海洋深水钻井喷射下导管直钻表层装置

技术领域

本发明涉及海洋石油钻深技术领域。具体就是一种适于海洋深水钻井使用的导管喷射下入直钻表层的专用装置；连接在钻柱中，能够在导管下入到位后，不用起出钻柱直接进行钻表层井眼施工。

背景技术

海洋钻井施工中，在浅水区通常采用打桩或钻孔后下入导管，并采用普通固井方法将导管固定。在深水区，由于存在海床不稳定、浅层水流、地层破裂压力低、气体水合物堵塞等问题，采用常规的打桩、钻孔并下导管后，采用普通固井的方式比较困难，作业风险高，对于日费高昂的深水钻井显然不合适。为此，深海钻井施工中采用了喷射下导管技术。喷射下导管技术是利用喷射方式将导管下到位。即利用水射流和导管串的重力，边喷射开孔边下导管，同时在喷射管柱中下入动力钻具组合以提高安全性和作业效率。导管下至预定井深后，静止导管串，利用地层的粘附力和摩擦力稳固住导管。然后解脱送入工具并起出导管内的钻具，完成导管的安装。为了节省宝贵的海上作业时间，在喷射下导管技术的基础上，出现了喷射下导管直钻表层技术，即在喷射下导管完成之后，直接钻表层井眼，不需要起下钻柱。

目前，我国尚未开展喷射下导管直钻表层的钻井。

在海洋钻井施工中，导管头的安装位置在导管的顶部，导管头的结构为环形圆柱体，在下端通过焊接的方式与导管连接，导管头的内壁有环形圆锥面，环形圆锥面是下一层井口头座封的斜面。导管头的作用是悬挂导管并支撑后续安装的井口头等装置。

发明内容

本发明的目的是：提供一种海洋深水钻井喷射下导管直钻表层装置，实现心轴传递旋转扭矩并且心轴能与内套筒脱离。适应海洋深水石油钻井用，能在喷射下导管完成之后，直接钻表层井眼，不需要起下钻柱。

本发明采用的技术方案是：海洋深水钻井喷射下导管直钻表层装置，主要由心轴、环形盖、壳体、壳体固定螺栓、防套筒旋转销钉、内套筒、导管头、开口锁紧环、推杆、外套筒和螺钉组成。心轴为圆柱体形有中心孔，在心轴上端有内螺纹，下端有外螺纹，通过螺纹能与钻杆连接。其特征是：在导管头的内壁上并且在导管头环形圆锥面的上部有一个环形凹槽。在导管头内有一个壳体，壳体包括一个环形平板、一个中心圆筒和一个外圆筒，环形平板、中心圆筒和外圆筒为一体，中心圆筒连接在环形平板中间，外圆筒连接在环形平板外侧下部，环形平板中心线、中心圆筒中心线和外圆筒中心线为同一条直线；外圆筒的外壁有环形圆锥面，外圆筒的环形圆锥面能座封在导管头的内壁环形圆锥面上。在壳体的环形平板的外壁上有环形凹槽，环形平板的环形凹槽与导管头的环形凹槽相对；在环形平板的环形凹槽内有一个开口锁紧环，当开口锁紧环被撑开后，开口锁紧环能有部分嵌入导管头的环形凹槽内，使壳体固定在导管头内，壳体不能向上移动。在壳体的环形平板上均匀分布有推杆孔，推杆孔的一端在壳体的环形凹槽内，推杆孔中心线与壳体的中心线垂直；在每个推杆孔内有一个推杆，推杆能在推杆孔内滑动，当推杆向外滑动时能撑开开口锁紧环。

在导管头与壳体之间有壳体固定螺栓，壳体固定螺栓将壳体固定在导管头内，壳体不能在导管头内上下移动，也不能转动。

在壳体的中心圆筒内有一个外套筒，在外套筒内有一个内套筒，心轴在内套筒内。外套筒的下端面到壳体的中心圆筒底部的距离在10～100毫米之间，外套筒能在中心圆筒内上下滑动。环形盖固定在壳体的中心圆筒上端。

在外套筒的外壁上有一个环形凹槽，环形凹槽的横截面为梯形；所述的推杆的内端端部在外套筒的环形凹槽内，推杆的内端端部为圆锥体形。当外套筒向下滑动时，推杆的内端端部能沿在环形凹槽的斜面向外移动。推杆向外移动使开口锁紧环被撑开。为防止外套筒转动，在外套筒的外壁下端有轴向槽；在壳体的中心圆筒外壁上有销钉孔，销钉孔内固定有防套筒旋转销钉，防套筒旋转销钉的内端在外套筒的轴向槽内。外套筒不能旋转，只能上下滑动。

在外套筒的内壁下端有内螺纹，内套筒的外壁中部有外螺纹，内套筒通过螺纹与外套筒连接，能实现内套筒的带动外套筒沿轴向移动。

内套筒的上端穿过环形盖中心孔；内套筒的下端穿过壳体的中心圆筒底部中心孔。在内套筒的下端内壁均匀分布有三个阶梯形凹槽，阶梯形凹槽由竖凹槽和横凹槽组成，竖凹槽的下端为开口状，横凹槽为弧形，横凹槽在竖凹槽的顶部，心轴外壁的滑块能从竖凹槽下端的开口处滑出竖凹槽。

在心轴的圆柱外壁上均匀分布有三个凸起的长方体形滑块。心轴滑块在内套筒的阶梯形凹槽内。心轴外壁上的滑块与内套筒内壁阶梯形凹槽配合，实现心轴带动内套筒滑动。

为了及时了解内套筒和外套筒的所在位置，判断开口锁紧环与导管头的锁紧状态，在外套筒的环形上端面有一个圆柱形指示杆螺纹孔；在环形盖上有一个圆柱形轴向通孔，指示杆螺纹孔与环形盖上的轴向通孔相对，圆柱形指示杆穿过环形盖上的轴向通孔并且圆柱形指示杆下端固定在指示杆螺纹孔内。

在环形盖与指示杆之间有指示杆密封，指示杆密封)是O型密封圈。

海洋深水钻井喷射下导管直钻表层装置的工作原理：参阅图1。初始状态为心轴1外壁上的滑块在内套筒6的阶梯形凹槽15内的，竖凹槽内；推杆9的内端端部嵌入在外套筒10外壁环形凹槽17内；开口锁紧环8处于锁紧状态。

将海洋深水钻井喷射下导管直钻表层装置下放到导管头7内，并且壳体3的外壁有环形圆锥面坐落在导管头7内壁环形圆锥面上。

逆时针方向旋转心轴1，当心轴1外壁上的三个滑块旋转到内套筒6下端横凹槽内；下放心轴1，心轴1外壁上的滑块推动内套筒6向下滑动，外套筒10在内套筒6的带动下同时向下移动。外套筒10外壁上的环形凹槽17推动推杆9向外滑动。推杆9的另一端向外伸张，使开口锁紧环8被撑开并且开口锁紧环8积蓄弹性势能，开口锁紧环8与导管头7内壁上的环形凹槽锁紧。将壳体3固定在导管头7内。

这时，可以进入正常的喷射下导管施工。完成全部导管下入到位后，需要进入钻表层井眼施工。

在钻表层井眼施工前，上提旋转心轴1并顺时针旋转，当心轴1外壁上的滑块旋转到内套筒6下端竖凹槽内；心轴1外壁上的滑块推动内套筒6向上滑动，外套筒10在内套筒6的带动下同时向上移动。当外套筒10外壁上的环形凹槽17到达与推杆9位置相对时，开口锁紧环8释放弹性势能，推动推杆9向内滑动，开口锁紧环8收缩并脱离导管头7内壁上的环形凹槽。解除壳体3与导管头7的连接。整套海洋深水钻井喷射下导管直钻表层装置与导管头7解脱。

然后下放钻柱，心轴1外壁上的滑块与内套筒6内壁的阶梯形凹槽15脱出，可以进入钻表层井眼施工。当完成钻表层井眼施工，表层井眼达到设计深度后，上提钻具，心轴1外壁上的三个滑块与内套筒6下平面接触，旋开壳体固定螺栓4，将整套直钻表层装置起出，完成下导管直钻表层施工。

本发明的有益效果：本发明海洋深水石油钻井用的喷射下导管直钻表层装置，能实现心轴传递旋转扭矩并且心轴能与内套筒脱离，在喷射下导管完成以后，不用起下钻柱，直接钻表层井眼，从而节省大量宝贵的作业时间。

附图说明

图1是本发明海洋深水钻井喷射下导管直钻表层装置结构剖面示意图。

图2是内套筒6剖面示意图。

图3是外套筒10剖面示意图。

图中，1-心轴，2-环形盖，3-壳体，4-壳体固定螺栓，5-防套筒旋转销钉，6-内套筒，7-导管头，8-开口锁紧环，9-推杆，10-外套筒，11-螺钉，12-指示杆密封，13-指示杆，14-外螺纹，15-阶梯形凹槽，16-指示杆螺纹孔，17-环形凹槽，18-内螺纹，19-轴向槽。