CN112482985B - 一种油气井井口的带压钻孔装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种油气井井口的带压钻孔装置，装置包括吊卡、压力平衡管、压力平衡阀、钻进单元、封隔组件、转换头、防喷短节、防喷阀、闸阀、钻杆串、压力平衡管汇以及控制台，其中，吊卡设置在压力平衡管的一端；压力平衡管的中部为中空结构；压力平衡阀设置在压力平衡管的另一端；钻进单元包括相互连接的动力机构和执行机构，执行机构设置在压力平衡阀的一端；沿钻进方向，封隔组件、转换头、放喷短节、防喷阀以及闸阀依次连接。钻杆串设置在钻孔装置中；压力平衡管汇的一端与压力平衡管的中空结构连通，另一端与转换头或防喷短节连通；控制台用于开启所述钻杆串的起下钻以及控制钻杆串钻进的速度。本发明的钻孔装置操作方便，密封性能好。

Description

一种油气井井口的带压钻孔装置

技术领域

本发明涉及油气气井开发技术领域，更具体地讲，涉及一种油气井井口的带压钻孔装置。

背景技术

采气井口装置是气井安全生产的重要通道，也是气井压力控制的主要装置，然而随着气井生产年限的增加，井口装置会因磨损、腐蚀、老化等原因存在很多安全隐患问题。如不及时治理，会影响气井的安全生产，严重破坏周边环境，威胁人畜的生命安全。

带压钻孔技术是针对承压平板阀失效无法开启、高压管路的不泄压开孔及井口管柱堵塞等情况，将带压钻孔装置与待钻承压闸阀、管柱、井口等密封连接，在密封状态下，将那些因腐蚀、磨损严重而无法正常打开的阀门、管路、井口管柱钻开，为后期作业(如有控制地放喷泄压，冷冻暂堵、压井等)提供条件，此种作业方法安全高效，有效的减少了井口事故的发生。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的之一在于解决上述现有技术中存在的一个或多个问题。例如，本发明的目的之一在于提供一种能够在压力等级在105MPa以上进行钻孔的带压钻孔装置。

为了实现上述目的，本发明的提供了一种油气井井口的带压钻孔装置，所述装置可以包括：压力平衡管、压力平衡阀、钻进单元、封隔组件、转换头、防喷短节、防喷阀、闸阀、钻杆串、压力平衡管汇以及控制台，其中，压力平衡管为中空结构，并竖直设置；压力平衡阀设置在压力平衡管上，并能够与外部的试压设备相连接；钻进单元包括相互连接的动力机构和执行机构，动力机构设置在地面或平台上以为执行机构提供动力，执行机构能够提供钻进力和旋转力；封隔组件设置在所述执行机构的一端，所述封隔组件的中部开设有贯穿的通孔；转换头、防喷短节、防喷阀和闸阀自上而下依次连接，且转换头的上端与封隔组件连接；压力平衡管汇的一端与压力平衡管的中空结构连通，另一端与转换头或防喷短节连通，压力平衡管汇能够使压力平衡管与防喷短节中的压力相等，压力平衡管汇上设置有控制阀，控制阀能够对压力平衡管汇进行开闭；钻杆串的一端能够设置在压力平衡管的中空结构中，另一端沿钻进方法依次贯穿设置于封隔组件、转换头、防喷短节、防喷阀和闸阀中；控制台用于开启钻杆串的起下钻、以及控制钻杆串钻进的速度。

根据本发明的一个示例性实施例，所述装置还可包括抛球机构，所述抛球机构位于所述压力平衡管的之上，抛球机构包括具有中空结构的抛球本体，抛球本体与压力平衡管连接的端部设置有能够开闭的球阀，抛球本体内部设置有钢球。

根据本发明的一个示例性实施例，所述封隔组件可包括沿钻进方向依次设置的初级密封机构和二级密封机构，初级密封机构与钻杆之间采用盘根密封，二级密封机构与钻杆之间采用胶芯密封。

根据本发明的一个示例性实施例，所述初级密封机构可包括盘根螺母和封堵盘根，所述封堵盘根设置在所述盘根螺母与钻杆之间。

根据本发明的一个示例性实施例，所述闸阀远离所述防喷阀的一端端部可设置有连接法兰。

根据本发明的一个示例性实施例，所述装置还可包括自上而下依次连接的液压丢手、钻头转接头和钻头，所述液压丢手的上端与所述钻杆串的下端连接。

根据本发明的一个示例性实施例，所述钻杆串可以由一根或两根以上的钻杆串联构成。

根据本发明的一个示例性实施例，所述装置还可包括强磁构件。

根据本发明的一个示例性实施例，所述装置还可包括吊卡，所述吊卡设置在所述压力平衡管的上端。

根据本发明的一个示例性实施例，所述钻杆串的顶端可设置有限位块。

与现有技术相比，本发明的有益效果至少可以包括以下中的一项：

(1)本发明的钻孔装置配置有封隔组件，且设置有初级密封机构和二级密封机构，能够实现压力等级在105MPa以上的带压钻孔作业，钻孔作业安全有效；

(2)本发明的钻孔装置能在不泄露的情况下钻开因腐蚀、磨损严重而无法正常打开的阀门、管路、井口管柱钻开，能够为后期作业提供条件；

(3)本发明的钻孔装置配备了压力平衡管和压力平衡管汇，能在被钻设备钻开时，平衡钻杆前后压力，钻孔作业安全高效；

(4)本发明的钻孔装置配备了多种尺寸(不同外径、不同长度)的钻杆串，作业钻杆串的长度长，设备作业能力强，可应用范围广；

(5)本发明的钻孔装置配备了强磁工具，在进行带压钻孔时，能及时吸附出钻孔产生的铁屑，避免带压钻孔装置受损伤。

附图说明

通过下面结合附图进行的描述，本发明的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：

图1示出了本发明一个示例性实施例的油气井井口的带压钻孔装置的结构示意简图；

图2示出了本发明一个示例性实施例的油气井井口的带压钻孔装置的压力平衡原理图；

图3示出了本发明一个示例性实施例的油气井井口的带压钻孔装置的封隔组件示意图。

附图标记说明：

1-抛球机构，2吊卡，3-压力平衡管，4-压力平衡阀，5-执行机构，6-压力平衡管汇，7-初级密封机构，8-二级密封机构，9-转换头，10-防喷短节，11-防喷阀，12-闸阀，11a-防喷阀，12a-闸阀，12b-连接法兰，A-填密螺母。

具体实施方式

在下文中，将结合附图和示例性实施例详细地描述根据本发明的油气井井口的带压钻孔装置。

图1示出了本发明一个示例性实施例的油气井井口的带压钻孔装置的结构示意简图。图2示出了本发明一个示例性实施例的油气井井口的带压钻孔装置的压力平衡原理图(也可视为封隔组件的一个示意图)。图3示出了本发明一个示例性实施例的油气井井口的带压钻孔装置的封隔组件示意图。

本发明提供了一种油气井井口的带压钻孔装置。在本发明油气井井口的带压钻孔装置的一个示例性实施例中，如图1所示，所示装置可以包括抛球机构1、吊卡2、压力平衡管3、压力平衡阀4、钻进单元、压力平衡管汇6、封隔组件、转换头9、防喷短节10、防喷阀11、闸阀12以及控制台(图中未示出)。其中，

所示抛球机构1设置在压力平衡管3的上端部。所示抛球机构1包括中部呈空腔结构的抛球本体。所述抛球本体的空腔中设置有钢球。所述空腔的下部设置有球阀。所述球阀能够打开或关闭所述空腔结构。当所述抛球机构投入钢球，能够将遇卡的钻杆从钻孔机中取出后下入工具进行打捞。当所述钻头发生遇卡事故时，在钻杆上存在液压丢手的情况下，可以进行液压丢手脱开的作业。打开球阀，钢球会进入钻杆中并坐在液压丢手的座上，能够实现憋压，将钻杆拉出。当然，在实际配置本发明的钻孔装置时，可以根据需要设置抛球机构。

所述吊卡2可以设置在所述压力平衡管3的上端部管壁的外侧。在进行带压钻孔作业时，利用起重设备，将吊索具悬挂在吊卡2处，能够将钻孔装置整体吊装于被钻设备上方或者左右两侧。所述吊卡2可以是金属材料制成，可以焊接在压力平衡管3的外侧。

所述压力平衡管3设置为中空结构。

所述压力平衡阀4设置在压力平衡管3的下端部。所述压力平衡阀4能够打开或关闭压力平衡管3，当然，压力平衡阀4也可以设置在压力平衡管3的其他部位。在钻孔的前期，可以将试压设备连接在所述压力平衡阀4上，对整个钻孔装置的带压钻孔流程进行试压。

所述钻进单元包括相互连接的动力机构(图1中未示出)以及执行机构5。所述动力机构能够为执行机构5提供动力。所述执行机构5能够带动钻杆钻进和旋转。本发明的钻进单元可以采用液压技术，将操作和调节集中于控制台。所述动力机构包括发电机和油泵。动力机构与执行机构通过油路连接。控制台能够控制发电机带动油泵，将机械能转化为液压能，压力油通过油路进入执行机构。执行机构推动钻杆旋转运动，从而实现带压钻孔、带压磨铣以及不丢手打捞等作业。

所述封隔组件可以设置在所述执行机构5的下部。所述封隔组件的中部设置有能够使钻杆串贯穿的通孔。所述封隔组件可以包括从上到下依次设置的初级密封机构7和二级密封机构8。所述初级密封机构7可以与钻杆之间采用盘根密封，例如Y型盘根密封，并利用盘根螺母进行锁紧。钻开被钻设备时，由于设备中的高压激活盘根螺母，带动盘根密封进行主动密封，设备中的压力越高，密封效果越好越稳定。所述二级密封机构8与钻杆之间可以采用胶芯密封。所述初级密封机构包括盘根螺母和封堵盘根，所述封堵盘根设置在所述盘根螺母与钻杆之间。采用本发明的多级密封，能够在钻杆以120rpm旋转时承受105MPa的压力。

所述压力平衡管汇6的一端与所述压力平衡管3的中空结构连通，另一端与所述转换头9或防喷短节10连通。所述压力平衡管汇6能够使压力平衡管与防喷短节中的压力相等。所述压力平衡管汇6上设置有控制阀，所述控制阀能够对压力平衡管汇进行开闭。例如，如图1所示，可以包括4个控制阀。在压力平衡管汇6与压力平衡管3之间设置两个控制阀。在压力平衡管汇6与转换头9之间设置有两个控制阀。将试压设备连接在所述压力平衡阀4上，对整个钻孔装置的带压钻孔流程进行试压，试压合格后，拆除试压设备，将压力平衡阀4关闭。通过控制阀开关压力平衡管汇6控制压力平衡管3和压力平衡管汇6的连通。启动钻进单元，将其发动机转速设定为作业时使用的速度，对被钻设备进行钻孔。

所述转换头9设置在封隔组件的下部。所述转换头9的一端与所述封隔组件连接，另一端与所述防喷短节10连接。所述转换头9的中部为空腔结构。

所述防喷短节10设置在所述转换头9的下部。所述防喷短节10的一端与所述转换头9连接，另一端与所述防喷阀11连接。所述防喷短节10的中部设置为空腔结构。所述转换头9的空腔与防喷短节10的空腔连通。

所述防喷阀11设置在所述防喷短节10的下部。所述防喷阀11的上部与所述防喷短节10连接，下部与所述闸阀12连接。所述防喷阀11设置为中部为空腔的结构。当然，这里也可使用防喷管来替代防喷阀，防喷管上可设置有防喷阀，此时，图1上的11表示为防喷管，11a表示防喷阀。

所述闸阀12设置在所述防喷阀11的下部。所述闸阀12的中部设置有贯穿的通道。如图1所示，此时的闸阀12a处于关闭状态。当然，这里也可使用闸阀管来替代闸阀，闸阀管上可设置有闸阀，此时，图1上的12表示闸阀管，12a表示闸阀，闸阀12a能够对闸阀12中的通道进行打开或关闭。

所述钻杆串(图1中未示出)的一端可以设置在所述压力平衡管3中，另一端贯沿钻进方向依次贯穿设置于压力平衡阀、执行机构、封隔组件、转换头、防喷短节、防喷管以及闸阀管中。

所述控制台用于开启所述钻杆串的起下钻以及控制钻杆串钻进的速度。

在本实施例中，考虑到带压钻孔装置使用的特殊性，可设置两个初级密封机构，一个二级密封机构，在两道初级密封机构中间，增加二级密封机构；二级密封机构可包括胶芯密封，胶芯密封采用类似防喷器结构形式，安全可靠。

在本实施例中，初级密封机构可实现主封隔，二级密封机构可为副封隔。初级密封机构的密封效果由井压激活，井内压力越高，初级密封机构的密封效果越好；如图2所示，二级密封机构的密封由填密螺母A预先激活，通过旋转填密螺母A挤压二级密封机构起到密封作用。

在本实施例中，如图1所示，所述闸阀12的下端部设置有连接法兰12b。所述连接法兰12b可以与闸阀12可拆卸连接。所述连接法兰12b能够与现场作业的被钻设备的连接装置相匹配，能够将钻孔设置安装于被钻设备上。

在本实施例中，所述装置还可以包括液压丢手、钻头转接头和钻头。所述液压丢手的一端与所述钻杆的一端连接，液压丢手的另一端与钻杆转接头的一端连接，所述钻杆转接头的另一端设置有钻头。所述钻头和钻杆之间可以采用螺纹连接，并可以在钻头与钻杆之间设置有防盗扣结构。

在本实施例中，所述防喷阀中可设置有填密螺母。在所述压力平衡管和平衡管汇拆除的情况下，完全旋松防喷阀的填密螺母，将钻杆串插入钻孔装置，井固填密螺母。若处理比较复杂的油气井井口，需要更长的钻进进尺，则将抛球机构拆除，将钻杆后端伸出到钻孔装置后部位置，再接一根或多根钻杆，然后再将抛球装置安装在钻孔装置上。

在本实施例中，所述平衡管汇液压静态地将压力平衡管与防喷短节连接在一起，确保压力平衡管与防喷短节中的压力始终相等。通过压力平衡管与防喷短节中的压力平衡，可以使得带压钻孔装置在钻进的过程中只受到封隔组件的摩擦力，在钻通被钻装置后也不会受到钻开后高压的影响。

在本实施例中，所述钻孔装置还可以包括强磁构件，强磁构件属于钻孔机的配套工具，在需要使用的时候将钻孔机的钻头替换成强磁工具即可。所述强磁构件能够用于打捞吸附钻钻进时产生的铁屑。

以上，本发明的用于油气井井口的带压钻孔装置使用方法可以包括：

1.组装；

2.安装于油气井井口、套管或钻杆上；

3.驱动液压马达带动钻杆钻进；

4.钻杆钻穿开孔；

5.被钻设备钻穿后，高压经过压力平衡管汇，平衡带压钻孔装置前后压力差；

6.钻杆退回原位，关闭钻孔装置主控阀门(钻孔主控阀门安装在钻孔机前端，是带压钻孔工艺流程的一部分，可不属于带压钻孔机)，卸掉圈闭压力；7.拆卸带压钻孔装置，安装取压装置或进行下部作业(如有控制地放喷泄压，冷冻暂堵等)。

综上所述，本发明的钻孔装置操作方便，密封性能好，能够承受105MPa极高压，能够保持带压钻孔装置钻杆前后压力平衡，避免钻孔装置受损伤，能够利用多节钻杆组合成为长钻杆串对深度较深装置进行钻孔，能够进行不丢手带压打捞。

尽管上面已经通过结合示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应该清楚，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可对本发明的示例性实施例进行各种修改和改变。

Claims (10)

1.一种油气井井口的带压钻孔装置，其特征在于，所述装置包括：压力平衡管、压力平衡阀、钻进单元、封隔组件、转换头、防喷短节、防喷阀、闸阀、钻杆串、压力平衡管汇以及控制台，其中，

压力平衡管为中空结构，并竖直设置；

压力平衡阀设置在压力平衡管上，并能够与外部的试压设备相连接；

钻进单元包括相互连接的动力机构和执行机构，动力机构设置在地面或平台上以为执行机构提供动力，执行机构能够提供钻进力和旋转力；

封隔组件设置在执行机构的一端，封隔组件的中部开设有贯穿的通孔；

转换头、防喷短节、防喷阀和闸阀自上而下依次连接，且转换头的上端与封隔组件连接；

压力平衡管汇的一端与压力平衡管的中空结构连通，另一端与转换头或防喷短节连通，压力平衡管汇能够使压力平衡管与防喷短节中的压力相等，压力平衡管汇上设置有控制阀，控制阀能够对压力平衡管汇进行开闭；

钻杆串的一端能够设置在压力平衡管的中空结构中，另一端沿钻进方法依次贯穿设置于封隔组件、转换头、防喷短节、防喷阀和闸阀中；

控制台用于开启钻杆串的起下钻、以及控制钻杆串钻进的速度。

2.根据权利要求1所述的油气井井口的带压钻孔装置，其特征在于，所述装置还包括抛球机构，所述抛球机构位于所述压力平衡管的之上，抛球机构包括具有中空结构的抛球本体，抛球本体与压力平衡管连接的端部设置有能够开闭的球阀，抛球本体内部设置有钢球。

3.根据权利要求1所述的油气井井口的带压钻孔装置，其特征在于，所述封隔组件包括沿钻进方向依次设置的初级密封机构和二级密封机构，初级密封机构与钻杆之间采用盘根密封，二级密封机构与钻杆之间采用胶芯密封。

4.根据权利要求3所述的油气井井口的带压钻孔装置，其特征在于，所述初级密封机构包括盘根螺母和封堵盘根，所述封堵盘根设置在所述盘根螺母与钻杆之间。

5.根据权利要求1所述的油气井井口的带压钻孔装置，其特征在于，所述闸阀远离所述防喷阀的一端端部设置有连接法兰。

6.根据权利要求1所述的油气井井口的带压钻孔装置，其特征在于，所述装置还包括自上而下依次连接的液压丢手、钻头转接头和钻头，所述液压丢手的上端与所述钻杆串的下端连接。

7.根据权利要求1所述的油气井井口的带压钻孔装置，其特征在于，所述钻杆串由一根或两根以上的钻杆串联构成。

8.根据权利要求1所述的油气井井口的带压钻孔装置，其特征在于，所述装置还包括强磁构件。

9.根据权利要求1所述的油气井井口的带压钻孔装置，其特征在于，所述装置还包括吊卡，所述吊卡设置在所述压力平衡管的上端。

10.根据权利要求1所述的油气井井口的带压钻孔装置，其特征在于，所述钻杆串的顶端设置有限位块。

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