CN110318708B - 一种无隔水管钻井钻柱安全控制装置 - Google Patents
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Abstract
一种无隔水管钻井钻柱安全控制装置，它包括与上下管柱连接的上接头(1)和下接头(10)、通过剪切销钉(12)与上接头连接的外壳(3)、外壳内部的球阀封堵机构、外壳与下接头(10)通过螺纹连接。工作时，上提上部管柱，上接头和外壳之间的剪切销钉被剪断，上部管柱及上接头与下部装置断开，压缩弹簧(8)推动驱动滑套(6)上移，驱动滑套通过连接销(11)推动球阀旋转完成封堵。本发明有益效果是：可实现无隔水管钻井过程中遭遇紧急情况时钻柱快速解脱，且封堵下部钻柱内高压油气，从而保护深水浮式钻井船和钻柱的安全；同时其结构简单、易操作，且不影响现有钻井工艺，可有效应用于深水无隔水管钻井和天然气水合物开采作业中。
Description
技术领域
本发明设计深水油气开采技术领域，具体涉及一种无隔水管钻井钻柱安全控制装置。
背景技术
随着我国国民经济的持续快速发展，对石油天然气的需求不断增长，油气资源勘探开发向深海进军成必然趋势，这也符合世界油气勘探开发潮流。为解决与陆地钻井相比深海钻井中出现的各种技术问题，提出了一种无隔水管钻井技术，它是一种控制压力钻井技术，其核心方案是不使用隔水管，不依靠钻柱和隔水管环空，而是采用海底泵和另外的回流管线回输钻井液和岩屑，形成钻井液的循环，通过海底泵的抽吸作用，有效控制井底压力，克服钻井中遇到的问题，实现安全、经济的钻井。
对于深海复杂的海况，上述钻采工艺采用的浮动式钻井平台和钻井船容易受到风浪流等特殊海况的冲击，钻柱容易被破坏发生油气泄露，污染环境；其次，由于钻井船上的人员和设备密集，钻井平台和钻井船如果不能及时地和管柱解脱离开，容易造成重大的安全事故，影响钻井效率，造成经济损失。对于常规有隔水管的钻井过程，在发生井喷或者油气泄露时，可以通过关闭闸板防喷器的方式封隔钻井液流通的环空，并剪断钻柱，进行紧急情况下油气的封堵和钻柱解脱。但是对于上述的无隔水管钻井工艺，如何进行钻柱内部通道的封堵和钻柱快速解脱仍然是目前亟待解决的问题。
所以亟需发明一种结构简单且易操作的无隔水管钻井钻柱安全控制装置来实现紧急情况下钻柱的快速解脱和下部钻柱内高压油气的可靠封堵，从而有效解决深水浅层无隔水管钻井作业过程中钻柱安全保护问题。
发明内容
为了满足上述需求，本发明专利提供了用于深水无隔水管钻井的一种钻井钻柱安全控制装置，本发明通过剪切销钉和球阀封堵机构设计，在紧急情况下使得钻柱可以快速解脱同时封堵钻柱下部油气。
本发明专利解决其技术问题所采用以下技术方案：一种无隔水管钻井钻柱安全控制装置，主要由上接头、外壳、下接头，O型密封圈Ⅰ，以及位于外壳、上接头、下接头之间的球阀封堵机构组成；上接头和外壳之间通过剪切销钉连接，两者之间装有O型密封圈Ⅰ；下接头和外壳之间通过螺纹连接；所述的球阀封堵机构由上阀座、球阀、驱动滑套、下阀座、压缩弹簧，固定销钉、连接销，O型密封圈Ⅱ组成，上阀座通过固定销钉被固定在外壳上，球阀设置于上阀座和下阀座之间，球阀两侧有凸出的旋转轴位于下阀座的支撑架上，驱动滑套与球阀之间通过连接销连接，连接销位于球阀两侧导槽内，驱动滑套上端的传力杆穿过上阀座与上接头接触，驱动滑套可以上下移动，压缩弹簧位于外壳内且其两端分别连接于驱动滑套和下接头之间。
所述的外壳上周向分布有剪切销钉孔和上阀座固定孔分别用于固定上接头和上阀座，外壳下端设置有螺纹用于与下接头连接。
所述的上阀座底部设置有上阀座球形面与球阀贴合，上阀座周向设置有阀座固定螺纹孔，上阀座设有阀座通孔用于驱动滑套传力杆穿过。
所述的球阀设有球阀通孔用于钻井液流通，球阀两侧设有对称圆台，圆台上有导槽和外凸的旋转轴。
所述的驱动滑套上设置有滑套螺纹孔，用于连接销一端的固定，连接销另一端在球阀导槽内，驱动滑套上下移动可以带动球阀旋转，驱动滑套上部为传力杆，传力杆穿过上阀座上的阀座通孔与上接头底部接触。
所述的下阀座上设置有下阀座球形面与球阀贴合，下阀座上有支撑架，支撑架用于球阀旋转轴支撑，下阀座外表面设置有密封槽。
本发明的有益效果是：(1)解决了无隔水管钻井过程中钻柱的快速解脱问题；(2)实现了无隔水管钻井过程中钻柱下部泄露油气的封堵；(3)适用范围广，可以适用于现有各种深水无隔水管钻井和天然气水合物开采作业；(4)结构简单可靠、易操作，且不影响现有钻井工艺。
附图说明
图1为本发明正视图；
图2为本发明剖视图；
图3为本发明装置整体连接和断开剖面对比图；
图4为本发明球阀旋转前后三维对比图；
图5为本发明球阀结构示意图；
图6为本发明外壳结构示意图；
图7为本发明上阀座结构示意图；
图8为本发明驱动滑套结构示意图；
图9为本发明下阀座结构示意图。
图中，1-上接头，2-O型密封圈Ⅰ，3-外壳，4-上阀座，5-球阀，6-驱动滑套，7-下阀座， 8-压缩弹簧，9-O型密封圈Ⅱ，10-下接头，11-连接销，12-剪切销钉，13-固定销钉，14-上管柱，15-下管柱，301-剪切销钉孔，302-固定销钉孔，401-阀座固定螺纹孔，402-阀座通孔， 403-上阀座球形面，501-球阀通孔，502-导槽，503-旋转轴，601-传力杆，602-滑套螺纹孔， 701-支撑架，702-O型密封槽，703-下阀座球形面。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的描述，本发明的保护范围不局限于以下描述：
如图1～8所示，一种无隔水管钻井钻柱安全控制装置，它包括上接头1、O型密封圈Ⅰ2、外壳3、上阀座4，球阀5，驱动滑套6、下阀座7、压缩弹簧8、O型密封圈Ⅱ9、下接头10、连接销11，剪切销钉12、固定销钉13组成；上接头1和外壳3通过剪切销钉12连接，两者之间装有O型密封圈Ⅰ2，通过上提钻柱可以使得上接头1和外壳3之间剪切销钉12断开，实现钻柱的快速断开；上阀座4通过固定销钉13安装在外壳上，球阀5安装在上阀座4和下阀座7之间，其两侧有外凸的旋转轴503，旋转轴安装在下阀座的支撑架701上；驱动滑套6 与球阀5之间通过连接销11连接，连接销一端与驱动滑套6通过螺纹连接，连接销另一端插入球阀上的导槽502内，驱动滑套6的轴向移动可以转化为球阀5的旋转运动；驱动滑套上端传力杆601穿过上阀座4与上接头1接触，当上接头1上提之后，驱动滑套6被压缩弹簧 8上弹，驱动滑套移动带动球阀5旋转；压缩弹簧8位于外壳内且其两端分别连接于驱动滑套6和下接头10之间。
本发明的工作过程如下：
正常工作时，将装置通过上接头1和下接头10连入钻柱上，当钻柱传递的扭矩和钻压不超过剪切销钉12的剪切力大小时，装置正常工作，装置内球阀5初始状态为开启状态，钻柱内部油气可以从球阀通孔通过，驱动滑套6的传力杆601与上接头下部接触，驱动滑套底部与压缩弹簧8接触，此时压缩弹簧8被压缩；当遇到紧急海况或者工况时，上提钻柱，上提力大于剪切销钉12被剪断所需要的剪切力，使得剪切销钉被剪断，此时上接头和上部钻柱同装置其它部分分开，完成钻柱的解脱；与此同时，由于失去了剪切销钉的连接，上接头1和外壳3之间慢慢远离，上接头1远离上阀座4，由于没有了上接头的限制，驱动滑套6上的传力杆601在压缩弹簧的推动下向上移动穿出上阀座4，驱动滑套在向上移动的同时，由于连接销11的作用，连接销在球阀导槽502中滑动同时带动球阀旋转90°，使得球阀完成对钻柱内部的封堵。
最后所应说明的是：以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应该理解：依然可以对本专利进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.一种无隔水管钻井钻柱安全控制装置，主要由上接头(1)、与上接头(1)通过剪切销钉(12)连接的外壳(3)、与外壳(3)下端通过螺纹连接的下接头(10)，外壳(3)和上接头(1)之间的O型密封圈Ⅰ(2)，以及位于外壳(3)、上接头(1)、下接头(10)之间的球阀封堵机构组成；其特征在于：所述的球阀封堵机构由上阀座(4)、球阀(5)、驱动滑套(6)、下阀座(7)、压缩弹簧(8)，固定销钉(13)、连接销(11)，O型密封圈Ⅱ(9)组成；上阀座(4)通过固定销钉(13)被固定在外壳(3)上，球阀(5)设置在上阀座(4)和下阀座(7)之间，球阀(5)两侧圆台上的旋转轴(503)设在下阀座(7)的支撑架(701)上；驱动滑套(6)与球阀(5)之间通过连接销(11)连接，驱动滑套(6)上端传力杆(601)穿过上阀座(4)与上接头(1)接触，压缩弹簧(8)位于外壳(3)内且其两端分别连接于驱动滑套(6)和下接头(10)之间，下阀座(7)和外壳(3)之间设有O型密封圈Ⅱ(9)。
2.根据权利要求1所述的一种无隔水管钻井钻柱安全控制装置，其特征在于：所述的外壳(3)上周向分布有剪切销钉孔(301)和固定销钉孔(302)，外壳下端设置有螺纹。
3.根据权利要求1所述的一种无隔水管钻井钻柱安全控制装置，其特征在于：所述的上阀座(4)底部设置有上阀座球形面(403)，上阀座(4)周向设置有阀座固定螺纹孔(401)，上阀座(4)设有阀座通孔(402)。
4.根据权利要求1所述的一种无隔水管钻井钻柱安全控制装置，其特征在于：所述的球阀(5)设有球阀通孔(501)，球阀两侧设有对称圆台，圆台上有导槽(502)和外凸的旋转轴(503)。
5.根据权利要求1所述的一种无隔水管钻井钻柱安全控制装置，其特征在于：所述的驱动滑套(6)上设置有滑套螺纹孔(602)，驱动滑套(6)上部为传力杆(601),传力杆(601)穿过上阀座(4)上的阀座通孔(402)与上接头(1)底部接触。
6.根据权利要求1所述的一种无隔水管钻井钻柱安全控制装置，其特征在于：所述的下阀座(7)上设置有下阀座球形面(703)，下阀座上有支撑架(701)，下阀座外表面设置有密封槽(702)。
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