CN210483652U - 一种真空度可调式井口可燃气体抽吸机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种真空度可调式井口可燃气体抽吸机构，所述助排机构包括：同轴的基础法兰、注气壳体、中芯公管和上芯管，其中，基础法兰左侧、上芯管右侧分别与上、下游硬管线连接；注气壳体的右侧部的内圆周设置有第一螺纹；中芯公管包括设置有与第一螺纹配合的第二螺纹的左侧部和形成在其左侧外壁上的内圆锥面，内圆锥面能与外圆锥面配合以形成可调节的喷射通道，从而通过中芯公管的左右移动相应实现喷射通道的关闭或打开。本实用新型能够解决地层出少量天然气条件下气体钻井敞井作业时的安全难题，显著提高含气层段气体钻井敞井作业安全性，也能应用于常规正循环或反循环气体钻井，从而有效降低直角转弯处的局部损失，使地表排砂过程更加顺畅。

Description

一种真空度可调式井口可燃气体抽吸机构

技术领域

本实用新型涉及油气钻井(钻探)工程技术领域，更进一步讲，涉及一种钻井用排砂管汇设备，其可用于地层出少量天然气条件下实施氮气抽吸安全作业，也可用于正循环或者反循环钻井时降低地表排砂管汇的排砂阻力，提高排砂效果。

背景技术

通常，气体钻井技术具有提速、治漏及保护储层等优势，近年来在川渝、新疆、青海等油气区块得到了广泛应用，同比常规钻井提速3倍以上。难钻性差的含气层段采用气体钻井提速愈发普遍；然而，一旦钻遇地层出少量天然气时(≤10000m³/d)，循环介质转换为惰性气体氮气以避免井下燃爆事故发生，但常常因为缺少环形防喷器、钻具尺寸大无法通过旋转控制头总成等原因，在起下钻、更换胶芯等敞井作业时，存在天然气可能溢出井口，带来了较大安全隐患。

现阶段没有解决地层出少量天然气条件下进行“起下钻、更换胶芯”等敞井作业时天然气溢出井口这一难题的有效措施，当前主要通过开启钻台上下防爆排风扇吹散可能溢出的天然气，防止其聚集。此处理方法存在诸多不足：

①属被动控制措施，不能从根本上阻止天然气溢出井口，而仅能通过排风扇吹散可能溢出的天然气；

②尽管防爆排风扇能够吹散溢出天然气，避免聚集，但钻台、井口操作人员仍需直接面对可能溢出的天然气，存在较大安全隐患，尤其进行敲击作业；

③因无法确保现场作业安全，在钻遇地层出少量天然气时(≤10000m³/d)，常常被迫提前终止气体钻井作业，不利于提速优势发挥。

实用新型内容

本实用新型的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项。

例如，本实用新型的目的之一在于解决地层出少量天然气条件下气体钻井敞井作业时的安全问题。本实用新型的另一目的在于可用于解决常规正循环或反循环气体钻井时(特别是反循环钻井)，由于地表排砂通道存在多处直角转弯的地方，而导致局部损失很大，进而影响排砂效果的问题。

为了实现上述目的中至少一项，本实用新型提供了一种真空度可调式井口可燃气体抽吸机构，所述抽吸助排机构包括：同轴设置的基础法兰、注气壳体、中芯公管和上芯管，其中，基础法兰具有能够与排砂管线的上游硬管线连接的左侧部，具有外圆锥面的右侧部，以及沿径向向外凸出的外突出部；注气壳体包括具有第一内径的左侧部、具有第二内径的右侧部和一个或两个以上的注气接头，其中，所述第一内径大于所述第二内径，所述注气壳体的左侧部通过防转动构件与所述基础法兰的外突出部紧固连接，所述注气壳体的右侧部的内圆周设置有第一螺纹，所述注气接头能够将所述第一内径所对应的空间与外部气体连通；中芯公管包括插入上芯管的左侧并且通过第一密封件与上芯管的内圆周壁紧密接触的右侧部，具有第二螺纹的左侧部，以及形成在中芯公管的所述左侧部的内圆周上内圆锥面，其中，所述第二螺纹设置在中芯公管的外壁上且能够与所述第一螺纹配合，以对应于中芯公管的绕轴转动实现中芯公管相对于注气壳体的向左或向右移动，所述内圆锥面能够与所述基础法兰的右侧部的外圆锥面相互配合以形成与所述注气接头连通的可调节的喷射通道，从而对应于中芯公管的所述向左或向右移动相应实现喷射通道的关闭或打开；上芯管具有能够与排砂管线的下游硬管线连接的右侧部。

在本实用新型的一个示例性实施例中，所述抽吸助排机构还可包括上芯管法兰，所述上芯管法兰能够将上芯管的所述右侧部与排砂管线的下游硬管线连接。

在本实用新型的一个示例性实施例中，所述抽吸助排机构还可包括上芯管卡接件，所述上芯管卡接件能够将中芯公管的右侧部与上芯管卡紧并限制上芯管与中芯公管之间的轴向位移。

在本实用新型的一个示例性实施例中，所述中芯公管还可包括设置在中芯公管的所述左侧部上且位于所述第二螺纹左侧的沿径向向外凸出的外凸圆周部，以提高所述第一螺纹与所述第二螺纹配合的密封性。此外，所述抽吸助排机构还可包括设置在注气壳体的所述右侧部与中芯公管的所述外凸圆周部之间的第二密封件。

在本实用新型的一个示例性实施例中，所述第一密封件可包括相互配合的密封圈与密封槽，所述第二密封件可包括相互配合的密封圈与密封槽。

在本实用新型的一个示例性实施例中，所述注气壳体的左侧部可通过可拆卸的防转动构件与所述基础法兰的外突出部紧固连接。

在本实用新型的一个示例性实施例中，所述中芯公管还可包括能够在外力作用下使中芯公管实现所述绕轴转动的回转配合部。此外，所述回转配合部可设置在中芯公管的位于所述上芯管的左侧与注气壳体的所述右侧部之间的外壁上。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果包括以下内容中的一项或多项：

(1)能够解决地层出少量天然气条件下气体钻井敞井作业时的安全难题，显著提高含气层段气体钻井敞井作业安全性，延长气体钻井进尺，有利于气体钻井提速优势发挥，填补地层出少量天然气时气体钻井敞井作业安全工艺措施的空白；

(2)能够应用于常规正循环或反循环气体钻井(特别是反循环钻井)，从而有效降低直角转弯处的局部损失，使地表排砂过程更加顺畅。

附图说明

图1a示出了本实用新型的真空度可调式井口可燃气体抽吸机构的一个示例性实施例沿轴向的剖面结构示意图；

图1b示出了图1a中的I的局部放大示意图；

图2示出了本实用新型的种真空度可调式井口可燃气体抽吸机构的一个示例性实施例的外观示意图；

图3a示出了本实用新型的真空度可调式井口可燃气体抽吸机构的一个示例性实施例处于关闭状态的剖面结构示意图；

图3b示出了图3a中的N的局部放大示意图。

附图标记说明：

A＇1-基础法兰、A＇2-注气接头、A＇3-上芯管、A＇4-上芯管法兰、A＇5-上芯管卡环、A＇6-中芯管(公)、A＇7-注气壳体、A＇8-内六角螺钉、以及A＇9-上芯管卡环紧定螺栓。

具体实施方式

在下文中，将结合附图和示例性实施例来详细说明本实用新型的真空度可调式井口可燃气体抽吸机构。

在本实用新型的一个示例性实施例中，真空度可调式井口可燃气体抽吸机构包括：同轴设置的基础法兰、注气壳体、中芯公管和上芯管。

基础法兰的左侧能够与排砂管线的上游硬管线连接。基础法兰的左侧可与上游硬管线通过法兰连接或卡箍连接。基础法兰的右侧的外壁设置有外圆锥面。例如，基础法兰的管体的右侧端部的外壁呈沿轴向具有预定宽度的圆锥台曲面。基础法兰还具有沿径向向外凸出的外突出部。例如，基础法兰的外突出部可以呈类凸缘状。

注气壳体可包括具有第一内径的左侧、具有第二内径的右侧和一个或两个以上的注气接头。其中，第一内径大于第二内径，例如，第一内径可以比第二内径大大约1/4至1/5。注气壳体的左侧通过防转动构件与基础法兰的外突出部紧固连接。防转动构件能够限制注气壳体与基础法兰之间的相对转动。例如，防转动构件可以为内多角螺钉，然而本实用新型不限于此。此外，这里的防转动构件还可具有便于人为拆卸的结构，从而在需要更换不同规格的喷射法兰时便于拆卸操作。注气壳体的右侧的内圆周壁设置有第一螺纹。例如，注气壳体的右侧端部的内圆周壁可设置有沿轴向具有预定宽度的第一螺纹。注气接头能够将第一内径所对应的空间与外部气体连通。例如，注气接头可通过注气壳体的内部空间与喷射通道连通，也可直接与喷射通道连通，以便将外部气体通过喷射通道喷射入主体管线中。注气接头可通过螺纹连接方式设置在注气壳体上，也可通过一直铸造实现连接。外部气体可通过高压气泵或加压风机提供。例如，注气接头可贯穿设置在注气壳体的左侧。

中芯公管的右侧可插入上芯管的左侧，并且通过第一密封件与上芯管的内圆周壁紧密接触。第一密封件可以由相互配合的密封圈与密封槽构成，然而，本实用新型不限于此，其它能够实现有效密封作用的构件亦可。中芯公管的左侧的外圆周壁上可设置有能够与注气壳体的第一螺纹配合的第二螺纹。第一螺纹和第二螺纹可紧密配合，以使中芯公管通过外力作用下的绕轴转动实现相对于注气壳体的向左移动或向右移动，即沿轴线方向的左右移动。中芯公管还具有形成在其左侧的内圆周壁上内圆锥面。例如，中芯公管的管体的左侧端部的内壁呈沿轴向具有预定宽度的圆锥台曲面。中芯公管的内圆锥面能够与基础法兰的外圆锥面配合，以形成可调节的喷射通道。喷射通道与注气接头连通。例如，喷射通道可以呈尺寸可调节的圆环带。例如，随着中芯公管在外力作用下顺时针或逆时针绕轴转动，其在第一螺纹和第二螺纹的配合下将向左或向右移动，进而相应实现对喷射通道尺寸的调节，甚至于当中芯公管的内圆锥面完全接触基础法兰的外圆锥面时，实现关闭喷射通道。

上芯管具有能够与排砂管线的下游硬管线连接的右侧部。例如，上芯管的右侧可与下游硬管线通过法兰连接或卡箍连接。

在本实用新型的另一个示例性实施例中，抽吸助排机构还可在上述示例性实施例的结构基础上进一步包括上芯管法兰。上芯管法兰便于将上芯管的右侧与排砂管线的下游硬管线连接。此外，抽吸助排机构还可包括气体压缩装置。气体压缩装置的出气口可与注气壳体的注气接头连接。

在本实用新型的另一个示例性实施例中，抽吸助排机构还可在上述示例性实施例的结构基础上进一步包括上芯管卡接件。上芯管卡接件能够将中芯公管的右侧与上芯管卡紧，并限制上芯管与中芯公管之间的轴向位移，从而能够更加有效地确保上芯管与中芯公管的密封效果，避免因中芯公管的左右移动而导致中芯公管与上芯管的密封不牢固。然而，本实用新型不限于此，例如，可以通过合理设置第一密封件的结构、或者中芯公管的右侧与上芯管的左侧之间的重合方式和重合尺度来确保上芯管与中芯公管的密封效果，进而避免因中芯公管的左右移动而导致中芯公管与上芯管的密封不牢固。

在本实用新型的另一个示例性实施例的抽吸助排机构中，所述中芯公管还可包括设置在中芯公管的左侧部上且位于中芯公管的第二螺纹左侧的外凸圆周部，以进一步提高注气壳体的第一螺纹与中芯公管的第二螺纹配合的密封性。这里，中芯公管的外凸圆周部可以为沿中芯公管的径向向外凸出的圆环带，例如，可以呈类凸缘状。此外，还可以进一步在注气壳体的设置有第一螺纹的右侧与中芯公管的外凸缘之间设置第二密封件，从而进一步确保密封效果。第二密封件可以由相互配合的密封圈与密封槽构成，然而，本实用新型不限于此，其它能够实现有效密封作用的构件亦可。

在本实用新型的另一个示例性实施例的抽吸助排机构中，所述中芯公管还可进一步包括能够在外力作用下使中芯公管实现绕其中心轴转动的回转配合部。这里，回转配合部可设置在中芯公管的位于上芯管的左侧与注气壳体的右侧之间的外壁上。例如，回转配合部可以为设置在中芯公管的外壁上位于上芯管与注气壳体之间的位置处的一个或多个回转孔。通过设置回转配合部可以更加方便地对中芯公管进行转动操作。然而，本实用新型不限于此，例如，可以通过夹具等对中芯公管进行转动操作，或者也可在上芯管与中芯公管固定紧密配合的情况下，通过上芯管来转动中芯公管。

本实用新型的真空度可调式井口可燃气体抽吸机构可以安装在井口、管线直角转弯下游等位置，其产生的抽吸作用可将井口流体(如天然气等可燃气体或气固混合相、气液固混合相等多相流体等)吸至排砂管汇内，也可大幅降低直角转弯对流体造成的局部损失。

图1a示出了本实用新型的真空度可调式井口可燃气体抽吸机构的一个示例性实施例沿轴向的剖面结构示意图；图1b示出了图1a中的I的局部放大示意图。图2示出了本实用新型的种真空度可调式井口可燃气体抽吸机构的一个示例性实施例的外观示意图。

如图1a、图1b和图2所示，在本实用新型的一个示例性实施例中，真空度可调式井口可燃气体抽吸机构A＇可包括以下部件：基础法兰A＇1、注气接头A＇2、上芯管A＇3、上芯管法兰A＇4、上芯管卡环A＇5、中芯管(公) A＇6、注气壳体A＇7、内六角螺钉A＇8、以及上芯管卡环紧定螺栓A＇9 (图2中示出)。

上芯管法兰A＇4与上芯管A＇3之间通过螺纹连接，也可以通过焊接的方式连接，还可以将上芯管法兰A＇4和上芯管A＇3作为一个整体加工件。上芯管法兰A＇4用来与下游硬管线连接，可以是法兰连接，也可以是卡箍连接。基础法兰A＇1左侧，与上游硬管线连接，可以是法兰连接，也可以是卡箍连接。基础法兰A＇1的右侧通过一组内六角螺钉A＇8与注气壳体A＇ 7紧固。注气壳体A＇7径向开一组孔(数量不限)，并通过螺纹连接的方式与注气接头A＇2连接。中芯管(公)A＇6外圆柱面(大径)设有螺纹。中芯管(公)A＇6通过螺纹与注气壳体A＇7连接。旋转中芯管(公)A＇6，在螺纹约束配合的作用下，中芯管(公)A＇6的左侧的一部分会在注气壳体 A＇7内左右移动。中芯管(公)A＇6左侧挂入注气壳体A＇7中。上芯管卡环A＇5有一组(2个)，通过上芯管卡环紧定螺栓A＇9相互拉紧。中芯管(公) A＇6和上芯管A＇3通过上芯管卡环A＇5限制相互之间的轴向位移。中芯管(公)A＇6左侧的内圆锥面和基础法兰A＇1右侧的外圆锥面之间的环形间隙即本机构的喷射通道。

当真空度可调式井口可燃气体抽吸机构A＇左右两端固定时(即基础法兰A＇1左侧与上游硬管线连接，上芯管法兰A＇4与下游硬管线连接)，所有部件中只有中芯管(公)A＇6为活动件。旋转中芯管(公)A＇6，在螺纹的作用下，中芯管(公)A＇6可左右移动，其移动距离可根据需求进行设计。当中芯管(公)A＇6向左移动到尽头时，中芯管(公)A＇6左侧的内圆锥面和基础法兰A＇1右侧的外圆锥面接触，从而关闭喷射通道；当中芯管(公) A＇6向右移动时，可逐渐打开喷射通道。即使在工作状态时，喷射通道也可以通过旋转中芯管(公)A＇6的方式随时调整，无需拆卸更换其它零部件，无需停工等待。图1a和图1b示出了真空度可调式井口可燃气体抽吸机构的喷射通道的打开状态。图3a和图3b示出了真空度可调式井口可燃气体抽吸机构的喷射通道的关闭状态。

注气壳体A＇7上的注气接头A＇2的数量，可根据所需气量大小来选择。气量大时，注气接头A＇2数量适当增加；气量小时，可封堵多余的注气接头A＇2。高压气体通过注气接头A＇2注入到注气壳体A＇7内部，并通过中芯管(公)A＇6左侧的内圆锥面和基础法兰A＇1右侧的外圆锥面之间的环形间隙(喷射通道)高速喷射至主通道中。高速气流的引射和卷吸作用使基础法兰A＇1附近产生负压，从而抽吸上游流体，同时降低上游流体的流动阻力。当真空度可调式井口可燃气体抽吸机构A＇安装在井口附近时，可用于抽吸井口附近的流体(可燃气体、钻井循环流体等)避免溢出井口；当 A＇真空度可调式井口可燃气体抽吸机构安装在直角弯头下游时，可用于降低流体流经该直角弯头时的局部损失，使流动更顺畅。

综上所述，本实用新型的真空度可调式井口可燃气体抽吸机构可具有以下特点：

(1)可单独使用，也可与气体钻井管汇用径向方位角无级调角机构(授权公告号：CN106437579B)、气体钻井管线万向调整短节(授权公告号： CN206220883U)、行星式气体钻井管汇用转向机构(CN207377518U)中的一种或多种设备配合使用，组成功能更为完善的管汇系统；

(2)通过对本实用新型的真空度可调式井口可燃气体抽吸机构进行不同数量、不同位置的综合应用，可实现对井口流体(除包含前述可燃气体外，还包含钻井过程中返排到地表的多相流体)的有效抽吸，将井口流体(如可燃气体：天然气；如多相流体：气固、气液固等)吸至排砂管汇内，并在地表排砂管汇流动输送过程中大幅降低局部损失；

(3)可以为本实用新型的真空度可调式井口可燃气体抽吸机构单独接入注气管线，从而能够通过调整气量来调整该机构的抽吸能力；

(4)本实用新型的真空度可调式井口可燃气体抽吸机构能够提高在地层出少量天然气条件下进行“起下钻、更换胶芯”等敞井口作业时的安全性，消除了井筒可燃气体(如：天然气等)溢出井口后可能引发的安全风险问题，提高了含气层段气体钻井作业安全性，更利于气体钻井提速优势发挥。

尽管上面已经结合示例性实施例及附图描述了本实用新型，但是本领域普通技术人员应该清楚，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，可以对上述实施例进行各种修改。

Claims (10)

1.一种真空度可调式井口可燃气体抽吸机构，其特征在于，所述抽吸助排机构包括：同轴设置的基础法兰、注气壳体、中芯公管和上芯管，其中，

基础法兰具有能够与排砂管线的上游硬管线连接的左侧部，具有外圆锥面的右侧部，以及沿径向向外凸出的外突出部；

注气壳体包括具有第一内径的左侧部、具有第二内径的右侧部和一个或两个以上的注气接头，其中，所述第一内径大于所述第二内径，所述注气壳体的左侧部通过防转动构件与所述基础法兰的外突出部紧固连接，所述注气壳体的右侧部的内圆周设置有第一螺纹，所述注气接头能够将所述第一内径所对应的空间与外部气体连通；

中芯公管包括插入上芯管的左侧并且通过第一密封件与上芯管的内圆周壁紧密接触的右侧部，具有第二螺纹的左侧部，以及形成在中芯公管的所述左侧部的内圆周上内圆锥面，其中，所述第二螺纹设置在中芯公管的外壁上且能够与所述第一螺纹配合，以对应于中芯公管的绕轴转动实现中芯公管相对于注气壳体的向左或向右移动，所述内圆锥面能够与所述基础法兰的右侧部的外圆锥面相互配合以形成与所述注气接头连通的可调节的喷射通道，从而对应于中芯公管的所述向左或向右移动相应实现喷射通道的关闭或打开；

上芯管具有能够与排砂管线的下游硬管线连接的右侧部。

2.根据权利要求1所述的真空度可调式井口可燃气体抽吸机构，其特征在于，所述抽吸助排机构还包括上芯管法兰，所述上芯管法兰能够将上芯管的所述右侧部与排砂管线的下游硬管线连接。

3.根据权利要求1所述的真空度可调式井口可燃气体抽吸机构，其特征在于，所述抽吸助排机构还包括上芯管卡接件，所述上芯管卡接件能够将中芯公管的右侧部与上芯管卡紧并限制上芯管与中芯公管之间的轴向位移。

4.根据权利要求1所述的真空度可调式井口可燃气体抽吸机构，其特征在于，所述中芯公管还包括设置在中芯公管的所述左侧部上且位于所述第二螺纹左侧的沿径向向外凸出的外凸圆周部，以提高所述第一螺纹与所述第二螺纹配合的密封性。

5.根据权利要求4所述的真空度可调式井口可燃气体抽吸机构，其特征在于，所述抽吸助排机构还包括设置在注气壳体的所述右侧部与中芯公管的所述外凸圆周部之间的第二密封件。

6.根据权利要求5所述的真空度可调式井口可燃气体抽吸机构，其特征在于，所述第一密封件包括相互配合的密封圈与密封槽，所述第二密封件包括相互配合的密封圈与密封槽。

7.根据权利要求1所述的真空度可调式井口可燃气体抽吸机构，其特征在于，所述第一密封件包括相互配合的密封圈与密封槽。

8.根据权利要求1所述的真空度可调式井口可燃气体抽吸机构，其特征在于，所述注气壳体的左侧部通过可拆卸的防转动构件与所述基础法兰的外突出部紧固连接。

9.根据权利要求1所述的真空度可调式井口可燃气体抽吸机构，其特征在于，所述中芯公管还包括能够在外力作用下使中芯公管实现所述绕轴转动的回转配合部。

10.根据权利要求9所述的真空度可调式井口可燃气体抽吸机构，其特征在于，所述回转配合部设置在中芯公管的位于所述上芯管的左侧与注气壳体的所述右侧部之间的外壁上。

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