专利名称：欠平衡钻井注气接头的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及石油钻井技术领域，特别涉及欠平衡钻井技术领 域，是一种连接在套管中部，与套管一起固定在井壁上能进行环空注 气实现欠平衡钻井的注气接头。
背景技术：
目前，常规的注气欠平衡钻井技术主要采用钻柱注气和环空注气两 种方法。钻柱注气采用钻杆柱中心直接向井底注气，虽然不需要增加
井下设备，操作工艺比较简单，但限制了脉冲随钻测量工具MWD的使 用。环空注气主要有两种方式， 一种是使用一套同心管柱。所述同心 管柱即在井壁套管与钻杆柱之间再下入一层外径稍小的套管，井壁套 管与套管之间底端用封隔器封隔，气体从井壁套管与套管之间的环空 内注入，与井底钻井液混合后从套管与钻杆柱间的环空内返排至地面。 从同心的两层套管环空向钻杆外环空进行注气。由于煤层气井所需气 量小，环空截面积大，容易形成气液两相混合流体，而且气水混合不 均匀，故注气不连续，也不稳定，在正常钻进时无法实现稳定的欠平 衡钻进；且注气点受制于套管深度，并局限于在直井中使用。另外一 种是采用双井筒结构进行环空注气。即先钻成一口直井，直井采用洞 穴完井，完井后下入注气油管和井下封隔器。而后在距直井一定距离 处钻一口水平井，当水平井的主水平井眼与洞穴直井连通，通过洞穴 直井的油管将压縮气体注入水平井环空，降低水平井环空内液柱压力， 从而实现水平井的欠平衡钻进，达到保护储层的目的。双井筒结构进 行环空注气工艺技术由于采用双井筒结构，在进行多分支水平井钻井 前必须先钻一口注气直井，并对直接进行扩孔造穴，因而大大增加了
3钻井周期和钻井成本。此外，该工艺技术是在水平井与注气的洞穴直 井连通后通过洞穴直井进行环空注气，因而在两井连通之前对水平井 钻进过程中的地质导向、随钻测量及连通工具等要求都较高，从而也 就大大地增加了钻井风险。 发明内容
本实用新型的目的是提供一种欠平衡钻井注气接头，与套管一起 下入井内并固定在井壁上，通过高压注气管线和注气接头为欠平衡钻 井的环空注气，能实现欠平衡钻井的单井注气。采用注气接头环空注 气模式，不需要钻一口注气直井；能调整欠平衡钻井的注气量，在起
下钻时以低速注入气体，在正常钻进时能稳定注入气体。克服常规注 气欠平衡钻井技术单井筒注气模式局限于直井、限制脉冲随钻测量工
具MWD的使用；克服双井筒注气模式成本高、风险大的不足。
本实用新型采用的技术方案是欠平衡钻井注气接头，包括本体、 锥形阀芯、弹簧、丝堵、导向盘，其特征在于气接头的本体为圆筒 形，本体的上端和下端有连接螺纹，上端和下端连接螺纹的作用是在 下套管作业时能与上转换接头和下转换接头连接，将欠平衡钻井注气 接头固定在套管柱中间，与套管柱同时下井。
在本体的上端面钻有纵向孔，纵向孔与横向孔相连通。所述的横向 孔垂直本体中心线，横向孔的内端是圆锥形孔，横向孔的外端有螺纹， 横向孔外端螺纹上固定有丝堵。在横向孔内有锥形阀芯，锥形阀芯的 一端与横向孔内端的圆锥形孔配合，能起到密封作用。在锥形阀芯的 另一端固定有导向盘，导向盘能沿横向孔内壁滑动。在导向盘与丝堵 之间有弹簧。高压空气通过纵向孔输送到横向孔内，能推动锥形阀芯 和导向盘向本体内部滑动，高压空气进入本体内腔。
所述的导向盘可以采用螺钉与锥形阀芯固定；也可以采用螺纹固 定，采用螺纹固定的结构是在锥形阀芯的端部中心与导向盘一侧的中心有螺纹连接。
为了使高压空气能通过导向盘，所述的导向盘上有通孔或导向盘的 边沿有豁口。
为了使锥形阀芯与横向孔内端的圆锥形孔之间密封，所述的弹簧
203为螺旋拉伸弹簧。
为了欠平衡钻井注气接头能与注气高压管线连接，所述纵向孔上螺 纹固定有管线接头。
本实用新型的有益效果是欠平衡钻井注气接头，属于单井筒环空 注气结构，通过注气高压管线和固定在井壁上的欠平衡钻井注气接头， 进行环空注气，使欠平衡钻井液密度容易控制，能有效地降低环空内 混相流体静液柱压力，注气稳定，注气效果好，为实现安全、快速、 高效欠平衡钻进奠定基础。在三开钻进过程中，欠平衡钻井注气接头 实现可调钻井液柱压力的欠平衡钻进，不仅适用于常规油气井的直井、 斜井、水平井、多分支水平井等复杂井欠平衡钻井中，也适用于非常 规天然气(如煤层气等)井。克服了双井筒结构注气模式工艺复杂、 钻井周期长、成本高、安全风险较大的不足。
图l是本实用新型欠平衡钻井注气接头连接在套管柱中，并通过固 井施工，固定在井下水泥环的包围中的结构剖面示意图。
图2是欠平衡钻井注气接头结构剖面示意图。
图3是图2的俯视图。
图4是图2的局部放大图。
图5是导向盘的剖面图。
图6是图5的左视图。
图中l.下转换接头，2.水泥环，3.欠平衡钻井注气接头，4.管线 接头，5.注气高压管线，6.上转换接头，7.套管接箍；201.本体，202.锥形阀芯，203.弹簧，204.丝堵，205.通道，206.横向孔，207.导向 盘，208.豁口。
具体实施方式
实施例1:以一个内径为142.08mm，外径为153. 67mm的欠平衡钻 井注气接头为例，对本实用新型作进一步详细说明。
参阅图2。欠平衡钻井注气接头，包括本体201、锥形阀芯202、 弹簧203、丝堵204、导向盘207。本体201为圆筒形，内径为142. 08mm， 外径为153.67腿，长度为203.2mm采用钢材为J55 (API套管标准)。 本体201的上端和下端有套管内螺纹。上端和下端套管内螺纹能在下 套管作业时与上转换接头6和下转换接头1连接，将欠平衡钻井注气 接头固定在套管柱中间，与套管柱同时下井。
在本体201的上端面钻有两个纵向孔205，纵向孔205的直径为8mm。 纵向孔205上螺纹固定分别固定有一个管线接头4。纵向孔205与横向 孔206相连通。
参阅图4。所述的横向孔206垂直本体201中心线，横向孔206的 内端是圆锥形孔，横向孔206的外端有螺纹，横向孔206外端螺纹上 固定有丝堵204。在横向孔206内有锥形阀芯202，锥形阀芯202的一 端与横向孔206内端的圆锥形孔配合，能起到密封作用。在锥形阀芯 202的另一端固定有一个导向盘207。参阅图5和图6。导向盘207的 边沿有四个豁口 208，导向盘207能沿横向孔206内壁滑动。参阅图4。 导向盘207采用螺纹与锥形阀芯202固定，采用螺纹固定的结构是 在锥形阀芯202的端部中心与导向盘207 —侧的中心有螺纹连接。
参阅图4。在导向盘207与丝堵204之间有一个螺旋拉伸弹簧203。
高压空气通过纵向孔205输送到横向孔206内，能推动锥形阀芯202 和导向盘207向本体201内部滑动。
实施例2:所述的导向盘207可以采用螺钉与锥形阀芯202固定；导向盘207上有四个通孔，能使高压空气能通过导向盘207。
简述欠平衡钻井注气接头的工作过程，有助于理解本实用新型。 参阅图1。首先在下套管时，将欠平衡钻井注气接头连接在下转换 接头1和上转换接头6中间，固定在井下的预定位置， 一般下入300 1000m深处；在欠平衡钻井注气接头的上部连接管线接头4，管线接头 4上部连接注气高压管线5。注气高压管线5—直连接到地面。在使用 中采用两根相同长度的注气高压管线5，所以对称固定在欠平衡钻井注 气接头两侧有两个管线接头4。注气高压管线5内径为6mm。将本实用 新型的欠平衡钻井注气接头和注气高压管线与套管柱一起固定在井 下，欠平衡钻井注气接头和注气高压管线5在水泥环的包围中。
当欠平衡钻井施工需要往井内注入高压气体时，在地面通过高压气 泵将高压空气泵入注气高压管线5，通过注气高压管线5到达欠平衡钻 井注气接头；高压气体的压力作用下，推动导向盘207和锥形阀芯202。 高压空气进入套管内。因此高压空气不断进入钻井液，使套管与钻杆 之间环空的钻井液密度降低。钻井液密度降低后， 一方面能降低钻井 液柱对井底地层的压力；另一方面，套管与钻杆之间环空钻井液的密 度低于钻杆内钻井液的密度，形成密度差。根据流体连通器原理，该 密度差能促进钻井液的循环，顺利实施欠平衡钻井施工。
当不需要往井内注入高压气体时，地面高压气泵停止注气。高压管 线5泄压后弹簧203收縮，锥形阀心202关闭。套管与钻杆之间环空 钻井液不能进入欠平衡钻井注气接头内。因而在欠平衡钻进时只允许 高压空气进入套管与钻杆之间的环空内，而不允许环空内钻井液等杂 质返回到欠平衡钻井注气接头内。
现场施工时为了控制高压空气流量的大小，压力变化范围为5 lOMPa;注气排量小于等于35mVmin (标准状态空气)；工作温度 小于IO(TC。
权利要求1、一种欠平衡钻井注气接头，包括本体(201)、锥形阀芯(202)、弹簧(203)、丝堵(204)、导向盘(207)，其特征在于气接头的本体201为圆筒形，本体(201)的上端和下端有连接螺纹，在本体(201)的上端面钻有纵向孔(205)，纵向孔(205)与横向孔(206)相连通，所述的横向孔(206)垂直本体(201)中心线，横向孔(206)的内端是圆锥形孔，横向孔(206)的外端有螺纹，横向孔(206)外端螺纹上固定有丝堵(204)，在横向孔(206)内有锥形阀芯(202)，锥形阀芯(202)的一端与横向孔(206)内端的圆锥形孔配合，在锥形阀芯(202)的另一端固定有导向盘(207)，导向盘(207)能沿横向孔(206)内壁滑动，在导向盘(207)与丝堵(204)之间有弹簧(203)。
2、 根据权利要求1所述的欠平衡钻井注气接头，其特征是所述 的导向盘(207)采用螺钉与锥形阀芯(202)固定。
3、 根据权利要求1所述的欠平衡钻井注气接头，其特征是所述 的导向盘(207)采用螺纹固定，采用螺纹固定的结构是在锥形阀芯 (202)的端部中心与导向盘(207)—侧的中心有螺纹连接。
4、 根据权利要求1、 2或3所述的欠平衡钻井注气接头，其特征是 所述的导向盘(207)上有通孔。
5、 根据权利要求1、 2或3所述的欠平衡钻井注气接头，其特征是 所述的导向盘(207)的边沿有豁口 (208)。
6、 根据权利要求1、 2或3所述的欠平衡钻井注气接头，其特征是 所述的弹簧(203)为螺旋拉伸弹簧。
7、 根据权利要求1、 2或3所述的欠平衡钻井注气接头，其特征是 所述纵向孔(205)上螺纹固定有管线接头(4)。
专利摘要欠平衡钻井注气接头，应用于石油欠平衡钻井技术领域。特征是在本体的上端面钻有纵向孔，纵向孔与横向孔相连通。所述的横向孔垂直本体中心线，横向孔的内端是圆锥形孔，横向孔的外端有螺纹，横向孔外端螺纹上固定有丝堵。在横向孔内有锥形阀芯，锥形阀芯的一端与横向孔内端的圆锥形孔配合。在锥形阀芯的另一端固定有导向盘，导向盘能沿横向孔内壁滑动。在导向盘与丝堵之间有弹簧。效果是能有效地降低环空内混相流体静液柱压力，实现安全、快速、高效欠平衡钻进的目的。
文档编号E21B21/00GK201292791SQ200820123709
公开日2009年8月19日 申请日期2008年11月12日 优先权日2008年11月12日
发明者平 孙, 义 张, 张继东, 李安启, 赵庆波, 鲍清英, 鲜保安 申请人:中国石油天然气股份有限公司