專利名稱：一種鉆柱和完井篩管兩用工具的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及石油天然氣鉆井和完井技術的一種鉆柱和完井篩管兩用工具，特別是深井和超深井的鉆完井作業(yè)，可以省掉常規(guī)的起鉆后再完井的重復性 呆作。
背景技術：
目前，隨著鉆井技術的發(fā)展，即深井、超深井、水平井等的發(fā)展，對鉆柱強度、質(zhì)量要求越來越高，完井作業(yè)難度也越來越大，承擔的風險也越來越高。而且近年來，我國含硫氣田勘探開發(fā)的安全生產(chǎn)形勢嚴峻，在國內(nèi)江漢、新疆、勝利、華北、四川等油氣田區(qū)相繼發(fā)生了多起重特大井噴失控、硫化氫中毒事故，造成大量人員傷亡或導致大量群眾疏散，給社會帶來了嚴重不良影響。我國三高(高壓、高產(chǎn)、高含硫)氣田正處于大規(guī)?？碧介_發(fā)初期，相關人員及裝備的技術水平、質(zhì)量和安全管理體系、含硫氣田整體開發(fā)經(jīng)驗等方面和國外差距非常大，象這類油氣田，如果鉆完井后，取出鉆柱再下入完井管柱進行完井，勢必會增加更多和更大的風險，隱蔽性的安全隱患更多。另外在石油鉆井的起鉆過程中引起鉆具折斷落井、卡鉆等事故時有發(fā)生，一旦出現(xiàn)這些事故，鉆具組件落井，必須實施打撈作業(yè)，由于斷裂不規(guī)整，處理成本較高，如果遇到高含硫化氫氣層，可能發(fā)生井噴失控、硫化氫中毒事故，造成大量人員傷亡，帶來重大的經(jīng)濟損失和安全隱患。基于以上背景，本發(fā)明提出并設計了一種特殊的鉆柱和完井篩管兩用工具，特別是深井和超深井以及聞含硫化龜!氣井的鉆完井作業(yè)，可以省掉常規(guī)的起鉆后再完井的重復性操作，大量縮短鉆井和完井周期，減少各種可能的事故，同時節(jié)約大量的完井成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為 了克服現(xiàn)有技術不足，提供一種鉆柱和完井篩管兩用工具，省掉常規(guī)的起鉆后再完井的重復性操作，特別是深井和超深井以及高含硫化氫氣井的鉆完井作業(yè)，可以大量縮短鉆井和完井周期，減少事故，節(jié)約成本。采用本發(fā)明一種鉆柱和完井篩管兩用工具即在鉆井完成后，不取出鉆柱，將鉆柱直接留在井中作為完井管柱。本發(fā)明的技術方案是本發(fā)明一種鉆柱和完井篩管兩用工具，主要由鉆柱本體，篩管本體，篩網(wǎng)，第一級剪切銷釘，第二級剪切銷釘，閥座本體和球閥組成，實現(xiàn)鉆柱功能和完井篩管功能；所述鉆柱本體由鉆柱孔，鉆柱本體第一級銷釘孔，鉆柱本體一級內(nèi)徑，鉆柱本體二級內(nèi)徑和鉆柱本體內(nèi)臺肩組成；所述鉆柱孔是由鉆柱本體上一系列的徑向螺旋孔組成，鉆柱本體二級內(nèi)徑稍微大于鉆柱本體一級內(nèi)徑，以便篩管本體進入鉆柱本體二級內(nèi)徑后能自由落入。所述篩管本體由篩管下密封槽，篩管中密封槽，篩管上密封槽，環(huán)形間隙槽，篩管梯形孔，篩管一級內(nèi)徑，篩管二級內(nèi)徑，篩管第一級銷釘孔和篩管第二級銷釘孔組成。所述環(huán)形間隙槽內(nèi)開有篩管梯形孔，篩管梯形孔是由一系列的徑向梯形孔組成，且每個篩管梯形孔內(nèi)安裝有篩網(wǎng)。所述篩管二級內(nèi)徑稍微大于篩管一級內(nèi)徑，使閥座本體進入篩管二級內(nèi)徑后能夠自由落入。所述篩管本體上安裝有篩管下密封圈，篩管中密封圈，篩管上密封圈。所述實現(xiàn)鉆柱功能時，該工具內(nèi)無球閥，篩管本體和閥座本體分別通過剪切銷釘固定在鉆柱本體和篩管本體上，環(huán)形間隙槽在鉆柱本體的上部，被未開孔的鉆柱本體密封住，而鉆柱孔被篩管下密封槽和篩管中密封槽內(nèi)安裝的密封圈密封住，實現(xiàn)隔絕鉆柱本體外部的流體，是一個完整的鉆井管柱。所述實現(xiàn)完井篩管功能時，通過球閥憋壓力，篩管本體自動剪斷第一級剪切銷釘，篩管本體被推入鉆柱本體底部，此時環(huán)形間隙槽在鉆柱本體的下部，且環(huán)形間隙槽正對鉆柱孔，實現(xiàn)打開地層流體和完井篩管之間的流體通道；繼續(xù)增大球閥的憋壓力，閥座本體自動剪斷第二級剪切銷釘，閥座本體被推入鉆柱本體底部，實現(xiàn)由鉆柱功能轉換為完井篩管功能?；谟邢拊獢?shù)值模擬研究、計算機仿真技術研究，設計出了一種特殊的鉆柱和完井篩管兩用工具。通過有限元數(shù)值模擬研究，鉆柱本體鉆孔設計為螺旋布孔，以便提高鉆柱的強度。本發(fā)明優(yōu)點是本發(fā)明是基于有限元數(shù)值模擬研究、計算機仿真技術研究，設計出了一種特殊的鉆柱和完井篩管兩用工具，通過有限元數(shù)值模擬研究，鉆柱本體鉆孔設計為螺旋布孔，以便提高鉆柱的強度；主要優(yōu)點體現(xiàn)在省掉了常規(guī)的起鉆后再完井的重復性操作，特別是深井和超深井以及聞含硫化龜!氣井的鉆完井作業(yè)，可以大量縮短鉆井和完井周期，減少事故，節(jié)約成本，即在鉆井完成后，不取出鉆柱，將鉆柱直接留在井中作為完井管柱，通過球閥和地層泵壓能夠自動實現(xiàn)由鉆柱功能轉換為完井篩管功能。本發(fā)明結構緊湊，易于實施，加工方便，成本較低。


圖1是本發(fā)明一種 鉆柱和完井篩管兩用工具的結構示意圖。圖2是圖1中位置A局部放大示意圖。圖3是圖1中位置B局部放大示意圖。圖4是圖1中位置C局部放大示意圖。圖5是本發(fā)明的篩管本體結構示意圖。圖6是本發(fā)明實現(xiàn)篩管功能的結構示意圖。圖7是圖6中D局部放大示意圖。圖中1.鉆柱本體，2.篩管本體，3.篩網(wǎng)，4.第二級剪切銷釘，5.第一級剪切銷釘，6.閥座本體,7.球閥,8.篩管下密封圈,9.篩管下密封槽,10.鉆柱孔,11.篩管中密封圈，12.篩管中密封槽，13.環(huán)形間隙槽，14.篩管梯形孔，15.環(huán)形槽，16.閥體密封圈，17.閥體密封槽，18.篩管上密封圈，19.篩管上密封槽，20.錐形閥座，21.篩管二級內(nèi)徑，22.篩管一級內(nèi)徑，23.篩管第二級銷釘孔，24.鉆柱本體第一級銷釘孔，25.篩管第一級銷釘孔，26.鉆柱本體一級內(nèi)徑，27.鉆柱本體二級內(nèi)徑，28.鉆柱本體內(nèi)臺肩。
具體實施例方式下面結合

本發(fā)明實施例
如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6和圖7所示，本發(fā)明一種鉆柱和完井篩管兩用工具，主要由鉆柱本體1，篩管本體2，篩網(wǎng)3，第二級剪切銷釘4，第一級剪切銷釘5，閥座本體6和球閥7組成。如圖1、圖4和圖6所示，所述鉆柱本體I由鉆柱孔10，鉆柱本體第一級銷釘孔24，鉆柱本體一級內(nèi)徑26，鉆柱本體二級內(nèi)徑27和鉆柱本體內(nèi)臺肩28組成；鉆柱孔10是由鉆柱本體I上一系列的徑向螺旋孔組成；鉆柱本體二級內(nèi)徑27稍微大于鉆柱本體一級內(nèi)徑26，以便篩管本體2進入鉆柱本體二級內(nèi)徑27后能自由落入。如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5和圖7所示，所述篩管本體2由篩管下密封槽9,篩管中密封槽12，篩管上密封槽19，環(huán)形間隙槽13，篩管梯形孔14，篩管二級內(nèi)徑21，篩管一級內(nèi)徑22，篩管第二級銷釘孔23，篩管第一級銷釘孔25組成；篩管梯形孔14是由篩管本體2上一系列的徑向梯形孔組成；篩管二級內(nèi)徑21稍微大于篩管一級內(nèi)徑22，以便閥座本體6進入篩管二級內(nèi)徑21后能夠自由落入；篩管本體2上安裝有篩管下密封圈8，篩管中密封圈11，篩管上密封圈18。每個篩管梯形孔14內(nèi)安裝有篩網(wǎng)3。如圖1和圖2所示，所述閥座本體6由環(huán)形槽15，閥體密封槽17，錐形閥座20構成，閥座本體6的閥體密封槽17內(nèi)安裝有閥體密封圈16。如圖1所示，圖1是本發(fā)明用做鉆井工具的鉆柱，實現(xiàn)鉆柱功能，通過鉆柱本體I傳遞鉆壓和扭矩，篩管本體2處于鉆柱本體一級內(nèi)徑26內(nèi)，并在篩管第一級銷釘孔25內(nèi)通過第一級剪切銷釘5固定在鉆柱本體I上，閥座本體6通過環(huán)形槽15內(nèi)的第二級剪切銷釘4固定于篩管第二級銷釘孔23內(nèi)，此時篩管本體2上的環(huán)形間隙槽13被鉆柱本體一級內(nèi)徑26、篩管中密封圈11和篩管上密封圈18密封住，鉆柱本體I上的鉆柱孔10被篩管下密封圈8，篩管中密封圈11和篩管本體2密封住，外部流體不能進入鉆柱內(nèi)通道，在本發(fā)明用實施鉆柱功能，沒有安裝球閥7，保證鉆柱內(nèi)流道暢通。如圖1、圖6和圖7所示，在本發(fā)明用做完井篩管工具時，在井口投入球閥7，在流體壓力和球閥7的重力作用下，球閥7落入錐形閥座20上并堵塞流體通道，隨著地面泵壓增加到第一級剪切銷釘5的剪切強度時，剪斷第一級剪切銷釘5，同時在泵壓作用下，篩管本體2、閥座本體6隨球閥7被推入鉆柱本體二級內(nèi)徑27內(nèi)。當篩管本體2的下端頂住鉆柱本體內(nèi)臺肩28后，隨著地面泵壓增加到第二級剪切銷釘4的剪切強度時，剪斷第二級剪切銷釘4，同時在泵壓作用下，閥座本體6隨球閥7被從篩管一級內(nèi)徑22內(nèi)推入篩管二級內(nèi)徑21內(nèi)，至到閥座本體6下端頂住鉆柱本體內(nèi)臺肩28為止，見圖6所示。如圖6和圖7所示，圖6是本發(fā)明用做完井篩管工具時的結構位置示意圖，此時球閥7將鉆柱內(nèi)通道堵住，實現(xiàn)完井篩管工具功能，環(huán)形間隙槽13與鉆柱本體I上的鉆柱孔10連通，環(huán)形間隙槽13的下端和上端分別由篩管中密封圈11和篩管上密封圈18密封住，地層流體只能通過鉆柱孔10和篩網(wǎng)3進入篩管本體2內(nèi)通道，由于球閥7將篩管本體2的下通道封堵，因此流體只能向上流動，通過鉆柱內(nèi)通道將采出流體輸送到地面設備。工作原理和功能本發(fā)明在鉆柱功能時，在鉆井過程中，該工具內(nèi)無球閥7，保證鉆柱內(nèi)流道暢通。篩管本體2和閥座本體6分別通過第一級剪切銷釘5和第二級剪切銷釘4固定在鉆柱本體I和篩管本體2上，使篩管本體2始終處于該工具的上端，此時鉆柱本體I上的鉆柱孔10被篩管下密封圈8，篩管中密封圈11和篩管本體2密封住，外部流體不能進入鉆柱內(nèi)通道，是一個完整的鉆井管柱，實現(xiàn)鉆柱功能，通過鉆柱本體I傳遞鉆壓和扭矩。本發(fā)明在完井篩管功能時，在井口投入球閥7，在流體壓力和球閥7的重力作用下，球閥7落入錐形閥座20上并堵塞流體通道，隨著地面泵壓增加并剪斷第一級剪切銷釘5，同時在泵壓作用下，篩管本體2隨球閥7被推入鉆柱本體二級內(nèi)徑27內(nèi)至到下端頂住鉆柱本體內(nèi)臺肩28后，繼續(xù)增加地面泵壓剪斷第二級剪切銷釘4，同時在泵壓作用下，閥座本體6隨球閥7進入篩管二級內(nèi)徑21內(nèi)至到下端頂住鉆柱本體內(nèi)臺肩28為止。此時球閥7將鉆柱內(nèi)通道堵住，實現(xiàn)完井篩管工具功能，環(huán)形間隙槽13與鉆柱孔10連通，地層流體通過鉆柱孔10和篩網(wǎng)3，篩網(wǎng)3將地層流體內(nèi)的砂粒過濾掉后，流體進入篩管本體2內(nèi)通道，由于球閥7將篩管本體2的下通道封堵，因此流體只能向上流動，通過鉆柱內(nèi)通道將采出流體輸送到地面設備。
權利要求
1.一種鉆柱和完井篩管兩用工具，主要由鉆柱本體(1)，篩管本體(2)，篩網(wǎng)(3)，第二級剪切銷釘(4)，第一級剪切銷釘(5)，閥座本體(6)和球閥(7)組成，其特征在于所述鉆柱本體(I)由鉆柱孔(10)，鉆柱本體第一級銷釘孔(24)，鉆柱本體一級內(nèi)徑(26)，鉆柱本體二級內(nèi)徑(27)和鉆柱本體內(nèi)臺肩(28)組成；鉆柱孔(10)是由鉆柱本體(I)上一系列的徑向螺旋孔組成；所述篩管本體(2)主要由篩管下密封槽(9)，篩管中密封槽(12)，篩管上密封槽(19)，環(huán)形間隙槽(13)，篩管梯形孔(14)，篩管二級內(nèi)徑(21)，篩管一級內(nèi)徑(22)，篩管第二級銷釘孔(23)，篩管第一級銷釘孔(25)組成；篩管梯形孔(14)是由篩管本體(2)上一系列的徑向梯形孔組成；篩管本體(2)上安裝有篩管下密封圈(8)，篩管中密封圈(11)，篩管上密封圈(18)，每個篩管梯形孔(14)內(nèi)安裝有篩網(wǎng)(3);通過球閥(7)憋壓力，篩管本體(2)自動剪斷第一級剪切銷釘(5)，篩管本體(2)被推入鉆柱本體(I)底部，繼續(xù)增大球閥(7)的憋壓力，閥座本體(6)自動剪斷第二級剪切銷釘(4)，閥座本體(6)被推入鉆柱本體(I)底部，實現(xiàn)由鉆柱功能轉換為完井篩管功能。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種鉆柱和完井篩管兩用工具，其特征在于鉆柱本體二級內(nèi)徑(27)稍微大于鉆柱本體一級內(nèi)徑(26)，鉆柱本體內(nèi)臺肩(28)能夠頂住篩管本體(2)和閥座本體(6);篩管二級內(nèi)徑(21)稍微大于篩管一級內(nèi)徑(22);所述閥座本體(6)由環(huán)形槽(15 )，閥體密封槽(17 )，錐形閥座(20 )構成，閥座本體(6 )的閥體密封槽(17)內(nèi)安裝有閥體密封圈(16)。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的一種鉆柱和完井篩管兩用工具，其特征在于在鉆柱功能時，環(huán)形間隙槽(13)在鉆柱本體(I)的上部，被未開孔的鉆柱本體(I)密封住，而下部鉆柱孔(10)被篩管下密封槽(9)和篩管中密封槽(12)內(nèi)安裝的篩管下密封圈(8)和篩管中密封圈(11)密封住,實現(xiàn)隔絕鉆柱本體(I)外部的流體。
4.根據(jù)權利要求1或2或3所述的一種鉆柱和完井篩管兩用工具，其特征在于在完井篩管功能時，環(huán)形間隙槽(13 )在鉆柱本體(I)的下部，且環(huán)形間隙槽(13 )正對鉆柱孔(10 )，實現(xiàn)打開地層流體和完井篩管之間的流體通道。
全文摘要
本發(fā)明涉及石油天然氣鉆井和完井技術的一種鉆柱和完井篩管兩用工具，它主要由鉆柱本體，篩管本體，篩網(wǎng)，第一級剪切銷釘，第二級剪切銷釘，閥座本體和球閥組成。所述鉆柱本體由鉆柱孔，鉆柱本體第一級銷釘孔，鉆柱本體一級內(nèi)徑，鉆柱本體二級內(nèi)徑和鉆柱本體內(nèi)臺肩組成；所述鉆柱孔是由鉆柱本體上一系列的徑向螺旋孔組成；所述篩管本體由篩管下密封槽，篩管中密封槽，篩管上密封槽，環(huán)形間隙槽，篩管梯形孔，篩管一級內(nèi)徑，篩管二級內(nèi)徑，篩管第一級銷釘孔和篩管第二級銷釘孔組成，所述環(huán)形間隙槽內(nèi)開有篩管梯形孔，篩管梯形孔是由一系列的徑向梯形孔組成。本發(fā)明實現(xiàn)鉆柱功能和完井篩管功能，結構緊湊，易于實施，加工方便，成本較低。
文檔編號E21B34/06GK103061683SQ20131000950
公開日2013年4月24日 申請日期2013年1月11日 優(yōu)先權日2013年1月11日
發(fā)明者練章華, 張穎, 陳新海, 林鐵軍, 丁亮亮, 明鑫, 施太和 申請人:西南石油大學