海洋深水鑽井噴射下導管直鑽表層裝置的製作方法

2023-04-30 14:49:36 2

專利名稱：海洋深水鑽井噴射下導管直鑽表層裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及海洋石油鑽深技術領域。具體就是一種適於海洋深水鑽井使用 的導管噴射下入直鑽表層的專用裝置；連接在鑽柱中，能夠在導管下入到位後，不用起 出鑽柱直接進行鑽表層井眼施工。
背景技術：
海洋鑽井施工中，在淺水區通常採用打樁或鑽孔後下入導管，並採用普通固井 方法將導管固定。在深水區，由於存在海床不穩定、淺層水流、地層破裂壓力低、氣 體水合物堵塞等問題，採用常規的打樁、鑽孔並下導管後，採用普通固井的方式比較困 難，作業風險高，對於日費高昂的深水鑽井顯然不合適。為此，深海鑽井施工中採用了 噴射下導管技術。噴射下導管技術是利用噴射方式將導管下到位。即利用水射流和導 管串的重力，邊噴射開孔邊下導管，同時在噴射管柱中下入動力鑽具組合以提高安全性 和作業效率。導管下至預定井深後，靜止導管串，利用地層的粘附力和摩擦力穩固住導 管。然後解脫送入工具並起出導管內的鑽具，完成導管的安裝。為了節省寶貴的海上作 業時間，在噴射下導管技術的基礎上，出現了噴射下導管直鑽表層技術，即在噴射下導 管完成之後，直接鑽表層井眼，不需要起下鑽柱。目前，我國尚未開展噴射下導管直鑽表層的鑽井。在海洋鑽井施工中，導管頭的安裝位置在導管的頂部，導管頭的結構為環形圓 柱體，在下端通過焊接的方式與導管連接，導管頭的內壁有環形圓錐面，環形圓錐面是 下一層井口頭座封的斜面。導管頭的作用是懸掛導管並支撐後續安裝的井口頭等裝置。

實用新型內容本實用新型的目的是提供一種海洋深水鑽井噴射下導管直鑽表層裝置，實現 心軸傳遞旋轉扭矩並且心軸能與內套筒脫離。適應海洋深水石油鑽井用，能在噴射下導 管完成之後，直接鑽表層井眼，不需要起下鑽柱。本實用新型採用的技術方案是海洋深水鑽井噴射下導管直鑽表層裝置，主要 由心軸、環形蓋、殼體、殼體固定螺栓、防套筒旋轉銷釘、內套筒、導管頭、開口鎖緊 環、推桿、外套筒和螺釘組成。心軸為圓柱體形有中心孔，在心軸上端有內螺紋，下端 有外螺紋，通過螺紋能與鑽杆連接。其特徵是在導管頭的內壁上並且在導管頭環形圓 錐面的上部有一個環形凹槽。在導管頭內有一個殼體，殼體包括一個環形平板、一個中 心圓筒和一個外圓筒，環形平板、中心圓筒和外圓筒為一體，中心圓筒連接在環形平板 中間，外圓筒連接在環形平板外側下部，環形平板中心線、中心圓筒中心線和外圓筒中 心線為同一條直線；外圓筒的外壁有環形圓錐面，外圓筒的環形圓錐面能座封在導管頭 的內壁環形圓錐面上。在殼體的環形平板的外壁上有環形凹槽，環形平板的環形凹槽與 導管頭的環形凹槽相對；在環形平板的環形凹槽內有一個開口鎖緊環，當開口鎖緊環被 撐開後，開口鎖緊環能有部分嵌入導管頭的環形凹槽內，使殼體固定在導管頭內，殼體
3不能向上移動。在殼體的環形平板上均勻分布有推桿孔，推桿孔的一端在殼體的環形凹 槽內，推桿孔中心線與殼體的中心線垂直；在每個推桿孔內有一個推桿，推桿能在推桿 孔內滑動，當推桿向外滑動時能撐開開口鎖緊環。[0007]在導管頭與殼體之間有殼體固定螺栓，殼體固定螺栓將殼體固定在導管頭內， 殼體不能在導管頭內上下移動，也不能轉動。[0008]在殼體的中心圓筒內有一個外套筒，在外套筒內有一個內套筒，心軸在內套筒 內。外套筒的下端面到殼體的中心圓筒底部的距離在10 100毫米之間，外套筒能在中 心圓筒內上下滑動。環形蓋固定在殼體的中心圓筒上端。[0009]在外套筒的外壁上有一個環形凹槽，環形凹槽的橫截面為梯形；所述的推桿的 內端端部在外套筒的環形凹槽內，推桿的內端端部為圓錐體形。當外套筒向下滑動時， 推桿的內端端部能沿在環形凹槽的斜面向外移動。推桿向外移動使開口鎖緊環被撐開。 為防止外套筒轉動，在外套筒的外壁下端有軸向槽；在殼體的中心圓筒外壁上有銷釘 孔，銷釘孔內固定有防套筒旋轉銷釘，防套筒旋轉銷釘的內端在外套筒的軸向槽內。外 套筒不能旋轉，只能上下滑動。[0010]在外套筒的內壁下端有內螺紋，內套筒的外壁中部有外螺紋，內套筒通過螺紋 與外套筒連接，能實現內套筒的帶動外套筒沿軸向移動。[0011]內套筒的上端穿過環形蓋中心孔；內套筒的下端穿過殼體的中心圓筒底部中心 孔。在內套筒的下端內壁均勻分布有三個階梯形凹槽，階梯形凹槽由豎凹槽和橫凹槽組 成，豎凹槽的下端為開口狀，橫凹槽為弧形，橫凹槽在豎凹槽的頂部，心軸外壁的滑塊 能從豎凹槽下端的開口處滑出豎凹槽。[0012]在心軸的圓柱外壁上均勻分布有三個凸起的長方體形滑塊。心軸滑塊在內套筒 的階梯形凹槽內。心軸外壁上的滑塊與內套筒內壁階梯形凹槽配合，實現心軸帶動內套筒滑動。[0013]為了及時了解內套筒和外套筒的所在位置，判斷開口鎖緊環與導管頭的鎖緊狀 態，在外套筒的環形上端面有一個圓柱形指示杆螺紋孔；在環形蓋上有一個圓柱形軸向 通孔，指示杆螺紋孔與環形蓋上的軸向通孔相對，圓柱形指示杆穿過環形蓋上的軸向通 孔並且圓柱形指示杆下端固定在指示杆螺紋孔內。[0014]在環形蓋與指示杆之間有指示杆密封，指示杆密封)是O型密封圈。[0015]海洋深水鑽井噴射下導管直鑽表層裝置的工作原理參閱圖1。初始狀態為心 軸1外壁上的滑塊在內套筒6的階梯形凹槽15內的，豎凹槽內；推桿9的內端端部嵌入 在外套筒10外壁環形凹槽17內；開口鎖緊環8處於鎖緊狀態。[0016]將海洋深水鑽井噴射下導管直鑽表層裝置下放到導管頭7內，並且殼體3的外壁 有環形圓錐面坐落在導管頭7內壁環形圓錐面上。[0017]逆時針方向旋轉心軸1，當心軸1外壁上的三個滑塊旋轉到內套筒6下端橫凹槽 內；下放心軸1，心軸1外壁上的滑塊推動內套筒6向下滑動，外套筒10在內套筒6的 帶動下同時向下移動。外套筒10外壁上的環形凹槽17推動推桿9向外滑動。推桿9的 另一端向外伸張，使開口鎖緊環8被撐開並且開口鎖緊環8積蓄彈性勢能，開口鎖緊環8 與導管頭7內壁上的環形凹槽鎖緊。將殼體3固定在導管頭7內。[0018]這時，可以進入正常的噴射下導管施工。完成全部導管下入到位後，需要進入鑽表層井眼施工。在鑽表層井眼施工前，上提旋轉心軸1並順時針旋轉，當心軸1外壁上的滑塊旋 轉到內套筒6下端豎凹槽內；心軸1外壁上的滑塊推動內套筒6向上滑動，外套筒10在 內套筒6的帶動下同時向上移動。當外套筒10外壁上的環形凹槽17到達與推桿9位置 相對時，開口鎖緊環8釋放彈性勢能，推動推桿9向內滑動，開口鎖緊環8收縮並脫離導 管頭7內壁上的環形凹槽。解除殼體3與導管頭7的連接。整套海洋深水鑽井噴射下導 管直鑽表層裝置與導管頭7解脫。然後下放鑽柱，心軸1外壁上的滑塊與內套筒6內壁的階梯形凹槽15脫出，可 以進入鑽表層井眼施工。當完成鑽表層井眼施工，表層井眼達到設計深度後，上提鑽 具，心軸1外壁上的三個滑塊與內套筒6下平面接觸，旋開殼體固定螺栓4，將整套直鑽 表層裝置起出，完成下導管直鑽表層施工。本實用新型的有益效果本實用新型海洋深水石油鑽井用的噴射下導管直鑽表 層裝置，能實現心軸傳遞旋轉扭矩並且心軸能與內套筒脫離，在噴射下導管完成以後， 不用起下鑽柱，直接鑽表層井眼，從而節省大量寶貴的作業時間。

圖1是本實用新型海洋深水鑽井噴射下導管直鑽表層裝置結構剖面示意圖。圖2是內套筒6剖面示意圖。圖3是外套筒10剖面示意圖。圖中，1-心軸，2-環形蓋，3-殼體，4-殼體固定螺栓，5-防套筒旋轉銷釘， 6_內套筒，7-導管頭，8-開口鎖緊環，9-推桿，10-外套筒，11-螺釘，12-指示杆 密封，13-指示杆，14-外螺紋，15-階梯形凹槽，16-指示杆螺紋孔，17-環形凹槽， 18-內螺紋，19-軸向槽。
具體實施方式
實施例1:以一個海洋深水鑽井噴射下導管直鑽表層裝置為例，對本實用新型 作進一步詳細說明。參閱圖1。本實用新型海洋深水鑽井噴射下導管直鑽表層裝置，主要由心軸1、 環形蓋2、殼體3、殼體固定螺栓4、防套筒旋轉銷釘5、內套筒6、導管頭7、開口鎖緊 環8、推桿9、外套筒10、螺釘11、指示杆密封12和指示杆13組成。心軸1的外徑 224mm，長度1680mm。心軸1為圓柱體形有中心孔，在心軸1上端有API鑽杆內螺紋， 下端有API鑽杆外螺紋。在導管頭7的內壁上並且在導管頭7環形圓錐面的上部有一個環形凹槽。在導 管頭7內有一個殼體3，殼體3主要分為三部分，一個環形平板、一個中心圓筒和一個外 圓筒，環形平板、中心圓筒和外圓筒為一體，中心圓筒連接在環形平板中間，外圓筒連 接在環形平板外側下部，環形平板中心線、中心圓筒中心線和外圓筒中心線為同一條直 線。外圓筒的外壁有一個環形圓錐面；在殼體3的環形平板的外壁上有一個環形凹槽， 環形平板的環形凹槽與導管頭7的環形凹槽相對；在環形平板的環形凹槽內有一個開口 鎖緊環8，開口鎖緊環8為圓環形，有一個斷開的口，並且橫截面為長方形；在殼體3的環形平板上均勻分布有四個推桿孔，推桿孔的一端在殼體3的環形凹槽內，推桿孔中心 線與殼體3的中心線垂直；在每個推桿孔內有一個推桿9，推桿9能在推桿孔內滑動。[0029]在導管頭7上端與殼體3之間有四個殼體固定螺栓4，將導管頭7與殼體3固定。[0030]在殼體3的中心圓筒內有一個外套筒10，在外套筒10內有一個內套筒6，心軸 1在內套筒6內。外套筒10的下端面到殼體3的中心圓筒底部的距離是90毫米；通過 六個螺釘11將環形蓋2固定在殼體3的中心圓筒上端。環形蓋2能擋住外套筒10向上 滑出來。[0031]參閱圖3。在外套筒10的外壁上有一個環形凹槽17，環形凹槽17的橫截面為 梯形。參閱圖1。四個推桿9的內端端部分別在外套筒10的環形凹槽17內，推桿9的 內端端部為圓錐體形。參閱圖3。在外套筒10的外壁下端有軸向槽19。參閱圖1。在 殼體3的中心圓筒外壁上有一個銷釘孔，銷釘孔內固定有一個防套筒旋轉銷釘5，防套筒 旋轉銷釘5的內端在外套筒10的軸向槽19內。[0032]參閱圖3。在外套筒10的內壁下端有內螺紋18，參閱圖1。內套筒6的外壁中 部有外螺紋14，內套筒6通過螺紋與外套筒10連接。[0033]內套筒6的上端穿過環形蓋2中心孔；內套筒6的下端穿過殼體3的中心圓筒底 部中心孔。參閱圖2。在內套筒6的下端內壁均勻分布有三個階梯形凹槽15，階梯形凹 槽15由豎凹槽和橫凹槽組成，豎凹槽的下端為開口狀，橫凹槽為弧形，橫凹槽在豎凹槽 的頂部。[0034]參閱圖1。在心軸1的圓柱外壁上均勻分布有三個凸起的長方體形滑塊。心軸 1滑塊在內套筒6的階梯形凹槽15內。[0035]參閱圖3。在外套筒10的環形上端面有一個圓柱形指示杆螺紋孔16;參閱圖 1。在環形蓋2上有一個圓柱形軸向通孔，指示杆螺紋孔16與環形蓋2上的軸向通孔相 對，圓柱形指示杆13穿過環形蓋2上的軸向通孔並且圓柱形指示杆13下端固定在指示杆 螺紋孔16內。在環形蓋2與指示杆13之間有指示杆密封12，指示杆密封12是O型密 封圈。
權利要求1.一種海洋深水鑽井噴射下導管直鑽表層裝置，主要由心軸(1)、環形蓋(2)、殼 體(3)、殼體固定螺栓(4)、防套筒旋轉銷釘(5)、內套筒(6)、導管頭(7)、開口鎖緊環 (8)、推桿(9)、外套筒(10)和螺釘(11)組成，心軸(1)為圓柱體形有中心孔，在心軸 (1)上端有內螺紋，下端有外螺紋；其特徵是在導管頭(7)的內壁上並且在導管頭(7) 環形圓錐面的上部有一個環形凹槽，在導管頭(7)內有一個殼體(3)，殼體(3)包括一個 環形平板、一個中心圓筒和一個外圓筒，環形平板、中心圓筒和外圓筒為一體，中心圓 筒連接在環形平板中間，外圓筒連接在環形平板外側下部，環形平板中心線、中心圓筒 中心線和外圓筒中心線為同一條直線；外圓筒的外壁有環形圓錐面；在殼體(3)的環形 平板的外壁上有環形凹槽，環形平板的環形凹槽與導管頭(7)的環形凹槽相對；在環形 平板的環形凹槽內有一個開口鎖緊環(8)；在殼體(3)的環形平板上均勻分布有推桿孔， 推桿孔的一端在殼體(3)的環形凹槽內，推桿孔中心線與殼體(3)的中心線垂直；在每個 推桿孔內有一個推桿(9)，推桿(9)能在推桿孔內滑動；在導管頭(7)與殼體(3)之間有殼體固定螺栓(4)；在殼體(3)的中心圓筒內有一個外套筒(10)，在外套筒(10)內有一個內套筒(6)， 心軸(1)在內套筒(6)內，外套筒(10)的下端面到殼體(3)的中心圓筒底部的距離在 10 100毫米之間；環形蓋(2)通過螺釘(11)固定在殼體(3)的中心圓筒上端；在外套筒(10)的外壁上有一個環形凹槽(17)，環形凹槽(17)的橫截面為梯形；所 述的推桿(9)的內端端部在外套筒(10)的環形凹槽(17)內，推桿(9)的內端端部為圓錐 體形；在外套筒(10)的外壁下端有軸向槽(19)；在殼體(3)的中心圓筒外壁上有銷釘 孔，銷釘孔內固定有防套筒旋轉銷釘(5)，防套筒旋轉銷釘(5)的內端在外套筒(10)的軸 向槽(19)內；在外套筒(10)的內壁下端有內螺紋(18)，內套筒(6)的外壁中部有外螺紋(14)，內 套筒(6)通過螺紋與外套筒(10)連接；內套筒(6)的上端穿過環形蓋(2)中心孔；內套筒(6)的下端穿過殼體(3)的中心圓 筒底部中心孔，在內套筒(6)的下端內壁均勻分布有三個階梯形凹槽(15)，階梯形凹槽 (15)由豎凹槽和橫凹槽組成，豎凹槽的下端為開口狀，橫凹槽為弧形，橫凹槽在豎凹槽 的頂部；在心軸(1)的圓柱外壁上均勻分布有三個凸起的長方體形滑塊，心軸(1)滑塊在內套 筒(6)的階梯形凹槽(15)內。
2.根據權利要求1所述的噴射下導管直鑽表層裝置，其特徵是在外套筒(10)的環 形上端面有一個圓柱形指示杆螺紋孔(16)；在環形蓋(2)上有一個圓柱形軸向通孔，指 示杆螺紋孔(16)與環形蓋(2)上的軸向通孔相對，圓柱形指示杆(13)穿過環形蓋(2)上 的軸向通孔並且圓柱形指示杆(13)下端固定在指示杆螺紋孔(16)內。
3.根據權利要求1所述的噴射下導管直鑽表層裝置，其特徵是在環形蓋(2)與指示 杆(13)之間有指示杆密封(12)，指示杆密封(12)是O型密封圈。
專利摘要海洋深水鑽井噴射下導管直鑽表層裝置，用於海洋深水鑽井。在殼體的外壁上有環形凹槽；在環形凹槽內有一個開口鎖緊環；在殼體上均勻分布有推桿，推桿能在推桿孔內滑動；在殼體的中心圓筒內有一個外套筒，在外套筒內有一個內套筒，心軸在內套筒內。環形蓋固定在殼體的中心圓筒上端。在外套筒的外壁上有環形凹槽；內套筒通過螺紋與外套筒連接。在內套筒的下端內壁均勻分布有三個階梯形凹槽，在心軸的圓柱外壁上均勻分布有三個凸起的長方體形滑塊。能實現心軸傳遞旋轉扭矩並且心軸能與內套筒脫離，在噴射下導管完成以後，不用起下鑽柱，直接鑽表層井眼，從而節省鑽井時間。
文檔編號E21B33/13GK201802349SQ201020515719
公開日2011年4月20日 申請日期2010年9月1日 優先權日2010年9月1日
發明者任榮權, 侯福祥, 王輝, 王雪, 耿莉 申請人:中國石油天然氣集團公司, 中國石油集團鑽井工程技術研究院