CN204571908U - 一种压缩式井下防喷器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种压缩式井下防喷器，包括MWD通讯短节、电池短节、环空封隔短节和钻柱内止回阀，环空封隔短节包括中心管、上接头、下接头、上外壳、下外壳、动力机构、上传动机构、下传动机构和压缩式胶筒，动力机构分别与上传动机构和下传动机构连接，中心管和上接头的侧壁上分别设有相互连通的流通孔，上传动机构的上端设在中心管和上接头的流通孔之间形成循环控制阀，下传动机构与压缩式胶筒连接，动力机构带动上传动机构控制循环控制阀的开闭的同时可以带动下传动机构挤压压缩式胶筒实现钻柱和套管环空的封隔。该防喷器可实现关闭地层环空、实现压井循环和环空解封，无须提起钻柱进行更换防喷器，成本低。

Description

一种压缩式井下防喷器

技术领域

本实用新型涉及一种石油钻采作业中的井下工具，具体涉及一种压缩式井下防喷器，用于井喷、井涌等异常状况发生时，在井下完全关闭钻柱内通道及钻柱环空。

背景技术

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效后，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，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。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种压缩式井下防喷器，该井下防喷器能及时地采取措施实施封井，可在井下实现多次坐封和解封的动作，结构简单，成本低。

为了解决上述的技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：

一种压缩式井下防喷器，包括环空封隔短节和钻柱内止回阀，环空封隔短节设在钻柱上，钻柱内止回阀设在钻柱内近钻头处；所述环空封隔短节包括中心管、外壳、动力机构、上传动机构、下传动机构和压缩式胶筒，外壳和压缩式胶筒套在中心管上，动力机构、上传动机构和下传动机构设在中心管和外壳之间的环形空间内，动力机构分别与上传动机构和下传动机构连接，中心管和外壳的侧壁上均设有流通孔，上传动机构的上端设在中心管和外壳的流通孔之间形成循环控制阀，下传动机构与压缩式胶筒连接。

作为本实用新型的进一步改进，所述的动力机构为环形力矩电机，环形力矩电机包括电机驱动单元、环形电机定子、绕组和环形电机转子，环形电机转子套在中心管上，环形电机定子套在环形电机转子上，绕组缠绕在环形电机转子上，电机驱动单元用于驱动环形力矩电机。

作为本实用新型的进一步改进，所述的上传动机构包括第一螺杆和第一螺母，第一螺杆和第一螺母上均设有中心孔，第一螺杆套在中心管上并与环形电机转子上端固定，第一螺母套在第一螺杆上并与第一螺杆配合，第一螺母的上端设在中心管和外壳的流通孔之间形成循环控制阀，第一螺母外壁与外壳内壁之间通过花键配合，第一螺母只能轴向移动。

作为本实用新型的进一步改进，所述中心管的外壁和外壳的内壁在流通孔的上下两侧均设有密封圈，第一螺母的上端与所述密封圈接触并配合。

作为本实用新型的进一步改进，所述下传动机构包括第二螺杆、第二螺母和推杆，第二螺杆、第二螺母和推杆上均设有中心孔，第二螺杆套在中心管上并与环形电机转子下端固定，第二螺母套在第二螺杆上并与第二螺杆配合，推杆固定在第二螺母上并与压缩式胶筒连接，推杆外壁与外壳内壁之间通过花键配合，推杆只能轴向移动。

作为本实用新型的进一步改进，所述推杆通过剪切销钉和第二螺母连接。

作为本实用新型的进一步改进，所述压缩式胶筒包括从上到下依次套在中心管上并紧密接触的上支撑环、封隔胶筒、锥环和锁定卡瓦，锥环和锁定卡瓦的贴合面为相互配合的斜面。

本实用新型的有益效果是：

1.环空封隔短节通过下传动机构压缩或拉伸压缩式胶筒实现钻柱和套管环空的封隔以及封隔，通过上传动机构控制循环控制阀的开闭实现上部泥浆循环通道的重新建立。压缩式胶筒可在井下多次实现坐封和解封的动作，无须提起钻柱进行更换防喷器，保证钻井工作的继续进行，且能够重复利用，降低总体成本。

2.钻柱内止回阀与环空封隔短节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。

3.本实用新型可安装于不同井深场合，随钻工作，能够传递力矩，不会影响正常的钻进过程。

附图说明

下面将结合附图对本实用新型作进一步说明。

图1是本实用新型的分段结构示意图。

图2是本实用新型的环空封隔短节的结构示意图。

图3是本实用新型的上传动机构的结构示意图。

图4是本实用新型的下传动机构的结构示意图。

图中：1-MWD通讯短节；2-电池短节；3-环空封隔短节；4-钻柱内止回阀；5-钻头；6-上接头；301-上接头；302-中心管；303-循环控制阀；304-上传动机构；3041-第一螺杆；3042-第一螺母；305-环形力矩电机；3051-环形电机定子；3052-绕组；3053-环形电机转子；306-上外壳；307-下传动机构；3071-第二螺杆；3072-第二螺母；3073-推杆；308-下外壳；309-压缩式胶筒；3091-上支撑环；3092-封隔胶筒；锥环-3093；3094-锁定卡瓦；310-下接头。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现结合附图对本实用新型作详细说明。

如图1所示，一种压缩式井下防喷器，包括MWD通讯短节1、电池短节2、环空封隔短节3和钻柱内止回阀4，MWD通讯短节1、电池短节2和环空封隔短节3依次连接并设置在钻柱套管段，用于实现钻柱和套管环空封隔，钻柱内止回阀4设置在钻柱内近钻头5处，用于实现钻柱内封隔。钻柱内止回阀4与环空封隔短节3一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。

如图2所示，所述环空封隔短节3包括中心管302、外壳（外壳包括上接头301、下接头310、上外壳306和下外壳308）、动力机构、上传动机构304、下传动机构307和压缩式胶筒309，中心管302上从上到下依次套有上接头301、上外壳306、下外壳308、压缩式胶筒309和下接头310，上接头301和下接头310通过螺纹固定在中心管302两端，上接头301、上外壳306和下外壳308依次通过螺纹连接。中心管302与上接头301、下接头310连接，传递钻压和扭矩，环空封隔短节3可以实现钻柱和套管环空的封隔以及封隔胶筒3092上部泥浆循环通道的重新建立。

如图2所示，所述动力机构、上传动机构304和下传动机构307设在中心管302和上外壳306、下外壳308以及上接头301之间的环形空间内，动力机构分别与上传动机构304和下传动机构307连接，中心管302和上接头301的侧壁上分别设有相互连通的流通孔，上传动机构304的上端设在中心管302和上接头301的流通孔之间形成循环控制阀303，动力机构带动上传动机构304控制循环控制阀303的开闭，下传动机构307与压缩式胶筒309连接，动力机构带动下传动机构307挤压压缩式胶筒309实现钻柱和套管环空的封隔。

如图2所示，在本实施例中，所述的动力机构为环形力矩电机305，环形力矩电机包括电机驱动单元、环形电机定子3051、绕组3052、环形电机转子3053，环形电机转子3053套在中心管302上，环形电机定子3051套在环形电机转子3053上，绕组3052缠绕在环形电机转子3053上，电机驱动单元用于驱动环形力矩电机。

如图2和图3所示，在本实施例中，所述的上传动机构304包括第一螺杆3041和第一螺母3042，第一螺杆3041和第一螺母3042上均设有中心孔，第一螺杆3041套在中心管302上并与环形电机转子3053上端固定，第一螺母3042套在第一螺杆3041上并与第一螺杆3041配合，第一螺母3042的上端设在中心管302和上接头301的流通孔之间形成循环控制阀303，第一螺母3042外壁与上接头301内壁之间通过花键配合，第一螺母3042只能沿着花键副相对中心管302轴向移动。所述中心管302的外壁和上接头301的内壁在流通孔的上下两侧均设有密封圈，第一螺母3042的上端与中心管302和上接头301上的密封圈接触并配合。环形力矩电机305通过第一螺杆3041带动第一螺母3042上下运动，第一螺母3042相当于循环控制阀303的移动阀门，当第一螺母3042移动到流通孔以下时，循环控制阀303开启，当第一螺母3042移动到流通孔以上时，循环控制阀303关闭，第一螺母3042两侧的密封圈用于防止中心管302内液体进入中心管302和上接头301之间的环空，当循环控制阀303开启时，封隔胶筒3092上部泥浆通过中心管302和上接头301上连通的流通孔进行循环流动。

如图2和图3所示，在本实施例中，所述下传动机构307包括第二螺杆3071、第二螺母3072和推杆3073，第二螺杆3071、第二螺母3072和推杆3073上均设有中心孔，第二螺杆3071套在中心管302上并与环形电机转子3053下端固定，第二螺母3072套在第二螺杆3071上并与第二螺杆3071配合，推杆3073套在第二螺母3072上，推杆3073通过剪切销钉和第二螺母3072连接，推杆3073与压缩式胶筒309连接，推杆3073外壁与下外壳308内壁之间通过花键配合，推杆3073只能沿着花键副相对中心管302轴向移动。环形力矩电机305通过第二螺杆3071带动第二螺母3072以及推杆3073上下运动，推杆3073向下运动时向下压压缩式胶筒309，压缩式胶筒309受到压力膨胀实现钻柱和套管环空的封隔。

由于第一传动机构304和第二传动机构307与同一个环形力矩电机305的环形电机转子3053连接，所以当环形电机转子3053转动时，会同时带动第一传动机构304和第二传动机构307运动，从而同时完成打开循环控制阀303和推动压缩式胶筒309坐封两个动作，效率高，协调性好。

值的注意的是，所述的动力机构、上传动机构304和下传动机构307还有其它的实施方式，如：动力机构为两个相互对称的气缸（或液压缸），上传动机构304和下传动机构307简化为推杆并分别与两个气缸（或液压缸）连接，上传动机构304的推杆上设有套筒，套筒位于中心管302和上接头301的流通孔之间，下传动机构307与压缩式胶筒309连接。

如图2所示，所述压缩式胶筒309包括从上到下依次套在中心管302上的上支撑环3091、封隔胶筒3092、锥环3093和锁定卡瓦3094，上支撑环3091与推杆3073通过螺纹连接，上支撑环3091、封隔胶筒3092、锥环3093和锁定卡瓦3094依次紧密接触，锥环3093和锁定卡瓦3094上设有相互配合的斜面。当推杆3073向下推动上支撑环3091时，上支撑环3091下压封隔胶筒3092，封隔胶筒3092膨胀变形实现钻柱和套管环空的封隔，此时封隔胶筒3092对锥环3093有向下压的力，锥环3093向下推动锁定卡瓦3094，锁定卡瓦3094受到锥环3093径向远离中心管302的分力，在分力的作用下撑开并紧贴套管。

在井喷、井涌发生后，钻柱内止回阀4自动关闭钻柱内通道，地面操作人员，发出指令，MWD通讯短节1接受信号控制环空封隔短节3，环空封隔短节3打开循环控制阀303的同时控制封隔胶筒3092实现坐封，保证迅速封井，有效防止井喷事故的发生。

上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。

Claims (7)

1.一种压缩式井下防喷器，其特征在于：包括环空封隔短节和钻柱内止回阀，环空封隔短节设在钻柱上，钻柱内止回阀设在钻柱内近钻头处，所述环空封隔短节包括中心管、外壳、动力机构、上传动机构、下传动机构和压缩式胶筒，外壳和压缩式胶筒套在中心管上，动力机构、上传动机构和下传动机构设在中心管和外壳之间的环形空间内，动力机构分别与上传动机构和下传动机构连接，中心管和外壳的侧壁上均设有流通孔，上传动机构的上端设在中心管和外壳的流通孔之间形成循环控制阀，下传动机构与压缩式胶筒连接。

2.如权利要求1所述的一种压缩式井下防喷器，其特征在于：所述的动力机构为环形力矩电机，环形力矩电机包括电机驱动单元、环形电机定子、绕组和环形电机转子，环形电机转子套在中心管上，环形电机定子套在环形电机转子上，绕组缠绕在环形电机转子上，电机驱动单元用于驱动环形力矩电机。

3.如权利要求2所述的一种压缩式井下防喷器，其特征在于：所述的上传动机构包括第一螺杆和第一螺母，第一螺杆和第一螺母上均设有中心孔，第一螺杆套在中心管上并与环形电机转子上端固定，第一螺母套在第一螺杆上并与第一螺杆配合，第一螺母的上端设在中心管和外壳的流通孔之间形成循环控制阀，第一螺母外壁与外壳内壁之间通过花键配合，第一螺母只能轴向移动。

4.如权利要求3所述的一种压缩式井下防喷器，其特征在于：所述中心管的外壁和外壳的内壁在流通孔的上下两侧均设有密封圈，第一螺母的上端与所述密封圈接触并配合。

5.如权利要求3所述的一种压缩式井下防喷器，其特征在于：所述下传动机构包括第二螺杆、第二螺母和推杆，第二螺杆、第二螺母和推杆上均设有中心孔，第二螺杆套在中心管上并与环形电机转子下端固定，第二螺母套在第二螺杆上并与第二螺杆配合，推杆固定在第二螺母上并与压缩式胶筒连接，推杆外壁与外壳内壁之间通过花键配合，推杆只能轴向移动。

6.如权利要求5所述的一种压缩式井下防喷器，其特征在于：所述推杆通过剪切销钉和第二螺母连接。

7.如权利要求1所述的一种压缩式井下防喷器，其特征在于：所述压缩式胶筒包括从上到下依次套在中心管上并紧密接触的上支撑环、封隔胶筒、锥环和锁定卡瓦，锥环和锁定卡瓦的贴合面为相互配合的斜面。