CN212614623U - 一种石油钻井防喷结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种石油钻井防喷结构，包括管腔本体和设置在管腔本体下端的连接法兰，以及设在管腔本体顶部的盖体，以及活塞本体；本方案在管腔本体设置了一个可排放液压液体的泄压管，泄压管内置密封塞，然后利用管柱或井筒内的压强通过传动机构（活塞块和推杆）将密封塞顶出，使得液压液体可以流出，从而实现管柱或井筒与导通口接通，实现管柱或井筒的打开，避免炸缸。

Description

一种石油钻井防喷结构

技术领域

本实用新型涉及石油钻井领域，具体涉及一种石油钻井防喷结构。

背景技术

在石油天然气钻井施工中，为安全的钻过高压油、气层并避免发生钻井井喷失控事故，需要在钻井的井口上安装一套设备—钻井井控装置。当井筒内的压力小于地层压力时，井下地层中的油、气、水进入井筒并形成溢流或井涌，严重时可发生钻井井喷和着火事故。钻井井控装置的作用就是当井内出现溢流、井涌时可快速及时关闭井口，防止井喷事故的发生。钻井井控装置主要包括：防喷器、四通、远程控制台、司钻操作台、节流压井放喷管汇等。钻井井控装置必须满足钻井工艺的要求，安全可靠、操作方便，并能快速关闭和开启井口。既能在钻机的司钻操作台上控制，又可在远离井口的远程控制台上操作。装置要具有一定的耐压能力，可实现有控制的放喷、压井和进行起下钻具的操作。安装旋转防喷器后，还可在不压井的情况下进行钻进作业。

钻井防喷器一般可分为单闸板、双闸板、万能（环形）和旋转防喷器等几种。根据所钻地层和钻井工艺的要求，也可将几个防喷器组合同时使用。现有钻井防喷器的尺寸共15个规格，尺寸的选择取决于钻井设计中的套管尺寸，即钻井防喷器的公称通径尺寸，必须略大于再次下入套管接箍的外径。防喷器的压力从3.5～175兆帕共9个压力等级，选用的原则由关井时所承受的最大井口压力来决定。在海上使用钻井浮船和半潜式钻井平台钻井时，因钻井浮船和平台是在漂浮状态下工作的，钻井井口和海底井口之间会发生相对运动，必须装有可伸缩和弯曲的特殊部件，但这些部件因不能承受井喷关井或反循环作业时的高压，因此要将钻井防喷器安放在可伸缩和弯曲的部件之下，即要装在几十米至几百米深的海底，我们将它称之为海底井口装置。

传统防喷器其动作原理都是通过液压的进油出油的相互切换实现闸板或者是活塞的运动，无法根据管柱内的气压进行调节，因此容易出现防喷器炸缸现象。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种石油钻井防喷结构，可利用管柱或钻井内的气压进行自动调节，当超过阈值时可完成密封泄压，从而避免炸缸。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种石油钻井防喷结构，包括：

管腔本体和设置在管腔本体下端的连接法兰，以及设在管腔本体顶部的盖体；

所述管腔本体由上往下依次分为活动腔、密封腔和对接腔，所述对接腔通过连接法兰与管柱或井筒连接；

所述密封腔外侧壁由上往下依次设置有至少一个液压进液管、泄压管、导通口；

所述密封腔与对接腔之间设置有一圈调压腔，调压腔与对接腔之间设置有预设阈值的阀门，所述调压腔内圈形成密封腔和对接腔的对接口；

所述管腔本体外侧壁设置有至少一个与调压腔导通的调节腔，所述调节腔内设置一活塞块，活塞块连接一推杆，推杆由调节腔内向上伸出，其顶部固定一个密封塞，所述密封塞垂直插入泄压管内完成密封；

所述密封腔内插入一个活塞本体，所述活塞本体在液压作用下向下堵住所述对接口，用于阻断导通口与对接腔完成管柱或井筒密封。

本方案利用管柱或井筒内的气压顶开阀门，使得管柱或井筒与调节腔，如持续升压，则调节腔内的活塞块会向上顶起，从而通过推杆将密封塞从泄压管中顶出，使得密封腔内的液体可以通过泄压管流出，当液体流出后密封腔内压强下降使得活塞本体在管柱或井筒的压强下向上顶起，从而使得管柱或井筒与导通口连通，而导通口与大气导通，从而实现管柱或井筒内泄压避免炸缸。

进一步的，所述活塞本体由导杆、活塞和堵头组成，所述导杆固定在活塞上方，堵头设置在活塞下方，所述导杆与活动腔和密封腔的交接处形成密封并伸入活动腔内，活塞与密封腔侧壁之间形成液压腔，所述液压进液管和泄压管与液压腔导通，所述导通口位于液压腔下方。

进一步的，所述活塞下方与调压腔外壁顶部之间设置有复位弹簧，使得初始状态下，对接口处于开口状态。

进一步的，所述堵头设计为球状。

进一步的，所述泄压管由水平管段和垂直管段组成，所述水平管段一端伸入密封腔内，其另一端与垂直管段导通，所述密封塞设置在垂直管段内完成水平管段密封。

进一步的，所述密封塞为柱状，其形状与所述垂直管段内腔吻合，所述推杆与密封塞之间通过一段直径小于垂直管段内腔直径的顶杆连接。

进一步的，所述管腔本体为一段端面为圆形的金属管。

本实用新型的有益效果是：和传统的模式相比，本方案不是利用液压进液和出液循环完成活塞本体的移动，而是设置了一个可排放液压液体的泄压管，泄压管内置密封塞，然后利用管柱或井筒内的压强通过传动机构（活塞块和推杆）将密封塞顶出，使得液压液体可以流出，从而实现管柱或井筒与导通口接通，实现管柱或井筒的打开，避免炸缸。

附图说明

图1是本实用新型俯视图；

图2是本实用新型剖面图；

图3是管腔本体结构示意图；

图4是活塞本体结构示意图；

图5是封闭井口状态示意图；

图6是开始泄压平衡状态示意图；

图7是泄压完成后状态示意图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本实用新型的技术方案，但本实用新型的保护范围不局限于以下所述。

如图1和图2所示，管腔本体1和设置在管腔本体1下端的连接法兰2，以及设在管腔本体1顶部的盖体3，以及活塞本体4。其中，管腔本体1为一段端面为圆形的金属管，管腔本体1和连接法兰2采用一体成型工艺制成，盖体3通过焊接、螺纹连接或者是螺栓连接的方式固定在管腔本体1顶部。

在一个方面，参考图2所示，管腔本体1由上往下依次分为活动腔11、密封腔12和对接腔13，对接腔13通过连接法兰2与管柱或井筒连接。其中活动腔11和密封腔12之间设置一圈挡板，该挡板的内圈作为活塞本体4的限位结构。

在另一个方面，密封腔12外侧壁由上往下依次设置有至少一个液压进液管14、泄压管15、导通口113，在本实施例中，为了保证受力平衡，液压进液管14、泄压管15、导通口113均设置有两个，且采用对称设置的方式，其结构可参考图2和图3所示。

作为本实施例的进一步改进，密封腔12与对接腔13之间设置有一圈调压腔16，调压腔16与对接腔13之间设置有预设阈值的阀门111，阀门111可选用球阀这类抗压强度较高的。调压腔16内圈形成密封腔12和对接腔13的对接口112。

为了实现泄压操作，管腔本体1外侧壁设置有至少一个与调压腔16导通的调节腔17，调节腔17内设置一活塞块18，活塞块18连接一推杆19，推杆19由调节腔17内向上伸出，其顶部固定一个密封塞110，密封塞110垂直插入泄压管15内完成密封；密封腔12内插入一个活塞本体4，活塞本体4在液压作用下向下堵住对接口112，用于阻断导通口113与对接腔13完成管柱或井筒密封。其密封状态下可参考5所示，该状态下液压推动活塞本体4向下堵住对接口112，从而形成密封。

在一个方面，参考图4所示，活塞本体4由导杆41、活塞42和堵头43组成，导杆41固定在活塞42上方，堵头43设置在活塞42下方，导杆41与活动腔11和密封腔12的交接处形成密封并伸入活动腔11内，活塞42与密封腔12侧壁之间形成液压腔，堵头43设计为球状，使其可以无缝对接在对接口112上形成密封。液压进液管14和泄压管15与液压腔导通，导通口113位于液压腔下方。

在一个方面，活塞42下方与调压腔16外壁顶部之间设置有复位弹簧5，使得初始状态下，对接口112处于开口状态。

在一个方面，泄压管15由水平管段151和垂直管段152组成，水平管段151一端伸入密封腔12内，其另一端与垂直管段152导通，密封塞110设置在垂直管段152内完成水平管段151密封。

在一个方面，密封塞110为柱状，其形状与垂直管段152内腔吻合，推杆19与密封塞110之间通过一段直径小于垂直管段152内腔直径的顶杆114连接。

工作原理说明：

参考图5所示，是管柱或井筒密封状态下，此时如果管柱或井筒内的压强超过阀门111的阈值，则阀门111被打开，使得调压腔16、调压腔16与管柱或井筒导通，该状态下如果压强持续增加，则活塞块18上升，使得推杆19顶起，从而推动密封塞110从垂直管段152向上顶出，该状态下水平管段151就导通了，其状态可参考图6所示，该状态下如果持续升压，势必导致活塞本体4向上运动，而液压液体就从水平管段151流出，造成堵头43与对接口112分离，其状态就如图7所示，该状态下管柱或井筒就与导通口113连通了，从而完成泄压操作，避免炸缸。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当理解本实用新型并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本实用新型的精神和范围，则都应在本实用新型所附权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种石油钻井防喷结构，其特征在于，包括：

管腔本体（1）和设置在管腔本体（1）下端的连接法兰（2），以及设在管腔本体（1）顶部的盖体（3）；

所述管腔本体（1）由上往下依次分为活动腔（11）、密封腔（12）和对接腔（13），所述对接腔（13）通过连接法兰（2）与管柱或井筒连接；

所述密封腔（12）外侧壁由上往下依次设置有至少一个液压进液管（14）、泄压管（15）、导通口（113）；

所述密封腔（12）与对接腔（13）之间设置有一圈调压腔（16），调压腔（16）与对接腔（13）之间设置有预设阈值的阀门（111），所述调压腔（16）内圈形成密封腔（12）和对接腔（13）的对接口（112）；

所述管腔本体（1）外侧壁设置有至少一个与调压腔（16）导通的调节腔（17），所述调节腔（17）内设置一活塞块（18），活塞块（18）连接一推杆（19），推杆（19）由调节腔（17）内向上伸出，其顶部固定一个密封塞（110），所述密封塞（110）垂直插入泄压管（15）内完成密封；

所述密封腔（12）内插入一个活塞本体（4），所述活塞本体（4）在液压作用下向下堵住所述对接口（112），用于阻断导通口（113）与对接腔（13）完成管柱或井筒密封。

2.根据权利要求1所述的一种石油钻井防喷结构，其特征在于，所述活塞本体（4）由导杆（41）、活塞（42）和堵头（43）组成，所述导杆（41）固定在活塞（42）上方，堵头（43）设置在活塞（42）下方，所述导杆（41）与活动腔（11）和密封腔（12）的交接处形成密封并伸入活动腔（11）内，活塞（42）与密封腔（12）侧壁之间形成液压腔，所述液压进液管（14）和泄压管（15）与液压腔导通，所述导通口（113）位于液压腔下方。

3.根据权利要求2所述的一种石油钻井防喷结构，其特征在于，所述活塞（42）下方与调压腔（16）外壁顶部之间设置有复位弹簧（5），使得初始状态下，对接口（112）处于开口状态。

4.根据权利要求3所述的一种石油钻井防喷结构，其特征在于，所述堵头（43）设计为球状。

5.根据权利要求4所述的一种石油钻井防喷结构，其特征在于，所述泄压管（15）由水平管段（151）和垂直管段（152）组成，所述水平管段（151）一端伸入密封腔（12）内，其另一端与垂直管段（152）导通，所述密封塞（110）设置在垂直管段（152）内完成水平管段（151）密封。

6.根据权利要求5所述的一种石油钻井防喷结构，其特征在于，所述密封塞（110）为柱状，其形状与所述垂直管段（152）内腔吻合，所述推杆（19）与密封塞（110）之间通过一段直径小于垂直管段（152）内腔直径的顶杆（114）连接。

7.根据权利要求1所述的一种石油钻井防喷结构，其特征在于，所述管腔本体（1）为一段端面为圆形的金属管。

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