CN210977360U - 文丘里充气装置及包含有该装置的钻井管汇 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种文丘里充气装置及包含有该装置的钻井管汇，包括：设置有第一闸阀的主管线和至少一个两端分别设置在所述第一闸阀两侧且与所述主管线连通的分支管线，所述分支管线包括开设有补充介质进入口的文氏管，所述分支管线在所述文氏管的两侧分别设置有第二闸阀和第三闸阀；本申请能够有效、可靠和便捷地吸收压力较低的气体、降低钻井高压液体管线中循环介质的密度，减少井漏现象，以达到为钻井中充气的目的。

Description

文丘里充气装置及包含有该装置的钻井管汇

技术领域

本申请涉及钻井勘探领域，具体涉及一种文丘里充气装置及包含有该装置的钻井管汇。

背景技术

钻井液是钻探过程中，孔内使用的循环冲洗介质。钻井液是钻井的血液，又称钻孔冲洗液。钻井液按组成成分可分为清水、泥浆、无粘土相冲洗液、乳状液、泡沫和压缩空气等。清水是使用最早的钻井液，无需处理，使用方便，适用于完整岩层和水源充足的地区。而泥浆则是广泛使用的钻井液，主要适用于松散、裂隙发育、易坍塌掉块、遇水膨胀剥落等孔壁不稳定岩层。

钻井液循环管汇(简称高压管汇)是用于高压喷射钻井的主要设备之一，它将泥浆泵排出的高压泥浆导入井内，清洗井底，携出岩屑，完成钻井工艺过程，并可配合固井等其它作业。但在实际钻井过程中，由于泥浆中往往含有体积较大的固体颗粒杂质，而循环管汇上又没有设置过滤装置，这就导致固体杂质往往会随泥浆进入井底，不仅影响清洗效果，还大幅降低了清洗效率。

在沙漠、山地、丘陵和干旱地区钻井时，经常遇到地层的孔隙压力太低，钻井循环介质漏进地层中的问题，为了解决这个问题，近几十年采用了往钻井泥浆中混入气体来循环介质，降低漏失的效果最为显著。但是，目前钻机设上配套的空气压缩机能力很低，一般只有1.0MPa左右的压力，仅具有往一百米左右井内充气的能力，因此，往更深的井中充气，必须增加压缩气体的压力，这就使得设备庞大和繁多、投资量大、操作和维护麻烦、作业成本大幅度增加。

实用新型内容

针对现有技术中的问题，本申请提供一种文丘里充气装置及包含有该装置的钻井管汇，能够有效、可靠和便捷地吸收压力较低的气体、降低钻井高压液体管线中循环介质的密度，减少井漏现象，以达到为钻井中充气的目的。

为解决上述技术问题，本申请提供以下技术方案：

第一方面，本申请提供一种文丘里充气装置，包括：设置有第一闸阀的主管线和至少一个两端分别设置在所述第一闸阀两侧且与所述主管线连通的分支管线，所述分支管线包括开设有补充介质进入口的文氏管，所述分支管线在所述文氏管的两侧分别设置有第二闸阀和第三闸阀。

进一步地，所述文氏管的补充介质进入口中设置有止回机构。

进一步地，还包括设置在所述主管线入口端的能够与钻井泥浆泵管线连接的上游接口和设置在所述主管线出口端的能够与输出管线连接的下游接口。

进一步地，所述分支管线还包括第一直管和第二直管，所述第一直管和所述第二直管的一端分别与所述主管线连通，另一端分别与所述文氏管的两端连通，所述第一直管上设置有所述第二闸阀，所述第二直管上设置有所述第三闸阀。

进一步地，所述第一直管与所述主管线所形成的靠近所述第一闸阀一侧的第一夹角为锐角。

进一步地，所述第一夹角的角度小于30度。

进一步地，所述第二直管与所述主管线所形成的靠近所述第一闸阀一侧的第二夹角为锐角。

进一步地，所述第二夹角的角度小于30度。

进一步地，包括两个文氏管尺寸不同的所述分支管线。

第二方面，本申请提供一种钻井管汇，包括：连接钻井泥浆泵的钻井泥浆泵管线、输出管线和如上述任一项所述的文丘里充气装置，所述钻井泥浆泵管线和所述输出管线通过所述文丘里充气装置连接。

由上述技术方案可知，本申请提供一种文丘里充气装置及包含有该装置的钻井管汇，通过在钻井高压液体管线上加接文丘里充气装置，通过文氏管的文丘里效应增加高压液体流速并造成管线内局部位置的真空或压力下降，以此从文氏管的补充介质进入口处吸入补充介质，例如吸入气体，进而与液体混合而成泡沫，降低循环介质的密度，以减少或消除井漏现象，达到向钻井中充气的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，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为本申请所述文丘里充气装置的结构示意图；

图2为本申请所述钻井管汇的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”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。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。

此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“套接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

考虑到在沙漠、山地、丘陵和干旱地区钻井时，经常遇到地层的孔隙压力太低，钻井循环介质漏进地层中的问题，为了解决这个问题，近几十年采用了往钻井泥浆中混入气体来循环介质，降低漏失的效果最为显著。但是，目前钻机设上配套的空气压缩机能力很低，一般只有1.0MPa左右的压力，仅具有往一百米左右井内充气的能力，因此，往更深的井中充气，必须增加压缩气体的压力，这就使得设备庞大和繁多、投资量大、操作和维护麻烦、作业成本大幅度增加，因此本申请提供了一种文丘里充气装置及包含有该装置的钻井管汇，以解决现有技术中存在的上述问题。

为了能够有效、可靠和便捷地吸收压力较低的气体、降低钻井高压液体管线中循环介质的密度，减少井漏现象，以达到为钻井中充气的目的，本申请提供一种文丘里充气装置的实施例，参见图1，本实施例中，所述文丘里充气装置具体包含设置有第一闸阀2的主管线1和至少一个两端分别设置在所述第一闸阀2两侧且与所述主管线1连通的分支管线3，所述分支管线3包括开设有补充介质进入口7的文氏管6，所述分支管线3在所述文氏管6的两侧分别设置有第二闸阀4和第三闸阀5。

可以理解的是，根据文丘里效应：当流体在文丘里管中流动时，在管道的最窄处，其速度因为流道面积减小而上升，压力下降，产生压差，这个压力差可对周围物体产生一个吸力，因此通过在所述文氏管6上开始一个补充介质进入口7，可以在所述分支管线3中有流体高速通过时，从所述补充介质进入口7中吸入补充介质，所述补充介质包括但不限于：气体、液体、粉末或颗粒状固体以及上述的混合物。

可选地，所述主管线1为正常工作状态下流体传输的管线，所述主管线1上设置有第一闸阀2，所述第一闸阀2用于控制所述主管线1的开通和闭合，本申请中对所述主管线1的形状和材质不做具体限定，对所述第一闸阀2的种类和型号也不作具体限定，通过现有技术能够实现即可。

可选地，所述分支管线3设置在所述主管线1的一侧，所述分支管线3的两端分别设置在所述第一闸阀2的两侧且与所述主管线1的侧壁连通，以使在所述主管线1上的第一闸阀2处于闭合状态的情况下，流入其中的流体可以从所述分支管线3的一端流入分支管线3，并从分支管线3的另一端流回主管线1。

可选地，所述分支管线3上设置有包括开设有补充介质进入口7的文氏管6，所述分支管线3在所述文氏管6的两侧分别设置有第二闸阀4和第三闸阀5，当所述主管线1上的第一闸阀2处于闭合状态且所述分支管线3上的第二闸阀4和第三闸阀5处于开通状态时，流体流入分支管线3中，在途径所述文氏管6的较窄流道时所述流体的流速提升，进而与外界产生压力差，补充介质即可从所述文氏管6的补充介质接入口出被吸入，并与所述流体混合。

具体地，在一个实施例中，所述流体为一种钻井循环介质，例如钻井泥浆，由于在沙漠、山地、丘陵和干旱地区钻井时的地层孔隙压力太低，向钻井内打入的钻井泥浆容易产生漏失现象，因此可以通过本申请的文氏管6吸入一种补充介质，例如气体，经过本申请的分支管线3后，气体与钻井泥浆混合产生大量泡沫，降低了钻井泥浆的介质密度，打入钻井后相当于为钻井进行充气，能够大大减少或彻底消除钻井漏失现象，提高了钻井开采的施工效率和安全性、可靠性。

从上述描述可知，根据本申请实施例提供的文丘里充气装置，通过在钻井高压液体管线上加接文丘里充气装置，通过文氏管6的文丘里效应增加高压液体流速并造成管线内局部位置的真空或压力下降，以此从文氏管6的补充介质进入口7处吸入补充介质，例如吸入气体，进而与液体混合而成泡沫，降低循环介质的密度，以减少或消除井漏现象，达到向钻井中充气的目的。

作为一种优选地实施方式，所述文氏管6的补充介质进入口7中设置有止回机构，所述止回机构能够确保流经所述文氏管6的流体不会从所述补充介质进入口7中流出，提高介质补充过程中的安全性和可靠性，可选地，本申请中的所述止回机构可以通过现有的止回机构实现，本申请对所述止回机构的具体结构不作具体限定。

作为一种优选地实施方式，还包括设置在所述主管线1入口端的能够与钻井泥浆泵管线连接的上游接口和设置在所述主管线1出口端的能够与输出管线11连接的下游接口，可选地，本申请的文丘里充气装置可以为一种可拆卸的装置，其主管线1的入口端通过设置一种能够实现连接的上游接口(例如螺纹连接、卡扣连接)与流体的供应端(例如钻井泥浆泵管线)连接，其主管线1的出口端通过设置一种能够实现连接的下游接口(例如螺纹连接、卡扣连接)与流体的接收端(例如输出管线11)连接，通过本申请可拆卸的所述文丘里充气装置，可以根据实际生产中的需要将所述文丘里充气装置设置在合适的位置处，具体来说，当钻井泥浆通过钻井泥浆管线流入钻井内时，随着钻井深度的增加，其所处自然环境的大气压力会随深度产生明显变化，因此为了确保文氏管6的充气效果，需将所述文丘里充气装置设置在一个合适的钻井深度处，通过本申请可拆卸的文丘里充气装置能够实现上述效果，进而提高充气效率。

作为一种优选地实施方式，所述分支管线3还包括第一直管8和第二直管9，所述第一直管8和所述第二直管9的一端分别与所述主管线1连通，另一端分别与所述文氏管6的两端连通，所述第一直管8上设置有所述第二闸阀4，所述第二直管9上设置有所述第三闸阀5，可选地，所述分支管线3可以具体为与靠近主管线1入口端的主管线1侧壁连通的第一直管8和与靠近主管线1出口端的主管线1侧壁连通的第二直管9，所述第一直管8与所述第二直管9通过所述文氏管6连接，所述第一直管8和所述第二直管9可以为直线型管状结构，以减少流体在流经第一直管8和第二直管9时产生的阻力，提高流体的流通效率。

作为一种优选地实施方式，所述第一直管8与所述主管线1所形成的靠近所述第一闸阀2一侧的第一夹角81为锐角，优选地，所述第一夹角81的角度小于30度；所述第二直管9与所述主管线1所形成的靠近所述第一闸阀2一侧的第二夹角91为锐角，优选地，所述第二夹角91的角度小于30度，可以理解的是，通过将第一夹角81和第二夹角91设置为锐角，能够减小流体在流经第一夹角81和第二夹角91时不可避免的所产生的阻力，以提高流体的流通效率，在本申请的一个优选地实施例中，所述第一夹角81和所述第二夹角91的角度可以为小于30度，也可以根据实际情况调整为其他角度，以起到最佳流通效果。

作为一种优选地实施方式，包括两个文氏管6尺寸不同的所述分支管线3，可理解的是，当钻井泥浆通过钻井泥浆管线流入钻井内时，随着钻井深度的增加，其所处自然环境的大气压力会随深度产生明显变化，由于文氏管6的充气速率与其具体尺寸具有直接关系，例如文氏管6内通道的宽窄程度和补充介质进入口7的直径大小，考虑到随着钻井深度的不断加深，管线内的静液柱压力会随之加大，导致原本正常工作的文氏管6的充气效率降低，不能够满足充气需求，因此为了确保文氏管6的充气效果，可以在本申请的文丘里充气装置上设置两个文氏管6尺寸不同(即通道的宽窄程度不同和/或补充介质进入口7的直径大小不同)的分支管线，以根据实际压力情况选择能够满足充气需求的分支管线。

具体地，在本申请的一个实施例中，设置有分别与主管线1连通的第一分支管线和第二分支管线，所述第一分支管线上设置有第一文氏管、第二闸阀和第三闸阀，所述第二分支管线上设置有第二文氏管、第四闸阀和第五闸阀，其中，所述第二文氏管与所述第一文氏管的尺寸不同(例如第二文氏管的通道更窄且补充介质进入口更大)，所述第一分支管线和所述第二分支管线可以呈平行六边形设置，以使流道的拐角尽可能小，减小流体的能量损失和对管线的冲蚀作用；当主管线1上的第一闸阀处于闭合状态时，根据当前的实际压力情况，选择第一分支管线进行充气，具体为关闭第二分支管线上的第四闸阀和第五闸阀，开通第一分支管线上的第二闸阀和第三闸阀，此时流体流经第一分支管线，并经由第一分支管线上的第一文氏管充气；当当前的实际压力情况发生变化导致第一分支管线的充气效果不佳时，可以选择第二分支管线进行充气，具体为关闭第一分支管线上的第二闸阀和第三闸阀，开通第二分支管线上的第四闸阀和第五闸阀，此时流体流经第二分支管线，并经由第二分支管线上的第二文氏管充气，由于第二文氏管的通道更窄且补充介质进入口更大，因此具有更强的充气能力，以此满足实际充气需要；本申请通过设置两个以上的具有不同尺寸的文氏管的分支管线，以适应不同的实际生产压力，确保文丘里充气装置的充气效果。

为了能够有效、可靠和便捷地吸收压力较低的气体、降低钻井高压液体管线中循环介质的密度，减少井漏现象，以达到为钻井中充气的目的，本申请提供一种包含有所述文丘里充气装置的钻井管汇的实施例，参见图2，本实施例中，所述钻井管汇具体包含连接钻井泥浆泵10的钻井泥浆泵管线、输出管线11和上述文丘里充气装置，所述钻井泥浆泵管线和所述输出管线11通过所述文丘里充气装置连接。

具体地，在一个实施例中，常规钻机上配备两台最大压力为1.2MPa、排量55升/秒的空气压缩机，通常仅需要一台工作，也就是说，至少有55升/秒的额外供气能力，但是，具有这个压力的气体只能充入120米或更浅装满清水的井筒中，对于更深的井，气体的压力太低，顶不动井筒的液体，不能建立循环。钻机上还配备2-3台钻机泥浆泵10，其最大工作压力为35MPa、最大排量为46.6升/秒，而实际上仅需要20MPa或更低的压力，这样，剩余的压力能量可以用来加速液体流动，连接钻井泥浆泵10的钻井泥浆泵管线与本申请的文丘里充气装置的输入口连接，即与本申请的文丘里充气装置的主管线1连接，此时闭合所述主管线1上的第一闸阀2，开通分支管线3上的第二闸阀4和第三闸阀5，泥浆液体流经所述分支管线3上的文氏管6时产生局部压降，当文丘里管内的压力小于1.2MPa时，就会有气体通过文氏管6上的补充介质进入口7充入，混入高速运动的泥浆液流中形成泡沫并从分支管线3流出，流入输出管线11直达井底，然后返到地面时逐渐膨胀，进而降低了井筒流体的压力，降低漏失的严重程度或消除漏失现象。

从上述描述可知，根据本申请实施例提供的钻井管汇，通过在钻井高压液体管线上加接文丘里充气装置，通过文氏管的文丘里效应增加高压液体流速并造成管线内局部位置的真空或压力下降，以此从文氏管的补充介质进入口处吸入补充介质，例如吸入气体，进而与液体混合而成泡沫，降低循环介质的密度，以减少或消除井漏现象，达到向钻井中充气的目的。

以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，并非用以限定本实用新型的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。

Claims (10)

1.一种文丘里充气装置，其特征在于，包括：设置有第一闸阀的主管线和至少一个两端分别设置在所述第一闸阀两侧且与所述主管线连通的分支管线，所述分支管线包括开设有补充介质进入口的文氏管，所述分支管线在所述文氏管的两侧分别设置有第二闸阀和第三闸阀。

2.根据权利要求1所述的文丘里充气装置，其特征在于，所述文氏管的补充介质进入口中设置有止回机构。

3.根据权利要求1所述的文丘里充气装置，其特征在于，还包括设置在所述主管线入口端的能够与钻井泥浆泵管线连接的上游接口和设置在所述主管线出口端的能够与输出管线连接的下游接口。

4.根据权利要求3所述的文丘里充气装置，其特征在于，所述分支管线还包括第一直管和第二直管，所述第一直管和所述第二直管的一端分别与所述主管线连通，另一端分别与所述文氏管的两端连通，所述第一直管上设置有所述第二闸阀，所述第二直管上设置有所述第三闸阀。

5.根据权利要求4所述的文丘里充气装置，其特征在于，所述第一直管与所述主管线所形成的靠近所述第一闸阀一侧的第一夹角为锐角。

6.根据权利要求5所述的文丘里充气装置，其特征在于，所述第一夹角的角度小于30度。

7.根据权利要求4所述的文丘里充气装置，其特征在于，所述第二直管与所述主管线所形成的靠近所述第一闸阀一侧的第二夹角为锐角。

8.根据权利要求7所述的文丘里充气装置，其特征在于，所述第二夹角的角度小于30度。

9.根据权利要求1所述的文丘里充气装置，其特征在于，包括两个文氏管尺寸不同的所述分支管线。

10.一种钻井管汇，其特征在于，包括：连接钻井泥浆泵的钻井泥浆泵管线、输出管线和如权利要求1-9任一项所述的文丘里充气装置，所述钻井泥浆泵管线和所述输出管线通过所述文丘里充气装置连接。

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