CN114876392B - 用于钻井的环空压耗控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及石油与天然气钻采设备领域，提供一种用于钻井的环空压耗控制装置，包括：筒体、第一空心轴、封堵座及封堵块；筒体内设有第一腔体与第二腔体；第一腔体通过筒体上的水眼用于与环空连通；第一空心轴的一端用于穿过第一腔体内并与液泵连通，第一空心轴的另一端与第二腔体连通；封堵座设有钻井液通道，封堵座设于第一空心轴内；封堵块与钻井液通道分离，以使得封堵座处于第一位置，第一腔体与第一空心轴的中部阻断，第一空心轴的一端通过钻井液通道与第二腔体连通；封堵块在重力的作用下与钻井液通道密封连接，以使得封堵座处于第二位置，第一腔体与第一空心轴的中部连通；本发明降低了环空压耗，保证了作业的安全性。

Description

用于钻井的环空压耗控制装置

技术领域

本发明涉及石油与天然气钻采设备技术领域，尤其涉及一种用于钻井的环空压耗控制装置。

背景技术

在对温度较高压力较大的区域的油气进行钻井开采时，需向钻井内注入一定量的钻井液，由于该区域的储层的承压能力较低、坍塌压力较高且地层的压力较高，导致钻井液安全密度窗口较窄，现有的现场控制方式误差较大，使得环空压耗较大，进而在钻井期间易出现井漏、井涌甚至井喷等井下事故，作业风险高。

发明内容

本发明提供一种用于钻井的环空压耗控制装置，用以解决或改善现有油气的钻井开采过程中存在环空压耗较大导致作业风险高的问题。

本发明提供一种用于钻井的环空压耗控制装置，包括：筒体、第一空心轴、封堵座及封堵块；所述筒体的第一端设有第一腔体，所述筒体的第二端设有第二腔体；所述筒体上设有多个水眼，所述第一腔体通过所述水眼用于与环空连通；所述第一空心轴设于所述筒体内；所述第一空心轴的一端用于穿过所述第一腔体内并与液泵连通，所述第一空心轴的另一端与所述第二腔体连通；所述封堵座设有钻井液通道，所述封堵座设于所述第一空心轴内，所述封堵座与所述第一空心轴可分离式连接；所述封堵座具有第一位置与第二位置；所述封堵块与所述钻井液通道靠近所述液泵的一端分离，以使得所述封堵座处于所述第一位置，所述第一腔体与所述第一空心轴的中部阻断，所述第一空心轴的一端通过所述钻井液通道与所述第二腔体连通；所述封堵块在重力的作用下与所述钻井液通道靠近所述液泵的一端密封连接，以使得所述封堵座处于所述第二位置，所述第一腔体与所述第一空心轴的中部连通。

根据本发明提供的一种用于钻井的环空压耗控制装置，所述第一空心轴的中部设有多个返出孔，多个所述返出孔与所述第一腔体连通；在所述封堵座处于第一位置的情况下，所述封堵座的外侧壁用于封堵多个所述返出孔；在所述封堵座处于第二位置的情况下，所述封堵座的外侧壁用于打开多个所述返出孔。

根据本发明提供的一种用于钻井的环空压耗控制装置，所述第一空心轴包括第一节段、循环腔体及第二节段；所述第一节段的一端用于与所述液泵连通，所述第一节段的另一端与所述循环腔体连通，所述循环腔体与所述第二节段的一端连通，所述第二节段的另一端与所述第二腔体连通；所述返出孔设于所述第一节段；所述循环腔体靠近所述第二节段的一侧设有多个分流孔，所述分流孔的轴线与所述第二节段的轴线平行，所述循环腔体通过所述分流孔与所述第二腔体连通。

根据本发明提供的一种用于钻井的环空压耗控制装置，所述用于钻井的环空压耗控制装置还包括：端盖、活塞及弹性构件；所述端盖与所述第一空心轴的中部连接，所述弹性构件的一端与所述筒体连接，所述弹性构件的另一端与所述活塞连接，所述活塞、所述筒体的内侧壁及所述端盖围成所述第一腔体；所述弹性构件具有初始状态与形变状态，在所述初始状态，所述活塞的外侧壁用于封堵多个所述水眼，所述第一腔体的容积为第一容积；在所述形变状态，所述活塞的外侧壁用于打开多个所述水眼，所述第一腔体的容积为第二容积；其中，所述第一容积小于第二容积。

根据本发明提供的一种用于钻井的环空压耗控制装置，所述用于钻井的环空压耗控制装置还包括：第二空心轴；所述第二空心轴设于所述筒体内；所述第一空心轴的一端通过所述第二空心轴与所述液泵连通。

根据本发明提供的一种用于钻井的环空压耗控制装置，所述活塞上设有通孔，所述通孔用于供所述第二空心轴穿过。

根据本发明提供的一种用于钻井的环空压耗控制装置，所述弹性构件包括：弹簧或弹性杆。

根据本发明提供的一种用于钻井的环空压耗控制装置，所述封堵座的外侧壁上设有销钉凹槽，在所述封堵座处于第一位置的情况下，所述第一空心轴通过销钉与所述销钉凹槽连接。

根据本发明提供的一种用于钻井的环空压耗控制装置，所述封堵座靠近所述液泵的一端凹设有安装位，所述安装位用于与所述封堵块相适配。

根据本发明提供的一种用于钻井的环空压耗控制装置，所述筒体的第二端设有公扣，所述公扣用于与钻井底部的设备可拆卸式连接。

本发明提供的用于钻井的环空压耗控制装置，通过设置封堵座与封堵块，在油气钻井开采过程中，需向钻井内输入钻井液，此时封堵座处于第一位置，钻井液由第一空心轴的一端依次通过钻井液通道及第二腔体进入钻井内，且钻井液无法流入第一腔体内；在钻井底部压力较大的情况下，操作人员将封堵块由第一空心轴的一端投入，封堵块在重力的作用下下降，直至封堵块封堵钻井液通道，此时钻井液无法通过钻井液通道流入至第二腔体内，开启液泵向第一空心轴内加压，待压力较大时，封堵座与第一空心轴分离，封堵座向下移动至第二位置，使得第一空心轴的中部与第一腔体连通，进而便捷地实现了第一腔体与第二腔体的连通，第二腔体内的高压钻井液依次通过第一空心轴的中部、第一腔体及水眼进入环空内，使得钻井液参与环空循环，降低了环空压耗，进而扩大了钻井液安全密度窗口，提升了环空压耗的控制的可靠性，保证了油气钻井开采过程中的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的封堵座在第一位置时的整体结构示意图；

图2是本发明提供的封堵座在第二位置时的整体结构示意图；

图3是本发明提供的第一空心轴的结构示意图之一；

图4是本发明提供的第二空心轴的结构示意图之一；

图5是本发明提供的封堵座的结构示意图；

图6是本发明提供的筒体的结构示意图；

附图标记：

1：筒体；11：第一腔体；12：第二腔体；13：水眼；14：公扣；

2：第一空心轴；21：返出孔；22：第一节段；23：循环腔体；231：分流孔；24：第二节段；25：销钉孔；3：封堵座；31：钻井液通道；32：销钉凹槽；33：安装位；4：封堵块；5：端盖；6：活塞；7：弹性构件；8：第二空心轴；9：喷嘴。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

下面结合图1至图6描述本发明提供的一种用于钻井的环空压耗控制装置。

如图1至图2所示，本实施例所示的用于钻井的环空压耗控制装置包括：筒体1、第一空心轴2、封堵座3及封堵块4；在油气钻井开采的过程中，本实施例所示的用于钻井的环空压耗控制装置与钻柱一同进入钻井内。

筒体1的第一端设有第一腔体11，筒体的第二端设有第二腔体12，第一腔体11位于第二腔体12的上侧；筒体1上设有多个水眼13，第一腔体11通过水眼13用于与环空连通；第一空心轴2设于筒体1内，第一空心轴2的一端与第一空心轴2的另一端连通；第一空心轴2的一端用于穿过第一腔体11内并与液泵连通，第一空心轴2的另一端与第二腔体12连通；封堵座3设有钻井液通道31，封堵座3设于第一空心轴2内，封堵座3与第一空心轴2可分离式连接；封堵座3具有第一位置与第二位置；封堵块4与钻井液通道31靠近液泵的一端分离，以使得封堵座3处于第一位置，第一腔体11与第一空心轴2的中部阻断，第一空心轴2的一端通过钻井液通道31与第二腔体12连通；封堵块4在重力的作用下与钻井液通道31靠近液泵的一端密封连接，以使得封堵座3处于第二位置，第一腔体11与第一空心轴2的中部连通。

具体地，本实施例所示的用于钻井的环空压耗控制装置，通过设置封堵座3与封堵块4，在油气钻井开采过程中，需向钻井内输入钻井液，此时封堵座3处于第一位置，如图1所示，钻井液由第一空心轴2的一端依次通过钻井液通道31及第二腔体12进入钻井内，且钻井液无法流入第一腔体11内；在钻井底部压力较大的情况下，操作人员将封堵块4由第一空心轴2的一端投入，封堵块4在重力的作用下下降，直至封堵块4封堵钻井液通道31，此时钻井液无法通过钻井液通道31流入至第二腔体12内，开启液泵向第一空心轴2内加压，待压力较大时，封堵座3与第一空心轴2分离，封堵座3向下移动至第二位置，如图2所示，使得第一空心轴2的中部与第一腔体11连通，进而便捷地实现了第一腔体11与第二腔体12的连通，第二腔体12内的高压钻井液依次通过第一空心轴2的中部、第一腔体11及水眼13进入环空内，使得钻井液参与环空循环，降低了环空压耗，进而扩大了钻井液安全密度窗口，提升了环空压耗的控制的可靠性，保证了油气钻井开采过程中的安全性。

在一些实施例中，如图1至图4所示，本实施例所示的第一空心轴2的中部设有多个返出孔21，返出孔21的轴线与第一空心轴2的轴线垂直，多个返出孔21与第一腔体11连通；在封堵座3处于第一位置的情况下，封堵座3的外侧壁用于封堵多个返出孔21；在封堵座3处于第二位置的情况下，封堵座3的外侧壁用于打开多个返出孔21。

具体地，封堵座3在第一空心轴2的中部时，即封堵座3处于第一位置，此时封堵座3能够封堵返出孔21，钻井液无法通过返出孔21流入至第一腔体11内，钻井液通过钻井液通道31流入第二腔体12内；当封堵座3与第一空心轴2分离后，封堵座3离开第一位置，此时返出孔21相当于被打开，第二腔体12内的高压钻井液依次通过返出孔21、第一腔体11及水眼13进入环空内，从而降低了环空压耗。

在一些实施例中，如图1至图4所示，本实施例所示的第一空心轴2包括第一节段22、循环腔体23及第二节段24；第一节段22的一端用于与液泵连通，第一节段22的另一端与循环腔体23连通，循环腔体23与第二节段24的一端连通，第二节段24的另一端与第二腔体12连通；返出孔21设于第一节段22；循环腔体23靠近第二节段24的一侧设有多个分流孔231，分流孔231的轴线与第二节段24的轴线平行，循环腔体23通过分流孔231与第二腔体12连通。

具体地，第一空心轴2的一端形成与第一节段22，第一空心轴2的另一端形成于第二节段24，当封堵座3处于第二位置时，封堵座3与封堵块4位于第二节段24内，第二节段24处于阻断状态，第二腔体12内的高压钻井液无法流入第二节段24内，第二腔体12内的其中一部分高压钻井液通过分流孔231在循环腔体23内与第二腔体12内循环流动，另一部分高压钻井液依次通过分流孔231、循环腔体23、返出孔21、第一腔体11及水眼13流入至环空内，从而降低了环空压耗。

在一些实施例中，如图1和图2所示，本实施例所示的用于钻井的环空压耗控制装置还包括：端盖5、活塞6及弹性构件7；端盖5与第一空心轴2的中部连接，弹性构件7的一端与筒体1连接，弹性构件7的另一端与活塞6连接，活塞6、筒体1的内侧壁及端盖5围成第一腔体11；弹性构件7具有初始状态与形变状态，在初始状态，活塞6的外侧壁用于封堵多个水眼13，第一腔体11的容积为第一容积；在形变状态，活塞6的外侧壁用于打开多个水眼13，第一腔体11的容积为第二容积；其中，第一容积小于第二容积。

具体地，当封堵座3处于第一位置时，钻井液无法流入第一腔体11内，此时弹性构件7处于初始状态，活塞6将多个水眼13封堵，以避免环空内的液体流入至第一腔体11内，此时第一腔体11的容积较小；当封堵座3处于第二位置时，钻井液流入第一腔体11内，钻井液逐渐充满第一腔体11，并作用于活塞6上，钻井液推动活塞6逐渐压缩弹性构件7，直至活塞6打开水眼13，第一腔体11内的钻井液通过水眼13流入至环空内，此时第一腔体11的容积较大；其中，水眼13的打开过程类似于溢流阀的工作过程，只有在钻井液的压力足以克服弹性构件7的弹力时，钻井液才能够推动活塞6打开水眼13，相应地，钻井液的压力越大，水眼13的开度也越大，钻井液的压力越小，水眼13的开度也越小，从而实现钻井液压力的动态平衡。

进一步地，水眼13通过喷嘴9与环空连通，通过对钻采区域的水力计算，从而对喷嘴9进行选型，使得喷嘴9能够适应不同的地层压力窗口，从而保证钻采作业的安全性。

在一些实施例中，如图1和图2所示，本实施例所示的用于钻井的环空压耗控制装置还包括：第二空心轴8；第二空心轴8设于筒体1内；第一空心轴2的一端通过第二空心轴8与液泵连通。

具体地，在实际的钻采过程中，钻井的深度较深，通过设置第二空心轴8，以将钻井液依次通过第二空心轴8与第一空心轴2输入至第二腔体12内。

在一些实施例中，如图1和图2所示，本实施例所示的活塞6上设有通孔，通孔用于供第二空心轴8穿过。

具体地，活塞6在沿筒体1的轴线移动时，第二空心轴8作为活塞6的引导件，使得活塞6能够沿第二空心轴8的轴线滑动。

在一些实施例中，如图1和图2所示，本实施例所示的弹性构件7包括：弹簧或弹性杆。

在一个实施例中，如图1和图2所示，弹性构件7为弹簧，弹簧套设于第二空心轴8上，弹簧的轴线与第二空心轴8的轴线重合。

在一些实施例中，如图5所示，本实施例所示的封堵座3的外侧壁上设有销钉凹槽32，在封堵座3处于第一位置的情况下，第一空心轴2通过销钉与销钉凹槽32连接。

具体地，如图3和图4所示，第一空心轴2上设有销钉孔25，销钉由销钉孔25伸入至销钉凹槽32内，以实现封堵座3与第一空心轴2的连接；待封堵块4将钻井液通道31封堵后，开启液泵加压，封堵座3上侧的压力逐渐增大，直至将销钉切断，封堵座3掉落入第一空心轴2的第二节段24，以打开返出孔21；操作人员仅需向第一空心轴2内投入封堵块4，以及开启液泵加压，即便捷地实现第一腔体11与第二腔体12的连通，保证了钻采作业的作业效率。

在一些实施例中，如图5所示，本实施例所示的封堵座3靠近液泵的一端凹设有安装位33，安装位33用于与封堵块4相适配。

具体地，封堵块4优选球状封堵块，相应地，安装位33呈弧面状，封堵块4的外表面能够与安装位33相贴合，从而提升了钻井液通道31的封堵效果。

在一些实施例中，如图6所示，本实施例所示的筒体1的第二端设有公扣14，公扣14用于与钻井底部的设备可拆卸式连接。

具体地，用于钻井的环空压耗控制装置与钻柱一同进入钻井后，筒体上的公扣14能够与钻井底部的设备上的母扣连接，从而提升了用于钻井的环空压耗控制装置的稳定性。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种用于钻井的环空压耗控制装置，其特征在于，包括：筒体、第一空心轴、封堵座及封堵块；

所述筒体的第一端设有第一腔体，所述筒体的第二端设有第二腔体；所述筒体上设有多个水眼，所述第一腔体通过所述水眼用于与环空连通；

所述第一空心轴设于所述筒体内；所述第一空心轴的一端用于穿过所述第一腔体内并与液泵连通，所述第一空心轴的另一端与所述第二腔体连通；

所述封堵座设有钻井液通道，所述封堵座设于所述第一空心轴内，所述封堵座与所述第一空心轴可分离式连接；

所述封堵座具有第一位置与第二位置；所述封堵块与所述钻井液通道靠近所述液泵的一端分离，以使得所述封堵座处于所述第一位置，所述第一腔体与所述第一空心轴的中部阻断，所述第一空心轴的一端通过所述钻井液通道与所述第二腔体连通；所述封堵块在重力的作用下与所述钻井液通道靠近所述液泵的一端密封连接，以使得所述封堵座处于所述第二位置，所述第一腔体与所述第一空心轴的中部连通。

2.根据权利要求1所述的用于钻井的环空压耗控制装置，其特征在于，

所述第一空心轴的中部设有多个返出孔，多个所述返出孔与所述第一腔体连通；

在所述封堵座处于第一位置的情况下，所述封堵座的外侧壁用于封堵多个所述返出孔；在所述封堵座处于第二位置的情况下，所述封堵座的外侧壁用于打开多个所述返出孔。

3.根据权利要求2所述的用于钻井的环空压耗控制装置，其特征在于，

所述第一空心轴包括第一节段、循环腔体及第二节段；

所述第一节段的一端用于与所述液泵连通，所述第一节段的另一端与所述循环腔体连通，所述循环腔体与所述第二节段的一端连通，所述第二节段的另一端与所述第二腔体连通；

所述返出孔设于所述第一节段；所述循环腔体靠近所述第二节段的一侧设有多个分流孔，所述分流孔的轴线与所述第二节段的轴线平行，所述循环腔体通过所述分流孔与所述第二腔体连通。

4.根据权利要求1所述的用于钻井的环空压耗控制装置，其特征在于，所述用于钻井的环空压耗控制装置还包括：端盖、活塞及弹性构件；

所述端盖与所述第一空心轴的中部连接，所述弹性构件的一端与所述筒体连接，所述弹性构件的另一端与所述活塞连接，所述活塞、所述筒体的内侧壁及所述端盖围成所述第一腔体；

所述弹性构件具有初始状态与形变状态，在所述初始状态，所述活塞的外侧壁用于封堵多个所述水眼，所述第一腔体的容积为第一容积；在所述形变状态，所述活塞的外侧壁用于打开多个所述水眼，所述第一腔体的容积为第二容积；

其中，所述第一容积小于第二容积。

5.根据权利要求4所述的用于钻井的环空压耗控制装置，其特征在于，所述用于钻井的环空压耗控制装置还包括：第二空心轴；

所述第二空心轴设于所述筒体内；所述第一空心轴的一端通过所述第二空心轴与所述液泵连通。

6.根据权利要求5所述的用于钻井的环空压耗控制装置，其特征在于，

所述活塞上设有通孔，所述通孔用于供所述第二空心轴穿过。

7.根据权利要求4所述的用于钻井的环空压耗控制装置，其特征在于，

所述弹性构件包括：弹簧或弹性杆。

8.根据权利要求1所述的用于钻井的环空压耗控制装置，其特征在于，

所述封堵座的外侧壁上设有销钉凹槽，在所述封堵座处于第一位置的情况下，所述第一空心轴通过销钉与所述销钉凹槽连接。

9.根据权利要求1所述的用于钻井的环空压耗控制装置，其特征在于，

所述封堵座靠近所述液泵的一端凹设有安装位，所述安装位用于与所述封堵块相适配。

10.根据权利要求1至9任一项所述的用于钻井的环空压耗控制装置，其特征在于，

所述筒体的第二端设有公扣，所述公扣用于与钻井底部的设备可拆卸式连接。

Images