一种压缩胶筒式井下随钻防喷器的制作方法

本发明涉及石油井控技术领域，尤其涉及一种压缩胶筒式井下随钻防喷器。

背景技术：

钻井过程中，当钻遇裂缝性地层，或者揭开产层时，井底压力波动剧烈，施工过程中稍有不慎就会诱发溢流、井涌等险情，严重的甚至导致井喷事故，因此，如何确保此类压力波动剧烈的钻井施工过程中的井底安全，防范井控事故成为石油井控工作者亟待解决的难题。

针对上述问题，除传统的钻井液压力提供的一次井控外，地面防喷器系统和内防喷工具构建的二次井控成为处理该类难题的关键。所谓二次井控，即当井底发生溢流等险情时，内防喷工具封隔井眼通道，地层流体进入井眼环空，地面防喷器关闭，实施循环压井重新建立井筒和地层的压力平衡。但二次井控过程中，由于防喷器在井口，进行替浆压井操作时间长，地层流体侵入量多，并且井越深侵入量越大，加大了井下环空压差，从而加大了控制井喷的难度。而井下防喷器由于安装于钻柱置于井内，一旦实现密封能有效降低地层流体的侵入量，同时和地面防喷器组形成环空双保险，类似内防喷工具和方钻杆旋塞阀的水眼防喷双保险系统，有效降低后期险情处理的难度，同时为后期处理赢得更多的时间。因此，井下防喷器越来越受到井控工作者的重视。

目前，井下防喷器通常采用压缩胶筒式井下随钻防喷器，压缩胶筒式井下随钻防喷器通过下放钻柱提供足够载荷向下压缩防喷器上的胶筒，使其膨胀形成密封，上提钻柱收缩胶筒使其解封。然而，压缩胶筒式井下随钻防喷器在使用过程中仍然存在因卡钻或跳钻等工况导致防喷器误打开，解封过程中胶筒回弹较慢的缺点。

因此，如何在压缩胶筒式井下随钻防喷器的使用过程中，避免因卡钻或跳钻等工况导致防喷器误打开是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种压缩胶筒式井下随钻防喷器，在其使用过程中，避免因卡钻或跳钻等工况导致防喷器误打开。

为了实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种压缩胶筒式井下随钻防喷器，包括：

中心管，所述中心管上开有第一旁通孔；

上套筒，所述上套筒外套在所述中心管上，且所述上套筒与所述中心管通过剪切销钉固定，所述上套筒上开有第二旁通孔，当所述压缩胶筒式井下随钻防喷器封隔时，所述第二旁通孔与所述第一旁通孔能够导通；

下套筒，所述下套筒外套在所述中心管上；

连接轴，所述连接轴的一端连接所述上套筒，所述连接轴的另一端连接所述下套筒；

胶筒组件，所述胶筒组件外套所述连接轴，且所述胶筒组件的底端与所述下套筒固定，所述胶筒组件的顶端与所述上套筒固定。

优选地，在上述压缩胶筒式井下随钻防喷器中，所述胶筒组件包括：

胶筒机构，所述胶筒机构的顶端与所述上套筒固定；

扩径机构，所述扩径机构的顶端和所述胶筒机构的底端连接；

收缩弹簧组，所述收缩弹簧组的顶端与所述扩径机构的底端连接，所述收缩弹簧组与所述下套筒固定。

优选地，在上述压缩胶筒式井下随钻防喷器中，所述胶筒机构包括：

上挡环，所述上挡环的顶端与所述扩径机构的底端连接；

胶筒，所述胶筒的顶端与所述上挡环的底端连接；

下挡环，所述下挡环的顶端与所述胶筒的底端连接。

优选地，在上述压缩胶筒式井下随钻防喷器中，所述上挡环和所述下挡环均与所述胶筒嵌入连接。

优选地，在上述压缩胶筒式井下随钻防喷器中，所述胶筒机构为整体硫化件。

优选地，在上述压缩胶筒式井下随钻防喷器中，所述连接轴为花键轴，所述下套筒内设花键套，所述花键套的顶端与所述花键轴的花键连接，所述花键轴的底端与所述上套筒通过螺纹连接。

优选地，在上述压缩胶筒式井下随钻防喷器中，还包括上接头；

所述上接头外套在所述中心管的顶端，且所述上接头的底端与所述上套筒的顶端连接。

优选地，在上述压缩胶筒式井下随钻防喷器中，还包括下接头；

所述下接头的顶端与所述下套筒的底端连接。

优选地，在上述压缩胶筒式井下随钻防喷器中，还包括减震机构；

所述减震机构设置在所述下套筒和所述下接头之间或者所述下接头的底端。

优选地，在上述压缩胶筒式井下随钻防喷器中，所述减震机构为机械减震器、空气减震器或者液压减振器。

从上述的技术方案可以看出，本发明提供的压缩胶筒式井下随钻防喷器安装在中和点附近，当在正常钻进过程中需要保持拉伸状态，将其置于中和点之上，当发现溢流关井时，使其位于中和点之下，保持受压状态。正常钻进时，上部扭矩传递至上套筒，上套筒将扭矩传递给连接轴，连接轴将扭矩传递给下套筒，进而实现随钻功能；此时，上套筒上的第二旁通孔和中心管上的第一旁通孔错开不连通，钻井液只能通过中心管的中心流道流动。在下放遇阻、正常钻进跳钻时，钻头均提供反向载荷即指向井口的载荷，在上述载荷小于剪切销钉断裂极限时，上套筒和中心管的相对位移被剪切销钉固定，而中心管和下套筒通过螺纹连接，即上套筒和下套筒的相对位移固定，载荷直接通过中心管传递，胶筒组件不受力，有效防止胶筒组件因误触发引起的压缩封隔。

当发现溢流时，确保钻头接触井底并下放钻柱，压缩胶筒式井下随钻防喷器上部钻柱提供的载荷传递到上套筒上，并通过剪切销钉传递直至井底，当压缩胶筒式井下随钻防喷器上部钻柱提供的载荷超过剪切销钉的断裂极限，剪切销钉被剪断，下套筒下行，压缩胶筒组件使其膨胀，当载荷达到井下随钻防喷器额定工作压力时，实现封隔功能，同时，上套筒上的第二旁通孔和中心管上的第一旁通孔连通，实现上部循环。即本发明提供的压缩胶筒式井下随钻防喷器，由于剪切销钉的设置实现了在压缩胶筒式井下随钻防喷器的使用过程中，避免了因卡钻或跳钻等工况导致防喷器的误打开。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出新颖性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的压缩胶筒式井下随钻防喷器的剖视结构示意图；

图2为图1的a-a剖视结构示意图；

图3为本发明提供的压缩胶筒式井下随钻防喷器的上挡环或下挡环的结构示意图。

其中，图1-图3中：

中心管1、第一旁通孔101、上套筒2、剪切销钉3、第二旁通孔201、下套筒4、连接轴5、胶筒机构6、扩径机构7、收缩弹簧组8、上接头9、下接头10、减震机构11。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

实施例一

请参阅图1-图3，本发明公开了一种压缩胶筒式井下随钻防喷器，其中，压缩胶筒式井下随钻防喷器包括中心管1、上套筒2、下套筒4、连接轴5和胶筒组件。

其中，中心管1上开有第一旁通孔101，中心管1的内部设置有中心流道，第一旁通孔101和中心流道导通，且在正常钻进过程中，钻井液只能通过中心流道流动。

上套筒2外套在中心管1上，且上套筒2与中心管1通过剪切销钉3固定，具体为：上套筒2开有贯穿的销钉孔，与上套筒2销钉孔位置对应的中心管1位置开有凹槽，剪切销钉3贯穿上套筒2并插入中心管1的凹槽内。

上套筒2上开有第二旁通孔201，第二旁通孔201为通孔。在常态下，第一旁通孔101和第二旁通孔201不导通，只有当压缩胶筒式井下随钻防喷器封隔时，第二旁通孔201与第一旁通孔101能够导通。

下套筒4外套在中心管1上。连接轴5的一端连接上套筒2，连接轴5的另一端连接下套筒4，连接轴5用于传递扭矩。

胶筒组件外套连接轴5，且胶筒组件的底端与下套筒4固定，胶筒组件的顶端与上套筒2固定。

本发明提供的压缩胶筒式井下随钻防喷器安装在中和点附近，当在正常钻进过程中需要保持拉伸状态，将其置于中和点之上，当发现溢流关井时，使其位于中和点之下，保持受压状态。需要说明的是，中和点是指管柱既不受拉也不受压的位置点。

正常钻进时，上部扭矩传递至上套筒2，上套筒2将扭矩传递给连接轴5，连接轴5将扭矩传递给下套筒4，进而实现随钻功能；此时，上套筒2上的第二旁通孔201和中心管1上的第一旁通孔101错开不连通，钻井液只能通过中心管1的中心流道流动。

在下放遇阻、正常钻进跳钻时，钻头均提供反向载荷即指向井口的载荷，在上述载荷小于剪切销钉3断裂极限时，上套筒2和中心管1的相对位移被剪切销钉3固定，而中心管1和下套筒4通过螺纹连接，即上套筒2和下套筒4的相对位移固定，载荷直接通过中心管1传递，胶筒组件不受力，有效防止胶筒组件因误触发引起的压缩封隔。

当发现溢流时，确保钻头接触井底并下放钻柱，井下随钻防喷器压缩胶筒式井下随钻防喷器上部钻柱提供的载荷传递到上套筒2上，并通过剪切销钉3传递直至井底，压缩胶筒式井下随钻防喷器上部钻柱提供的载荷超过剪切销钉3的断裂极限，剪切销钉3被剪断，下套筒4下行，压缩胶筒组件使其膨胀，当载荷达到压缩胶筒式井下随钻防喷器额定工作压力时，实现封隔功能，同时，上套筒2上的第二旁通孔201和中心管1上的第一旁通孔101连通，实现上部循环。

即本发明提供的压缩胶筒式井下随钻防喷器，由于剪切销钉3的设置实现了在压缩胶筒式井下随钻防喷器的使用过程中，避免因卡钻或跳钻等工况导致防喷器误打开。

实施例二

在本发明提供又一实施例中，本实施例中的压缩胶筒式井下随钻防喷器和实施例一中的压缩胶筒式井下随钻防喷器的结构类似，对相同之处就不再赘述了，仅介绍不同之处。

在本实施例中，具体公开了胶筒组件包括胶筒机构6、扩径机构7和收缩弹簧组8。

胶筒机构6的顶端为胶筒组件的顶端，即胶筒机构6的顶端与上套筒2固定，具体通过销钉连接。

扩径机构7的顶端和胶筒机构6的底端通过螺钉螺母连接，收缩弹簧组8的顶端与扩径机构7的底端也通过螺钉螺母连接，便于拆卸，收缩弹簧组8的底端为胶筒组件的底端。

进一步地，本发明公开了胶筒机构6包括上挡环、胶筒和下挡环。其中，上挡环的顶端与扩径机构7的底端连接，胶筒的顶端与上挡环的底端连接，下挡环的顶端与胶筒的底端连接。

进一步地，本发明公开了上挡环和下挡环均与胶筒嵌入连接，即上挡环和下挡环与胶筒分别接触的面均采用突出块设计，上挡环和下挡环的结构相同，上挡环和下挡环的结构如图3所示。当反向拉伸上挡环和下挡环时，不论规则外形或异形结构的突出块均能提供反向拉伸胶筒的作用力。

进一步地，本发明公开了胶筒机构6为整体硫化件，即上挡环和下挡环与胶筒整体硫化。

本实施例中，具体公开了连接轴5为花键轴，下套筒4内设花键套，花键套的顶端与花键轴的花键连接，花键轴的底端与上套筒2通过螺纹连接。需要说明的是，连接轴5也可以是其他形式的轴，只要能够传递扭矩的连接轴5均属于本发明保护的范围。

进一步地，本发明公开了压缩胶筒式井下随钻防喷器还包括上接头9，上接头9外套在中心管1的顶端，且上接头9的底端与上套筒2的顶端螺纹连接，上接头9的顶端用于连接钻柱。

更进一步地，本发明公开了压缩胶筒式井下随钻防喷器还包括下接头10，下接头10的顶端与下套筒4的底端连接。

为了降低剪切销钉3因跳钻导致疲劳引起的强度下降，本发明公开了压缩胶筒式井下随钻防喷器还包括减震机构11，减震机构11设置在下套筒4和下接头10之间或者下接头10的底端。

进一步地，本发明公开了减震机构11为机械减震器、空气减震器或者液压减振器。

本发明公开的压缩胶筒式井下随钻防喷器正常钻进时，上部扭矩传递至上接头9和上套筒2，上套筒2通过螺纹将扭矩传递给花键轴，花键轴与花键套配合将扭矩传递给下套筒4，下套筒4通过螺纹将扭矩传递给下接头10，进而实现随钻功能。此时，上套筒2上的第二旁通孔201和中心管1上的第一旁通孔101错开不连通，钻井液只能通过中心管1的中心流道流动。

若没有剪切销钉3，在下放遇阻、正常钻进跳钻时，钻头均提供反向载荷即指向井口的载荷，该载荷通过下接头10和下套筒4直接传递至下挡环，而上部钻柱提供的载荷通过上接头9和扩径机构7直接传递至上挡环；胶筒在同时承受上挡环向下和下挡环向上的载荷时，产生压缩膨胀。加入剪切销钉3，在上述载荷小于剪切销钉3断裂极限时，上套筒2和中心管1的相对位移被剪切销钉3固定，而中心管1和下套筒4通过螺纹连接，即上套筒2和下套筒4的相对位移固定，载荷直接通过中心管1传递，胶筒机构6不受力，有效防止胶筒因误触发引起的压缩封隔；同时，减震机构11的加入，即能部分或全部吸收钻头施加的反向载荷，同时能有效降低销钉因跳钻导致疲劳引起的强度下降。

当发现溢流时，确保钻头接触井底并下放钻柱，压缩胶筒式井下随钻防喷器上部钻柱提供的载荷作用在上接头9和上套筒2上，并通过销钉传递到下接头10直至井底，当压缩胶筒式井下随钻防喷器上部钻柱提供的载荷超过剪切销钉3的断裂极限，剪切销钉3被剪断，上接头9和上套筒2下行，压缩收缩弹簧组8并打开扩径机构7，继续下行压缩胶筒使其膨胀，当载荷达到压缩胶筒式井下随钻防喷器额定工作压力时，实现封隔功能；同时，上套筒2上的第二旁通孔201和中心管1上的第一旁通孔101连通，实现上部循环。

解封时，上提钻柱，收缩弹簧组8拉伸扩径机构7，扩径机构7收缩，并拉伸上挡环，上挡环上的突出块能提供向上拉伸胶筒的作用力；压缩胶筒式井下随钻防喷器下部的钻具组合由于重力向下拉伸下挡环，下挡环上的突出块能提供向下拉伸胶筒的作用力，因此，上档环和下档环可以拉动胶筒帮助胶筒回弹实现快速解封。

综上所述，本发明可以对井下溢流进行及时有效的控制，建立新的循环通道便于后续的压紧作业，有效防止井喷事故的发生，并且本发明克服了压缩胶筒式井下随钻防喷器在使用过程中因卡钻或跳钻等工况导致防喷器误打开，解封过程胶筒回弹慢的缺点。

在本发明中的“第一”、“第二”等均为描述上进行区别，没有其他的特殊含义。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖性特点相一致的最宽的范围。