CN108979582A - 一种随钻防喷装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种随钻防喷装置，属于石油天然气开采钻井工具技术领域技术领域。一种随钻防喷装置，包括：连接筒，连接筒的外侧壁设有胶筒；连接筒的内侧壁设有滑套，滑套通过第一限位件与连接筒连接，连接筒的内侧壁通过密封件与滑套密封配合；滑套的内腔设有自控阀；滑套设有第一通孔；连接筒第二通孔，第二通孔位于密封件之间；第二通孔与第一通孔通过密封件错开，第二通孔靠近钻井液管所在的一侧。本发明可以在井下发生井涌时自动、及时截断流体从钻柱内腔和钻柱外环腔流出的通道，不需要操作人员进行手动操作，避免了由于操作人员操作不当或操作不及时导致的井喷事故。

Description

一种随钻防喷装置
技术领域
本发明涉及石油天然气开采钻井工具技术领域，具体涉及一种随钻防喷装置。
背景技术
在石油天然气勘探开发中，人们尚不能准确地预测待钻地层中的流体压力，使施工隐藏着巨大的风险，地层流体(油、气、水)一旦失去控制，就会导致井喷失控，造成钻井设备损坏，危及钻井人员安全、破坏油气资源、污染自然环境、导致油气井报废等严重后果。
防止井喷的关键是及时发现溢流和及时控制溢流，并能快速响应发挥作用。防喷装置是石油钻井过程中必备的安全设施，目前，主要防喷设备有井口防喷器组(BOP)和井下防喷器(DBOP)两种。井口防喷器主要有旋转防喷器、环形防喷器以及各种型号的闸板防喷器组合。井下防喷器主要包括方钻杆旋塞阀、钻具回压阀、方钻杆防护阀、投入式止回阀及井下单流阀等。
以上防喷器主要是在井下发生剧烈井涌时，依赖于操作人员的经验和责任心，及时开启井上控制系统来完成防喷器关井作业，以防止井喷事故的发生。如果出现操作不当或操作不及时，也可能导致井喷事故发生。
发明内容
本发明的目的在于提供一种随钻防喷装置，以解决现有防喷装置需要手动操作，操作人员操作不当或操作不及时可能导致井喷事故发生的问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种随钻防喷装置，包括：连接筒，连接筒的两端分别与钻井液管以及钻柱连接；连接筒的外侧壁设有胶筒，胶筒的两端均与连接筒密封配合；连接筒的内侧壁设有滑套，滑套的中部通过第一限位件与连接筒的中部连接，连接筒的内侧壁通过至少两个密封件与滑套密封配合；滑套的内腔设有自控阀；
滑套的侧壁设有至少一个第一通孔；连接筒的侧壁设有至少一个第二通孔，第二通孔位于密封件之间；第二通孔与第一通孔通过任意密封件错开，第二通孔靠近靠近钻井液管所在的一侧。
本发明采用自动控制的方式，切断井内流体喷出的通道，无需地面操作人员根据经验判断而开启井上控制系统。自控阀可以随压力进行开、断进而打开、截断滑套的内腔。连接筒的两端分别与钻井液管以及钻柱连接，具有一定压力的钻井液从钻井液管进入连接筒后，再进入钻柱，最后从回液腔回到地面，回液腔为裸井眼的腔体或者裸井眼中设置的套管的腔体。由于密封配合的存在，井下流体不会从第二通孔流到连接筒和胶筒之间的空间。在钻进正常作业时，钻井液通过自控阀，带有压力的钻井液将自控阀打开，钻井液能顺利流过自控阀，当井下流体介质突然增大，钻井液在连接筒中倒流以及在回液腔中加速流动，井下压力大于钻井液原有压力时，井下流体将自控阀关闭，防止井下流体从钻井液管流出。随着井下流体压力的增大，井下流体会推动滑套，当滑套将第一限位件剪断时，滑套向地面移动，当第一通孔越过连接筒与滑套密封配合位置并与第二通孔连通时，井下流体依次流过第一通孔和第二通孔并流入连接筒和胶筒之间的空间，流体将胶筒撑大，直到胶筒与导流筒接触，并将回液腔截断，阻止流体从回液腔中流出。本发明可以在井下发生井涌时自动、及时截断流体从钻柱内和钻柱外流出的通道，不需要操作人员进行手动操作，避免了由于操作人员操作不当或操作不及时导致的井喷事故。
本发明通过设置销钉直径和数量来控制销钉剪断值，根据具体井况设计而定。井下压力控制后，流体压力减小，胶筒回缩解锁，取出装置，重新装销钉后再继续作业。
进一步地，上述自控阀包括阀座、阀芯以及限位座；阀座和限位座间隔设置，并且均与滑套连接，阀座和限位座分别靠近钻井液管和钻柱各自所在的一侧；阀芯的一端与阀座密封配合，阀芯的另一端贯穿限位座并且与限位座滑动配合。
本发明的自控阀可以在两侧压力不同的情况下实现打开和关闭，从而截断、打开滑套的内腔。阀座和限位座均设置在滑套上，可以随滑套的移动而移动，并且阀座靠近钻井液管，限位座靠近钻柱。阀芯的一端可以与阀座密封配合，另一端可以在限位座上滑动。钻井正常作业时，钻井液推动阀芯，使阀芯远离阀座，自控阀打开。当井下发生井涌时，井下流体压力大于钻井液原有压力，井下流体推动阀芯，使阀芯与阀座密封配合，自控阀关闭。
进一步地，上述阀座的内腔设有锥形密封面，阀座的外侧与滑套密封配合；阀芯的一端设有与锥形密封面相匹配的球面，阀芯的另一端呈杆状。
本发明的自控阀采用球面密封的方式，具有很好的密封效果。阀芯与限位座连接的一端呈杆状，即能进行滑动，又能导向，使阀芯能够很好地与阀座配合。
进一步地，上述阀芯呈杆状的一端外侧套设有弹簧，弹簧的两端分别与阀芯设有球面的一端和限位座连接。
本发明的弹簧可以为阀芯与阀座的密封提供预紧力，在发生井涌时，分开的阀芯和阀座能够快速进行密封。
进一步地，上述滑套的内侧壁设有环槽和凸台，环槽中设有卡簧，限位座位于卡簧与凸台之间并通过卡簧和凸台与滑套卡接。
进一步地，上述滑套的外侧面设有限位槽，连接筒设有第二限位件，第二限位件的一端与连接筒连接，第二限位件的另一端位于限位槽内。
本发明的第二限位件用于限制滑套的过度移动，当第一限位件被剪断后，第二限位件在限位槽中移动，第一通孔和第二通孔连通后，第二限位件被限位槽的端部限制，避免过度位移而导致第一通孔和第二通孔被密封件隔断。
进一步地，上述第一限位件和第二限位件均与连接筒密封配合。
进一步地，上述第一限位件和第二限位件均为销钉。
进一步地，上述连接筒的外侧壁设有两个位于胶筒两端的胶筒座，胶筒座设有固定胶筒的内斜面。
本发明的胶筒在压力的作用会胀大，胶筒座将胶筒的两端固定，防止胶筒的端部被胀大而出现泄压的情况，从而导致胶筒不能胀大到截断导流筒的程度。
进一步地，上述胶筒座的内侧面与连接筒的外侧面密封配合。
本发明的胶筒的端部可能会发生胀大，在压力的作用下，胶筒在胶筒座的内斜面处被挤压，从而进行密封，此时流体会从胶筒座与连接筒形成的腔体流出，从而出现泄压，通过将胶筒座的内侧面与连接筒的外侧面密封能够防止此种情况发生。
本发明具有以下有益效果：
本发明可以在井下发生井涌时自动、及时截断流体从钻柱内腔和钻柱外环腔流出的通道，不需要操作人员进行手动操作，避免了由于操作人员操作不当或操作不及时导致的井喷事故。
附图说明
图1为本发明的随钻防喷装置的结构示意图；
图2为图1的A部放大图；
图3为图1的B部放大图；
图4为本发明的自控阀与滑套的连接结构示意图；
图5为本发明的滑套和限位座的连接结构示意图；
图6为本发明的随钻防喷装置与套管的连接结构示意图。
图中：100－套管；110－回流腔；200－随钻防喷装置；210－连接筒；211－第二通孔；220－胶筒；230－滑套；231－第一通孔；232－限位槽；233－环槽；234－凸台；240－第一限位件；250－自控阀；251－阀座；252－阀芯；253－限位座；254－锥形密封面；255－球面；256－弹簧；257－卡簧；260－第二限位件；270－胶筒座； 280－密封件；290－钻杆接头。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例
请参照图1－图3，随钻防喷装置200包括连接筒210，连接筒210的一端与钻井液管连通，另一端与钻杆接头290螺纹连接，钻杆接头290用于连接钻柱，钻杆接头290通过O型圈与连接筒210密封配合。连接筒210的外侧壁设有胶筒220，胶筒220的两端与连接筒210的外侧壁密封连接。连接筒210的内侧壁设有滑套230，滑套230可以与连接筒210的内侧壁滑动配合。滑套230的内侧壁设有自控阀250，自控阀250可以随压力的改变自动打开或关断，用于截断或打开滑套230的内腔。
连接筒210的外侧壁还设有2个胶筒座270，2个胶筒座270分别位于胶筒220的两端，2个胶筒座270在两端将胶筒220进行限位。胶筒座270设有内斜面，即斜面向胶筒座270的内部倾斜，内斜面将胶筒220的端部进行径向限位，避免胶筒220的端部在受压时变形过大，从而脱离连接筒210，同时，由于内部压力的作用，使胶筒220与内斜面能够紧密贴合，达到密封的效果。胶筒座270的内侧壁通过O型圈与连接筒210的外侧壁密封配合。
滑套230的侧壁设有多个第一通孔231。连接筒210的侧壁设有多个第二通孔211，第二通孔211和第一通孔231错开设置，使第二通孔211靠近钻柱一端，第一通孔231靠近钻井液管一端。连接筒210通过四个密封件280 与滑套230连接，四个密封件280两两分开，分别置于第二通孔211的两端，第二通孔211和第一通孔231之间通过靠近钻柱一端的两个密封件280分开。在本实施例中，密封件280为O型圈。在本发明的其它实施例中，根据工况，可以设置不同数量的密封件280进行密封；密封件280还可以为密封垫片等。
滑套230通过第一限位件240与连接筒210固定连接，第一限位件240 被滑套230剪断后，滑套230可以在连接筒210的内腔中滑动。滑套230的外侧壁还设有限位槽232。连接筒210的侧壁设有第二限位件260，第二限位件260的一端与连接筒210连接，另一端置于限位槽232中。第二限位件260 用于限制滑套230的移动距离。第一限位件240和第二限位件260均从连接筒210的外侧壁开始安装，并且第一限位件240和第二限位件260均通过O 型圈与连接筒210密封连接。在本实施例中，第一限位件240和第二限位件 260均为销钉。
请参照图4和图5，自控阀250包括阀座251、阀芯252以及限位座253。阀座251和限位座253沿滑套230的延伸方向间隔设置，并且均与滑套230 固定连接，阀座251靠近钻井液管所在的一侧，限位座253靠近钻柱所在的一侧。阀芯252的一端与阀座251密封配合，另一端与限位座253滑动配合。
阀座251的外侧通过螺纹与滑套230固定连接并且通过O型圈与滑套 230密封配合。阀座251与限位座253对应的端口设有锥形密封面254。限位座253的横截面积小于滑套230内腔的横截面积，使限位座253不会截断滑套230的内腔，不会阻止流体的流动。限位座253的中部开孔，外侧与滑套 230的内侧壁接触。滑套230的内侧壁设有环槽233和凸台234，环槽233中设有卡簧257，限位座253卡在卡簧257和凸台234形成的空间中，使限位座253与滑套230固定连接。阀芯252的一端设有球面255，另一端呈杆状。球面255与锥形密封面254密封配合。阀芯252呈杆状的一端置于限位座253 中部的孔中，使阀芯252与限位座253滑动配合，阀芯252呈杆状的一端的外侧设有弹簧256，弹簧256的两端分别与阀芯252设有球面255的一端和限位座253连接。
请参照图6，随钻防喷装置200设置在套管100中，套管100设置在裸井眼中，套管100的中腔即为钻井液回流的回流腔110。显然，套管100还可以直接设置在裸井眼中，裸井眼的腔体即为回流腔110。
本发明正常钻井时的工作原理：钻井液从钻井液管进入连接筒210后，钻井液挤压阀芯252，弹簧256被压缩，自控阀250打开，钻井液顺利通过自控阀250并进入钻柱中，最后经过回流腔110回到地面，由于各密封部件的存在，钻井液不会进入胶筒220与连接筒210之间的腔体中。
本发明发生井涌时的工作原理：井下发生井涌时，井下流体压力较高，会导致连接筒210中的流体发生回流以及加速回流腔110中流体的流速。阀芯252在流体挤压以及弹簧256的共同作用下，与阀座251密封配合，并且压力越大，阀芯252与阀座251之间的密封效果越好，实现压力自密封。随着压力的增大，流体推动自控阀250，自控阀250的受力作用在滑套230上，压力增大到设定值，滑套230将第一限位件240剪断，第二限位件260在限位槽232中滑动，直到被限位槽232的端部限制，此时第一通孔231和第二通孔211连通，流体进入到胶筒220与连接筒210之间的腔体中，并将胶筒 220撑大，直到胶筒220截断回流腔110，从而截断钻柱内腔和钻柱外环腔流出的通道，避免井下流体的喷出。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种随钻防喷装置，其特征在于，包括：连接筒(210)，所述连接筒(210)的两端分别与钻井液管以及钻柱连接；所述连接筒(210)的外侧壁设有胶筒(220)，所述胶筒(220)的两端均与所述连接筒(210)密封配合；所述连接筒(210)的内侧壁设有滑套(230)，所述滑套(230)的中部通过第一限位件(240)与所述连接筒(210)的中部连接，所述连接筒(210)的内侧壁通过至少两个密封件(280)与所述滑套(230)密封配合；所述滑套(230)的内腔设有自控阀(250)；
所述滑套(230)的侧壁设有至少一个第一通孔(231)；所述连接筒(210)的侧壁设有至少一个第二通孔(211)，所述第二通孔(211)位于所述密封件(280)之间；所述第二通孔(211)与所述第一通孔(231)通过任意密封件(280)错开，所述第二通孔(240)靠近钻井液管所在的一侧。
2.根据权利要求1所述的随钻防喷装置，其特征在于，所述自控阀(250)包括阀座(251)、阀芯(252)以及限位座(253)；所述阀座(251)和所述限位座(253)间隔设置，并且均与所述滑套(230)连接，所述阀座(251)和所述限位座(253)分别靠近钻井液管和钻柱各自所在的一侧；所述阀芯(252)的一端与所述阀座(251)密封配合，所述阀芯(252)的另一端贯穿所述限位座(253)并且与所述限位座(253)滑动配合。
3.根据权利要求2所述的随钻防喷装置，其特征在于，所述阀座(251)的内腔设有锥形密封面(254)，所述阀座(251)的外侧与所述滑套(230)密封配合；所述阀芯(252)的一端设有与所述锥形密封面(254)相匹配的球面(255)，所述阀芯(252)的另一端呈杆状。
4.根据权利要求3所述的随钻防喷装置，其特征在于，所述阀芯(252)呈杆状的一端外侧套设有弹簧(256)，所述弹簧(256)的两端分别与所述阀芯(252)设有球面(255)的一端和所述限位座(253)连接。
5.根据权利要求1所述的随钻防喷装置，其特征在于，所述滑套(230)的内侧壁设有环槽(233)和凸台(234)，所述环槽中设有卡簧(257)，所述限位座(253)位于所述卡簧(257)与凸台之间并通过所述卡簧(257)和凸台与所述滑套(230)卡接。
6.根据权利要求5所述的随钻防喷装置，其特征在于，所述滑套(230)的外侧面设有限位槽(232)，所述连接筒(210)设有第二限位件(260)，所述第二限位件(260)的一端与所述连接筒(210)连接，所述第二限位件(260)的另一端位于所述限位槽(232)内。
7.根据权利要求6所述的随钻防喷装置，其特征在于，所述第一限位件(240)和所述第二限位件(260)均与所述连接筒(210)密封配合。
8.根据权利要求7所述的随钻防喷装置，其特征在于，所述第一限位件(240)和所述第二限位件(260)均为销钉。
9.根据权利要求1至8任一项所述的随钻防喷装置，其特征在于，所述连接筒(210)的外侧壁设有两个位于所述胶筒(220)两端的胶筒座(270)，所述胶筒座(270)设有固定所述胶筒(220)的内斜面。
10.根据权利要求9所述的随钻防喷装置，其特征在于，所述胶筒座(270)的内侧面与所述连接筒(210)的外侧面密封配合。
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