CN202090887U - 一种井下环空防喷器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种井下环空防喷技术，属于井下防喷技术领域，本实用新型的井下环空防喷器，所述中心筒外套装有上接头和下接头，中心筒的下端与下接头固定连接；所述上接头的下端套装于下接头的上端内侧，上接头与下接头之间为花键配合，所述上接头的下端可沿花键副相对于下接头自由移动；所述上接头的外侧套装有至少一个胶筒，所述胶筒可被上接头与下接头挤压膨胀。本实用新型的井下环空防喷器，能传递较大扭矩，结构简单，使用方便、且寿命长，能多次重复使用；钻井过程中与近钻头止回阀配合使用，能保证迅速封井，有效防止井喷事故发生；下放管柱坐封，上提管柱解封，坐封后钻杆内与环空联通，利于替重泥浆压井作业。

Description

一种井下环空防喷器

技术领域

本实用新型涉及一种在油气田钻井过程中发生井涌、井喷时的防喷技术。

背景技术

在石油勘探和油田开发的各项任务中，钻井起着十分重要的作用，诸如寻找和证实含油气构造，获得工业油流，探明已证实的含油气构造的含油气面积和储量，取得有关油田的地质资料和开发数据，最后将原油从地下取到地面上来等等 无一不是通过钻井来完成的，钻井是勘探与开采石油及天然气资源的一个重要环节，是勘探和开发石油的重要手段。

在钻井过程中，当钻遇油气层时，如果井底压力低于地层压力，地层流体就会进入井眼，大量地层流体进入井眼后，就有可能产生井涌，井喷，甚至着火等，酿成重大事故。因此，在钻井过程中，采取有效措施进行油气井压力控制是钻井安全的一个极其重要的环节。但是，由于高压油气层的压力很难准确预测，尤其是在新的区块打探井时更是如此，因此钻井过程中地层高压油气进入井眼的事情时有发生。以下三种情况下皆有可能发生井涌井喷事故：钻进过程中、起下钻杆过程、空井状态。空井状态发生井喷几率很低，起下钻过程若能控制好起下钻速度，防止过大的抽吸力，是可以有效减少井涌井喷事故发生几率的，而钻进过程中因无法准确预测高压油气层压力，发生井涌井喷的概率最大。

当发现井涌、井喷征兆时，快速高效的进行关井和压井作业是有效减少井喷事故的重要保证。传统的关井作业（国内多用软关井）是：发现井涌后，先打开节流阀，再关闭防喷器，这样对井口装置及环空水击作用小，但由于其关井时间长，地层流体侵入量较大，额外增加的地层流体也会对井口装置及地层有附加压力，会给压井带来困难。

目前，油气田钻井过程中所用的防喷器多安装于井口，在钻进过程中，钻柱近钻头处会安装有箭型止回阀防止钻柱内流体的逆流，而井口防喷器在钻进过程中多用于封隔环空，只有当需要进行剪断钻杆操作时候，才进行全井眼封井。当操作人员在井上发现井下可能的井涌现象后，开启控制系统完成井口防喷器关井作业，以防止井喷事故发生。这类防喷器的动作，必须依靠操作人员的经验和责任心，才可能防止井喷事故发生。如果操作人员的经验不足或者工作时的疏忽，未能及时发现井涌或井喷迹象，就会发生严重的事故。而且传统的井口防喷器在关井作业后，进行的替泥浆压井操作时间长，会导致更多的底层流体侵入井筒内，加大了井下环空压差，从而加大了控制井喷的难度。因此若能发明一种井下环空防喷器随钻柱下入井内，当地面接收到井底井涌井喷信号时候，操作井下环空防喷器封隔环空，而近钻头处的止回阀又能有效的封隔钻柱内，并且在封隔后能够在环空封隔器上方导通钻柱内和环空，以便于后续的替重泥浆压井作业的井下环空防喷器，且采用这种井下环空封隔器配合近钻头止回阀（单向阀）以及早期井涌溢流预警系统，可以达到早发现、早处理的井控指导原则，并且较常规的井控操作更容易进行。

申请号为200910263415.7，公布号为CN101748984A，公布日为2010年06月23日，名称为装于钻柱内的井下自动控制的井下防喷器的中国发明专利申请，公开了一种井下防喷器，该防喷器虽然能够在一定程度上解决井涌时的防喷，但是其结构复杂，组件较多，安装以及更换相对复杂，相应地造成了成本昂贵，且该防喷器在进行防喷后，在不存在压差的情况下，通过弹簧恢复防喷器的原始结构，用于重复利用，若防喷器内外仍然存在压差，则很可能弹簧力小于压差，不能使防喷器恢复重新利用；而且弹簧在多次使用过后，容易损坏，当防喷器使用过程中，弹簧损坏，则防喷器无法恢复，该防喷器不能取出，造成堵塞，不能再次重复使用，反而给后续的操作带来诸多不便。

申请号为201010148874.3，公布号为CN101812981A，公布日为2010年08月23日，名称为一种机械式井下内外一体防喷器的中国发明专利申请，公开了一种井下内外一体防喷器，该防喷器能在一定程度上解决井涌时的防喷，但是结构复杂，且采用剪断销钉坐封，而该销钉又承担钻井过程中连接上下钻具并传递扭矩作用，但是钻井过程工况恶劣，尤其在钻进过程中，钻柱振动严重，销钉很可能因长期承受变剪切力和变扭矩作用而疲劳断裂，因此该防喷器的可靠性不高，极容易因销钉的意外断裂而发生误操作，并引起一系列的井下事故。而且在需要进行封隔的时候需要向下部钻具加很大的钻压才能把销钉剪断，而钻柱下部钻具组合能承受的钻压是一定的，那么剪断销钉的过程就很容易把下部钻具损坏，导致井下事故发生。该发明专利申请中还存在一个问题，即假使封隔环空前的一切操作都正常，但是环空封隔不彻底，则容易导致环空内的地层高压油气经过导流孔再次反灌入钻杆内，从而导致下面箭型止回阀钻杆内封隔的功能失效，使井控变得更加难以操作。而且该发明申请的井下内外一体防喷器，销钉剪断后就必须停钻，起出钻柱对内外一体防喷器进行跟换或者维修，即下井后只能使用一次，不利于重复操作使用。

申请号为200910312467.9，申请公布号为CN101718181A，申请公布日2010年06月02日，名称为提升阀式井下内外一体式防喷器的中国发明专利申请，该专利的结构复杂，且还需要运用电机进行驱动，在井下狭小空间内电机和高容量电源的安装存在困难，同时在工作过程中电机所提供的功率，能否达到在封隔和解封过程中需求的最小功率（尤其当需要封隔较大压差时候）尚存疑问。因此该专利的整个系统安全性和可靠性不高，而且实际运用中其可行性有限。

实用新型内容

本实用新型的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种结构简单，使用十分方便，操作极为简易，能迅速封井，有效地防止井喷事故发生的井下环空防喷器，采用该环空防喷器能够确保钻井过程安全、可靠，不仅可用于防止井涌和井喷，还能够传递较大扭矩，保证钻井过程的顺利进行，且构思巧妙，结构简单，可靠性高，具有很高的可行性，适合推广。该井下环空防喷器在钻进过程中，安装于钻柱中和点（即钻柱受拉受压分界点）以上位置即可，随钻工作，可在井下多次实现防喷坐封和解封的动作，无须起出钻柱进行防喷器更换，能够重复使用，降低总体成本。

本实用新型采用的技术方案如下：

本实用新型的井下环空防喷器，包括上接头、下接头、中心筒和胶筒，所述中心筒外套装有上接头和下接头，且中心筒的下端与下接头固定连接；所述上接头的下端套装于下接头的上端内侧，且上接头与下接头之间为花键配合，所述上接头的下端可沿花键副相对于下接头自由移动；所述上接头的外侧套装有至少一个胶筒，所述胶筒可被上接头与下接头挤压膨胀。

由于采用了上述结构，上接头与下接头之间为花键配合，下接头能够随上接头同时转动，使得本实用新型的井下环空防喷器能够传递扭矩，当不需要其实现环空防喷器功能时，其可以起到传递扭矩的作用；所述上接头的下端可沿花键副相对于下接头自由移动，即可下放管柱将上接头下移实现坐封，防止井涌或者井喷；由于中心筒的下端与下接头固定连接，因此上接头下移后，胶筒被上接头与下接头挤压膨胀，从而封闭钻柱与井壁或者钻柱与套管间的环空，能够有效地避免井喷和井涌。本实用新型的井下环空防喷器，随钻工作，可在井下多次实现防喷坐封和解封的动作，且是否坐封到位和解封是否成功都能通过地面指重表进行监控，无须起出钻柱进行防喷器更换，能够重复多次使用，使用寿命长，降低成本。

本实用新型的井下环空防喷器，所述中心筒上设置有第一导流孔，所述上接头上设置有第二导流孔，且所述上接头的内壁与中心筒的外壁之间设置有密封件，使第一导流孔周围以及第二导流孔的周围被密封，所述上接头下移时，第一导流孔可与第二导流孔对接。

由于采用了上述结构，在第一导流孔周围以及第二导流孔的周围形成密封结构，进而将钻柱内与环空封隔开，当防喷器起到传递力矩的作用时，第一导流孔与第二导流孔均被单向阀封堵，避免钻井液固相杂质进入污染密封层面。在上接头下移的过程中，位于上接头上的第二导流孔与位于中心筒上的第一导流孔形成对接，此时因为导流孔周围被密封单流阀可以在压差的作用下打开，能够使得中心筒内内的钻井液进入到环空，为后续的替重泥浆压井作业提供了通道；钻柱上的钻柱内防喷器，阻止钻柱内的泥浆上返，与井下环空防喷器一起作用既封隔钻柱内又同时封隔环空，从而控制住井喷的发生，排除危险。

本实用新型的井下环空防喷器，所述第一导流孔内设置有第一单向阀，和/或第二导流孔内设置有第二单向阀。

由于采用了上述结构，单向阀用于防止环空封隔失效时候，环空内的钻井液再次倒灌进入钻杆内，且当导流孔相互对接，单向阀在流压的作用下开启，从而连通钻柱内与环空，为后续的替重泥浆压井作业提供了通道，单向阀在此还能阻止正常钻井过程中钻井液内的固相杂质颗粒密封层面，延长密封件的使用寿命。

本实用新型的井下环空防喷器，所述上接头的上端内侧设置有弹簧推块，所述中心筒靠近上接头一端的外侧设置有多个活动槽，当活动槽为三个时，从上至下依次为上活动槽、中活动槽和下活动槽，所述弹簧推块与活动槽配合，且弹簧推块上的推块可在各活动槽之间滑动。

由于采用了上述结构，弹簧推块前端的推块可在各活动槽之间滑动，推块在各活动槽之间滑动时，推块受到活动槽的反作用力会上传给上部钻柱，因为进出活动槽时候推块受到的反作用力会发生变化，这样就导致上部钻柱受到的活动槽的支撑力发生变化，从而会使控制室内的指重表上的指针产生瞬间的跳动，可以通过该推块与活动槽的配合，得以控制上外套筒1的上下位移的定位，实现有效的坐封和解封，控制井涌和井喷，并能在地面通过观测指重表的指针变化判断是否坐封和解封。

本实用新型的井下环空防喷器，所述上接头可由上接头组件与内套筒固定连接；或者上连接头与外套筒、内套筒固定连接而成。

由于采用了上述结构，所述上接头可以为整体式上接头，也可以是由多个部件固定连接所组成的上接头，为该井下防喷器的结构提供多种选择，具有可操作性以及可选择性，可以根据实际的需要任意地选择具体的上接头结构，以降低生产成本，减少装配步骤，便于后续的维修等。

本实用新型的井下环空防喷器，所述弹簧推块设置于上接头组件内侧，所述第二导流孔设置于上接头组件上，所述内套筒的下端套装于下接头的上端内侧，且内套筒与下接头之间为花键配合，所述内套筒的下端可沿花键副相对于下接头自由移动，所述胶筒套装于内套筒的外侧，所述胶筒可被上接头组件与下接头挤压膨胀。

由于采用了上述结构，通过上接头组件与内套筒组合形成的上接头，通过与下接头以及中心筒之间的配合，使得防喷器的各部件均能够拆卸与组装，使得组装、拆卸与更换十分的方便快捷，保证防喷器的使用方便，且可以根据实际需要任意选择具体的结构，具有可推广性。

本实用新型的井下环空防喷器，所述弹簧推块设置于上连接头内侧，所述第二导流孔设置于外套筒上，所述内套筒的下端套装于下接头的上端内侧，且内套筒与下接头之间为花键配合，所述内套筒的下端可沿花键副相对于下接头自由移动，所述胶筒套装于内套筒的外侧，所述胶筒可被外套筒与下接头挤压膨胀。

由于采用了上述结构，通过上连接头与内套筒、外套筒组合形成的上接头，通过与下接头以及中心筒之间的配合，使得防喷器的各部件均能够拆卸与组装，使得组装、拆卸与更换十分的方便快捷，尽量降低环空防喷器的制造、使用和维护成本，且可以根据实际需要任意选择具体的结构，具有可推广性。

本实用新型的井下环空防喷器，所述中心筒的外侧设置有凸肩，该凸肩可与中心筒为整体式结构；或者所述中心筒可由支撑套套装并固定于中心筒主体外组成，所述支撑套为整体结构或者由多瓣拼合而成。

由于采用了上述结构，中心筒外的凸肩可以是中心筒的一体结构，也可以是由支撑套套装并固定连接于中心筒外侧组成，为中心筒的结构提供多种选择，可以根据实际的需要选择，为装配提供方便。且所述支撑套可以根据实际的需要选择整体结构或者由多瓣拼合而成，从而适合各种防喷器结构的装配，从而操作简单。

本实用新型的井下环空防喷器，所述中心筒外套装有止推轴承，且止推轴承位于中心筒外的凸肩与内套筒的上端面之间；或者止推轴承位于支撑套（3-2）与内套筒的上端面之间。

由于采用了上述结构，通过止推轴承，能够避免中心筒与外套筒之间相对转动时的直接摩擦，尽管这个相对摩擦发生在因花键副加工精度不够而产生的尺寸间隙的相对运动，但井下工况恶劣，难免花键副在长期工作磨合后间隙扩大，因此有必要加装此止推轴承，它使中心筒与内套筒之间的相对转动更加的灵活，减小中心筒与内套筒间的扭矩传递作用，避免因为花键间隙以及可能的下部钻具转速快过上部钻具而导致的中心筒与下外套筒间发生倒扣现象。

本实用新型的井下环空防喷器，所述下接头主要由下连接头与下外套筒固定连接组成，其中下接头内的花键位于下外套筒的内侧，且下外套筒固定连接于中心筒的下端。

由于采用了上述结构，由于下接头的下端用于与钻杆之间的连接，由于下接头下端的螺纹在经常的使用过程中容易损坏，因此需要更换，但是下接头的内部设置有花键，要在下接头内部加工花键，其成本比较昂贵，若将下接头分成两部分，分别为下连接头与下外套筒，且下连接头与下外套筒之间通过API钻杆接头螺纹方式固定连接，同时也可以采用普通螺纹加销钉和密封件的配合连接，使得在使用过程中结构稳定，且花键设置在下外套筒的内侧，而与钻杆连接的螺纹设置在下连接头上，当与钻杆连接的螺纹损坏时，只需要更换下连接头部分，无需更换下外套筒，避免了更换花键的部分，从而大大地降低了维护成本。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

1、         本实用新型的井下环空防喷器，结构简单，构思巧妙，可靠性高，在配合溢流井涌预警系统和近钻头止回阀后，当发现井下的井涌或井喷信号时，下放管柱增加一定钻压即能迅速封井，并导通钻杆内和环空，可有效地防止井喷事故发生，上提管柱即能迅速解封，具有很高的可行性；

2、         本实用新型的井下环空防喷器，其上下钻杆间的扭矩传递是通过环空防喷器上接头与下接头间的花键副传递，因此能够承受较大的扭矩，该环空防喷器各部件受力合理，有很高的可靠性。

3、         本实用新型的井下环空防喷器，可安装于不同井深场合，只要处在钻柱中和点以上位置即可，随钻工作，可在井下多次实现防喷坐封和解封的动作，在坐封解封后无需起出钻柱进行更换，可以重复使用，降低设备费用以及整个钻井过程的成本；

4、         本实用新型的井下环空防喷器，当由于其他原因环空封隔失效时，因为有第一和第二单向阀的作用，可以避免环空内高压流体倒灌入钻杆内；

5、         本实用新型的井下环空防喷器，在第一第二导流孔周围用密封件进行了封隔，从而保证了正常钻井过程中钻杆内与环空不会联通，而且有第一和第二单向阀的作用，可避免泥浆中固体杂质对密封层面及密封件的损伤，提高密封效果延长使用寿命；

6、         本实用新型的井下环空防喷器，在进行封井的过程中，可以适当的上提钻柱并迅速下放，使钻头短时间脱离井底后再次下放钻柱将环空防喷器坐封，从而避免卡钻事故的发生； 

7、         本实用新型的井下环空防喷器，在进行封井的过程中，只需要适当的加大钻压让弹簧推块从上活动槽滑入下活动槽，而增加的这个钻压是可以控制在钻柱下部钻具组合能承受的最大钻压极限以内的，这样在封隔环空的过程中能最大限度的保护钻柱下部钻具组合不被损坏。

附图说明

本实用新型将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是本实用新型的井下环空防喷器的实施例1的结构示意图；

图2是图1中的A-A视图；

图3是图1中的B-B视图；

图4是图1中的I部分的局部放大图；

图5是本实用新型的安装有井下防喷器的钻柱的结构示意图；

图6是本实用新型的井下环空防喷器的实施例3的结构示意图；

图7是本实用新型的井下环空防喷器的实施例1的另一种结构示意图；

图8是本实用新型的井下环空防喷器的实施例2的结构示意图。

图中标记：1-上接头、1-a-上接头组件、1-1-上连接头、1-2-上外套筒、1-3-内套筒、2-弹簧推块、3-中心筒、3-1中心主体、3-2支撑套、4-密封件、5-导流孔、5-1-第一导流孔、5-2-第二导流孔、6-单向阀、6-1-第一单向阀、6-2-第二单向阀、7-止推轴承、8、隔环、8-1-第一隔环、8-2-第二隔环、8-3-第三隔环、9、胶筒、9-1-第一胶筒、9-2-第二胶筒、9-3-第三胶筒、10-下接头、10-1-下连接头、10-2-下外套筒、11-1-上活动槽、11-2-中活动槽、11-3-下活动槽、13-钻头、14-1-第一压力检测与信号发生器、14-2-第二压力检测与信号发生器、15-钻铤、16-钻柱内防喷器、17-环空防喷器、18-套管或井壁、19-钻杆、20-方钻杆或钻杆、21-信号接收器。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书包括任何附加权利要求、摘要和附图中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

本实用新型的井下环空防喷器，其实施例1如图1、图2、图3和图4所示，它包括上连接头1-1和下接头10，所述上连接头1-1和下接头10的内部套装有中心筒3，所述中心筒3的下端与下接头10之间采用API钻杆接头螺纹方式固定连接，同时也可以采用普通螺纹加销钉和密封件的配合连接；在上连接头1-1的内部设置有弹簧推块2，所述中心筒3的上端设置有三个活动槽，分别为上活动槽11-1、中活动槽11-2和下活动槽11-3，当然根据实际的需要也可以设置多个活动槽，所述活动槽用于与弹簧推块2配合，在环空防喷器使用过程中，环空防喷器每进入一个状态（下放坐封或者是上提解封），上连接头1-1等部件需要跟着上连接头下降或者上升，所述弹簧推块2前端的推块则在上活动槽11-1、中活动槽11-2和下活动槽11-3之间滑动，而推块每滑入或者滑出活动槽，地面指重表指针都会有波动，从而为地面控制人员提供一个环空防喷器所处状态的信号反馈，便于控制，在环空防喷器仅仅作为传递力矩作用时，弹簧推块2与上活动槽11-1配合，当使用环空防喷器的封隔功能时，需要下放钻杆，此时的上连接头1-1会下移，弹簧推块2也会随之从上活动槽11-1进入到中活动槽11-2内，这时指重表的指针会有一个波动（悬重显示先变小后变大），由于中活动槽11-2在较宽，随着上连接头1-1的下移，弹簧推块2的推块会滑到中活动槽11-2的下端，在这个较长位移的下放中，指重表的指针几乎不变，当上连接头1-1继续下移时，弹簧推块2的推块会从中活动槽11-2滑入入到下活动槽11-3内，这时指重表的指针会再次有一个波动（悬重显示先变小后变大），然后趋于平稳，则显示封隔器坐封到位，活动槽及与之配套的弹簧推块可以有多种配合形式，如圆形槽配球形推块、V型槽配梯形推块、矩形槽配合梯形等等，只要能实现其功能即可，其中在三个活动槽的两端均设置有密封件4，该密封件4位于上连接头1-1与中心筒3之间，将活动槽密封在内以防止泥浆中的固相污染活动槽的润滑环境，而改变其受力效果；所述弹簧推块2至少为2个，沿中心筒3的外壁均匀分布，保证中心筒3与上连接头1-1之间的受力均匀，不会因为上连接头1-1的下移而产生偏心等现象；在上连接头1-1的下端固定连接有上外套筒1-2，所述上外套筒1-2与上连接头1-1之间可采用API钻杆接头螺纹方式固定连接，同时也可以采用普通螺纹加销钉和密封件的配合连接，在钻井过程中，中心筒3的下端与下接头10之间会越拧越紧，保证了使用安全，避免发生倒扣现象。也可以将上外套筒1-2与上连接头1-1制为一体结构，以保证使用方便，结构稳定和使用安全为准。所述上外套筒1-2套装于中心筒3的外侧，在上外套筒1-2上设置有第二导流孔5-2，在中心筒3的相应位置上设置第一导流孔5-1，在第二导流孔5-2设置有第二单向阀6-2，在第一导流孔5-1内设置有第一单向阀6-1，上外套筒1-2下移时，该第二导流孔5-2可与第一导流孔5-1对接，在两个导流孔的上方和下方均设置有密封件4，使第一导流孔5-1周围以及第二导流孔5-2的周围被密封，又因为单向阀的对钻井液中固相颗粒的阻碍作用，可以保证上外套筒1-2与中心筒3之间的密闭层及密封件在正常钻井时候不受钻井液中固相颗粒的损伤，从而保证密封效果和使用寿命；上外套筒1-2的下端内侧套装固定连接有内套筒1-3，可采用API钻杆接头螺纹方式固定连接，同时也可以采用普通螺纹加销钉和密封件的配合连接，所述内套筒1-3套装于中心筒3的外侧，所述内套筒1-3外面分别套装有第一隔环8-1、第一胶筒9-1、第二隔环8-2、第二胶筒9-2、第三隔环8-3和第三胶筒9-3，第四隔环9-4组合成为胶筒组件，该胶筒组件的两端分别与上外套筒1-2的下端面和下接头10的上端面接触，所述内套筒1-3的下端套装于下接头10与中心筒3之间，且内套筒1-3的下端与下接头10的内壁中部采用花键配合（如图3所示），所述内套筒1-3的下端可以沿花键副相对于下接头10与中心筒3在一定位移范围内上下自由移动，这样才能通过缩小上外套筒1-2与下接头10之间的相对距离，从而压缩胶筒膨胀或者是给胶筒回弹空余出足够的空间，达到封隔环空和解封的效果，并能在正常钻井时候将上连接头1-1传递下来的扭矩通过花键副再传递到下接头10以及下部钻具上去，直到驱动钻头旋转，该胶筒以及各胶筒组合形成的胶筒组件可以为一个或者多个，其长度与个数需要根据实际的需要来选择，所述内套筒1-3与中心筒3、下接头10之间均设置有用于密封的密封件4；由于下接头10上开设有花键，且花键的加工费用较为昂贵，而下接头10下端与钻杆连接的螺纹较易损坏，若该螺纹损坏时将下接头10整体更换，则成本增加，因此可以将下接头10分为下连接头10-1与下外套筒10-2两部分，这两部分之间通过API钻杆接头螺纹方式固定连接，同时也可以采用普通螺纹加销钉和密封件的配合连接，当下接头10下端与钻杆连接的螺纹损坏时，只需将下连接头10-1拆卸进行更换即可，从而降低了维护的成本；为了方便环空防喷器的安装，在中心筒3的内壁上设置安装工艺孔，便于专用工具从中心筒3伸入，固定或是转动中心筒3，将中心筒3与下接头10旋紧；通过止推轴承7，能够避免在钻井过程中，中心筒3与上外套筒1-2之间会发生相对的转动，尽管这个相对转动发生在因花键副加工精度不够而产生的尺寸间隙的相对运动，但井下工况恶劣，难免花键副在长期工作磨合后间隙扩大，因此有必要在中心筒3的凸肩与内套筒1-3上端之间加装止推轴承7，它使中心筒3与内套筒1-3之间的相对转动更加的灵活，减小中心筒3与内套筒1-3间的扭矩传递作用，避免因为花键间隙以及可能的下部钻具转速快过上部钻具而导致的中心筒3与下外套筒10-2间发生倒扣现象。在中心筒3的上端外侧设计有台阶，且该台阶与上连接头1-1的端面之间存在一端行程空间，所述下接头10上端的内侧为台阶状，使得内套筒1-3可以套装于下接头10内，内套筒1-3的端面与下接头10的内侧台阶之间存在一端行程空间，各行程空间的距离与导流孔5-1到导流孔5-2的距离相等，从而保证了本实用新型的环空防喷器的结构紧凑，当然该台阶也可以由支撑套12套装并固定连接于中心管3外侧组成。

本实用新型的安装有井下环空防喷器的钻柱，将该井下环空防喷器安装于钻柱的中和点以上的位置，钻柱在套管或井壁内，在钻柱的最下端为钻头11，在钻头的上方设置有两个压力检测与信号发生器，分别为第一压力检测与信号发生器12和第二压力检测与信号发生器13，在两个压力检测装置的上方为钻铤14，钻铤14的上方为钻柱内防喷器15，在钻柱内防喷器15上方，且位于钻柱的中和点以上的位置安装本实用新型的井下环空防喷器，由于中和点为钻柱受拉和受压的分界点，而环空防喷器设置于中和点以上，因此在正常钻进过程中环空防喷器处于受拉状态，即环空防喷器中的上连接头1-1、上外套筒1-2和内套筒1-3均处于受拉状态，上外套筒1-2与下接头之间尚未对胶筒产生挤压力，由于内套筒1-3的下端与下接头10之间为花键配合，因此防喷器上端的钻柱可以通过该花键，将扭矩传递到防喷器下端，因此本实用新型的环空防喷器能够有效地防止井涌或者井喷，且在没有起封隔作用时，环空防喷器能够起到传递扭矩的作用。本实用新型的环空防喷器，在使用过程中，下放管柱坐封，实现环空防喷器的封隔，上提管柱解封，使得本实用新型的环空防喷器能够重复利用。在钻柱的顶部为方钻杆（转盘驱动）或者钻杆（顶驱），在方钻杆的上端或者顶驱的下端设置有信号接收器28，所述信号接收器28上无线连接有报警器，所述信号接收器28与邻近钻头一端的压力检测装置相匹配，分别用于信号的传递和接收，该信号可以为声波、电磁波、光波等。

本实用新型的井下环空防喷器的装配工艺，采用以下步骤来实现：

a、         将内套筒1-3固定，将多个隔环和胶筒沿内套筒1-3的螺纹方向依次套于内套筒1-3外侧，且隔环和胶筒被限制在内套筒1-3外部的凸起或者台阶上方（即花键上方）；

b、         将止推轴承7从上外套筒1-2的下端放入上外套筒1-2内，再将上外套筒1-2的下端与内套筒1-3上端之间螺纹对接并拧紧至预设力矩；

c、         将单向阀6装入到中心筒3的侧壁上，并拧紧至预设扭矩，将密封件4装在中心筒3预先设定的位置处，需保证密封件4通过中心筒3的螺纹处时不要被刮伤，将中心筒3从上外套筒1-2和内套筒1-3的上方装入，保证各密封件处的密封效果良好；

d、         将下接头10沿内套筒1-3的花键副，套装到中心筒3与内套筒1-3的外侧，用外张开工具伸入到中心筒3的内部，并将外张开工具卡入中心筒3内预设的安装工艺孔内，同时固定下接头10，转动中心筒3或者下接头10，将中心筒3下端与下接头10之间的螺纹副拧紧至设定的拧紧力矩，若采用普通螺纹配密封件和销钉的配合方式，则还需加装密封件且在拧紧到预设扭矩后加装销钉固定；若采用分离式的下接头10，则先将下接头10的具有花键的部分沿内套筒1-3的花键副，套装到中心筒3与内套筒1-3的外侧，用外张开工具伸入到中心筒3的内部，并将外张开工具卡入中心筒3内预设的安装工艺孔内，将不具有花键的部分旋入到中心筒3螺纹副上，并拧紧至设定的拧紧力矩，若采用普通螺纹配密封件和销钉的配合方式，则还需加装密封件且在拧紧到预设扭矩后加装销钉固定。

e、         将弹簧推块2装入上连接头1-1内，将上连接头1-1沿中心筒3的外壁塞入，弹簧推块2前端的推块在上连接头1-1的下移过程中，被中心筒3的外壁压入到上连接头1-1相应位置，当上连接头1-1的下端与上外套筒1-2的上端接触时，转动中心筒3或者上连接头1-1，将上连接头1-1和上外套筒1-2拧紧至预设扭矩；

f、         将装配好的防喷器安装于钻柱的中和点以上的位置。

本实用新型的安装有井下防喷器的钻柱的工作方法，在钻井过程中，遇高压油藏或者气藏时，需要实施封隔，其操作方法采用以下步骤完成：

1)    第一压力检测与信号发生器12和/或第二压力检测与信号发生器13检测到井下的压力信号，并与设定的程序进行比对，该压力信号为异常压力时，立即启动第一压力检测与信号发生器12和/或第二压力检测与信号发生器13上的信号激发装置，信号激发装置发出压力异常信号（该信号可以为声波、电磁波、光波等），该信号沿钻柱向上传播，被安装在方钻杆上端或者顶驱下方的信号接收器28接收，信号接收器28向报警器发出遇警信号，报警器发出警报；

2)    警报响起，人工或者自动下放钻柱，此时钻压得以加大，上连接头1-1、上外套筒1-2和内套筒1-3受压同时向下滑移，套在内套筒1-3上的胶筒在上外套筒1-2和下接头10的挤压力作用下膨胀，从而封闭钻柱与井壁或者钻柱与套管间的环空；其中，上连接头1-1、上外套筒1-2和内套筒1-3下移的过程中，弹簧推块2在中心筒3的作用下被挤出上活动槽11-1，进入中活动槽11-2内，此时控制室内的指重表的指针波动一次，继续下放钻柱，上连接头1-1、上外套筒1-2和内套筒1-3继续下移，弹簧推块2在中活动槽11-2内滑动完后，进入下活动槽11-3，此时控制室内的指重表的指针会再波动一次，则防喷器处于坐封状态；在上连接头1-1下移的过程中，位于上外套筒1-2上的导流孔与位于中心筒上的单向阀6形成对接，单向阀6在流压的作用下开启，从而连通钻柱内与环空，为后续的替重泥浆压井作业提供了通道；钻柱上的钻柱内防喷器15，阻止钻柱内的泥浆上返，与井下防喷器一起作用既封隔钻柱内又同时封隔环空，从而控制住井喷的发生。

3)    当井喷得以控制后，上提钻柱，此时钻压得以减小，上连接头1-1、上外套筒1-2和内套筒1-3同时向上滑移，套在内套筒1-3上的胶筒不受挤压，而得以放松，封闭得以取消；其中，上连接头1-1、上外套筒1-2和内套筒1-3上移的过程中，弹簧推块2在中心筒3的作用下被挤出下活动槽11-3，进入中活动槽11-2内，此时控制室内的指重表的指针波动一次，继续下放钻柱，上连接头1-1、上外套筒1-2和内套筒1-3继续上移，弹簧推块2在中活动槽11-2内滑动完后，进入上活动槽11-1内，此时控制室内的指重表的指针会再波动一次，则防喷器的封闭得以取消；在上连接头1-1上移的过程中，位于上外套筒1-2上的导流孔与位于中心筒上的单向阀6不再对接，单向阀6关闭，从而使得防喷器得以重复利用，防喷器上方通过防喷器向下传递扭矩，继续实现钻进。

实施例2与实施例1相似，如图8所示，不同之处在于：所述上连接头1-1、上外套筒1-2与内套筒1-3为一体结构形成上接头1，所述上接头1的下端套装于下接头10与中心筒3之间，所述上接头1的下端的外壁与下接头10的内壁之间为花键配合，且上接头1可沿花键副相对于下接头10移动，所述下接头10随上接头1同时转动，在上接头1的外侧设置有凸起或者台阶，在凸起或者台阶以下的上接头1外侧套装有胶筒9，所述胶筒9可被上接头1的端面与下接头10的端面挤压膨胀，所述第二导流孔设置于上接头1上，且第二导流孔5-2内设置有第二单向阀6-2，且当上接头1下移时，该第一导流孔5-1能够与第二导流孔5-2相对接，所述弹簧推块2设置于上外套筒1的上端内侧，所述弹簧推块2与中心筒3上的活动槽相配合。所述中心筒3主要由中心主体3-1与支撑套3-2固定连接而成，且支撑套3-2固定连接于中心主体3-1的外壁上，所述支撑套3-2以及止推轴承7均为整体结构或者由多瓣拼合而成，可以采用三瓣或者三瓣以上拼合而成，以方便安装。所述支撑套3-2的作用为支撑止推轴承7，支撑起上接头1的下端，使得整个防喷器在使用过程中处于受拉状态，但是又不会脱落，保证使用的安全。通过止推轴承7，能够避免在钻井过程中，中心筒3与上外套筒1-2之间会发生相对的转动，尽管这个相对转动发生在因花键副加工精度不够而产生的尺寸间隙的相对运动，但井下工况恶劣，难免花键副在长期工作磨合后间隙扩大，必要在中心筒3的凸肩与内套筒1-3上端之间加装止推轴承7，它使中心筒3与内套筒1-3之间的相对转动更加的灵活，减小中心筒3与内套筒1-3间的扭矩传递作用，避免因为花键间隙以及可能的下部钻具转速快过上部钻具而导致的中心筒3与下外套筒10-2间发生倒扣现象。

本实用新型的安装有井下环空防喷器的钻柱，将该井下环空防喷器安装于钻柱的中和点以上的位置，由于中和点为钻柱受拉和受压的分界点，而环空防喷器设置于中和点以上，因此环空防喷器在钻井过程中防喷器处于受拉状态，即环空防喷器中的上接头1，均处于受拉状态，由于上接头1的下端与下接头10之间为花键配合，因此环空防喷器上端的钻柱可以通过该花键，将扭矩传递到环空防喷器下端，因此本实用新型的环空防喷器能够有效地防止井涌或者井喷，且在没有起封隔作用时，环空防喷器能够起到传递扭矩的作用。本实用新型的井下环空防喷器，在使用过程中，下放管柱坐封，实现防喷器的封隔，上提管柱解封，使得本实用新型的环空防喷器能够重复利用。在钻柱的顶部为方钻杆（转盘驱动）或者钻杆（顶驱），在方钻杆的上端或者顶驱的下端设置有信号接收器28，所述信号接收器28上无线连接有报警器，所述信号接收器28与邻近钻头一端的压力检测装置相匹配，分别用于信号的传递和接收。

本实用新型的井下环空防喷器的装配工艺，采用以下步骤来实现：

1)    将第一单向阀6-1装入由多瓣拼合而成的支撑套3-2上的第一导流孔5-1内，将由多瓣拼合而成的止推轴承7，装入上接头1的空腔内，再将支撑套3-2装入上接头1的空腔内，且位于止推轴承7上方；

2)    将弹簧推块2装入上接头1上端的内壁，将胶筒9与隔环8依次套装在上接头1外侧的中部，将中心筒主体3-1从上接头1的下端装入并穿过支撑套3-2，将中心筒主体3-1与支撑套3-2固定连接；

3)    将下接头10沿中心筒主体3-1的下端及上接头1下端的外花键端套入，用外张开工具卡入到中心筒主体3-1内的安装工艺孔内，固定下接头10转动中心筒主体3-1，或者固定中心筒主体3-1转动下接头10，将中心筒主体3-1下端与下接头10之间的螺纹副拧紧至设定的扭矩；在上接头1下移过程中弹簧推块2上的推块滑入中心筒主体3-1的上活动槽11-1内。

4)    将装配好的防喷器安装于钻柱的中和点以上的位置。

本实用新型的井下环空防喷器，在钻井过程中，遇高压油藏或者气藏时，需要实施封隔，其操作方法与实施例1的操作方法相同。

实施例3与实施例1、实施例2相似，如图6所示，不同之处在于：所述上连接头1-1、上外套筒1-2为一体结构形成上接头组件1-a，所述上接头组件1-a的下端内侧套装固定连接有内套筒1-3，所述内套筒1-3套装于中心筒主体3-1外侧，所述内套筒1-3的下端套装于下接头10与中心筒主体3-1之间，且所述内套筒1-3下端的外壁与下接头10的内壁之间为花键配合，且所述内套筒1-3可沿花键副相对于下接头10自由移动，所述内套筒1-3外套装有胶筒9，由于内套筒1-3的上端套装于上接头组件1-a的内侧，因此套筒的两端分别与上接头组件1-a的下端面和下接头的上端面接触，且所述套筒9可被上接头组件1-a的下端面和下接头的上端面挤压膨胀，所述第二导流孔6-2设置于上接头组件1-a上，且当上接头组件1-a下移时，该第一导流孔5-1能够与第二导流孔5-2相对接，且第一导流孔5-1上设置有第一单向阀6-1，,第二导流孔5-2内设置有第二单向阀5-2，所述弹簧推块2设置于上接头组件1-a的上端内侧，所述弹簧推块2与中心筒主体3-1上的活动槽相配合，所述中心筒主体3-1的外壁上固定连接有支撑套3-2，所述支撑套3-2的作用为支撑止推轴承，支撑起上接头组件1-a的下端，使得整个防喷器在使用过程中处于受拉状态，但是又不会脱落，保证使用的安全。通过止推轴承7，能够避免在钻井过程中，中心筒3与上接头组件1-a之间会发生相对的转动，尽管这个相对转动发生在因花键副加工精度不够而产生的尺寸间隙的相对运动，但井下工况恶劣，难免花键副在长期工作磨合后间隙扩大，必要在中心筒3的凸肩与内套筒1-3上端之间加装止推轴承7，它使中心筒3与内套筒1-3之间的相对转动更加的灵活，减小中心筒3与内套筒1-3间的扭矩传递作用，避免因为花键间隙以及可能的下部钻具转速快过上部钻具而导致的中心筒3与下外套筒10-2间发生倒扣现象。

本实用新型的安装有井下环空防喷器的钻柱，将该井下环空防喷器安装于钻柱的中和点以上的位置，由于中和点为钻柱受拉和受压的分界点，而环空防喷器设置于中和点以上，因此环空防喷器在钻井过程中环空防喷器处于受拉状态，即环空防喷器中的上接头组件1-a，均处于受拉状态，由于上接头组件1-a的下端与下接头10之间为花键配合，因此环空防喷器上端的钻柱可以通过该花键，将扭矩传递到环空防喷器下端，因此本实用新型的井下防喷器能够有效地防止井涌或者井喷，且在没有起封隔作用时，环空防喷器能够起到传递扭矩的作用。本实用新型的环空防喷器，在使用过程中，下放管柱坐封，实现环空防喷器的封隔，上提管柱解封，使得本实用新型的环空防喷器能够重复利用。在钻柱的顶部为方钻杆（转盘驱动）或者钻杆（顶驱），在方钻杆的上端或者顶驱的下端设置有信号接收器28，所述信号接收器28上无线连接有报警器，所述信号接收器28与邻近钻头一端的压力检测装置相匹配，分别用于信号的传递和接收。

本实用新型的井下环空防喷器的装配工艺，采用以下步骤来实现：

1）.固定内套筒1-3，将多个隔环8和胶筒9沿内套筒1-3上端的螺纹方向依次套于内套筒1-3外侧，且隔环8和胶筒9被限制在内套筒1-3中间的凸肩上方；

2）.将第一单向阀6-1装在支撑套3-2上，将弹簧推块2装入上接头组件1-a的内壁，将支撑套3-2从上接头组件1-a的下端装入上接头组件1-a内，将止推轴承7从上接头组件1-a的下端装入上接头组件1-a内，再将上接头组件1-a的下端与内套筒1-3的上端固定连接；

3）.将中心筒主体3-1从内套筒1-3的下端装入，并穿过支撑套3-2，将中心筒主体3-1与支撑套3-2固定连接，将第二单向阀6-2装入上接头组件1-a的内壁；

4）.将下接头10沿中心筒主体3-1的下端及内套筒1-3的外花键端套入，用外张开工具卡入到中心筒主体3-1内的安装工艺孔内，固定下接头10转动中心筒主体3-1，或者固定中心筒主体3-1转动下接头10，将中心筒主体3-1下端与下接头10之间的螺纹副拧紧至设定的扭矩；在上接头组件1-a的下移过程中弹簧推块2上的推块滑入中心筒主体3-1的上活动槽11-1内。

5）.将装配好的防喷器安装于钻柱的中和点以上的位置。

本实用新型的安装有井下防喷器的钻柱的工作方法，在钻井过程中，遇高压油藏或者气藏时，需要实施封隔，其操作方法与实施例1、实施例2相同。

综上所述，本实用新型的井下环空防喷器，所述上接头可以采用整体式结构，也可以采用分体式零部件结构，同样的道理，所述下接头可以一体结构，也可以是下连接头10-1与下外套筒10-2固定连接的结构，可以根据具体情况任意选择。本实用新型中，对于分体式上接头的各个部件之间的连接，可以采用API钻杆接头螺纹方式固定连接，同时也可以采用普通螺纹加销钉和密封件的配合连接，同样的道理，下连接头10-1与下外套筒10-2之间也可以采用API钻杆接头螺纹方式固定连接，同时也可以采用普通螺纹加销钉和密封件的配合连接。

本实用新型的井下环空防喷器，结构简单，构思巧妙，可靠性高，在配合溢流井涌预警系统和近钻头止回阀后，当发现井下的井涌或井喷信号时，下放管柱增加一定钻压即能迅速封井，并导通钻杆内和环空，可有效地防止井喷事故发生，上提管柱即能迅速解封，具有很高的可行性；其上下钻杆间的扭矩传递是通过环空防喷器上接头与下接头间的花键副传递，因此能够承受较大的扭矩，该环空防喷器各部件受力合理，有很高的可靠性。可安装于不同井深场合，只要处在钻柱中和点以上位置即可，随钻工作，可在井下多次实现防喷坐封和解封的动作，在坐封解封后无需起出钻柱进行更换，可以重复使用，降低设备费用以及整个钻井过程的成本；当由于其他原因环空封隔失效时候，因为有第一和第二单向阀的作用，可以避免环空内高压流体倒灌入钻杆内；在第一第二导流孔周围用密封件进行了封隔，从而保证了正常钻进过程中钻杆内与环空不会联通，而且有第一和第二单向阀的作用，可避免泥浆中固体杂质对密封层面及密封件的损伤，提高密封效果延长使用寿命；在进行封井的过程中可以适当的上提钻柱并迅速下放，使钻头短时间脱离井底后再次下放钻柱将环空防喷器坐封，从而避免卡钻事故的发生；只需要适当的加大钻压让弹簧推块从上活动槽滑入下活动槽，而增加的这个钻压是可以控制在钻柱下部钻具组合能承受的最大钻压极限以内的，这样在封隔环空的过程中能最大限度的保护钻柱下部钻具组合不被损坏；本实用新型的井下环空防喷器的装配工艺，构思独特，工艺巧妙，保证装配后的防喷器的密封效果好，且动作灵活，能迅速实现坐封和解封，且结构稳定可靠，使用寿命长。

本实用新型并不局限于前述的具体实施方式。本实用新型扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (10)

1.一种井下环空防喷器，其特征在于：它包括上接头（1）、下接头（10）、中心筒（3）和胶筒（9），所述中心筒（3）外套装有上接头（1）和下接头（10），且中心筒（3）的下端与下接头（10）固定连接；所述上接头（1）的下端套装于下接头（10）的上端内侧，且上接头（1）与下接头（10）之间为花键配合，所述上接头（1）的下端可沿花键副相对于下接头（10）自由移动；所述上接头（1）的外侧套装有至少一个胶筒（9），所述胶筒（9）可被上接头（1）与下接头（10）挤压膨胀。

2.如权利要求1所述的井下环空防喷器，其特征在于：所述中心筒（3）上设置有第一导流孔（5-1），所述上接头（1）上设置有第二导流孔（5-2），且所述上接头（1）的内壁与中心筒（3）的外壁之间设置有密封件（4），使第一导流孔（5-1）周围以及第二导流孔（5-2）的周围被密封，所述上接头（1）下移时，第一导流孔（5-1）可与第二导流孔（5-2）对接。

3.如权利要求2所述的井下环空防喷器，其特征在于：所述第一导流孔（5-1）内设置有第一单向阀（6-1），和/或第二导流孔（5-2）内设置有第二单向阀（6-2）。

4.如权利要求1或2或3所述的井下环空防喷器，其特征在于：所述上接头（1）的上端内侧设置有弹簧推块（2），所述中心筒（3）靠近上接头（1）一端的外侧设置有多个活动槽，所述弹簧推块（2）与活动槽配合，且弹簧推块（2）上的推块可在各活动槽之间滑动。

5.如权利要求1或2或3所述的井下环空防喷器，其特征在于：所述上接头可由上接头组件（1-a）与内套筒（1-3）固定连接，或者上连接头（1-1）与上外套筒（1-2）、内套筒（1-3）固定连接而成。

6.如权利要求5所述的井下环空防喷器，其特征在于：所述弹簧推块（2）设置于上接头组件（1-a）内侧，所述第二导流孔（5-2）设置于上接头组件（1-a）上，所述内套筒（1-3）的下端套装于下接头（10）的上端内侧，且内套筒（1-3）与下接头（10）之间为花键配合，所述内套筒（1-3）的下端可沿花键副相对于下接头（10）自由移动，所述胶筒套装于内套筒（1-3）的外侧，所述胶筒可被上接头组件（1-a）与下接头（10）挤压膨胀。

7.如权利要求5所述的井下环空防喷器，其特征在于：所述弹簧推块（2）设置于上连接头（1-1）内侧，所述第二导流孔（5-2）设置于上外套筒（1-2）上，所述内套筒（1-3）的下端套装于下接头（10）的上端内侧，且内套筒（1-3）与下接头（10）之间为花键配合，所述内套筒（1-3）的下端可沿花键副相对于下接头（10）自由移动，所述胶筒套装于内套筒（1-3）的外侧，所述胶筒可被上外套筒（1-2）与下接头（10）挤压膨胀。

8.如权利要求1或2或3或6或7所述的井下环空防喷器，其特征在于：所述中心筒（3）的外侧设置有凸肩，该凸肩可与中心筒（3）为整体式结构；或者所述中心筒（3）可由支撑套（3-2）套装并固定于中心筒主体（3-1）外组成，所述支撑套（3-2）为整体结构或者由多瓣拼合而成。

9.如权利要求8所述的井下环空防喷器，其特征在于：所述中心筒（3）外套装有止推轴承（7），且止推轴承（7）位于中心筒（3）外的凸肩与内套筒（1-3）的上端面之间；或者止推轴承（7）位于支撑套（3-2）与内套筒（1-3）的上端面之间。

10.如权利要求1或2或3或6或7或9所述的井下环空防喷器，其特征在于：所述下接头（10）主要由下连接头（10-1）与下外套筒（10-2）固定连接组成，其中下接头（10）内的花键位于下外套筒（10-2）的内侧，且下外套筒（10-2）固定连接于中心筒（3）的下端。

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