本發明涉及鉆井,特別涉及一種用于同心雙管反循環鉆井的雙封單向閥和鉆井方法。
背景技術:
1、近些年,頁巖油、頁巖氣、致密油、致密氣等的勘探開發力度不斷增加,這些油氣開發基本都是應用水平井,輔以后期的大型壓裂進行開發,而水平井開發具有水平段延伸困難,斜井段攜巖困難,長水平段水平井泵壓高等難題。
2、同心雙管反循環鉆井又稱為雙壁反循環鉆井,雙壁反循環鉆井技術采用雙壁鉆桿作為主要的循環系統,可以使巖屑快速進入雙壁鉆探的中心水眼,避免或減少了巖屑的重復破碎,延長了鉆頭使用壽命;另外,由于巖屑快速帶出地面,受鉆井液和地層流體的污染較少,錄井資料更加真實,地層判斷更加準確;雙壁反循環鉆井技術清潔巖屑能力得到了較大的提升,避免了斜井段和水平段形成巖屑床,降低了鉆具的摩阻,能保障水平井眼的順利延伸;雙壁反循環鉆井系統中加入了滑動活塞系統,減少了鉆井液的用量,有效的降低了鉆井液成本;滑動活塞系統還可以輔助鉆頭施加井底鉆壓,有效的增加了水平井眼的延伸長度。
3、雙壁反循環鉆井技術應用的是雙壁鉆具,其內部有兩個通道,常規的鉆具旋塞閥或井下單流閥僅具備單通道,不能滿足兩個通道的打開和關閉控制要求。目前現場解決方式為井下安裝雙通道環形單流閥和井口安裝雙通道單封旋塞閥。
技術實現思路
1、在雙壁反循環鉆井技術中,在井下安裝雙通道環形單流閥和井口安裝雙通道單封旋塞閥實現對兩個通道的打開和關閉控制,這種解決方案不僅需要井下和井口分別安裝工具,不能實現自動全封,而且用于關閉中心水眼的雙通道單封旋塞閥位于井口,一旦出現井涌或井噴不能及時控制,風險比較大,無法保證鉆井的安全。
2、鑒于上述問題,提出了本發明以便提供一種克服上述問題或者至少部分地解決上述問題的一種用于同心雙管反循環鉆井的雙封單向閥和鉆井方法。
3、第一方面,本發明實施例提供一種用于同心雙管反循環鉆井的雙封單向閥,其特征在于,包括:本體、位于所述本體內依次連接的上內管、上閥芯軸和下閥芯軸;所述下閥芯軸與本體之間設有下閥座,所述下閥芯軸下方設有復位彈簧;
4、所述上內管設有上中心流道,下閥芯軸設有下中心流道,所述上內管、上閥芯軸與本體之間設有環空流道;所述下閥芯軸與本體之間設有下環空;
5、在上中心流道和環空流道的液體壓力作用下,所述上閥芯軸和下閥芯軸向下移動,所述上中心流道通過本體上的內通道外導流孔與外部環境連通,所述環空流道通過下環空、下閥芯軸上的環空導流孔與下中心流道連通;
6、在無液體壓力作用后,所述上閥芯軸和下閥芯軸在復位彈簧的作用下向上移動,使內通道和外通道關閉。
7、在一些可選的實施例中,所述本體包括上本體和下本體;
8、所述上內管、上閥芯軸安裝在上本體的通孔內,所述下閥芯軸上端通過下閥座安裝在上本體內,所述下閥芯軸的下端安裝在下本體的通孔中且所述通孔中設有復位彈簧。
9、在一些可選的實施例中,所述上本體上端設有鉆具螺紋,以連接同心雙管鉆具外管,下端設有鉆具螺紋以連接下本體;所述下本體下端設有鉆具螺紋以連接下部鉆具。
10、在一些可選的實施例中,所述上內管和上本體之間的環孔內設有擋圈,所述擋圈上設有用于連通環空流道的過流通孔。
11、在一些可選的實施例中,所述本體上設有外通道導流孔和外通道腔,所述本體與上內管之間的環空、所述外通道導流孔、外通道腔、所述本體與上閥芯軸之間的環空連通形成環空流道;
12、所述外通道導流孔和內通道外導流孔圓周均布設置,且所述外通道導流孔和內通道外導流孔交叉設置。
13、在一些可選的實施例中,所述下閥芯軸設有上連接孔,以連接上閥芯軸的下端;
14、所述下閥芯軸下端具有通孔作為下中心流道,所述下中心流道的側壁上圓周均布設置多個環空導流孔。
15、在一些可選的實施例中,所述下閥芯軸上端設有第一圓錐面,所述下閥座的通孔中設有第二圓錐面,第一圓錐面和第二圓錐面匹配實現密封。
16、在一些可選的實施例中,所述下閥芯軸與所述上閥芯軸同軸設置,所述下閥芯軸與所述上閥芯軸之間設有連接螺套。
17、本發明實施例提供一種上述的用于同心雙管反循環鉆井的雙封單向閥在同心雙管反循環鉆井中的應用。
18、本發明實施例提供一種同心雙管反循環鉆井方法,其特征在于,使用上述的用于同心雙管反循環鉆井的雙封單向閥實現,該方法包括:
19、通過上本體連接同心雙管的外管,上內管連接同心雙管的內管;
20、內管液體進入上中心流道,外管液體進入環空流道后,在上中心流道和環空流道的液體壓力作用下,所述上閥芯軸和下閥芯軸向下移動,所述上中心流道通過本體上的內通道外導流孔與外部環境連通,所述環空流道通過下環空、下閥芯軸上的環空導流孔與下中心流道連通;使同心雙管內外通道一起打開;
21、在無液體壓力作用后,所述上閥芯軸和下閥芯軸在復位彈簧的作用下向上移動,使內通道和外通道一起關閉。
22、本發明實施例提供的上述技術方案的有益效果至少包括:
23、本發明實施例提供的用于同心雙管反循環鉆井的雙封單向閥,通過中心流道和環空流道控制上閥芯軸和下閥芯軸同步移動,實現同步控制同心雙管雙通道的同時開啟和關閉,該雙封單向閥通過雙閥座和一體式閥芯軸的設計,僅通過地面開停泵變化就實現井下雙通道打開或關閉控制,實現了井下雙通道自動同步開關,提高了作業的可靠性,提高現場作業效率和安全。該雙封單向閥既可以是通過環空液體作用打開,亦可以通過中心水眼液體作用打開,方便實現井下循環方式的轉換。其復位機構設計有復位彈簧,當井下發生復雜情況造成底部液體壓力升高時,也能夠自動推動雙閥芯軸上移實現強力關閉,確保井下安全。
24、本發明的其它特征和優點將在隨后的說明書中闡述,并且,部分地從說明書中變得顯而易見,或者通過實施本發明而了解。本發明的目的和其他優點可通過在所寫的說明書、權利要求書、以及附圖中所特別指出的結構來實現和獲得。
25、下面通過附圖和實施例,對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。
1.一種用于同心雙管反循環鉆井的雙封單向閥,其特征在于,包括:本體、位于所述本體內依次連接的上內管、上閥芯軸和下閥芯軸;所述下閥芯軸與本體之間設有下閥座,所述下閥芯軸下方設有復位彈簧;
2.如權利要求1所述的單向閥,其特征在于,所述本體包括上本體和下本體;
3.如權利要求2所述的單向閥,其特征在于,所述上本體上端設有鉆具螺紋,以連接同心雙管鉆具外管,下端設有鉆具螺紋以連接下本體;所述下本體下端設有鉆具螺紋以連接下部鉆具。
4.如權利要求1所述的單向閥,其特征在于,所述上內管和上本體之間的環孔內設有擋圈,所述擋圈上設有用于連通環空流道的過流通孔。
5.如權利要求1所述的單向閥,其特征在于,所述本體上設有外通道導流孔和外通道腔,所述本體與上內管之間的環空、所述外通道導流孔、外通道腔、所述本體與上閥芯軸之間的環空連通形成環空流道;
6.如權利要求1所述的單向閥,其特征在于,所述下閥芯軸設有上連接孔,以連接上閥芯軸的下端;
7.如權利要求1所述的單向閥,其特征在于,所述下閥芯軸上端設有第一圓錐面,所述下閥座的通孔中設有第二圓錐面,第一圓錐面和第二圓錐面匹配實現密封。
8.如權利要求1-7任一所述的單向閥,其特征在于,所述下閥芯軸與所述上閥芯軸同軸設置,所述下閥芯軸與所述上閥芯軸之間設有連接螺套。
9.一種如權利要求1-7任一所述的用于同心雙管反循環鉆井的雙封單向閥在同心雙管反循環鉆井中的應用。
10.一種同心雙管反循環鉆井方法,其特征在于,使用如權利要求1-7任一所述的用于同心雙管反循環鉆井的雙封單向閥實現,該方法包括: