CN111706290B - 一种可变径封堵分流器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可变径封堵分流器。所述封堵分流器包括分流短接、滑动封堵短接和滑动施压短接；花键套相对于花键轴位于上支点时，滑动封堵短接的凸台均插入分流短接沟槽A内，将大环空分隔为上部大环空和下部大环空，下部大环空返出的钻井介质依次通过侧向通道B、侧向通道A、主通道B进入双壁钻具返出通道；花键套相对于花键轴位于下支点时，上部大环空和下部大环空分别通过沟槽A和沟槽B连通。可变径封堵器具有以下优点①封堵上部大环空，实现正反交替式气体反循环钻井；②非钻进情况下，封堵器上下大环空处于连通状态，不仅可以降低封堵分流器处卡钻风险，而且为利用正循环解决复杂问题提供了条件。

Description

一种可变径封堵分流器

技术领域

本发明涉及一种封堵分流器，尤其涉及一种反循环钻井可变径井下封堵分流器。

背景技术

钻井时循环介质从井底携带岩屑或岩心由钻杆中心上返至地表的方法称为反循环中心取样钻探。通常采用单层、双层或三层钻杆,但以双壁钻杆最为普遍。循环介质由双管间环空压入,从内管中心携带岩屑（心）上返,所以这种方法称为双管反循环或者双壁钻杆反循环钻井。随着反循环钻井理论和钻井工艺的不断创新,反循环钻井技术在矿产勘察、水井钻凿以及石油钻探领域的应用越来越广。正反交替式气体反循环钻井技术属于反循环钻井的一种形式，相对于石油钻机其新增设备主要包括气盒子、双壁钻杆和井下封堵分流器；钻具结构一般为水龙头+气盒子+双壁钻具+井下封堵分流器+常规钻具+钻头；钻井过程中，压缩空气通过气盒子进入双壁钻杆的环状间隙，并沿着环状间隙到达常规钻具，常规钻具返出的气体携带岩屑通过钻具与井眼之间的大环空到达井下封堵器，并从双壁钻具内管上返至地面。常规井下封堵分流器使用过程中，上部大的掉块无法下落到封堵分流器下部而造成卡钻风险，而且常规封堵器一般为满眼封堵器，当反循环处理卡钻等复杂问题存在困难而需要转正循环时，钻井流体无法通过封堵器进入上部环空造成处理复杂失败。

发明内容

本发明的目的就是提供一种反循环钻井可变径井下封堵分流器，降低封堵分流器处卡钻风险，提供反循环到正循环的处理复杂问题的流体循环方式。

为实现上述目的，本发明采用以下设计方案：

一种可变径封堵分流器包括分流短接、滑动封堵短接和滑动施压短接；可变径封堵分流器上部和下部分别连接双壁钻具和常规钻具，双壁钻具包括内管和外管，内管内部形成钻井介质返出通道，内管和外管之间形成钻井介质注入通道；分流短接为一轴状短接，内部轴向加工有主通道A和主通道B，径向加工有侧向通道A；滑动施压短接包括花键轴和花键套；花键轴为一轴状短接，内部加工有通孔A，外缘轴向加工有外花键；花键套为一筒状短接，内部轴向加工有内花键；分流短接上部连接双壁钻具，下部与花键轴上端连接，花键轴与花键套通过内外花键连接，花键套与下部常规钻具连接；花键套相对于花键轴上下滑动，花键套相对于花键轴向上运动的最高点为上支点，向下运动的最低点为下支点；花键套相对于花键轴位于上支点时，双壁钻具依次通过分流短接、花键轴 和花键套对下部常规钻具施加扭矩和钻压；花键套相对于花键轴位于下支点时，双壁钻具依次通过分流短接、花键轴和花键套对下部常规钻具施加扭矩和拉力；分流短接的主通道A为通孔，经过双壁钻具注入通道的钻井介质通过主通道A依次进入下部花键轴通孔A和常规钻具内部孔道；主通道B为在分流短接内部轴向从上向下加工的盲孔，分别与双壁钻具返出通道和侧向通道A连通；分流短接外缘面为台阶圆柱面，分别为第一圆柱面和第二圆柱面，第二圆柱面直径大于第一圆柱面直径，第二圆柱面位于第一圆柱面上端，侧向通道A与第一圆柱面相贯通；第二圆柱面轴向加工有贯穿第二圆柱面的沟槽A；滑动封堵短接为筒状短接，径向加工有侧向通道B；滑动封堵短接下端与花键套连接在一起，滑动封堵短接内部圆柱面套在分流短接的第一圆柱面外面，两者间隙配合；滑动封堵短接上端加工有向上和向外的凸台；滑动封堵短接的凸台数量与分流短接沟槽A数量相等，凸台之间形成轴向沟槽B；滑动封堵短接外缘圆柱面直径小于分流短接第二圆柱面直径，滑动封堵短接的凸台外径等于分流短接第二圆柱面直径；双壁钻具以及常规钻具与井眼之间形成大环空，滑动封堵短接跟随花键套上下移动，花键套相对于花键轴位于上支点时，滑动封堵短接的凸台均插入分流短接沟槽A内，将大环空分隔为上部大环空和下部大环空，下部大环空返出的钻井介质依次通过侧向通道B、侧向通道A、主通道B进入双壁钻具返出通道；花键套相对于花键轴位于下支点时，滑动封堵短接的凸台均不插入分流短接沟槽A内，上部大环空和下部大环空分别通过沟槽A和沟槽B连通。

分流短接第二圆柱面沟槽A横截面优选为为梯形，梯形的两条腰线夹角为10度且两条腰线的交点位于分流短接第二圆柱面外部；所述分流短接梯形沟槽A上底线和下底线为圆弧线。所述滑动封堵短接的凸台横截面优选为梯形，梯形的两条腰线夹角为10度且两条腰线的交点位于滑动封堵短接外部。所述滑动封堵短接凸台外径与分流短接第二圆柱面直径优选为比井眼直径小1mm到4mm。

本发明的优点是：① 封堵上部大环空，实现正反交替式气体反循环钻井；②非钻进情况下，封堵器上下大环空处于连通状态，不仅可以降低封堵分流器处卡钻风险，而且为利用正循环解决复杂问题提供了条件。

附图说明

图1是本发明一种可变径封堵分流器关闭状态剖视图。

图2是本发明一种可变径封堵分流器打开状态剖视图。

图3是本发明一种可变径封堵分流器中分流短接前视图。

图4是本发明一种可变径封堵分流器中分流短接俯视图。

图5是本发明一种可变径封堵分流器中滑动封堵短接前视图。

图6是本发明一种可变径封堵分流器中滑动封堵短接俯视图。

图7是本发明一种可变径封堵分流器关闭状态示意图。

图8是本发明一种可变径封堵分流器打开状态示意图。

图中：10.双壁钻具，11.内管，12.外管，13.返出通道，14.注入通道，20. 分流短接，21.分流短接本体，22.沟槽A，23.主通道A，24.主通道B，25.侧向通道A，30.滑动封堵短接，31.滑动封堵短接本体，32.侧向通道B，33.凸台，34.沟槽B，40.滑动施压短接，41.花键轴，42.花键套，43.通孔A。

具体实施方式

下面结合附图1至附图8对本发明作进一步描述：

参照附图1，一种可变径封堵分流器，其上部和下部分别连接双壁钻具10和常规钻具（图中未示出），双壁钻具10包括内管11和外管12，内管12内部形成钻井介质返出通道13，内管11和外管12之间形成钻井介质注入通道14。

可变径封堵分流器包括分流短接20、滑动封堵短接30和滑动施压短接40；分流短接20为一轴状短接，内部轴向加工有主通道A23和主通道B24，径向加工有侧向通道A25；滑动施压短接40包括花键轴41和花键套42；花键轴41为一轴状短接，内部加工有通孔A43，外缘轴向加工有外花键；花键套42为一筒状短接，内部轴向加工有内花键；分流短接20上部连接双壁钻具10，下部与花键轴41上端固定连接，花键轴41与花键套42通过内外花键连接，花键套42与下部常规钻具连接；花键套42相对于花键轴41上下滑动，花键套42相对于花键轴41向上运动的最高点为上支点，向下运动的最低点为下支点；花键套42相对于花键轴41位于上支点时，双壁钻具10依次通过分流短接20、花键轴41 和花键套42对下部常规钻具施加扭矩和钻压；花键套42相对于花键轴41位于下支点时，双壁钻具10依次通过分流短接20、花键轴41和花键套42对下部常规钻具施加扭矩和拉力。

参照附图1至3，分流短接20的主通道A23为轴向通孔，经过双壁钻具注入通道14的钻井介质通过主通道A23依次进入下部花键轴41通孔A43和常规钻具内部孔道；主通道B24为在分流短接20内部轴向从上向下加工的盲孔，分别与双壁钻具返出通道13和侧向通道A25连通；分流短接20外缘面为台阶圆柱面，分别为第一圆柱面和第二圆柱面，第二圆柱面直径大于第一圆柱面直径，第二圆柱面位于第一圆柱面上端，侧向通道A25与第一圆柱面相贯通；第二圆柱面轴向加工有贯穿第二圆柱面的沟槽A22。

参照附图5和附图6，滑动封堵短接30为筒状短接，径向加工有侧向通道B32；滑动封堵短接30下端与花键套42固定连接在一起，滑动封堵短接30内部圆柱面套在分流短接20的第一圆柱面外面，两者间隙配合；滑动封堵短接30上端加工有向上和向外的凸台33；滑动封堵短接30的凸台33数量与分流短接沟槽A22数量相等，凸台之间形成轴向沟槽B34；滑动封堵短接30本体外缘圆柱面直径小于分流短接20第二圆柱面直径，滑动封堵短接30的凸台33外径等于分流短接20第二圆柱面直径。

双壁钻具以及常规钻具与井眼之间形成大环空，滑动封堵短接30跟随花键套上下移动。参照附图1和附图7，花键套42相对于花键轴41位于上支点时，滑动封堵短接30的凸台33均插入分流短接沟槽A22内，将大环空分隔为上部大环空和下部大环空，下部大环空返出的钻井介质依次通过侧向通道B32、侧向通道A25、主通道B24进入双壁钻具返出通道13。参照附图2和附图8，花键套42相对于花键轴41位于下支点时，滑动封堵短接30的凸台33均不插入分流短接沟槽A22内，上部大环空和下部大环空分别通过沟槽A22和沟槽B34连通。

参照附图4，分流短接20第二圆柱面沟槽A22横截面为梯形，梯形的两条腰线夹角α为10度且两条腰线的交点位于分流短接20第二圆柱面外部。分流短接20梯形沟槽A22上底线和下底线为圆弧线。滑动封堵短接30的凸台33横截面为梯形，梯形的两条腰线夹角β为10度且两条腰线的交点位于滑动封堵短接30外部。滑动封堵短接凸台33外径与分流短接20第二圆柱面直径比井眼直径小1mm到4mm。

参照附图1和附图7，花键套42相对于花键轴41位于上支点时，可变径封堵器处于关闭状态并将大环空分隔为上部大环空和下部大环空，下部大环空返出的钻井介质依次通过侧向通道B32、侧向通道A25、主通道B24进入双壁钻具返出通道13。参照附图2和附图8，花键套42相对于花键轴41位于下支点时，可变径封堵器处于打开状态，上部大环空和下部大环空分别通过沟槽A22和沟槽B3连通，上部大环空的掉块可以下落到下部大环空，而且反循环转正循环时，钻井介质可以通过下部大环空进入上部大环空。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权力要求及其等同限定。

Claims (5)

1.一种可变径封堵分流器，其上部和下部分别连接双壁钻具（10）和常规钻具，双壁钻具（10）包括内管（11）和外管（12），内管（11）内部形成钻井介质返出通道（13），内管和外管之间形成钻井介质注入通道（14），其特征在于：所述可变径封堵分流器由分流短接（20）、滑动封堵短接（30）和滑动施压短接（40）依次连接组成；

分流短接（20）为一轴状短接，内部轴向加工有主通道A（23）和主通道B（24），径向加工有侧向通道A（25）；滑动施压短接（40）包括花键轴（41）和花键套（42）；花键轴（41）为一轴状短接，内部加工有通孔A（43），外缘轴向加工有外花键；花键套（42）为一筒状短接，内部轴向加工有内花键；分流短接（20）上部连接双壁钻具（10），下部与花键轴（41）上端固定连接，花键轴（41）与花键套（42）通过内外花键连接，花键套（42）与下部常规钻具连接；花键套（42）与花键轴（41）上下滑动配合，花键套（42）相对于花键轴（41）向上运动的最高点为上支点，向下运动的最低点为下支点；花键套（42）相对于花键轴（41）位于上支点时，双壁钻具（10）依次通过分流短接（20）、花键轴（41） 和花键套（42）对下部常规钻具施加扭矩和钻压；花键套（42）相对于花键轴（41）位于下支点时，双壁钻具（10）依次通过分流短接（20）、花键轴（41）和花键套（42）对下部常规钻具施加扭矩和拉力；

分流短接（20）的主通道A（23）为轴向通孔，经过双壁钻具注入通道（14）的钻井介质通过主通道A（23）依次进入下部花键轴（41）通孔A（43）和常规钻具内部孔道；主通道B（24）为在分流短接（20）内部轴向从上向下加工的盲孔，分别与双壁钻具返出通道（13）和侧向通道A（25）连通；分流短接（20）外缘面为台阶圆柱面，分别为第一圆柱面和第二圆柱面，第二圆柱面直径大于第一圆柱面直径，第二圆柱面位于第一圆柱面上端，侧向通道A（25）与第一圆柱面相贯通；第二圆柱面轴向加工有贯穿第二圆柱面的沟槽A（22）；

滑动封堵短接（30）为筒状短接，径向加工有侧向通道B（32）；滑动封堵短接（30）下端与花键套（42）固定连接在一起，滑动封堵短接（30）内部圆柱面套在分流短接（20）的第一圆柱面外面，两者间隙配合；滑动封堵短接（30）上端加工有向上和向外的凸台（33）；滑动封堵短接（30）的凸台（33）数量与分流短接沟槽A（22）数量相等，凸台之间形成轴向沟槽B（34）；滑动封堵短接（30）本体外缘圆柱面直径小于分流短接（20）第二圆柱面直径，滑动封堵短接（30）的凸台（33）外径等于分流短接（20）第二圆柱面直径；

双壁钻具以及常规钻具与井眼之间形成大环空，滑动封堵短接（30）跟随花键套上下移动，花键套（42）相对于花键轴（41）位于上支点时，滑动封堵短接（30）的凸台（33）均插入分流短接沟槽A（22）内，将大环空分隔为上部大环空和下部大环空，下部大环空返出的钻井介质依次通过侧向通道B（32）、侧向通道A（25）、主通道B（24）进入双壁钻具返出通道（13）；花键套（42）相对于花键轴（41）位于下支点时，滑动封堵短接（30）的凸台（33）均不插入分流短接沟槽A（22）内，上部大环空和下部大环空分别通过沟槽A（22）和沟槽B（34）连通。

2.根据权利要求1所述的一种可变径封堵分流器，其特征在于：所述分流短接（20）第二圆柱面沟槽A（22）横截面为梯形，梯形的两条腰线夹角为10度且两条腰线的交点位于分流短接（20）第二圆柱面外部。

3.根据权利要求2所述的一种可变径封堵分流器，其特征在于：所述分流短接（20）梯形沟槽A上底线和下底线为圆弧线。

4.根据权利要求3所述的一种可变径封堵分流器，其特征在于：所述滑动封堵短接（30）的凸台（33）横截面为梯形，梯形的两条腰线夹角为10度且两条腰线的交点位于滑动封堵短接（30）外部。

5.根据权利要求1-4任一所述的一种可变径封堵分流器，其特征在于：所述滑动封堵短接凸台（33）外径与分流短接（20）第二圆柱面直径比井眼直径小1mm到4mm。