CN114635660A - 一种气体钻井专用排砂四通 - Google Patents

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段光辉
朱焕刚
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李建成
韩玉华
杜鹏
燕修良
赵鹏
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Abstract

本发明涉及石油钻探欠平衡钻井技术领域中的一种气体钻井专用排砂四通，包括四通本体、两的短节、硬质合金套、两侧的平板阀。四通本体设置上、下法兰，根据井口防喷器组设计与常规防喷器或旋转防喷器连接。在气体钻井井口装置中为气体及岩屑混合物返排设置了专用排砂装置，排砂四通两侧依次连接排砂管系统，作为气体钻井返出气体及岩屑的专用通道，避免了高速流动的岩屑对其他井口装置的磨损。排砂四通其内腔相关部位镶嵌或堆焊耐磨硬质合金，降低了气体和岩屑对排砂四通的冲蚀，延长了装置的使用寿命。

Description

一种气体钻井专用排砂四通
技术领域
本发明涉及石油钻探欠平衡钻井领域的气关于体钻井的井口排砂四通，具体的说，是一种气体钻井专用排砂四通。
背景技术
气体钻井技术是指钻进过程中以气体作为循环介质的一种钻井技术，它包括空气钻井、惰性气体钻井、天然气钻井。气体钻井的优点包括消除井底压持效应从而大幅度提高机械钻速，延长钻头的使用寿命从而降低钻井成本，减少地层损害、易于发现新储层，减少井下复杂情况（井漏、压差卡钻），利于环保。因此，气体钻井已经受到各国的高度重视，发展迅速，应用范围越来越广。
常规气体钻井井口装置没有设置专门的排砂装置，多是采用旋转控制头的侧法兰连接排砂管线作为气体和岩屑的排出通道。现有技术中典型的气体钻井井口装置图，该井口装置主要包括钻井四通、双闸板防喷器、单闸板防喷器、环形防喷器、旋转控制头以及排砂管线。其中，钻井四通、下闸板防喷器、单闸板防喷器、环形防喷器、旋转控制头从下到上依次连接，排砂管线通过过渡法兰短节连接旋转控制头。
由于气体钻井设计气体流量较大、气体在井底受到压缩后，在井口膨胀形成高速气流，且携带井底岩屑。在气体钻井施工时间较长的情况下，容易导致上述气体钻井井口装置的部分部位受到严重的冲蚀，如旋转控制头9的侧出口，进而发生设备刺漏。井口装置一旦泄漏，大量气体携带着岩屑将会从刺漏口喷出，造成严重后果，一方面当钻遇天然气或硫化氢可燃气体时，易引发火灾或人员中毒事故；另一方面，有毒有害气体携带灰尘，也会造成严重的环境污染，影响现场工作人员的正常工作，并导致空压机、柴油机的损害；再者，迫使停止正常的钻井作业，对泄露装置进行更换。
发明内容
本发明提供一种气体钻井专用的排砂四通，作为气体和岩屑混合物返出的专用通道，用于解决现有技术中由于气体钻井过程中的气体流量大、工况变化多、作业时间长，极其容易导致的旋转控制头侧出口部位受到严重的冲蚀，诱发工程安全隐患，造成经济损失问题。
为实现上述目的，本发明采用以下设计方案：
一种气体钻井专用排砂四通，所述排砂四通内套设有硬质合金套。
所述硬质合金套与排砂四通过盈配合。
还包括短节、平板阀；排砂四通两侧分别依次连接有短节、平板阀。
所述平板阀两侧的圆形内腔内套设有相同的硬质合金套。
所述排沙四通还设有上、下法兰及两个侧法兰。
所述上、下法兰及两个侧法兰均为栽丝法兰。
所述排沙四通包括主通径、旁通径，所述主通径、旁通径的相贯线处设有倒角。
所述排沙四通主通径与旁通径相贯线位置和倒角处堆焊有耐磨合金。
所述排沙四通主通径与旁通径相贯线位置和倒角处堆焊的耐磨合金为UNS06625。
优选的，还包括技术方案：
一种气体钻井专用排砂四通，四通本体侧法兰依次与短节、平板阀连接，四通本体上部通过栽丝法兰与旋转控制头连接，也可根据井口防喷器组设计与其他防喷器连接，四通本体下部通过栽丝法兰与环形防喷器连接，也可根据井口防喷器组设计与其他防喷器连接。
设置有两个平板阀，平板阀与排砂管线连接，可根据设计要求在排砂四通两侧设置2条排砂管线系统，也可在排砂四通任意一侧设置1条排砂管线系统。
在四通本体和短节的侧口内腔镶嵌硬质合金套，硬质合金套采用热装方式，与侧口内腔过盈配合。也可根据需要，可在平板阀两侧的圆形内腔镶嵌硬质合金套。四通本体主通径与旁通径的相贯线处倒角，圆滑过渡，并在相贯线位置和倒角处堆焊一定厚度的耐磨合金，如：UNS06625。
四通本体的上下法兰及侧法兰都是栽丝法兰形式。
本发明的优点是：在气体钻井井口装置中为气体及岩屑混合物返排设置了专用排砂装置，通过此装置将气体和岩屑导流到排砂管系统，而不是通过旋转控制头侧法兰返排气体和岩屑，从而大大减少了气-固混合物对旋转控制头的磨损。排砂四通内腔设置的硬质合金耐磨层降低了气体和岩屑混合物对装置的冲蚀，延长了排砂四通的使用寿命，且可单独对镶嵌硬质合金套进行维修、更换。
附图说明
图1是本发明结构示意图。
图2是本发明现场实施方式示意图。
图3是实施例2示意图。
图中：1.排砂四通，2.短节，3.硬质合金套，4.平板阀，5.钻井四通，6.双闸板防喷器，7.单闸板防喷器，8.环形防喷器，9.旋转控制头，10.排砂管线，11.过渡法兰短节，12.套管头，13.节流管汇，14.压井管汇，15.钻井液排出管线。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步具体说明。
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。
目前常规气体钻井典型井口配置，主要包括钻井四通5、双闸板防喷器6、单闸板防喷器7、环形防喷器8、旋转控制头9以及排砂管线10。其中，钻井四通5、双闸板防喷器6、单闸板防喷器7、环形防喷器8、旋转控制头9从下到上依次连接，排砂管线10通过过渡法兰短节11连接旋转控制头9。
该配置没有设置专门的排砂装置，多是采用旋转控制头9的侧法兰连接排砂管线10作为气体和岩屑的排出通道。在高速岩屑通过旋转控制头9的侧法兰时易对此处产生磨损，而旋转控制头9为一体化装置，此处磨损将会造成整个装置的失效。
参照附图1，本发明的一种气体钻井专用排砂四通，排沙四通1的内壁设有硬质合金套3，硬质合金套3与四通本体1和短节2的侧口内腔过盈配合，其装配采用热装。
在平板阀4两侧的圆形内腔镶嵌硬质合金套3。
在排沙四通1主通径与旁通径的相贯线处倒角，圆滑过渡，并在相贯线位置和倒角处堆焊一定厚度的耐磨合金，如UNS06625。
参照附图2和3，在排沙四通1两侧通过法兰依次与短节2和平板阀4连接。平板阀4与排砂管线10连接，根据设计要求在排砂四通两侧设置2条排砂管线系统，也可在排砂四通任意一侧设置1条排砂管线系统。
排沙四通1的上下法兰及侧法兰都是栽丝法兰形式。上部栽丝法兰可与旋转控制头连接，也可根据井口防喷器组设计与其他防喷器连接，排沙四通1下部栽丝法兰可与环形防喷器连接，也可根据井口防喷器组设计与其他防喷器连接。
实施例1：
参照附图2，设置了气体钻井专用排砂四通的气体钻井典型井口装置，包括排砂四通1、平板阀4、钻井四通5、双闸板防喷器6、单闸板防喷器7、环形防喷器8、旋转控制头9、排砂管线10及钻井液排出管线15。其中，钻井四通5、双闸板防喷器6、单闸板防喷器7、环形防喷器8、旋转控制头9从下到上依次连接，钻井液排出管线15通过过渡法兰短节11连接旋转控制头9。排沙四通1通过平板阀4与排砂管线10连接。
钻井四通5两侧分别连接节流管汇13和压井管汇14。双闸板防喷器6包括一个4”单闸板防喷器和一个全封剪切防喷器，单闸板防喷器7为一个4”单闸板防喷器。
高速气流含岩屑从环空返出后，依次通过钻井四通5、双闸板防喷器6、单闸板防喷器7、环形防喷器8与钻具之间的环空，进入排砂四通1与钻具之间的环空，之后进入平板阀4，最后进入排砂管线系统。这种井口组合的好处是高速含岩屑气流不流经旋转控制头9，而通过专用排砂四通1，从而大大降低了对井口设备的冲蚀和磨损，延长了井口设备的寿命。
实施例2：
参照附图3，一种针对气体钻井钻探产层施工时设置的气体钻井专用排砂四通的典型井口装置，包括套管头12、钻井四通5、双闸板防喷器6、排砂四通1、单闸板防喷器7、环形防喷器8、旋转控制头9。
套管头12以上依次连接钻井四通5、双闸板防喷器6、排砂四通1、单闸板防喷器7、环形防喷器8和旋转控制头9。排沙四通1两侧的平板阀4各有两个。
井底岩屑到达井口后，依次进入套管头12、钻井四通5、双闸板防喷器6、排砂四通1和钻具之间的环空，之后通过排砂四通外面的平板阀4进入排砂管系统。这种井口组合的好处也是高速含岩屑气流不流经旋转控制头18，而通过专用排砂四通15，从而大大降低了对井口设备的冲蚀和磨损，延长了井口设备的寿命。
采用氮气钻井防冲蚀四通优点：（1）可降低排沙管线高度，增加排沙管线强度，方便固定。（2）减少粉尘对井控设备的冲刷，保证井控设备安全。（3）防喷器倒关距离增加，方便现场操作。（4）防喷和关井可同时操作，降低井控风险。（5）测试方便。
应该认为，此次公开的实施方式在全部方面为例示，并不是限制性的。上述的实施方式也可以在不脱离附加的权利要求书及其主旨的情况下以各种各样的形态进行省略、置换、变更。

Claims (9)

1.一种气体钻井专用排砂四通，其特征在于，所述排砂四通内套设有硬质合金套。
2.根据权利要求1所述的一种气体钻井专用排砂四通，其特征在于，所述硬质合金套与排砂四通过盈配合。
3.根据权利要求2所述的一种气体钻井专用排砂四通，其特征在于，还包括短节、平板阀；排砂四通两侧分别依次连接有短节、平板阀。
4.根据权利要求3所述的一种气体钻井专用排砂四通，其特征在于，所述平板阀两侧的圆形内腔内套设有相同的硬质合金套。
5.根据权利要求1所述的一种气体钻井专用排砂四通，其特征在于，所述排沙四通还设有上、下法兰及两个侧法兰。
6.根据权利要求5所述的一种气体钻井专用排砂四通，其特征在于，所述上、下法兰及两个侧法兰均为栽丝法兰。
7.根据权利要求1所述的一种气体钻井专用排砂四通，其特征在于：所述排沙四通包括主通径、旁通径，所述主通径、旁通径的相贯线处设有倒角。
8.根据权利要求7所述的一种气体钻井专用排砂四通，其特征在于：所述排沙四通主通径与旁通径相贯线位置和倒角处堆焊有耐磨合金。
9.根据权利要求8所述的一种气体钻井专用排砂四通，其特征在于：所述排沙四通主通径与旁通径相贯线位置和倒角处堆焊的耐磨合金为UNS06625。
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