用於表層大尺寸井眼氣體鑽井的柔性井口裝置的製作方法

2023-07-14 21:31:39

本實用新型涉及一種用於表層大尺寸井眼氣體鑽井的柔性井口裝置，主要用於石油天然氣鑽井領域。

背景技術：

近年來氣體鑽井技術在川渝長寧威遠頁巖氣、相國寺儲氣庫等構造表層φ660.4mm~φ444.5mm大尺寸井眼治理井漏60餘井次，平均單井減少泥漿漏失量5210m3，平均減少複雜時間22天，取得了良好應用效果。表層φ660.4mm~φ444.5mm大尺寸井眼氣體鑽井專用井口裝置旋轉防噴器安裝在φ720mm~φ508mm導管上部，導管埋深一般為3~5m。氣體鑽井作業期間，鑽具震動力會通過旋轉防噴器傳遞至導管，因導管埋深淺、抗震性能差，易發生導管鬆動事故，給後續鑽井作業帶來影響，嚴重時甚至導致井眼報廢。

傳統表層大尺寸井眼氣體鑽井井口裝置穩固方式：用四根φ16mm鋼絲繩將井口裝置從四個方位繃緊於鑽機底座上，該方法能一定程度分解部分震動力，但剩餘部分震動力仍傳遞給導管，存在較大導管鬆動風險，如四川某井在φ660.4mm井眼開展霧化鑽井作業，採用傳統方式對井口裝置進行固定，當霧化鑽進至32.60m時發生φ720mm導管鬆動事故，導致注入氣體從導管附近地層竄漏至地表，後通過反覆注水泥填固解除複雜。

技術實現要素：

本實用新型的目的在於克服現有技術存在的上述問題，提供一種用於表層大尺寸井眼氣體鑽井的柔性井口裝置。本實用新型能有效將鑽具震動力傳導至鑽機底座，顯著降低井口裝置所承受的動載，避免了導管鬆動，提升井口裝置安全性。

為實現上述目的，本實用新型採用的技術方案如下：

一種用於表層大尺寸井眼氣體鑽井的柔性井口裝置，其特徵在於：包括旋轉防噴器殼體、柔性短節、導管和固定裝置，旋轉防噴器殼體與柔性短節固定連接，柔性短節與導管固定連接，旋轉防噴器殼體固定設置在固定裝置上，固定裝置固定設置在鑽機底座上。

所述固定裝置包括卡盤、四根支架、兩根工字鋼和四根支撐座，旋轉防噴器殼體固定設置在卡盤中，四根支架上端分別與卡盤固定連接，下端分別與兩根工字鋼固定連接，兩根工字鋼通過四根支撐座與鑽機底座固定連接。

所述卡盤由兩個弧形卡塊組成，弧形卡塊內徑與旋轉防噴器殼體外徑相匹配，兩個弧形卡塊通過卡盤鎖緊螺栓連接。

所述旋轉防噴器殼體與柔性短節通過連接螺栓固定連接，柔性短節與導管通過連接螺栓固定連接。

所述支架頂端開有內螺紋圓孔，支架底端焊接有四角開有圓孔的方形鋼板，卡盤與支架間的連接螺栓穿過位於卡盤四角上的圓孔固定在支架頂端的內螺紋圓孔中，支架底端通過方形鋼板和連接螺栓固定在工字鋼上。

所述支撐座兩端焊接有四角開有圓孔的方形鋼板，支撐座上端通過方形鋼板和連接螺栓固定在工字鋼上，下端通過方形鋼板和連接螺栓固定在鑽機底座上。

採用本實用新型的優點在於：

1、本實用新型在國內首次提出表層大尺寸井眼氣體鑽井井口裝置穩固綜合解決方案，避免了氣體鑽井作業期間因鑽具震動、複雜處理等可能導致的導管鬆動事故，提升了表層大尺寸井眼氣體鑽井的井口裝置安全性，有利於氣體鑽井技術在表層治漏領域的推廣應用。

2、本實用新型利用固定裝置將井口裝置與鑽機底座串聯在一起，能在第一時間將鑽具震動力分解至鑽機底座，極大程度減少向下傳導的動載荷，將有效提升導管穩固性。

3、本實用新型採用固定裝置、柔性短節，實現最大程度將鑽具產生的震動力傳遞到鑽機底座上，大幅提升井口裝置安全性。

4、採用與井口旋轉防噴器殼體相匹配的固定裝置，該固定裝置的卡盤與旋轉防噴器殼體連接為一體，卡盤通過連接螺栓安裝在四根支架頂端，支架通過連接螺栓固定在工字鋼上，工字鋼與井架底座相連接，則鑽具所產生的震動力將在第一時間通過該固定裝置傳遞至井架底座上，最大程度減少了井口裝置本身所承受的動載。

5、本實用新型設計一柔性短節安裝在旋轉防噴器殼體與導管間，用於吸收向下傳遞的鑽具動載，進一步減小作用在導管上的震動力，提升導管安全係數，進一步確保井口導管安全。

6、本實用新型可廣泛適用於表層φ660.4mm~φ444.5mm大尺寸井眼氣體鑽井井口裝置的固定安裝，大幅提升井口裝置的穩固性，有利於氣體鑽井技術在表層φ660.4mm~φ444.5mm大尺寸井眼提速治漏領域的推廣應用。

附圖說明

圖1為本實用新型立體結構示意圖

圖2為本實用新型正視圖

圖3為本實用新型側視圖

圖4為本實用新型俯視圖

圖5為本實用新型全剖示意圖

圖中標記為：1、旋轉防噴器殼體，2、柔性短節，3、導管，4、卡盤，5、弧形卡塊，6、支架，7、工字鋼，8、支撐座，9、鑽機底座。

具體實施方式

實施例1

一種用於表層大尺寸井眼氣體鑽井的柔性井口裝置，包括旋轉防噴器殼體1、柔性短節2、導管3和固定裝置，旋轉防噴器殼體1與柔性短節2固定連接，柔性短節2與導管3固定連接，旋轉防噴器殼體1固定設置在固定裝置上，固定裝置固定設置在鑽機底座9上。

本實用新型中，所述固定裝置包括卡盤4、四根支架6、兩根工字鋼7和四根支撐座8，旋轉防噴器殼體1固定設置在卡盤4中，四根支架6上端分別與卡盤4固定連接，下端分別與兩根工字鋼7固定連接，兩根工字鋼7通過四根支撐座8與鑽機底座9固定連接。

本實用新型中，所述卡盤4由兩個弧形卡塊5組成，弧形卡塊5內徑與旋轉防噴器殼體1外徑相匹配，兩個弧形卡塊5通過卡盤鎖緊螺栓連接。

本實用新型中，所述旋轉防噴器殼體1與柔性短節2通過連接螺栓固定連接，柔性短節2與導管3通過連接螺栓固定連接。

本實用新型中，所述支架6頂端開有內螺紋圓孔，支架6底端焊接有四角開有圓孔的方形鋼板，卡盤4與支架6間的連接螺栓穿過位於卡盤4四角上的圓孔固定在支架6頂端的內螺紋圓孔中，支架6底端通過方形鋼板和連接螺栓固定在工字鋼7上。

本實用新型中，所述支撐座8兩端焊接有四角開有圓孔的方形鋼板，支撐座8上端通過方形鋼板和連接螺栓固定在工字鋼7上，下端通過方形鋼板和連接螺栓固定在鑽機底座9上。

實施例2

本實用新型包括 旋轉防噴器殼體1 、柔性短節2 、導管3、卡盤4 、弧形卡塊5、支架6、工字鋼7、支撐座8、鑽機底座9、卡盤鎖緊螺栓、卡盤與支架間連接螺栓、支架與工字鋼連接螺栓、工字鋼與支撐座連接螺栓、支撐座與鑽機底座連接螺栓、方形鋼板、柔性井口與導管連接螺栓、殼體與柔性井口連接螺栓。

專用固定裝置包含卡盤4、支架6、工字鋼7、支撐座8、卡盤鎖緊螺栓、連接螺栓及連接用方形鋼板，各部件所用鋼材材質型號為Q345D，其抗拉強度：490-675MPa，屈服強度：≥345MPa，伸長率≥22%。卡盤4厚度200mm，由長×寬=1000mm×500mm的兩個弧形卡塊5組成，弧形卡塊5內徑與旋轉防噴器殼體1外徑相匹配，安裝時兩個圓弧形卡塊5通過四根M30的鎖緊螺栓固定在殼體1上。四根支架6為長1000mm，外徑100mm圓柱鋼體，在支架6頂端開有深150mm的內螺紋圓孔（孔徑42mm），支架6底端焊接有四角開有圓孔（圓孔內徑16mm）厚12mm方形鋼板（長×寬=160mm×160mm），卡盤與支架間M42連接螺栓穿過位於卡盤4四角上的圓孔（圓孔內徑42mm）固定於支架6頂端的內螺紋圓孔，同時安裝時，可通過調節M42連接螺栓的伸縮長度滿足水平安裝需要。工字鋼7長度5000mm，四根支架6用四套M16連接螺栓固定於工字鋼7上。固定裝置的四根支撐座8由高300mm、外徑120mm圓柱鋼體，其上下兩端焊接有四角開有圓孔（圓孔內徑16mm）厚12mm方形鋼板（長×寬=160mm×160mm），支撐座8通過M16連接螺栓上端與工字鋼7連接在一起，支撐座8通過M16連接螺栓固定於鑽機底座9。柔性短節2為高度600mm，壁厚30mm，通徑720mm的鋼絲骨架波紋橡膠短節，採用高強度鋼絲左右螺旋纏繞成型的網狀骨架為增強體，以高密度三元乙丙橡膠為基體，並用高性能的HDPE改性粘結樹脂將鋼絲骨架與內外層高密度三元乙丙橡膠緊密的連接在一起製成，通過M42mm井口連接螺栓與導管3、旋轉防噴器殼體1相連接。

柔性井口裝置安裝實施過程如下：導管3預埋入地下3~5m，然後通過井口連接螺栓將柔性短節2安裝在導管3上方。安裝旋轉防噴器殼體1及其固定裝置。第一步將工字鋼7固定在井口兩側，兩工字鋼7距離井口中心500mm；通過四個支撐座8將工字鋼7與鑽機底座連接在一起，即支撐座8對稱分布在左右兩側，用四組M16連接螺栓將支撐座8固定在鑽機底座9上，再用四組M16連接螺栓將工字鋼7與支撐座8連接。第二步將四個支架6安裝在工字鋼7上，四根支架6對稱分布在井口兩側，支架6兩對角線交叉點與井口中心重合，兩兩支架6間距1000mm，用四組M16連接螺栓將四根支架6固定在工字鋼7上。第三步將卡盤4固定在旋轉防噴器殼體1上，將殼體1平方在地面，採用三腳架將卡盤4的兩弧形卡塊5平吊於旋轉防噴器殼體1兩側，利用M30鎖緊螺栓將弧形卡塊5連接固定於旋轉防噴器殼體1上，在固定時確保殼體下法蘭盤螺孔與柔性短節2螺孔一一對應。第四步將帶有卡盤4的旋轉防噴器殼體1安裝在支架6上，將旋轉防噴器殼體1吊起於支架6上方，預先將卡盤4的一角用M42連接螺栓固定在其中一根支架上，再通過調節支架6與旋轉防噴器殼體1的相對位置，將卡盤4其餘三角用M42連接螺栓固定在支架6上。第五步連接旋轉防噴器殼體1與柔性短節2法蘭螺栓。通過調整四根M42連接螺栓的相對伸縮量，確定旋轉防噴器殼體1下法蘭盤水平及高度，井口M42連接螺栓將旋轉防噴器殼體1下法蘭盤與柔性短節2上法蘭盤固定在一起。

當施工完後，拆除該套井口裝置時：①將卡盤4及殼體1整體從支架6上拆除。先用井口倒鏈上提繃直旋轉防噴器殼體1，拆除旋轉防噴器殼體1與柔性短節2的連接螺栓，再拆除卡盤4四角的連接螺栓，收倒鏈提出旋轉防噴器殼體1，繃至地面。②拆除固定裝置的其餘部分。拆除支架與工字鋼連接螺栓、工字鋼與支撐座連接螺栓及支撐座與鑽機方鋼連接螺栓，可依次拆除支架6、工字鋼7及支撐座8。③拆除柔性井口短節2，先用井口倒鏈繃住柔性短節2，拆除柔性短節與導管的連接螺栓，繃至地面。