CN110593777A - 一种无隔水管双梯度钻井钻柱解脱回接装置 - Google Patents

Abstract

一种无隔水管双梯度钻井钻柱解脱回接装置，由解脱机构、退销机构、封堵机构、公体母体回接机构和回接导向辅助机构组成。解脱机构通过剪断销钉实现钻柱的解脱；退销机构在钻柱解脱过程中，推出剪断的销钉，实现清孔；封堵机构由瓣阀组成，完成解脱后对钻柱内部高压流体的封堵；公体母体回接机构主要作用是实现推动销钉填充；回接导向辅助机构的主要作用是实现公体与母体回接时导向。本发明作用效果：紧急情况下实现钻柱解脱，保证钻井作业安全；完成井下高压流体的封堵，避免从钻柱内流入海水，造成污染；断开后实现可靠的回接，开展后续钻井作业；具有回接过程井下高压流体密封机制，防止井下高压流体瞬时打开造成的危险。

Description

一种无隔水管双梯度钻井钻柱解脱回接装置

技术领域

本发明设计用于深海水下油气开采技术领域，具体涉及一种无隔水管双梯度钻井钻柱解脱回接装置。

背景技术

中国深水海域蕴藏着丰富的油气资源，无论对其进行勘探还是开采，都离不开深水钻井作业，深海双梯度钻井作业包括无隔水管深水钻井作业和有隔水管深水钻井作业两种。无隔水管钻井技术作为一项新兴的深水油气藏开采技术，能很好地弥补传统的采用了海洋隔水管钻井技术在深水领域的不足，提高钻井效率。

然而在无隔水管深水钻井作业过程中，钻柱直接暴露在海水里，在海洋环境中易受到风浪等冲击以及浮动钻井平台运动的作用下发生复杂变形，造成钻柱、管柱的破坏，发生油气的泄露，从而带来海洋环境的污染；再者由于钻井平台或钻井船上拥有大量的设备和工作人员，若在此紧急情况下不能及时的与下部钻柱、管柱解脱撤离，将会带来更大的安全事故，造成严重的经济损失。目前现有的安全保护装置，通过剪断销钉实现解脱，利用驱动球阀来完成内部高压流体封堵，但是球阀封堵效果不理想，并且加工精度要求高。同时没有相关装置可以实现钻柱的回接和通道再开启功能。

所以亟需发明一种结构简单且容易操作的无隔水管双梯度钻井钻柱解脱回接装置满足以下需求：

1， 实现紧急情况下钻柱的快速解脱；

2， 实现钻柱下部内高压流体的可靠封堵；

3， 实现钻柱可靠回接；

4， 实现内部通道再次开启；

5， 解决回接过程中泄漏问题；

6， 实现回接过程导向；

从而有效的保证深水浅层钻井工程作业过程中钻柱安全。

发明内容

为了满足上述需求，本发明专利提供了用于海洋钻井的一种无隔水管双梯度钻井钻柱解脱回接装置，本发明通过可活动剪切销钉和瓣阀封堵机构设计，可以解决紧急情况下钻柱的快速解脱同时封堵钻柱下部流体，更能实现后续的回接、管内通道再开启的功能，避免回接过程中高压流体瞬间打开带来的的危险。

本发明专利解决其技术问题所采用以下技术方案是：一种无隔水管双梯度钻井钻柱解脱回接装置，主要由上接头和外壳连接螺钉连接组成公体，下接头和内壳体内螺纹连接组成母体，公体内部设计了解脱回接机构，母体内有退销机构及瓣阀封堵机构；公体和母体之间通过剪切销钉连接，两者之间装有O型密封圈Ⅰ；所述的瓣阀封堵机构由阀座、阀瓣、转动轴、扭弹簧组成，阀瓣通过转动轴固定在阀座的缺口处的销孔上，以此实现零到九十度的转动，并在转动轴上装入扭弹簧，整体装入内壳体内，内壳体下部螺旋接入下接头完成位置的固定。整个封堵装置保留通孔，驱动滑套的下端穿过通孔时接通，抽出时在扭弹簧复位推动阀瓣转动断开内部流体。

所述的回接机构：弹簧套筒内装入推销弹簧，弹簧套筒和外壳体通过螺纹连接，剪切销钉装入外壳体内的剪切销钉孔内，挡销滑条安装在外壳内的挡销滑条导向孔内并插入剪切销钉孔中，旋合上弹簧套筒，压缩推销弹簧压缩弹簧复位推动销钉进入母体剪切销孔内实现填装并连接上下母体。

所述的上接头下端管柱表面周向有4条凹槽，槽尾端段部为缺口，中端有四个周向的卸流孔和螺钉沉头孔。

所述的内壳体设有四个周向的槽阶住挡销滑条下滑，周向4个剪切销孔、退销杆件的安装矩形孔。

所述的外壳体分别设有四个周向剪切销钉孔、四个周向弹簧套筒螺纹连接孔、四个周向挡销滑条导向孔和四个周向弹簧套筒安装凸台，及下端四条导向柱。

所述的驱动滑套上设置有4个周向的退销杆件推柱，便于推动退销杆件退销。

所述的阀座上设置有环状凸台可以与阀瓣接触紧密，封堵效果更好。

本发明的有益效果是：（1）解决了钻井过程中钻柱的快速解脱问题；（2）实现了解脱后钻柱下部流体的封堵；（3）可以实现解脱后的回接与通道再开启；（4）回接过程密封防泄漏，保护环境；（5）回接时外壳体与内壳体表面特征可实现导向;（6）不影响现有钻井工艺，降低开采经济成本。

附图说明

图1为本发明外观正视图；

图2为本发明外观俯视图；

图3为本发明回接前后状态示意图；

图4为本发明装配体三维示意图和局部放大图；

图5为本发明瓣阀结构示意图和瓣阀旋转前后三维对比图；

图6为本发明驱动滑套四分之一剖视示意图；

图7为本发明外壳体四分之一剖视示意图；

图8为本发明内壳体四分之一剖视示意图；

图9为本发明上接头四分之一剖视示意图；

图10为本发明下接头四分之一剖视示意图；

图11为本发明挡销滑条结构示意图。

图中，1-上接头，101-螺钉沉头孔，102-卸流孔，103-退销杆件导向槽，104-缺口，2-挡销滑条，3-退销杆件，4-旋转轴，5-剪切销钉，6-弹簧套筒，7-推销弹簧，8-外壳体，801-螺纹连接孔，802-挡销滑条导向孔，803-弹簧套筒安装凸台，804-弹簧套筒安装凸台剪切销钉孔，805-弹簧套筒安装螺纹孔，806-导向柱，9-驱动滑套，901-退销杆件推柱，10- O型密封圈Ⅰ，11-内壳体，1101-槽阶，1102剪切销孔，1103-退销杆件安装矩形孔，1104-旋转轴孔，1105-导向凸台，1106-内螺纹孔，1107-弹簧放置台阶，12-驱动弹簧，13-转动轴，14-阀座，15-阀瓣，16-下接头，17-扭弹簧，18-连接螺钉。

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1~11所示，一种无隔水管双梯度钻井钻柱解脱回接装置，它包括上接头1、挡销滑条2、退销杆件3、旋转轴4、剪切销钉5、弹簧套筒6、推销弹簧7、外壳体8、驱动滑套9、O型密封圈Ⅰ10、内壳体11、驱动弹簧12、转动轴13、阀座14、阀瓣15、下接头16、扭弹簧17和连接螺钉18；上接头1和外壳体8通过连接螺钉18连接，推销弹簧7装入弹簧套筒6和剪切销钉5旋合在外壳体8上的弹簧套筒安装凸台，组成公体部分，退销杆件3通过旋转轴4固定在内壳体11的安装矩形孔1103中，在内壳体11的下端管内装入瓣阀再螺旋接上下接头16组成母体部分。

本发明的工作过程如下：

正常工作及其紧急解脱时，将装置通过上接头1和下接头16与钻柱螺纹连接，当钻柱传递的扭矩和钻压不超过剪切销钉5的剪切力大小时，装置正常工作，装置内阀瓣15初始状态为开启状态，钻柱内部流体可以从驱动滑套9的通孔通过，驱动滑套9通过上接头1的下端管柱下压，使驱动弹簧12处于压缩状态，驱动滑套9的下端管柱部分穿过阀座14通孔；当遇到紧急海况时，上提公体，上提力大于剪切销钉5被剪断所需要的剪切力，使得剪切销钉5被剪断，此时公体与母体分离，完成钻柱的解脱；与此同时，由于失去了剪切销钉5的连接，公体与母体慢慢远离，上接头1的下端管柱远离内壳体11，由于没有了上接头1下端管柱的限制，驱动滑套9在驱动弹簧12的推动下向上移动，驱动滑套9的下端管柱部分从阀座14通孔中抽出，然后下部流体压力以及扭弹簧17的作用下阀瓣15转动实现封堵。驱动滑套9在向上移动的同时，由于驱动滑套9的推杆凸柱901的作用，推动退销杆件3转动退出破坏了的剪切销钉5，完成退销清孔。

回接工作时，在海面上组装完成公体，包括上接头1与外壳体8的连接螺钉18连接，在外壳体8的销钉孔803内装入带孔的剪切销钉5，挡销滑条2装入外壳体8内的挡销滑条导向孔802，下端并插入剪切销钉的孔内卡住剪切销钉5轴向移动，然后装入推销弹簧7，螺纹套筒6旋入外壳体8的螺纹孔805中并压缩了弹簧7；母体，包括退销杆件3和旋转轴4装入安装矩形孔1103中，内壳体11通道内装入驱动弹簧12、驱动滑套9、在下部装入瓣阀机构和下接头16，母体与海底钻柱连接；回接时，下放公体，在与母体接触开始时，外壳体8的导向柱806沿内壳体11的导向凸台1105型面滑移完成导向，挡销滑条2卡在内壳体的槽阶1101处无法跟随公体继续下移，因此逐渐从剪切销钉5的孔内抽出，当公体下移到极限位置时挡销滑条2也从剪切销钉5的孔中抽出，在推销弹簧7的推动下剪切销钉5被推入工作位置剪切销孔1102完成回接。同时在公体下移过程中，公体的内管柱逐渐推动驱动滑套9下移，当接近阀口时，在上部管内加压和驱动滑套9的运动下，驱动滑套9的下端管柱推动封堵机构的阀瓣15转动打开通道完成通流。

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 (7)

1.一种无隔水管双梯度钻井钻柱解脱回接装置，主要由组装完成的公体和母体两个模块组成，公体由上接头（1）、与上接头（1）连接螺钉（18）连接的外壳体（8）、外壳体（8）内的解脱回接机构组成，母体由内壳体（11）、与内壳体（11）下端螺纹连接的下接头（16），内壳体（11）上部的退销机构，下部通道内的封堵机构组成，公体与母体由剪切销钉（5）连接，公体母体之间有O型密封圈Ⅰ（10），其特征在于：所述的剪切销钉解脱回接机构由推销弹簧（7）、弹簧套筒（6）、剪切销钉（5）、挡销滑条（3）组成，挡销滑条（3）装入外壳体（8）内的挡销滑条导向孔内，然后在外壳体（8）销钉孔内装入剪切销钉（5），挡销滑条（3）下移插入剪切销钉（5）的孔中，然后弹簧套筒（6）内装入推销弹簧（7），并且螺纹旋入外壳体（8）上的螺纹孔，压缩推销弹簧（7）。

2.根据权利要求1所述的一种无隔水管双梯度钻井钻柱解脱回接装置，其特征在于：所述的退销机构由退销杆件（3）、旋转轴（4）、驱动滑套（9）和驱动弹簧（12）组成，退销杆件（3）通过旋转轴（4）固定在内壳体（11）上的安装矩形孔（1103）中实现转动，驱动弹簧（12）套在驱动滑套（9）上，下端放置在内壳体（11）通道内的台阶（1107）上。

3.根据权利要求2所述的一种无隔水管双梯度钻井钻柱解脱回接装置，其特征在于：所述的驱动滑套（9）上设置退销杆件推柱（901）。

4.根据权利要求1所述的一种无隔水管双梯度钻井钻柱解脱回接装置，其特征在于：所述的瓣阀封堵机构由阀座（14）、阀瓣（15）、转动销轴（13）、扭弹簧（17）组成，阀瓣（15）通过转动轴（13）安装在阀座（14）的缺口上，在转动轴（13）上装入扭弹簧（17），完成封堵机构，然后把整个装置装入内壳体（11）下部通道内，旋合下接头（16）实现轴向固定。

5.根据权利要求1所述的一种无隔水管双梯度钻井钻柱解脱回接装置，其特征在于：所述的回接导向装置由外壳体（8）的导向柱（806）和内壳体（11）的导向凸台（1105）组成，下放过程时导向柱（806）沿导向凸台（1105）型面滑移实现导向。

6.根据权利要求1所述的一种无隔水管双梯度钻井钻柱解脱回接装置，其特征在于：所述的外壳体（8）上周向分布有连接螺钉连接的螺纹孔（801）、挡销滑条导向孔（802）、与工具轴线夹角45°的剪切销钉孔（803）、弹簧套筒螺纹孔（805），导向柱（806）。

7.根据权利要求1所述的一种无隔水管双梯度钻井钻柱解脱回接装置，其特征在于：所述的内壳体（11）设有周向的卡挡销滑条的槽阶（1101）、与工具轴线夹角45°的剪切销孔（1102）、退销杆件安装矩形孔（1103）和旋转轴孔（1104），导向凸台（1105），内螺纹孔（1106）。