CN111878035A - 一种机械式井下泥浆分流工具及方法 - Google Patents

一种机械式井下泥浆分流工具及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种机械式井下泥浆分流工具及方法，包括外壳、加压油缸总成和安装在外壳内的分流体、分流装置、中心管；所述中心管、分流装置分别安装在分流体的左右两端内，所述加压油缸总成套设在所述中心管上并连接在外壳的左端；所述分流体的外圆周面上设有泥浆分流流道；其左端上设有分流出口；其右端上设有与分流装置内腔相通的通孔；所述加压油缸总成上设有电磁阀。本发明的机械式井下泥浆动力分流工具通过机械式分流结构，将钻柱内的泥浆分流到加压油缸总成内，即将泥浆压力转化成油压，从而为随钻地层压力测量仪器提供液压动力源；本发明还具有结构简单、连接方便、工作稳定可靠等优点。

Description

一种机械式井下泥浆分流工具及方法
技术领域
本发明涉及一种用于随钻地层压力测量仪器的分流工具，特别涉及一种机械式井下泥浆分流工具及方法。
背景技术
地层压力是指地层孔隙内流体(油、气、水)的压力，亦称为地层孔隙压力。对于深地勘探、油气开采、地热开发、CO2地质埋存、核废料地质处置等涉及深井钻井的工程，地层压力是重要的基础参数之一，准确地预测/检测地层压力意义重大。常规的地层压力获取方法主要包括地震波法、钻速法、测井法和地层测试法，但是常规地层压力预测/检测方法均存在一定程度的不足。随着电缆地层测试技术的不断应用、发展以及钻井工程新需求的推动，20世纪90年代中后期，结合随钻测量技术提出了随钻地层压力测试的概念，将测试器安装于井底钻具组合中，在钻井作业暂停期间测试地层压力，在钻井过程中测试地层压力的井下仪器就是随钻地层压力测量仪器。为此，发明了一种机械式井下泥浆分流工具及方法，该工具可为随钻地层压力测量仪器提供液压动力源，也可以为其他类型的井下工具和仪器提供井下液压动力源。
发明内容
本发明主要是克服现有技术中的不足之处，提出一种机械式井下泥浆分流工具及方法。
本发明解决上述技术问题所提供的技术方案是：一种机械式井下泥浆分流工具，包括外壳、加压油缸总成和安装在外壳内的分流体、分流装置、中心管；所述中心管、分流装置分别安装在分流体的左右两端内，所述加压油缸总成套设在所述中心管上并连接在外壳的左端；
所述中心管与分流体的左端内腔之间具有间隙，该间隙为中间流道，所述外壳左端内腔与中心管之间也具有间隙，该间隙为分流泥浆储能室，所述分流泥浆储能室与中间流道相通；
所述分流体的外圆周面上设有泥浆分流流道；其左端上设有分流出口，所述分流出口的两端分别与中间流道、泥浆分流流道相通；其右端上设有与分流装置内腔相通的通孔；所述加压油缸总成上设有电磁阀。
进一步的技术方案是，所述分流装置包括阀套和安装在所述阀套内的阀芯、阀座，所述阀芯与阀座之间设有套设在所述阀芯上的弹簧，所述阀套上设有与分流体上通孔相通的分流入口。
进一步的技术方案是，所述分流体与外壳之间设有密封圈Ⅰ。
进一步的技术方案是，所述中心管与分流体之间设有密封圈Ⅱ。
进一步的技术方案是，所述外壳与加压油缸总成之间设有密封圈Ⅲ。
进一步的技术方案是，所述中心管与加压油缸总成之间设有密封圈Ⅳ。
进一步的技术方案是，所述阀套与分流体之间、阀芯与阀套之间、阀座与阀套之间、阀芯与阀座之间均设有O型密封圈。
一种机械式井下泥浆分流工具的分流方法，包括以下步骤：
步骤S10、将机械式井下泥浆分流工具与随钻地层压力测量仪器一起下放带到井下，并通过随钻地层压力测量仪器的控制系统来控制电磁阀；
步骤S20、当随钻地层压力测量仪器处于非工作状态时，通过控制系统控制电磁阀处于关闭状态，并且由地面钻井技术人员控制泥浆泵的排量，使阀芯处于弹簧未压缩的上位位置，使得阀芯封闭分流入口，此时井下泥浆从分流体的右端内腔进入，然后依次经过阀芯内腔、阀座内腔进入到中心管的内腔内，最后从中心管的左端流出；
步骤S30、当随钻地层压力测量仪器处于工作状态时，通过控制系统控制电磁阀仍然处于关闭状态，同时加大泥浆泵的排量，阀芯进出口产生一定压差，该压差作用在阀芯上端面，并推动阀芯压缩弹簧向下移动，使阀芯处于弹簧完全压缩后的下位位置，使得阀芯打开分流入口；井下泥浆也从分流体的右端内腔进入，然后在分流体内腔内的井下泥浆一部分依然是依次经过阀芯内腔、阀座内腔进入到中心管的内腔内，最后从中心管的左端流出；另一部分是从分流入口进入泥浆分流通道，并从分流出口流出，流入分流泥浆储能室，分流泥浆储能室中的泥浆再进入加压油缸总成，可将这部分泥浆的压力转化成油压，从而为随钻地层压力测量仪器提供液压动力源；
步骤S40、当随钻地层压力测量仪器完成测量后，再次处于非工作状态时；减小泥浆泵的排量，阀芯进出口也会产生一定压差，该压差作用在阀芯上端面，但作用在阀芯上端面的泥浆压力不足以克服弹簧回位的弹力，阀芯在回位弹簧作用下向上移动，关闭分流入口，当弹簧完全恢复复位后，此时井下泥浆依然从分流体的右端内腔进入，然后依次经过阀芯内腔、阀座内腔进入到中心管的内腔内，最后从中心管的左端流出；同时通过控制系统控制电磁阀处于打开状态，井下泥浆动力分流工具内部的压力大于环空压力会出现憋压的现象，此时分流泥浆储能室内的泥浆将在下部加压油缸总成的反向推力作用下泄压，泄压方向：泥浆分流流道→分流出口→分流泥浆储能室→电磁阀；
步骤S50、当泄压结束后，通过控制系统控制电磁阀处于关闭状态，此时机械式井下泥浆分流工具恢复为上位工作状态。
本发明具有以下有益效果：本发明的机械式井下泥浆动力分流工具通过机械式分流结构，将钻柱内的泥浆分流到加压油缸总成内，即将泥浆压力转化成油压，从而为随钻地层压力测量仪器提供液压动力源；本发明还具有结构简单、连接方便、工作稳定可靠等优点。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是机械式井下泥浆动力分流工具工作原理图。
图中所示：1-外壳、2-分流体、3-阀套、5-阀芯、6-弹簧、7-阀座、8泥浆分流流道、9-分流出口、10中心管、11-分流泥浆储能室、12-加压油缸总成、13-电磁阀、14-中间流道、15-密封圈Ⅰ、16-密封圈Ⅱ、17-密封圈Ⅲ、18-密封圈Ⅳ、19-O型密封圈。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明做更进一步的说明。
如图1所示，本发明的一种机械式井下泥浆分流工具，包括外壳1、加压油缸总成12和安装在外壳1内的分流体2、阀套3、阀芯5、弹簧6、阀座7、中心管10；所述中心管10螺纹连接在分流体2的左端内，所述阀座7之上安装有弹簧6，并与阀芯5配合，共同插入阀套3之中，所述弹簧6用于推动阀芯5恢复原始位置；所述阀套3设有对称分布的分流入口4，当泥浆压力推动阀芯5压缩弹簧6后，将漏出分流入口4；所述阀座7、弹簧6、阀芯5与阀套3总成安装于分流体2的右端内腔内，所述加压油缸总成12套设在所述中心管10上并连接在外壳1的左端；
所述中心管10与分流体2的左端内腔之间具有间隙，该间隙为中间流道14，所述外壳1左端内腔与中心管10之间也具有间隙，该间隙为分流泥浆储能室11，所述分流泥浆储能室11与分别与中间流道14、加压油缸总成12的上端内腔相通；
所述分流体2的外圆周面上设有泥浆分流流道8；其左端上设有分流出口9，所述分流出口9的两端分别与中间流道14、泥浆分流流道8相通；其右端上设有与阀套3上分流入口4相通的通孔；
所述加压油缸总成12上设有与加压油缸总成12的上端内腔相通的泄压口，所述泄压口内设有控制泄压口开闭的电磁阀13。
如图1所示，为了更进一步的提高本发明零件之间的密封效果，因此，优选的实施方式是，所述分流体2与外壳1之间设有密封圈Ⅰ15，所述中心管10与分流体2之间设有密封圈Ⅱ16，所述外壳1与加压油缸总成12之间设有密封圈Ⅲ17，所述中心管10与加压油缸总成12之间设有密封圈Ⅳ18，所述阀套3与分流体2之间、阀芯5与阀套3之间、阀座7与阀套3之间、阀芯5与阀座7之间均设有O型密封圈19。
本发明机械式井下泥浆动力分流工具的启动是通过增加泥浆泵排量实现的，使输出的压力比正常钻井时增大3～5MPa，从而使井下泥浆动力分流工具阀芯5进出口产生一定压差，推动阀芯5压缩弹簧6并向下移动，克服弹簧6回位的弹力，打开分流入口4，将泥浆从钻柱内部分流，为随钻地层压力测量仪器的正常工作提供液压动力源。该机械式井下泥浆动力分流工具的工作状态如图2所示，机械式井下泥浆动力分流工具工作状态有三种：上位工作状态、下位工作状态、泄压工作状态。
其具体的操作步骤如下：
步骤S10、将机械式井下泥浆分流工具与随钻地层压力测量仪器一起下放带到井下，并通过随钻地层压力测量仪器的控制系统来控制电磁阀13；
步骤S20、当随钻地层压力测量仪器处于非工作状态时，通过控制系统控制电磁阀13处于关闭状态，并且控制泥浆泵的排量，使阀芯5处于弹簧6未压缩的上位位置，使得阀芯5封闭分流入口4；
此时本发明处于上位工作状态(如图2a所示)，这样井下泥浆从分流体2的右端内腔进入，然后依次经过阀芯5内腔、阀座7内腔进入到中心管10的内腔内，最后从中心管10的左端流出；
步骤S30、当随钻地层压力测量仪器处于工作状态时，通过控制系统控制电磁阀3仍然处于关闭状态，同时加大泥浆泵的排量，阀芯5进出口产生一定压差，该压差作用在阀芯5上端面，并推动阀芯5压缩弹簧6并向下移动，使阀芯5处于弹簧6完全压缩后的下位位置，使得阀芯5打开分流入口4；
此时本发明处于下位工作状态(如图2b所示)，这样井下泥浆也从分流体2的右端内腔进入，然后在分流体2内腔内的井下泥浆一部分依然是依次经过阀芯5内腔、阀座7内腔进入到中心管10的内腔内，最后从中心管10的左端流出；另一部分是从分流入口4进入泥浆分流通道8，并从分流出口9流出，流入分流泥浆储能室11，分流泥浆储能室11中的泥浆再进入加压油缸总成12，可将这部分泥浆的压力转化成油压，从而为随钻地层压力测量仪器提供液压动力源；
步骤S40、当随钻地层压力测量仪器完成测量后，再次处于非工作状态时；减小泥浆泵的排量，阀芯5进出口也会产生一定压差，该压差作用在阀芯5上端面，但作用在阀芯5上端面的泥浆压力不足以克服弹簧6回位的弹力，阀芯5在回位弹簧作用下向上移动，关闭分流入口4，当弹簧完全恢复复位后；
此时本发明处于泄压状态(如图2c所示)，这样井下泥浆依然从分流体2的右端内腔进入，然后依次经过阀芯5内腔、阀座7内腔进入到中心管10的内腔内，最后从中心管10的左端流出；同时通过控制系统控制电磁阀3处于打开状态，井下泥浆动力分流工具内部的压力大于环空压力会出现憋压的现象，此时分流泥浆储能室11内的泥浆将在下部加压油缸总成12的反向推力作用下泄压，泄压方向：泥浆分流流道8→分流出口9→分流泥浆储能室11→电磁阀13；
步骤S50、当泄压结束后，通过控制系统控制电磁阀3处于关闭状态，此时机械式井下泥浆分流工具恢复为上位工作状态。
因此，本发明可将钻柱内的井下泥浆与分流工具内腔连通，实现井下泥浆动力分流工具的分流作用，可将泥浆压力转化成油压，从而为随钻地层压力测量仪器提供液压动力源，也可以为其他类型的井下工具和仪器提供井下液压动力源。
以上所述，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已通过上述实施例揭示，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些变动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种机械式井下泥浆分流工具，包括外壳(1)、加压油缸总成(12)和安装在外壳(1)内的分流体(2)、分流装置、中心管(10)；所述中心管(10)、分流装置分别安装在分流体(2)的左右两端内，所述加压油缸总成(12)套设在所述中心管(10)上并连接在外壳(1)的左端；
所述中心管(10)与分流体(2)的左端内腔之间具有间隙，该间隙为中间流道(14)，所述外壳(1)左端内腔与中心管(10)之间也具有间隙，该间隙为分流泥浆储能室(11)，所述分流泥浆储能室(11)与中间流道(14)相通；
所述分流体(2)的外圆周面上设有泥浆分流流道(8)，其左端上设有分流出口(9)；所述分流出口(9)的两端分别与中间流道(14)、泥浆分流流道(8)相通；其右端上设有与分流装置内腔相通的通孔；
所述加压油缸总成(12)上设有电磁阀(13)。
2.根据权利要求1所述的一种机械式井下泥浆分流工具，其特征在于，所述分流装置包括阀套(3)和安装在所述阀套(3)内的阀芯(5)、阀座(7)，所述阀芯(5)与阀座(7)之间设有套设在所述阀芯(5)上的弹簧(6)，所述阀套(3)上设有与分流体(2)上通孔相通的分流入口(4)。
3.根据权利要求2所述的一种机械式井下泥浆分流工具，其特征在于，所述分流体(2)与外壳(1)之间设有密封圈Ⅰ(15)。
4.根据权利要求2所述的一种机械式井下泥浆分流工具，其特征在于，所述中心管(10)与分流体(2)之间设有密封圈Ⅱ(16)。
5.根据权利要求2所述的一种机械式井下泥浆分流工具，其特征在于，所述外壳(1)与加压油缸总成(12)之间设有密封圈Ⅲ(17)。
6.根据权利要求4所述的一种机械式井下泥浆分流工具，其特征在于，所述中心管(10)与加压油缸总成(12)之间设有密封圈Ⅳ(18)。
7.根据权利要求2所述的一种机械式井下泥浆分流工具，其特征在于，所述阀套(3)与分流体(2)之间、阀芯(5)与阀套(3)之间、阀座(7)与阀套(3)之间、阀芯(5)与阀座(7)之间均设有O型密封圈(19)。
8.一种权利要求1-7任一项所述机械式井下泥浆分流工具的分流方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S10、将机械式井下泥浆分流工具与随钻地层压力测量仪器一起下放带到井下，并通过随钻地层压力测量仪器的控制系统来控制电磁阀(13)；
步骤S20、当随钻地层压力测量仪器处于非工作状态时，通过控制系统控制电磁阀(13)处于关闭状态，并且由地面钻井技术人员控制泥浆泵的排量，使阀芯(5)处于弹簧(6)未压缩的上位位置，使得阀芯(5)封闭分流入口(4)，此时井下泥浆从分流体(2)的右端内腔进入，然后依次经过阀芯(5)内腔、阀座(7)内腔进入到中心管(10)的内腔内，最后从中心管(10)的左端流出；
步骤S30、当随钻地层压力测量仪器处于工作状态时，通过控制系统控制电磁阀(3)仍然处于关闭状态，同时加大泥浆泵的排量，阀芯(5)进出口产生一定压差，该压差作用在阀芯(5)上端面，并推动阀芯(5)压缩弹簧(6)并向下移动，使阀芯(5)处于弹簧(6)完全压缩后的下位位置，使得阀芯(5)打开分流入口(4)；井下泥浆也从分流体(2)的右端内腔进入，然后在分流体(2)内腔内的井下泥浆一部分依然是依次经过阀芯(5)内腔、阀座(7)内腔进入到中心管(10)的内腔内，最后从中心管(10)的左端流出；另一部分是从分流入口(4)进入泥浆分流通道(8)，并从分流出口(9)流出，流入分流泥浆储能室(11)，分流泥浆储能室(11)中的泥浆再进入加压油缸总成(12)，可将这部分泥浆的压力转化成油压，从而为随钻地层压力测量仪器提供液压动力源；
步骤S40、当随钻地层压力测量仪器完成测量后，再次处于非工作状态时；减小泥浆泵的排量，阀芯(5)进出口也会产生一定压差，该压差作用在阀芯(5)上端面，但作用在阀芯(5)上端面的泥浆压力不足以克服弹簧(6)回位的弹力，阀芯(5)在回位弹簧作用下向上移动，关闭分流入口(4)，当弹簧完全恢复复位后，此时井下泥浆依然从分流体(2)的右端内腔进入，然后依次经过阀芯(5)内腔、阀座(7)内腔进入到中心管(10)的内腔内，最后从中心管(10)的左端流出；同时通过控制系统控制电磁阀(3)处于打开状态，井下泥浆动力分流工具内部的压力大于环空压力会出现憋压的现象，此时分流泥浆储能室(11)内的泥浆将在下部加压油缸总成(12)的反向推力作用下泄压，泄压方向：泥浆分流流道(8)→分流出口(9)→分流泥浆储能室(11)→电磁阀(13)；
步骤S50、当泄压结束后，通过控制系统控制电磁阀(3)处于关闭状态，此时机械式井下泥浆分流工具恢复为上位工作状态。
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