CN109441386A - 一种同时完成海底切割套管和封井作业的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种同时完成海底切割套管和封井作业的装置，包括外管；外管上设有一组沿圆周均布的割刀槽，割刀槽内设有割刀，割刀经销轴与外管铰接；外管内设有活塞，活塞外圆与外管内孔滑动连接，活塞外圆与割刀槽对应位置设有齿槽，齿槽与割刀上的齿键转动连接；当活塞在外管内向下滑动时，活塞上的齿槽推动割刀向外张开抵紧井下套管内壁；通过外管带动割刀旋转完成对套管的切割。本发明可减少反复起下钻的人工和能源消耗。也避免了因找不到井眼直接弃井，造成井内长时间累积的油汽返出井口对海洋造成污染，也可防止船只经过时碰撞到海底的废弃石油设施造成事故。本发明结构简单，制作成本低，运行可靠。
Description
技术领域
本发明涉及一种同时完成海底切割套管和封井作业的装置，属于海底钻探封井技术领域。
背景技术
随着海洋石油勘探开发向深水发展，人类对海洋环境保护力度增加，要求对废弃海洋石油设施进行弃井作业，弃井作业首先需要将井口设施及废井中上部一定深度的套管和导管从井内打捞上来，以防止过往船只经过井口时碰撞到海底的废弃石油设施和套管及导管造成事故。然后再通过灌浆设备将水泥浆注入废井内将废井封闭，以防止井下长时间累积的油汽涌出井口对海洋造成污染。
现有地面的封井作业通常是分两步进行的，第一步是通过切割和打捞设备将油井中的套管切断，与套管外的导管一起从油井内打捞出来。第二步采用灌浆设备将水泥浆注入废井内，完成封井作业。
现有地面使用的切割和打捞设备多采用液压系统驱动设备的割刀或卡瓦。由于液压驱动系统要求水眼直径不能太大，这样才能在钻杆内通过截面差在钻杆内形成一定的压力差，以确保切割和打捞设备的正常工作。由于现有设备钻杆内的水眼很小。水眼就是封时水泥浆的通道。封井时水泥浆在通过小水眼时，还未到达预定深度水泥浆就会凝固，导致无法再继续注入水泥浆，影响封井质量。因此采用现有地面封井设备只能采用两步封井方式。
两步封井方式不适用于海底封井作业。当切割完套管将套管和导管从废井中打捞出来时，海底的泥沙会很快将废井井口掩埋，当需要再进行封井作业时，很难找到原来的井口。如果遇到台风或者大浪时钻井平台需要回港躲避，回来后根本找不到原来的井口，只能选择放弃封井。这样井下长时间累积的油汽就有可能涌出井口对海洋造成污染。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种同时完成海底切割套管和封井作业的装置，使该装置与打捞装置配合使用，可一次下钻完成将套管切断，并将套管和导管从井内打捞上来，在上提钻杆时，同时向井内注入水泥浆，完成封井作业，这不但可满足海底封井作业要求，也可大大提高提高海底封井作业效率，减小能源消耗，从而克服现有技术的不足。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的一种同时完成海底切割套管和封井作业的装置，
一种同时完成海底切割套管和封井作业的装置，包括上接头、外管，球座，活塞，限流座、下接头；活塞上设有推动割刀向外张开的齿槽和水泥浆流通的通道孔；外管上设有一组沿圆周均布的割刀槽，割刀槽内设有割刀，割刀经销轴与外管铰接。
前述装置中，外管内设有活塞，活塞外圆与外管内孔滑动连接，活塞外圆与割刀槽对应位置设有齿槽，齿槽与割刀上的齿键转动连接；当活塞在外管内向下滑动时的齿槽推动割刀向外张开抵紧井下套管内壁；通过外管带动割刀旋转完成对套管的切割。
前述装置中，投入钢球落入球座的孔口后，通过钢球上方的水泥浆压力将销钉剪断，并使球座落入活塞内孔并推动活塞一起向下滑动至打开活塞上的通道孔，使水泥浆经过上接头内孔、活塞上端外圆及活塞上的通道孔进入活塞下部内孔流入下接头内孔构成用于封井的水泥浆通道，进而实现封井。
前述装置中，所述活塞上设有活塞环，活塞环位于下接头顶端，在活塞环顶面与活塞的轴肩之间设有弹簧；在活塞上部内孔中设有喷嘴座，喷嘴座上设有限流孔；由于限流孔的作用，活塞上部压力大于活塞下部压力，使活塞克服弹簧作用力在外管内向下滑动并通过活塞上的齿槽推动割刀向外张开。
前述装置中，所述外管上端与上接头螺纹连接用于接收来自上部钻具的旋转扭矩；外管下端与下接头连接用于将扭矩传递自下级井下工具。
前述装置中，所述上接头内孔底部设有球座，球座经销钉与上接头连接；球座上设有能在套管切割完成后由地面通过管柱投入钢球的孔口，当钢球落入球座的孔口后，通过钢球上方的水泥浆压力将销钉剪断使球座落入活塞内孔并推动活塞一起向下滑动至打开活塞上的通道孔，使活塞上部压力经活塞上的通道孔与活塞下部压力达到平衡，活塞在弹簧的作用下沿外管内向上滑动，带动割刀向内收缩至割刀槽内。
前述装置中，所述割刀槽两端与活塞外圆的滑动连接处、球座外圆与上接头和活塞内圆之间、以及所有螺纹连接处两端均设有密封圈。
前述装置中，所述弹簧作用力与活塞上部压力达到平衡状态时，活塞停止下移，割刀向外张开固定。通过调节活塞上部压力控制割刀向外张开角度，直至将套管完全切断。
前述装置中，所述密封圈根据结构要求选择AB圈、防尘圈或不同截面的O型圈。
由于采用了上述技术方案，本发明打捞装置配合使用，可以一次下钻同时完成海底油井的套管切割，套管和导管的打捞，以及油井的封井作业。与现有技术相比，解决了起钻后海底泥沙掩埋井眼，再次下钻进行封井作业时很难找到之前的井眼或无法找到井眼的技术问题。可减少反复起下钻的人工和能源消耗。也避免了因找不到井眼直接弃井，造成井内长时间累积的油汽返出井口对海洋造成污染，也可防止船只经过时碰撞到海底的废弃石油设施造成事故。本发明具有结构简单，制作成本低，运行可靠的特点。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图中标记为：1-上接头、2-外管、3-销钉、4-球座、5-活塞、6-限流座、7-限流孔、8-割刀、9-弹簧、10-活塞、11-下接头、12-割刀槽、13-销轴、14-钢球、15-齿键、16-齿槽、17-通道孔。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明的一种同时完成海底切割套管和封井作业的装置，如图1所示，包括上接头1、外管2，球座4，活塞5，限流座6、下接头11；其特征在于：活塞5上设有推动割刀8向外张开的齿槽16和水泥浆流通的通道孔17；外管2上设有一组沿圆周均布的割刀槽12，割刀槽12内设有割刀8，割刀8经销轴13与外管2铰接。外管2内设有活塞5，活塞5外圆与外管2内孔滑动连接，活塞5外圆与割刀槽12对应位置设有齿槽16，齿槽16与割刀8上的齿键15转动连接；当活塞5在外管2内向下滑动时的齿槽16推动割刀8向外张开抵紧井下套管内壁；通过外管2带动割刀8旋转完成对套管的切割。投入钢球14落入球座4的孔口后，通过钢球14上方的水泥浆压力将销钉3剪断，并使球座4落入活塞5内孔并推动活塞5一起向下滑动至打开活塞5上的通道孔17，使水泥浆经过上接头1内孔、活塞5上端外圆及活塞5上的通道孔17进入活塞5下部内孔流入下接头11内孔构成用于封井的水泥浆通道，进而实现封井。活塞5上设有活塞环10，活塞环10位于下接头11顶端，在活塞环10顶面与活塞5的轴肩之间设有弹簧9；在活塞10上部内孔中设有喷嘴座6，喷嘴座6上设有限流孔7；由于限流孔7的作用，活塞5上部压力大于活塞5下部压力，使活塞5克服弹簧9作用力在外管2内向下滑动并通过活塞5上的齿槽16推动割刀8向外张开。外管2上端与上接头1螺纹连接用于接收来自上部钻具的旋转扭矩；外管2下端与下接头11连接用于将扭矩传递自下级井下工具。上接头1内孔底部设有球座4，球座4经销钉3与上接头1连接；球座4上设有能在套管切割完成后由地面通过管柱投入钢球14的孔口，当钢球14落入球座4的孔口后，通过钢球14上方的水泥浆压力将销钉3剪断使球座4落入活塞5内孔并推动活塞5一起向下滑动至打开活塞5上的通道孔17，使活塞5上部压力经活塞5上的通道孔17与活塞5下部压力达到平衡，活塞5在弹簧9的作用下沿外管2内向上滑动，带动割刀8向内收缩至割刀槽12内。割刀槽12两端与活塞5外圆的滑动连接处、球座4外圆与上接头1和活塞5内圆之间、以及所有螺纹连接处两端均设有密封圈。弹簧9作用力与活塞5上部压力达到平衡状态时，活塞5停止下移，割刀8向外张开固定。通过调节活塞5上部压力控制割刀8向外张开角度，直至将套管完全切断。密封圈根据结构要求选择AB圈、防尘圈或不同截面的O型圈。
实施例
本例包括由上接头1、外管2和下接头11构成的外管组件；外管组件内设有由活塞5和球座4构成的内部组件。活塞5可在外管2内轴向滑动。活塞5上设有3个以上沿圆周均布的通道孔17，活塞5内孔设有限流座7，限流座7上设有限流孔6，活塞5外圆柱上设有2个齿槽16；割刀8尾端设有2个齿键15；齿键15与活塞5上的齿槽16配合。上述结构可使割刀8展开行程足够大，从而可以采用长度较短的割刀8，长度的减小可以提高割刀8的强度，同时也可节约材料，降低成本。切割过程中弹簧9和活塞环10可自动抵消钻柱的起伏，平衡压降使割刀刀体始终处于切割状态。
本发明的工作原理说明如下：
当需要切割井下的套管时，通过向钻柱内打压水泥浆，由于活塞5上限流孔7的限流作用，使活塞上下两端形成压差，推动活塞5下行，从而推动割刀8张开。割刀8张开角度由活塞5上下压差控制。旋转钻柱便可对套管进行切割。切割过程中弹簧9和活塞环10可自动抵消钻柱的起伏，使割刀8始终保持在同一位置。当套管被切断后需要打捞和注水泥时，在钻柱水眼内投入钢球14，钢球14落入球座4的孔口后，堵住了水泥浆通道，使钢球14顶部压力瞬间增大，剪断销钉3。并推动钢球14、球座4和活塞结构一起下行，使水泥浆不经过限流孔7而从活塞5上沿圆周均布的通道孔17流至活塞5下方形成注水泥浆通道。使活塞5上下压差为零。活塞5在弹簧9的作用下上行并带动割刀8收缩至外管2的割刀槽12内。由于新打开的通道截面远远大于切割时限流孔7的通流面积，可使水泥浆顺利通过，此时可以一边向上提被切断的套管，一边通过新打开的通道向井内注入水泥完成封井作业。
现有的装置由于割刀的水眼太小水泥通过时会凝固，因此在完成套管切割后，需要起钻。重新更换封井装置进行封井作业。一次起下钻时间至少需要3小时。本发明的装置可以下次下进通过完成切割和封井作业，大大节约了操作时间和起下钻的人工和能源消耗。本发明具有结构简单，经济实用的特点。
Claims (10)
1.一种同时完成海底切割套管和封井作业的装置，包括上接头（1）、外管（2），球座（4），活塞（5），限流座（6）、下接头（11）；其特征在于：活塞（5）上设有推动割刀（8）向外张开的齿槽（16）和水泥浆流通的通道孔（17）；外管（2）上设有一组沿圆周均布的割刀槽（12），割刀槽（12）内设有割刀（8），割刀（8）经销轴（13）与外管（2）铰接。
2.根据权利要求1所述装置，其特征在于：外管（2）内设有活塞（5），活塞（5）外圆与外管（2）内孔滑动连接，活塞（5）外圆与割刀槽（12）对应位置设有齿槽（16），齿槽（16）与割刀（8）上的齿键（15）转动连接；当活塞（5）在外管（2）内向下滑动时的齿槽（16）推动割刀（8）向外张开抵紧井下套管内壁；通过外管（2）带动割刀（8）旋转完成对套管的切割。
3.根据权利要求2所述装置，其特征在于：投入钢球（14）落入球座（4）的孔口后，通过钢球（14）上方的水泥浆压力将销钉（3）剪断，并使球座（4）落入活塞（5）内孔并推动活塞（5）一起向下滑动至打开活塞（5）上的通道孔（17），使水泥浆经过上接头（1）内孔、活塞（5）上端外圆及活塞（5）上的通道孔（17）进入活塞（5）下部内孔流入下接头（11）内孔构成用于封井的水泥浆通道，进而实现封井。
4.根据权利要求3所述装置，其特征在于：所述活塞（5）上设有活塞环（10），活塞环（10）位于下接头（11）顶端，在活塞环（10）顶面与活塞（5）的轴肩之间设有弹簧（9）；在活塞（10）上部内孔中设有喷嘴座（6），喷嘴座（6）上设有限流孔（7）；由于限流孔（7）的作用，活塞（5）上部压力大于活塞（5）下部压力，使活塞（5）克服弹簧（9）作用力在外管（2）内向下滑动并通过活塞（5）上的齿槽（16）推动割刀（8）向外张开。
5.根据权利要求4所述装置，其特征在于：所述外管（2）上端与上接头（1）螺纹连接用于接收来自上部钻具的旋转扭矩；外管（2）下端与下接头（11）连接用于将扭矩传递自下级井下工具。
6.根据权利要求5装置，其特征在于：所述上接头（1）内孔底部设有球座（4），球座（4）经销钉（3）与上接头（1）连接；球座（4）上设有能在套管切割完成后由地面通过管柱投入钢球（14）的孔口，当钢球（14）落入球座（4）的孔口后，通过钢球（14）上方的水泥浆压力将销钉（3）剪断使球座（4）落入活塞（5）内孔并推动活塞（5）一起向下滑动至打开活塞（5）上的通道孔（17），使活塞（5）上部压力经活塞（5）上的通道孔（17）与活塞（5）下部压力达到平衡，活塞（5）在弹簧（9）的作用下沿外管（2）内向上滑动，带动割刀（8）向内收缩至割刀槽（12）内。
7.根据权利要求6装置，其特征在于：所述割刀槽（12）两端与活塞（5）外圆的滑动连接处、球座（4）外圆与上接头（1）和活塞（5）内圆之间、以及所有螺纹连接处两端均设有密封圈。
8.根据权利要求7所述装置，其特征在于：所述弹簧（9）作用力与活塞（5）上部压力达到平衡状态时，活塞（5）停止下移，割刀（8）向外张开固定。
9.通过调节活塞（5）上部压力控制割刀（8）向外张开角度，直至将套管完全切断。
10.根据权利要求8所述装置，其特征在于：所述密封圈根据结构要求选择AB圈、防尘圈或不同截面的O型圈。
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