CN107060660A - 深水钻井管具 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种深水钻井管具，包括钻杆和隔水管，深水钻井管具还包括设置在钻杆的第一磨损防护装置和/或设置在隔水管上的第二磨损防护装置，第一磨损防护装置和第二磨损防护装置均包括：内套筒，内套筒的外周面上设置有至少一条第一周向凹槽；外套筒，套设在内套筒外，外套筒的内周面上设置有与第一周向凹槽对应配合的第二周向凹槽，每条第一周向凹槽和对应的第二周向凹槽配合形成用于容纳滚珠的环形空间，外套筒能够相对于内套筒周向转动。本发明的有益效果是，设置内套筒和外套筒，并在内套筒和外套筒之间设置用于滑动的滚珠，在钻井过程中，可以有效用滚动摩擦替代原有的滑动摩擦，从而避免了深水钻井管具的磨损，同时，由于摩擦系数较低，还可以降低钻井的扭矩。
Description
技术领域
本发明涉及海洋深水钻井领域，具体是一种深水钻井管具。
背景技术
海洋深水钻井作业环境恶劣，海水深度大幅增加，地下情况十分复杂，与陆地常规钻井相比，深水钻井对技术和装备的要求更高。深水钻井是个复杂而***的工程，深水钻井管具是深水钻井装备中重要而薄弱的环节，主要包括隔水管、钻杆等，如图1所示，水面的钻井平台25连接有隔水管26和钻杆27。
隔水管是海洋油气开采必不可少的一种管状结构，本质上是连接海洋表面浮体和海底井口的导管结构。隔水管***在钻井和生产阶段起着多种作用，包括隔绝海水、提供钻井液往返的通道、支持辅助管线、引导钻具、下放与撤回井口防喷器组等。随着深水油气资源的开发，深水隔水管的应用越来越广。在深水钻井中，随着水深的增加，隔水管的受力状态更加恶劣和复杂，将受到风、浪、流等长期的作用，同时钻杆柱以一定转速在隔水管内部旋转，与其经过的所有通道均可能发生接触、摩擦和磨损，海洋石油工业发生过多起隔水管磨损事故，严重威胁海洋钻井作业安全，并带来较大的经济和环境损失。
目前，对深水钻井隔水管磨损问题国内还没有足够的重视，相关的研究也不是特别深入。随着近年来我国对深水油气开采力度的不断加大，对深水钻井隔水管磨损问题的研究越来越重要，深水钻井隔水管的磨损防护具有较高的现实意义。
发明内容
本发明还提供了一种深水钻井管具，以达到提高海洋钻井作业安全的目的。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种深水钻井管具，包括钻杆和隔水管，深水钻井管具还包括设置在钻杆的第一磨损防护装置和/或设置在隔水管上的第二磨损防护装置，第一磨损防护装置和第二磨损防护装置均包括：内套筒，内套筒的外周面上设置有至少一条第一周向凹槽；外套筒，套设在内套筒外，外套筒的内周面上设置有与第一周向凹槽对应配合的第二周向凹槽，每条第一周向凹槽和对应的第二周向凹槽配合形成用于容纳滚珠的环形空间，外套筒能够相对于内套筒周向转动。
进一步地，第一磨损防护装置包括第一上挡环和第一下挡环，内套筒的上端与第一上挡环的下端固定连接，内套筒的下端与第一下挡环的上端固定连接。
进一步地，内套筒轴线的中点与外套筒轴线的中点重合，内套筒的长度大于外套筒的长度。
进一步地，第一磨损防护装置还包括上心轴和下心轴，上心轴与第一上挡环的上端连接，下心轴与第一下挡环的下端连接。
进一步地，第一磨损防护装置还包括第一上接头和第一下接头，第一上接头与上心轴螺纹连接，第一下接头与下心轴螺纹连接，第一磨损防护装置通过第一上接头和第一下接头与钻杆连接。
进一步地，第二磨损防护装置包括第二上挡环和第二下挡环，外套筒的上端与第二上挡环固定连接，外套筒的下端与第二下挡环固定连接。
进一步地，第二磨损防护装置还包括第二上接头和第二下接头，第二上接头与第二上挡环的上端连接，第二下接头与第二下挡环的下端连接。
进一步地，隔水管还包括隔水管上接头和隔水管下接头，隔水管上接头与第二上接头螺栓固定，隔水管下接头与第二下接头螺栓固定，第二磨损防护装置通过隔水管上接头和隔水管下接头与隔水管连接。
进一步地，第二上接头和第二下接头均设置有多个对应的管线通孔，隔水管还包括多个辅助管线，每个第二上接头的管线通孔与对应的第二下接头的管线通孔之间均穿设有一条辅助管线。
进一步地，内套筒轴线的中点与外套筒轴线的中点重合，内套筒的长度小于或者等于外套筒的长度。
本发明的有益效果是，设置内套筒和外套筒，并在内套筒和外套筒之间设置用于滑动的滚珠，在钻井过程中，可以有效用滚动摩擦替代原有的滑动摩擦，从而避免了深水钻井管具的磨损，同时，由于摩擦系数较低，还可以降低钻井的扭矩。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为现有技术中深水钻井管具的结构示意图；
图2为本发明第一实施例中深水钻井管具的局部放大示意图；
图3为本发明第一实施例中深水钻井管具的局部结构示意图；
图4为本发明第一实施例中深水钻井管具的局部剖视图；
图5为本发明第一实施例中深水钻井管具的装配结构示意图；
图6为本发明第二实施例中深水钻井管具的局部放大示意图；
图7为本发明第二实施例中深水钻井管具三维结构示意图；
图8为本发明第二实施例中深水钻井管具的局部剖视图；
图9为本发明第二实施例中深水钻井管具的装配结构示意图。
图中附图标记：10、内套筒；11、环形空间；12、滚珠；20、外套筒；31、第一上挡环；32、第一下挡环；33、上心轴；34、下心轴；41、第二上挡环；42、第二下挡环；43、第二上接头；44、第二下接头；45、辅助管线；46、螺栓孔；51、第一上接头；52、第一下接头；61、隔水管上接头；62、隔水管下接头。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图2至图5所示，本发明第一实施例提供了一种深水钻井管具，包括钻杆和隔水管。深水钻井管具还包括设置在钻杆上的第一磨损防护装置，第一磨损防护装置包括内套筒10和外套筒20。内套筒10的外周面上设置有一条第一周向凹槽。外套筒20套设在内套筒10外，外套筒20的内周面上设置有与第一周向凹槽对应配合的第二周向凹槽，每条第一周向凹槽和对应的第二周向凹槽配合形成用于容纳滚珠12的环形空间11，外套筒20能够相对于内套筒10周向转动。
设置内套筒10和外套筒20，并在内套筒10和外套筒20之间设置用于滚动的滚珠12，在钻井过程中，可以有效用滚动摩擦替代原有的滑动摩擦，从而避免了深水钻井管具的磨损，同时，由于摩擦系数较低，还可以降低钻井的扭矩。
如图2所示，本发明第一实施例中，内套筒10沿轴向的中心设置有一条第一周向凹槽，在内套筒10的轴向中心设置有一条第二周向凹槽，该第一周向凹槽和该第二周向凹槽均为横截面呈半圆形的凹槽。
需要说的是，本发明第一实施例中，可以选择在外套筒20上开设滚珠12的安装孔，在装配结束后，可以将该安装孔进行封堵。当然，滚珠12的安装方式还可以选择其他方式进行，该安装方式属于现有技术，此处不再一一说明。
第一磨损防护装置包括第一上挡环31和第一下挡环32。内套筒10的上端与第一上挡环31的下端固定连接，内套筒10的下端与第一下挡环32的上端固定连接。
具体地，第一磨损防护装置的内套筒10的上端与第一上挡环31通过螺纹固定或者焊接固定，第一磨损防护装置的内套筒10的下端与第一下挡环32通过螺纹固定或者焊接固定。上述固定连接方式属于现有技术，此处不再对固定连接方式进行赘述。
优选地，内套筒10轴线的中点与外套筒20轴线的中点重合，内套筒10的长度大于外套筒20的长度。在装配状态时，外套筒20的两端与第一上挡环31和第一下挡环32之间均存在转动间隙，以避免发生干涉。
本发明第一实施例中，内套筒10的外径小于第一上挡环31的最大外径或者第一下挡环32的最大外径，即本发明实施例中，第一上挡环31、内套筒10和第一下挡环32之间形成用于安装外套筒20的安装凹槽。在实际安装操作时，将内套筒10与外套筒20装配好以后，再将内外套筒一起安装到第一上挡环31与第一下挡环32之间。
第一磨损防护装置还包括上心轴33和下心轴34，上心轴33与第一上挡环31的上端连接，下心轴34与第一下挡环32的下端连接。
进一步地，第一磨损防护装置还包括第一上接头51和第一下接头52，第一上接头51与上心轴33螺纹连接，第一下接头52与下心轴34螺纹连接，本发明第一实施例中的第一磨损防护装置通过第一上接头51和第一下接头52与钻杆连接。
本发明第一实施例在钻进过程中，可根据井下工况选择合适的数量的第一磨损防护装置，并确定每个第一磨损防护装置的安放位置。将第一磨损防护装置连接在钻杆柱之中，第一磨损防护装置的外套筒20可以自由转动，当第一磨损防护装置与隔水管内壁接触摩擦时，可以用滚动摩擦代替滑动摩擦，避免了钻杆旋转而导致隔水管磨损的问题。
需要说的是，本发明第一实施例中，上述内套筒10具有上下两端，该上下两端的其中一端可以与对应的第一上挡环31或者第一下挡环32一体设置，即内套筒10的上端与第一上挡环31一体设置，内套筒10的下端与第一下挡环32采用可拆卸的连接方式连接。或者内套筒10的下端与第一下挡环32一体设置，内套筒10的上端与第一上挡环31采用可拆卸的连接方式连接。
如图6至图9所示，本发明第二实施例中，深水钻井管具的第二磨损防护装置安装在隔水管上。该第二磨损防护装置内套筒10和外套筒20。内套筒10的外周面上设置有两条第一周向凹槽。外套筒20套设在内套筒10外，外套筒20的内周面上设置有与第一周向凹槽对应配合的两条第二周向凹槽，每条第一周向凹槽和对应的第二周向凹槽配合形成用于容纳滚珠12的环形空间11，外套筒20能够相对于内套筒10周向转动。设置两条环形空间11可以提升外套筒20的支撑稳定性，避免外套筒20在转动过程中发生倾斜。
本发明第二实施例中，可以选择在外套筒20上开设滚珠12的安装孔，在装配结束后，可以将该安装孔进行封堵。当然，滚珠12的安装方式还可以选择其他方式进行，该安装方式属于现有技术，此处不再一一说明。
上述内套筒10轴线的中点与外套筒20轴线的中点重合，内套筒10的长度小于或者等于外套筒20的长度。
第二磨损防护装置包括第二上挡环41和第二下挡环42，外套筒20的上端与第二上挡环41固定连接，外套筒20的下端与第二下挡环42固定连接。第二磨损防护装置的外套筒20的上端与第二上挡环41通过螺纹固定或者焊接固定，第二磨损防护装置的外套筒20的下端与第二下挡环42通过螺纹固定或者焊接固定。上述固定连接方式属于现有技术，此处不再对固定连接方式进行赘述。
第二磨损防护装置还包括第二上接头43和第二下接头44，第二上接头43与第二上挡环41的上端连接，第二下接头44与第二下挡环42的下端连接。
进一步地，第二上接头43和第二下接头44均设置有多个对应的管线通孔，隔水管还包括多个辅助管线45，每个第二上接头43的管线通孔与对应的第二下接头44的管线通孔之间均穿设有一条辅助管线45。该辅助管线45的长度并不限于图中所示长度，可以根据需要进行确定。
进一步优选地，在第二上接头43和第二下接头44上均设置有螺栓孔46，上述隔水管还包括隔水管上接头61和隔水管下接头62，隔水管上接头61与第二上接头43通过螺栓连接，隔水管下接头62与第二下接头44通过螺栓连接。
需要说明的是，本发明第二实施例中，每个第二上接头43或者第二下接头44上的管线通孔和螺栓孔46均为六个，如图7所示，上述管线通孔和螺栓孔46沿对应的第二上接头43或者第二下接头44的周向间隔均布，并且每两个管线通孔之间均设置有一个螺栓孔46。
如图9所示，隔水管还包括隔水管上接头61和隔水管下接头62，隔水管上接头61与第二上接头43螺栓固定，隔水管下接头62与第二下接头44螺栓固定，第二磨损防护装置通过隔水管上接头61和隔水管下接头62与隔水管连接。
在钻进过程中，可根据井下工况选择合适的数量的第二磨损防护装置，并确定每个第二磨损防护装置的安放位置。将第二磨损防护装置连接在隔水管柱之中，第二磨损防护装置的内套筒10可自由转动，当钻杆与第二磨损防护装置接触摩擦时，用滚动摩擦代替滑动摩擦，从而避免了钻杆旋转而导致隔水管磨损的问题。
需要说明的是，本发明第一实施例的第一磨损防护装置和本发明第二实施例中的第二磨损防护装置可以对应搭配使用，也可以单独使用。在本发明第一实施例的第一磨损防护装置和本发明第二实施例中的第二磨损防护装置搭配使用时，上述第二磨损防护装置的内套筒10的内径应该大于第一磨损防护装置的外套筒20的外径，以避免钻杆无法正常下放或者上提。同时，根据井下工况需要，也可以在钻杆延伸方向上设置有多个上述第一磨损防护装置和/或第二磨损防护装置。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
本发明实施例中的磨损防护装置特别针对深水钻井中钻杆与隔水管之间可能发生的接触、摩擦和磨损问题而设计，结构简单，使用方便，适用性强，可有效减轻深水钻井作业中钻杆外壁与隔水管内壁之间的磨损，避免隔水管磨损失效。
以上，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案之间、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。
Claims (10)
1.一种深水钻井管具，包括钻杆和隔水管，其特征在于，所述深水钻井管具还包括设置在所述钻杆上的第一磨损防护装置和/或设置在所述隔水管上的第二磨损防护装置，所述第一磨损防护装置和所述第二磨损防护装置均包括：
内套筒(10)，内套筒(10)的外周面上设置有至少一条第一周向凹槽；
外套筒(20)，套设在内套筒(10)外，外套筒(20)的内周面上设置有与所述第一周向凹槽对应配合的第二周向凹槽，每条所述第一周向凹槽和对应的所述第二周向凹槽配合形成用于容纳滚珠(12)的环形空间(11)，外套筒(20)能够相对于内套筒(10)周向转动。
2.根据权利要求1所述的深水钻井管具，其特征在于，所述第一磨损防护装置包括第一上挡环(31)和第一下挡环(32)，内套筒(10)的上端与第一上挡环(31)的下端固定连接，内套筒(10)的下端与第一下挡环(32)的上端固定连接。
3.根据权利要求2所述的深水钻井管具，其特征在于，内套筒(10)轴线的中点与外套筒(20)轴线的中点重合，内套筒(10)的长度大于外套筒(20)的长度。
4.根据权利要求2所述的深水钻井管具，其特征在于，所述第一磨损防护装置还包括第一上接头(51)和第一下接头(52)，第一上接头(51)与第一上挡环(31)连接，第一下接头(52)与第一下挡环(32)连接，所述第一磨损防护装置通过第一上接头(51)和第一下接头(52)与所述钻杆连接。
5.根据权利要求4所述的深水钻井管具，其特征在于，所述第一磨损防护装置还包括上心轴(33)和下心轴(34)，上心轴(33)设置在第一上接头(51)与第一上挡环(31)之间，下心轴(34)设置在第一下接头(52)与第一下挡环(32)之间。
6.根据权利要求1或2所述的深水钻井管具，其特征在于，所述第二磨损防护装置包括第二上挡环(41)和第二下挡环(42)，外套筒(20)的上端与第二上挡环(41)固定连接，外套筒(20)的下端与第二下挡环(42)固定连接。
7.根据权利要求6所述的深水钻井管具，其特征在于，所述第二磨损防护装置还包括第二上接头(43)和第二下接头(44)，第二上接头(43)与第二上挡环(41)的上端连接，第二下接头(44)与第二下挡环(42)的下端连接。
8.根据权利要求7所述的深水钻井管具，其特征在于，所述隔水管包括隔水管上接头(61)和隔水管下接头(62)，隔水管上接头(61)与第二上接头(43)螺栓固定，隔水管下接头(62)与第二下接头(44)螺栓固定。
9.根据权利要求7所述的深水钻井管具，其特征在于，第二上接头(43)和第二下接头(44)均设置有多个对应的管线通孔，所述隔水管还包括多个辅助管线(45)，每个第二上接头(43)的管线通孔与对应的第二下接头(44)的管线通孔之间均穿设有一条辅助管线(45)。
10.根据权利要求6所述的深水钻井管具，其特征在于，内套筒(10)轴线的中点与外套筒(20)轴线的中点重合，内套筒(10)的长度小于或者等于外套筒(20)的长度。
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