CN111502566B - 一种反循环钻井顶注侧排装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种反循环钻井顶注侧排装置,包括主轴、轴承总成和分流装置；主轴上部和下部分别连接水龙头和双壁钻具；轴承总成安装在主轴台阶上；分流装置固定悬挂在轴承总成的下部；经过水龙头的钻井介质通过主通道A进入双壁钻具注入通道；返回的钻井介质依次通过双壁钻具返出通道、主通道B、侧向通道、分流装置主腔室和排砂管短节内孔进入下游排砂管线。轴承总成和分流装置采用分体式设计，分流装置中密封损坏后泄漏的钻井介质不会污染轴承组，而且分流装置密封更换也无需拆卸轴承组，降低了更换密封的难度；分流装置密封圈采用内部唇形旋转密封和外部盘根密封的复合结构，增加了密封维护的便捷性和分流装置部分的使用寿命。

Description

一种反循环钻井顶注侧排装置

技术领域

本发明涉及一种钻井工具，尤其涉及一种反循环钻井顶注侧排装置。

背景技术

钻井时循环介质从井底携带岩屑或岩心由钻杆中心上返至地表的方法称为反循环中心取样钻探。通常采用单层、双层或三层钻杆,但以双壁钻杆最为普遍。循环介质由双管间环空压入,从内管中心携带岩屑（心）上返,所以这种方法称为双管反循环或者双壁钻杆反循环钻井。随着反循环钻井理论和钻井工艺的不断创新, 反循环钻井技术在矿产勘察、水井钻凿以及石油钻探等领域的应用越来越广。双壁钻杆反循环钻井过程中，在水龙头和方钻杆之间需要连接一个适配器，该适配器主要作用是保证钻井介质的注入和返出，该适配器常用的结构是侧注顶排的结构，这种结构在石油钻探中是不安全的，因为井内返出的流体如果是顶排就意味着返出流体通过水龙头后进入水龙带排出，水龙带长期冲刷导致承压能力降低，由此可能会导致用水龙头注入高压流体解决复杂工况时水龙头失效；再者，常规的适配器旋转轴承和密封件组装在一起，密封泄漏会导致轴承污染，而且更换密封需要拆卸轴承，设备维修不方便。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术存在的问题，提供一种反循环钻井顶注侧排装置，实现水龙头和双壁钻具之间的连接，实现钻井介质的注入与返出，保护水龙带，避免轴承组污染，增加密封使用寿命和维护的便捷性。

为实现上述目的，本发明采用以下设计方案：

一种反循环钻井顶注侧排装置，包括主轴、轴承总成和分流装置；其中：

主轴上部和下部分别设有连接水龙头和双壁钻具的接头，主轴为轴状短节，内部轴向加工有主通道A和主通道B，径向加工有侧向通道；主通道A 为通孔，主通道B为在主轴内部轴向从下向上加工的盲孔，主通道B外部与主通道A 留有间隙流道，该间隙流道与双壁钻具的注入通道贯通，主通道B内部与双壁钻具的返出通道和侧向通道连通；主轴外缘加工有凸起的台阶，台阶位于侧向通道上方；

轴承总成安装在主轴台阶上，并通过主轴台阶构成轴向限位旋转配合；

分流装置固定悬挂在轴承总成的下部，相对于主轴旋转密封配合；分流装置包括主腔室和排砂管短节，主腔室和排砂管短节内孔、主通道B、侧向通道连通。

上述方案进一步包括：

所述轴承总成包括外筒、上端盖、下端盖和轴承组；轴承组安装在外筒与主轴之间，两者相对旋转；上端盖和下端盖分别安装在外筒上、下端。

在上端盖和下端盖与主轴之间分别安装上端盖密封和下端盖密封。

所述轴承组为个角接触球轴承，个角接触球轴承面对面安装在主轴台阶上端面和下端面。

所述的分流装置包括上盖板、下盖板、中间筒和连接筒；上盖板和下盖板为环形圆板，中间筒为一圆筒结构；上盖板位于主轴侧向通道上部；下盖板位于主轴侧向通道下部；中间筒安装在上盖板和下盖板之间；上盖板、下盖板、中间筒和主轴之间形成主腔室；上盖板与连接筒固定连接，连接筒固定连接到轴承总成。

上盖板内孔与主轴之间安装上盖板密封圈，下盖板内孔与主轴之间安装下盖板密封圈。

所述排砂管短节安装在中间筒上，排砂管短节内孔与中间筒内孔相切。

所述上盖板密封圈和下盖板密封圈均有两种形式密封圈构成，分别是靠近主腔室的唇形旋转密封和外部的盘根密封。

本发明的优点是：（1）轴承总成和分流装置采用分体式设计，分流装置中密封损坏后泄漏的钻井介质不会污染轴承组，而且分流装置密封更换也无需拆卸轴承组，降低了更换密封的难度；（2）分流装置密封圈采用内部唇形旋转密封和外部盘根密封的复合结构，增加了密封维护的便捷性和分流装置部分的使用寿命。

附图说明

图1是本发明一种反循环钻井顶注侧排装置外形结构示意图。

图2是图1沿A-A剖面示意图。

图3是图2B-B剖面示意图。

图中： 10.主轴，11.主通道A，12.侧向通道，13.主通道B，20.轴承总成，21.上端盖密封，22.上端盖，23.轴承组，24.外筒，25.下端盖，26.下端盖密封，30.分流装置，31.上盖板密封圈，32.上盖板，33.中间筒，34.下盖板，35. 下盖板密封圈，36.排砂管短节，37.主腔室，38.连接筒，39. 排砂管短节内孔，40.双壁钻具, 41.内管，42.外管，43.返出通道，44.注入通道。

具体实施方式

下面结合附图1、附图2和附图3对本发明作进一步描述：

实施例1，一种反循环钻井顶注侧排装置，包括主轴10、轴承总成20和分流装置30；其中：

主轴10上部和下部分别设有连接水龙头和双壁钻具40的接头，主轴10为轴状短节，内部轴向加工有主通道A11和主通道B13，径向加工有侧向通道12；主通道A 11为通孔，主通道B13为在主轴10内部轴向从下向上加工的盲孔，主通道B13外部与主通道A 11留有间隙流道，该间隙流道与双壁钻具的注入通道44贯通，主通道B13内部与双壁钻具的返出通道43和侧向通道12连通；主轴10外缘加工有凸起的台阶，台阶位于侧向通道12上方；

轴承总成20安装在主轴10台阶上，并通过主轴10台阶构成轴向限位旋转配合；

分流装置30固定悬挂在轴承总成20的下部，相对于主轴旋转密封配合；分流装置30包括主腔室37和排砂管短节36，主腔室37和排砂管短节内孔39、主通道B13、侧向通道12连通。

实施例2，基于实施例1进一步包括：

所述轴承总成20包括外筒24、上端盖22、下端盖25和轴承组23；轴承组23安装在外筒24与主轴10之间，两者相对旋转；上端盖22和下端盖25分别安装在外筒24上、下端。

在上端盖22和下端盖25与主轴10之间分别安装上端盖密封21和下端盖密封26。

所述轴承组23为2个角接触球轴承，2个角接触球轴承面对面安装在主轴10台阶上端面和下端面。

所述的分流装置30包括上盖板32、下盖板34、中间筒33和连接筒38；上盖板32和下盖板34为环形圆板，中间筒33为一圆筒结构；上盖板 32位于主轴10侧向通道12上部；下盖板 34位于主轴侧向通道12下部；中间筒33安装在上盖板 32和下盖板34之间；上盖板32、下盖板34、中间筒33和主轴10之间形成主腔室37；上盖板32与连接筒38固定连接，连接筒38固定连接到轴承总成20。

上盖板内孔与主轴之间安装上盖板密封圈 31，下盖板内孔与主轴之间安装下盖板密封圈 35。

所述排砂管短节36安装在中间筒33上，排砂管短节内孔39与中间筒33内孔相切。

所述上盖板密封圈 31和下盖板密封圈 35均有两种形式密封圈构成，分别是靠近主腔室37的唇形旋转密封和外部的盘根密封。

典型实施例3，一种反循环钻井顶注侧排装置包括主轴10、轴承总成20和分流装置30，主轴10上部和下部分别连接水龙头（图中未示出）和双壁钻具40。双壁钻具40包括内管41和外管42，内管42内部形成钻井介质返出通道43，内管和外管之间形成钻井介质注入通道44。主轴10为轴状短节，内部轴向加工有主通道A11和主通道B13，径向加工有侧向通道12。主通道A11为通孔，经过水龙头的钻井介质通过主通道A11进入双壁钻具注入通道44。主通道B13为在主轴10内部轴向从下向上加工的盲孔，分别与双壁钻具返出通道43和侧向通道12连通。主轴10外缘加工有凸起的台阶，台阶位于侧向通道12上方；轴承总成20 安装在主轴10台阶上。分流装置30固定悬挂在轴承总成20的下部，两者相对于主轴10旋转；分流装置30包括主腔室37和排砂管短节36，主腔室37和排砂管短节内孔39连通。钻井介质依次通过双壁钻具返出通道43、主通道B13、侧向通道12、分流装置主腔室37和排砂管短节内孔39进入下游排砂管线。

轴承总成20包括外筒24、上端盖22、下端盖25、轴承组23、上端盖密封21和下端盖密封26；外筒24与主轴10之间安装轴承组23，两者相对旋转；外筒24上下端分别安装上端盖22和下端盖25，上端盖22和下端盖25与主轴10之间分别安装上端盖密封21和下端盖密封26。轴承组23为2个角接触球轴承，2个角接触球轴承面对面安装在主轴10台阶上端面和下端面。

分流装置30包括上盖板32、下盖板34、中间筒33和连接筒38；上盖板32和下盖板34为环形圆板，中间筒33为一圆筒结构；上盖板32位于主轴侧向通道12上部，上盖板内孔与主轴之间安装上盖板密封圈31；下盖板34位于主轴侧向通道12下部，下盖板内孔与主轴之间安装下盖板密封圈35；中间筒33安装在上盖板32和下盖板34之间；上盖板32、下盖板34、中间筒33和主轴10之间形成主腔室37；上盖板32与连接筒38固定连接，连接筒38固定连接到轴承总成20。排砂管短节36安装在中间筒33上，排砂管短节内孔39与中间筒33内孔相切。上盖板密封圈 31和下盖板密封圈35均有两种形式密封圈构成，分别是靠近主腔室37的唇形旋转密封和外部的盘根密封。当唇形旋转密封失效后，压紧盘根压盖从而使盘根密封生效。

轴承总成20的外筒24通过防转装置连接到水龙头的非旋转体上，从而防止外筒24旋转，进而防止分流装置30和排砂管线旋转。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (5)

1.一种反循环钻井顶注侧排装置，其特征在于包括主轴（10）、轴承总成（20）和分流装置（30）；其中：主轴（10）上部和下部分别设有连接水龙头和双壁钻具（40）的接头，主轴（10）为轴状短节，内部轴向加工有主通道A（11）和主通道B（13），径向加工有侧向通道（12）；主通道A（11）为通孔，主通道B（13）为在主轴（10）内部轴向从下向上加工的盲孔，主通道B（13）外部与主通道A（11）留有间隙流道，该间隙流道与双壁钻具的注入通道（44）贯通，主通道B（13）内部与双壁钻具的返出通道（43）和侧向通道（12）连通；主轴（10）外缘加工有凸起的台阶，台阶位于侧向通道（12）上方；轴承总成（20）安装在主轴（10）台阶上，并通过主轴（10）台阶构成轴向限位旋转配合；分流装置（30）固定悬挂在轴承总成（20）的下部，相对于主轴旋转密封配合；分流装置（30）包括主腔室（37）和排砂管短节（36），主腔室（37）和排砂管短节内孔（39）、主通道B（13）、侧向通道（12）连通；第一上盖板内孔与主轴之间安装上盖板密封圈（31），第一下盖板内孔与主轴之间安装下盖板密封圈（35）；所述排砂管短节（36）安装在中间筒（33）上，排砂管短节内孔（39）与中间筒（33）内孔相切；所述的分流装置（30）包括第二上盖板（32）、第二下盖板（34）、中间筒（33）和连接筒（38）；第二上盖板（32）和第二下盖板（34）为环形圆板，中间筒（33）为一圆筒结构；第二上盖板（32）位于主轴（10）侧向通道（12）上部；第二下盖板（34）位于主轴侧向通道（12）下部；中间筒（33）安装在第二上盖板（32）和第二下盖板（34）之间；第二上盖板（32）、第二下盖板（34）、中间筒（33）和主轴（10）之间形成主腔室（37）；第二上盖板（32）与连接筒（38）固定连接，连接筒（38）固定连接到轴承总成（20）。

2.根据权利要求1所述的一种反循环钻井顶注侧排装置，其特征在于：所述轴承总成（20）包括外筒（24）、上端盖（22）、下端盖（25）和轴承组（23）；轴承组（23）安装在外筒（24）与主轴（10）之间，两者相对旋转；上端盖（22）和下端盖（25）分别安装在外筒（24）上、下端。

3.根据权利要求2所述的一种反循环钻井顶注侧排装置，其特征在于：在上端盖（22）和下端盖（25）与主轴（10）之间分别安装上端盖密封（21）和下端盖密封（26）。

4.根据权利要求3所述的一种反循环钻井顶注侧排装置，其特征在于：所述轴承组（23）为2个角接触球轴承，2个角接触球轴承面对面安装在主轴（10）台阶上端面和下端面。

5.根据权利要求4所述的一种反循环钻井顶注侧排装置，其特征在于：所述上盖板密封圈（31）和下盖板密封圈（35）均由两种形式密封圈构成，分别是靠近主腔室（37）的唇形旋转密封和外部的盘根密封。