CN111734343B - 随钻安全旁通装置液压平衡装置和旁通堵漏倒扣方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及井下设备技术领域，是一种随钻安全旁通装置液压平衡装置和旁通堵漏倒扣方法，前者包括上堵漏短节、下倒扣短节、花键套、上活塞、下活塞、倒扣内筒、第一剪钉、第二剪钉和球座，上堵漏短节下端与下倒扣短节上端固定安装在一起；后者包括（1）从上注油孔和下注油孔，向上活塞和下活塞之间位置的环空腔内注入液压油后。本发明结构合理而紧凑，使用方便，通过在上活塞和下活塞之间位置的环空腔内设置液压油，平衡内外压差，防止O形密封圈损坏及密封失效；通过加压使下活塞下行剪断第二剪钉，实现上花键块从花键槽上端脱离；通过上提上堵漏短节使第二内环台下端剪断第一剪钉，实现倒扣作业；具有稳定、高效和便于控制的特点。

Description

随钻安全旁通装置液压平衡装置和旁通堵漏倒扣方法

技术领域

本发明涉及井下设备技术领域，是一种随钻安全旁通装置液压平衡装置和旁通堵漏倒扣方法。

背景技术

井漏与卡钻是钻井工程中常见的也是危害最为严重的事故复杂情况，发生后不仅损失泥浆、污染地下水源、影响地质录井和安全钻井，还会制约钻井的提速提效，尤其因井漏所引发的井壁失稳、诱发井涌、井喷、井塌等重大钻井事故的发生，造成人身伤害事故及生命和财产的损失。

井漏的成因复杂、因素较多，是国内外钻井、完井工程至今未能完全解决的技术难题。另外，如果卡钻发生后，无法通过震击、浸泡等方法实现解卡，只能采取爆炸松扣、倒扣套铣的方法来处理，存在安全隐患。因此，现有井下工具存在无法多次进行堵漏作业，且井下发生卡钻后无法快速倒扣的问题；另外，现有堵漏工具进行无限次堵漏作业是投入堵球后，存在密封效果不好的问题。

发明内容

本发明提供了一种随钻安全旁通装置液压平衡装置和旁通堵漏倒扣方法，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有井下设备无法多次进行堵漏作业，且井下发生卡钻后无法快速倒扣的问题和投入堵球后，存在密封效果不好的问题。

本发明的技术方案之一是通过以下措施来实现的：一种随钻安全旁通装置液压平衡装置包括上堵漏短节、下倒扣短节、花键套、上活塞、下活塞、倒扣内筒、第一剪钉、第二剪钉和球座，上堵漏短节下端与下倒扣短节上端固定安装在一起，上堵漏短节下端内侧设有下部位于下倒扣短节上部内侧的花键套，上堵漏短节下端内侧设有沿圆周分布有上花键块，对应每个上花键块位置下倒扣短节上端内侧均设有下花键块，花键套中部外侧设有花键槽，上花键块和下花键块均位于对应位置花键槽内；上堵漏短节上部内侧设有上活塞，上活塞下端外侧与花键套上端内侧固定安装在一起，上活塞上端内侧设有内环槽，内环槽内固定安装有球座，上活塞上端外侧设有密封环台，上堵漏短节中部内侧设有第一内环台，对应密封环台与第一内环台之间位置的上活塞中部外侧套装有复位弹簧，对应密封环台中部位置的上堵漏短节外侧沿圆周分布有至少两个内外贯通的旁通孔，对应上活塞上端位置上堵漏短节上部内侧设有能对上活塞上行限位的限位件；下倒扣短节下部内侧设有倒扣内筒，倒扣内筒上端外侧与花键套下端内侧固定安装在一起，倒扣内筒下端外侧设有下端位于其下方的下活塞，下活塞通过第一剪钉与倒扣内筒固定安装在一起，对应下活塞上方位置的下倒扣短节中部内侧设有第二内环台，对应下活塞下方位置的下倒扣短节下端内侧设有第三内环台，对应下活塞与第三内环台之间的下倒扣短节外侧沿圆周分布有至少一个第二剪钉，第二剪钉内端均位于下倒扣短节内；对应第一内环台与上花键块之间位置的上堵漏短节外侧沿圆周分布有至少一个内外贯通的上注油孔，对应花键套下端与第二内环台之间位置的下倒扣短节外侧沿圆周分布有至少一个内外贯通的下注油孔。

下面是对上述发明技术方案之一的进一步优化或/和改进：

上述还可包括O形密封圈，对应旁通孔上方位置的密封环台与上堵漏短节之间上下间隔设有至少一道O形密封圈，对应第一剪钉上方位置的下活塞与下倒扣短节之间上下间隔设有至少一道O形密封圈。

上述限位件可为挡环，上堵漏短节上部内侧固定安装有挡环。

上述上堵漏短节下端可与下倒扣短节上端通过螺纹连接固定安装在一起，上活塞下端外侧与花键套上端内侧通过螺纹连接固定安装在一起，倒扣内筒上端外侧与花键套下端内侧通过螺纹连接固定安装在一起。

上述还可包括堵头，每个上注油孔和下注油孔内均固定安装有堵头。

上述还可包括喷嘴，上堵漏短节外侧沿圆周均布有两个旁通孔，每个旁通孔内均固定安装有喷嘴。

本发明的技术方案之二是通过以下措施来实现的：一种使用上述随钻安全旁通装置液压平衡装置的旁通堵漏倒扣方法，包括：

（1）从上注油孔和下注油孔，向上活塞和下活塞之间位置的环空腔内注入液压油后，排出环空腔内的空气，并对上花键块和下花键块与花键套之间润滑，而后封堵上注油孔和下注油孔并将本发明接入现有公知的管串中，随管串下放至井内；

（2）井下发生井漏后，投入能够打捞的堵球，堵球下落至上活塞上端封堵上堵漏短节中心通道，堵球井液的作用下推动上活塞、花键套、倒扣内筒和下活塞整体下行，使下活塞下端座于第二剪钉上，开启旁通孔；

（3）井上向管串内注入堵漏液，堵漏液从旁通孔流出，实现堵漏作业；

（4）堵漏作业完成后，打捞堵球开启上堵漏短节中心通道，在复位弹簧回复力的作用下推动上活塞，使上活塞、花键套、倒扣内筒和下活塞整体上行，使上活塞上端抵于限位件，关闭旁通孔；

（5）重复上述（2）至（4），在不起下钻的情况下，实现无限次堵漏作业；

（6）井下发生卡钻后，投入能够打捞的堵球，堵球下落至上活塞上端封堵上堵漏短节中心通道，井上加压泵入井液，堵球井液的作用下推动上活塞、花键套、倒扣内筒和下活塞整体下行，剪断第二剪钉并座于第三内环台上端，使上花键块从花键槽上端脱离；

（7）井上转动管串使上堵漏短节下端与下倒扣短节上端脱扣，上提管串将使第二内环台下端与下活塞上端接触，从而剪断第一剪钉将下活塞和下倒扣短节留在井下，确保上部钻具的或仪器的安全，实现倒扣作业。

本发明结构合理而紧凑，使用方便，通过设置球座便于堵球封堵上堵漏短节中心通道，且能在进行无限次堵漏作业时具有良好的密封性；通过在上活塞和下活塞之间位置的环空腔内设置液压油，平衡内外压差，防止O形密封圈损坏及密封失效；通过加压使下活塞下行剪断第二剪钉，实现上花键块从花键槽上端脱离；通过上提上堵漏短节使第二内环台下端剪断第一剪钉，实现倒扣作业；具有稳定、高效和便于控制的特点。

附图说明

附图1为本发明最佳实施例的主视剖视结构示意图。

附图中的编码分别为：1为上堵漏短节，2为下倒扣短节，3为花键套，4为上活塞，5为下活塞，6为倒扣内筒，7为挡环，8为球座，9为喷嘴，10为复位弹簧，11为上花键块，12为下花键块，13为第一内环台，14为第二内环台，15为第三内环台，16为密封环台，17为上注油孔，18为下注油孔，19为第一剪钉，20为第二剪钉，21为O形密封圈。

具体实施方式

本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。

在本发明中，为了便于描述，各部件的相对位置关系的描述均是根据说明书附图1的布图方式来进行描述的，如：前、后、上、下、左、右等的位置关系是依据说明书附图的布图方向来确定的。

下面结合实施例及附图对本发明作进一步描述：

实施例一：如附图1所示，该随钻安全旁通装置液压平衡装置包括上堵漏短节1、下倒扣短节2、花键套3、上活塞4、下活塞5、倒扣内筒6、第一剪钉19、第二剪钉20和球座8，上堵漏短节1下端与下倒扣短节2上端固定安装在一起，上堵漏短节1下端内侧设有下部位于下倒扣短节2上部内侧的花键套3，上堵漏短节1下端内侧设有沿圆周分布有上花键块11，对应每个上花键块11位置下倒扣短节2上端内侧均设有下花键块12，花键套3中部外侧设有花键槽，上花键块11和下花键块12均位于对应位置花键槽内；上堵漏短节1上部内侧设有上活塞4，上活塞4下端外侧与花键套3上端内侧固定安装在一起，上活塞4上端内侧设有内环槽，内环槽内固定安装有球座8，上活塞4上端外侧设有密封环台16，上堵漏短节1中部内侧设有第一内环台13，对应密封环台16与第一内环台13之间位置的上活塞4中部外侧套装有复位弹簧10，对应密封环台16中部位置的上堵漏短节1外侧沿圆周分布有至少两个内外贯通的旁通孔，对应上活塞4上端位置上堵漏短节1上部内侧设有能对上活塞4上行限位的限位件；下倒扣短节2下部内侧设有倒扣内筒6，倒扣内筒6上端外侧与花键套3下端内侧固定安装在一起，倒扣内筒6下端外侧设有下端位于其下方的下活塞5，下活塞5通过第一剪钉19与倒扣内筒6固定安装在一起，对应下活塞5上方位置的下倒扣短节2中部内侧设有第二内环台14，对应下活塞5下方位置的下倒扣短节2下端内侧设有第三内环台15，对应下活塞5与第三内环台15之间的下倒扣短节2外侧沿圆周分布有至少一个第二剪钉20，第二剪钉20内端均位于下倒扣短节2内；对应第一内环台13与上花键块11之间位置的上堵漏短节1外侧沿圆周分布有至少一个内外贯通的上注油孔17，对应花键套3下端与第二内环台14之间位置的下倒扣短节2外侧沿圆周分布有至少一个内外贯通的下注油孔18。在使用过程中，通过投入堵球封堵上堵漏短节1中心通道，从而在井液的作用下推动上活塞4、花键套3、倒扣内筒6和下活塞5整体下行，开启旁通孔，实现堵漏作业；通过打捞堵球开启上堵漏短节1中心通道，从而在复位弹簧10回复力的作用下推动上活塞4，使上活塞4、花键套3、倒扣内筒6和下活塞5整体上行，关闭旁通孔，在不起下钻的情况下，实现无限次堵漏作业；投入堵球封堵上堵漏短节1中心通道后，通过加压使下活塞5下行剪断第二剪钉20，实现上花键块11从花键槽上端脱离，接着上提上堵漏短节1使第二内环台14下端剪断第一剪钉19，将下活塞5和下倒扣短节2留在井下，确保上部钻具的或仪器的安全，实现倒扣作业；通过设置球座8便于堵球封堵上堵漏短节1中心通道，且能在进行无限次堵漏作业时具有良好的密封性。根据需求，下活塞5下端与第三内环台15上端的距离为第一距离，上花键块11上端到上花键块11下端的距离为第二距离，第一距离大于第二距离，由此保证第二剪钉20剪断后，上花键块11从花键槽上端脱离实现倒扣作业。

可根据实际需要，对上述随钻安全旁通装置液压平衡装置作进一步优化或/和改进：

如附图1所示，还包括O形密封圈21，对应旁通孔上方位置的密封环台16与上堵漏短节1之间上下间隔设有至少一道O形密封圈21，对应第一剪钉19上方位置的下活塞5与下倒扣短节2之间上下间隔设有至少一道O形密封圈21。在使用过程中，通过设置O形密封圈21，避免腐蚀性的泥浆、固相颗粒、岩屑等对本实施例造成腐蚀、堵塞和冲刺的损坏；通过在上活塞4和下活塞5之间位置的环空腔内设置液压油，平衡内外压差，防止O形密封圈21损坏及密封失效，并且对上花键块11和下花键块12与花键套3之间润滑。

如附图1所示，限位件为挡环7，上堵漏短节1上部内侧固定安装有挡环7。在使用过程中，通过设置挡环7实现对上活塞4上行的限位。另外，上堵漏短节1上部内侧通过螺纹连接固定安装有挡环7，由此便于挡环7的安装。

如附图1所示，上堵漏短节1下端与下倒扣短节2上端通过螺纹连接固定安装在一起，上活塞4下端外侧与花键套3上端内侧通过螺纹连接固定安装在一起，倒扣内筒6上端外侧与花键套3下端内侧通过螺纹连接固定安装在一起。在使用过程，通过螺纹连接便于本实施例各部件间的拆卸和安装；另外，通过使上堵漏短节1下端与下倒扣短节2上端通过螺纹连接固定安装在一起，便于井上转动管串使上堵漏短节1下端与下倒扣短节2上端脱扣，实现倒扣作业。

如附图1所示，还包括堵头，每个上注油孔17和下注油孔18内均固定安装有堵头。在使用过程中，通过安装堵头，便于液压油注入本实施例，并保证上活塞4和下活塞5之间位置的环空腔内的密封性。

如附图1所示，还包括喷嘴9，上堵漏短节1外侧沿圆周均布有两个旁通孔，每个旁通孔内均固定安装有喷嘴9。在使用过程中，通过在旁通孔装入喷嘴9，便于实现堵漏作业；另外，可根据不同的堵漏需求，在旁通孔内装入不同规格的喷嘴9。

实施例二：如附图1所示，一种使用上述随钻安全旁通装置液压平衡装置的旁通堵漏倒扣方法，包括：

（1）从上注油孔17和下注油孔18，向上活塞4和下活塞5之间位置的环空腔内注入液压油后，排出环空腔内的空气，并对上花键块11和下花键块12与花键套3之间润滑，而后封堵上注油孔17和下注油孔18并将本实施例接入现有公知的管串中，随管串下放至井内；

（2）井下发生井漏后，投入能够打捞的堵球，堵球下落至上活塞4上端封堵上堵漏短节1中心通道，堵球井液的作用下推动上活塞4、花键套3、倒扣内筒6和下活塞5整体下行，使下活塞5下端座于第二剪钉20上，开启旁通孔；

（3）井上向管串内注入堵漏液，堵漏液从旁通孔流出，实现堵漏作业；

（4）堵漏作业完成后，打捞堵球开启上堵漏短节1中心通道，在复位弹簧10回复力的作用下推动上活塞4，使上活塞4、花键套3、倒扣内筒6和下活塞5整体上行，使上活塞4上端抵于限位件，关闭旁通孔；

（5）重复上述（2）至（4），在不起下钻的情况下，实现无限次堵漏作业；

（6）井下发生卡钻后，投入能够打捞的堵球，堵球下落至上活塞4上端封堵上堵漏短节1中心通道，井上加压泵入井液，堵球井液的作用下推动上活塞4、花键套3、倒扣内筒6和下活塞5整体下行，剪断第二剪钉20并座于第三内环台15上端，使上花键块11从花键槽上端脱离；

（7）井上转动管串使上堵漏短节1下端与下倒扣短节2上端脱扣，上提管串将使第二内环台14下端与下活塞5上端接触，从而剪断第一剪钉19将下活塞5和下倒扣短节2留在井下，确保上部钻具的或仪器的安全，实现倒扣作业。

在使用过程中，通过上述旁通堵漏倒扣方法，实现堵漏作业、无限次堵漏作业和倒扣作业。

以上技术特征构成了本发明的最佳实施例，其具有较强的适应性和最佳实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。

Claims (9)

1.一种随钻安全旁通装置液压平衡装置，其特征在于包括上堵漏短节、下倒扣短节、花键套、上活塞、下活塞、倒扣内筒、第一剪钉、第二剪钉和球座，上堵漏短节下端与下倒扣短节上端固定安装在一起，上堵漏短节下端内侧设有下部位于下倒扣短节上部内侧的花键套，上堵漏短节下端内侧设有沿圆周分布有上花键块，对应每个上花键块位置下倒扣短节上端内侧均设有下花键块，花键套中部外侧设有花键槽，上花键块和下花键块均位于对应位置花键槽内；上堵漏短节上部内侧设有上活塞，上活塞下端外侧与花键套上端内侧固定安装在一起，上活塞上端内侧设有内环槽，内环槽内固定安装有球座，上活塞上端外侧设有密封环台，上堵漏短节中部内侧设有第一内环台，对应密封环台与第一内环台之间位置的上活塞中部外侧套装有复位弹簧，对应密封环台中部位置的上堵漏短节外侧沿圆周分布有至少两个内外贯通的旁通孔，对应上活塞上端位置上堵漏短节上部内侧设有能对上活塞上行限位的限位件；下倒扣短节下部内侧设有倒扣内筒，倒扣内筒上端外侧与花键套下端内侧固定安装在一起，倒扣内筒下端外侧设有下端位于其下方的下活塞，下活塞通过第一剪钉与倒扣内筒固定安装在一起，对应下活塞上方位置的下倒扣短节中部内侧设有第二内环台，对应下活塞下方位置的下倒扣短节下端内侧设有第三内环台，对应下活塞与第三内环台之间的下倒扣短节外侧沿圆周分布有至少一个第二剪钉，第二剪钉内端均位于下倒扣短节内；对应第一内环台与上花键块之间位置的上堵漏短节外侧沿圆周分布有至少一个内外贯通的上注油孔，对应花键套下端与第二内环台之间位置的下倒扣短节外侧沿圆周分布有至少一个内外贯通的下注油孔。

2.根据权利要求1所述的随钻安全旁通装置液压平衡装置，其特征在于还包括O形密封圈，对应旁通孔上方位置的密封环台与上堵漏短节之间上下间隔设有至少一道O形密封圈，对应第一剪钉上方位置的下活塞与下倒扣短节之间上下间隔设有至少一道O形密封圈。

3.根据权利要求1或2所述的随钻安全旁通装置液压平衡装置，其特征在于限位件为挡环，上堵漏短节上部内侧固定安装有挡环。

4.根据权利要求1或2所述的随钻安全旁通装置液压平衡装置，其特征在于上堵漏短节下端与下倒扣短节上端通过螺纹连接固定安装在一起，上活塞下端外侧与花键套上端内侧通过螺纹连接固定安装在一起，倒扣内筒上端外侧与花键套下端内侧通过螺纹连接固定安装在一起。

5.根据权利要求3所述的随钻安全旁通装置液压平衡装置，其特征在于上堵漏短节下端与下倒扣短节上端通过螺纹连接固定安装在一起，上活塞下端外侧与花键套上端内侧通过螺纹连接固定安装在一起，倒扣内筒上端外侧与花键套下端内侧通过螺纹连接固定安装在一起。

6.根据权利要求1或2或5所述的随钻安全旁通装置液压平衡装置，其特征在于还包括堵头，每个上注油孔和下注油孔内均固定安装有堵头；或/和，还包括喷嘴，上堵漏短节外侧沿圆周均布有两个旁通孔，每个旁通孔内均固定安装有喷嘴。

7.根据权利要求3所述的随钻安全旁通装置液压平衡装置，其特征在于还包括堵头，每个上注油孔和下注油孔内均固定安装有堵头；或/和，还包括喷嘴，上堵漏短节外侧沿圆周均布有两个旁通孔，每个旁通孔内均固定安装有喷嘴。

8.根据权利要求4所述的随钻安全旁通装置液压平衡装置，其特征在于还包括堵头，每个上注油孔和下注油孔内均固定安装有堵头；或/和，还包括喷嘴，上堵漏短节外侧沿圆周均布有两个旁通孔，每个旁通孔内均固定安装有喷嘴。

9.一种如权利要求1至8中任一项所述的随钻安全旁通装置液压平衡装置的旁通堵漏倒扣方法，其特征在于包括：

（1）从上注油孔和下注油孔，向上活塞和下活塞之间位置的环空腔内注入液压油后，排出环空腔内的空气，并对上花键块和下花键块与花键套之间润滑，而后封堵上注油孔和下注油孔并接入管串中，随管串下放至井内；

（2）井下发生井漏后，投入能够打捞的堵球，堵球下落至上活塞上端封堵上堵漏短节中心通道，堵球井液的作用下推动上活塞、花键套、倒扣内筒和下活塞整体下行，使下活塞下端座于第二剪钉上，开启旁通孔；

（3）井上向管串内注入堵漏液，堵漏液从旁通孔流出，实现堵漏作业；

（4）堵漏作业完成后，打捞堵球开启上堵漏短节中心通道，在复位弹簧回复力的作用下推动上活塞，使上活塞、花键套、倒扣内筒和下活塞整体上行，使上活塞上端抵于限位件，关闭旁通孔；

（5）重复上述（2）至（4），在不起下钻的情况下，实现无限次堵漏作业；

（6）井下发生卡钻后，投入能够打捞的堵球，堵球下落至上活塞上端封堵上堵漏短节中心通道，井上加压泵入井液，堵球井液的作用下推动上活塞、花键套、倒扣内筒和下活塞整体下行，剪断第二剪钉并座于第三内环台上端，使上花键块从花键槽上端脱离；

（7）井上转动管串使上堵漏短节下端与下倒扣短节上端脱扣，上提管串将使第二内环台下端与下活塞上端接触，从而剪断第一剪钉将下活塞和下倒扣短节留在井下，确保上部钻具的或仪器的安全，实现倒扣作业。

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