CN111119747B - 钻井管柱和钻井完井一体化方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种钻井管柱和钻井完井一体化方法，该钻井管柱包括钻杆和设置在钻杆上的防气侵装置，防气侵装置具有内筒；内筒的内腔形成第一流道；设置在内筒的外侧的第二流道，第二流道通过第一通孔与第一流道选择性连通，并通过第二通孔与外界连通，其中，第二通孔位于第一通孔的上端，该钻井管柱包括设置在钻杆上的防气侵装置，该装置能改变气体和液体的流动方向，利用重力分异作用，达到防止钻井液气侵和漏失的目的。

Description

钻井管柱和钻井完井一体化方法

技术领域

本发明涉及石油天然气技术领域，具体涉及一种钻井管柱和钻井完井一体化方法。

背景技术

天然气井在钻井等作业施工时，由于气液密度差异，气体密度低，泥浆密度大，在重力置换作用下气体向上运移，泥浆向下滑脱，不可避免的发生泥浆的气侵和漏失现象，天然气侵入泥浆向上运移，泥浆向下漏入地层，极易造成井涌、井喷，引起井控事故。同时，大量泥浆漏入地层，增加了钻井成本，同时也严重污染了地层。极限情况下，当泥浆全部漏完后，井筒全部充满气体时，没有泥浆液柱压力平衡井底压力，井口压力将达到最高值，对井口和套管的安全带来极大的风险，尤其对于缝洞型高压气藏，天然气上窜速度快，泥浆恶性漏失，井控风险极大，钻完井成本极高。

目前，对于温度压力较低的气藏，可以通过提高井口和套管的强度来保证井控安全，另外可以通过循环排气来保证井筒充满泥浆，同时提高泥浆性能来减缓气体上窜速度，争取作业窗口时间，还可以采用气滞塞技术，即在井底挤入一段高粘滞性泥浆，减缓气体上窜速度。但这些措施只能减缓气体上窜速度，延长作业窗口时间，无法从根本上解决泥浆的气侵和漏失问题，尤其是对缝洞型碳酸盐岩气藏，气窜速度快，泥浆漏失量巨大，风险极高。气滞塞作用时间有限，特别是在高温下经常失效，因此对于深井(深4500-6000米)和超深井(深6000-9000米)难以适用，而且多次作业需要多次挤入气滞塞来争取每次的作业窗口时间，尚没有一种一劳永逸彻底解决钻井等多次作业的防止泥浆气侵和漏失的方法。

发明内容

针对现有技术中所存在的上述技术问题的部分或者全部，本发明提出了一种钻井管柱和钻井完井一体化方法。该钻井管柱包括设置在钻杆上的防气侵装置，该装置能改变气体和液体的流动方向，利用重力分异作用，达到防止钻井液气侵和漏失的目的。

根据本发明的第一方面，提出了一种钻井管柱，包括：钻杆和设置在钻杆上的防气侵装置，防气侵装置具有：

内筒，内筒的内腔形成第一流道，

设置在内筒的外侧的第二流道，第二流道通过第一通孔与第一流道选择性连通，并通过第二通孔与外界连通，

其中，第二通孔位于第一通孔的上端。

在一个实施例中，在内筒的中间段的外壁上设置防气侵凹槽，在防气侵凹槽内设置与防气侵凹槽的两侧壁抵接的外筒，外筒与内筒之间的环空形成第二流道，第一通孔设置在内筒的壁上，而第二通孔设置在外筒的壁上。

在一个实施例中，在内筒的内壁上设置用于封堵第一通孔的内滑套，内滑套与内筒通过剪切销固定。

在一个实施例中，在内筒和外筒之间设置轴向延伸的筋板。

在一个实施例中，还包括设置在钻杆上的并位于防气侵装置之上的封隔器，封隔器具有：

两端与钻杆连接的中心管，

套设于中心管上并且能够横向张开的胶筒密封机构，

套设于中心管上并且位于胶筒密封机构的上端的卡瓦锚定机构，

其中，套设在胶筒密封机构和卡瓦锚定机构外侧的滑套，滑套在力作用下能轴向移动而露出胶筒密封机构和卡瓦锚定机构。

在一个实施例中，封隔器还包括套设在中心管上的位于胶筒密封机构下端的压力锁紧机构，压力锁紧机构包括：

套设在中心管上的上活塞套，上活塞套轴向向上延伸抵接在胶筒密封机构的下端，上活塞套与中心管可选择性连接，

套设在上活塞套的外侧的下活塞套，下活塞套的内壁上设置封隔器第一台阶面以与上活塞套的下端面和中心套的外壁形成密闭空间，并且下活塞套的上端与滑套固定连接，

一端开放而一端封堵的管状的传压杆，传压杆的开口端密封式穿过中心管延伸到密封空间内。

在一个实施例中，在中心管上嵌入式设置径向穿过上活塞套的锁块，锁块的外壁与下活塞套的内壁抵接，并且在下活塞套的内壁上设置位于锁块之上的封隔器第二台阶面，以使得封隔器第二台阶面之上的下活塞套的内径尺寸比之下的下活塞套的内径尺寸大。

在一个实施例中，在上活塞套和中心管之间设置锁紧组件，锁紧组件包括：

设置在中心管的外壁上的棘齿，

套设在中心管的外壁上的能与棘齿配合的棘齿环，

其中，棘齿环径向嵌入到设置在上活塞套上的封隔器第一凹槽内且轴向上由设置在封隔器第一凹槽的槽底上的棘齿座和封隔器第一凹槽的下端槽壁限定。

在一个实施例中，还包括设置在钻杆上的并位于封隔器之上的丢手装置，丢手装置包括：

与钻杆连接的筒状的丢手上接头，

与钻杆连接的部分套接式设置在丢手上接头的下端的筒状的丢手下接头，

设置在丢手上接头和丢手下接头之间的周向布设的齿接组件，

其中，在第一工作状态下，丢手下接头构造为与丢手上接头固定连接，且齿接组件作用，在第二工作状态下，丢手下接头构造为与丢手上接头解除固定，且齿接组件作用失效。

在一个实施例中，在丢手上接头与丢手下接头搭接处的两者之间设置锁定组件，锁定组件包括：

锁定块，锁定块嵌入到设置在丢手下接头的内壁上的凹槽中，并径向贯穿丢手上接头的壁，

用于限定锁定块的支撑套，支撑套套设在丢手上接头的内腔中，

能使得支撑套选择性相对于丢手上接头固定的剪切销钉。

根据本发明的第二方面，提出了一种钻井完井一体化方法，将上述的钻井管柱下入到井筒中，进行钻进，在钻穿目的层需要完钻时，使得封隔器坐封，之后使得防气侵装置的第一流道和第二流道连通，然后使得丢手装置的丢手上接头与丢手下接头分离，并起出上部钻杆。

与现有技术相比，本发明的优点在于该被防气侵装置设置在钻杆上，作为钻井管柱的一部分被下入井筒中。在未钻遇气层时，第二流道与第一流道不连通，可以实现正常循环功能。当钻遇气层时，第二流道与第一流道连通，流道方向改变，由直上直下改变为通过第二流道折返。在向第一流道内灌注钻井液后，钻井液通过第一通孔由第一流道折返进入第二流道内。防气侵装置外为气体时，气体预进入防气侵装置内，需要从第二流道向下推动钻井液下行，而液体要进入防气侵装置外，必须在第二流道内向上。由于气体密度小于钻井液的密度，始终是气体在上而液体在下，不可能发生气体向下液体向上的相对运动。由此，在压力平衡时，气液界面会保持平衡状态，不会发生钻井液气侵和漏失。

附图说明

下面将结合附图来对本发明的优选实施例进行详细地描述，在图中：

图1显示了根据本发明的一个实施例的钻井管柱的第一状态；

图2显示了根据本发明的一个实施例的钻井管柱的第二状态；

图3显示了根据本发明的一个实施例的钻井管柱的第三状态；

图4显示了根据本发明的一个实施例的钻井管柱的第四状态；

图5显示了根据本发明的一个实施例的防气侵装置；

图6为来自图5的A-A剖面图；

图7显示了根据本发明的一个实施例的封隔器；

图8为来自图7的B-B剖面图；

图9显示了根据本发明的一个实施例的封隔器的卡瓦；

图10显示了根据本发明的一个实施例的封隔器的卡瓦套；

图11显示了根据本发明的一个实施例的丢手装置；

图12为来自图11的C-C剖面图；

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步说明。

图1显示了根据本发明的钻井管柱500。如图1所示，钻井管柱500包括钻杆201、钻头204、防气侵装置100、封隔器100’和丢手装置100”。其中，钻杆201主要起连接作用，并在钻进过程中输送钻井液并传递扭矩。钻头204设置在钻杆201的末端，用于钻进地层。防气侵装置100与钻杆201连接，用于防止泥浆的气侵和漏失。封隔器100’设置在钻杆201上，并位于防气侵装置100的上端，用于封堵钻柱201和套管之间的环空，以防止气体上窜。丢手装置100”设置在钻杆201上，并位于封隔器100’的上端，用于进行丢手而将钻井管柱500的上部分提出套管而将下部分留在井筒中。该钻井管柱500在钻井过程中，能正常钻进，而在进行丢手后将下部分钻井管柱500留在井筒中，作为完井管柱的一部分，从而实现钻井完井一体化。

图5显示了根据本发明的防气侵装置100。如图5所示，防气侵装置100包括内筒1和外筒2。其中，内筒1的内腔形成第一流道3。外筒2套设在内筒1的外壁上，并与内筒1形成轴向延伸的第二流道4。其中，在内筒1的壁上设置第一通孔11，以使得第二流道4能通过第一通孔11与第一流道3选择性连通。在外筒2的壁上设置第二通孔21，以使得第二流道4通过第二通孔21与外界连通。并且第二通孔21位于第一通孔11的上端。

该防气侵装置100的内筒1与钻杆201连接，作为钻井管柱的一部分被下入井筒中。在未钻遇气层时，第二流道4与第一流道3不连通，可以实现正常循环功能。当钻遇气层时，如图2所示，第二流道4与第一流道3连通，流道方向改变，由直上直下改变为通过第二流道4折返。在向第一流道3内灌注钻井液后，钻井液通过第一通孔11由第一流道3折返进入第二流道4内。防气侵装置100外为气体时，气体预进入防气侵装置100内，需要从第二流道4向下推动钻井液下行，而液体要进入防气侵装置100外，必须在第二流道4内向上。由于气体密度小于钻井液的密度，始终是气体在上而液体在下，不可能发生气体向下液体向上的相对运动。由此，在压力平衡时，气液界面会保持平衡状态，不会发生钻井液气侵和漏失。

在使用过程中，如果钻井液比重过高，造成钻井液液柱压力高于气体压力，钻井液会从第二通孔21漏入地层，第一流道3内液柱高度会随之下降，当液柱压力等于气体压力时，气液自动平衡，在此过程中不会发生气侵问题。如果钻井液比重较低，钻井液液柱压力低于气体压力，可及时关井，井口压力会随之升高，井口压力加上液柱压力会自动与气体压力发生平衡。如果关井不及时，会有部分气体向下进入第二流道4，但钻井液不会在此处自下向上漏入地层，因此钻井液压力会平衡掉大部分气体压力，井口压力不会太高，进入第二流道4内的气体可以通过循环排气去除。当气液平衡时，上部进行起管柱作业应随时补充钻井液，进行下管柱作业时，可释放掉部分钻井液以维持气液平衡，如果补充钻井液不及时，会有部分气体进入防气侵装置100内，但由于不会发生钻井液漏失，所以进入的气体可通过循环排气去除。而且随时可以安全关井，由于始终有钻井液平衡地层压力，可以保证井控安全。如果补充钻井液过多或下管柱时不方便放钻井液，钻井液会漏入地层，但总量有限。总之，通过折返的第二流道4和第一流道3，可以保证钻井液的漏失和气侵不会同时发生，从而保证井控安全。

在内筒1的中间段的外壁上设置防气侵凹槽12。外筒2设置在防气侵凹槽12内，且外筒2的两端面与防气侵凹槽12的两侧壁抵接，以在外筒2与内筒1之间形成第二流道4。为了方便安装，内筒1为分体式结构，包括上接头段13和下接头段14，且上接头段13和下接头段14固定连接。上接头段13用于连接钻杆201，同时下接头段14也用于连接钻杆201。上接头段13上设置防气侵第一台阶面15，同时，下接头段14上设置防气侵第二台阶面16，两个防气侵台阶面15,16之间形成防气侵凹槽12。这种结构简单，便于装配。

优选地，上接头段13和下接头段14套接式连接，且装配接触面为斜面。这种连接方式比较稳定，并避免应力集中。例如。上接头段13和下接头段14可以采用螺纹连接，且在两者之间设置防转销(图中未示出)。在将该防气侵装置100设置在钻杆201上时，上述设置的上接头段13和下接头段14能很好的传递转矩，保证正常钻进。

为了实现第二流道4与第一流道3的选择性连通。在内筒1的内壁上设置内滑套5。该内滑套5通过剪切销6设置在内筒1上。在内滑套5的内壁上可以设置球座(图中未示出)也可以设置胶塞座202(图2中示出的是胶塞座202)。在未钻遇气层时，第一通孔11被内滑套5封堵，实现正常循环。当钻遇气层时，从井口投入球以与球座配合或者投入胶塞203以与胶塞座202配合，然后通过地面打压，将剪切销6剪断，从而使得第二流道4与第一流道3连通。这种设置方式简单，易于实现。

在从上到下的方向上，第二流道4依次包括流道第一段41、流道第二段42和流道第三段43。其中，流道第一段41和流道第三段43的通流面积均大于流道第二段42的通流面积。优选地，流道第二段42的通流面积与流道第一段41的通流面积的比为0.1-0.6。例如，0.3。同理地，流道第二段42的通流面积与流道第三段43的通流面积的比也可以为0.1-0.6例如，0.3。通流面积的变化可以通过防气侵凹槽12的槽的深浅来实现。也就是，在对应第二通孔21的流道第一段41的位置处，防气侵凹槽12比较深。在对应第一通孔11的流道第三段43的位置处，防气侵凹槽12也比较深。而在两者之间的流道第二段42处，防气侵凹槽12的比较浅。另外，流道第二段42与流道第一段41和流道第三段43均采用斜面式的光滑过渡连接。这种结构简单，加工制造方便，同时有助于提高防气侵效果。

如图6所示，在内筒1和外筒2之间设置轴向延伸的筋板7。该筋板7固定设置在内筒1的外壁上，并通过螺纹与外筒2进行连接。该筋板7起到了增加强度的作用。同时，该筋板7将内筒1和外筒2连接在一起，起到了进一步增加强度的作用，尤其是在将防气侵装置100设置在钻杆上后，这种设置能保证扭矩很好的传递，从而保证正常钻进。在筋板7上设置流通孔71，用于构造筋板7两侧的空间。在轴向上，在各筋板7上设置多个间隔的流通孔71。该流通孔71起到了增加流通面积的作用。

在一个实施例中，第二流道的高度为10-30米，例如20米。这种设置使得，一方面防气侵效果显著，另一方面结构优化，组装容易，且强度稳定性高。

在周向上，间隔式设置多个第二通孔21。且各第二通孔21构造为沿着轴向分布的长条孔。同理地，在周向上，间隔式设置多个第一通孔11，各第一通孔11构造为沿着轴向分布的长条孔。这种设置简单，易于加工。同时，这种设置能保证防气侵装置100的自身强度，有助于更好地传递扭矩。

如图7所示，封隔器100’包括上接头1’、中心管2’、胶筒密封机构、卡瓦锚定机构、滑套3’和下接头4’。其中，上接头1’主要起连接作用，用于与钻杆201连接。中心管2’的上端与上接头1’连接，而下端与下接头4’连接。胶筒密封机构套设于中心管2’上，能够横向张开以封隔钻杆和套管的环空。卡瓦锚定机构套设于中心管2’上，并且位于胶筒密封机构的上端的，用于与套管卡定，从而保证胶筒密封机构的封隔稳定性。滑套3’套设在胶筒密封机构和卡瓦锚定机构外侧的，起到保护作用，防止在正常钻进过程中，对胶筒密封机构和卡瓦锚定机构造成损伤。在需要进行封隔的时候，滑套3’在力作用下能轴向移动而露出胶筒密封机构和卡瓦锚定机构。下接头4’主要起连接作用，用于与钻杆201连接。

该封隔器100’能设置在钻杆201上，同钻井管柱500下入井筒中，在正常钻进过程中，该封隔器100’能传递扭矩。而在需要封隔时，如图2所示，在钻遇目的层并发现气侵完钻时，封隔器100’能方便地进行坐封从而封隔钻杆和套管之间的环空。另外，由于设置有滑套3’，在钻井过程中，该滑套3’能保护胶筒密封机构，防止其磨损，从而保证密封效果。同时，滑套3’还设置在卡瓦锚定机构外侧，防止泥浆沉积到卡瓦锚定机构内部而坐卡失效，从而保证了卡瓦锚定机构坐卡的有效性。

封隔器100’还包括压力锁紧机构。该压力锁紧机构套设在中心管2’上，并位于胶筒密封机构下端，用于促动胶筒密封机构坐封，并防止其意外解封，保证坐封稳定性。

具体地，压力锁紧机构包括上活塞套5’、下活塞套6’和传压杆7’。上活塞套5’套设在中心管2’上。上活塞套5’轴向向上延伸抵接在胶筒密封机构的下端。同时，上活塞套5’与中心管2’可选择性连接(具体地，通过锁块8’连接，下文详述)。下活塞套6’套设在上活塞套5’的外侧。在下活塞套6’的内壁上设置封隔器第一台阶面61’，以使得封隔器第一台阶面61’之下的部分套接在中心管2’的外壁上。从而，封隔器第一台阶面61’、上活塞套5’的下端面和中心套2’的外壁形成密闭空间19’。传压杆7’构造为一端开放而一端封堵的管状，开口端密封式穿过中心管2’延伸到密封空间7’内。另外，下活塞套6’的上端与滑套3’固定连接。

由此，如图2所示，在封隔器100’需要坐封的时候，向中心管2’的内腔中投入胶塞203。胶塞203在下行过程中，剪断传压杆7’。被剪断的传压杆7’连通了中心管2’的内腔与密闭的空间7’。由于胶塞封堵中心管2’的下端内腔，在向中心管2’的内腔泵送压力液的时候，液体通过传压杆7’进入到密闭空间19’。由于上活塞套5’与中心管2’通过锁定块8’连接，则液压力推动下活塞套6’轴向向下移动。而由于下活塞套6’与滑套3’固定连接，而滑套3’随着下活塞套6’向下移动，从而露出胶筒密封机构和卡瓦锚定机构。

在中心管2’和上活塞套5’之间设置锁块8’，用于限定上活塞套5’的位置。具体得，锁块8’径向穿过上活塞套5’后嵌入到中心管2’的内壁中。在初始位置，锁块8’的外壁与下活塞套6’的内壁抵接，从而防止锁块8’脱落，而保证中心管2’和上活塞套5’之间的位置关系。在下活塞套6’的内壁上设置位于锁块8’之上的封隔器第二台阶面62’，使得封隔器第二台阶面62’之上的下活塞套6’的内径尺寸比之下的下活塞套6’的内径尺寸大。也就是，封隔器第二台阶面62’之上的下活塞套6’的壁厚小于封隔器第二台阶面62’之下的下活塞套6’的壁厚。下活塞套6’受液压力下移过程中，封隔器第二台阶面62’跨过锁块8’后向下移动。从而解除了下活塞套6’对锁块8’的径向限制。此时，锁块8’径向向外移动，从而解除中心管2’对上活塞套5’的锁定。此时，在继续泵送压力液的时候，液压力推动上活塞套5’上行，从而能够促动胶筒密封机构坐封。

优选地，中心管2’与锁块8’之间设置弹性件(图中未示出)，该弹性件能促动锁块8’径向向外移动，使得中心管2’与上活塞套5’解除锁定，从而保证封隔的顺利的进行。进一步优选地，该弹性件可以为分别与中心管2’和锁块2’抵接的弹簧。再进一步优选地，锁块8’的内壁面与上端面和下端面均采用斜面连接，这种设置方式也能保证锁块8’顺利的由中心管2’处脱出并解除锁定。

在上活塞套5’和中心管2’之间设置锁紧组件。锁紧组件包括棘齿9’和棘齿环10’。其中，棘齿9’设置在中心管2’的外壁上，而棘齿环10’套设在中心管2’的外壁上。同时，在上活塞套5’的外壁上设置封隔器第一凹槽51’。而在封隔器第一凹槽51’内设置棘齿座11’。棘齿环10’径向嵌入到封隔器第一凹槽51’内，且轴向上由棘齿座11’和封隔器第一凹槽51’的下端槽壁限定。在上活塞套5’上移过程中，推动棘齿环10’上移，并带动棘齿座11’上移。在棘齿环10’上移过程中与棘齿9’配合。配合的棘齿环10’和棘齿9’实现卡接以防止胶筒密封机构回退，从而保证封隔效果。优选地，棘齿环10’的上端面与外壁面采用斜面连接。这种设置能保证棘齿环10’顺利地与棘齿9’配合。

优选地，棘齿座11’通过第一剪切销12’设置在上活塞套5’上。通过这种设置能使得封隔器100’顺利解封。具体地，在封隔器100’需要解封时，可以上提上接头1’，由于棘齿环10’和棘齿9’处于锁定状态，两者跟随中心管2’具有向上运动的趋势，则棘齿座11’受力，这力使得第一剪切销12’剪断。此时，在自身弹力作用下，胶筒密封机构推动下活塞套6’向下运动，从而封隔器100’解封。

胶筒密封机构包括胶筒20’和垫环13’。其中，胶筒20’套设在中心管2’上，其下端面与上活塞套5’抵接。在上活塞套5’上移过程中，能推动胶筒20’径向膨胀并封隔钻杆201与套管之间的环空。垫环13’对接式设置在胶筒20’的上端，用于间隔胶筒20’与卡瓦锚定机构，并向卡瓦锚定机构传递力。

如图7-10所示，卡瓦锚定机构包括卡瓦14’、卡瓦套15’、上椎体16’、下椎体17’和板簧18’。具体地，卡瓦14’的外壁上设置卡瓦齿141’，用于锚定在套管上以起到限定作用。在卡瓦14’的外壁上设置轴向延伸的分隔槽142’，以将卡瓦14’的外侧部分分开以形成卡接部143’。在卡瓦14’的内侧的上下两端分别设置锥面144’。在卡瓦套15’上设置有安装孔151’，用于匹配卡瓦14’。例如，两个安装孔151’为一组，在相邻的两个安装孔151’之间具有轴向延伸的隔板152’。在将卡瓦14’放入到卡瓦套15’的内腔后，分隔槽142’对应隔板152’，而卡接部143’对应安装孔151’。上椎体16’与上接头1’整体式制造，用于与卡瓦14’的上锥面144’配合。下椎体17’设置在垫环13’的上端，并用于与卡瓦14’的下锥面144’配合。板簧18’设置在隔板152’和分隔槽142’之间，以为卡瓦14’提供径向力。在初始状态下，板簧18’受压以为卡瓦14’提供径向力。而在卡瓦14’径向向外移动过程中，板簧18’进一步受压。为了保证锚定的稳定性，在周向上设置多个卡瓦14’，例如4’个。而相应地，在周向上设置4组安装孔151’和4个板簧18’。

在坐封过程中，胶筒密封机构对下椎体17’施加向上的力，该力推动下椎体17’相对于卡瓦14’向上运动，从而促动卡瓦14’沿着下锥面144’进行攀爬。同时，力推动卡瓦14’向上运动，而使得卡瓦14’的上锥面144’沿着上椎体16’攀爬。在卡瓦14’攀爬过程中，径向向外运动，从而使得卡瓦齿141’与套筒接触，从而产生锚定。此时板簧18’受到较大的压缩力。而在解封过程中，随着下椎体17’轴向向下移动，在板簧18’的弹性力作用下，卡瓦14’径向回缩，从而解除锚定。

为了制造方便，上活塞套5’设置为分体式部件，也就是，包括轴向上互相连接的上活塞套第一段52’和上活塞套第二段53’，两者套接式连接以形成封隔器第一凹槽51’。而滑套3’和下活塞套6’可以为一体化构造。上述结构简单，易于实现。

下接头4’套接在中心管2’的外壁上，还用于承接下活塞套6’。在下活塞套6’向下移动过程中，与下接头4’的上端面抵接，从而被限定行程。

如图11所示，根据本申请的丢手装置100”包括丢手上接头1”、丢手下接头2”和齿接组件。其中，丢手上接头1”呈筒状，上端用于和钻杆201连接。丢手下接头2部分套接式设置在丢手上接头1”的下端，自身为筒状结构，其下端用于和钻杆201连接。齿接组件设置在丢手上接头1”和丢手下接头2”之间，并沿着周向布设以限定两者相对的周向运动。在第一工作状态下，丢手下接头2”与丢手上接头1”固定连接，此时，齿接组件作用以使得该丢手装置100”能传递大扭矩，并不影响钻进施工操作。在第二工作状态下，丢手下接头2”与丢手上接头1”轴向分离，齿接组件作用失效，此时，可以将丢手上接头1”提出井筒，而丢手下接头2”留在井筒中作为完井管柱的一部分，如图3所示。上述结构使得丢手装置100”在随钻过程中能传递大扭矩，保证钻井作业顺利实施，并能实现丢手操作，为钻井完井一体化工艺提供设备支持。

在一个实施例中，如图12所示，齿接组件具有多个第一齿11”和多个第二齿21”。其中，多个第一齿11”周向间隔式设置在丢手上接头1”的外壁上。而多个第二齿21”周向间隔式设置在丢手下接头2”的内壁上。在丢手上接头1”的下端延伸套接到丢手下接头2”的内腔后，第一齿11”和第二齿21”能凹凸匹配式啮合。这种配合限定了丢手下接头2”和丢手上接头1”的周向运动，也就是，在钻进过程中，丢手下接头2”会跟随丢手上接头1”一起旋转。第一齿11”的径向截面形状可以为三角形还可以为梯形。优选地，各第一齿11”的齿高尺寸与相对应的齿底边的尺寸的比为0.3-1，例如为0.5。相对应地，第二齿21”的齿形和外形尺寸与第一齿1”1匹配。上述设置能保证丢手上接头1”和丢手下接头2”之间齿接强度，从而保证该丢手装置100”能传递巨大的钻井扭矩。

在一个实施例中，丢手上接头1”的下端插入丢手下接头2”的内腔中并向下延伸。在丢手上接头1”和丢手下接头2”之间设置锁定组件，用于在钻进过程中固定丢手上接头1”和丢手下接头2”，而在需要丢手过程中，解除丢手上接头1”和丢手下接头2”的固定，使得丢手上接头1”能相对于丢手下接头2”移动。

锁定组件包括锁定块3”、支撑套4”、剪切销钉5”和内套6”。其中，锁定块3”径向贯穿丢手上接头1”的壁，部分嵌入到设置在丢手下接头2”的内壁上的凹槽22”内。该锁定块3”起到了固定丢手上接头1”和丢手下接头2”的作用，同时，这种设置有助于钻进扭矩的传递而保证丢手装置100”的工作安全性。为保证锁定块3”的固定，支撑套4”套设在丢手上接头1”的内腔中，用于限定锁定块3”的径向位移，从而保证丢手上接头1”和丢手下接头2”的稳定的固定位置。内套6”设置在支撑套4”和丢手上接头1”之间。在丢手上接头1”的内壁上设置丢手第一台阶面12”。内套6”套设在丢手上接头1”的内腔中，其下端面抵接在丢手第一台阶面12”处，其上端面被上部钻杆接头抵接而轴向固定。剪切销钉5”将内套6”和支撑套4”连接，以限定支撑套4”相对于丢手上接头1”的位置。上述结构简单，易于安装。在丢手之前，通过内套6”、支撑套4”和剪切销钉5”的互相作用限定了锁定块3”的位置，从而保证了丢手上接头1”和丢手下接头2”的固定连接。在外力作用下，剪切销钉5”可以被剪断使得支撑套4”下移。此时，锁定块3”失去了锁定，在上提丢手上接头1”的时候，锁定块3”能径向向内运动，解除丢手上接头1”和丢手下接头2”的固定。继续上提丢手上接头1”，可以使得丢手上接头1”离开丢手下接头2”并实现丢手作业。

可以通过液压方式，促动剪切销钉5”剪断。具体地，在支撑套4”的内壁上设置球座7”。优选地，球座7”可以构造为设置在支撑套4”的内壁和上端面之间的弧状凹面。在丢手过程中，从地面向钻杆内投球300”，球300”在下落过程中与球座7”配合，从而封堵丢手装置100”的内腔。此时，可以从井口打压，压力增加以最终将剪切销钉5”剪断。之后，由于失去限定，支撑套4”和球300”下移，从而解除对锁定块3”的限定。

优选地，在锁定块3”与凹槽22”的底壁之间设置弹性元件(图中未示出)。该弹性元件可以为弹簧。在锁定块3”安装前，弹性元件被预置到凹槽22”内。安装锁定块3”后，通过支撑套4”为锁定块3”施加径向压力，从而压缩弹性元件。而在支撑套4”下移后，解除了锁定块3”的径向限定，弹性元件在自身弹力作用下，推动锁定块3”径向向内运动，有助于顺利地解除丢手上接头1”和丢手下接头2”的锁定状态。

优选地，锁定块3”的上端面与外壁面之间和下端面与外壁面之间均设置有引导斜面31”。该引导斜面31”有助于锁定块3”顺利地由凹槽22”内脱出，解除丢手上接头1”和丢手下接头2”的锁定状态。

在丢手下接头1”的下端设置承接篮8”，该承接篮8”位于丢手下接头2”的内腔中，用于承接掉落的支撑套4”和球300”。结构上，承接篮8”为筒状，其内腔与丢手上接头1”保持贯通。在承接篮8”的下端内壁上设置径向凸出台81”，用于限定支撑套4”进一步下移。在承接篮8”的外壁上设置内外连通的连通孔82”，在支撑套4”和球300”坐落在凸出台81”上后，通过连通孔82”连通了丢手装置100”的内外腔，从而完成泄压。该承接篮8”与丢手下接头1”可以是整体式结构也可以是分体式结构。

该丢手装置100”还设置有密封件9”，以保证相应连部件之间的密封。例如，在丢手上接头1”和丢手下接头2”之间设置有密封件9”，以保证丢手装置100”的内腔与外界的密封。同样地，在支撑套4”和丢手上接头1”之间也设置密封件9”，以保证投球后丢手装置100”的内腔的憋压效果。

在钻井过程中，丢手装置100”作为钻杆201的一部分，能传递扭矩。在钻井完成后，丢手装置100”运作进行丢手操作，如图3所示。丢手后，丢手下接头2”和之下的其它部件被留在井筒作为完井管柱的一部分，之后下入完井管柱以进行完井生产，如图4所示。由此，该丢手装置100”能有助于实现钻井完井一体化工艺要求。

本申请中，“第一工作状态”是指丢手装置100”未进行丢手，丢手上接头1”和丢手下接头2”固定连接的状态，而的“第二工作状态”是指丢手装置100”进行丢手，丢手上接头1”和丢手下接头2”解除固定连接的状态。

本申请中，方位用语“上”、“下”均以钻井管柱500的实际工作方位为参照。

以上仅为本发明的优选实施方式，但本发明保护范围并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，可容易地进行改变或变化，而这种改变或变化都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求书的保护范围为准。

Claims (11)

1.一种钻井管柱，其特征在于，包括钻杆和设置在所述钻杆上的防气侵装置，所述防气侵装置具有：

内筒，所述内筒的内腔形成第一流道，

设置在所述内筒的外侧的第二流道，所述第二流道通过第一通孔与所述第一流道选择性连通，并通过第二通孔与外界连通，

其中，所述第二通孔位于所述第一通孔的上端。

2.根据权利要求1所述的钻井管柱，其特征在于，在所述内筒的中间段的外壁上设置防气侵凹槽，在所述防气侵凹槽内设置与所述防气侵凹槽的两侧壁抵接的外筒，所述外筒与所述内筒之间的环空形成所述第二流道，所述第一通孔设置在所述内筒的壁上，而所述第二通孔设置在所述外筒的壁上。

3.根据权利要求2所述的钻井管柱，其特征在于，在所述内筒的内壁上设置用于封堵所述第一通孔的内滑套，所述内滑套与所述内筒通过剪切销固定。

4.根据权利要求2或3所述的钻井管柱，其特征在于，在所述内筒和所述外筒之间设置轴向延伸的筋板。

5.根据权利要求1到3中任一项所述的钻井管柱，其特征在于，还包括设置在所述钻杆上的并位于所述防气侵装置之上的封隔器，所述封隔器具有：

两端与所述钻杆连接的中心管，

套设于所述中心管上并且能够横向张开的胶筒密封机构，

套设于所述中心管上并且位于所述胶筒密封机构的上端的卡瓦锚定机构，

其中，套设在所述胶筒密封机构和所述卡瓦锚定机构外侧的滑套，所述滑套在力作用下能轴向移动而露出所述胶筒密封机构和所述卡瓦锚定机构。

6.根据权利要求5所述的钻井管柱，其特征在于，所述封隔器还包括套设在所述中心管上的位于所述胶筒密封机构下端的压力锁紧机构，所述压力锁紧机构包括：

套设在所述中心管上的上活塞套，所述上活塞套轴向向上延伸抵接在所述胶筒密封机构的下端，所述上活塞套与所述中心管可选择性连接，

套设在所述上活塞套的外侧的下活塞套，所述下活塞套的内壁上设置封隔器第一台阶面以与所述上活塞套的下端面和中心套的外壁形成密闭空间，并且所述下活塞套的上端与所述滑套固定连接，

一端开放而一端封堵的管状的传压杆，所述传压杆的开口端密封式穿过所述中心管延伸到所述密闭空间内。

7.根据权利要求6所述的钻井管柱，其特征在于，在所述中心管上嵌入式设置径向穿过所述上活塞套的锁块，所述锁块的外壁与所述下活塞套的内壁抵接，并且在所述下活塞套的内壁上设置位于所述锁块之上的封隔器第二台阶面，以使得所述封隔器第二台阶面之上的所述下活塞套的内径尺寸比之下的所述下活塞套的内径尺寸大。

8.根据权利要求6所述的钻井管柱，其特征在于，在所述上活塞套和所述中心管之间设置锁紧组件，所述锁紧组件包括：

设置在所述中心管的外壁上的棘齿，

套设在所述中心管的外壁上的能与所述棘齿配合的棘齿环，

其中，所述棘齿环径向嵌入到设置在所述上活塞套上的封隔器第一凹槽内且轴向上由设置在所述封隔器第一凹槽的槽底上的棘齿座和所述封隔器第一凹槽的下端槽壁限定。

9.根据权利要求5所述的钻井管柱，其特征在于，还包括设置在所述钻杆上的并位于所述封隔器之上的丢手装置，所述丢手装置包括：

与所述钻杆连接的筒状的丢手上接头，

与所述钻杆连接的部分套接式设置在所述丢手上接头的下端的筒状的丢手下接头，

设置在所述丢手上接头和所述丢手下接头之间的周向布设的齿接组件，

其中，在第一工作状态下，所述丢手下接头构造为与所述丢手上接头固定连接，且所述齿接组件作用，在第二工作状态下，所述丢手下接头构造为与所述丢手上接头解除固定，且所述齿接组件作用失效。

10.根据权利要求9所述的钻井管柱，其特征在于，在所述丢手上接头与所述丢手下接头搭接处的两者之间设置锁定组件，所述锁定组件包括：

锁定块，所述锁定块嵌入到设置在所述丢手下接头的内壁上的凹槽中，并径向贯穿所述丢手上接头的壁，

用于限定所述锁定块的支撑套，所述支撑套套设在所述丢手上接头的内腔中，

能使得所述支撑套选择性相对于所述丢手上接头固定的剪切销钉。

11.一种钻井完井一体化方法，其特征在于，将根据权利要求1到10中任一项所述的钻井管柱下入到井筒中，进行钻进，在钻穿目的层需要完钻时，使得封隔器坐封，之后使得防气侵装置的第一流道和第二流道连通，然后使得丢手装置的丢手上接头与丢手下接头分离，并起出上部所述钻杆。

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