CN117703494A - 一种煤层气开采封闭井底瓦斯的旋转控制头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤层气开采封闭井底瓦斯的旋转控制头，涉及井下钻探防喷装置领域。一种煤层气开采封闭井底瓦斯的旋转控制头，包括壳体，所述壳体内设置有支承筒和梯形座，所述支承筒和梯形座之间设置有胶芯，还包括：多组空口，均设置在所述支承筒上；活塞件，套接在所述支承筒上，且滑动连接在支承筒上，所述活塞件用于挤压胶芯；充气气囊，固定连接在所述胶芯内，所述充气气囊上连接有多组连接管；本发明通过井喷时产生的气体，进入充气气囊内，对钻杆表面进行清洁，避免杂质的存在影响密封性，同时利用气体充盈充气气囊，增加钻杆与胶芯之间的密封性，有效的减少壳体喷出井下瓦斯或者气液混合物的可能，提高了安全性，便于使用。

Description

一种煤层气开采封闭井底瓦斯的旋转控制头

技术领域

本发明属于井下钻探防喷装置技术领域，具体地说，涉及一种煤层气开采封闭井底瓦斯的旋转控制头。

背景技术

在煤层气进行开采的时候，需要采用钻机，不断的深入地下，直至进入煤气层，此时气体会通过钻孔排出，使用者便可对气体进行收集，便于用作能源或者工业原料。

在开采的时候，容易因为开采方式不正确或者井下压力平衡没做好而发生井喷的情况，此时为避免大量的泄露，就需要使用旋转控制头，即环形防喷器，对井口进行封堵，并后续进行压井和泄压。

传统的旋转控制头，采用活塞和胶芯的配合，对钻杆进行包裹，避免井下气体的泄露，但在使用的时候，钻杆表面容易沾附井下喷出的杂质，此时的杂质会影响贴合的紧密度，在滤芯对钻杆进行包裹的时候，容易存在一些较小的缝隙，进而影响密封性，存在一定的不足。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种可以克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的井下钻探防喷装置。

为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：一种煤层气开采封闭井底瓦斯的旋转控制头，包括壳体，所述壳体内设置有支承筒和梯形座，所述支承筒和梯形座之间设置有胶芯，还包括：

多组空口，均设置在所述支承筒上；

活塞件，套接在所述支承筒上，且滑动连接在支承筒上，所述活塞件用于挤压胶芯；

充气气囊，固定连接在所述胶芯内，所述充气气囊上连接有多组连接管，所述连接管的进气端位于支承筒与壳体之间的空腔内；

多组泄气口，均设置在所述充气气囊上，所述泄气口的出气端朝向壳体的中心处；

凸台，固定连接在所述充气气囊上，所述凸台位于充气气囊靠近支承筒的一端上；

复位弹簧，连接在所述壳体内，所述复位弹簧的另一端与活塞件连接。

为了便于对多余的气体进行临时存储，进一步地，所述壳体上固定连接有多组储气壳，所述储气壳内滑动连接有活塞杆，所述活塞杆的一端贯穿储气壳，所述储气壳内连接有弹簧件，所述弹簧件的另一端与活塞杆连接，所述连接管与储气壳相通。

为了便于气体的流通，更进一步地，所述储气壳上连接有气管，所述气管的进气端位于支承筒与壳体之间的空腔内，所述气管的出气端与连接管连接，所述气管内设置有单向进气阀。

为了便于起到提示的作用，再进一步地，所述储气壳远离壳体的一端上设置有气孔，所述气孔内设置有气哨。

为了通过敲击，起到提示的同时，促使充气气囊上杂质的脱落，进一步地，所述活塞杆的贯穿端上固定连接有敲击杆，所述敲击杆的另一端与壳体外部相抵。

为了便于活塞件的移动，更进一步地，所述活塞件底部固定连接有凸环，所述凸环与支承筒相贴。

为了便于对气管的进气端进行遮挡，避免过量气体的进入导致储气壳的损坏，还进一步地，所述活塞件底部连接有遮挡环，所述遮挡环与壳体内壁相贴，所述活塞件与遮挡环之间间隔设置，所述气管的进气端位于活塞件与遮挡环之间。

为了避免杂质的进入，进一步地，所述气管的进气端内连接有滤网。

为了，更进一步地便于遮挡环的安装，所述遮挡环上固定连接有多组连接杆，所述连接杆的另一端与活塞件固定连接。

为了便于在胶芯移动的时候，连接管能将进行稳定的出气，还进一步地，所述连接管为伸缩软管。

采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果：本发明通过井喷时产生的气体，进入充气气囊内，对钻杆表面进行清洁，避免杂质的存在影响密封性，同时利用气体充盈充气气囊，增加钻杆与胶芯之间的密封性，有效的减少壳体喷出井下瓦斯或者气液混合物的可能，提高了安全性，便于使用。

附图说明

在附图中：

图1为本发明提出的一种煤层气开采封闭井底瓦斯的旋转控制头的结构示意图一；

图2为本发明提出的一种煤层气开采封闭井底瓦斯的旋转控制头的结构示意图二；

图3为本发明提出的一种煤层气开采封闭井底瓦斯的旋转控制头图2中A部分的结构示意图；

图4为本发明提出的一种煤层气开采封闭井底瓦斯的旋转控制头图2中B部分的结构示意图；

图5为本发明提出的一种煤层气开采封闭井底瓦斯的旋转控制头图2中C部分的结构示意图；

图6为本发明提出的一种煤层气开采封闭井底瓦斯的旋转控制头图2中D部分的结构示意图；

图7为本发明提出的一种煤层气开采封闭井底瓦斯的旋转控制头图2中E部分的结构示意图；

图8为本发明提出的一种煤层气开采封闭井底瓦斯的旋转控制头活塞件移动后的结构示意图。

图中：1、壳体；101、支承筒；1011、空口；102、梯形座；103、胶芯；104、活塞件；1041、凸环；1042、复位弹簧；105、遮挡环；1051、连接杆；2、充气气囊；201、凸台；202、泄气口；203、连接管；301、储气壳；302、活塞杆；303、弹簧件；304、气管；3041、滤网；305、气孔；306、敲击杆。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1：参照图1、如2、图3、图5、图8，一种煤层气开采封闭井底瓦斯的旋转控制头，包括壳体1，壳体1内设置有支承筒101和梯形座102，支承筒101和梯形座102之间设置有胶芯103，还包括：多组空口1011，均设置在支承筒101上；活塞件104，套接在支承筒101上，且滑动连接在支承筒101上，活塞件104用于挤压胶芯103；充气气囊2，固定连接在胶芯103内，充气气囊2上连接有多组连接管203，连接管203的进气端位于支承筒101与壳体1之间的空腔内；多组泄气口202，均设置在充气气囊2上，泄气口202的出气端朝向壳体1的中心处；凸台201，固定连接在充气气囊2上，凸台201位于充气气囊2靠近支承筒101的一端上，如图所示，凸台201凸出充气气囊2，凸台201能与钻杆较为紧密的贴合；复位弹簧1042，连接在壳体1内，复位弹簧1042的另一端与活塞件104连接。

煤层中蕴藏一种可燃气体，即煤层气，俗称“瓦斯”，煤层气藏的开采机理和开采方式与常规气藏不同，煤层中割理裂缝系统被水占据，因此煤层气的开采需先排水，当压力降到临界解吸压力以下后，煤层气从基质和微孔隙扩散到裂缝，再沿割理或裂缝系统流入井筒而被采出。

本装置在使用的时候，将壳体1吊装在井口上，吊装好壳体1后，将钻台的钻杆对准壳体1的中间空孔，并在钻杆下部接上相应尺寸的引锥，在引锥和空孔上涂润滑剂(如黄油或铅油)，然后将钻杆下压，将其插入空孔内，插入后将引锥拆除，随后将钻杆与井口上的下部钻具相连接，连接完成后，便可将壳体1底部的法兰盘与井口上的法兰盘对接，通过螺栓进行连接，完成后要检查各防喷器、压井、节流管汇是否联接好，连接完成后，便可进行煤层开采。

在开采的时候，存在因开采时井下压力没有保持完好，出现井喷的情况，此时井下的压力快速变化，进而产生具有压力的气流和液体，由于在同等压力的情况下，气体的流速会比液体快，此时井底的气体会快速的通过钻杆打出的空隙快速的向地面移动，此时的气体肯能为瓦斯，也可能为含有瓦斯的混合气体，随着具有压强气体的进入壳体1内，气体会通过空口1011进入，来到壳体1与支承筒101之间的空腔内，进而在气压的变化下，活塞件104向上移动，进而挤压胶芯103，使胶芯103逐渐被挤压而形变，在活塞件104移动的之前，在气压的作用下，气体会通过连接管203进入充气气囊2内，由于充气气囊2上设置有泄气口202，且凸台201与钻杆紧贴，如图3所示，充气气囊2与钻杆之间有一定的间隙，此时充气气囊2在气体的作用下，发生稍微的膨胀，后续内部的气体将快速的通过泄气口202排出，随之对钻杆表面上可能存在的一些杂质进行吹吹除(这些杂质大多是钻探的时候，通过井下气流或者液体来的，这些气流和液体压力和体积较小，且是间接性排出的，会通过钻杆与壳体之间的缝隙排出，这是正常现象，并非井喷现象，此时会有部分杂质，留在钻杆表面)，由于凸台201和井喷现象的发生，故此时吹出的气流会朝上方移动，随之使这些杂质通过壳体1与钻杆之间的缝隙向上排出(此时将杂质吹除能有效的使充气气囊2贴合钻杆，增加密封性，同时能减少一些较硬的杂质破坏充气气囊2或者胶芯103的可能，便于下次井喷现象使用时候的密封性，便于长期的时候)，后续随着气压的增加使活塞件104的移动，此时活塞件104的挤压会使胶芯103不断的挤压中间的钻杆，故此时充气气囊2将紧贴钻杆，泄气口202与钻杆紧贴，无法排出气体，后续随着活塞件104的移动，胶芯103会带动充气气囊2紧密的包裹住钻杆(此过程中充气气囊2与胶芯103均会在挤压的作用下发生形变，充气气囊2尤为明显，而部分的气体将会通过连接管203返回壳体1内，其余气体则处于具有一定压力的状态下，与壳体1内的气压一致)，减少气体泄露导致井喷的可能。

在井喷的中的气体流出后，就会有液体或者气液混合体进入壳体1内，但是此时壳体1已完成封堵，此时液体和气体将无法排出。

当通过胶芯103和充气气囊2对钻杆位置进行封闭后，此时就可以避免出现壳体1处出现井喷的现象，但是要阻止井喷现象的持续发生，需要进行压井，压井是指利用泥浆的质量所形成的液柱压力，克服井下地层压力的技术措施，其目的在于控制井下地层油气压力，防止地层流体进入井眼，设备常规情况下有泥浆泵、高压管汇、重泥浆特殊情况下，需要高压水泥车、高压管汇、重泥浆，还需要一些辅助设施，必要的时候可以将井喷的气体或者液体进行排出，便于进行压井。

在部分时候可能会出现气体少，而是直接出现液体的情况，此时液体的进入将进入充气气囊2内，并将活塞件104顶起，同样也能起到封堵的作用，但此时清洁效果没有气体的效果好，因为液体中会携带一些及其细小的颗粒杂质，而较大的杂质将被因钻孔与钻杆之间的缝隙较小，而无法进入壳体1的情况。

实施例2：参照图1、图2、图3、图5、图6，一种煤层气开采封闭井底瓦斯的旋转控制头，与实施例1基本相同，更进一步的是：壳体1上固定连接有多组储气壳301，储气壳301内滑动连接有活塞杆302，活塞杆302的一端贯穿储气壳301，储气壳301内连接有弹簧件303，弹簧件303的另一端与活塞杆302连接，连接管203与储气壳301相通，储气壳301上连接有气管304，气管304的进气端位于支承筒101与壳体1之间的空腔内，气管304的出气端与连接管203连接，连接管203为伸缩软管，气管304内设置有单向进气阀，单向进气阀位于从壳体1进入储气壳301那一段气管304内。

通过储气壳301的设置，在使用的时候，井底的气流会通过气管304进入储气壳301内，随之部分气流通过气管304的出气端进入连接管203最终今进入充气气囊2内，随之对钻杆的表面进行清洁，而剩余的部分气体将堆积在储气壳301内，随之使储气壳301内气压增加，使活塞杆302移动，进而储存部分的气体，同时后续随着活塞件104的移动，将挤压胶芯103，使胶芯103与充气气囊2包裹住钻杆，最终气体将无法通过充气气囊2排出，而由于单向阀的设置，此时气体都将进入储气壳301内，后续井喷现象结束后，壳体1内的压力逐渐降低(在节流管汇的作用下，多余的气液将会排出，使压力逐渐降低)，此时活塞件104在复位弹簧1042的作用下复位，随之使充气气囊2和胶芯103复位，此时胶芯103的远离将不再挤压充气气囊2，充气气囊2上的泄气口202将可继续喷出气体，此时储气壳301内的气体在弹簧件303的作用下将会逐渐的排出，最终通过泄气口202排出，此时喷出的气体能对充气气囊2处钻杆的表面进行清洁(此时的杂质可能是在井喷时候，跟随气流和液体进入壳体1内最终附着在充气气囊2与钻杆处的，尤其是凸台201处的杂质，如图3所示，凸台201上设置有光滑的圆角，此时在后续储气壳301内部气体排出的时候，凸台201上的杂质将通过圆角掉落至壳体1下方，或者在气流的作用下从壳体1顶部排出)，杂质将通过壳体1上方排出，便于钻杆的转动，避免钻杆的转动损伤充气气囊2和胶芯103。

活塞壳301的设置，在日常内部可储存一定的气体，在后续发生井喷的时候，内部的气体会优先进入充气气囊2内，液体将暂存与储气壳301内，直至储气壳301内气体排除大部分，在压力的作用下，活塞杆302才会移动，增加空间，继续对液体进行存储，减少液体进入充气气囊2内的可能。

在日常使用的时候，使用者可手动拉动活塞杆302，随之通过储气壳301吸存壳体1内的气体，随之在弹簧件303的作用下，储存的气体将通过连接管203进入充气气囊2内，通过泄气口202排出，对钻杆附近进行清洁。

实施例3：参照图7，一种煤层气开采封闭井底瓦斯的旋转控制头，与实施例2基本相同，更进一步的是：储气壳301远离壳体1的一端上设置有气孔305，气孔305内设置有气哨，气哨为通过气体的快速流动，随之出现尖锐声音的物品，即口哨。

此时如图7所示，在发生井喷的时候，活塞杆302的快速移动将会使储气壳301内部的气体(远离弹簧件303的另一部分腔室)通过气孔305排出，随之经过气哨，发生尖锐的声音，起到警示的作用，告知附近的工作人员，发生了井喷现象，需要进行泄压和压井。

实施例4：参照图1、图2、图7，一种煤层气开采封闭井底瓦斯的旋转控制头，与实施例3基本相同，更进一步的是：活塞杆302的贯穿端上固定连接有敲击杆306，敲击杆306的另一端与壳体1外部相抵。

在井喷现象结束后，活塞杆302内部的气体将进入充气气囊2内，此时活塞杆302复位，同时敲击杆306将接触壳体1的外部，初始状态下敲击杆306与壳体1外部相抵，当后续移动远离壳体1在通过弹簧件303的作用下靠近壳体1的时候，将产生一定敲击，此时敲击产生的震动将促使充气气囊2、钻杆、支承筒101上杂质的松动或者脱落。

实施例5：参照图4，一种煤层气开采封闭井底瓦斯的旋转控制头，与实施例3基本相同，更进一步的是：活塞件104底部固定连接有凸环1041，凸环1041与支承筒101相贴。

通过凸环1041的设置，能有效的增加密封性，便于活塞件104的移动。

实施例6：参照图5，一种煤层气开采封闭井底瓦斯的旋转控制头，与实施例3基本相同，更进一步的是：气管304的进气端内连接有滤网3041。

通过滤网3041的设置，能有效的减少外界杂质的进入，对气体或者液体中的杂质进行过滤，避免杂质的进入影响充气气囊2的使用。

实施例7：参照图2、图5、图8，一种煤层气开采封闭井底瓦斯的旋转控制头，与实施例3基本相同，更进一步的是：活塞件104底部连接有遮挡环105，遮挡环105与壳体1内壁相贴，活塞件104与遮挡环105之间间隔设置，气管304的进气端位于活塞件104与遮挡环105之间，遮挡环105上固定连接有多组连接杆1051，连接杆1051的另一端与活塞件104固定连接。

通过遮挡环105的设置，初始状态如图2所示，此时气管304的进气端位于活塞件104与遮挡环105之间，随着井喷现象的发生，气体将进入壳体1与支承筒101之间的空腔，同时气体将进入气管304内，剩余的气体将促使活塞件104进行向上的移动，后续状态如图8所示，此时活塞件104移动到位，对胶芯103进行完全的包裹，提高密封性，同时遮挡环105将对气管304的进气口进行遮挡，避免气体的大量进入导致储气壳301的损坏，也能避免后续气液混合物或者液体的大量进入，避免液体的进入影响充气气囊2的使用，同时遮挡环105的移动将对气管304上的滤网3041进行清洁，避免杂物的大量堆积影响气体的进入，后续井喷的结束，便于后续的使用。

同时遮挡环105的设置，可使一开始进入充气气囊2内的为气体，如图所示，气管304具有一定的长度，且在弹簧件303的作用下，储气壳301具有一定的空间，能在初始状态存储一定的气体，故当后续液体进入气管304后，会留存在气管304和储气壳301内，仅通过气体对充气气囊2进行充盈，并对钻杆表面进行清洁，此时单向阀可设置为电磁单向阀，并在气管304的顶部设置一个控制阀，图中壳体1顶部的弯曲部，通过远程控制单向阀的开与关，在井喷现象结束后，可打开电磁单向阀，并关上控制阀，使液体回流至壳体1内，而不进入充气气囊2内。

本发明通过井喷时产生的气体，进入充气气囊2内，对钻杆表面进行清洁，避免杂质的存在影响密封性，同时利用气体充盈充气气囊2，增加钻杆与胶芯103之间的密封性，有效的减少壳体1喷出井下瓦斯或者气液混合物的可能，提高了安全性，便于使用。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。

Claims (10)

1.一种煤层气开采封闭井底瓦斯的旋转控制头，包括壳体(1)，所述壳体(1)内设置有支承筒(101)和梯形座(102)，所述支承筒(101)和梯形座(102)之间设置有胶芯(103)，其特征在于，还包括：

多组空口(1011)，均设置在所述支承筒(101)上；

活塞件(104)，套接在所述支承筒(101)上，且滑动连接在支承筒(101)上，所述活塞件(104)用于挤压胶芯(103)；

充气气囊(2)，固定连接在所述胶芯(103)内，所述充气气囊(2)上连接有多组连接管(203)，所述连接管(203)的进气端位于支承筒(101)与壳体(1)之间的空腔内；

多组泄气口(202)，均设置在所述充气气囊(2)上，所述泄气口(202)的出气端朝向壳体(1)的中心处；

凸台(201)，固定连接在所述充气气囊(2)上，所述凸台(201)位于充气气囊(2)靠近支承筒(101)的一端上；

复位弹簧(1042)，连接在所述壳体(1)内，所述复位弹簧(1042)的另一端与活塞件(104)连接。

2.根据权利要求1所述的一种煤层气开采封闭井底瓦斯的旋转控制头，其特征在于，所述壳体(1)上固定连接有多组储气壳(301)，所述储气壳(301)内滑动连接有活塞杆(302)，所述活塞杆(302)的一端贯穿储气壳(301)，所述储气壳(301)内连接有弹簧件(303)，所述弹簧件(303)的另一端与活塞杆(302)连接，所述连接管(203)与储气壳(301)相通。

3.根据权利要求2所述的一种煤层气开采封闭井底瓦斯的旋转控制头，其特征在于，所述储气壳(301)上连接有气管(304)，所述气管(304)的进气端位于支承筒(101)与壳体(1)之间的空腔内，所述气管(304)的出气端与连接管(203)连接，所述气管(304)内设置有单向进气阀。

4.根据权利要求2所述的一种煤层气开采封闭井底瓦斯的旋转控制头，其特征在于，所述储气壳(301)远离壳体(1)的一端上设置有气孔(305)，所述气孔(305)内设置有气哨。

5.根据权利要求2所述的一种煤层气开采封闭井底瓦斯的旋转控制头，其特征在于，所述活塞杆(302)的贯穿端上固定连接有敲击杆(306)，所述敲击杆(306)的另一端与壳体(1)外部相抵。

6.根据权利要求1所述的一种煤层气开采封闭井底瓦斯的旋转控制头，其特征在于，所述活塞件(104)底部固定连接有凸环(1041)，所述凸环(1041)与支承筒(101)相贴。

7.根据权利要求6所述的一种煤层气开采封闭井底瓦斯的旋转控制头，其特征在于，所述活塞件(104)底部连接有遮挡环(105)，所述遮挡环(105)与壳体(1)内壁相贴，所述活塞件(104)与遮挡环(105)之间间隔设置，所述气管(304)的进气端位于活塞件(104)与遮挡环(105)之间。

8.根据权利要求3所述的一种煤层气开采封闭井底瓦斯的旋转控制头，其特征在于，所述气管(304)的进气端内连接有滤网(3041)。

9.根据权利要求7所述的一种煤层气开采封闭井底瓦斯的旋转控制头，其特征在于，所述遮挡环(105)上固定连接有多组连接杆(1051)，所述连接杆(1051)的另一端与活塞件(104)固定连接。

10.根据权利要求1所述的一种煤层气开采封闭井底瓦斯的旋转控制头，其特征在于，所述连接管(203)为伸缩软管。