一种控制井筒环空压力的降压短节的制作方法

本发明涉及一种控制井筒环空压力的降压短节，属于油气钻井技术领域。

背景技术：

石油天然气油气井中，钻柱和井壁之间的空隙是井筒环空，钻井过程中，钻井液通过钻杆泵入井底，由井筒环空返回地面，在环空中存在流体静压及循环压耗，两者之和称为井筒环空压力。为了阻止地层流体渗入环空及对井壁岩石提供支撑力，以防止井喷和井壁坍塌等安全事故的发生，需要使用一定密度的钻井液来提供足够的环空压力。但对于复杂地下地质环境，经常出现同一裸眼井段喷漏层并存，当钻井液静液柱压力能压住地层流体时，由于钻井液循环时产生附加的环空压耗，有时会超过地层承压能力而导致井眼破裂漏失，使井筒失去完整性而发生钻井液漏失，会造成钻井复杂事故。因此，精确控制高压油气井钻井过程中的井筒环空压力非常重要，目前最先进的方法是采用控压钻井技术，但该技术成本高昂，且国内没有该技术产品。为解决上述技术难题，需要研发一个工具，该工具可以在保持井内泥浆密度不变的情况下，保持泥浆循环和静止时环空压力基本不变，实现控压钻井，解决窄密度窗口地层安全钻井技术难题。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明的目的是提供一种控制井筒环空压力的降压短节，利用该降压短节可以在泥浆循环时，降低井筒环空压力，实现井内泥浆密度不变的情况下，井筒环空压力在循环时不会因环空压耗的存在而导致环空压力增加。该技术用于深水海洋钻井，可以增加套管下入深度，减少套管下入层次，大大降低深水钻井成本。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种控制井筒环空压力的降压短节，其特征在于：包括壳体，在所述壳体的内部固定设置呈筒状的支撑壁，在所述壳体的内部固定设置定轴，所述定轴布置在所述支撑壁的轴线上；在所述定轴的两端分别转动连接一动力叶轮，所述动力叶轮的外缘为一外齿圈，所述外齿圈与转动连接在所述支撑壁上的传动齿轮啮合，在所述支撑壁的外部转动设置有降压叶轮，所述降压叶轮的内缘为一内齿圈，所述内齿圈与所述传动齿轮啮合。

所述壳体包括上盖、下盖和外侧壁，所述上盖和下盖分别焊接在所述外侧壁的两端。

所述定轴与所述上盖固定连接。

在所述定轴的中部固定安装导流板。

在位于每一所述动力叶轮与所述导流板之间的定轴上安装黄铜套。

所述降压叶轮与上盖、下盖之间分别通过滚珠轴承连接。

在所述降压叶轮与上盖、下盖之间分别设置一对唇形密封圈。

在所述上盖和下盖上均开设有疏流孔。

在所述上盖上设置用于与钻杆连接的第一接口，在所述下盖上设置有用于与钻杆连接的第二接口；所述第一接口设置有外螺纹，所述第二接口设置有与所述第一接口外螺纹相配合的内螺纹。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明与钻杆连接后，其中的动力叶轮可以吸收钻杆内腔水流中的能量，使之转化为旋转的机械能，动力叶轮的外缘是一外齿圈，与嵌装在支撑壁上的传动齿轮啮合，降压叶轮的内缘是一内齿圈，套在支撑壁上，内齿与传动齿轮啮合，由此，自钻杆内腔水流的动力就传递至降压叶轮，从而以降低下盖端的水压，进而实现环空的局部降压。2、本发明在定轴的中部固定安装导流板，用以梳理水流，从而提高动力叶轮的能量转化率。3、本发明在动力叶轮与导流板之间安装黄铜套，黄铜套能够将动力叶轮与导流板隔开，以减小摩擦。4、本发明在降压叶轮与上盖、下盖之间分别设置一对唇形密封圈，其可以隔绝降压短节内部的高压水流与外部的低压水流。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的外部结构示意图；

图3是本发明的传动原理示意图；

图4是采用单个降压短节时的安装示意图；

图5是采用多个降压短节时的安装示意图；

图6是本发明的井下布置方式图解。

图中的附图标记含义如下：100-控制井筒环空压力的降压短节；1-壳体；2-支撑壁；3-定轴；4-动力叶轮；5-传动齿轮；6-降压叶轮；7-导流板；8-黄铜套；9-唇形密封圈；10-疏流孔；11-上盖；12-下盖；13-外侧壁；14-钻杆；15-滚珠轴承；16-第一接口；17-第二接口；20-钻井；21-钻头。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1～3所示，本发明提出了一种控制井筒环空压力的降压短节100，其包括壳体1，在壳体1的内部固定设置呈筒状的支撑壁2，在壳体1的内部固定设置定轴3，定轴3布置在支撑壁2的轴线上。在定轴3的两端分别转动连接一动力叶轮4，动力叶轮4的外缘为一外齿圈，外齿圈与转动连接在支撑壁2上的传动齿轮5啮合，在支撑壁2的外部转动设置有降压叶轮6，降压叶轮6的内缘为一内齿圈，内齿圈与传动齿轮5啮合。

进一步地，壳体1包括上盖11、下盖12和外侧壁13，上盖11和下盖12分别焊接在外侧壁13的两端。定轴3与上盖11固定连接。

进一步地，在定轴3的中部固定安装导流板7，用以梳理水流，提高动力叶轮4的能量转化率。

进一步地，在位于每一动力叶轮4与导流板7之间的定轴3上安装黄铜套8，黄铜套8的作用是将动力叶轮4与导流板7隔开，以减小摩擦。

进一步地，降压叶轮6与上盖11、下盖12之间分别通过滚珠轴承15连接，用以对降压叶轮6的转动支撑和定位。

进一步地，在降压叶轮6与上盖11、下盖12之间分别设置一对唇形密封圈9，用于隔绝降压短节内部的高压水流与外部的低压水流。

进一步地，在上盖11和下盖12上均开设有疏流孔10。

进一步地，在上盖11上设置用于与钻杆连接的第一接口16，在下盖上设置有用于与钻杆连接的第二接口17；第一接口16设置有外螺纹，第二接口17设置有与第一接口16外螺纹相配合的内螺纹。

本发明的安装使用：本发明降压短节的安装有必须的方向性，即下盖12到上盖11的朝向必须为水压减小的方向。使用时，可以单个降压短节安装(如图4所示)，即将单个降压短节的上盖11与钻杆14连接，下盖12与另一个钻杆14连接，形成局部的降压流场；也可将多个降压短节串联安装(如图5所示)，即多个降压短节间隔相连，再与钻杆14连接，形成长程大降压流场。

本发明工作原理：高压水流自地面注入钻杆14内腔，因而在钻杆14里有稳定流速的具有做功能力的水流，降压短节里的动力叶轮4的作用就是吸收钻杆14内腔水流中的能量，使之转化为旋转的机械能，动力叶轮4的外缘是一外齿圈，与嵌装在支撑壁2上的传动齿轮5啮合，降压叶轮6的内缘是一内齿圈，套在支撑壁2上，内齿与传动齿轮5啮合。这样，自钻杆14内腔水流的动力就传递至降压叶轮6，用以降低下盖12端的水压。

本发明仅以上述实施例进行说明，各部件的结构、设置位置及其连接都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种控制井筒环空压力的降压短节，其特征在于：包括壳体，在所述壳体的内部固定设置呈筒状的支撑壁，在所述壳体的内部固定设置定轴，所述定轴布置在所述支撑壁的轴线上；在所述定轴的两端分别转动连接一动力叶轮，所述动力叶轮的外缘为一外齿圈，所述外齿圈与转动连接在所述支撑壁上的传动齿轮啮合，在所述支撑壁的外部转动设置有降压叶轮，所述降压叶轮的内缘为一内齿圈，所述内齿圈与所述传动齿轮啮合。

技术研发人员：邓金根;侯斌;董星亮;李中;蔚宝华;谭强;刘伟
受保护的技术使用者：中国石油大学（北京）
技术研发日：2017.10.30
技术公布日：2018.01.12