專利名稱：一種機械式井下內(nèi)外一體防噴器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及石油天然氣勘探開發(fā)過程中封隔井下鉆桿內(nèi)外環(huán)空的一種井下內(nèi)外 一體防噴工具，具體而言是一種井控裝備。
背景技術(shù)：
在石油天然氣勘探開發(fā)中，若沒有可靠的防噴系統(tǒng)，地層流體(油、氣、水)一旦失 去控制，就會導(dǎo)致井噴失控。無論是鉆柱內(nèi)井噴，還是鉆柱外井噴，都有可能造成鉆井設(shè)備 損壞，危及鉆井人員安全、破壞油氣資源、污染自然環(huán)境、導(dǎo)致油氣井報廢等嚴(yán)重后果。目 前，為了實現(xiàn)鉆柱內(nèi)防噴要在鉆柱上連接一個內(nèi)防噴工具，比較廣泛應(yīng)用的內(nèi)防噴工具包 括旋塞閥、浮閥、投入式止回閥、箭型止回閥等，其工作原理均是利用閥芯單向?qū)üδ軐?現(xiàn)防噴。為了實現(xiàn)鉆具外環(huán)空的防噴則需要通過井口防噴器組實現(xiàn)，井口防噴器組所組合 的防噴器包括單閘板防噴器、雙閘板防噴器、環(huán)形防噴器以及旋轉(zhuǎn)防噴器等。在實際鉆井過程中，為了避免井噴、井涌過程的發(fā)生，井控工作采取早發(fā)現(xiàn)、早處 理的指導(dǎo)原則，而面對復(fù)雜的地下情況時，時常出現(xiàn)井下已發(fā)生井涌、井噴而遠在幾千米上 的井口防噴器組工作出現(xiàn)明顯的滯后，增加了井控工作的風(fēng)險性。井下防噴器作為一個重 要的研究方向，前人已做過許多工作，美國專利US4，367，794介紹了一種聲控井下防噴器、 美國專利US3，941，190介紹了一種投入器具誘發(fā)式井下防噴器。上述介紹的井下防噴器由 于面對井下惡劣條件下需要配置可靠的聲控系統(tǒng)或者需要在嚴(yán)重井噴時投入誘發(fā)器具而 在實際應(yīng)用過程中不具備可行性。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述已有技術(shù)存在的缺點和不足之處，本發(fā)明提供一種井下內(nèi)外一體防噴 器，該防噴器的主要目的是在正常鉆進過程中為鉆井液的循環(huán)提供一通道，在發(fā)生井涌、井 噴時通過相應(yīng)的機械裝置密封鉆桿內(nèi)環(huán)空和鉆桿外環(huán)空以達到密封高壓流體與上部液柱 之間的目的，同時在實現(xiàn)鉆桿內(nèi)外密封時，為上部鉆桿內(nèi)外鉆井液的循環(huán)提供通道以實施 壓井，達到鉆井液液柱靜壓力與地層流體壓力之間的平衡。為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，設(shè)計了一種純機械式的井下內(nèi)外一體防噴器，它包括箭 型止回閥和外環(huán)空封隔器兩大部分，箭型止回閥包括止回閥閥體、接頭體、閥芯彈簧、閥芯、 閥座以及閥座螺母，接頭體安裝在止回閥閥體臺階上，閥芯安裝在閥座上，閥芯彈簧環(huán)繞著 閥芯并緊貼接頭體，同時閥座由閥座螺母固定。外環(huán)空封隔器包括下接頭、解封剪釘、解封 剪釘套、卡爪部件、卡爪套、下外套、膠筒座、外套筒、膠筒、內(nèi)套筒、上外套、座封剪釘、座封 剪釘套以及上接頭。上外套和內(nèi)套筒上分別開有鉆井液循環(huán)流道口，機械式井下內(nèi)外一體 防噴器在井下的工況有正常鉆進、座封循環(huán)壓井和解封三種。正常鉆進時，機械式井下內(nèi)外一體防噴器安裝在井下，它需要為下部鉆桿傳遞動 力扭矩，傳遞扭矩的部件包括上接頭、上外套、內(nèi)套筒、下接頭以及止回閥閥體。其中內(nèi)套筒 與上外套之間的連接采用銷連接，銷需要傳遞較大的力矩以及承受井底鉆壓，同時在座封過程中還需要將其剪斷以實施防噴器的座封。流動的鉆井液通過內(nèi)套筒以及下接頭克服閥 芯的彈簧力推動閥芯向下移動離開閥座，箭型止回閥開啟，鉆柱內(nèi)通道暢通，當(dāng)鉆井液正循 環(huán)停止或發(fā)生溢流、井涌時，在彈簧力和井下內(nèi)壓力的作用下箭型止回閥閥芯上竄回位緊 貼閥座，箭型止回閥關(guān)閉，封閉鉆具內(nèi)通道。座封時，增加鉆壓，當(dāng)鉆壓達到一定值時，座封剪釘被剪斷，上部鉆柱通過自身重 力作用壓縮膠筒，使膠筒膨脹并與套管接觸產(chǎn)生密封，實現(xiàn)鉆桿外環(huán)空的防噴。在座封的過 程中，外套筒下移，推動卡爪套上的環(huán)形牙與卡爪部件上的鎖簧咬合，當(dāng)座封過程完成時， 內(nèi)套筒和上外套上的鉆井液流道口重合，鉆井液循環(huán)通道導(dǎo)通，開始實施后續(xù)壓井工作。解 封時，上提鉆柱，解封剪釘被剪斷，卡爪部件松動，膠筒在自身回彈力的作用下不再緊貼套 管，機械式井下內(nèi)外一體防噴器實現(xiàn)解封，在上提鉆柱解封的過程中，上外套向上移動，在 移動到一定距離后，上外套內(nèi)部的臺階與內(nèi)套筒上凸起的臺階接觸并懸掛下部鉆具的重 量。凸臺與凸臺之間的接觸設(shè)計，使其受力平衡均勻，并能懸掛較大重量的鉆具。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下顯著的特點(1)采用了純機械式的工作原理， 結(jié)構(gòu)簡單、可靠易實現(xiàn)；(2)具備了在井下對鉆桿內(nèi)外環(huán)空實現(xiàn)密封，達到防噴的功能。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明座封時防噴器上部結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明解封上提鉆柱時防噴器上部結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，1、止回閥閥體；2、接頭體；3、閥芯彈簧；4、閥芯；5、閥座；6、閥座螺母；7、下 接頭；8、解封剪釘；9、鎖簧座；10、鎖指套；11、鎖簧；12、鎖指扣；13、卡爪套；14、下外套； 15、膠筒座；16、外套筒；17、膠筒；18、上外套；19、座封剪釘；20、內(nèi)套筒；21、上接頭；22、座
封剪釘套；23、解封剪釘套。
具體實施例方式如圖1所示，機械式井下內(nèi)外一體防噴器包括箭型止回閥和外環(huán)空封隔器兩部 分，箭型止回閥與外環(huán)空封隔器通過下接頭7之間的螺紋實現(xiàn)連接。箭型止回閥包括止回 閥閥體1、接頭體2、閥芯彈簧3、閥芯4、閥座5以及閥座螺母6，接頭體2安裝在止回閥閥體 1內(nèi)的臺階上，其上部開設(shè)有若干流道口，在加厚臺階處其周向開有若干均布流道口。接頭 體2支撐閥芯彈簧3壓縮閥芯4緊貼閥座5，閥座5安裝在止回閥閥體1內(nèi)的臺階上，通過 閥座螺母6壓緊閥座，閥座螺母通過螺紋與止回閥閥體1連接固定。外環(huán)空封隔器包括下 接頭7、解封剪釘8、卡爪部件、卡爪套13、下外套14、膠筒座15、外套筒16、膠筒17、上外套 18、座封剪釘19、內(nèi)套筒20、上接頭21、座封剪釘套22、解封剪釘套23?？ㄗΣ考ㄦi簧 座9、鎖指套10、鎖簧11以及鎖指扣12，鎖指套10通過螺紋與鎖簧座9連接并通過下部臺 階使其限位，鎖指套10上開有環(huán)形槽，在徑向開有方形的孔以便鎖指扣12進入，鎖簧11為 一開口環(huán)，鎖簧11的外部開有單向鎖止的鎖止牙，通過與卡爪套13上與之匹配的鎖止牙相 接觸即達到鎖緊的目的，卡爪部件安裝在內(nèi)套筒20與下外套14形成的環(huán)形空間內(nèi)并被下 接頭7向上頂住。下接頭7上開有解封剪釘孔，通過解封剪釘8與外部的外套筒14連接，通過螺紋與內(nèi)部的內(nèi)套筒20連接。下外套14上開出4個均布座封剪釘孔，解封剪釘8外部裝有解封 剪釘保護套23并通過過盈配合裝入解封剪釘孔內(nèi)，在內(nèi)套筒20與下外套14所形成的環(huán)形 空間中安裝有卡爪部件及卡爪套13，在卡爪套13上部安裝有膠筒座15，并通過螺紋與外套 筒16連接，膠筒座15上部安裝膠筒17，上外套18通過螺紋與上接頭21、外套筒16連接， 通過座封剪釘19與內(nèi)套筒20連接，上外套18上開出4 8個均布的座封剪釘孔，座封剪 釘19外部裝有座封剪釘保護套22并通過過盈配合裝入座封剪釘孔內(nèi)，上外套18下部與膠 筒17接觸使其固定。外套筒16下端與卡爪套13連接，在座封過程中，外套筒16推動卡爪 套13向下移動并與卡爪部件上的鎖止牙相咬合達到座封鎖緊的目的。膠筒17的外徑小于 防噴器外徑，其下端固定在膠筒座15上，膠筒座15設(shè)計為一向內(nèi)凹的臺階以保護膠筒17 受鉆井液過度沖刷磨損而失效，膠筒座15通過螺紋與下外套14連接。具體操作如下在正常鉆進過程中，機械式井下內(nèi)外一體防噴器安裝在井下，通過 上接頭21、上外套18、內(nèi)套筒20、下接頭7以及止回閥閥體1傳遞扭矩實現(xiàn)鉆進，鉆井液通 過上部鉆桿內(nèi)環(huán)空流經(jīng)防噴器內(nèi)部，流動的鉆井液克服閥芯4上閥芯彈簧3的作用力推動 閥芯4向下移動離開閥座5，箭型止回閥開啟，鉆柱內(nèi)通道暢通實現(xiàn)鉆井液循環(huán)，此時開設(shè) 在內(nèi)套筒20以及上外套18上的鉆井液循環(huán)孔由于錯位而未能導(dǎo)通。在出現(xiàn)溢流、井涌時， 增大鉆壓，使座封剪釘19被剪斷，在上部鉆柱自身重力作用下，上外套18開始下移，上外套 18與膠筒17接觸并壓縮膠筒17變形膨脹，同時在膠筒17變形過程中，上外套18推動外 套筒16向下移動，外套筒16與卡爪套13連接，致使卡爪套13下移，卡爪套13內(nèi)部的鎖止 牙與鎖緊部件鎖簧11上的鎖緊牙逐級咬合，在膠筒17變形到完全密封住鉆桿外環(huán)空后，座 封過程完成。座封過程完成時，防噴器下部鉆柱內(nèi)外環(huán)空被密封，同時，內(nèi)套筒20與上外套 18上的鉆井液循環(huán)流道口重合，上部鉆桿鉆井液循環(huán)流道導(dǎo)通，參見圖2。在成功實現(xiàn)壓井工作后解封時，上提鉆桿，上接頭21帶動上外套18上移，致使上 外套18上提外套筒16，外套筒16通過螺紋與卡爪套13連接，卡爪套13向上推動連接有下 外套14的膠筒座15，下外套14與下接頭7之間產(chǎn)生一相對滑動趨勢，在上提力達到一定值 時，連接下接頭7與下外套15之間的解封剪釘8被剪斷，鎖緊部件松動，鎖簧11彈開，其與 卡爪套13之間咬合的鎖緊牙分離，膠筒17在自身回彈力作用下不在緊貼井壁，鉆桿外環(huán)空 實現(xiàn)解封。鉆桿內(nèi)環(huán)空由于鉆井液足夠克服閥芯4上下壓差對閥芯的作用力而導(dǎo)通，實現(xiàn) 鉆桿內(nèi)環(huán)空的解封。在完成解封后繼續(xù)上提鉆柱，上外套18繼續(xù)上移，其臺階與內(nèi)套筒20 上的臺階接觸并開始懸掛下部鉆柱重量，直至提出井口，參見圖3。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精 神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種機械式井下內(nèi)外一體防噴器，包括箭型止回閥和外環(huán)空封隔器兩部分，其特征在于箭型止回閥通過下接頭(7)安裝在外環(huán)空封隔器下部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防噴器，其特征在于所述的箭型止回閥包括止回閥閥體 (1)、接頭體(2)、閥芯彈簧(3)、閥芯(4)、閥座(5)以及閥座螺母(6)，接頭體⑵安裝在止 回閥閥體(1)內(nèi)的臺階上，并支撐閥芯彈簧(3)壓縮閥芯(4)緊貼閥座(5)，閥座(5)安裝 在止回閥閥體(1)內(nèi)的臺階上，閥座螺母(6)通過螺紋旋入止回閥閥體(1)內(nèi)并壓縮閥座 (5)使其固定在止回閥閥體(1)內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防噴器，其特征在于外環(huán)空封隔器包括下接頭(7)、解封剪 釘(8)、卡爪部件、卡爪套(13)、下外套(14)、膠筒座(15)、外套筒(16)、膠筒(17)、上外套 (18)、座封剪釘(19)、內(nèi)套筒(20)、上接頭(21)、座封剪釘保護套(22)以及解封剪釘保護套 (23)，下接頭(7)通過螺紋與內(nèi)套筒(20)連接，通過解封剪釘(8)與下外套(14)連接，下 外套(14)上開出4個均布座封剪釘孔，解封剪釘(8)外部裝有解封剪釘保護套(23)并通 過過盈配合裝入解封剪釘孔內(nèi)，在內(nèi)套筒(20)與下外套(14)所形成的環(huán)形空間中安裝有 卡爪部件及卡爪套(13)，在卡爪套(13)上部安裝有膠筒座(15)，并通過螺紋與外套筒(16) 連接，膠筒座(15)上部安裝膠筒(17)，上外套(18)通過螺紋與上接頭(21)、外套筒(16) 連接，通過座封剪釘(19)與內(nèi)套筒(20)連接，上外套(18)上開出4 8個均布的座封剪 釘孔，座封剪釘(19)外部裝有座封剪釘保護套(22)并通過過盈配合裝入座封剪釘孔內(nèi)，上 外套(18)下部與膠筒(17)接觸使其固定。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的防噴器，其特征在于卡爪部件包括鎖簧座(9)、鎖指套 (10)、鎖簧(11)以及鎖指扣(12)，鎖指套(10)通過螺紋與鎖簧座(9)連接并通過下部臺階 使其限位，鎖指套(10)內(nèi)部安裝鎖指扣(12)，在鎖指扣(12)與鎖指套(10)之間的凹陷環(huán) 內(nèi)裝有鎖簧(11)，鎖簧(11)為一開口環(huán)，其外部設(shè)有單向鎖止的鎖止牙，膠筒座(15)與上 外套(18)內(nèi)部均開出一向內(nèi)凹的臺階，內(nèi)套筒(20)上部設(shè)有向外凸起的臺階，同時在內(nèi)套 筒(20)，上外套(18)上開有4 8個鉆井液流道口。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種機械式井下內(nèi)外一體防噴器，屬于井控裝備。該防噴器主要由箭型止回閥和外環(huán)空封隔器兩部分組成，箭型止回閥利用閥芯的單向?qū)ㄔ韺崿F(xiàn)鉆桿內(nèi)環(huán)空防噴，外環(huán)空封隔器主要包括膠筒、座封剪釘、解封剪釘以及鎖緊部件等組成，在發(fā)生溢流或井涌時，座封剪釘被剪斷，上外套在上部鉆桿重力作用下向下壓縮膠筒變形實現(xiàn)密封，同時開設(shè)在內(nèi)套筒以及上外套上的鉆井液循環(huán)流道口導(dǎo)通實現(xiàn)鉆井液循環(huán)。本發(fā)明采用純機械式的工作原理，結(jié)構(gòu)簡單、可靠易實現(xiàn)，能夠?qū)崿F(xiàn)對井下鉆桿內(nèi)外環(huán)空的密封而起到防噴的作用，提高了發(fā)生井下事故時的處理率，降低了井控風(fēng)險。
文檔編號E21B34/08GK101812981SQ20101014887
公開日2010年8月25日 申請日期2010年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月17日
發(fā)明者何霞, 劉清友, 王云海, 王國榮, 田野, 趙敏, 雷中清 申請人:西南石油大學(xué)