反循环钻具密封方法与流程

本发明涉及钻井技术领域，尤指一种反循环钻具密封方法。

背景技术：

在石油、地质钻探、完井作业等领域，现有钻井模式均为正循环钻井，即钻井液从钻具内孔泵入，从钻头流出后进入井筒，携带钻屑由钻具与井壁之间的环空返回地层，经地面净化系统除砂等处理维护后再次泵入钻具内孔从而形成一个正循环。

当钻遇漏失地层时，钻井液从井底上返时从漏层进入地层，无法正常返出地层，从而造成一系列井下复杂与事故。特别是浅层或者表层钻井，由于地层埋深浅，岩层破碎、疏松，经常耗费大量人力、物力最终仍然堵漏失败，造成钻井工作无法继续进行。

现有钻具的采用的是丝扣端面密封，即把公扣、母扣上紧后，公扣根部端面与母扣端面紧密连接，从而达到钻具密封的目的。但在本发明中，由于反循环钻具是双通道钻具模式，如果单纯采用端面密封方式进行密封，无法保证双通道畅通。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种反循环钻具密封方法，采取该密封方法能够有效地把反循环钻具的第一通道和第二通道分隔成两个相对独立的密封通道，既可实现常规的正循环钻进，而在钻遇漏失地层时，钻井液也可从反循环钻具中通过，实现反循环钻井。

为了实现上述目的，本发明的技术解决方案为：一种反循环钻具密封方法，其中将反循环内筒机构、反循环单向控制内筒机构的两端分别采用内插式密封及丝扣式密封方式连接于反循环钻具上，使得反循环钻具的第一通道和第二通道之间形成两条独立密闭的通道。

本发明反循环钻具密封方法，其中所述反循环钻具采用上插式反循环钻具，所述反循环内筒机构的反循环内筒通过在其外表面上部设置多个密封槽，并在各密封槽内安装密封圈的方式密封连接于第一内插式反循环上短节的内孔，而所述反循环内筒的外表面下部通过设置外螺纹实现与旋扣式反循环下短节丝扣式密封连接。

本发明反循环钻具密封方法，其中所述反循环单向控制内筒机构的反循环单向控制内筒通过在其外表面上部设置多个密封槽，并在各密封槽内安装密封圈的方式密封连接于第二内插式反循环上短节的内孔，而所述反循环单向控制内筒的外表面下部通过设置外螺纹实现与反循环单向控制短节的丝扣式密封连接。

本发明反循环钻具密封方法，其中所述第一通道是由上插式反循环钻具的第一内插式反循环上短节的内孔与反循环内筒机构的内腔、旋扣式反循环下短节的内孔、第二内插式反循环上短节的内孔、反循环单向控制内筒机构的内腔及反循环单向控制短节的内孔连通组成。

本发明反循环钻具密封方法，其中所述第二通道是由上插式反循环钻具的第一内插式反循环上短节上的多个第一导流孔、反循环内筒机构与反循环外筒之间形成的环形空间及与旋扣式反循环下短节的多个第二导流孔、第二内插式反循环上短节的多个第三导流孔、反循环单向控制内筒机构与反循环单向控制外筒之间形成的环形空间连通组成。

本发明反循环钻具密封方法，其中所述反循环钻具采用下插式反循环钻具，所述反循环内筒机构的反循环内筒通过在其外表面下部设置多个密封槽，并在各密封槽内安装密封圈的方式密封连接于内插式反循环下短节的内孔，而所述反循环内筒的外表面上部通过设置外螺纹实现与旋扣式反循环上短节的丝扣式密封连接。

本发明反循环钻具密封方法，其中所述反循环单向控制内筒机构的反循环单向控制内筒通过在其外表面上部设置多个密封槽，并在各密封槽内安装密封圈的方式密封连接于内插式反循环上短节的内孔，而所述反循环单向控制内筒的外表面下部通过设置外螺纹实现与反循环单向控制短节的丝扣式密封连接。

本发明反循环钻具密封方法，其中第一通道是由下插式反循环钻具的旋扣式反循环上短节的内孔与反循环内筒机构的内腔、内插式反循环下短节的内孔、内插式反循环上短节的内孔、反循环单向控制内筒机构的内腔及反循环单向控制短节的内孔连通组成。

本发明反循环钻具密封方法，其中所述第二通道是由下插式反循环钻具的旋扣式反循环上短节上的多个第一导流孔、反循环内筒机构与反循环外筒之间形成的环形空间及与下插式反循环下短节的多个第二导流孔、内插式反循环上短节的多个第三导流孔、反循环单向控制内筒机构与反循环单向控制外筒之间形成的环形空间连通组成。

本发明反循环钻具密封方法，其中在所述反循环单向控制内筒机构上设置有多个单向阀。

采用上述方案后，本发明反循环钻具密封方法通过将反循环内筒机构、反循环单向控制内筒机构的两端分别采用内插式密封及丝扣式密封方式连接于反循环钻具上，采取此种特殊设计的内插式密封及丝扣密封方法，能够有效地把钻具的第一通道和第二通道分隔成两个相对独立的密封通道，应用在石油钻井中，由地面空压机经由第二通道持续泵入高压压缩空气，压缩空气经由反循环钻具的单向阀进入第一通道上返，在钻具、井壁之间的环空与第一通道之间形成正压差，操作地面的泥浆换向阀，将泥浆泵从反循环钻具、钻井壁之间的环空持续泵入钻井液，钻井液从环空到达井底、携带钻屑进入反循环钻具的钻头及反循环钻具的第一通道，在高压压缩气体的气举作用下持续推动返出地面，实现反循环钻井。

附图说明

图1是本发明反循环钻具密封方法实施例一的上插式反循环钻具结构示意图；

图2是图1的上插式反循环钻具的上插式反循环装置结构示意图；

图3是图2的上插式反循环装置的内插式反循环上短节a-a向剖视结构示意图；

图4是本发明的上插式反循环装置的旋扣式反循环下短节b-b向剖视结构示意图；

图5是本发明的上插式反循环钻具的反循环单向控制装置结构示意图；

图6是用图1所示的上插式反循环钻具钻井的结构示意图；

图7是本发明反循环钻具密封方法实施例二的下插式反循环钻具结构示意图；

图8是本发明的下插式反循环钻具的下插式反循环装置结构示意图；

图9是本发明的上插式反循环装置的旋扣式反循环上短节c-c向剖视结构示意图；

图10是本发明的上插式反循环装置的内插式反循环下短节d-d向剖视结构示意图；

图11是用图7所示的下插式反循环钻具钻井的结构示意图。

下面结合附图，通过实施例对本发明做进一步的说明；

具体实施方式

实施例1

本发明反循环钻具密封方法实施例一为：将上插式反循环钻具的反循环内筒机构9、反循环单向控制内筒机构25的两端分别采用内插式密封及丝扣式密封方式连接于上插式反循环钻具上，使得上插式反循环钻具的第一通道3和第二通道4之间形成两条独立密闭的通道。

结合图1所示，本发明上插式反循环钻具由上向下依次包括上插式反循环装置5、反循环单向控制装置6、钻铤7及钻头8。结合图2所示，上插式反循环装置5由上向下依次包括第一内插式反循环上短节、反循环内筒机构9、反循环外筒10及旋扣式反循环下短节。

第一内插式反循环上短节包括第一上短节本体11，第一上短节本体11的中心沿轴线方向设有第一上短节内孔12，第一上短节内孔12为三段式圆柱形通孔，第一上短节内孔12的上腔孔径大于第一上短节内孔12的中腔及下腔孔径，第一上短节内孔12的下腔孔径大于中腔孔径。结合图3所示，第一上短节本体11沿周向设有多个贯穿其上、下端的第一导流孔13，第一导流孔13的轴心线与第一上短节内孔12的轴心线平行，第一上短节内孔12位于多个第一导流孔13之间，第一上短节内孔12的中心线与多个第一导流孔13围成的圆形形状的中心线重合。第一导流孔13的上端与第一上短节内孔12的上腔连通。第一上短节内孔12的上腔底部及第一上短节本体11的下端分别设有环状第一导流槽14和环状第二导流槽15，第一导流槽14、第二导流槽15分别与多个第一导流孔13连通，第一导流槽14、第二导流槽15的轴心线分别与对应的第一导流孔13的轴心线平行。第一上短节内孔12的上腔壁上设有第一内螺纹。第一上短节内孔12的上腔为朝开口端呈渐扩的锥体结构。第一上短节本体11的外表面下端设有第一外螺纹。第一上短节本体11的外表面下端通过第一外螺纹与反循环外筒10的上端连接，第一上短节内孔12的下腔连接反循环内筒机构9，反循环内筒机构9穿置于反循环外筒10的内腔，反循环外筒10与反循环内筒机构9的下端连接旋扣式反循环下短节。反循环内筒机构9包括具有中空内腔的反循环内筒16，反循环内筒16的外表面上部间隔设置有多个密封槽17，各密封槽17内分别安装有密封圈18。反循环内筒16的上部通过密封圈18密封连接于第一内插式反循环上短节的第一上短节内孔12的下腔。反循环内筒16的外表面下部设置有第二外螺纹。反循环内筒16通过第二外螺纹与旋扣式反循环下短节密封连接。反循环内筒16的外表面间隔设置有多个扶正块19。多个扶正块19的设置用于保证反循环内筒机构9在反循环外筒10内居中。反循环外筒10的内腔上端设置有第二内螺纹，反循环外筒10的外表面下端设置有第三外螺纹，反循环外筒10通过第二内螺纹与第一上短节本体11的第一外螺纹螺接固定，反循环外筒10通过第三外螺纹与旋扣式反循环下短节连接。旋扣式反循环下短节包括下短节本体20，结合图4所示，下短节本体20的中心沿轴线方向设有上部大下部小的一级阶梯形下短节内孔21，下短节本体20沿周向设有多个贯穿其上、下端的第二导流孔22，第二导流孔22与下短节内孔21的轴心线平行，下短节内孔21位于多个第二导流孔22之间，下短节内孔21的中心线与多个第二导流孔22围成的圆形形状的中心线重合。第二导流孔22的上端与下短节内孔21的上腔连通。下短节内孔21的上腔壁设有第三内螺纹，下短节内孔21的下腔壁上部设有第四内螺纹，下短节内孔21的上腔、下短节内孔21的下腔上部形状均为朝开口端为渐扩的锥体结构。下短节内孔21的上腔底部及下短节本体20的下端分别设有环状第三导流槽23和环状第四导流槽24，第三导流槽23、第四导流槽24分别与多个第二导流孔22连通，第三导流槽23、第四导流槽24的轴心线分别与对应的第二导流孔22的轴心线平行。下短节本体20的外表面下端设有第四外螺纹。旋扣式反循环下短节通过第三内螺纹与反循环内筒机构9的外表面下部的第二外螺纹螺接固定，旋扣式反循环下短节通过第四内螺纹与反循环外筒10外表面下端的第三外螺纹螺接固定。第一上短节内孔12、反循环内筒16的内腔及下短节内孔21上、下相通，多个第一导流孔13的下端与反循环内筒机构9的外壁和反循环外筒10内壁之间的环空相通，该环空又与其下端的多个第二导流孔22相通。

结合图5所示，反循环单向控制装置6由上向下依次包括第二内插式反循环上短节、反循环单向控制内筒机构25、反循环单向控制外筒26及反循环单向控制短节。第二内插式反循环上短节包括第二上短节本体27，第二上短节本体27的中心沿轴线方向设有第二上短节内孔28，第二上短节内孔28为三段式圆柱形通孔，第二上短节内孔28的上腔孔径大于第二上短节内孔28的中腔孔径及下腔孔径，第二上短节内孔28的下腔孔径大于中腔孔径，第二上短节本体27沿周向设有多个贯穿其上、下端的第三导流孔29，第三导流孔29的轴心线与第二上短节内孔28的轴心线平行，第二上短节内孔28位于多个第三导流孔29之间，且第二上短节内孔28的轴心线与多个第三导流孔29围成的圆形形状的轴心线重合。第三导流孔29的上端与第二上短节内孔28的上腔连通。第二上短节内孔28的上腔底部及第二上短节本体27的下端分别设有环状第五导流槽30和环状第六导流槽31，第五导流槽30、第六导流槽31分别与多个第三导流孔29连通，第五导流槽30、第六导流槽31的轴心线分别与对应的第三导流孔29的轴心线平行。第二上短节内孔28的上腔壁上设有第五内螺纹，第二上短节本体27的外表面下端设有第五外螺纹，第二内插式反循环上短节通过第五内螺纹与旋扣式反循环下短节的第四外螺纹螺接固定。第二内插式反循环上短节通过第五外螺纹与反循环单向控制外筒26的上端连接。反循环单向控制内筒机构25穿置于反循环单向控制外筒26的内腔，反循环单向控制内筒机构25包括具有中空内腔的反循环单向控制内筒32，反循环单向控制内筒32的外表面上部间隔设置有多个第二密封槽33，各第二密封槽33内分别安装有第二密封圈34。反循环单向控制内筒32的外表面下部设置有第六外螺纹，反循环单向控制内筒32的上端插接于第二内插式反循环上短节的第二上短节内孔28的内腔下部，多个第二密封圈33的设置是为了保证反循环单向控制内筒32与第二内插式反循环上短节的密封连接。反循环单向控制内筒32的外表面下部安装有多个单向阀35。反循环单向控制内筒32的外表面间隔设置有多个第二扶正块36，多个第二扶正块36的设置用于保证反循环单向控制内筒机构35在反循环单向控制外筒26内居中。反循环单向控制外筒26的内腔上端设置有第六内螺纹，反循环单向控制外筒26的外表面下端设置有第七外螺纹，反循环单向控制外筒26通过第六内螺纹与第二内插式反循环上短节的第五外螺纹螺接固定。反循环单向控制短节包括控制短节本体37，控制短节本体37的中心沿轴线方向设有上部大下部小的一级阶梯形控制短节内孔38，控制短节内孔38的上腔壁设有第七内螺纹，控制短节内孔38的下腔壁上部设有第八内螺纹。控制短节本体37的外表面下端设有第八外螺纹。控制短节本体37通过第七内螺纹与反循环单向控制外筒26的第七外螺纹螺接固定，控制短节本体37通过第八内螺纹与反循环单向控制内筒32上的第六外螺纹密封螺接固定，控制短节本体37通过第八外螺纹与钻铤7连接。

该上插式反循环钻具的第一通道3是由第一内插式反循环上短节的第一上短节内孔12、反循环内筒机构9的内腔、旋扣式反循环下短节的下短节内孔21、反循环单向控制装置的第二内插式反循环上短节的第二上短节内孔28、反循环单向控制内筒机构25的内腔及反循环单向控制短节的控制短节内孔38连通组成。第二通道4是由第一内插式反循环上短节上的多个第一导流孔13、反循环内筒机构9与反循环外筒10之间形成的环形空间及与旋扣式反循环下短节的多个第二导流孔22、反循环单向控制装置的第二内插式反循环上短节的多个第三导流孔29、反循环单向控制内筒机构25与反循环单向控制外筒26之间形成的环形空间连通组成。

用上述上插式反循环钻具钻井时，当钻遇漏失地层时，钻井方法包括如下步骤：

(1)将上插式反循环钻具伸入钻井39内，打开空压机阀门40，利用地面空压机41向上插式反循环钻具的第二通道4持续泵入高压压缩气体，高压压缩空气通过上插式反循环钻具的单向阀35进入上插式反循环钻具的第一通道3后上返，在上插式反循环钻具的第一通道3与上插式反循环钻具、钻井壁的环空之间形成负压差，形成气举效应；

(2)操作地面的泥浆换向阀，使泥浆换向阀的第一阀门42关闭，第二阀门43打开，将泥浆泵44从上插式反循环钻具、钻井壁之间的环空持续泵入钻井液，钻井液从环空到达井底、携带钻屑进入上插式反循环钻具的钻头8、上插式反循环钻具的第一通道3，在高压压缩气体的气举作用下持续推动返出地面，循环罐45前的第三阀门46打开，第四阀门47关闭，钻井液进入循环罐45进行地面净化、处理后再进入泥浆泵44，实现反循环钻井。

实施例2

本发明反循环钻具密封方法实施例二为：将下插式反循环钻具的反循环内筒机构48、反循环单向控制内筒机构2的两端分别采用内插式密封及丝扣式密封方式连接于上插式反循环钻具上，使得上插式反循环钻具的第一通道3和第二通道4之间形成两条独立密闭的通道。

结合图7所示，本发明下插式反循环钻具由上向下依次包括下插式反循环装置49、反循环单向控制装置6、钻铤7及钻头8。结合图8所示，下插式反循环装置49由上向下依次包括旋扣式反循环上短节、反循环内筒机构9’、反循环外筒10’及内插式反循环下短节。

旋扣式反循环上短节包括上短节本体50，上短节本体50的中心设有上部大下部小的一级阶梯形上短节内孔51，结合图9所示，上短节本体50沿周向设有多个贯穿其上、下端的第一导流孔52，第一导流孔52与上短节本体50的轴心线平行，上短节内孔51位于多个第一导流孔52之间，并且上短节内孔51的轴心线与多个第一导流孔52围成的圆形形状的中心线重合。第一导流孔52的上端与上短节内孔51的上腔连通。上短节内孔51的上腔底部及上短节本体50的下端分别设有环状第一导流槽53和环状第二导流槽54，第一导流槽53、第二导流槽54分别与多个第一导流孔52连通，第一导流槽53、第二导流槽54的轴心线分别与对应的第一导流孔52的轴心线平行。上短节内孔51的上腔壁设有第一内螺纹，上短节内孔51的下腔壁下部设有第二内螺纹，上短节本体50的外表面下端设有第一外螺纹。上短节本体50的外表面下端通过第一外螺纹与反循环外筒10’的上端连接，上短节内孔51的下腔通过第二内螺纹与反循环内筒机构9’连接，反循环内筒机构9’穿置于反循环外筒10’的内腔，反循环外筒10’与反循环内筒机构9’的下端连接内插式反循环下短节的上端。该反循环内筒机构9’、反循环外筒10’的结构为上述实施例一的反循环内筒机构9、反循环外筒10旋转180后的结构，此处不再对其详细结构赘述，值得强调的是该反循环内筒机构9’的反循环内筒16通过在其外表面下部设置多个密封槽17，并在各密封槽17内安装密封圈18的方式密封连接于内插式反循环下短节的下短节内孔21，而反循环内筒16的外表面上部通过设置外螺纹实现与旋扣式反循环上短节的丝扣式密封连接。

内插式反循环下短节包括下短节本体55，下短节本体55的中心沿轴线方向设有由下向上呈渐扩的两级阶梯形下短节内孔56，结合图10所示，下短节本体55沿周向设有多个贯穿其上、下端的第二导流孔57，第二导流孔57的轴心线与下短节内孔56的轴心线平行，下短节内孔56位于多个第二导流孔57之间，并且下短节内孔56的中心线与多个第二导流孔57围成的圆形形状的轴心线重合。第二导流孔57的上端与下短节内孔56的上腔连通。下短节内孔56的中腔上端及下短节本体55的下端分别设有环状第三导流槽58和环状第四导流槽59，第三导流槽58、第四导流槽59分别与多个第二导流孔57连通，第三导流槽58、第四导流槽59的轴心线分别与对应的第二导流孔57的轴心线平行。下短节内孔56的上腔壁上设有第四内螺纹，下短节内孔56通过第四内螺纹与反循环外筒10’的第三外螺纹螺接，下短节本体55的外表面下端设有第四外螺纹。

参见图5所示反循环单向控制装置6的结构与本实施例的反循环单向控制装置结构上相同，此处不再赘述，此处内插式反循环上短节与上述实施例一中的第二内插式反循环上短节结构相同，标号一致。本实施例反循环单向控制装置的内插式反循环上短节上端与内插式反循环下短节下端通过螺纹连接固定。内插式反循环上短节的下端与反循环单向控制外筒26的上端通过螺纹连接。本实施例反循环单向控制内筒机构25的反循环单向控制内筒32通过在其外表面上部设置多个第二密封槽33，并在各第二密封槽33内安装第二密封圈34的方式密封连接于内插式反循环上短节的第二上短节内孔28的内腔下部，而反循环单向控制内筒32的外表面下部通过设置外螺纹实现与反循环单向控制短节的控制短节本体37丝扣式密封连接。控制短节本体37的上端与反循环单向控制外筒26的下端通过螺纹螺接固定，控制短节本体37通过螺纹连接钻铤7。

该下插式反循环钻具的第一通道3是由旋扣式反循环上短节的上短节内孔51、反循环内筒机构9’的内腔、内插式反循环下短节的下短节内孔56、反循环单向控制装置的内插式反循环上短节的第二上短节内孔28、反循环单向控制内筒机构25的内腔及反循环单向控制短节的控制短节内孔38连通组成。第二通道4是由旋扣式反循环上短节上的多个第一导流孔52、反循环内筒机构9’与反循环外筒10’之间形成的环形空间及与内插式反循环下短节的多个第二导流孔57、反循环单向控制装置的内插式反循环上短节的多个第三导流孔29、反循环单向控制内筒机构25与反循环单向控制外筒26之间形成的环形空间连通组成。

用上述下插式反循环钻具钻井时，当钻遇漏失地层时，钻井方法包括如下步骤：

(1)将下插式反循环钻具伸入钻井39内，打开空压机阀门40，利用地面空压机41向下插式反循环钻具的第二通道4持续泵入高压压缩气体，高压压缩空气通过下插式反循环钻具的单向阀35进入下插式反循环钻具的第一通道3后上返，在下插式反循环钻具的第一通道3与下插式反循环钻具、钻井壁的环空之间形成负压差，形成气举效应；

(2)操作地面的泥浆换向阀，使泥浆换向阀的第一阀门42关闭，第二阀门43打开，将泥浆泵44从下插式反循环钻具、钻井壁之间的环空持续泵入钻井液，钻井液从环空到达井底、携带钻屑进入下插式反循环钻具的钻头8、下插式反循环钻具的第一通道3，在高压压缩气体的气举作用下持续推动返出地面，循环罐45前的第三阀门46打开，第四阀门47关闭，钻井液进入循环罐45进行地面净化、处理后再进入泥浆泵44，实现反循环钻井。

本发明上述两个实施例分别通过利用上插式反循环钻具或下插式反循环钻具的两个独立密封通道：第一通道3和第二通道4，通过从第二通道4持续泵入高压压缩气体，使压缩空气经由反循环单向控制装置的单向阀35进入上插式反循环钻具或下插式反循环钻具的第一通道3后上返，同时通过泥浆换向阀，泥浆泵44把钻井液从环空泵入，高压压缩气体从第一通道3上返，形成气举效应，上插式反循环钻具或下插式反循环钻具的第一通道3与环空之间形成负压差，钻井液从环空到达井底、携带钻屑进入钻头8及第一通道3，在高压压缩气体的持续推动上返，实现反循环钻井，该过程与正循环钻井过程正好相反，本发明利用第二通道4在易漏地层中进行反循环钻井，使得在易漏地层中也能正常进行石油钻井，该反循环钻井方法简单，设计巧妙，其在钻遇漏失地层时，钻井液可从上插式反循环钻具或下插式反循环钻具中通过，实现反循环钻井。

以上所述实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。