一种电控压缩式井下防喷器的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种电控压缩式井下防喷器；属石油钻井设备领域。该防喷器包括上中心管、下中心管、环形力矩电机、上接头、下接头和卡瓦。上中心管上设置有泥浆过流轴，泥浆过流轴一端通过电机固定壳装有环形力矩电机，所述环形力矩电机由转动输出轴、电机定子和电机转子构成，转动输出轴套装在上中心管上，转动输出轴与泥浆过流轴螺纹连接。该防喷器结构简单，维护方便，通过环形力矩电机来实现内外环空的封隔，提高了井下防喷器的自动化水平，不需通过作业机上提拉力或旋转管柱实现坐封和解封，也避免了通过剪断销钉来实现上部管柱下压胶筒，可以多次重复使用，减少了井下防喷器的维护和更换次数。
【专利说明】一种电控压缩式井下防喷器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种电控压缩式井下防喷器；属石油钻井设备领域。
【背景技术】
[0002]在石油天然气勘探开发中，当钻井液柱的压力不能与地层流体的压力相平衡时，就会出现溢流和井涌，此时若不加以控制，就会导致井喷事故，造成巨大的人员伤亡和经济损失。当发现井涌、井喷征兆时，快速高效的进行关井和压井作业是有效减少井喷失控事故的重要保证。
[0003]目前石油钻井中通常采用的防喷技术和设备是井口防喷器组，这种防喷技术会使地层流体过多地进入井筒钻井液中，井口关井后套压很闻，给井控作业造成过闻的风险。米用井下防喷器能在井下实现早发现早关井，能降低井控风险、更有利于井控作业。但是目前国内外并没有较为成熟的井下防喷器技术和设备，一方面是由于其相配备的电子控制系统制约了其发展，另一方面是其多是通过做业机上拉下放钻柱，或者投球的方式实现井下防喷器的防喷和解封，这种方式往往需要时间长反应，不能实现快速防喷。
[0004]1974年由美国科学家研制了一种钻柱内井下防喷器该井下防喷器的特点是:井下防喷器设有与钻具相通的压力腔，压力腔内设有不允许液体反向流动的单向阀。此防喷器属于钻柱内封隔，钻柱外环空不封隔。
[0005]1983年,美国科学家Jobn M.Bednar研发了一种插板阀井下防喷器,其主要特点是:钻杆声波传递控制信号、电动螺旋机构作为动力源、插板封隔钻柱、可膨胀封隔器封隔环空、并设计有失效解决备用方案。缺点是:封隔位置之上无循环通道、插板阀不能够承受闻压。
[0006]其后1986年，挪威科学家开发了一种旋塞阀井下防喷器，主要特点是:用泥浆脉冲传递控制信号、用电磁阀控制流道开启与关闭、钻井液作为动力源、旋塞阀封隔钻柱、可膨胀封隔器封隔环空。缺点是解封后旋塞阀不能打开，不能建立正常循环。
[0007]近些年以来，国内科研机构也对井下钻井防喷器技术进行了深入研究，且已开发出了产品，但经现场试验证明，其技术方案多是通过作业机上提拉力或旋转管柱实现坐封和解封，而液压坐封方式容易造成接头部件的径向变形，缩短防喷器的使用寿命。使用剪切销钉实现胶筒压缩，使用一次之后防喷器即失效。
【发明内容】
[0008]本实用新型的目的在于:提供一种可利用电机的输出扭矩来实现自动防喷和及时解锁，并能实现井下防喷器电控的电控压缩式井下防喷器。
[0009]本实用新型的技术方案是:
[0010]一种电控压缩式井下防喷器，包括上中心管、下中心管、环形力矩电机、上接头、下接头和卡瓦，其特征在于:上中心管上设置有泥浆过流轴，泥浆过流轴一端通过电机固定壳装有环形力矩电机，所述环形力矩电机由转动输出轴、电机定子和电机转子构成，转动输出轴套装在上中心管上，转动输出轴与泥浆过流轴螺纹连接，电机定子安装在转动输出轴上，电机定子与转动输出轴之间装有电机转子，电机转子与转动输出轴啮合连接；上中心管的一端通过电机固定壳螺纹安装有上接头，上接头上设置有单向阀，上中心管的另一端安装有下中心管，下中心管与上中心管螺纹连接；泥浆过流轴上通过花键套筒安装有滑动套筒，滑动套筒一侧的泥浆过流轴上装有花键滑块，花键滑块与滑动套筒螺纹连接；泥浆过流轴通过其表面的外螺纹与花键滑块螺纹连接；花键套筒与电机固定壳之间设置有连接套筒，连接套筒分别与电机固定壳和花键套筒螺纹连接；滑动套筒一侧的下中心管上通过隔环A和隔环B间隔状安装有胶筒A、胶筒B和胶筒C，胶筒C 一侧的下中心管上通过椎体座安装有椎体，下中心管的端头螺纹安装有下接头；下接头一侧的下中心管上通过压簧安装有卡瓦座，卡瓦座上装有卡瓦，椎体与卡瓦楔合连接。
[0011]所述的上中心管一端中心孔内设置有封堵板，封堵板两侧的管壁上对称状设置有泥浆过流槽A和泥浆过流槽B。
[0012]所述的泥浆过流轴上设置有与过流槽A和过流槽B对应的泥浆过流通槽。
[0013]所述花键套筒的内侧设置有限行槽。
[0014]本实用新型的优点在于:
[0015]该电控压缩式井下防喷器利用套设在中心管上的环形力矩电机实现井下防喷器的自动防喷和及时解锁。当钻井正常进行时，环形力矩电机不工作，钻杆实现正常的钻井工作；当发现溢流或井涌的情况时，启动环形力矩电机，一方面利用电机带动泥浆过流轴转动实现内环空的密封，另一方面将螺旋结构将旋转运动变为直线运动，利用滑动套筒推动胶筒座，压缩胶筒，实现外环空的密封，并在封隔上部建立新的循环；达到新的压力平衡之后，利用电机的反转实现解封，并恢复正常循环，继续钻井。具有结构简单，维护方便的特点，提高了井下防喷器的自动化水平，不需通过作业机上提拉力或旋转管柱实现坐封和解封，也避免了通过剪断销钉来实现上部管柱下压胶筒，能提高井下防喷器的利用率；通过压缩胶筒来实现外环空的封隔，能提高胶筒的使用寿命。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本实用新型的结构示意图；
[0017]图2为本实用新型的泥浆过流轴的立体结构示意图；
[0018]图3为本实用新型的花键套筒的立体结构示意图；
[0019]图4为本实用新型的上中心管的立体结构示意图；
[0020]图5为本实用新型的上中心管的剖视结构示意图。
[0021]图中:1、上接头，2、电机固定壳，3、电机转子，4、电机定子，5、转动输出轴，6、连接套筒，7、上中心管，8、花键滑块，9、泥浆过流轴，10、花键套筒，11、泥浆过流槽A，12、滑动套筒，13、胶筒A，14、隔环A，15、下中心管，16、锥体座，17、锥体，18、卡瓦，19、卡瓦座，20、压簧，21、下接头，22、单向阀，23、胶筒B, 24、胶筒C，25、隔环B，26、封堵板，27、泥浆过流槽B，28、泥浆过流通槽，29、外螺纹，30、限行槽。
【具体实施方式】
[0022]该电控压缩式井下防喷器包括上中心管7、下中心管15、环形力矩电机、上接头1、下接头21和卡瓦18。上中心管7上设置有泥浆过流轴9，泥浆过流轴9 一端通过电机固定壳2装有环形力矩电机。环形力矩电机由转动输出轴5、电机定子4和电机转子3构成，转动输出轴5套装在上中心管7上，转动输出轴5与泥浆过流轴9螺纹连接，电机定子4安装在转动输出轴5上，电机定子4与转动输出轴5之间装有电机转子3，电机转子3与转动输出轴5啮合连接，电机转子3带动转动输出轴5转动并输出力矩；转动输出轴5带动泥浆过流轴9转动。
[0023]上中心管7的一端通过电机固定壳2螺纹安装有上接头1，上接头I上设置有单向阀22 ;正常钻进时，单向阀22关闭，当内外环空都封闭以后，通过憋压打开单向阀22，实现泥浆循环，通过压井液替换受侵钻井液建立新的平衡。
[0024]上中心管7的另一端安装有下中心管15，下中心管15与上中心管7螺纹连接。上中心管7 —端中心孔内设置有封堵板26，从而使上中心管7的中心孔呈封堵状；封堵板26两侧的管壁上对称状设置有泥浆过流槽All和泥浆过流槽B27。
[0025]泥浆过流轴9上通过花键套筒10安装有滑动套筒12，滑动套筒12 —侧的泥浆过流轴9上装有花键滑块8，花键滑块8与滑动套筒12螺纹连接；泥浆过流轴9通过其表面的外螺纹29与花键滑块8螺纹连接，并带动花键滑块8旋转。泥浆过流轴9上设置有与泥浆过流槽All和泥浆过流槽B27对应的泥浆过流通槽28。正常工作时，泥浆过流槽All和泥浆过流槽B27之间通过泥浆过流通槽28相通，泥浆可以自由通过并进入到下中心管15内。当井涌或井喷发生时，启动环形力矩电机，带动泥浆过流轴9旋转，通过控制环形力矩电机的旋转圈数，使环形力矩电机停止时，上中心管7上的泥浆过流槽All、泥浆过流槽B27和泥浆过流轴9上的泥浆过流通槽28错开60度，从而封堵住上中心管7上的泥浆过流槽All和泥浆过流槽B27，进而实现内环空的封隔。
[0026]花键套筒10与电机固定壳2之间设置有连接套筒6，连接套筒6分别与电机固定壳2和花键套筒10螺纹连接。
[0027]滑动套筒12 —侧的下中心管15上通过隔环A14和隔环B25间隔状安装有胶筒A13、胶筒B23和胶筒C24，胶筒C24 —侧的下中心管15上通过椎体座16安装有椎体17，下中心管15的端头螺纹安装有下接头21 ;下接头21 —侧的下中心管15上通过压簧20安装有卡瓦座19，卡瓦座19上装有卡瓦18，椎体17与卡瓦18楔合连接。
[0028]该电控压缩式井下防喷器的环形力矩电机通过导线受地面控制，花键套筒10的内侧设置有限行槽30，以限制花键滑块8的行程，避免在封隔过程中，泥浆进入到螺纹配合部分，影响防喷器的正常工作。
[0029]该电控压缩式井下防喷器在工作过程中正常钻进时，环形力矩电机不工作，泥浆通过上中心管7上的泥浆过流槽Al 1、泥浆过流槽B27和泥浆过流轴9上的泥浆过流通槽28进入下中心管15，进入井底，清洗冷却钻头。
[0030]当井下发生井涌异常现象时，通过给环形力矩电机发送控制信号，环形力矩电机开始转动，带动转动输出轴5和泥浆过流轴9转动，由于花键滑块8受到花键滑套10的限行槽30周向约束，只能直线运动，从而推动滑动套筒12向下压缩各胶筒，由此实现外环空的密封。在这一过程中，由于滑动套筒12套设在泥浆过流轴9上，上端与花键滑块8螺纹连接，并对各胶筒形成压缩态势。在正常钻进时，滑动套筒12固定在花键滑块8上，不压缩各胶筒；当井下防喷器工作时，滑动套筒12才对各胶筒形成压缩，并推动锥体17向下运动，卡瓦18被撑开，卡瓦18在卡瓦座19和压簧20的作用下，卡牢在套管壁上。
[0031]该电控压缩式井下防喷器通过控制花键滑块8的行程(L=n+l/6)p，(p为花键滑块8与泥浆过流轴9配合螺纹的螺距，η正整数，)当花键滑块8运动到指定行程L，碰到花键套筒10上的限行槽30端头时，环形力矩电机停止转动，上中心管7和泥浆过流轴9上的过流槽错开60度，由此实现内环空的密封。
[0032]实现内环环空的封隔之后，通过憋压打开单向阀22，实现泥浆循环，然后通过压井液替换受侵钻井液建立新的平衡。
[0033]解封时，通过再次给环形力矩电机发送控制信号，环形力矩电机反转，带动滑动套筒12向上运动，回复到初始位置，上中心管7上的泥浆过流槽All、泥浆过流槽B27和泥浆过流轴9上的泥浆过流通槽28重叠吻合，内环空解封，各胶筒在自身弹力的作用下、卡瓦18在压簧20的作用下，恢复原状，即可继续进行正常钻进作业。
[0034]该电控压缩式井下防喷器结构简单，维护方便，通过环形力矩电机来实现内外环空的封隔，提高了井下防喷器的自动化水平，不需通过作业机上提拉力或旋转管柱实现坐封和解封，也避免了通过剪断销钉来实现上部管柱下压胶筒，可以多次重复使用，减少了井下防喷器的维护和更换次数。
【权利要求】
1.一种电控压缩式井下防喷器，包括上中心管(7)、下中心管(15)、环形力矩电机、上接头(I)、下接头(21)和卡瓦(18)，其特征在于:上中心管(7)上设置有泥浆过流轴(9)，泥浆过流轴(9) 一端通过电机固定壳(2)装有环形力矩电机，所述环形力矩电机由转动输出轴(5)、电机定子(4)和电机转子(3)构成，转动输出轴(5)套装在上中心管(7)上，转动输出轴(5 )与泥浆过流轴(9 )螺纹连接，电机定子(4 )安装在转动输出轴(5 )上，电机定子(4 )与转动输出轴(5 )之间装有电机转子(3 )，电机转子(3 )与转动输出轴(5 )啮合连接；上中心管(7)的一端通过电机固定壳(2)螺纹安装有上接头(1)，上接头(I)上设置有单向阀(22)，上中心管(7)的另一端安装有下中心管(15)，下中心管(15)与上中心管(7)螺纹连接；泥浆过流轴(9)上通过花键套筒(10)安装有滑动套筒(12)，滑动套筒(12) —侧的泥浆过流轴(9 )上装有花键滑块(8 )，花键滑块(8 )与滑动套筒(12 )螺纹连接；泥浆过流轴(9 )通过其表面的外螺纹(29)与花键滑块(8)螺纹连接；花键套筒(10)与电机固定壳(2)之间设置有连接套筒(6)，连接套筒(6)分别与电机固定壳(2)和花键套筒(10)螺纹连接；滑动套筒(12)—侧的下中心管(15)上通过隔环A (14)和隔环B (25)间隔状安装有胶筒A (13)、胶筒B (23)和胶筒C (24)，胶筒C (24) —侧的下中心管(15)上通过椎体座(16)安装有椎体(17)，下中心管(15)的端头螺纹安装有下接头(21);下接头(21) —侧的下中心管(15)上通过压簧(20)安装有卡瓦座(19)，卡瓦座(19)上装有卡瓦(18)，椎体(17)与卡瓦(18)楔合连接。
2.根据权利要求1所述的一种电控压缩式井下防喷器，其特征在于:所述的上中心管(7)—端中心孔内设置有封堵板(26)，封堵板(26)两侧的管壁上对称状设置有泥浆过流槽A (11)和泥浆过流槽B (27)。
3.根据权利要求1所述的一种电控压缩式井下防喷器，其特征在于:所述的泥浆过流轴(9)上设置有与过流槽A (11)和过流槽B (27)对应的泥浆过流通槽(28)。
4.根据权利要求1所述的一种电控压缩式井下防喷器，其特征在于:所述花键套筒(10)的内侧设置有限行槽(30)。
【文档编号】E21B33/06GK204060607SQ201420583047
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2014年10月10日 优先权日:2014年10月10日
【发明者】周思柱, 张思, 李美求, 秦伦 申请人:长江大学