[發明專利]一種機械式井下內外一體防噴器

無效

• 申請號: 201010148874.3
• 申請日: 2010-04-17
• 公開（公告）號: CN101812981A
• 公開（公告）日: 2010-08-25
• 發明（設計）人: 王國榮;劉清友;何霞;王云海;田野;趙敏;雷中清
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: E21B33/127
• 分類號: E21B33/127;E21B34/08
• 代理公司: 成都市輔君專利代理有限公司 51120
• 代理人: 楊海燕

技術領域

本發明涉及石油天然氣勘探開發過程中封隔井下鉆桿內外環空的一種井 下內外一體防噴工具，具體而言是一種井控裝備。

背景技術

在石油天然氣勘探開發中，若沒有可靠的防噴系統，地層流體(油、氣、 水)一旦失去控制，就會導致井噴失控。無論是鉆柱內井噴，還是鉆柱外井噴， 都有可能造成鉆井設備損壞，危及鉆井人員安全、破壞油氣資源、污染自然環 境、導致油氣井報廢等嚴重后果。目前，為了實現鉆柱內防噴要在鉆柱上連接 一個內防噴工具，比較廣泛應用的內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導通功能實現防噴。為了實 現鉆具外環空的防噴則需要通過井口防噴器組實現，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、環形防噴器以及旋轉防噴器等。

在實際鉆井過程中，為了避免井噴、井涌過程的發生，井控工作采取早發 現、早處理的指導原則，而面對復雜的地下情況時，時常出現井下已發生井涌、 井噴而遠在幾千米上的井口防噴器組工作出現明顯的滯后，增加了井控工作的 風險性。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或者需要在嚴重井噴時投入誘發器具而在實 際應用過程中不具備可行性。

發明內容

鑒于上述已有技術存在的缺點和不足之處，本發明提供一種井下內外一體 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提供一通 道，在發生井涌、井噴時通過相應的機械裝置密封鉆桿內環空和鉆桿外環空以 達到密封高壓流體與上部液柱之間的目的，同時在實現鉆桿內外密封時，為上 部鉆桿內外鉆井液的循環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。

為了實現本發明的目的，設計了一種純機械式的井下內外一體防噴器，它 包括箭型止回閥和外環空封隔器兩大部分，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，閥芯彈簧環繞著閥芯并緊貼接頭體，同時閥座由閥座螺母 固定。外環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、內套筒、上外套、座封剪釘、座封剪釘套以 及上接頭。上外套和內套筒上分別開有鉆井液循環流道口，機械式井下內外一 體防噴器在井下的工況有正常鉆進、座封循環壓井和解封三種。

正常鉆進時，機械式井下內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、內套筒、下接頭以及止 回閥閥體。其中內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，鉆柱內通道暢通，當鉆井液正循環停止或發生溢 流、井涌時，在彈簧力和井下內壓力的作用下箭型止回閥閥芯上竄回位緊貼閥 座，箭型止回閥關閉，封閉鉆具內通道。

座封時，增加鉆壓，當鉆壓達到一定值時，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生密封，實現鉆桿外環 空的防噴。在座封的過程中，外套筒下移，推動卡爪套上的環形牙與卡爪部件 上的鎖簧咬合，當座封過程完成時，內套筒和上外套上的鉆井液流道口重合， 鉆井液循環通道導通，開始實施后續壓井工作。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 下內外一體防噴器實現解封，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，上外套內部的臺階與內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計，使其受力平衡均勻，并能懸掛較大 重量的鉆具。

與現有技術相比，本發明具有如下顯著的特點：(1)采用了純機械式的工 作原理，結構簡單、可靠易實現；(2)具備了在井下對鉆桿內外環空實現密封， 達到防噴的功能。

附圖說明

圖1為本發明結構示意圖。

圖2為本發明座封時防噴器上部結構示意圖。