头36，其整体呈中空的回转体，其具有相对的上端和下端，其中上端设置有钻杆封盖31，所述下端能与钻杆密封连接；所述钻杆上接头36的外部设置有限位部362，套设在所述钻杆上接头36外的旋转密封短节35，所述钻杆上接头36能相对所述旋转密封短节35密封转动；设置在所述钻杆上接头36与所述旋转密封短节35之间的轴承对和密封环3，所述轴承对通过所述限位部362和锁紧件配合定位；所述钻杆上接头36上设置有至少一个第一开孔361，所述旋转密封短节35上设置有能与所述第一开孔361连通的第二开孔351，当井下流体上返至所述连续油管1与所述钻杆上接头36之间时，依次通过所述第一开孔361、第二开孔351后返出。

在本实施方式中，所述局部欠平衡钻井旋转密封排岩装置套设在连续油管1外且位于井口以上。所述第二开孔351用于和地上管线相连接。

在本实施方式中，所述钻杆上接头36可以整体呈中空的回转体，其具有相对的上端和下端，其中上端可以通过可拆卸连接的方式设置有钻杆封盖31，其下端可以通过密封连接的方式与钻杆连接。此外，所述钻杆上接头36下端还可以先与钻杆转换接头密封连接，再与钻杆连接。也就是说，所述钻杆上接头36与钻杆之间可以直接连接，也可以通过中间连接件过渡后间接连接，具体的，本申请在此并不作具体的限定。具体的，所述可拆卸连接的方式可以为螺纹连接，当然，还可以为其他连接方式，本申请在此并不作具体的限定。

所述钻杆上接头36的外部设置有限位部362，具体的，所述限位部362可以为在所述钻杆上接头36外形成的限位台阶，用于抵靠轴承。所述钻杆上接头36上设置有至少一个第一开孔361，所述第一开孔361的个数为多个，多个所述第一开孔361沿着所述钻杆上接头36的圆周方向均匀分布。例如，所述第一开孔361的个数可以为4个，4个第一开孔361沿着所述钻杆上接头36的周向均布。

在所述钻杆上接头36外套设有旋转密封短节35，所述钻杆上接头36能相对所述旋转密封短节35密封转动。在所述钻杆上接头36与所述旋转密封短节35之间设置有轴承对和密封环3，可以实现相对旋转和水力密封。

请结合参阅图2至图5，其中，所述旋转密封短节35整体呈中空的回转体。所述旋转密封短节35在设置所述第二开孔351的位置设置有中部凹槽352，所述中部凹槽352与所述第一开孔361相正对，以便将自第一开孔361流入的井底流体导入所述第二开孔351处。进一步的，在所述中部凹槽352的两侧设置有用于设置密封环3的上部凹槽353和下部凹槽354，在所述上部凹槽353和下部凹槽354的外侧分别设置有用于和所述轴承对配合的容纳座355。所述上部凹槽353和下部凹槽354用于设置所述密封环3。

所述旋转密封短节35在远离所述限位部362的一端设置有锁紧件，所述旋转密封短节35内的轴承对通过所述限位部362和锁紧件配合实现定位。

具体的，所述锁紧件为锁紧螺母32，所述锁紧螺母32整体呈中空的回转体，其通过螺纹连接的方式设置在所述钻杆上接头36上，所述轴承对包括第一轴承34和第二轴承33，所述第一轴承34的下端抵靠在所述限位台阶上，所述第二轴承33的上端抵靠在所述锁紧螺母32的下端。

钻杆封盖31可以整体呈中空的回转体，其上端设置有用于连接顶部驱动装置的第一法兰连接部，其下端设置有用于连接所述钻杆上接头36的内螺纹。

请结合参阅图6至图8，相应的，所述钻杆上接头36的上端的外侧设置有用于和所述钻杆封盖31的内螺纹配合的外螺纹364，所述钻杆上接头36的下端设置有用于和钻杆或钻杆转换接头密封配合的连接部363。所述连接部的形式可以根据所配合的部件的形式而定，例如可以当与之配合的部件为螺纹时，该连接部363也为螺纹的形式；当与之配合的部件为法兰时，该连接部363也为法兰。

所述钻杆封盖31的内部具有第一孔径和第二孔径。所述第一孔径上端的法兰与顶部驱动装置连接，该第一孔径的大小根据顶部驱动装置法兰确定，该孔径的具体大小本申请在此并不作具体的限定；所述第二孔径下端可以与钻杆上接头通过螺纹连接，该第二孔径的尺寸根据所述钻杆尺寸确定，该孔径的具体大小本申请在此并不作具体的限定。

在一个实施方式中，所述第一孔径小于所述第二孔径。所述第一孔径为所述钻杆封盖31的通径。所述第二孔径位置设置有所述内螺纹。例如，所述钻杆上接头36的内径可以大于所述钻杆封盖31的通径，以有利于引导井底上返的流体能够依次通过所述第一开孔361、第二开孔351向所述旋转密封短节35外的井筒上返至地面。

在本实施方式中，所述局部欠平衡钻井旋转密封排岩装置套设在连续油管1外，应用在井底局部欠平衡环境下。所述钻杆上设置有封隔器，所述封隔器用于封隔所述钻杆外壁与所述钻杆所在的井筒内壁之间形成的环空，所述封隔器以下的钻井液的密度低于所述封隔器以上钻井液的密度，形成局部欠平衡钻井。

在一个具体的应用场景下，所述钻杆上接头36中部有四个沿圆柱周向均匀分布的第一开孔361，第一开孔361下方有个限位台阶，旋转密封短节35由钻杆上接头36上方套入，卡在台阶位置，旋转密封短节35与钻杆上接头36之间装有轴承对和密封环3，轴承对的两个轴承分别安装于旋转密封短节35上下两端，旋转密封短节35上方由锁紧螺母32固定，锁紧螺母32与钻杆上接头36通过螺纹连接，钻杆上接头36上端与钻杆封盖31下端通过螺纹连接，连续油管1从整个装置内部通过。该装置上端钻杆封盖31与顶部驱动装置通过法兰连接，下端钻杆上接头36与钻杆连接。

钻井过程中，顶部驱动装置带动钻杆封盖31、钻杆上接头36、钻杆及钻头作旋转运动，内部连续油管1和外侧旋转密封短节35保持静止。此时旋转密封短节35与钻杆上接头36通过轴承对实现相对转动。

钻井液由连续油管1流入，从钻头喷嘴喷出后，携带岩屑经近钻头环空、回流装置进入连续油管1与钻杆内壁形成的微环空；之后上返至连续油管1与钻杆上接头36之间微环空，通过钻杆上接头36中部的第一开孔361，流入钻杆上接头36与旋转密封短节35之间的微小环空，最终从旋转密封短节35的第二开孔351返出至地面。

本发明针对连续油管1局部欠平衡钻井提供的一种局部欠平衡钻井旋转密封排岩装置，该具有以下有益效果：通过该装置可以实现改变微环空返出的气、液、固相混合流体的流动方向。具体的，配合其他局部欠平衡钻井装置实现钻井液由连续油管1流入，从钻头喷嘴喷出后，携带岩屑经近钻头环空、回流装置进入连续油管1与钻杆内壁形成的微环空；之后上返至连续油管1与钻杆上接头36之间微环空，通过钻杆上接头36中部的第一开孔361，流入钻杆上接头36与旋转密封短节35之间的微小环空，最终从旋转密封短节35的第二开孔351返出至地面。

整体上，底部的钻井液携带岩屑回的流经尺寸较小的微环空，由于微环空流道面积小，且内外壁面均为钢制，摩擦力小，其内钻井液流速高，有利于携岩。

本文引用的任何数字值都包括从下限值到上限值之间以一个单位递增的下值和上值的所有值，在任何下值和任何更高值之间存在至少两个单位的间隔即可。举例来说，如果阐述了一个部件的数量或过程变量(例如温度、压力、时间等)的值是从1到90，优选从20到80，更优选从30到70，则目的是为了说明该说明书中也明确地列举了诸如15到85、22到68、43到51、30到32等值。对于小于1的值，适当地认为一个单位是0.0001、0.001、0.01、0.1。这些仅仅是想要明确表达的示例，可以认为在最低值和最高值之间列举的数值的所有可能组合都是以类似方式在该说明书明确地阐述了的。

除非另有说明，所有范围都包括端点以及端点之间的所有数字。与范围一起使用的“大约”或“近似”适合于该范围的两个端点。因而，“大约20到30”旨在覆盖“大约20到大约30”，至少包括指明的端点。

披露的所有文章和参考资料，包括专利申请和出版物，出于各种目的通过援引结合于此。描述组合的术语“基本由…构成”应该包括所确定的元件、成分、部件或步骤以及实质上没有影响该组合的基本新颖特征的其他元件、成分、部件或步骤。使用术语“包含”或“包括”来描述这里的元件、成分、部件或步骤的组合也想到了基本由这些元件、成分、部件或步骤构成的实施方式。这里通过使用术语“可以”，旨在说明“可以”包括的所描述的任何属性都是可选的。

多个元件、成分、部件或步骤能够由单个集成元件、成分、部件或步骤来提供。另选地，单个集成元件、成分、部件或步骤可以被分成分离的多个元件、成分、部件或步骤。用来描述元件、成分、部件或步骤的公开“一”或“一个”并不说为了排除其他的元件、成分、部件或步骤。

本说明书中的上述各个实施方式均采用递进的方式描述，各个实施方式之间相同相似部分相互参照即可，每个实施方式重点说明的都是与其他实施方式不同之处。

以上所述仅为本发明的几个实施方式，虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用于限定本发明。任何本发明所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施方式的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种局部欠平衡钻井旋转密封排岩装置，其特征在于，所述局部欠平衡钻井旋转密封排岩装置套设在连续油管外且位于井口以上，其包括：

钻杆上接头，其整体呈中空的回转体，其具有相对的上端和下端，其中上端设置有钻杆封盖，所述下端能与钻杆密封连接；所述钻杆上接头的外部设置有限位部，

套设在所述钻杆上接头外的旋转密封短节；

设置在所述钻杆上接头与所述旋转密封短节之间的轴承对和密封环，所述轴承对通过所述限位部和锁紧件配合定位；

所述钻杆上接头上设置有至少一个第一开孔，所述旋转密封短节上设置有能与所述第一开孔连通的第二开孔，当井下流体上返至所述连续油管与所述钻杆上接头之间时，依次通过所述第一开孔、第二开孔后返出。

2.如权利要求1所述的局部欠平衡钻井旋转密封排岩装置，其特征在于，所述第一开孔的个数为多个，多个所述第一开孔沿着所述钻杆上接头的圆周方向均匀分布。

3.如权利要求2所述的局部欠平衡钻井旋转密封排岩装置，其特征在于，所述旋转密封短节在设置所述第二开孔的位置设置有中部凹槽，所述中部凹槽与所述第一开孔相正对。

4.如权利要求3所述的局部欠平衡钻井旋转密封排岩装置，其特征在于，所述旋转密封短节整体呈中空的回转体，在所述中部凹槽的两侧设置有用于设置密封环的上部凹槽和下部凹槽，在所述上部凹槽和下部凹槽的外侧分别设置有用于和所述轴承对配合的容纳座。

5.如权利要求1所述的局部欠平衡钻井旋转密封排岩装置，其特征在于，所述钻杆封盖整体呈中空的回转体，其上端设置有用于连接顶部驱动装置的第一法兰连接部，其下端设置有用于连接所述钻杆上接头的内螺纹。

6.如权利要求5所述的局部欠平衡钻井旋转密封排岩装置，其特征在于，所述钻杆上接头的上端的外侧设置有用于和所述钻杆封盖的内螺纹配合的外螺纹，所述钻杆上接头的下端连接部用于和钻杆连接。

7.如权利要求6所述的局部欠平衡钻井旋转密封排岩装置，其特征在于，所述钻杆封盖的内部具有第一孔径和第二孔径，所述第一孔径小于所述第二孔径，所述第一孔径为所述钻杆封盖的通径，所述第二孔径位置设置有所述内螺纹。

8.如权利要求1所述的局部欠平衡钻井旋转密封排岩装置，其特征在于，所述限位部为在所述钻杆上接头外形成的限位台阶。

9.如权利要求8所述的局部欠平衡钻井旋转密封排岩装置，其特征在于，所述锁紧件为锁紧螺母，所述锁紧螺母整体呈中空的回转体，其通过螺纹连接的方式设置在所述钻杆上接头上，

所述轴承对包括第一轴承和第二轴承，所述第一轴承的下端抵靠在所述限位台阶上，所述第二轴承的上端抵靠在所述锁紧螺母的下端。

10.如权利要求1所述的局部欠平衡钻井旋转密封排岩装置，其特征在于，所述钻杆上设置有封隔器，所述封隔器用于封隔所述钻杆外壁与所述钻杆所在的井筒内壁之间形成的环空，所述封隔器以下的钻井液的密度低于所述封隔器以上钻井液的密度，形成局部欠平衡钻井。