CN114645687B - 一种复合坐封方式的防喷器 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种复合坐封方式的防喷器，包括多个功能单元连接组成的防喷器管串；所述功能单元包括：在一定压力下启动并在防喷器管串的内部和外部建立循环通道的循环单元，在一定压力下坐封的封隔器单元，以及密封所述防喷器管串内部使上方憋压的憋压单元；其中，当出现井下溢流时，所述憋压单元启动并憋压，当压力达到一定值时所述封隔器坐封，封隔所述防喷器管串的外部环空；继续憋压所述循环单元启动；使所述防喷器管串中封隔器上方的部分通过所述循环单元建立循环通道。本发明能够井下随钻封隔器相当于将井口防喷器移到井下，将高压溢流隔离在封隔器以下位置，降低井口压力，为后续压井作业提供条件。

Description

一种复合坐封方式的防喷器
技术领域
本发明涉及一种复合坐封方式的防喷器，尤其是一种投球坐封和机械坐封两者复合坐封方式的防喷器，属于油气田钻井技术领域。
背景技术
在石油天然气钻井施工中，为安全地钻过高压油、气层并避免发生钻井井喷失控事故，需要在钻井的井口或井底安装一种设备，即防喷器。当井筒内的压力小于地层压力时，井下地层中的油、气、水进入井筒并形成溢流或井涌，严重时可发生钻井井喷和着火事故。防喷器的作用就是当井内出现溢流、井涌时，可快速关闭井口和井下环空，防止井喷事故的发生。
目前，溢流出现后常规处理方法通过井口防喷器关井防止井喷发生再进行压井，但关井后井筒内侵入大量高压气体使套压增高，增大压井难度，延长压井周期。
发明内容
针对现有技术中所存在的上述技术问题，本发明提出了一种复合坐封方式的防喷器，井下随钻封隔器相当于将井口防喷器移到井下，将高压溢流隔离在封隔器以下位置，降低井口压力，为后续压井作业提供条件；此外还能够针对起下钻和钻井过程采用两种坐封方式，起下钻过程通过投球坐封，钻井过程中通过机械下压方式坐封。
本发明提出了一种复合坐封方式的防喷器，包括：
多个功能单元连接组成的防喷器管串；
所述功能单元包括：在一定压力下启动并在防喷器管串的内部和外部建立循环通道的循环单元，在一定压力下坐封的封隔器单元，以及密封所述防喷器管串内部使上方憋压的憋压单元；
其中，当出现井下溢流时，所述憋压单元启动并憋压，当压力达到一定值时所述封隔器坐封，封隔所述防喷器管串的外部环空；继续憋压所述循环单元启动；使所述防喷器管串中封隔器上方的部分通过所述循环单元建立循环通道。
本发明的进一步改进在于，所述憋压单元包括投球单元和机械下压单元；所述投球单元通过投球憋压，用于起下钻过程中出现溢流后进行封隔器坐封并循环重浆；所述机械下压单元通过下压管串憋压，用于钻进过程中出现溢流后进行封隔器坐封并循环重浆。
本发明的进一步改进在于，所述封隔器单元包括设置有传压孔的中心管，以及设置在所述中心管外的封隔器外壳，所述封隔器外壳上设置有胶筒；
其中，所述传压孔内设置有单向阀，液体通过所述传压孔进入到所述中心管与所述封隔器外壳之间并使所述胶筒膨胀而完成坐封。
本发明的进一步改进在于，所述中心管的下部设置有泄压孔；当所述封隔器坐封后，通过上提所述防喷器管串，所述中心管向上移动从而使所述泄压孔移动到所述胶筒的位置，胶筒内的压力通过所述泄压孔完成泄压。
本发明的进一步改进在于，所述循环单元包括循环单元本体，所述循环单元本体上设置有循环孔；所述循环单元本体内设置有压差滑套；
其中，所述压差滑套在初始状态时处于第一位置，并封堵所述循环孔；在压力达到一定值时，所述压差滑套移动到第二位置，使所述循环孔打开。
本发明的进一步改进在于，所述压差滑套的上端面设置有压差面，并且所述压差滑套在第一位置时与所述循环单元本体之间通过第一剪钉相连。
本发明的进一步改进在于，所述循环单元本体的内侧设置有内台阶结构，所述压差滑套的外壁上设置有外台阶结构，所述压差滑套移动到第二位置时，所述内台阶结构与所述外台阶结构卡接配合。
本发明的进一步改进在于，所述投球单元的内部设置有球座，当投入憋压球后所述憋压球卡接在所述球座上。
本发明的进一步改进在于，所述机械下压单元包括下压套筒，设置在所述下压套筒外的下压外壳；所述下压外壳内设置有闸板机构，所述闸板机构包括闸板，所述闸板通过阀板轴连接在所述下压外壳上并且所述闸板的外侧设置有扭簧。
本发明的进一步改进在于，所下压套筒与所述下压外壳滑动相连，其前端还设置有下压短节；所述下压短节与所述下压外壳通过第二剪钉相连，并挡住所述闸板机构；
其中，当防喷器管串下压时，所述下压套筒相对所述下压外壳向下移动，所述第二剪钉剪断后，所述下压短节下落并使所述闸板机构弹开。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明所述一种复合坐封方式的防喷器，井下随钻封隔器相当于将井口防喷器移到井下，将高压溢流隔离在封隔器以下位置，降低井口压力，为后续压井作业提供条件；此外还能够针对起下钻和钻井过程采用两种坐封方式，起下钻过程通过投球坐封，钻井过程中通过机械下压方式坐封。
附图说明
下面将结合附图来对本发明的优选实施例进行详细地描述，在图中：
图1所示为本发明的一个实施例的复合坐封方式的防喷器的结构示意图，显示了初始的状态；
图2所示为本发明的一个实施例的复合坐封方式的防喷器的结构示意图，显示了投球憋压的状态；
图3所示为本发明的一个实施例的复合坐封方式的防喷器的结构示意图，显示了机械憋压的状态；
图4所示为本发明的一个实施例的封隔器单元的结构示意图；
图5所示为本发明的一个实施例的循环单元的结构示意图；
图6所示为本发明的一个实施例的机械下压单元的结构示意图。
附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。
在附图中各附图标记的含义如下：1、循环单元，2、封隔器单元，3、投球单元，4、机械下压单元，11、循环单元本体，12、压差滑套，13、循环孔，14、第一剪钉，15、内台阶结构，16、外台阶结构，21、中心管，22、胶筒，23、传压孔，24、泄压孔，25、流道，31、球座，32、憋压球，41、下压套筒，42、下压外壳，43、闸板，44、阀板轴，45、扭簧，46、下压短节，47、第二剪钉。
具体实施方式
为了使本发明的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明的示例性实施例进行进一步详细的说明。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。并且在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以互相结合。
图1示意性地显示了根据本发明的一个实施例的一种复合坐封方式的防喷器，其包括防喷器管串，所述防喷器管串包括多个功能单元。所述功能单元包括：循环单元1，循环单元1设置在防喷器管串的上部，其在一定的压力下启动并在防喷器管串上建立连通内部和外部的循环通道；封隔器单元2，所述封隔器单元2设置在循环单元1的下方，位于防喷器管串的中部，并且封隔器能够在一定的压力下坐封，封隔防喷器管串与套管之间的环空；憋压单元，所述憋压单元设置在防喷器管串的下部，其能够密封防喷器管串的内部，使憋压单元上方的部分憋压。其中，封隔器单元2坐封的压力小于循环单元1启动的压力。
在使用根据本实施例所述的复合坐封方式的防喷器的过程中，当出现井下溢流时，通过投球或下压的方式使憋压单元启动并开始憋压。当憋压单元上方的压力增大到一定值时，封隔器启动并坐封，其封隔所述防喷器管串的外部与套管之间的环空。当压力继续增大到一定值时，循环单元1启动，使所述防喷器管串中封隔器上方的部分通过所述循环单元1建立循环通道。从而实现从管内注入重浆并通过循环通道进入到环空进行压井作业。
在一个实施例中，如图1所示，所述憋压单元包括投球单元3和机械下压单元4。所述投球单元3通过投球憋压(如图2所示)，用于起下钻过程中出现溢流后进行封隔器坐封并循环重浆；所述机械下压单元4通过下压管串憋压(如图3所示)，用于钻进过程中出现溢流后进行封隔器坐封并循环重浆。
根据本实施例所述井下防喷器能够针对起下钻和钻井过程采用两种坐封方式，起下钻过程通过投球坐封，钻井过程中通过机械下压方式坐封。
在一个实施例中，如图4所示，所述封隔器单元2包括设置在所述防喷器管串外部的胶筒22，以及设置在防喷器管串内部的单向阀。单向阀的方向是由防喷器管串的内部向胶筒22内。由于设置单向阀，在管内泄压后封隔器仍旧保持坐封状态。
在一个优选的实施例中，所述封隔器单元2包括封隔器中心管21，所述封隔器中心管21的外部套设有封隔器外壳。其中，封隔器中心管21上沿径向设置有传压孔23，传压孔23上设置所述单向阀。外壳上设置所述胶筒22，胶筒22的外部齿牙。
在封隔器中心管21和封隔器外壳之间设置有流道25，其中流道25连通传压孔23和胶筒22的侧。液体的压力通过传压孔23的单向阀进入到流道25内，并进入到胶筒22内推动胶筒22膨胀。这样，胶筒22膨胀带动齿牙卡接在套管上，完成坐封。
在使用根据本实施例所述的复合坐封方式的防喷器时，当憋压单元憋压后，憋压单元上方的液体压力增大，该液体压力通过传压孔23的单向阀进入到流道25内。由于设置单向阀，进入到流道25内的液体不会回流。在压力的作用下，胶筒22膨胀并坐封。
在一个优选的实施例中，所述封隔器中心管21上还设置有泄压孔24，在初始状态时所述泄压孔24设置在胶筒22和所述流道25的下方，与胶筒22和流道25均不连通。当需要解封时上提管串，由于胶筒22处于坐封的状态，胶筒22与外壳是固定不动的，封隔器中心管21随管串向上移动。当泄压孔24移动到胶筒22位置时，胶筒22通过泄压孔24泄压，从而完成解封。
在一个实施例中，如图5所示，所述循环单元1包括循环单元本体11，所述循环单元本体11为管状的短节结构。循环单元本体11的内部设置有压差滑套12，压差滑套12能够在压力的作用下在循环单元本体11的内部滑动。其中，所述压差滑套12在初始状态时处于第一位置，并封堵所述循环孔13；在压力达到一定值时，所述压差滑套12移动到第二位置，使所述循环孔13打开。
在一个优选的实施例中，所述压差滑套12的上端面设置有压差面，压差面用于承受压力，为压差滑套12提供一个向下的力。在本实施例中，初始状态时，压差滑套12处在第一位置，并通过第一剪钉14与循环单元本体11相连。
在使用根据本实施例所述的用于处理井下溢流的井下防喷器时，当憋压单元憋压后，压力到达一定值时封隔器单元2坐封，继续增大压力，压差面所受到的压力大于第一剪钉14的剪切力时，第一剪钉14被剪断。这时，在压差面受到的压力作用下推动压差滑套12向下移动，一直移动到第二位置。当压差滑套12移动到第二位置时循环孔13打开。通过设置第一剪钉14能够防止其提前打开循环孔13，并且通过选择第一剪钉14来控制开启循环孔13的压力。
在一个实施例中，所述循环单元本体11的内侧设置有内台阶结构15，所述压差滑套12的外壁上设置有外台阶结构16，所述压差滑套12移动到第二位置时，所述内台阶结构15与所述外台阶结构16卡接配合。
在一个实施例中，所述投球单元3的内部设置有球座31，当投入憋压球32后所述憋压球32卡接在所述球座31上。
在一个实施例中，如图6所示，所述机械下压单元4包括下压套筒41，设置在所述下压套筒41外的下压外壳42，下压套筒41和下压外壳42之间设置闸板机构。所述闸板机构包括闸板43，所述闸板43通过阀板轴44连接在所述下压外壳42上。所述下压套筒41挡在所述闸板43的内侧，闸板43的外侧设置有扭簧45，为闸板43提供一个向内扭转的力。
在初始状态时，下压套筒41挡在闸板43的内侧并阻挡闸板43向内扭转。当下压管串后，下压套筒41移开所述闸板43的位置，闸板43在扭簧45的推动下沿阀板轴44旋转而向内扭转，从而阻挡管串的中心流道25，使上方憋压。
在一个优选的实施例中，下压套筒41与所述下压外壳42滑动相连，下压套筒41通过下压短节46挡住所述闸板43。下压短节46与下压外壳42之间通过第二剪钉47相连，与下压套筒41的主体相对接并不相连。当下压管串时，下压的力度达到一定值时，第二剪钉47被剪断，下压套筒41推动下压短节46向下移动，下压短节46向下脱落。这时，由于下压短节46脱落而移开闸板43的位置，闸板43使其内侧的阻挡，在扭簧45的作用下而沿阀板轴44旋转从而从内侧弹开。这样，内侧完成封堵，管串内憋压。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。因此，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和/或修改，根据本发明的实施例作出的变更和/或修改都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种复合坐封方式的防喷器，其特征在于，包括：
多个功能单元连接组成的防喷器管串；
所述功能单元包括：在一定压力下启动并在防喷器管串的内部和外部建立循环通道的循环单元(1)，在一定压力下坐封的封隔器单元(2)，以及密封所述防喷器管串内部使上方憋压的憋压单元；
其中，当出现井下溢流时，所述憋压单元启动并憋压，当压力达到一定值时所述封隔器坐封，封隔所述防喷器管串的外部环空；继续憋压所述循环单元(1)启动；使所述防喷器管串中封隔器上方的部分通过所述循环单元(1)建立循环通道；
所述憋压单元包括投球单元(3)和机械下压单元(4)；所述投球单元(3)通过投球憋压，用于起下钻过程中出现溢流后进行封隔器坐封并循环重浆；所述机械下压单元(4)通过下压管串憋压，用于钻进过程中出现溢流后进行封隔器坐封并循环重浆；
所述投球单元(3)的内部设置有球座(31)，当投入憋压球(32)后所述憋压球(32)卡接在所述球座(31)上；
所述机械下压单元(4)包括下压套筒(41)，设置在所述下压套筒(41)外的下压外壳(42)；所述下压外壳(42)内设置有闸板机构，所述闸板机构包括闸板(43)，所述闸板(43)通过阀板轴(44)连接在所述下压外壳(42)上并且所述闸板(43)的外侧设置有扭簧(45)；
所下压套筒(41)与所述下压外壳(42)滑动相连，其前端还设置有下压短节(46)；所述下压短节(46)与所述下压外壳(42)通过第二剪钉(47)相连，并挡住所述闸板机构；
其中，当防喷器管串下压时，所述下压套筒(41)相对所述下压外壳(42)向下移动，所述第二剪钉(47)剪断后，所述下压短节(46)下落并使所述闸板机构弹开。
2.根据权利要求1所述的复合坐封方式的防喷器，其特征在于，所述封隔器单元(2)包括设置有传压孔(23)的中心管(21)，以及设置在所述中心管(21)外的封隔器外壳，所述封隔器外壳上设置有胶筒(22)；
其中，所述传压孔(23)内设置有单向阀，液体通过所述传压孔(23)进入到所述中心管(21)与所述封隔器外壳之间并使所述胶筒(22)膨胀而完成坐封。
3.根据权利要求2所述的复合坐封方式的防喷器，其特征在于，所述中心管(21)的下部设置有泄压孔(24)；当所述封隔器坐封后，通过上提所述防喷器管串，所述中心管(21)向上移动从而使所述泄压孔(24)移动到所述胶筒(22)的位置，胶筒(22)内的压力通过所述泄压孔(24)完成泄压。
4.根据权利要求3所述的复合坐封方式的防喷器，其特征在于，所述循环单元(1)包括循环单元本体(11)，所述循环单元本体(11)上设置有循环孔(13)；所述循环单元本体(11)内设置有压差滑套(12)；
其中，所述压差滑套(12)在初始状态时处于第一位置，并封堵所述循环孔(13)；在压力达到一定值时，所述压差滑套(12)移动到第二位置，使所述循环孔(13)打开。
5.根据权利要求4所述的复合坐封方式的防喷器，其特征在于，所述压差滑套(12)的上端面设置有压差面，并且所述压差滑套(12)在第一位置时与所述循环单元本体(11)之间通过第一剪钉(14)相连。
6.根据权利要求5所述的复合坐封方式的防喷器，其特征在于，所述循环单元本体(11)的内侧设置有内台阶结构(15)，所述压差滑套(12)的外壁上设置有外台阶结构(16)，所述压差滑套(12)移动到第二位置时，所述内台阶结构(15)与所述外台阶结构(16)卡接配合。
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