一种气体钻井用流量调节短节制造技术

本实用新型专利技术公开了一种气体钻井用流量调节短节，主要由芯轴、扶正接头、中筒体和下接头组成，扶正接头、中筒体和下接头连接在一起，芯轴安装于扶正接头和中筒体内，芯轴垫块与扶正接头之间的芯轴上套有缓冲弹簧，芯轴端部设有芯管，芯管的直径小于芯轴的直径，中筒体内设有台阶孔，芯管插入所述台阶孔，且在台阶孔与芯轴之间设有套于芯管上的碟簧，芯管的锥面部位设有多个环状气孔，芯管中心孔的中心线与下接头内通道的中心线重合，并且芯管的下端锥面部位与下接头内壁锥面部位吻合。本实用新型专利技术能在短时间内提高环空气体流量，从而有效解决沉砂问题，清洁井筒的同时也提高了携岩能力。

A flow regulating nipple for gas drilling

【技术实现步骤摘要】
一种气体钻井用流量调节短节
本技术涉及石油天然气钻井工艺
，确切地说涉及一种通过在短时间内改变井眼环空中气体循环介质瞬时流量来解决井筒内沉砂问题的流量调节短节。
技术介绍
近年来，气体钻井技术正凭借其大幅提高机械钻速、缩短钻井周期、发现和保护储层、治理恶性井漏等独特优势蓬勃发展。但是由于气体的可压缩性，其有效携岩体积流量受井底压力的影响较大，井下情况的变化可能造成携砂能力不足。总体而言，主要存在如下几个方面的问题：一、随着井深、环空混合流体当量密度等增加，井底压力增加，气体循环介质进一步被压缩，用于携带岩屑的有效体积流量逐渐减少，造成携岩能力的降低；二、大尺寸井眼段气体钻井钻头破碎出的岩屑或者井壁失稳剥落出的掉块需要的气体携岩能力远超实际注入气体的携岩能力，造成岩屑反复破碎；三、特殊层位（如砾石层、流纹岩等岩性）实施气体钻井时，所钻地层岩性本身密度较高（同等情况下较砂泥岩高30%～50%），同时其及其坚硬，一旦岩屑在井底被破坏进入环空后，很难在钻具旋转、岩屑碰撞的作用下产生重复破碎从而被携带出井筒，造成在钻进或者循环状态下大量岩屑始终悬浮在环空中，即使将注人气量增加至施工现场注气设备允许的最大值也无法将此类悬浮颗粒携带至地面。同时，这种悬浮的岩屑会随着气体钻进进尺的增加逐渐增多，一旦循环异常停止，岩屑全部向井底回落，堆积在钻头、扶正器、钻铤等位置，造成卡钻；四、由于井壁失稳或冲蚀等原因造成环空存在“大肚子”后，一定量的岩屑在大肚子腔室内沉积，常规气体钻井工艺难以将沉积的岩屑携带至地面。因此，急需一种能够在短时间内大幅增加环空气体流量，或者快速改变气体循环介质在环空流场的工具，解决由于上述问题引起井筒内大量沉砂的问题。目前，我们解决以上所述问题的方法只有依靠增加设备投入来不断提高注气量，但是这种方法在经济适应性和时效性方面往往表现不佳。而且，一旦注气量达到现场设备上限后沉砂问题仍未能解决，气体钻进作业将难以继续安全进行。
技术实现思路
本技术旨在针对上述现有技术所存在的缺陷和不足，提供一种气体钻井用流量调节短节，本技术能在短时间内提高环空气体流量，从而有效解决沉砂问题，清洁井筒的同时也提高了携岩能力。本技术是通过采用下述技术方案实现的：一种用于提高气体钻井携岩能力的流量调节短节，其特征在于：主要由芯轴、扶正接头、中筒体和下接头四个主体部分组成，扶正接头、中筒体和下接头连接在一起，芯轴的一端伸入并安装于扶正接头和中筒体内，伸入扶正接头和中筒体内的芯轴上设置有突出于芯轴表面的垫块，在垫块与扶正接头之间的芯轴上套有缓冲弹簧，伸入扶正接头和中筒体内的芯轴端部设有芯管，芯管的直径小于芯轴的直径，中筒体内设有台阶孔，芯管插入所述台阶孔，且在台阶孔与芯轴之间设有套于芯管上的碟簧，芯管的下端为锥面部位，锥面部位设有多个环状气孔，芯管中心孔的中心线与下接头内通道的中心线重合，并且芯管的下端锥面部位与下接头内壁锥面部位吻合。芯轴与扶正接头之间采用密封圈密封。芯管与中筒体的台阶孔之间设有多道O型圈。扶正接头、中筒体和下接头通过螺纹连接于一体。芯管的流道由中心孔和环状气孔两个部分组成。与现有技术相比，本技术所达到的有益效果如下：一、本技术充分利用了气体可以压缩的特点，在短时间内将流量调节短节和地面注气设备之间的钻具水眼、水龙带、立管、地面注气管线的内容积用作“储能器”，促使气体在其中压缩储能、快速膨胀释放，将气体钻井行业中由于气体压缩影响携砂能力的缺点转变为主动积蓄能量后快速膨胀，在短时间内大幅提高携砂能力、清洁井筒的优点。二、将本技术中流量调节短节安装于钻头与钻铤之间，一旦在气体钻井过程中井筒内出现大量沉砂，并且沉砂的物理特征密度、体积、球形度、硬度等对于气体携岩能力超过现场注气设备额定注气能力后，可以通过流量调节短节将钻具、立管、地面注气管线内气体进一步压缩、膨胀释放，在环空产生远超现场设备额定注气量的流量值，将井筒内沉砂循环至地面，清洁井筒，保障井下安全。三、本技术通过堵塞、打开流量调节短节气孔，可以在短时间内实现环空气体流量的大幅度增加提高携岩能力；或者通过反复的间断开、关，快速扰乱井筒环空的流场，进一步将如“大肚子”内的岩屑清楚出井筒，减少循环停止后的井底沉砂。四、通将本技术中流量调节短节安装在钻具组合中并合理使用，就能实现在短时间内大幅提高环空携岩能力的目的。相比而言，传统气体钻井工艺需要增加现场供气量、提高携砂能力时，只能增加现场注气设备，无论从燃油消耗、日常维护保养成本、运输成本等方面而言，本技术均要节省大量开支，具有良好的经济效益。五、本技术中流量调节短节与钻具强度一致，可以保证工作期间的安全性。六、本技术中下压钻具使流量调节短节气孔堵塞的作用力，可以根据施工设计或实际井眼情况、钻头情况预先进行调节，使流量调节短节开始工作节流的施加钻压远低于正常钻进的钻压，避免在正常作业期间流量调节短节异常工作，又能低于钻具组合或钻头允许的最大钻压值，确保钻具安全。本技术结构合理紧凑，具有耐冲蚀性好、使用方便、密封可靠等优点，且可靠性高，操作简单，可适用于目前采用纯气体钻井、雾化钻井工艺未使用空气锤、空气螺杆的气体钻井作业中。附图说明下面将结合说明书附图和具体实施方式对本技术作进一步的详细说明，其中：图1为本技术结构示意图。图中标记：1、密封圈，2、缓冲弹簧，3、垫块，4、碟簧，5、O型圈，6、气孔，7、芯轴，8、扶正接头，9、中筒体，10、芯管，11、中心孔，12、下接头。具体实施方式实施例1一种用于提高气体钻井携岩能力的流量调节短节，其特征在于：主要由芯轴7、扶正接头8、中筒体9和下接头12四个主体部分组成，扶正接头8、中筒体9和下接头12通过螺纹连接于一体，芯轴7安装于扶正接头8和中筒体9内，芯轴7与扶正接头8之间采用密封圈1密封，芯轴7上的垫块3与扶正接头8之间设有缓冲弹簧2，芯轴上芯管10插入中筒体的碟簧4内，芯管10与中筒体9之间设有多道O型圈5，芯管的下端锥面部位设有多个环状气孔6，芯管内通道的中心线与下接头内通道的中心线重合，并且芯管的下端锥面部位与下接头内壁锥面部位吻合。本技术的工作原理为：气体钻井作业期间，将流量调节短节安装在靠近钻头的位置随钻入井，需要改变环空流速清洗井筒时，停止转动钻具，然后将钻具下压，芯轴7下行至芯管10下端面与下接头12内壁锥面部位吻合，环状气孔6堵塞，有效过流面积减小，部分气体通过芯管10中心孔11进入环空循环，防止沉砂卡钻，部分气体在流量调节短节之上的钻具、立管水眼中逐渐压缩，立管压力升高；当立管压力上升至一定值后，上提钻具，芯轴7在缓冲弹簧2的作用下恢复原位置，钻具、立管水眼中的气体膨胀、释放，大量的气体通过环状气孔、中心孔11进入环空，达到提高瞬时流量清洁井筒的目的。...

【技术保护点】
1.一种气体钻井用流量调节短节，其特征在于：主要由芯轴、扶正接头、中筒体和下接头四个主体部分组成，扶正接头、中筒体和下接头连接在一起，芯轴的一端伸入并安装于扶正接头和中筒体内，伸入扶正接头和中筒体内的芯轴上设置有突出于芯轴表面的垫块，在垫块与扶正接头之间的芯轴上套有缓冲弹簧，伸入扶正接头和中筒体内的芯轴端部设有芯管，芯管的直径小于芯轴的直径，中筒体内设有台阶孔，芯管插入所述台阶孔，且在台阶孔与芯轴之间设有套于芯管上的碟簧，芯管的下端为锥面部位，锥面部位设有多个环状气孔，芯管中心孔的中心线与下接头内通道的中心线重合，并且芯管的下端锥面部位与下接头内壁锥面部位吻合。/n

【技术特征摘要】
1.一种气体钻井用流量调节短节，其特征在于：主要由芯轴、扶正接头、中筒体和下接头四个主体部分组成，扶正接头、中筒体和下接头连接在一起，芯轴的一端伸入并安装于扶正接头和中筒体内，伸入扶正接头和中筒体内的芯轴上设置有突出于芯轴表面的垫块，在垫块与扶正接头之间的芯轴上套有缓冲弹簧，伸入扶正接头和中筒体内的芯轴端部设有芯管，芯管的直径小于芯轴的直径，中筒体内设有台阶孔，芯管插入所述台阶孔，且在台阶孔与芯轴之间设有套于芯管上的碟簧，芯管的下端为锥面部位，锥面部位设有多个环状气孔，芯管中心孔的中心线与下接头内通道的中心线重合，并且芯管的下端锥面部...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖兵，吴琦，邓虎，颜小兵，周长虹，李刚，吕涛，温杰，黄述春，邓柯，李金和，
申请(专利权)人：中国石油集团川庆钻探工程有限公司，中国石油天然气集团有限公司，
类型：新型
国别省市：四川;51