專利名稱：鉆井注氣接頭及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及石油鉆井技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種連接在套管中部與套 管一起固定在井壁上的套管接頭，能進(jìn)行環(huán)空注氣的接頭。
背景技術(shù)：
常規(guī)的注氣鉆井技術(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，出現(xiàn)階段性的氣體段塞，故注氣量不連續(xù)，注氣壓力也不穩(wěn)定， 在正常鉆進(jìn)時無法實(shí)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(shí)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)容本發(fā)明的目的是提供一種鉆井注氣接頭及其使用方法，這種方法 是利用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 管線和注氣接頭為鉆井環(huán)空注氣，能實(shí)現(xiàn)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；能方便調(diào)整鉆井的注氣量，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?？?服常規(guī)注氣鉆井技術(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需要多下入一層套管和至少一個封隔器，造成施工復(fù)雜、風(fēng)險高、成本大的不足。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是鉆井注氣接頭包括本體、錐形閥芯、彈簧、絲堵、導(dǎo)向盤。鉆井注 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)有閥芯，閥芯的一端與橫 向孔內(nèi)端的圓形孔配合，能起到密封作用。在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。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。為了使閥芯與橫向孔內(nèi)端 的圓形孔之間密封，所述的彈簧為螺旋拉伸彈簧。為了鉆井注氣接頭 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。所述的閥芯是錐形閥芯，橫向孔內(nèi)端的圓形孔是圓錐形孔。所述的閥芯是平面閥芯，在平面閥芯的邊沿有豁口，高壓空氣推動 閥芯移動后，高壓空氣能通過豁口進(jìn)入套管內(nèi)。橫向孔內(nèi)端的圓形孔 是圓形臺階孔。平面閥芯有單項(xiàng)密封作用，還有導(dǎo)向作用，平面閥芯 也是一個導(dǎo)向盤。采用的是雙導(dǎo)向結(jié)構(gòu)。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。為了保證固井施工時和完成鉆井施工后不需要往井內(nèi)注入高壓氣 體時，套管內(nèi)的鉆井液不會流入鉆井注氣接頭內(nèi)，所述的管線接頭是 單向閥管線接頭，即是一種具有單向閥功能的管線接頭。鉆井注氣接頭的使用方法A、 下套管完成二開鉆井后，下入帶有鉆井注氣接頭的套管柱。 所述的套管管柱中部連接有鉆井注氣接頭。即套管管柱的結(jié)構(gòu)自下而 上依次螺紋連接有套管、套管接箍、下轉(zhuǎn)換接頭、鉆井注氣接頭、上轉(zhuǎn)換接頭、套管接箍和套管。鉆井注氣接頭下入深度為300 1000m;在鉆井注氣接頭的上部連接至少一個管線接頭，管線接頭上部連接注 氣高壓管線。注氣高壓管線一直到地面。為了提高注氣量，在鉆井注氣接頭上有兩個管線接頭，兩個管線接 頭上分別連接有注氣高壓管線。能分別通過兩根注氣高壓管線為井內(nèi) 注入高壓空氣。兩個管線接頭對稱固定在鉆井注氣接頭的兩側(cè)。注氣高壓管線內(nèi)徑為在5 15mm之間。B、 固井將帶有鉆井注氣接頭和注氣高壓管線的套管柱下入井內(nèi)
后，進(jìn)行固井施工。固井施工的方法是現(xiàn)有技術(shù)，本領(lǐng)域技術(shù)人員熟 知并能完成固井施工。鉆井注氣接頭與套管柱一起固定在井內(nèi)，注氣 高壓管線固定在水泥環(huán)中間。鉆井注氣接頭和注氣高壓管線在水泥環(huán) 的包圍中。C、 連接地面注氣系統(tǒng)在地面，將壓縮機(jī)系統(tǒng)(或帶增壓機(jī))與 注氣高壓管線連接。所述的高壓空氣壓縮機(jī)系統(tǒng)的最高工作壓力10MPa。D、 鉆井施工在帶有鉆井注氣接頭的套管柱內(nèi)，下入鉆桿柱，鉆桿柱自下而上主要包括一個鉆頭、鉆鋌100米、鉆桿和方鉆桿。繼續(xù)加深鉆井，開始實(shí)施鉆井施工。E、 當(dāng)鉆井施工需要往井內(nèi)注入高壓氣體時，在地面通過壓縮機(jī)系統(tǒng)(或帶增壓機(jī))將高壓空氣泵入注氣高壓管線，通過注氣高壓管線 到達(dá)鉆井注氣接頭。高壓氣體在壓力作用下打開鉆井注氣接頭并通過 鉆井注氣接頭進(jìn)入套管內(nèi)。因高壓空氣不斷進(jìn)入鉆井液，使套管與鉆 井管柱之間環(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(shí)施鉆井施工。注入高壓氣體的壓力是5 10MPa之間，高壓氣體的注氣流量小于35m3/min (標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)空氣)。鉆井施工過程中，注入高壓氣體的壓力和高壓氣體的注氣流量是根據(jù)所需要的鉆井井底壓力欠壓值確定的，鉆 并井底壓力欠壓值控制在0. 2 0. 8MPa之間。E、當(dāng)完成鉆井施工不需要往井內(nèi)注入高壓氣體時，地面高壓氣泵 停止注氣。高壓管線泄壓后鉆井注氣接頭關(guān)閉。套管與鉆井管柱之間 環(huán)空鉆井液不能進(jìn)入鉆井注氣接頭內(nèi)。因而在鉆進(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)，而環(huán)空內(nèi)鉆井液不能返回到鉆井注氣
接頭內(nèi)。本發(fā)明的有益效果是鉆井注氣接頭固定在井壁上，通過注氣高壓 管線和的鉆井注氣接頭進(jìn)行環(huán)空注氣，使鉆井液密度得到控制，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(shí) 現(xiàn)安全、快速、高效鉆進(jìn)奠定基礎(chǔ)。在三開鉆進(jìn)過程中，利用鉆井注 氣接頭調(diào)整鉆井液柱壓力，克服了雙井筒結(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是本發(fā)明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是鉆井注氣接頭的結(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，橫向孔的內(nèi)端是圓錐形孔，配合的是錐 形閥芯。圖5是導(dǎo)向盤的剖面圖。 圖6是圖5的左視圖。圖7是圖2的局部放大圖，是橫向孔的內(nèi)端是圓形臺階孔，配合的 是平面閥芯。圖8是平面閥芯的主視圖。 圖9是圖8的左視中l(wèi).下轉(zhuǎn)換接頭，2.水泥環(huán)，3.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.閥芯， 203.彈簧，204.絲堵，205.通道，206.橫向孔，207.導(dǎo)向盤，208.豁□。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1:以一個內(nèi)徑為142. 08腿，外徑為153. 67mm的鉆井注氣接 頭為例，對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。參閱圖2。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142.08腿，外徑為 153. 67mm，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。縱向孔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(shí)施例2:實(shí)施例2于實(shí)施例l不同點(diǎn)是參閱圖7。所述的閥芯 202是平面閥芯，在平面閥芯的邊沿有豁口，高壓空氣能通過豁口進(jìn)入 套管內(nèi)。橫向孔206內(nèi)端的圓形孔是圓形臺階孔。
鉆井注氣接頭的使用方法實(shí)施例在一口二開深度為1100m的井 內(nèi)，進(jìn)行下套管固井，并實(shí)施欠平衡鉆井。工作過程是參閱圖l。A、 下套管完成二開鉆井后，下入帶有鉆井注氣接頭3的套管柱。 所述的套管管柱中部連接有一個鉆井注氣接頭3。即套管管柱的結(jié)構(gòu)自下而上依次螺紋連接有400m的套管、 一個套管接箍、 一個下轉(zhuǎn)換接頭 1、 一個鉆井注氣接頭3、 一個上轉(zhuǎn)換接頭6、 一個套管接箍7和長度 為700m的套管。鉆井注氣接頭3下入深度為700m;在鉆井注氣接頭3 的上部螺紋連接兩個管線接頭4，兩個管線接頭4上分別連接有注氣高 壓管線5。注氣高壓管線5—直到地面；注氣高壓管線5是高壓軟管。 管線接頭4采用的是單向閥管線接頭。注氣高壓管線5內(nèi)徑為8mm，長度為720米。在地面還有20米注氣 高壓管線5，是與高壓空氣泵連接用。B、 固井將帶有鉆井注氣接頭3和注氣高壓管線5的套管柱下入 井內(nèi)后，進(jìn)行固井施工。鉆井注氣接頭3與套管柱一起固定在井內(nèi)， 注氣高壓管線5固定在水泥環(huán)中間。鉆井注氣接頭3和注氣高壓管線5 在水泥環(huán)的包圍中；C、 連接地面注氣系統(tǒng)在地面，將空氣壓縮機(jī)系統(tǒng)(或帶增壓機(jī)) 與注氣高壓管線5連接。所述的空氣壓縮機(jī)系統(tǒng)的最高工作壓力10MPa; 高壓空氣壓縮機(jī)型號是SF-10/150。D、 鉆井施工在帶有鉆井注氣接頭3的套管柱內(nèi)，下入鉆井管柱， 開始鉆井施工；E、 當(dāng)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)鉆井注氣接 頭3。高壓氣體在壓力作用下打開鉆井注氣接頭3并通過鉆井注氣接頭 3進(jìn)入套管內(nèi)；注入高壓氣體的壓力為5MPa之間，高壓氣體的注氣流量為25mVmin
(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)空氣)。鉆井施工過程中，注入高壓氣體的壓力和高壓氣 體的注氣流量是根據(jù)所需要的鉆井井底壓力欠壓值確定的，鉆井井底壓力欠壓值控制在O. 5MPa。E、當(dāng)完成鉆井施工不需要往井內(nèi)注入高壓氣體時，地面高壓氣泵 停止注氣。高壓管線5泄壓后鉆井注氣接頭3關(guān)閉。套管與鉆井管柱 之間環(huán)空鉆井液不能進(jìn)入鉆井注氣接頭3內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種鉆井注氣接頭，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，本體(201)的上端和下端有連接螺紋；其特征在于在本體(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)有閥芯(202)，閥芯(202)的一端與橫向孔(206)內(nèi)端的圓形孔配合，在閥芯(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)，高壓空氣通過縱向孔(205)輸送到橫向孔(206)內(nèi)，能推動閥芯(202)和導(dǎo)向盤(207)向本體(201)內(nèi)部滑動，所述的導(dǎo)向盤(207)上有通孔或?qū)虮P(207)的邊沿有豁口(208)，所述的彈簧(203)為螺旋拉伸彈簧，所述縱向孔(205)上螺紋固定有管線接頭(4)。
2、 如權(quán)利要求1所述的鉆井注氣接頭，其特征在于所述的閥芯 (202)是錐形閥芯，橫向孔(206)內(nèi)端的圓形孔是圓錐形孔。
3、 如權(quán)利要求l鉆井注氣接頭，其特征在于所述的閥芯(202)是 平面閥芯，在平面閥芯的邊沿有豁口，高壓空氣能通過豁口進(jìn)入套管 內(nèi)，橫向孔(206)內(nèi)端的圓形孔是圓形臺階孔。
4、 如權(quán)利要求l、 2或3所述的鉆井注氣接頭，其特征在于所述 的導(dǎo)向盤(207)可以采用螺釘與錐形閥芯(202)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(202)的端部中心與導(dǎo)向盤(207) —側(cè)的中心有螺紋連接。
5、 如權(quán)利要求l、 2或3所述的鉆井注氣接頭，其特征在于所述 的管線接頭(4)是單向閥管線接頭。
6、 一種權(quán)利要求l、 2或3所述的鉆井注氣接頭使用方法，其特征在于A、 下套管完成二開鉆井后，下入帶有鉆井注氣接頭(3)的套管柱， 所述的套管管柱中部連接有鉆井注氣接頭，即套管管柱的結(jié)構(gòu)自下而上依次螺紋連接有套管、套管接箍、下轉(zhuǎn)換接頭(1)、鉆井注氣接頭(3)、 上轉(zhuǎn)換接頭(6)、套管接箍(7)和套管，鉆井注氣接頭(3)下入深度為 300 1000m;在鉆井注氣接頭(3)的上部連接至少一個管線接頭(4)， 管線接頭(4)上部連接注氣高壓管線(5)，注氣高壓管線(5) —直到地 面；注氣高壓管線(5)內(nèi)徑為在5 15mm之間；B、 固井將帶有鉆井注氣接頭(3)和注氣高壓管線(5)的套管柱下 入井內(nèi)后，進(jìn)行固井施工；鉆井注氣接頭(3)與套管柱一起固定在井內(nèi)， 注氣高壓管線(5)固定在水泥環(huán)中間，鉆井注氣接頭(3)和注氣高壓管 線(5)在水泥環(huán)的包圍中；C、 連接地面注氣系統(tǒng)在地面，將空氣壓縮機(jī)系統(tǒng)與注氣高壓管 線(5)連接，所述的高壓空氣壓縮機(jī)系統(tǒng)的最高工作壓力10MPa;D、 鉆井施工在帶有鉆井注氣接頭(3)的套管柱內(nèi)，下入鉆桿柱， 鉆桿柱自下而上主要包括鉆頭、鉆鋌、鉆桿和方鉆桿，開始鉆井施工；E、 當(dāng)鉆井施工需要往井內(nèi)注入高壓氣體時，通過空氣壓縮機(jī)系統(tǒng)， 將高壓空氣注入注氣高壓管線(5)，通過注氣高壓管線(5)到達(dá)鉆井注 氣接頭(3)，高壓氣體在壓力作用下打開鉆井注氣接頭(3)并通過鉆井注氣接頭(3)進(jìn)入套管內(nèi)；注入高壓氣體的壓力在5 10MPa之間，高壓氣體的注氣流量小于 等于35m3/min，鉆井施工過程中，注入高壓氣體的壓力和高壓氣體的 注氣流量是根據(jù)所需要的鉆井井底壓力欠壓值確定，鉆井井底壓力欠 壓值控制在0. 2 0. ^IPa之間；E、當(dāng)完成鉆井施工不需要往井內(nèi)注入高壓氣體時，地面高壓氣泵 停止注氣，高壓管線(5)泄壓后鉆井注氣接頭(3)關(guān)閉，套管與鉆井管 柱之間環(huán)空鉆井液不能進(jìn)入鉆井注氣接頭(3)內(nèi)。
全文摘要
鉆井注氣接頭，應(yīng)用于石油鉆井技術(shù)領(lǐng)域。本體上端面鉆有縱向孔，縱向孔與橫向孔相連通，橫向孔的內(nèi)端是圓形孔，在橫向孔內(nèi)有閥芯，閥芯)的一端與橫向孔內(nèi)端的圓形孔配合，能起到密封作用，在閥芯另一端固定有導(dǎo)向盤，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)，導(dǎo)向盤上有通孔，彈簧為螺旋拉伸彈簧，縱向孔上螺紋固定有管線接頭。使用過程下套管鉆井注氣接頭連接在套管管柱上。B、固井；C、連接地面注氣系統(tǒng)；D、鉆井施工；E、高壓氣體注入套管內(nèi)；E、停止注氣。能有效地降低環(huán)空內(nèi)液柱壓力，實(shí)現(xiàn)安全、快速、高效鉆進(jìn)的目的。
文檔編號E21B17/08GK101397894SQ200810226279
公開日2009年4月1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