一种用于弃井的随钻封隔装置和方法
【技术领域】
[0001]本发明属于油田井下工具技术领域，具体涉及一种用于弃井的随钻封隔装置和方法。
【背景技术】
[0002]随着油气勘探开发领域的扩展，钻井地质环境越来越复杂，可能存在地层压力不稳定、钻井液密度窗口窄、喷漏同存等复杂情况，十分难以处理。特别是在探井作业中，当井下出现严重复杂情况时，需要在钻井途中或者结束后进行临时性或永久性弃井，以便于进行后续作业。
[0003]目前，在钻井过程中的弃井作业中经常采用注水泥塞回填井眼至侧钻点的方式。但是这种方式存在许多缺点，例如:工序复杂，作业时间长，大大地延长了钻井周期；作业时效差，无法做到随钻快速处理，因而溢出物易导致井筒污染，增加了后续处理的难度和成本；注水泥对泥浆污染严重，大幅度增加了泥浆维护成本；井壁残留的水泥在后续钻井作业中易发生掉块而造成卡钻事故。尤其是在大斜度井中，由于井斜较大，易形成泥浆滞留区，水泥顶替效果差，水泥塞封堵效果差等复杂问题。
[0004]因此，提供结构简单、便于操作、安全可靠并可以大幅提高作业时效，以降低钻井成本的用于弃井的随钻封隔装置成为了急需解决的技术问题。
【发明内容】
[0005]为了解决上述部分或全部技术问题，本发明的目的是提供一种用于弃井的随钻封隔装置和方法。该装置可以作为钻柱的一部分被下放到井筒中。当井下出现溢流时，该装置的胶筒可以迅速地对钻柱与井筒之间的环空通道进行封隔，控制溢流物的上返。并且该装置能实现在封隔后将上部钻柱与封隔机构脱开。由此，根据本发明的装置在不影响正常的钻井作业的情况下，能实现安全快速地弃井。
[0006]根据本发明的一方面，提出了一种用于弃井的随钻封隔装置。装置包括:
[0007]丢手机构，丢手机构包括与钻柱的钻铤连接的上接头，以及与上接头可拆卸式连接的下接头，
[0008]封隔机构，封隔机构包括与下接头连接的中心管、两端密封式套接在中心管的外壁上的胶筒，以及形成于中心管与胶筒之间的憋压腔，
[0009]其中，憋压腔能接受来自中心管的内腔的流体而使胶筒径向膨胀以封隔钻柱与井筒的环空间隙，丢手机构的上接头和下接头构造成在环空间隙被封隔之后彼此脱开。
[0010]在一个实施例中，上接头设置有沿轴向向下延伸的弹性爪，在弹性爪上设置径向向内的承载体以与设置在下接头的外壁上的承载槽配合，从而将下接头悬挂在上接头上，在弹性爪的外壁上设置能限制承载体位于承载槽内的液缸，液缸构造为在流体作用下轴向移动，以让出弹性爪，从而使承载体移出承载槽内。
[0011 ] 在一个实施例中，在下接头的外壁上设置有外花键，在弹性爪上设置有用于与花键配合的键槽。
[0012]在一个实施例中，液缸通过第一剪切销固定在下接头的外壁上。
[0013]一个实施例中，在中心管上设置用于连通憋压腔的单向阀，以及用于控制单向阀开启和关闭的开启阀和关闭阀。
[0014]在一个实施例中，使开启阀和关闭阀启动的压力值小于使第一剪切销剪断的压力值。
[0015]在一个实施例中，在胶筒的上、下两端分别设置径向向外突出的第二扶正环和第三扶正环，第二扶正环和第三扶正环的外径均大于胶筒的外径。
[0016]在一个实施例中，在液缸的上端设置径向向外突出的第一扶正环，液缸位于第一扶正环和第二扶正环之间，其中，第一扶正环和第二扶正环的外径均大于液缸的外径。
[0017]在一个实施例中，装置还包括设置在封隔机构的下游的胶塞座，胶塞座构造为能与外投式胶塞复合以封堵钻柱的流体通道。
[0018]根据本发明的另一方面，提供了一种使用上述装置来进行弃井的方法，包括以下步骤:
[0019]步骤一:将装置连接于钻铤与钻头之间，并下放入井；
[0020]步骤二:当井下出现溢流的情况时，在钻杆中投入胶塞，并进行泵送使胶塞下行与设置在封隔机构的下游的胶塞座复合，封堵钻柱的流体通道；
[0021]步骤三:继续泵压，中心管内的压力提高使胶筒径向膨胀以封隔钻柱与井筒的环空间隙；
[0022]步骤四:中心管内的压力继续提高，推动丢手机构的液缸运动，使上接头与下接头脱开；
[0023]步骤五:将上部钻柱提出井口。
[0024]本申请中，用语“上” “下”以装置的实际工作方向为参考。
[0025]与现有技术相比，本发明包括以下优点。此装置可安装在钻柱上，在正常钻进的情况下，仅作为钻柱的一部分。当井下出现溢流时，通过胶筒径向膨胀能迅速对钻柱与井筒之间的环空进行封隔，控制溢流物的上返。从而避免了现有技术的弃井工序复杂，作业时间差等问题，能做到随钻快速处理，避免井筒污染。并且在封隔后，通过将上接头与下接头脱开而实现上部钻柱与封隔机构的脱开，有利于将上部钻柱提出井筒，降低了后续处理成本。从而采用此装置在不影响正常钻井作业时，能安全快速地进行弃井作业。
【附图说明】
[0026]在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中:
[0027]图1显示了根据本发明的一种用于弃井的随钻封隔装置的结构；
[0028]图2显示了丢手机构的结构；
[0029]图3显示了封隔机构的结构；
[0030]图4显示了液缸下移后的丢手机构的结构；以及
[0031]图5显示了胶塞的结构。
[0032]在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。
【具体实施方式】
[0033]下面将结合附图对本发明做进一步说明。
[0034]图1显示了根据本发明的一种用于弃井的随钻封隔装置100的结构。如图1所示，装置100包括丢手机构2和设置在丢手机构2下游的封隔机构3。装置100作为钻柱50 —部分连接于钻铤1和钻头5之间，在正常钻进的情况下，装置100仅作为钻柱50的一部分，起到连接钻铤1和钻头5的作用。在井下出现溢流时，封隔机构3可迅速地对井筒51与钻柱50之间的环空通道进行封隔，控制溢流物的上返。在封隔之后可以利用丢手机构2使钻铤1与封隔机构3脱开，并将钻柱50的上部分能提出井筒51之外。由此使用装置100能实现安全快速地弃井作业。
[0035]如图2所示，丢手机构2包括上接头6，以及与上接头6可拆卸式连接的下接头8。在一个实施例中，上接头6设置有沿轴向向下延伸的用于悬挂下接头8的弹性爪9。弹性爪9的下端具有径向向内延伸的承载体91。在下接头8的与承载体91相对应的位置设置承载槽81，承载体91能嵌入到承载槽81中并与之配合。在弹性爪9的外壁上套接有液缸11。在正常钻进过程中，液缸11套接在弹性爪9的外壁上，用于限制承载体91位于承载槽81内，并且承载体91不能径向移动，从而阻止上接头6和下接头8相互脱离。在井下出现溢流并且封隔机构3封隔钻柱50与井筒51的环空间隙后，液缸11在流体作用下能轴向下移，让出弹性爪9，使承载体91能由承载槽81移出，从而消除上接头6和下接头8的悬挂关系。
[0036]根据本发明，如图4所示，在弹性爪9上设置有键槽92，其位于承载体91的上游。相对应地，在下接头8的外壁上设置有径向向外的花键82，其能与键槽92配合。在装置100下入到井筒中后，钻头5旋转，由于花键82与键槽92配合，使装置100作为钻柱50的一部分随钻头5旋转，即能传递正常钻进时的扭矩。例如，弹性状9可构造为由上接头6向下延伸出来的沿周向布置的齿93。承载体91设置在齿93的最下端处。而齿93周向之间的缝隙形成了多个键槽92。从而，在下接头8的外壁上周向设置有多个花键82与键槽92配合，以更好地实现上接头6和下接头8之间的同步转动。
[0037]如图2所示，在下接头8的侧壁上设置传压孔83，用于连通下接头8的内腔和液缸11。通过第一剪切销10将液缸11固定在下接头8的外壁上。当流体由传压孔83进入液缸11，在压力作用下，剪断第一剪切销10后，使得液缸11能够下移，从而将弹性爪9让出。由于装置100需要先封隔钻柱50与井筒51的环空间隙，再实现上接头6和下接头8的脱开以丢手。因此，使第一剪切销10剪断的压力值要大于封隔机构3安全坐封的压力值。
[0038]如图3所示，封隔机构3包括与下接头8连接的中心管17、两端密封式套接在中心管17的外壁上的胶筒19，以及形成于中心管17与胶筒19之间的憋压腔20。其中，憋压腔20能接受来自中心管17的内腔的流体而使胶筒19径向膨胀以封隔钻柱50与井筒51的环空间隙。为了保证憋压腔20的轴向两端的密封性，在胶筒19的上下两端分别设置密封箍18。密封箍18压接胶筒19的上下两端并套接在中心管17的外壁上。
[0039]封隔机构3还包括设置在中心管17的下游的接头22。在接头22上设置用于连通憋压腔20的单向阀24，以及用于控制单向阀24开启和关闭的开启阀23和关闭阀25。当中心管17内的液体压力达到使开启阀23打开的设定值时，流体能通过单向阀24进入憋压腔20，促使胶筒19径向膨胀，从而封隔钻柱50与井筒51的环空间隙。当憋压腔20内的压力达到关闭阀25的设定值时，关闭阀25启动将单向阀24关闭。此时，胶筒19坐封结束，中心管17内的流体压力对憋压腔20内的压力无任何影响，保证了安全坐封。
[0040]如图1所示，在液缸11的上游设置径向向外突出的第一扶正环94，并在液缸11的下游设置径向向外突出的第二扶正环95，液缸11位于第一扶正环94和第二扶正环95之间，第一扶正环94和第二扶正环95的外径大于液缸11的外径。优选地，第一扶正环