[發明專利]一種控制井筒環空壓力的降壓短節

有效

• 申請號: 201711039568.4
• 申請日: 2017-10-30
• 公開（公告）號: CN107575178B
• 公開（公告）日: 2020-07-31
• 發明（設計）人: 鄧金根;侯斌;董星亮;李中;蔚寶華;譚強;劉偉
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（北京）
• 主分類號: E21B21/08
• 分類號: E21B21/08
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 徐寧;何家鵬

本發明涉及一種控制井筒環空壓力的降壓短節，其特征在于：包括殼體，在所述殼體的內部固定設置呈筒狀的支撐壁，在所述殼體的內部固定設置定軸，所述定軸布置在所述支撐壁的軸線上；在所述定軸的兩端分別轉動連接一動力葉輪，所述動力葉輪的外緣為一外齒圈，所述外齒圈與轉動連接在所述支撐壁上的傳動齒輪嚙合，在所述支撐壁的外部轉動設置有降壓葉輪，所述降壓葉輪的內緣為一內齒圈，所述內齒圈與所述傳動齒輪嚙合。

技術領域

本發明涉及一種控制井筒環空壓力的降壓短節，屬于油氣鉆井技術領域。

背景技術

石油天然氣油氣井中，鉆柱和井壁之間的空隙是井筒環空，鉆井過程中，鉆井液通過鉆桿泵入井底，由井筒環空返回地面，在環空中存在流體靜壓及循環壓耗，兩者之和稱為井筒環空壓力。為了阻止地層流體滲入環空及對井壁巖石提供支撐力，以防止井噴和井壁坍塌等安全事故的發生，需要使用一定密度的鉆井液來提供足夠的環空壓力。但對于復雜地下地質環境，經常出現同一裸眼井段噴漏層并存，當鉆井液靜液柱壓力能壓住地層流體時，由于鉆井液循環時產生附加的環空壓耗，有時會超過地層承壓能力而導致井眼破裂漏失，使井筒失去完整性而發生鉆井液漏失，會造成鉆井復雜事故。因此，精確控制高壓油氣井鉆井過程中的井筒環空壓力非常重要，目前最先進的方法是采用控壓鉆井技術，但該技術成本高昂，且國內沒有該技術產品。為解決上述技術難題，需要研發一個工具，該工具可以在保持井內泥漿密度不變的情況下，保持泥漿循環和靜止時環空壓力基本不變，實現控壓鉆井，解決窄密度窗口地層安全鉆井技術難題。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的是提供一種控制井筒環空壓力的降壓短節，利用該降壓短節可以在泥漿循環時，降低井筒環空壓力，實現井內泥漿密度不變的情況下，井筒環空壓力在循環時不會因環空壓耗的存在而導致環空壓力增加。該技術用于深水海洋鉆井，可以增加套管下入深度，減少套管下入層次，大大降低深水鉆井成本。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：一種控制井筒環空壓力的降壓短節，其特征在于：包括殼體，在所述殼體的內部固定設置呈筒狀的支撐壁，在所述殼體的內部固定設置定軸，所述定軸布置在所述支撐壁的軸線上；在所述定軸的兩端分別轉動連接一動力葉輪，所述動力葉輪的外緣為一外齒圈，所述外齒圈與轉動連接在所述支撐壁上的傳動齒輪嚙合，在所述支撐壁的外部轉動設置有降壓葉輪，所述降壓葉輪的內緣為一內齒圈，所述內齒圈與所述傳動齒輪嚙合。

所述殼體包括上蓋、下蓋和外側壁，所述上蓋和下蓋分別焊接在所述外側壁的兩端。

所述定軸與所述上蓋固定連接。

在所述定軸的中部固定安裝導流板。

在位于每一所述動力葉輪與所述導流板之間的定軸上安裝黃銅套。

所述降壓葉輪與上蓋、下蓋之間分別通過滾珠軸承連接。

在所述降壓葉輪與上蓋、下蓋之間分別設置一對唇形密封圈。

在所述上蓋和下蓋上均開設有疏流孔。

在所述上蓋上設置用于與鉆桿連接的第一接口，在所述下蓋上設置有用于與鉆桿連接的第二接口；所述第一接口設置有外螺紋，所述第二接口設置有與所述第一接口外螺紋相配合的內螺紋。

本發明由于采取以上技術方案，其具有以下優點：1、本發明與鉆桿連接后，其中的動力葉輪可以吸收鉆桿內腔水流中的能量，使之轉化為旋轉的機械能，動力葉輪的外緣是一外齒圈，與嵌裝在支撐壁上的傳動齒輪嚙合，降壓葉輪的內緣是一內齒圈，套在支撐壁上，內齒與傳動齒輪嚙合，由此，自鉆桿內腔水流的動力就傳遞至降壓葉輪，從而以降低下蓋端的水壓，進而實現環空的局部降壓。2、本發明在定軸的中部固定安裝導流板，用以梳理水流，從而提高動力葉輪的能量轉化率。3、本發明在動力葉輪與導流板之間安裝黃銅套，黃銅套能夠將動力葉輪與導流板隔開，以減小摩擦。4、本發明在降壓葉輪與上蓋、下蓋之間分別設置一對唇形密封圈，其可以隔絕降壓短節內部的高壓水流與外部的低壓水流。