專利名稱：欠平衡鉆井注氣接頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及石油鉆井技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及欠平衡鉆井技術(shù)領(lǐng) 域，是一種連接在套管中部，與套管一起固定在井壁上能進(jìn)行環(huán)空注 氣實現(xiàn)欠平衡鉆井的注氣接頭。
背景技術(shù)：
目前，常規(guī)的注氣欠平衡鉆井技術(shù)主要采用鉆柱注氣和環(huán)空注氣兩 種方法。鉆柱注氣采用鉆桿柱中心直接向井底注氣，雖然不需要增加
井下設(shè)備，操作工藝比較簡單，但限制了脈沖隨鉆測量工具M(jìn)WD的使 用。環(huán)空注氣主要有兩種方式， 一種是使用一套同心管柱。所述同心 管柱即在井壁套管與鉆桿柱之間再下入一層外徑稍小的套管，井壁套 管與套管之間底端用封隔器封隔，氣體從井壁套管與套管之間的環(huán)空 內(nèi)注入，與井底鉆井液混合后從套管與鉆桿柱間的環(huán)空內(nèi)返排至地面。 從同心的兩層套管環(huán)空向鉆桿外環(huán)空進(jìn)行注氣。由于煤層氣井所需氣 量小，環(huán)空截面積大，容易形成氣液兩相混合流體，而且氣水混合不 均勻，故注氣不連續(xù)，也不穩(wěn)定，在正常鉆進(jìn)時無法實現(xiàn)穩(wěn)定的欠平 衡鉆進(jìn)；且注氣點(diǎn)受制于套管深度，并局限于在直井中使用。另外一 種是采用雙井筒結(jié)構(gòu)進(jìn)行環(huán)空注氣。即先鉆成一口直井，直井采用洞 穴完井，完井后下入注氣油管和井下封隔器。而后在距直井一定距離 處鉆一口水平井，當(dāng)水平井的主水平井眼與洞穴直井連通，通過洞穴 直井的油管將壓縮氣體注入水平井環(huán)空，降低水平井環(huán)空內(nèi)液柱壓力， 從而實現(xiàn)水平井的欠平衡鉆進(jìn)，達(dá)到保護(hù)儲層的目的。雙井筒結(jié)構(gòu)進(jìn) 行環(huán)空注氣工藝技術(shù)由于采用雙井筒結(jié)構(gòu)，在進(jìn)行多分支水平井鉆井 前必須先鉆一口注氣直井，并對直接進(jìn)行擴(kuò)孔造穴，因而大大增加了
3鉆井周期和鉆井成本。此外，該工藝技術(shù)是在水平井與注氣的洞穴直 井連通后通過洞穴直井進(jìn)行環(huán)空注氣，因而在兩井連通之前對水平井 鉆進(jìn)過程中的地質(zhì)導(dǎo)向、隨鉆測量及連通工具等要求都較高，從而也 就大大地增加了鉆井風(fēng)險。 發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是提供一種欠平衡鉆井注氣接頭，與套管一起 下入井內(nèi)并固定在井壁上，通過高壓注氣管線和注氣接頭為欠平衡鉆 井的環(huán)空注氣，能實現(xiàn)欠平衡鉆井的單井注氣。采用注氣接頭環(huán)空注 氣模式，不需要鉆一口注氣直井；能調(diào)整欠平衡鉆井的注氣量，在起
下鉆時以低速注入氣體，在正常鉆進(jìn)時能穩(wěn)定注入氣體?？朔Ｒ?guī)注 氣欠平衡鉆井技術(shù)單井筒注氣模式局限于直井、限制脈沖隨鉆測量工
具M(jìn)WD的使用；克服雙井筒注氣模式成本高、風(fēng)險大的不足。
本實用新型采用的技術(shù)方案是欠平衡鉆井注氣接頭，包括本體、 錐形閥芯、彈簧、絲堵、導(dǎo)向盤，其特征在于氣接頭的本體為圓筒 形，本體的上端和下端有連接螺紋，上端和下端連接螺紋的作用是在 下套管作業(yè)時能與上轉(zhuǎn)換接頭和下轉(zhuǎn)換接頭連接，將欠平衡鉆井注氣 接頭固定在套管柱中間，與套管柱同時下井。
在本體的上端面鉆有縱向孔，縱向孔與橫向孔相連通。所述的橫向 孔垂直本體中心線，橫向孔的內(nèi)端是圓錐形孔，橫向孔的外端有螺紋， 橫向孔外端螺紋上固定有絲堵。在橫向孔內(nèi)有錐形閥芯，錐形閥芯的 一端與橫向孔內(nèi)端的圓錐形孔配合，能起到密封作用。在錐形閥芯的 另一端固定有導(dǎo)向盤，導(dǎo)向盤能沿橫向孔內(nèi)壁滑動。在導(dǎo)向盤與絲堵 之間有彈簧。高壓空氣通過縱向孔輸送到橫向孔內(nèi)，能推動錐形閥芯 和導(dǎo)向盤向本體內(nèi)部滑動，高壓空氣進(jìn)入本體內(nèi)腔。
所述的導(dǎo)向盤可以采用螺釘與錐形閥芯固定；也可以采用螺紋固 定，采用螺紋固定的結(jié)構(gòu)是在錐形閥芯的端部中心與導(dǎo)向盤一側(cè)的中心有螺紋連接。
為了使高壓空氣能通過導(dǎo)向盤，所述的導(dǎo)向盤上有通孔或?qū)虮P的 邊沿有豁口。
為了使錐形閥芯與橫向孔內(nèi)端的圓錐形孔之間密封，所述的彈簧
203為螺旋拉伸彈簧。
為了欠平衡鉆井注氣接頭能與注氣高壓管線連接，所述縱向孔上螺 紋固定有管線接頭。
本實用新型的有益效果是欠平衡鉆井注氣接頭，屬于單井筒環(huán)空 注氣結(jié)構(gòu)，通過注氣高壓管線和固定在井壁上的欠平衡鉆井注氣接頭， 進(jìn)行環(huán)空注氣，使欠平衡鉆井液密度容易控制，能有效地降低環(huán)空內(nèi) 混相流體靜液柱壓力，注氣穩(wěn)定，注氣效果好，為實現(xiàn)安全、快速、 高效欠平衡鉆進(jìn)奠定基礎(chǔ)。在三開鉆進(jìn)過程中，欠平衡鉆井注氣接頭 實現(xiàn)可調(diào)鉆井液柱壓力的欠平衡鉆進(jìn)，不僅適用于常規(guī)油氣井的直井、 斜井、水平井、多分支水平井等復(fù)雜井欠平衡鉆井中，也適用于非常 規(guī)天然氣(如煤層氣等)井?？朔穗p井筒結(jié)構(gòu)注氣模式工藝復(fù)雜、 鉆井周期長、成本高、安全風(fēng)險較大的不足。

圖l是本實用新型欠平衡鉆井注氣接頭連接在套管柱中，并通過固 井施工，固定在井下水泥環(huán)的包圍中的結(jié)構(gòu)剖面示意圖。
圖2是欠平衡鉆井注氣接頭結(jié)構(gòu)剖面示意圖。
圖3是圖2的俯視圖。
圖4是圖2的局部放大圖。
圖5是導(dǎo)向盤的剖面圖。
圖6是圖5的左視圖。
圖中l(wèi).下轉(zhuǎn)換接頭，2.水泥環(huán)，3.欠平衡鉆井注氣接頭，4.管線 接頭，5.注氣高壓管線，6.上轉(zhuǎn)換接頭，7.套管接箍；201.本體，202.錐形閥芯，203.彈簧，204.絲堵，205.通道，206.橫向孔，207.導(dǎo)向 盤，208.豁口。
具體實施方式

實施例1:以一個內(nèi)徑為142.08mm，外徑為153. 67mm的欠平衡鉆 井注氣接頭為例，對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
參閱圖2。欠平衡鉆井注氣接頭，包括本體201、錐形閥芯202、 彈簧203、絲堵204、導(dǎo)向盤207。本體201為圓筒形，內(nèi)徑為142. 08mm， 外徑為153.67腿，長度為203.2mm采用鋼材為J55 (API套管標(biāo)準(zhǔn))。 本體201的上端和下端有套管內(nèi)螺紋。上端和下端套管內(nèi)螺紋能在下 套管作業(yè)時與上轉(zhuǎn)換接頭6和下轉(zhuǎn)換接頭1連接，將欠平衡鉆井注氣 接頭固定在套管柱中間，與套管柱同時下井。
在本體201的上端面鉆有兩個縱向孔205，縱向孔205的直徑為8mm。 縱向孔205上螺紋固定分別固定有一個管線接頭4?？v向孔205與橫向 孔206相連通。
參閱圖4。所述的橫向孔206垂直本體201中心線，橫向孔206的 內(nèi)端是圓錐形孔，橫向孔206的外端有螺紋，橫向孔206外端螺紋上 固定有絲堵204。在橫向孔206內(nèi)有錐形閥芯202，錐形閥芯202的一 端與橫向孔206內(nèi)端的圓錐形孔配合，能起到密封作用。在錐形閥芯 202的另一端固定有一個導(dǎo)向盤207。參閱圖5和圖6。導(dǎo)向盤207的 邊沿有四個豁口 208，導(dǎo)向盤207能沿橫向孔206內(nèi)壁滑動。參閱圖4。 導(dǎo)向盤207采用螺紋與錐形閥芯202固定，采用螺紋固定的結(jié)構(gòu)是 在錐形閥芯202的端部中心與導(dǎo)向盤207 —側(cè)的中心有螺紋連接。
參閱圖4。在導(dǎo)向盤207與絲堵204之間有一個螺旋拉伸彈簧203。
高壓空氣通過縱向孔205輸送到橫向孔206內(nèi)，能推動錐形閥芯202 和導(dǎo)向盤207向本體201內(nèi)部滑動。
實施例2:所述的導(dǎo)向盤207可以采用螺釘與錐形閥芯202固定；導(dǎo)向盤207上有四個通孔，能使高壓空氣能通過導(dǎo)向盤207。
簡述欠平衡鉆井注氣接頭的工作過程，有助于理解本實用新型。 參閱圖1。首先在下套管時，將欠平衡鉆井注氣接頭連接在下轉(zhuǎn)換 接頭1和上轉(zhuǎn)換接頭6中間，固定在井下的預(yù)定位置， 一般下入300 1000m深處；在欠平衡鉆井注氣接頭的上部連接管線接頭4，管線接頭 4上部連接注氣高壓管線5。注氣高壓管線5—直連接到地面。在使用 中采用兩根相同長度的注氣高壓管線5，所以對稱固定在欠平衡鉆井注 氣接頭兩側(cè)有兩個管線接頭4。注氣高壓管線5內(nèi)徑為6mm。將本實用 新型的欠平衡鉆井注氣接頭和注氣高壓管線與套管柱一起固定在井 下，欠平衡鉆井注氣接頭和注氣高壓管線5在水泥環(huán)的包圍中。
當(dāng)欠平衡鉆井施工需要往井內(nèi)注入高壓氣體時，在地面通過高壓氣 泵將高壓空氣泵入注氣高壓管線5，通過注氣高壓管線5到達(dá)欠平衡鉆 井注氣接頭；高壓氣體的壓力作用下，推動導(dǎo)向盤207和錐形閥芯202。 高壓空氣進(jìn)入套管內(nèi)。因此高壓空氣不斷進(jìn)入鉆井液，使套管與鉆桿 之間環(huán)空的鉆井液密度降低。鉆井液密度降低后， 一方面能降低鉆井 液柱對井底地層的壓力；另一方面，套管與鉆桿之間環(huán)空鉆井液的密 度低于鉆桿內(nèi)鉆井液的密度，形成密度差。根據(jù)流體連通器原理，該 密度差能促進(jìn)鉆井液的循環(huán)，順利實施欠平衡鉆井施工。
當(dāng)不需要往井內(nèi)注入高壓氣體時，地面高壓氣泵停止注氣。高壓管 線5泄壓后彈簧203收縮，錐形閥心202關(guān)閉。套管與鉆桿之間環(huán)空 鉆井液不能進(jìn)入欠平衡鉆井注氣接頭內(nèi)。因而在欠平衡鉆進(jìn)時只允許 高壓空氣進(jìn)入套管與鉆桿之間的環(huán)空內(nèi)，而不允許環(huán)空內(nèi)鉆井液等雜 質(zhì)返回到欠平衡鉆井注氣接頭內(nèi)。
現(xiàn)場施工時為了控制高壓空氣流量的大小，壓力變化范圍為5 lOMPa;注氣排量小于等于35mVmin (標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)空氣)；工作溫度 小于IO(TC。
權(quán)利要求1、一種欠平衡鉆井注氣接頭，包括本體(201)、錐形閥芯(202)、彈簧(203)、絲堵(204)、導(dǎo)向盤(207)，其特征在于氣接頭的本體201為圓筒形，本體(201)的上端和下端有連接螺紋，在本體(201)的上端面鉆有縱向孔(205)，縱向孔(205)與橫向孔(206)相連通，所述的橫向孔(206)垂直本體(201)中心線，橫向孔(206)的內(nèi)端是圓錐形孔，橫向孔(206)的外端有螺紋，橫向孔(206)外端螺紋上固定有絲堵(204)，在橫向孔(206)內(nèi)有錐形閥芯(202)，錐形閥芯(202)的一端與橫向孔(206)內(nèi)端的圓錐形孔配合，在錐形閥芯(202)的另一端固定有導(dǎo)向盤(207)，導(dǎo)向盤(207)能沿橫向孔(206)內(nèi)壁滑動，在導(dǎo)向盤(207)與絲堵(204)之間有彈簧(203)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的欠平衡鉆井注氣接頭，其特征是所述 的導(dǎo)向盤(207)采用螺釘與錐形閥芯(202)固定。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的欠平衡鉆井注氣接頭，其特征是所述 的導(dǎo)向盤(207)采用螺紋固定，采用螺紋固定的結(jié)構(gòu)是在錐形閥芯 (202)的端部中心與導(dǎo)向盤(207)—側(cè)的中心有螺紋連接。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1、 2或3所述的欠平衡鉆井注氣接頭，其特征是 所述的導(dǎo)向盤(207)上有通孔。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1、 2或3所述的欠平衡鉆井注氣接頭，其特征是 所述的導(dǎo)向盤(207)的邊沿有豁口 (208)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1、 2或3所述的欠平衡鉆井注氣接頭，其特征是 所述的彈簧(203)為螺旋拉伸彈簧。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1、 2或3所述的欠平衡鉆井注氣接頭，其特征是 所述縱向孔(205)上螺紋固定有管線接頭(4)。
專利摘要欠平衡鉆井注氣接頭，應(yīng)用于石油欠平衡鉆井技術(shù)領(lǐng)域。特征是在本體的上端面鉆有縱向孔，縱向孔與橫向孔相連通。所述的橫向孔垂直本體中心線，橫向孔的內(nèi)端是圓錐形孔，橫向孔的外端有螺紋，橫向孔外端螺紋上固定有絲堵。在橫向孔內(nèi)有錐形閥芯，錐形閥芯的一端與橫向孔內(nèi)端的圓錐形孔配合。在錐形閥芯的另一端固定有導(dǎo)向盤，導(dǎo)向盤能沿橫向孔內(nèi)壁滑動。在導(dǎo)向盤與絲堵之間有彈簧。效果是能有效地降低環(huán)空內(nèi)混相流體靜液柱壓力，實現(xiàn)安全、快速、高效欠平衡鉆進(jìn)的目的。
文檔編號E21B21/00GK201292791SQ200820123709
公開日2009年8月19日 申請日期2008年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月12日
發(fā)明者平 孫, 義 張, 張繼東, 李安啟, 趙慶波, 鮑清英, 鮮保安 申請人:中國石油天然氣股份有限公司