專利名稱：在充氣欠平衡鉆井過程中使用的防回流裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種在充氣欠平衡鉆井過程中使用的防回流裝置，該防回流裝置 包括連接成一體的上下兩個(gè)環(huán)狀柱體。
背景技術(shù)：
在煤層氣充氣欠平衡鉆井工程中，通常在準(zhǔn)備開采煤層氣的位置處鉆出一口直 井，然后在與直井相隔常規(guī)距離處鉆一口多分支水平井，在多分支水平井鉆井過程中，直井 井筒作為地面注入氣體的通道使用。在多分支水平井鉆井結(jié)束后，直井作為排水和采氣的 井筒，多分支水平井的豎直通道則封固起來。在鉆水平井過程中，需要使用單根鉆桿或鉆井立柱(由兩根或三根的鉆桿連接而 成)，并將鉆井液注入單根鉆桿或鉆井立柱的空腔中，使得鉆井液流過單根鉆桿或鉆井立柱 的空腔到達(dá)水平井當(dāng)時(shí)的盡頭，然后從鉆井立柱與水平通道之間的環(huán)空中返回，由此實(shí)現(xiàn) 鉆井液在鉆井立柱中的循環(huán)流動(dòng)。該循環(huán)流動(dòng)的目的在于沖洗鉆井過程中形成的沙石、巖 屑等雜質(zhì)，并將這些雜質(zhì)夾帶在液相中返回到地面，然后從井口的過濾器處流出過濾，以備 循環(huán)使用。一般來講，煤層為欠壓地層，也就是說，煤層的地層壓力小于其深度處的靜液柱壓 力。由于壓差的作用，鉆井時(shí)鉆井液中的雜質(zhì)、煤粉等微細(xì)顆粒會(huì)進(jìn)入煤層中的紋理孔道 中，造成煤層滲透率降低，從而導(dǎo)致煤層氣的產(chǎn)氣量不高。通過在鉆井液中注入氣體，使得氣體與液體混合，由此相當(dāng)于降低了作用在煤層 上的液體的密度，根據(jù)P= ρ agh的計(jì)算，對煤層的液柱壓力也會(huì)降低，這樣能夠克服上述 煤粉和鉆井液污染煤層的情況。2006年2月出版的《石油鉆采工藝》第28卷第1期中的論文《嵐Ml-I煤層氣多 分支水平井充氣鉆井技術(shù)》中就記載了上述充氣鉆井技術(shù)“鉆進(jìn)時(shí)，先鉆一 口直井，并在煤 層段造洞穴，在距200米處鉆一口水平井，水平段連通洞穴，再在水平段上鉆出10個(gè)分支井 眼。在鉆進(jìn)中，采用欠平衡鉆井技術(shù)，直井眼充氣，鉆井液與氣體在洞穴處混合，形成負(fù)壓鉆 井?！逼渲校俺錃忏@井是將一定量氣體包括空氣、氮?dú)狻冗B續(xù)不斷注入鉆井液內(nèi)，使其呈 均勻氣泡分散于鉆井液中，形成充氣鉆井液。，，對于上述充氣鉆井技術(shù)，在實(shí)際鉆井過程中遇到下述需要克服的缺陷。當(dāng)將一根 單根鉆桿或鉆井立柱鉆入水平井之后，需要一段時(shí)間為鉆入下一根單根鉆桿或鉆井立柱做 準(zhǔn)備工作。在這期間，需要將水平井井口處的泵停掉，否則無法完成鉆入下一根單根鉆桿或 鉆井立柱的準(zhǔn)備工作。在停泵期間，水平井的水平通道中沒有鉆井液流動(dòng)，這樣會(huì)導(dǎo)致巖屑 無法被鉆井液沖走而下沉填埋鉆具，影響下一步的鉆井工作。如果在再次開泵之前的時(shí)間 段內(nèi)沉下來的巖屑過多，這些沉下來的巖屑就會(huì)堆積，導(dǎo)致再次開泵循環(huán)時(shí)不能將這些沉 下的巖屑沖開，造成鉆具埋死和卡鉆。為了解決上述問題，本申請人在與本申請同日提交的發(fā)明專利申請“用于煤層氣 的充氣欠平衡鉆井方法”中，提出了一種在完成鉆入下一根單根鉆桿或鉆井立柱的準(zhǔn)備工
3作期間通過直井向水平井注入鉆井液的技術(shù)方案。對于其中通過從直井井口插入直井下部 的注氣管進(jìn)行注氣的具體實(shí)施方式
中，優(yōu)選在注氣管下端設(shè)置促使來自直井的鉆井液與注 氣相混合的氣液混合裝置。該氣液混合裝置由防回流裝置和封隔器構(gòu)成
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種適于在上述充氣欠平衡鉆井過程中使 用的防回流裝置，既能夠使得來自直井井筒注液環(huán)空的鉆井液沿徑向流入其中而與來自注 氣管的注氣初步混合后向下流出，又能夠在停止向直井注入鉆井液時(shí)，防止直井的注氣從 防回流裝置向外流向直井的注液環(huán)空。為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供一種在充氣欠平衡鉆井過程中使用的防 回流裝置。該防回流裝置包括連接成一體的上環(huán)狀柱體和下環(huán)狀柱體。該下環(huán)狀柱體的上 端面開設(shè)有沿下環(huán)狀柱體縱向延伸的臺(tái)階狀盲孔。該臺(tái)階狀盲孔包括上段盲孔和下段盲 孔，兩者之間為過渡段，該上段盲孔的橫截面積大于該下段盲孔的橫截面積。閥體主件和彈 性壓縮件設(shè)置入上段盲孔中，所述閥體主件封堵住該下段盲孔的頂端。該彈性壓縮件的下 端與閥體主件相接觸，上端與下環(huán)狀柱體的上端面相齊平，在該下環(huán)狀柱體的外壁上開設(shè) 有與該下段盲孔的下部相通的下連通孔。在該下環(huán)狀柱體的內(nèi)壁上與臺(tái)階狀盲孔的過渡段 的相應(yīng)位置處或者其上方開設(shè)有與該上段盲孔相連通的上連通孔。采用這種在充氣欠平衡鉆井過程中使用的防回流裝置，在向直井的注液環(huán)空注入 鉆井液時(shí)，鉆井液就會(huì)頂起臺(tái)階狀盲孔中的閥體主件，從而進(jìn)入防回流裝置，與來自直井注 氣管的注氣初步混合后，向下流經(jīng)封隔器的內(nèi)腔流向水平井；而在停止向直井注液環(huán)空注 入鉆井液后，對閥體主件在彈性壓縮件的作用下再次封堵下段盲孔的頂部，從而由直井的 注氣管注入的注氣能被閥體主件封堵住而留存在防回流裝置內(nèi)部，因而能夠防止流入防回 流裝置中的注氣流到防回流裝置外部注液環(huán)空中。作為本實(shí)用新型的防回流裝置的一種改進(jìn)，通過將上環(huán)狀柱體的下端面與下環(huán)狀 柱體的上端面相粘結(jié)從而將上環(huán)狀柱體與下環(huán)狀柱體連接成一體。采用這種粘結(jié)的方式能 夠以相對簡單的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的防回流裝置。作為本實(shí)用新型的防回流裝置的另一種改進(jìn)，下環(huán)狀柱體的外壁上端形成外螺 紋，上環(huán)狀柱體下端具有與下環(huán)狀柱體的外螺紋相配的內(nèi)螺紋結(jié)構(gòu)，從而通過螺紋連接方 式將上環(huán)狀柱體與下環(huán)狀柱體連接成一體。采用螺紋連接的結(jié)構(gòu)能夠使得上環(huán)狀柱體與下 環(huán)狀柱體更牢固地連接成一體，防止二者脫落，從而加強(qiáng)該防回流裝置的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，上環(huán)狀柱體的內(nèi)腔中設(shè)置注氣單向閥。采用該注 氣單向閥，在注氣流過該注氣單向閥之后，不會(huì)再倒流過該注氣單向閥從上環(huán)形柱體的端 部離開，因此能夠只使得注氣單向流動(dòng)，促使注氣與進(jìn)入下環(huán)狀柱體內(nèi)腔中的鉆井液混合。對于本實(shí)用新型的上述改進(jìn)，在上環(huán)狀柱體的內(nèi)腔中設(shè)置注氣單向閥的同時(shí)，還 在下環(huán)狀柱體的內(nèi)腔中設(shè)置氣液單向閥。采用該氣液單向閥，能夠防止一旦該防回流裝置 中沒有混合流體向下流動(dòng)時(shí)，該防回流裝置底部下方的鉆井液、固體(例如煤屑、砂石等) 或者注氣與鉆井液初步混合后尚未混合入鉆井液的注氣，甚至是已經(jīng)混合形成的氣液兩相 流倒流回下環(huán)狀柱體的內(nèi)腔，從而倒流回防回流裝置。由此，能夠促使注氣和鉆井液的氣液 兩相流單向流動(dòng)離開該防回流裝置。
4[0016]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，臺(tái)階狀盲孔為與下環(huán)狀柱體同軸的環(huán)形孔，上連 通孔和下連通孔分別為在下環(huán)狀柱體的外壁或內(nèi)壁上沿著圓周方向延伸的環(huán)形連通凹槽， 從而能夠增加進(jìn)入該防回流裝置中的鉆井液的量?；蛘?，臺(tái)階狀盲孔、上連通孔和下連通孔 均為沿下環(huán)狀柱體的圓周方向分布的孔。作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，在上段盲孔與下段盲孔之間的過渡段形狀與閥體 主件下部的形狀相適配，以使該閥體主件能夠穩(wěn)定地抵靠在該過渡段上從而形成良好的密 封。

下面將參照附圖對本實(shí)用新型的在充氣欠平衡鉆井過程中使用的防回流裝置的具體實(shí)施方式
進(jìn)行詳細(xì)說明。圖1是說明與本申請同日提交的發(fā)明專利申請“用于煤層氣的充氣欠平衡鉆井方 法”中采用本實(shí)用新型的防回流裝置的實(shí)施方式的示意圖圖2是在充氣欠平衡鉆井過程中使用的本實(shí)用新型的防回流裝置的第一種實(shí)施 方式的示意圖。圖3是在充氣欠平衡鉆井過程中使用的本實(shí)用新型的防回流裝置的第二種實(shí)施 方式的示意圖。圖4是在本實(shí)用新型的第一種實(shí)施方式的防回流裝置的改進(jìn)方案中設(shè)置注氣單 向閥的示意圖。圖5是在本實(shí)用新型的第二種實(shí)施方式的防回流裝置的改進(jìn)方案中同時(shí)設(shè)置注 氣單向閥和氣液單向閥的示意圖。
具體實(shí)施方式
為了更好地理解本實(shí)用新型，先結(jié)合圖1對本申請人與本申請同日提交的發(fā)明專 利申請“用于煤層氣的充氣欠平衡鉆井方法”作簡要的介紹。如圖1所示，在準(zhǔn)備開采煤層氣的位置處鉆出一 口直井7，在與直井相隔常規(guī)距離 處鉆進(jìn)水平井8。在直井7的井筒中插入一根注氣管71，使該注氣管71的下端到達(dá)直井7 的井筒的下部，在注氣管71的外壁與直井7的井筒壁之間形成注液環(huán)空74。在該注氣管71 的下端設(shè)置防回流裝置72和封隔器73，將封隔器73嚴(yán)密地坐封到直井7的井筒的內(nèi)壁，使 該封隔器73將直井7的注液環(huán)空74嚴(yán)密地封堵，從而使位于注液環(huán)空74中的鉆井液只能 單向流入防回流裝置72，并與來自注氣管71的注氣初步混合后，向下經(jīng)封隔器73的內(nèi)腔流 向水平井。在向水平井的水平通道鉆入單根鉆桿或鉆井立柱9的同時(shí)，打開水平井口處的水 平井泵81，從水平井口將鉆井液注入單根鉆桿或鉆井立柱9的空腔內(nèi)，該鉆井液從單根鉆 桿或鉆井立柱9的空腔流出，從而沖走鉆井過程中形成的巖屑、砂石使其折回到單根鉆桿 或鉆井立柱9的外壁與目標(biāo)煤層之間的環(huán)空10，并從鉆井液的排出口 82排走到外部以進(jìn)行 循環(huán)流動(dòng)。此時(shí)，在鉆入單根鉆桿或鉆井立柱9并且從水平井口注入鉆井液時(shí)，通過注氣管 71向直井7的井筒注氣，從而使得注氣與鉆井液混合以得到第一氣液兩相流，這樣能夠?qū)?br> 5鉆井過程中形成的巖屑、砂石等夾帶走。在完成鉆入上述單根鉆桿或鉆井立柱9之后，為鉆入下一根鉆單根鉆桿或鉆井立 柱9進(jìn)行準(zhǔn)備工作時(shí)，停止從水平井注入鉆井液，并在保持向直井7的注氣管注氣的同時(shí)向 注液環(huán)空74中注入鉆井液。該鉆井液流到注液環(huán)空74的下部時(shí)被封隔器堵住，進(jìn)而轉(zhuǎn)向 流入防回流裝置72，這樣改變鉆井液的流動(dòng)方向使其與注氣的流動(dòng)方向一致，從而使得鉆 井液與注氣在防回流裝置72中初步混合并向下從該防回流裝置72的內(nèi)腔經(jīng)封隔器73的 內(nèi)腔向水平井流動(dòng)，從而形成第二氣液兩相流。使該第二氣液兩相流流入水平井8并在其 中保持流動(dòng)，由此代替停泵前由水平井泵81泵送的鉆井液所形成的第一氣液兩相流來夾 帶巖屑、砂石等，以一定流速沿著水平通道向氣液兩相流的排出口 82流動(dòng)，流出該排出口 82并在雙井筒的外部完成氣液兩相流的過濾循環(huán)過程。在完成鉆入下一根單根鉆桿或鉆井立柱9的準(zhǔn)備工作后，就需要繼續(xù)完成將單根 鉆桿或鉆井立柱9鉆入水平井的鉆進(jìn)操作。此時(shí)，停止從直井7注入鉆井液，只從直井7的 注氣管71向直井7的井筒注氣，從水平井的單根鉆桿或鉆井立柱9中注入鉆井液，注氣與 鉆井液在水平井中相互混合從而形成第一氣液兩相流。之后。重復(fù)上述過程在進(jìn)行鉆入 再下一根單根鉆桿或鉆井立柱9的準(zhǔn)備工作期間，停止從水平井注入鉆井液，并在保持向 直井7的井筒中注氣的同時(shí)向直井7注入鉆井液，從而形成第二氣液兩相流，如此反復(fù)循環(huán) 直到完成整個(gè)水平井的鉆井過程。為了使來自直井的注液環(huán)空的鉆井液較均勻地流入該防回流裝置，并在其中與來 自注氣管的注氣初步混合而向下流動(dòng)，本實(shí)用新型設(shè)計(jì)出專門適于在煤層氣充氣欠平衡鉆 井過程中使用的防回流裝置。圖2是本實(shí)用新型的在充氣欠平衡鉆井過程中使用的防回流裝置的第一種實(shí)施 方式的示意圖。如圖1所示，第一種實(shí)施方式的防回流裝置包括上環(huán)狀柱體1和下環(huán)狀柱 體2。上環(huán)狀柱體1開設(shè)有貫穿其中的內(nèi)腔17，下環(huán)狀柱體2開設(shè)有貫穿其中的內(nèi)腔27。 下環(huán)狀柱體2的上端面21開設(shè)有沿下環(huán)狀柱體2縱向延伸的臺(tái)階狀盲孔22。該臺(tái)階狀盲 孔22包括上段盲孔221和下段盲孔222，這兩段盲孔之間為過渡段223。上段盲孔221的 橫截面積大于下段盲孔222的橫截面積。作為一種優(yōu)選，臺(tái)階狀盲孔22為與下環(huán)狀柱體2 同軸的環(huán)形孔，上連通孔和下連通孔分別為在下環(huán)狀柱體的外壁或內(nèi)壁上沿著圓周方向延 伸的環(huán)形連通凹槽。作為另一種優(yōu)選，臺(tái)階狀盲孔22、上連通孔25和下連通孔26均為沿下 環(huán)狀柱體2的圓周方向分布的孔，孔的數(shù)量可以為例如兩個(gè)至八個(gè)，或者更多。閥體主件23設(shè)置入上段盲孔221中，該閥體主件23的徑向尺寸略小于上段盲孔 221的直徑，但是大于下段盲孔222的橫截面，從而在能夠滑動(dòng)于上段盲孔221的同時(shí)封堵 住下段盲孔222的頂部。作為優(yōu)選，該過渡段223的形狀與閥體主件23下部的形狀相適配， 以使該閥體主件23能夠穩(wěn)定地抵靠在該過渡段223上。一個(gè)彈性壓縮件24設(shè)置于上段盲 孔221中，該彈性壓縮件24的下端與閥體主件23相接觸，上端與下環(huán)狀柱體2的上端面21 相齊平。在下環(huán)狀柱體2的外壁上開設(shè)有與臺(tái)階狀盲孔22的下段盲孔222的下部相通的 下連通孔26，在下環(huán)狀柱體2的內(nèi)壁上與臺(tái)階狀盲孔22的過渡段223的相應(yīng)位置處或其上 方開設(shè)有與上段盲孔221相連通的上連通孔。在本實(shí)施方式中，上下連通孔25、26的軸線 與上下段盲孔221、222的軸線是相互垂直的，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可知，上下連通孔25、26的定向并不局限于此，而是只要使得上連通孔25能夠朝向下段柱體2的內(nèi)腔開口、下連通 孔26能夠朝向下段柱體2的外部開口即可。在該第一種實(shí)施方式中，對于下環(huán)狀柱體2為多個(gè)沿圓周方向分布的臺(tái)階狀盲孔 22來說，優(yōu)選橫截面為圓形，那么閥體主件23可以采用球型閥體，相適應(yīng)地，過渡段223可 以采用半球形的彎曲表面，從而能夠穩(wěn)定地支撐該球型閥體。當(dāng)然，該臺(tái)階狀盲孔22也可 以采用各種不同其他的形狀，例如三角形、方形等，此時(shí)則優(yōu)選采用與該臺(tái)階狀盲孔的形狀 相適配的閥體主件設(shè)置在臺(tái)階狀盲孔22中。本實(shí)用新型的防回流裝置的第一種實(shí)施方式是通過粘接而將上環(huán)狀柱體1與下 環(huán)狀柱體2連接成一體。如圖2所示，上環(huán)狀柱體1的下端11與下環(huán)狀柱體2的上端21 相互粘接而形成該防回流裝置。在所形成的這一防回流裝置中，上環(huán)狀柱體內(nèi)腔17與下環(huán) 狀柱體內(nèi)腔27相互連通，下環(huán)狀柱體2中的上段盲孔221的上端由上環(huán)狀柱體1的下端面 11封住，上段盲孔221中的彈性壓縮件24的上端接觸或抵靠上環(huán)狀柱體1的下端面11。從 上環(huán)狀柱體1經(jīng)過上環(huán)狀柱體內(nèi)腔17向下流動(dòng)的注氣流動(dòng)至下環(huán)狀柱體2的下環(huán)狀柱體 內(nèi)腔27。該防回流裝置外部的鉆井液進(jìn)入下連通孔26，經(jīng)由下段盲孔222向上流動(dòng)，直到 鉆井液壓力高于下環(huán)狀柱體內(nèi)腔27時(shí)，頂開閥體主件23而進(jìn)入上連通孔25并流經(jīng)該上連 通孔25進(jìn)入下環(huán)狀柱體2的下環(huán)狀柱體內(nèi)腔27。在該下環(huán)狀柱體內(nèi)腔27中，來自于上環(huán) 狀柱體內(nèi)腔17的注氣和來自于上連通孔25的鉆井液進(jìn)行初步混合，之后沿著下環(huán)狀柱體 內(nèi)腔27向下繼續(xù)流動(dòng)并在流動(dòng)過程中逐漸地形成穩(wěn)定的氣液兩相流，最后進(jìn)入注氣管下 方的水平井中。采用本實(shí)用新型的防回流裝置，來自直井注液環(huán)空的鉆井液能夠單向地流 入該防回流裝置中，而從上環(huán)狀柱體1流入的注氣不會(huì)從該防回流裝置中流至直井注液環(huán) 空，而且，在停止從直井的注液環(huán)空供給鉆井液的情況下，也同樣能夠保證注氣在上下環(huán)狀 柱體中豎直地流動(dòng)，而不會(huì)出現(xiàn)注氣從該防回流裝置中泄漏出至直井注液環(huán)空的問題。此外，除了上述將上環(huán)狀柱體1與下環(huán)狀柱體2相互粘接的實(shí)施方式以外，本實(shí)用 新型的防回流裝置還可以采用其它方式以使上環(huán)狀柱體1與下環(huán)狀柱體2相互結(jié)合起來。 下文將參照圖3說明本實(shí)用新型的防回流裝置的第二種實(shí)施方式。圖3是在充氣欠平衡鉆 井過程中使用的本實(shí)用新型的防回流裝置的第二種實(shí)施方式的示意圖。在該第二種實(shí)施方式中，在下環(huán)狀柱體2的外壁上端形成有外螺紋，上環(huán)狀柱體1 下端具有與下環(huán)狀柱體2的外螺紋相配合的內(nèi)螺紋結(jié)構(gòu)，從而通過螺紋連接方式將上環(huán)狀 柱體與下環(huán)狀柱體連接成一體。除此之外，該上環(huán)狀柱體1和下環(huán)狀柱體2的結(jié)構(gòu)與第一 種實(shí)施方式中的相同。第二種實(shí)施方式與第一種實(shí)施方式的區(qū)別主要體現(xiàn)在上環(huán)狀柱體1 與下環(huán)狀柱體2是通過螺紋連接的方式結(jié)合到一起的。這種螺紋連接的方式是本領(lǐng)域技術(shù) 人員所公知的，在此不再贅述。在上述兩個(gè)實(shí)施方式中，只考慮了使鉆井液流入防回流裝置的技術(shù)方案，但是并 沒有考慮注氣從上環(huán)形柱體1進(jìn)入防回流裝置時(shí)是否會(huì)倒流的問題。因此，在本實(shí)用新型 的第一實(shí)施方式的防回流裝置的改進(jìn)方案中，除了采用本實(shí)用新型的第一實(shí)施方式的防回 流裝置的結(jié)構(gòu)之外，還將注氣單向閥5設(shè)置在上環(huán)形柱體1的內(nèi)腔17中以防止注氣在流入 防回流裝置之后從防回流裝置倒流出來。圖4是在本實(shí)用新型的第一實(shí)施方式的防回流裝 置的改進(jìn)方案中設(shè)置注氣單向閥的示意圖。該注氣單向閥5可采用常用的單向閥，并且使 用本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的方式設(shè)置在上環(huán)形柱體1中，在此不再贅述。
7[0039]采用該注氣單向閥5，在注氣流過該注氣單向閥5之后，不會(huì)再倒流過該注氣單向 閥5從上環(huán)形柱體1的上端部離開，而只能向下流過該注氣單向閥5，因此能夠促使注氣在 下環(huán)狀柱體2的內(nèi)腔27中與鉆井液進(jìn)行初步的混合。雖然上述的單獨(dú)設(shè)置注氣單向閥5的改進(jìn)方案是以本實(shí)用新型的第一種實(shí)施方 式為基礎(chǔ)的，但是該注氣單向閥5也可以設(shè)置在本實(shí)用新型的第二種實(shí)施方式的防回流裝置中。在上述改進(jìn)方案中，雖然設(shè)置了使得注氣能夠單向流動(dòng)的單向閥，但是在注氣與 鉆井液進(jìn)行初步混合并且開始從下環(huán)狀柱體2的下端流出的過程中，仍然可能存在注氣和 鉆井液未能夠完全混合而使導(dǎo)致尚未混合的注氣倒流回下環(huán)狀柱體2的內(nèi)腔27而不與鉆 井液形成充分混合流動(dòng)離開下環(huán)狀柱體2問題。因此，在上述改進(jìn)方案中設(shè)置注氣單向閥 5的同時(shí)，還可以在下環(huán)狀柱體2的內(nèi)腔27中設(shè)置氣液單向閥6，以防止一旦該防回流裝置 中沒有混合流體向下流動(dòng)時(shí)，該防回流裝置底部下方的鉆井液、固體(例如煤屑、砂石等) 或者注氣與鉆井液初步混合后尚未混合入鉆井液的注氣，甚至是已經(jīng)混合形成的氣液兩相 流倒流回下環(huán)狀柱體2的內(nèi)腔27從而倒流回防回流裝置。圖5是在本實(shí)用新型的第二實(shí) 施方式的防回流裝置的改進(jìn)方案中同時(shí)設(shè)置注氣單向閥和氣液單向閥的示意圖。該氣液單 向閥6可采用常用的單向閥，并且使用本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的方式設(shè)置在下環(huán)狀柱體2中， 在此不再贅述。雖然同時(shí)設(shè)置注氣單向閥5和氣液單向閥6的方案是以本實(shí)用新型的第二種實(shí)施 方式為基礎(chǔ)的，但是該注氣單向閥5和氣液單向閥6也可以設(shè)置在本實(shí)用新型的第一種實(shí) 施方式的防回流裝置中。盡管已經(jīng)參照本實(shí)用新型的實(shí)施方式對其進(jìn)行了描述，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可 以理解，在不背離本實(shí)用新型范圍的情況下，可以對本實(shí)用新型做出各種改變。另外，可以 對本實(shí)用新型的教導(dǎo)做出很多變形來適應(yīng)特定的條件或材料，而不背離本實(shí)用新型的實(shí)質(zhì) 范圍。因此，本實(shí)用新型并不限于作為實(shí)施本實(shí)用新型的最佳模式而被公開的具體實(shí)施方 式，本實(shí)用新型應(yīng)該包括落入所附權(quán)利要求范圍中的所有實(shí)施方式。舉例來說，雖然本實(shí)用新型的防回流裝置在典型情況下使用在充氣欠平衡鉆井過 程中，但是只要存在需要將分別處于某種管的外部和內(nèi)部的兩種或兩種以上流體混合并且 外部流體的總壓力高于內(nèi)部流體總壓力的情況，均可使用本實(shí)用新型的防回流裝置。
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權(quán)利要求一種在充氣欠平衡鉆井過程中使用的防回流裝置，所述防回流裝置包括可連接成一體的上環(huán)狀柱體(1)和下環(huán)狀柱體(2)，其特征在于，所述下環(huán)狀柱體(2)的上端面(21)開設(shè)有沿下環(huán)狀柱體(2)縱向延伸的臺(tái)階狀盲孔(22)，所述臺(tái)階狀盲孔(22)包括上段盲孔(221)和下段盲孔(222)，兩者之間為過渡段(223)，所述上段盲孔(221)的橫截面積大于所述下段盲孔(222)的橫截面積，閥體主件(23)和彈性壓縮件(24)設(shè)置入上段盲孔(221)中，所述閥體主件(23)封堵住所述下段盲孔(222)的頂部，所述彈性壓縮件(24)的下端與閥體主件(23)相接觸，上端與下環(huán)狀柱體(2)的上端面(21)相齊平，在所述下環(huán)狀柱體(2)的外壁上開設(shè)有與所述下段盲孔(222)的下部相通的下連通孔(26)，在所述下環(huán)狀柱體(2)的內(nèi)壁上與所述臺(tái)階狀盲孔(22)的過渡段(223)的相應(yīng)位置處或其上方開設(shè)有與所述上段盲孔(221)相連通的上連通孔(25)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防回流裝置，其特征在于，通過將所述上環(huán)狀柱體(1)的下端 面(11)與所述下環(huán)狀柱體(2)的上端面(21)相粘結(jié)而將所述上環(huán)狀柱體(1)與所述下環(huán) 狀柱體(2)連接成一體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防回流裝置，其特征在于，所述下環(huán)狀柱體(2)的外壁上端形 成外螺紋，所述上環(huán)狀柱體(1)下端具有與所述下環(huán)狀柱體(2)的外螺紋相配的內(nèi)螺紋結(jié) 構(gòu)，從而通過螺紋連接方式將所述上環(huán)狀柱體(1)與所述下環(huán)狀柱體(2)連接成一體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的防回流裝置，其特征在于，在所述上環(huán)狀柱體(1)的 內(nèi)腔(17)中設(shè)置注氣單向閥(5)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的防回流裝置，其特征在于，在所述下環(huán)狀柱體(2)的內(nèi)腔 (27)中設(shè)置氣液單向閥(6)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的防回流裝置，其特征在于，所述臺(tái)階狀盲孔(22)為 與所述下環(huán)狀柱體(2)同軸的環(huán)形孔，所述上連通孔(25)和下連通孔(26)分別為在所述 下環(huán)狀柱體(2)的外壁或內(nèi)壁上沿著圓周方向延伸的環(huán)形連通凹槽。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的防回流裝置，其特征在于，所述臺(tái)階狀盲孔(22)、上 連通孔(25)和下連通孔(26)為沿下環(huán)狀柱體(2)的圓周方向分布的孔。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的防回流裝置，其特征在于，在所述上段盲孔(221)與 下段盲孔(222)之間的過渡段(223)的的形狀與所述閥體主件(23)下部的形狀相適配。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種在充氣欠平衡鉆井過程中使用的防回流裝置。該防回流裝置包括上環(huán)狀柱體(1)和下環(huán)狀柱體(2)。下環(huán)狀柱體的上端面(21)開設(shè)有沿下環(huán)狀柱體縱向延伸的臺(tái)階狀盲孔(22)。臺(tái)階狀盲孔包括上段盲孔(221)和下段盲孔(222)，兩者之間為過渡段(223)，上段盲孔的橫截面積大于下段盲孔的橫截面積。閥體主件(23)和彈性壓縮件(24)設(shè)置入上段盲孔中，彈性壓縮件的下端與閥體主件相接觸，上端與下環(huán)狀柱體的上端面相齊平。在下環(huán)狀柱體的外壁上開設(shè)有與下段盲孔的下部相通的下連通孔，在下環(huán)狀柱體的內(nèi)壁上與臺(tái)階狀盲孔的過渡段相應(yīng)的位置處或其上方開設(shè)有與上段盲孔相連通的上連通孔。
文檔編號(hào)E21B21/14GK201753589SQ201020282800
公開日2011年3月2日 申請日期2010年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月5日
發(fā)明者史現(xiàn)武, 吳華強(qiáng), 寧守方, 方勇 申請人:北京奧瑞安能源技術(shù)開發(fā)有限公司