CN112554844A - 一种气举穿漏钻井用气举开关装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种气举穿漏钻井用气举开关装置，包括上接头、内管、滑套、变径球座、补偿套、外壳、储球筒及下接头。内管设置于上接头之内，补偿套设置于下接头之内；滑套设置于上接头与内管之间，其下端与变径球座连接，且滑套与上接头之间设有密封圈；变径球座设置于补偿套之内；储球筒设置于下接头之内，并通过螺纹与外壳固连在一起，其上端延伸至补偿套之内。该装置采用投球方式打开，只有投球后，装置才能打开或关闭，可避免出现提前打开及不能及时关闭的情况，保证气举穿漏钻井作业正常进行。

Description

一种气举穿漏钻井用气举开关装置

技术领域

本发明涉及石油钻井工具领域的一种气举开关装置，尤其是一种气举穿漏钻井用气举开关装置。

背景技术

气举穿漏钻井技术能够保护低压油气藏和解决井漏问题，尤其对已进入开发后期、地层压力衰竭严重的油田更加有效。该技术与常规钻井技术相比，钻具组合中增加了双壁钻杆和气举阀。漏失层至井口之间为双壁钻杆，漏失层及漏失层以下为普通钻杆，气举阀接在双臂钻杆末端。双壁钻杆由内钻杆和外钻杆组成。内钻杆和普通钻杆联通，内部注入钻井液。钻井液由井口注入，经过钻头后，从井壁与钻具构成的环空中返回地面。双壁钻杆的内、外壁之间注入高压气体。气体从地面注入，通过气举阀释放至井壁与钻具构成的环空内。钻井过程中，高压气体与易漏层段的钻井液的混合，利用气体的膨胀使井筒中的混合液密度降低，将钻具与井壁环空内钻井液及岩屑内流体举出，从而大大减少钻井液的漏失。随着井深的增加，气举阀到达一定深度时，就需要起钻接普通钻杆，使得气举阀再回到漏层的上端，然后再开始打钻。

中国专利公开号CN208918515U公开了《一种固定式气举阀》。其包括气举阀组件和单流阀组件，所述气举阀组件和单流阀组件上设置有相适配的锥面螺纹密封连接结构，气举阀组件和单流阀组件通过锥面螺纹密封连接结构连接，所述单流阀组件内设置有两级密封结构。其进一步还公开了：所述气举阀组件的锥面螺纹密封连接结构包括连接螺纹和密封锥面，密封锥面位于气举阀组件与单流阀组件配合端的端面处，连接螺纹位于密封锥面后部的气举阀组件外壁上。所述单流阀组件的锥面螺纹密封连接结构包括连接螺纹和密封锥面，密封锥面位于单流阀组件内壁上，连接螺纹位于密封锥面前部的单流阀组件内壁上。所述单流阀组件的密封锥面与气举阀组件的密封锥面配合密封，单流阀组件的连接螺纹与气举阀组件的连接螺纹配合连接。所述单流阀组件包括单流阀座、密封垫、垫环、单流阀头、弹簧和单流阀体，单流阀头位于单流阀体内，单流阀头通过弹簧与单流阀体配合，密封垫设置在单流阀头与单流阀体之间并通过垫环限位在单流阀体上，单流阀座伸入单流阀体内分别与密封垫和单流阀头配合。所述密封垫设置在单流阀头与单流阀体之间形成密封结构。所述单流阀座压缩密封垫至单流阀座与单流阀头接触时形成密封结构。

中国专利公开号CN208966266U公开了《一种气举阀及采油系统》。其中气举阀包括：阀体，所述阀体内具有充气室，所述充气室与所述阀体上开设的进气口和出气口相连通，其中，所述进气口用于与油套环空相连通，所述出气口用于与油管相连通；且所述充气室内设有阀球，所述阀球用于将所述充气室与所述进气口进行连通或隔断。进一步地，所述充气室内还设有挡板，所述挡板位于所述阀球和所述出气口之间，且所述挡板与所述阀球之间具有可供所述阀球移动的空间。所述充气室内设有可伸缩的连接组件，所述连接组件的一端穿过所述挡板与所述阀球相连，另一端与所述充气室的内壁相连。所述连接组件包括弹性件，所述弹性件的一端穿过所述挡板与所述阀球相连，另一端与所述充气室的内壁相连。所述连接组件还包括连杆，所述连杆的一端与所述弹性件的一端相连，所述连杆的另一端穿过所述挡板与所述阀球相连。所述出气口与所述充气室之间通过连通通道相连通，且所述连通通道内设有单向阀和过滤网。所述进气口与所述充气室之间通过进气通道相连通，且所述充气室与所述进气通道相连的一端呈锥形，且所述锥形的小端朝向所述进气通道；所述阀球抵接在所述充气室的锥形端时，所述充气室与所述进气口隔断，所述阀球与所述充气室的锥形端分离时，所述充气室与所述进气口连通。

上述两种气举阀主要油田开采过程中，气举采油原理是依靠从地面注入井内的高压气体与油层内产生的流体在油管中混合，利用气体的膨胀使油管中的混合液密度降低，将流入到井内的原油举升到地面的一种采油方式。

现有技术中，气举阀为压差打开方式，应用在气举穿漏钻井中常常出现提前打开的情况，且需要关闭时，不能及时关闭，影响正常的气举穿漏钻井作业。

发明内容

为了解决气举穿漏钻井过程中气举阀提前打开和不能及时关闭的问题，本发明提供一种气举穿漏钻井用气举开关装置。

其技术方案是：

一种气举穿漏钻井用气举开关装置，包括上接头、外壳、下接头依次连接的外筒体，设置在外筒体内的内管、滑套、变径球座、补偿套和储球筒；其中：

所述上接头管壁上设有径向通孔B；

所述内管外径小于上接头内径的空心直管，内管上部外周边设有与上接头内壁固定连接结构，并且该连接结构上轴向设置通道；

所述滑套设置在上接头与内管之间的环形空间内，且滑套与上接头内壁构成轴向滑动密封配合，滑套与内管外壁构成间隙配合，在滑套管壁上设有与上接头径向通孔B间隔通、断的径向通孔A；

所述变径球座固定连接在滑套的下端，变径球座上段内壁与内管外壁构成轴向滑动密封配合，中下段至少设有两级带有“T”型爪的组合，且每级“T”型爪组合在缩径状态与投球构成密封配合；

所述补偿套设置于外壳和变径球座之间的环形空间内，并与变径球座构成轴向滑动密封配合，其内壁至少设三段环形槽，其中上、中两段环形槽与变径球座一级“T”型爪组合扩径状态构成配合，下段环形槽为轴向加长的环形槽，下段环形槽与二级“T”型爪组合扩径状态构成配合，下段环形槽的轴向长度小于上、中两段环形槽的轴向间距，且二级“T”型爪组合从初始缩径状态至扩径状态的轴向间距与径向通孔A下行至径向通孔B的间距相当；

所述储球筒设置于下接头之内，并与外壳固定连接在一起，其上端延伸至补偿套之内，并与补偿套保持密封，储球筒内径不小于头球外径，并在储球筒下部和底部设有导流孔。

上述方案进一步包括：

所述补偿套的上端设有内凸沿，所述变径球座上段外壁设有导向槽，补偿套的内凸沿与变径球座上段外壁的导向槽构成轴向滑动、周向限位配合。

所述补偿套与外壳结合部设有键、槽结构构成轴向滑动、周向限位配合。

所述内管上部外周边设有与上接头内壁固定连接结构为：内管的上部径向设有凸起的台阶，台阶与上接头内壁螺纹连接，并在台阶上沿内管轴向设有2-4个轴向通孔。

所述上接头管壁上设有的径向通孔B和与之对应的滑套管壁上设有的径向通孔A均为2-8个，且数量相同、分布方式相同。

所述储球筒的上端横截面的内部为正六边形。

所述滑套与上接头之间间隔设有2-4组密封圈。

所述变径球座与补偿套、内管之间均设有密封圈。

所述储球筒与补偿套、外壳之间均设有密封圈，所述上接头和外壳之间设有密封圈。

本发明的有益效果为：该装置采用投球方式打开，只有投球后，装置才能打开或关闭，可避免出现提前打开及不能及时关闭的情况，保证气举穿漏钻井作业正常进行。

附图说明

图1是本发明的一种气举穿漏钻井用气举开关装置的结构示意图；

图2是图1中A-A处的剖视图；

图3是图1中B-B处的剖视图；

图4是图1中C-C处的剖视图；

图5是图1中D-D处的剖视图；

图6是图1中E-E处的剖视图；

图7是图1中F-F处的剖视图；

图8本发明的气举穿漏钻井用气举开关装置处于关闭状态的结构示意图；

图中：1.上接头，2.内管，3.密封圈，4.滑套，5.密封圈，6.密封圈，7. 密封圈，8.变径球座，9.密封圈，10.外壳，11.补偿套，12.密封圈，13.密封圈，14.储球筒，15.下接头，16.通孔A，17.通孔B，18.通孔C，19.密封圈，20.密封圈，21.扇形通孔。

具体实施方式

下面将结合附图做进一步详细说明。

实施例1

一种气举穿漏钻井用气举开关装置，包括上接头1、外壳10、下接头 15依次连接的外筒体，设置在外筒体内的内管2、滑套4、变径球座8、补偿套11和储球筒14。其中：

所述上接头1管壁上设有径向通孔B17。

所述内管2外径小于上接头1内径的空心直管，内管2上部外周边设有与上接头1内壁固定连接结构，并且该连接结构上轴向设置通道。

所述滑套4设置在上接头1与内管2之间的环形空间内，且滑套4与上接头1内壁构成轴向滑动密封配合，滑套4与内管2外壁构成间隙配合，在滑套4管壁上设有与上接头1径向通孔B17间隔通、断的径向通孔A16，构成内管外通道、间隙至径向通孔A16、径向通孔B17的开关配合，实现高压气体自井下转换至外筒。

所述变径球座8固定连接在滑套4的下端，变径球座8上段内壁与内管2外壁构成轴向滑动密封配合，中下段至少设有两级带有“T”型爪的组合，且每级“T”型爪组合在缩径状态与投球构成密封配合。有关“T”型爪的组合设置级数根据井下钻井需要注入气体次数配合。

所述补偿套11设置于外壳10和变径球座8之间的环形空间内，并与变径球座8构成轴向滑动密封配合，其内壁至少设三段环形槽，其中上、中两段环形槽与变径球座8一级“T”型爪组合扩径状态构成配合，下段环形槽为轴向加长的环形槽，下段环形槽与二级“T”型爪组合扩径状态构成配合，下段环形槽的轴向长度小于上、中两段环形槽的轴向间距，且二级“T”型爪组合从初始缩径状态至扩径状态的轴向间距与径向通孔A16下行至径向通孔B17的间距相当。有关环形槽数量设置根据“T”型爪的组合设置级数相配合。

所述储球筒14设置于下接头之内，并与外壳10固定连接在一起，其上端延伸至补偿套11之内，并与补偿套11保持密封，储球筒14内径不小于头球外径，并在储球筒14下部和底部设有导流孔。保证钻井液流道通畅。

实施例2：

基于实施例1的基础上，进一步包括：

所述补偿套11的上端设有内凸沿，所述变径球座8上段外壁设有导向槽，补偿套11的内凸沿与变径球座8上段外壁的导向槽构成轴向滑动、周向限位配合。防止变径球座8和补偿套11转动，影响径向通孔A16、径向通孔B17的开关配合。

所述补偿套11与外壳10结合部设有键、槽结构构成轴向滑动、周向限位配合。更进一步限定变径球座8和补偿套11的轴向转动。

所述内管2上部外周边设有与上接头1内壁固定连接结构为：内管2 的上部径向设有凸起的台阶，台阶与上接头1内壁螺纹连接，并在台阶上沿内管2轴向设有2-8个轴向通孔21。便于内管连接固定和外部流道的设置。

所述上接头1管壁上设有的径向通孔B17和与之对应的滑套4管壁上设有的径向通孔A16均为2-8个，且数量相同、分布方式相同。使气流分布更均匀。

所述储球筒14的上端横截面的内部为正六边形。便于储球筒的拆装，同时也防止投球下落储球筒时对钻井液流道的影响。

所述滑套4与上接头1之间间隔设有2-4组密封圈。多组密封圈分别设置在径向通孔A16的上、下，提高滑套4与上接头1的密封性能。

所述变径球座8与补偿套11、内管2之间均设有密封圈。

所述储球筒14与补偿套11、外壳10之间均设有密封圈，所述上接头 1和外壳10之间设有密封圈。以上几处增加密封圈或密封件，还是为了提高滑套、变径球座、储球筒与外筒体的密封性能。

典型实施例3

参照附图1，气举穿漏钻井用气举开关装置，由上接头1、内管2、滑套4、变径球座8、补偿套11、外壳10、储球筒14、下接头15组成，还包括密封圈3、密封圈5、密封圈6、密封圈7、密封圈9、密封圈12、密封圈13、密封圈19、密封圈20。其中，上接头1、外壳10以及下接头15的两端均设有螺纹，三者通过螺纹依次连接在一起。上接头1和外壳10之间设有密封圈19。上接头1管壁上设有两个径向通孔B17。内管2设置于上接头1之内，其上端通过螺纹与上接头1连接，内管2的上部设有凸起的台阶，参照附图2，内管2上部凸起的台阶上沿内管2轴向设有4个扇形通孔21。补偿套11设置于下接头15之内，其内壁有一个窄梯形槽和一个宽梯形槽。滑套4为圆管状结构，管壁上设有两个径向通孔A16；滑套 4设置于上接头1与内管2之间，其下端通过螺纹与变径球座8连接，且滑套4与上接头1之间设有4组密封圈，分别是密封圈3、密封圈5、密封圈6、密封圈7。

变径球座8设置于补偿套11之内，其上部和下部分别设有若干可沿其径向运动的“T”型爪。参照附图5，变径球座8的上部有8个可沿其径向运动“T”型爪，变径球座8的下部有10个可沿其径向运动“T”型爪。补偿套11内壁有一个窄梯形槽和一个宽梯形槽，变径球座8的“T”型爪经过窄梯形槽和宽梯形槽时，内径会扩大。初始状态下，上部“T”型爪处于自由状态，下部“T”型爪处于聚拢状态，此时下部“T”型爪内径小于上部“T”型爪内径。变径球座8与补偿套11之间设有密封圈20，与内管 2之间设有密封圈9。参照附图3，变径球座8的上部设有两个沿其径向的通孔C18。参照附图4，补偿套11的上端设有4个沿其周向均布的扇形凸沿，对补偿套11轴向限位。参照附图6，补偿套11下部的台阶处设有4 个横截面为扇形的槽。

参照附图8，气举穿漏钻井用气举开关装置处于关闭状态时，变径球座8上部的“T”型爪位于窄梯形槽内，下部“T”型爪位于宽梯形槽内，滑套4上部封堵了上接头1的两个径向通孔B17。

储球筒14设置于下接头15之内，并通过螺纹与外壳10固连在一起，其上端延伸至补偿套11之内。储球筒14与补偿套11之间设有密封圈12，储球筒14与外壳10之间设有密封圈13。参照附图7，储球筒14的上端横截面的内部为正六边形。

本气举开关装置在气举穿漏钻井过程中使用，由上之下管串结构为：双壁钻杆包括内钻杆和外钻杆，内钻杆和外钻杆套装在一起，内、外钻杆之间有过流流道+气举穿漏钻井用气举开关装置+单双钻杆转换接头+普通钻杆+井底钻具组合。其中，气举开关装置的内管2的上端插入双壁钻杆的内钻杆之内，并通过密封圈形成密封，上接头1与双壁钻杆的外钻杆通过螺纹连接；双壁钻杆的内钻杆中注入钻井液，钻井液通过内管2和补偿套 11后进入普通钻杆，经过井底钻具组合后进入钻具与井壁之间的环空中；双壁钻杆的内、外钻杆之间的环空中注入高压气体。

当钻进至一定深度时，从井口向双壁钻杆的内钻杆内投入一个憋压球，当憋压球到达变径球座8下部聚拢“T”型爪时，憋压球被挡住，内钻杆中压力升高。当压力到达一定值时，憋压球带动变径球座8和滑套4一起向下移动。移动一定距离后，上部“T”型爪沿径向聚拢，下部聚拢的“T”型爪释放到宽梯形槽内。憋压球释放，下落至储球筒14中。此时，滑套4的两个径向通孔A16与上接头1的两个径向通孔B17对应起来，双壁钻杆的内、外壁之间的高压气体可进入钻具与井壁之间的环空。高压气流携带钻井液至地面，降低了钻具与井壁之间钻井液柱重力，避免压漏易漏地层。

当需要关闭该气举开关装置时，从井口向双壁钻杆的内钻杆内再投入一个憋压球，当憋压球到达变径球座8上部聚拢的“T”型爪时，憋压球被挡住，内钻杆中压力升高。当压力到达一定值时，憋压球带动变径球座8和滑套 4一起向下移动。移动一定距离后，上部聚拢的“T”型爪释放到窄梯形槽内。憋压球释放，下落至储球筒14中。此时，滑套4上部封堵了上接头1 的两个径向通孔B17，双壁钻杆的内、外壁之的高压气体不可进入钻具与井壁之间的环空。

Claims (10)

1.一种气举穿漏钻井用气举开关装置，其特征在于：包括上接头（1）、外壳（10）、下接头（15）依次连接的外筒体，设置在外筒体内的内管（2）、滑套（4）、变径球座（8）、补偿套（11）和储球筒（14）；其中：

所述上接头（1）管壁上设有径向通孔B（17）；

所述内管（2）外径小于上接头（1）内径的空心直管，内管（2）上部外周边设有与上接头（1）内壁固定连接结构，并且该连接结构上轴向设置通道；

所述滑套（4）设置在上接头（1）与内管（2）之间的环形空间内，且滑套（4）与上接头（1）内壁构成轴向滑动密封配合，滑套（4）与内管（2）外壁构成间隙配合，在滑套（4）管壁上设有与上接头（1）径向通孔B（17）间隔通、断的径向通孔A（16）；

所述变径球座（8）固定连接在滑套（4）的下端，变径球座（8）上段内壁与内管（2）外壁构成轴向滑动密封配合，中下段至少设有两级带有“T”型爪的组合，且每级“T”型爪组合在缩径状态与投球构成密封配合；

所述补偿套（11）设置于外壳（10）和变径球座（8）之间的环形空间内，并与变径球座（8）构成轴向滑动密封配合，其内壁至少设三段环形槽，其中上、中两段环形槽与变径球座（8）一级“T”型爪组合扩径状态构成配合，下段环形槽为轴向加长的环形槽，下段环形槽与二级“T”型爪组合扩径状态构成配合，下段环形槽的轴向长度小于上、中两段环形槽的轴向间距，且二级“T”型爪组合从初始缩径状态至扩径状态的轴向间距与径向通孔A（16）下行至径向通孔B（17）的间距相当；

所述储球筒（14）设置于下接头之内，并与外壳（10）固定连接在一起，其上端延伸至补偿套（11）之内，并与补偿套（11）保持密封，储球筒（14）内径不小于头球外径，并在储球筒（14）下部和底部设有导流孔。

2.根据权利要求1所述的气举穿漏钻井用气举开关装置，其特征在于：所述补偿套（11）的上端设有内凸沿，所述变径球座（8）上段外壁设有导向槽，补偿套（11）的内凸沿与变径球座（8）上段外壁的导向槽构成轴向滑动、周向限位配合。

3.根据权利要求2所述的气举穿漏钻井用气举开关装置，其特征在于：所述补偿套（11）与外壳（10）结合部设有键、槽结构构成轴向滑动、周向限位配合。

4.根据权利要求1、2或3所述的气举穿漏钻井用气举开关装置，其特征在于所述内管（2）上部外周边设有与上接头（1）内壁固定连接结构为：内管（2）的上部径向设有凸起的台阶，台阶与上接头（1）内壁螺纹连接，并在台阶上沿内管（2）轴向设有2-8个轴向通孔（21）。

5.根据权利要求1、2或3所述的气举穿漏钻井用气举开关装置，其特征在于：.所述上接头（1）管壁上设有的径向通孔B（17）和与之对应的滑套（4）管壁上设有的径向通孔A（16）均为2-8个，且数量相同、分布方式相同。

6.根据权利要求4所述的气举穿漏钻井用气举开关装置，其特征在于：.所述上接头（1）管壁上设有的径向通孔B（17）和与之对应的滑套（4）管壁上设有的径向通孔A（16）均为2-8个，且数量相同、分布方式相同。

7.根据权利要求4述的气举穿漏钻井用气举开关装置，其特征在于：所述储球筒（14）的上端横截面的内部为正六边形。

8.根据权利要求4所述的气举穿漏钻井用气举开关装置，其特征在于：所述滑套（4）与上接头（1）之间间隔设有2-4组密封圈。

9.根据权利要求4所述的气举穿漏钻井用气举开关装置，其特征在于：所述变径球座（8）与补偿套（11）、内管（2）之间均设有密封圈。

10.根据权利要求4所述的气举穿漏钻井用气举开关装置，其特征在于：所述储球筒（14）与补偿套（11）、外壳（10）之间均设有密封圈，所述上接头（1）和外壳（10）之间设有密封圈。

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