一種電控壓縮式井下防噴器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種電控壓縮式井下防噴器；屬石油鉆井設備領域。該防噴器包括上中心管、下中心管、環(huán)形力矩電機、上接頭、下接頭和卡瓦。上中心管上設置有泥漿過流軸，泥漿過流軸一端通過電機固定殼裝有環(huán)形力矩電機，所述環(huán)形力矩電機由轉(zhuǎn)動輸出軸、電機定子和電機轉(zhuǎn)子構成，轉(zhuǎn)動輸出軸套裝在上中心管上，轉(zhuǎn)動輸出軸與泥漿過流軸螺紋連接。該防噴器結構簡單，維護方便，通過環(huán)形力矩電機來實現(xiàn)內(nèi)外環(huán)空的封隔，提高了井下防噴器的自動化水平，不需通過作業(yè)機上提拉力或旋轉(zhuǎn)管柱實現(xiàn)坐封和解封，也避免了通過剪斷銷釘來實現(xiàn)上部管柱下壓膠筒，可以多次重復使用，減少了井下防噴器的維護和更換次數(shù)。
【專利說明】一種電控壓縮式井下防噴器

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電控壓縮式井下防噴器；屬石油鉆井設備領域。

【背景技術】
[0002]在石油天然氣勘探開發(fā)中，當鉆井液柱的壓力不能與地層流體的壓力相平衡時，就會出現(xiàn)溢流和井涌，此時若不加以控制，就會導致井噴事故，造成巨大的人員傷亡和經(jīng)濟損失。當發(fā)現(xiàn)井涌、井噴征兆時，快速高效的進行關井和壓井作業(yè)是有效減少井噴失控事故的重要保證。
[0003]目前石油鉆井中通常采用的防噴技術和設備是井口防噴器組，這種防噴技術會使地層流體過多地進入井筒鉆井液中，井口關井后套壓很聞，給井控作業(yè)造成過聞的風險。米用井下防噴器能在井下實現(xiàn)早發(fā)現(xiàn)早關井，能降低井控風險、更有利于井控作業(yè)。但是目前國內(nèi)外并沒有較為成熟的井下防噴器技術和設備，一方面是由于其相配備的電子控制系統(tǒng)制約了其發(fā)展，另一方面是其多是通過做業(yè)機上拉下放鉆柱，或者投球的方式實現(xiàn)井下防噴器的防噴和解封，這種方式往往需要時間長反應，不能實現(xiàn)快速防噴。
[0004]1974年由美國科學家研制了一種鉆柱內(nèi)井下防噴器該井下防噴器的特點是:井下防噴器設有與鉆具相通的壓力腔，壓力腔內(nèi)設有不允許液體反向流動的單向閥。此防噴器屬于鉆柱內(nèi)封隔，鉆柱外環(huán)空不封隔。
[0005]1983年,美國科學家Jobn M.Bednar研發(fā)了一種插板閥井下防噴器,其主要特點是:鉆桿聲波傳遞控制信號、電動螺旋機構作為動力源、插板封隔鉆柱、可膨脹封隔器封隔環(huán)空、并設計有失效解決備用方案。缺點是:封隔位置之上無循環(huán)通道、插板閥不能夠承受聞壓。
[0006]其后1986年，挪威科學家開發(fā)了一種旋塞閥井下防噴器，主要特點是:用泥漿脈沖傳遞控制信號、用電磁閥控制流道開啟與關閉、鉆井液作為動力源、旋塞閥封隔鉆柱、可膨脹封隔器封隔環(huán)空。缺點是解封后旋塞閥不能打開，不能建立正常循環(huán)。
[0007]近些年以來，國內(nèi)科研機構也對井下鉆井防噴器技術進行了深入研究，且已開發(fā)出了產(chǎn)品，但經(jīng)現(xiàn)場試驗證明，其技術方案多是通過作業(yè)機上提拉力或旋轉(zhuǎn)管柱實現(xiàn)坐封和解封，而液壓坐封方式容易造成接頭部件的徑向變形，縮短防噴器的使用壽命。使用剪切銷釘實現(xiàn)膠筒壓縮，使用一次之后防噴器即失效。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于:提供一種可利用電機的輸出扭矩來實現(xiàn)自動防噴和及時解鎖，并能實現(xiàn)井下防噴器電控的電控壓縮式井下防噴器。
[0009]本發(fā)明的技術方案是:
一種電控壓縮式井下防噴器，包括上中心管、下中心管、環(huán)形力矩電機、上接頭、下接頭和卡瓦，其特征在于:上中心管上設置有泥漿過流軸，泥漿過流軸一端通過電機固定殼裝有環(huán)形力矩電機，所述環(huán)形力矩電機由轉(zhuǎn)動輸出軸、電機定子和電機轉(zhuǎn)子構成，轉(zhuǎn)動輸出軸套裝在上中心管上，轉(zhuǎn)動輸出軸與泥漿過流軸螺紋連接，電機定子安裝在轉(zhuǎn)動輸出軸上，電機定子與轉(zhuǎn)動輸出軸之間裝有電機轉(zhuǎn)子，電機轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)動輸出軸嚙合連接；上中心管的一端通過電機固定殼螺紋安裝有上接頭，上接頭上設置有單向閥，上中心管的另一端安裝有下中心管，下中心管與上中心管螺紋連接；泥漿過流軸上通過花鍵套筒安裝有滑動套筒，滑動套筒一側的泥漿過流軸上裝有花鍵滑塊，花鍵滑塊與滑動套筒螺紋連接；泥漿過流軸通過其表面的外螺紋與花鍵滑塊螺紋連接；花鍵套筒與電機固定殼之間設置有連接套筒，連接套筒分別與電機固定殼和花鍵套筒螺紋連接；滑動套筒一側的下中心管上通過隔環(huán)A和隔環(huán)B間隔狀安裝有膠筒A、膠筒B和膠筒C，膠筒C 一側的下中心管上通過椎體座安裝有椎體，下中心管的端頭螺紋安裝有下接頭；下接頭一側的下中心管上通過壓簧安裝有卡瓦座，卡瓦座上裝有卡瓦，椎體與卡瓦楔合連接。
[0010]所述的上中心管一端中心孔內(nèi)設置有封堵板，封堵板兩側的管壁上對稱狀設置有泥漿過流槽A和泥漿過流槽B。
[0011]所述的泥漿過流軸上設置有與過流槽A和過流槽B對應的泥漿過流通槽。
[0012]所述花鍵套筒的內(nèi)側設置有限行槽。
[0013]本發(fā)明的優(yōu)點在于:
該電控壓縮式井下防噴器利用套設在中心管上的環(huán)形力矩電機實現(xiàn)井下防噴器的自動防噴和及時解鎖。當鉆井正常進行時，環(huán)形力矩電機不工作，鉆桿實現(xiàn)正常的鉆井工作；當發(fā)現(xiàn)溢流或井涌的情況時，啟動環(huán)形力矩電機，一方面利用電機帶動泥漿過流軸轉(zhuǎn)動實現(xiàn)內(nèi)環(huán)空的密封，另一方面將螺旋結構將旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動，利用滑動套筒推動膠筒座，壓縮膠筒，實現(xiàn)外環(huán)空的密封，并在封隔上部建立新的循環(huán)；達到新的壓力平衡之后，利用電機的反轉(zhuǎn)實現(xiàn)解封，并恢復正常循環(huán)，繼續(xù)鉆井。具有結構簡單，維護方便的特點，提高了井下防噴器的自動化水平，不需通過作業(yè)機上提拉力或旋轉(zhuǎn)管柱實現(xiàn)坐封和解封，也避免了通過剪斷銷釘來實現(xiàn)上部管柱下壓膠筒，能提高井下防噴器的利用率；通過壓縮膠筒來實現(xiàn)外環(huán)空的封隔，能提高膠筒的使用壽命。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明的結構示意圖；
圖2為本發(fā)明的泥漿過流軸的立體結構示意圖；
圖3為本發(fā)明的花鍵套筒的立體結構示意圖；
圖4為本發(fā)明的上中心管的立體結構示意圖；
圖5為本發(fā)明的上中心管的剖視結構示意圖。
[0015]圖中:1、上接頭，2、電機固定殼，3、電機轉(zhuǎn)子，4、電機定子，5、轉(zhuǎn)動輸出軸，6、連接套筒，7、上中心管，8、花鍵滑塊，9、泥漿過流軸，10、花鍵套筒，11、泥漿過流槽A，12、滑動套筒，13、膠筒A，14、隔環(huán)A，15、下中心管，16、錐體座，17、錐體，18、卡瓦，19、卡瓦座，20、壓簧，21、下接頭，22、單向閥，23、膠筒B，24、膠筒C，25、隔環(huán)B，26、封堵板，27、泥漿過流槽B，28、泥漿過流通槽，29、外螺紋，30、限行槽。

【具體實施方式】
[0016]該電控壓縮式井下防噴器包括上中心管7、下中心管15、環(huán)形力矩電機、上接頭1、下接頭21和卡瓦18。上中心管7上設置有泥漿過流軸9，泥漿過流軸9 一端通過電機固定殼2裝有環(huán)形力矩電機。環(huán)形力矩電機由轉(zhuǎn)動輸出軸5、電機定子4和電機轉(zhuǎn)子3構成，轉(zhuǎn)動輸出軸5套裝在上中心管7上，轉(zhuǎn)動輸出軸5與泥漿過流軸9螺紋連接，電機定子4安裝在轉(zhuǎn)動輸出軸5上，電機定子4與轉(zhuǎn)動輸出軸5之間裝有電機轉(zhuǎn)子3，電機轉(zhuǎn)子3與轉(zhuǎn)動輸出軸5嚙合連接，電機轉(zhuǎn)子3帶動轉(zhuǎn)動輸出軸5轉(zhuǎn)動并輸出力矩；轉(zhuǎn)動輸出軸5帶動泥漿過流軸9轉(zhuǎn)動。
[0017]上中心管7的一端通過電機固定殼2螺紋安裝有上接頭1，上接頭I上設置有單向閥22 ;正常鉆進時，單向閥22關閉，當內(nèi)外環(huán)空都封閉以后，通過憋壓打開單向閥22，實現(xiàn)泥漿循環(huán)，通過壓井液替換受侵鉆井液建立新的平衡。
[0018]上中心管7的另一端安裝有下中心管15，下中心管15與上中心管7螺紋連接。上中心管7 —端中心孔內(nèi)設置有封堵板26，從而使上中心管7的中心孔呈封堵狀；封堵板26兩側的管壁上對稱狀設置有泥漿過流槽All和泥漿過流槽B27。
[0019]泥漿過流軸9上通過花鍵套筒10安裝有滑動套筒12，滑動套筒12 —側的泥漿過流軸9上裝有花鍵滑塊8，花鍵滑塊8與滑動套筒12螺紋連接；泥漿過流軸9通過其表面的外螺紋29與花鍵滑塊8螺紋連接，并帶動花鍵滑塊8旋轉(zhuǎn)。泥漿過流軸9上設置有與泥漿過流槽All和泥漿過流槽B27對應的泥漿過流通槽28。正常工作時，泥漿過流槽All和泥漿過流槽B27之間通過泥漿過流通槽28相通，泥漿可以自由通過并進入到下中心管15內(nèi)。當井涌或井噴發(fā)生時，啟動環(huán)形力矩電機，帶動泥漿過流軸9旋轉(zhuǎn)，通過控制環(huán)形力矩電機的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)，使環(huán)形力矩電機停止時，上中心管7上的泥漿過流槽All、泥漿過流槽B27和泥漿過流軸9上的泥漿過流通槽28錯開60度，從而封堵住上中心管7上的泥漿過流槽All和泥漿過流槽B27，進而實現(xiàn)內(nèi)環(huán)空的封隔。
[0020]花鍵套筒10與電機固定殼2之間設置有連接套筒6，連接套筒6分別與電機固定殼2和花鍵套筒10螺紋連接。
[0021]滑動套筒12 —側的下中心管15上通過隔環(huán)A14和隔環(huán)B25間隔狀安裝有膠筒A13、膠筒B23和膠筒C24，膠筒C24 —側的下中心管15上通過椎體座16安裝有椎體17，下中心管15的端頭螺紋安裝有下接頭21 ;下接頭21 —側的下中心管15上通過壓簧20安裝有卡瓦座19，卡瓦座19上裝有卡瓦18，椎體17與卡瓦18楔合連接。
[0022]該電控壓縮式井下防噴器的環(huán)形力矩電機通過導線受地面控制，花鍵套筒10的內(nèi)側設置有限行槽30，以限制花鍵滑塊8的行程，避免在封隔過程中，泥漿進入到螺紋配合部分，影響防噴器的正常工作。
[0023]該電控壓縮式井下防噴器在工作過程中正常鉆進時，環(huán)形力矩電機不工作，泥漿通過上中心管7上的泥漿過流槽Al 1、泥漿過流槽B27和泥漿過流軸9上的泥漿過流通槽28進入下中心管15，進入井底，清洗冷卻鉆頭。
[0024]當井下發(fā)生井涌異?，F(xiàn)象時，通過給環(huán)形力矩電機發(fā)送控制信號，環(huán)形力矩電機開始轉(zhuǎn)動，帶動轉(zhuǎn)動輸出軸5和泥漿過流軸9轉(zhuǎn)動，由于花鍵滑塊8受到花鍵滑套10的限行槽30周向約束，只能直線運動，從而推動滑動套筒12向下壓縮各膠筒，由此實現(xiàn)外環(huán)空的密封。在這一過程中，由于滑動套筒12套設在泥漿過流軸9上，上端與花鍵滑塊8螺紋連接，并對各膠筒形成壓縮態(tài)勢。在正常鉆進時，滑動套筒12固定在花鍵滑塊8上，不壓縮各膠筒；當井下防噴器工作時，滑動套筒12才對各膠筒形成壓縮，并推動錐體17向下運動，卡瓦18被撐開，卡瓦18在卡瓦座19和壓簧20的作用下，卡牢在套管壁上。
[0025]該電控壓縮式井下防噴器通過控制花鍵滑塊8的行程(L=n+l/6)p，(p為花鍵滑塊8與泥漿過流軸9配合螺紋的螺距，η正整數(shù)，)當花鍵滑塊8運動到指定行程L，碰到花鍵套筒10上的限行槽30端頭時，環(huán)形力矩電機停止轉(zhuǎn)動，上中心管7和泥漿過流軸9上的過流槽錯開60度，由此實現(xiàn)內(nèi)環(huán)空的密封。
[0026]實現(xiàn)內(nèi)環(huán)環(huán)空的封隔之后，通過憋壓打開單向閥22，實現(xiàn)泥漿循環(huán)，然后通過壓井液替換受侵鉆井液建立新的平衡。
[0027]解封時，通過再次給環(huán)形力矩電機發(fā)送控制信號，環(huán)形力矩電機反轉(zhuǎn)，帶動滑動套筒12向上運動，回復到初始位置，上中心管7上的泥漿過流槽All、泥漿過流槽B27和泥漿過流軸9上的泥漿過流通槽28重疊吻合，內(nèi)環(huán)空解封，各膠筒在自身彈力的作用下、卡瓦18在壓簧20的作用下，恢復原狀，即可繼續(xù)進行正常鉆進作業(yè)。
[0028]該電控壓縮式井下防噴器結構簡單，維護方便，通過環(huán)形力矩電機來實現(xiàn)內(nèi)外環(huán)空的封隔，提高了井下防噴器的自動化水平，不需通過作業(yè)機上提拉力或旋轉(zhuǎn)管柱實現(xiàn)坐封和解封，也避免了通過剪斷銷釘來實現(xiàn)上部管柱下壓膠筒，可以多次重復使用，減少了井下防噴器的維護和更換次數(shù)。
【權利要求】
1.一種電控壓縮式井下防噴器，包括上中心管(7)、下中心管(15)、環(huán)形力矩電機、上接頭(I)、下接頭(21)和卡瓦(18)，其特征在于:上中心管(7)上設置有泥漿過流軸(9)，泥漿過流軸(9) 一端通過電機固定殼(2)裝有環(huán)形力矩電機，所述環(huán)形力矩電機由轉(zhuǎn)動輸出軸(5)、電機定子(4)和電機轉(zhuǎn)子(3)構成，轉(zhuǎn)動輸出軸(5)套裝在上中心管(7)上，轉(zhuǎn)動輸出軸(5 )與泥漿過流軸(9 )螺紋連接，電機定子(4 )安裝在轉(zhuǎn)動輸出軸(5 )上，電機定子(4 )與轉(zhuǎn)動輸出軸(5 )之間裝有電機轉(zhuǎn)子(3 )，電機轉(zhuǎn)子(3 )與轉(zhuǎn)動輸出軸(5 )嚙合連接；上中心管(7)的一端通過電機固定殼(2)螺紋安裝有上接頭(1)，上接頭(I)上設置有單向閥(22)，上中心管(7)的另一端安裝有下中心管(15)，下中心管(15)與上中心管(7)螺紋連接；泥漿過流軸(9)上通過花鍵套筒(10)安裝有滑動套筒(12)，滑動套筒(12) —側的泥漿過流軸(9 )上裝有花鍵滑塊(8 )，花鍵滑塊(8 )與滑動套筒(12 )螺紋連接；泥漿過流軸(9 )通過其表面的外螺紋(29)與花鍵滑塊(8)螺紋連接；花鍵套筒(10)與電機固定殼(2)之間設置有連接套筒(6)，連接套筒(6)分別與電機固定殼(2)和花鍵套筒(10)螺紋連接；滑動套筒(12) —側的下中心管(15)上通過隔環(huán)A (14)和隔環(huán)B (25)間隔狀安裝有膠筒A (13)、膠筒B (23)和膠筒C (24)，膠筒C (24) —側的下中心管(15)上通過椎體座(16)安裝有椎體(17)，下中心管(15)的端頭螺紋安裝有下接頭(21);下接頭(21) —側的下中心管(15)上通過壓簧(20)安裝有卡瓦座(19)，卡瓦座(19)上裝有卡瓦(18)，椎體(17)與卡瓦(18)楔合連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種電控壓縮式井下防噴器，其特征在于:所述的上中心管(7)—端中心孔內(nèi)設置有封堵板(26)，封堵板(26)兩側的管壁上對稱狀設置有泥漿過流槽A (11)和泥漿過流槽B (27)。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種電控壓縮式井下防噴器，其特征在于:所述的泥漿過流軸(9)上設置有與過流槽A (11)和過流槽B (27)對應的泥漿過流通槽(28)。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種電控壓縮式井下防噴器，其特征在于:所述花鍵套筒(10)的內(nèi)側設置有限行槽(30)。
【文檔編號】E21B33/06GK104314506SQ201410530265
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年10月10日 優(yōu)先權日:2014年10月10日
【發(fā)明者】周思柱, 張思, 李美求, 秦倫 申請人:長江大學