用於確保鑽井中連續循環的裝置的製作方法

2023-10-31 05:44:32 2

本發明涉及如權利要求1的前序部分所限定的、用於確保鑽井過程中，尤其是在用於油氣勘探和生產的井中插入或移除鑽柱過程中的連續循環的裝置。

為簡單起見，本發明將在不受到具體涉及插入新的鑽柱步驟限制的情況下進行，同樣的考慮也可適用於必須從井中移除鑽井頭，例如進行更換時的鑽柱移除步驟。

背景技術：

油氣鑽井時，需要插入鑽柱的操作以提高鑽井深度。

在插入新的鑽柱過程中，必須確保鑽井泥漿在整個過程中的連續循環，直至獲得完整的管道，並恢復整個液壓迴路。事實上，已經發現泥漿循環過程中的壓力下降或變化將在所鑽的井中造成相當大的結構應力，這將導致所鑽的井的未固化結構的崩塌。

為了確保鑽井泥漿在整個鑽井過程中以及在插入新的鑽柱或移除現有的鑽柱的步驟期間的連續循環，長久以來提供了一種裝置，以確保即便是在鑽柱的插入或是移除期間，所述鑽井泥漿的穩定循環。

現有技術文獻us3298385中公開了上述類型的裝置。具體地，該現有技術文獻中公開了使用具有單個截流構件的擋板閥，以用於選擇性地調節鑽井泥漿通過所述閥的中心軸向通道的流通，或者可選地，通過插入在所述閥的相對端部之間的側向通道的可能性。

使用單個截流構件以提供上述選擇性調節鑽井泥漿通過閥的中心軸向通道，或是可選地通過側向通道的技術方案優於例如，在現有技術文獻us7845433中所公開的使用兩個不同的截流構件，此外，還由於單個截流構件所假定的關閉位置沒有不確定性的事實。

然而，應當注意的是，儘管使用單個截流構件交替地關閉閥的中心軸向通道或是插入在所述閥的相對端部之間的上述側向通道在操作方面提供了優點，但是造成了關於所述截流構件的主體在所述閥的中心軸向通道內的適當定位和定中心的問題。這是因為單個截流構件必須能確保緊密的密封效果，無論是在第一角度位置還是在第二角度位置，其中，在第一角度位置，所述截流構件的座橫向於所述閥的軸線定位，而在所述第二角度位置，所述截流構件的座沿著所述閥的軸線縱向延伸。因此，相對於所述閥主體，即使是較小的角度或是軸向定位誤差也可能導致所述截流構件在所述截流構件的兩個座中的至少一個中的不完全的密封作用，這與所述鑽井泥漿的高壓力不兼容。

具體地，所述截流構件的主體和其鉸接到所述閥體的點的適當的軸向定位是有問題的。為了解決這個問題，形成所述移動截流組件的閥體和部件應該以非常嚴格的加工公差形成，但是有時這種情況實際上並不足夠。在所述閥和移動截流部件的組裝過程中，各部件的加工公差可累加，且有時會導致所述截流構件在所述截流構件的兩個座中的不完全關閉。

由於上述原因，所述單個截流構件的這些閥在該領域尚未取得成功。

因此，不考慮由於已經形成的各種連接的公差的總和而導致在組裝過程中可能遇到的任何特定的臨界狀況，確保所述截流構件在兩個關閉位置中的適當關閉操作是無法實現的。

技術實現要素：

本發明是基於設想一種用於確保鑽井，尤其是用於油氣勘探和生產的井中插入或移除鑽柱過程中的連續循環的裝置的問題，其具有能滿足上述需求的結構和功能特徵，而不受上述現有技術問題的影響。

該問題通過如權利要求1所限定的用於確保鑽井中的連續循環的裝置來解決。

附圖說明

結合附圖，通過對以下幾種以示例性而非限制性的優選實施方式的描述，本發明的用於確保鑽井中的連續循環的裝置的其它特徵和優點將變得顯而易見，其中：

圖1示出了本發明的裝置的簡化的平面縱向剖視圖，其中，側向通道由所述截流構件在縱向位置關閉；

圖2示出了圖1的裝置的縱向截面圖，其中，所述軸向通道由所述截流構件在橫向位置關閉；

圖3和圖4示出了沿兩個不同的平面截取的圖2的裝置的兩個相應的透視縱向剖視截面圖；

圖5示出了圖4的放大細節圖；

圖6示出了圖1的裝置的分解透視圖；

圖7示出了圖1的裝置的分解平面圖；

圖8示出了圖1的裝置的管狀體的縱向截面視圖細節；

圖9示出了圖1的裝置的縱向截面平面圖，其中，鎖定導向件及其西格(seeger)環被移除；

圖10示出了沿圖9的x-x線的剖視圖。

具體實施方式

參考附圖，附圖標記1概況地表示本發明用於確保鑽井中的連續循環的裝置，即，用於確保鑽井，尤其是在用於油氣勘探和生產的井中插入或移除鑽柱過程中的連續循環的裝置。

所述裝置1包括：

在預設的軸線方向x-x從上遊端2a延伸到下遊端2b的大致管狀體2，所述管狀體2被示出為具有圓柱形部分；

從上遊端2a延伸到下遊端2b的軸向通道，以供鑽井泥漿從所述裝置1中流過；

位於上遊端2a處的第一螺紋連接裝置，以用於將所述裝置1的下遊端2b連接到鑽柱的一端；

位於下遊端2b處的第二螺紋連接裝置，以用於將所述裝置1的下遊端2b連接到鑽柱的一端；

所述管狀體2上、位於所述上遊端2a和下遊端2b之間的側向開口3，其限定裝置1中與上述軸向通道流體連通的側向通道，所述軸向通道具有軸線y-y，其優選垂直於所述軸向通道的軸線x-x；

通過螺紋螺母螺釘接合以耐壓密封的方式可拆卸地裝配到所述側向開口3中的塞子5；

閥裝置6，其位於所述軸向通道中以阻擋鑽井泥漿並阻止其從上遊端2a流動到下遊端2b；

其中：

上述閥裝置包括截流構件6，其可移動地支撐在所述軸向通道中以在一橫向於軸向通道的位置(圖1，9)以及一相對於所述軸向通道的縱向位置(圖2，4，5)之間移動，其中，在所述橫向於軸向通道的位置，所述截流構件6橫向於所述軸向通道的軸線延伸，以阻止在所述軸向通道中的上遊端2a和下遊端2b之間的流體連續性，在所述軸向通道的縱向位置，所述截流構件6沿著所述軸向通道的軸線大致延伸並且位於靠近所述管狀體2內的側壁部分的位置；

在該橫向位置(見圖1，9)，相對於所述鑽井泥漿在所述軸向通道中從所述上遊端2a和下遊端2b的之間流動，所述截流構件6位於所述側向通道和所述管狀體2的上遊端之間，位於上述側向開口3的上遊；以及

在該縱向位置(見圖2，4，5)，所述截流構件6以耐壓密封的方式關閉所述側向開口3，以阻止所述側向通道和所述管狀體的軸向通道之間的流體連續性。

關於鑽柱，應當注意的是，根據適用的工業標準，它們具有公螺紋下遊端以及相對的螺母螺紋上遊端，其被設計用於與另一鑽柱的下遊端螺母螺釘連接。根據該標準，在所述裝置1中，所述上遊端2a的第一螺紋連接裝置由螺母構成，且所述下遊端2b的第二螺紋連接裝置由公螺釘構成，所述螺母和公螺釘分別等同於設置在每一鑽柱的上遊端和下遊端的螺母以及公螺釘。

在所述側向開口3處，所述裝置1的管狀體2具有用於截流構件的座，其被設計成用於通過所述截流構件6進行耐壓密封接合，當該截流構件處於上述縱向位置(見圖2，4，5)時，該用於所述截流構件的座允許所述側向開口3以及由此限定的側向通道以如上所述的耐壓密封的方式被關閉。

優選地，用於所述截流構件的座是插入座7，且其與所述管狀體2以整體和耐壓密封的方式相關聯。在所示的實施方式中，所述用於截流構件的插入座7由螺紋環螺母限定，其具有：

具有公螺釘螺紋的外部部分，以用於與設置在所述側向開口3處的相應螺母螺紋進行緊密的螺母螺紋接合；以及

具有螺母螺紋的內部部分，以用於與塞子5的公螺釘螺紋進行緊密的螺紋接合。

或者，上述用於所述截流構件的插入座可以與所述管狀體2形成為一體，並且，用於將所述截流構件的插入座焊接或是以除如上所述的螺紋連接外的其它方式固定到所述管狀體。

類似地，應注意的是，儘管可以提供不同的可拆卸的耐壓密封連接方式，所述塞子55和用於所述截流構件的插入座7之間的螺紋連接是一種優選的實施方式。

在任何情況下，所述插入座7和塞子5應當具有小的尺寸，並且與所述管狀體2的外壁的佔用空間相齊平，以防止所述裝置的管狀體2的任何徑向突出部分對正在鑽的井產生幹擾。

優選地，所述截流構件6包括凸起部，優選一部分球形部/壁，其凸面面向所述側向開口3。當所述截流構件6處於上述縱向位置(見圖2，4，5)時，該球形部/壁與所述用於所述截流構件的插入座7以壓力密封的方式接合。

優選地，上述閥裝置包括具有隔膜截流構件6的擋板閥，其周邊部分通過鉸鏈連接裝置連接至所述轉動軸8上，通過所述轉動軸8的轉動，所述隔膜6從該縱向位置(見圖2，4，5)移動到所述橫向位置(見圖1，9)，反之亦然。該轉動軸8：

優選垂直於所述軸向通道的縱向軸線x-x橫向延伸；

設置在所述管狀體2的內壁附近；

被周向地設置在基本位於所述側向開口3處；以及

位於所述管狀體上的、所述側向開口3和所述管狀體2的上遊端2a之間的基本靠近所述側向開口3的位置。

其結果是，當所述管狀體2以縱向軸線基本處於一垂直方向設置時，其上遊端2a位於比所述下遊端2b更高的高度；

上述鉸鏈連接裝置以及所述轉動軸8設置在所述通孔3的上方；並且

由於其重量，所述截流構件6傾向於移動到上述縱向位置(參見圖2，4，5)，在該位置，所述截流構件6密封所述側向開口3。

根據附圖中的實施方式，所述截流構件6和鉸鏈連接裝置由用於截流構件的管狀支撐件9支撐，其以壓力密封的方式被同軸地安裝到管狀通道中，被限定在所述管狀體2中的上遊端2a與由所述管狀體2的內環形肩部34所限定的軸向限位停止位置之間。

所述裝置1還配備有定位和定心裝置11，其適用於通過抵靠上述內環形肩部34來確保所述管狀支撐件9在所述管狀體2內恰當地軸向和角度定位。

所述定位和定心裝置可以不同的功能和/或結構等同的實施方式形成。因此，例如，根據所示的實施方式，上述定位和定心裝置11包括：

設置在所述管狀體2的壁上與軸線x-x垂直的通孔31；

設置在所述管狀支撐件9的外壁上垂直於所述軸線x-x的盲孔32；以及

適合於裝配到所述管狀體2的通孔31中以與所述管狀支撐件的盲孔32相接合的銷33。

所述通孔31和所述盲孔32相對於所述管狀體2和所述管狀支撐件9設置在這樣的位置：以便於當所述管狀支撐件9圍繞所述軸向通道的軸線x-x以適當的角度旋轉時被精準地對準時，使得在上述縱向位置(見圖2，4，5)，所述截流構件6位於所述側向開口3的上方(即，與用於所述截流構件的座7以壓力密封的方式接合)以使其被壓力密封關閉。

因此，所述銷33在所述通孔31和盲孔32中的接合確認了所述管狀支撐件9在所述管狀通道2中的適當定位。應當注意的是，通過所述管狀支撐件9的頭端部9b與所述管狀體2的內環形肩部34的鄰接來確保所述管狀支撐件9在所述管狀體2的軸向通道中的適當的插入深度。

上述銷33由所述支撐板35承載，所述支撐板35通過緊固螺釘從外部安裝到所述管狀體2上。為此，所述管狀體2的外壁中設置有座37，以用於接收所述支撐板35，將所述支撐板35插入到所述接收座37中，以確保所述銷33也插入到所述管狀支撐件9的盲孔32中，從而所述管狀支撐件9被適當地定位(軸向和有角度地)在所述管狀體2內。

優選地，上述支撐板35軸向延伸至與用於可拆卸塞子5的外座相接合，從而也可起到防止所述可拆卸塞子5的轉動並由此鬆動的安全作用。

如圖所示，所述管狀支撐件9和所述管狀體的內管壁之間設置有密封裝置24，以提供壓力密封性。為此，所述管狀支撐件9的外部設置有環形座，所述密封裝置24以向外突出的設置容納在所述環形座中以與所述管狀體2的內管壁過盈配合。

所述裝置1還包括保持裝置13，其用於將所述插入在所述軸向通道中管狀支撐件9保持在上述軸向限位停止位置中。

所述保持裝置13包括：

多個保持元件14，其設置在所述管狀通道內的周向偏置位置中並靠近面向所述管狀體2的上遊端2a的所述管狀支撐件9的頭端部9a，所述保持元件14作為保持裝置以防止所述管狀支撐件9朝向所述管狀體2的上遊端2a軸向移動；

設置在所述管狀體2的內管壁上的內底座15，其僅容納所述保持元件14的第一部分14a，所述保持元件14的第二部分14b從所述管狀體2的內管壁中伸出進入到所述軸向通道中；以及

鎖定導向件16，其用於將所述保持元件的第一部分保持在所述內底座15內。

根據所示的實施方式，所述保持元件14包括具有大致l形橫截面的圓周段，其中：

所述l形的第一分部限定了上述插入在所述槽15中的第一部分14a，而

所述l形的第二分部限定了所述第二部分14b，其限定了通過所述調節按壓/推動部件50起作用的所述內肩部。

優選地，上述圓周段14被定向成：使得所述l形的上述第二分部14b將從所述l形的第一分部14a朝著所述管狀體2的上遊端2a延伸。

有利的是，所述裝置1包括調節按壓/推動部件50，其中：

所述調節按壓/推動部件50以動態螺母螺釘與所述管狀支撐件9接合同軸關聯，從而使得所述調節按壓/推動部件50相對於所述管狀支撐件9在第一方向或相反方向上的相對轉動對應於所述調節按壓/推動部件50沿著所述軸線x-x相對於所述管狀支撐件9在第一方向或相反方向上相對移動；

在所述調節按壓/推動部件50相對於所述管狀支撐件9相對轉動後，所述調節按壓/推動部件50可沿著所述軸線x-x從一相對於所述上遊端2a更靠後的位置可逆地移動到一相對於所述管狀體的上遊端2a更靠前的位置，反之亦然；

當所述調節按壓/推動部件50處於上述更靠後的位置時，其不與所述保持元件14過盈，因為其與管狀體2的上遊端2a間具有比所述保持元件14更遠的距離；

由所述保持元件14限定在所述管狀體2內的上述內肩部限定了一限位擋塊，以防所述調節按壓/推動部件50朝著上述更靠前的方向移動。

鑑於上述情況，當所述裝置1正確安裝時，所述調節按壓/推動部件50相對於所述管狀構件9轉動以使得所述調節按壓/推動部件50移動靠近所述管狀體2的上遊端2a。在所述調節按壓/推動部件50到達上述更靠前的位置之前，該移動停止。也就是說，當所述調節按壓/推動部件50抵接並壓靠在上述限定在管狀通道2內的內肩部時，該移動停止。由於該擋塊：

所述保持元件14可被迫朝著所述管狀體的上遊端2a進入到內底座15中，同時，

所述管狀支撐件9抵靠所述定位和定心裝置11被迫進入到所述軸向限位停止位置。

這將有效地恢復在所述管狀體2內部定位所述管狀支撐件9和由其支撐的裝置6時所產生的間隙。

根據優選實施方式：

上述調節按壓/推動部件50是螺紋環形螺母；且

朝向所述管狀體2的上遊端2a的上述管狀支撐件9的頭端部9a具有螺紋，以用於通過螺母螺釘接合的方式與所述螺紋環形螺母相連接。

優選地，所述裝置1包括停止裝置，其作用在所述調節按壓/推動部件50上以可逆地鎖定所述調節按壓/推動部件50相對於所述管狀元件9的角位置，從而防止所述調節按壓/推動部件50相對於所述管狀體9的轉動以及隨之發生的軸向移動。

根據所示的實施方式，上述停止裝置包括插入在通孔52中的鎖定銷51，所述通孔52形成在所述管狀體2的管壁中，與所述調節按壓/推動部件4相齊平且橫向，優選垂直於所述管狀元件2的軸線x-x。該鎖定銷41以一預設的預負荷抵靠所述調節按壓/推動部件50的外圓周壁，以防止其繞所述軸線(x-x)轉動。在所示的實施方式中，所述鎖定銷51被壓裝到所述通孔52中，儘管也可使用其它連接形式，例如螺紋螺母螺釘接合。

根據一優選實施方式，所述調節按壓/推動部件50的外周壁具有多個平行於所述軸線延伸的槽(簡便起見未圖示)，因而，與所述調節按壓/推動部件50相接觸的鎖定銷51的自由端被設計成也具有相應的一系列槽(未圖示)。所述調節按壓/推動部件50的外周壁的上述槽與所述鎖定銷51的自由端之間的連接有助於防止所述調節/推動部件50繞所述軸線x-x的任何轉動。

根據一未圖示的實施方式，所述保持元件14可以是不同於如上所述的圓周段。因此，例如，可具有軸線平行於所述管狀體2的縱軸x-x的球形元件、具有球形表面部分的元件或滾軸形式的多個(至少十個)保持元件。這些保持元件間具有適當的距離，即，在所述周向方向上彼此間隔開，並一起限定了內徑小於側向開口3的內徑的上述環形保持元件。應當注意的是，在這種情況下，上述多個保持元件可以總體上實現對上述調節按壓/推動部件50的有效且均勻的保持作用。

優選地，上述內底座15包括與插入到其中的保持元件的第一部分的輪廓相適配的輪廓。

優選地，上述內環形座15中設置有圓周槽，以用於容納優選為環形段或開環形式的磁體，從而，在所述裝置1的組裝期間，即，在定位所述鎖定導向件16之前，所述保持元件14可被保持在所述內環形座15的適當位置上。

替代或除了在所述內環形座15中設置上述磁體之外，所述保持元件14本身可以設置為磁性元件。這可通過所述保持元件14的磁化或是與之相關的磁體來實現。

關於上述用於鎖定所述保持元件14的鎖定導向件16，應當理解的是，可利用西格環19使其方便地保持在所述管狀通道2內的適當位置，抵靠所述管狀通道2的內壁，其中，所述西格環19與設置在所述管狀體2的內管壁上的內周槽20部分接合。

所述鎖定導向件16的外管壁包括周向槽(未圖示)，所述o形環容納在該周向槽中且一部分向外突出。該o形環提供了所述鎖定導向件16的外環形壁與所述管狀通道2的內壁之間的壓力密封性。

優選地，所述裝置1包括磁性裝置22，其用於向處於縱向位置(見圖2，4，5)或是其附近的位置的截流構件6施加一引力，和/或以一預設的力將其保持在所述縱向位置，從而使得只有當超過該磁引力的力被施加到所述截流構件6上時，該截流構件6才能朝上述橫向位置(參見圖1，9)移動。

優選地，所述磁性裝置22具有環形，儘管也可以使用具有扇環形、盤或其它形式的磁體，並設置在所述塞子5上/內。

根據所示的實施方式，這些磁性裝置由所述塞子5、優選所述塞子5的內側，即，當所述塞子5被用於以壓力密封的方式關閉所述側向開口3時，所述塞子5面向上述軸向通道的一側承載。

根據未在圖中示出的實施方式，上述磁性裝置可包括承載在所述截流構件6的側面的一個或多個磁鐵，當所述截流構件6處於上述縱向位置時，所述截流構件6的該側面面向所述側向開口3，從而這些磁體可與所述管狀體2的內壁、與用於所述截流構件的座7和/或優選與所述塞子5的一部分相互作用。這些磁性裝置還優選具有環形，並施加到所述截流構件6的側面上，當所述截流構件6處於所述縱向位置時，所述截流構件6的該側面面向所述側向開口。當所述截流構件6具有大致圓形形狀時，這是特別有利的，因為所述磁環可以同心地施加到所述截流構件6上。

可能地，上述磁性裝置22可被設置成由所述塞子5和所述截流構件6承載，在後一種情況下，所述塞子和所述截流構件的磁體應當布置在大致相面對的位置，以便當所述截流構件6處於上述縱向位置(見圖2，4，5)時相互磁吸引。

關於引起所述截流構件6朝向所述塞子的吸引力，可以理解的是，這種吸引力在所述截流構件6從上述橫向位置到所述縱向位置的過渡步驟期間是有用的。事實上，當鑽井泥漿沿著所述軸向通道從端部2a流動到端部2b時，泥漿流本身推動所述截流構件並將其保持在上述縱向位置。因此，在所述鑽井泥漿的內部壓力作用之前，所述磁體22有助於所述截流構件6附著在所述插入座7上。

一旦安裝了適配器，且所述泥漿流已經從軸向偏轉到徑向，則流體將打開所述截流構件而無需克服任何磁引力，因為，磁體已經隨著塞子被移除(因為它們與所述塞子相連)。

優選地，所述塞子5和截流構件6之間沒有直接接觸，確保二者間始終保持最小距離，以避免任何殘留的泥漿可能會阻止所述截流構件到達上述縱向位置(參見圖2，4，5)，並因此確保所述側向開口的緊密密封性。

其結果是，當所述截流構件6處於上述縱向位置(見圖2，4，5)時，在所述截流構件6和所述塞子5之間限定了一封閉腔室。為提供該腔室的減壓，根據優選的實施方式，所述塞子5包括一小的軸向通孔29，閉合螺帽28位於該軸向通孔29上，所述閉合螺帽28適合於被致動成壓力密封閉合狀態和打開狀態，以分別用於阻礙和允許流體通過上述通孔，在後一種情況下，允許鑽井泥漿通過。因此，所述軸向通孔與所述螺帽28一起構成排放閥。

因此，通過打開上述排放閥，可排出在此保持的任何鑽井泥漿，這將提高所述截流構件在所述縱向位置的穩定性(參見圖2，4，5)，並將確保壓力密封關閉所述橫向通道。

優選地，上述磁性裝置22以包圍其上設有排放閥的上述通孔的方式被施加到所述塞子5上。

如以上說明中所清楚示出的，本發明的裝置1滿足上述需求，並且也避免了本發明的引言中所列出的現有技術的缺陷。作用於調節按壓/推動部件上以壓迫所述管狀支撐件抵靠上述定位和定心裝置進入到所述限位停止位置提供了恢復由於加工公差所造成的間隙的可能性，並允許所述管狀支撐件佔據所述裝置的管狀體中一給定的精確的軸向位置，由此，所述截流構件的軸向位置也被精確限定，且所述截流構件相對於其相應的截流構件座被最佳定位。

有利的是，容納在所述管狀體的內環形座中的磁性裝置的設置允許在所述裝置的組裝期間，即，在定位所述鎖定導向件之前，將所述保持元件保持在所述內環形座的適當位置上。

本領域技術人員應明白理解的是，可對如上所述的裝置進行多種修改和變化，這些修改和變化將落入如下面的權利要求所限定的本發明的範圍內。