一种天然气井用防腐导流结构的制作方法

本发明涉及气田开采领域，具体涉及一种天然气井用防腐导流结构。

背景技术：

当钻进遇异常高压油气地层时，高压油气地层的油气流在压力作用下上窜并带动泥浆一起汇至井口，油气流的上窜引起钻井故障，轻者导致井口溢流或井涌，重者会造成井控失控，通常情况下，容易引起井喷事故，并且高压油气层的压井作业不易进行，扰乱钻井生产作业的正常进行。

技术实现要素：

本发明目的在于提供一种天然气井用防腐导流结构，以解决上述缺陷。

本发明通过下述技术方案实现：

一种天然气井用防腐导流结构，包括筒体、底板、球体以及上球座，在所述筒体内部开有进液孔，所述底板固定在进液孔的下部，上球座固定在进液孔上部且其内部与进液孔连通，在底板中部设置有支撑轴，弹簧套设在支撑轴上，在底板上开有多个小孔，弹簧的顶端设置有限位板，且限位板底部与支撑轴顶端留有间隙，所述支撑轴上端设置有弹性的锥体，限位板底面嵌有正对锥体的橡胶块，下球座固定在限位板上，所述上球座与下球座之间形成一个球形的防喷腔体，球体转动设置在所述防喷腔体内，且在所述球体中部开有与进液孔连通的通孔；还包括调节机构，所述调节机构包括贯穿筒体侧壁的套筒和连接轴，所述连接轴转动设置在套筒内，所述连接轴一端与球体上部连接，连接轴另一端沿筒体径向向外延伸，在套筒上设有轴线与连接轴轴线平行的导流孔，导流孔的两端分别于进液孔以及外界连通，在筒体侧壁上设有环形槽，且所述环形槽将套筒分割成两部分，在连接轴上安装有挡块，所述挡块滑动设置在环形槽内，在初始工况下，所述挡块将导流孔中部与其两端隔绝，在所述进液孔内侧壁上设置有压力传感器，压力传感器通过控制器与用于驱动连接轴的驱动设备连接，且在连接轴外壁上设有防蚀轴套，防蚀轴套一端与球体侧壁连接，套筒内侧端面上开有环形的卡接槽，防蚀轴套另一端转动设置在卡接槽内。

针对现有技术中，当钻进遇异常高压油气地层时，高压油气地层的油气流在压力作用下上窜并带动泥浆一起汇至井口，油气流的上窜引起钻井故障，轻者导致井口溢流或井涌，重者会造成井控失控，通常情况下，容易引起井喷事故，发明人通过在井口设置防喷装置，通过调节机构对进液孔的连通截面大小的调节，使得上窜的油气被阻挡，即阻碍油气流继续上窜，防止油气流上窜引起的井口溢流或是井涌事故的扩大化，避免了井控失调的发生，降低井喷的发生概率，以降低钻井过程中高压油气对钻进进度的影响。

具体操作如下，当遇到异常高压油气地层时，通过转动连接轴在筒体外部的延伸部分，使得球体发生一定角度的转动，而此时球体中部的通孔与进液孔相互隔绝，即上球座与球体之间将筒体内部的流通道阻断，上窜的油气流被阻挡在球体下方，此时向进液孔上端注入钻井液，球体上部受到钻井液的冲击后，开始下移，球体与上球座之间会出现间隙，钻井液则由该间隙处流入进液孔的下段，最后通过底板上的多个小孔进入到井内以进行循环压井作业，进而保证钻井生产作业的正常进行。当遇到异常高压的油气地层时，球体以及上球座的受冲击力度过大，很容易造成损伤，因此在筒体的侧壁上开设有导流孔，以及时对井下进行降压，而在初始工况下，该导流孔始终被挡块所遮挡，即进液孔无法通过导流孔与外界连接，而当井下压力达到一个临界值时，需要球体对进液孔的进行封隔，此时转动连接轴，使得球体发生转动的同时，带动挡块在环形槽内转动，直至导流孔不再受到限制而直接与外界连通，而此种连通方式并非是将油气直接外排至空气中，而是通过特殊容器对该油气进行收集；通过球体对进液孔上端的封隔，同时通过导流孔对进液孔侧壁的泄压，使得井下出现异常高压的情况下，保证筒体内部的各部件不受损伤。进一步地，由于井下的异常高压的出现不规律，使得人工在调节进液孔开闭过程中无法做到及时有效，进而导致井喷事故成为高概率事件；在进液孔内壁中部设置压力传感器，可对井下的高压油气流进行实时监控，一旦井下压力超出标准值后，则压力传感器将数据信号传输至控制器，控制器控制驱动设备开始转动连接轴，及时通过球体将进液孔的中部阻断，避免了人工在调节时的不及时而导致井涌现象。其中，连接轴作为球体转动的核心部件，其局部长期暴露在高压油气流以及钻井液的不断冲刷作用下，而在该连接轴部分上套设防蚀轴套，可增加连接轴的防腐防蚀强度，避免连接轴上出现严重的腐蚀而导致球体的转动失效。

而在球体下移时，使得下球座带动限位板顺势向支撑轴靠拢，此时弹簧被压缩，由于钻井液在注入进液孔时的冲量不能过高，以避免在注入的瞬间上球座以球体之间产生的间隙过大而导致油气上窜喷出，由此可知，与注入钻井液流量相匹配的弹簧的弹性系数相对较小，即在使用时极易受到损伤而致使球体对进液孔的密封失效，本发明在限位板底部嵌入橡胶块，同时在支撑轴的顶端设置具有弹性的锥体，在限位板下移时，锥体首先与橡胶块接触，通过橡胶块与锥体之间的接触产生形变，以辅助弹簧对球体、下球座以及限位板所受到的冲击作用力，进而大大降低弹簧的受载强度，使得钻井液的注入进度与球体阻挡井下油气上窜的效率之间实现平衡，在最大程度上提高对筒体内部的各部件的保护力度。

还包括挡环以及由左环体、右环体封闭成环构成的限位块，挡环卡接在限位块的中部，所述上球座上端面设置有阶梯状的接触面，所述限位块下端面以及挡环下端面分别与所述接触面连接。上窜的油气直接作用到球体外壁上，使得球体受到一个垂直向上的作用应力，同样的球体会对上球座形成一定冲击，并且一旦球体发生沿筒体轴线方向上的跳动，与球体连接的连接轴会扭曲而发生应力受损，因此在进液孔上部设置限位块以及挡环，可对上球座进行二级加固，避免上球座在筒体内出现松动而延长球体向上运动而产生的位移，保证球体在异常高压的油气井中保持稳定的工作状态。

在所述底板上设置有与进液孔内壁连接的扶正套，所述扶正套上端端部向上延伸至球体的中部。在球体受到油气流的不断冲击而进行的转动时，利用扶正套对球体外壁的限制，以维持球体绕其与连接轴的连接点做规则的圆周运动，防止球体发生径向跳动，保证球体以及上球座的稳定性。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

本发明通过调节机构对进液孔的连通截面大小的调节，使得上窜的油气被阻挡，即阻碍油气流继续上窜，防止油气流上窜引起的井口溢流或是井涌事故的扩大化，避免了井控失调的发生，降低井喷的发生概率，以降低钻井过程中高压油气对钻进进度的影响。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明的结构示意图；

图2为调节机构的结构示意图；

图3为限位板与支撑轴的配合图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-筒体、2-左环体、3-进液孔、4-通孔、5-球体、6-下球座、7-弹簧、8-支撑轴、9-底板、10-小孔、11-挡环、12-右环体、13-上球座、14-调节机构、141-套筒、142-连接轴、143-导流孔、144-挡块、145-环形槽、146-压力传感器、147-防蚀轴套、15-扶正套、16-限位板、17-橡胶块、18-锥体。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

如图1～3所示，本实施例包括筒体1、底板9、球体5以及上球座13，在所述筒体1内部开有进液孔3，所述底板9固定在进液孔3的下部，上球座13固定在进液孔3上部且其内部与进液孔3连通，在底板9中部设置有支撑轴8，弹簧7套设在支撑轴8上，在底板9上开有多个小孔10，弹簧7的顶端设置有限位板16，且限位板16底部与支撑轴8顶端留有间隙，所述支撑轴8上端设置有弹性的锥体18，限位板16底面嵌有正对锥体18的橡胶块17，下球座6固定在限位板16上，所述上球座13与下球座6之间形成一个球形的防喷腔体，球体5转动设置在所述防喷腔体内，且在所述球体5中部开有与进液孔3连通的通孔4；还包括调节机构14，所述调节机构14包括贯穿筒体1侧壁的套筒141和连接轴142，所述连接轴142转动设置在套筒141内，所述连接轴142一端与球体5上部连接，连接轴142另一端沿筒体1径向向外延伸，在套筒141上设有轴线与连接轴142轴线平行的导流孔143，导流孔143的两端分别于进液孔3以及外界连通，在筒体1侧壁上设有环形槽145，且所述环形槽145将套筒141分割成两部分，在连接轴142上安装有挡块144，所述挡块144滑动设置在环形槽145内，在初始工况下，所述挡块144将导流孔143中部与其两端隔绝，在所述进液孔3内侧壁上设置有压力传感器146，压力传感器146通过控制器与用于驱动连接轴142的驱动设备连接，且在连接轴142外壁上设有防蚀轴套147，防蚀轴套147一端与球体5侧壁连接，套筒141内侧端面上开有环形的卡接槽，防蚀轴套147另一端转动设置在卡接槽内。

针对现有技术中，当钻进遇异常高压油气地层时，高压油气地层的油气流在压力作用下上窜并带动泥浆一起汇至井口，油气流的上窜引起钻井故障，轻者导致井口溢流或井涌，重者会造成井控失控，通常情况下，容易引起井喷事故，发明人通过在井口设置防喷装置，通过调节机构14对进液孔3的连通截面大小的调节，使得上窜的油气被阻挡，即阻碍油气流继续上窜，防止油气流上窜引起的井口溢流或是井涌事故的扩大化，避免了井控失调的发生，降低井喷的发生概率，以降低钻井过程中高压油气对钻进进度的影响。

具体操作如下，当遇到异常高压油气地层时，通过转动连接轴142在筒体1外部的延伸部分，使得球体5发生一定角度的转动，而此时球体5中部的通孔4与进液孔3相互隔绝，即上球座13与球体5之间将筒体1内部的流通道阻断，上窜的油气流被阻挡在球体5下方，此时向进液孔3上端注入钻井液，球体5上部受到钻井液的冲击后，开始下移，球体5与上球座13之间会出现间隙，钻井液则由该间隙处流入进液孔3的下段，最后通过底板9上的多个小孔10进入到井内以进行循环压井作业，进而保证钻井生产作业的正常进行。当遇到异常高压的油气地层时，球体5以及上球座13的受冲击力度过大，很容易造成损伤，因此在筒体1的侧壁上开设有导流孔143，以及时对井下进行降压，而在初始工况下，该导流孔143始终被挡块144所遮挡，即进液孔3无法通过导流孔143与外界连接，而当井下压力达到一个临界值时，需要球体5对进液孔3的进行封隔，此时转动连接轴143，使得球体5发生转动的同时，带动挡块144在环形槽145内转动，直至导流孔143不再受到限制而直接与外界连通，而此种连通方式并非是将油气直接外排至空气中，而是通过特殊容器对该油气进行收集；通过球体5对进液孔3上端的封隔，同时通过导流孔143对进液孔3侧壁的泄压，使得井下出现异常高压的情况下，保证筒体1内部的各部件不受损伤。进一步地，由于井下的异常高压的出现不规律，使得人工在调节进液孔3开闭过程中无法做到及时有效，进而导致井喷事故成为高概率事件；在进液孔3内壁中部设置压力传感器146，可对井下的高压油气流进行实时监控，一旦井下压力超出标准值后，则压力传感器146将数据信号传输至控制器，控制器控制驱动设备开始转动连接轴142，及时通过球体5将进液孔3的中部阻断，避免了人工在调节时的不及时而导致井涌现象。其中，连接轴142作为球体转动的核心部件，其局部长期暴露在高压油气流以及钻井液的不断冲刷作用下，而在该连接轴142部分上套设防蚀轴套147，可增加连接轴142的防腐防蚀强度，避免连接轴142上出现严重的腐蚀而导致球体的转动失效。

而在球体5下移时，使得下球座6带动限位板16顺势向支撑轴8靠拢，此时弹簧7被压缩，由于钻井液在注入进液孔3时的冲量不能过高，以避免在注入的瞬间上球座13以球体5之间产生的间隙过大而导致油气上窜喷出，由此可知，与注入钻井液流量相匹配的弹簧7的弹性系数相对较小，即在使用时极易受到损伤而致使球体5对进液孔3的密封失效，本实施例在限位板16底部嵌入橡胶块17，同时在支撑轴8的顶端设置具有弹性的锥体18，在限位板16下移时，锥体18首先与橡胶块17接触，通过橡胶块17与锥体18之间的接触产生形变，以辅助弹簧7对球体5、下球座6以及限位板16所受到的冲击作用力，进而大大降低弹簧7的受载强度，使得钻井液的注入进度与球体5阻挡井下油气上窜的效率之间实现平衡，在最大程度上提高对筒体1内部的各部件的保护力度。本实施例还包括挡环11以及由左环体2、右环体12封闭成环构成的限位块，挡环11卡接在限位块的中部，所述上球座13上端面设置有阶梯状的接触面，所述限位块下端面以及挡环11下端面分别与所述接触面连接。上窜的油气直接作用到球体5外壁上，使得球体5受到一个垂直向上的作用应力，同样的球体5会对上球座13形成一定冲击，并且一旦球体5发生沿筒体1轴线方向上的跳动，与球体5连接的连接轴142会扭曲而发生应力受损，因此在进液孔3上部设置限位块以及挡环11，可对上球座13进行二级加固，避免上球座13在筒体1内出现松动而延长球体5向上运动而产生的位移，保证球体5在异常高压的油气井中保持稳定的工作状态。

其中，在所述底板9上设置有与进液孔3内壁连接的扶正套15，所述扶正套15上端端部向上延伸至球体5的中部。在球体5受到油气流的不断冲击而进行的转动时，利用扶正套15对球体5外壁的限制，以维持球体5绕其与连接轴142的连接点做规则的圆周运动，防止球体5发生径向跳动，保证球体5以及上球座13的稳定性。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。