CN107575178A - 一种控制井筒环空压力的降压短节 - Google Patents
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Abstract
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。
Description
技术领域
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。
发明内容
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。
Claims (9)
1.一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。
2.如权利要求1所述的一种控制井筒环空压力的降压短节,其特征在于: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。
3.如权利要求2所述的一种控制井筒环空压力的降压短节,其特征在于:所述定轴与所述上盖固定连接。
4.如权利要求1所述的一种控制井筒环空压力的降压短节,其特征在于:在所述定轴的中部固定安装导流板。
5.如权利要求4所述的一种控制井筒环空压力的降压短节,其特征在于: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。
6.如权利要求2所述的一种控制井筒环空压力的降压短节,其特征在于:所述降压叶轮与上盖、下盖之间分别通过滚珠轴承连接。
7.如权利要求2所述的一种控制井筒环空压力的降压短节,其特征在于: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。
8.如权利要求2所述的一种控制井筒环空压力的降压短节,其特征在于:在所述上盖和下盖上均开设有疏流孔。
9.如权利要求2所述的一种控制井筒环空压力的降压短节,其特征在于: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。
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