CN111577223A - 一种气液双流配注工具 - Google Patents

Abstract

本发明为气液双流钻井工艺提供一种轴向尺寸短、可快捷更换易损密封组件的气液双流配注工具，包括主轴、锁紧套、中心管、螺栓组、密封巢体、内注气壳体、轴承、旋转密封、注气静密封、弯管、由任接口等。主轴内的中心管用于传输钻井液，主轴中部侧向有两个贯通的注气孔，经主轴和中心管之间的环空与中心管形成上单输入下双输出流道结构，主轴外侧是上下对称的旋转注气组件，组件最外侧是注气壳体，中间是上下对称分布的两个密封巢体，密封巢体一端采用格莱圈实现与主轴的旋转密封，一端通过角接触球轴承实现与主轴的旋转连接，上下密封巢体与主轴注气孔共同形成旋转密封注气通道。

Description

一种气液双流配注工具

技术领域

本发明涉及油气勘探开发钻井工程领域内的气液双流钻井技术之井口配套工具，尤其涉及一种气液双流配注工具。

背景技术

在油气勘探开发建立井筒过程中，对于不出水的坚硬地层、严重漏失地层、严重缺水地层以及地层压力低且分布规律清楚的地层，采用气液双流钻井是一种经济高效的技术选择。气液双流钻井是通过采用双壁钻杆（即两层金属管同轴嵌套具有两个流道的钻杆），在从双壁钻杆内侧环空输入钻井循环液到钻头的同时，从双壁钻杆的外侧环空注入高压气体至钻柱适当位置进入钻柱与井壁之间的环空，高压气体与钻井液混合大大降低钻井液密度，进而有效控制井底压力，实施欠平衡钻井工艺作业，最终高效建立井筒。

气液双流钻井的一项关键工具是位于钻台井口位置的气液双流配注工具，其上接方钻杆或顶驱，下接双壁钻杆，侧面接入高压注气管线。气液双流配注器包括芯轴、配气组件、轴承及密封组件等，芯轴可随钻柱转动，配气组件通过轴承、密封组件等部件可相对钻柱转动且可以输入高压气体，其中密封组件属于易损件。现有气液双流配注器存在密封可靠性差，密封组件现场不能更换，维护工具占用作业时间长的不足，同时工具轴向总体尺寸偏长，导致井口拆卸作业位置高，井口作业效率较差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，为气液双流钻井工艺提供一种轴向尺寸短、可快捷更换密封的气液双流配注工具，以提高作业效率和气液配注工具的可靠性。

为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种气液双流配注工具，包括主轴1、中心管3、配气组件和轴承11；其中：所述主轴1是中空回转柱体，上端设上接头，上接头下方内侧从上至下依次布置锁紧扣102和台阶结构103，下端设下接头，主轴1中部垂直轴线方向设有贯通的注气孔107；所述中心管3上端座封于主轴1台阶结构上，由锁紧套2锁紧，中心管3靠近主轴1注气孔107以下部分为外缩径结构，中心管3和主轴1之间形成上单输入下双输出流道结构；所述配气组件通过轴承11旋转密封在主轴1的注气孔107外周边。

进一步：

所述配气组件包括密封巢体5、注气壳体7、旋转密封12和弯管14；所述密封巢体5是中空回转体，下部是盘状，上部是套状，内侧布置有与旋转密封12配合的旋转密封槽501，密封巢体5上端较下端外径小内径大，下端内侧是与轴承11配合的轴承安装面504，外侧是外壳安装面503，盘状回转体外侧平行轴线均布多个螺栓孔505；所述注气壳体7是套状体，上下端面内均布多个螺纹孔701，中间单侧布置1个截面为阶梯状贯穿孔，贯穿孔内侧是注气通道702，外侧与弯管14连接配合。

所述主轴1注气孔107两侧对称依序布置旋转气密封面106、轴承柱面105和黄油密封面104；所述密封巢体5套状体上端外侧布置1道静密封槽502，内侧布置2道旋转密封槽501，下端内侧面还布置黄油密封槽507和油杯孔506；所述注气壳体7贯穿孔外侧是弯管焊接孔703，壳体内侧注气孔两边依次是旋转密封面704和静密封面705。

在密封巢体5外侧与注气壳体7之间静密封面705处还布置注气静密封13。

在主轴1与密封巢体5之间的轴承11内外分别设置内调整环6和外调整环8。

在中心管3座封于主轴1处设有芯管密封9。

本发明的气液双流配注工具使用过程是：工具上接方钻杆或顶驱，下接双壁钻杆，侧面接高压注气管线，泥浆泵输入的钻井液经中心管注入双壁钻杆内环空，高压气体由工具注气孔进入，经主轴和中心管之间的环空进入双壁钻杆外环空，钻进时，主轴部分随同钻柱旋转，旋转注气组件相对静止，定期更换密封组件时，分别拆除上下密封巢体的连接螺栓，取出密封巢体更换相应密封件再装入工具。

本发明具有如下的有益效果：

1、气液双流配注工具轴向尺寸短，在连接钻柱过程中，井口拆卸作业高度及作业空间适中，无须更改原有作业程序。

2、气液双流配注工具可现场快捷更换易损密封组件，显著提高气液双流作业效率和气液配注的可靠性。

附图说明

图1是本发明整体结构示意图。

图2是图1中关键零件主轴1结构图。

图3是图1的关键零件密封巢体5结构图。

图4是图1的关键零件注气壳体7结构图。

图中：主轴1、锁紧套2、中心管3、螺栓组4、密封巢体5、内调整环6、注气壳体7、外调整环8、芯管密封9、黄油嘴10、轴承11、旋转密封12、注气静密封13、弯管14、由任15、黄油密封16、内钻杆扣101、锁紧扣102、台阶结构103、外钻杆扣108、注气孔107、旋转气密封面106、轴承柱面105、黄油密封面104、旋转密封槽501、静密封槽502、轴承安装面面503、外壳安装504、螺栓孔505、黄油密封槽507、油杯孔506、螺纹孔701、注气通道702、弯管焊接孔703、旋转密封面704、静密封面705。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

实施例1

一种气液双流配注工具，包括主轴1、中心管3、配气组件和轴承11；其中：所述主轴1是中空回转柱体，上端设上接头，上接头下方内侧从上至下依次布置锁紧扣102和台阶结构103，下端设下接头，主轴1中部垂直轴线方向设有贯通的注气孔107；所述中心管3上端座封于主轴1台阶结构上，由锁紧套2锁紧，中心管3靠近主轴1注气孔107以下部分为外缩径结构，中心管3和主轴1之间形成上单输入下双输出流道结构；所述配气组件通过轴承11旋转密封在主轴1的注气孔107外周边。

实施例2

在实施例1的基础上，所述配气组件包括密封巢体5、注气壳体7、旋转密封12和弯管14；所述密封巢体5是中空回转体，下部是盘状，上部是套状，内侧布置有与旋转密封12配合的旋转密封槽501，密封巢体5上端较下端外径小内径大，下端内侧是与轴承11配合的轴承安装面504，外侧是外壳安装面503，盘状回转体外侧平行轴线均布多个螺栓孔505；所述注气壳体7是套状体，上下端面内均布多个螺纹孔701，中间单侧布置1个截面为阶梯状贯穿孔，贯穿孔内侧是注气通道702，外侧与弯管14连接配合。

进一步的，所述主轴1注气孔107两侧对称依序布置旋转气密封面106、轴承柱面105和黄油密封面104；所述密封巢体5套状体上端外侧布置1道静密封槽502，内侧布置2道旋转密封槽501，下端内侧面还布置黄油密封槽507和油杯孔506；所述注气壳体7贯穿孔外侧是弯管焊接孔703，壳体内侧注气孔两边依次是旋转密封面704和静密封面705。

更进一步的，在密封巢体5外侧与注气壳体7之间静密封面705处还布置注气静密封13。在主轴1与密封巢体5之间的轴承11内外分别设置内调整环6和外调整环8。在中心管3座封于主轴1处设有芯管密封9。

典型实施例3

如图1所示，一种气液双流配注工具，包括主轴1、锁紧套2、中心管3、螺栓组4、密封巢体5、内调整环6、注气壳体7、外调整环8、芯管密封9、黄油嘴10、轴承11、旋转密封12、注气静密封13、弯管14、由任15、黄油密封16。其中：

主轴1轴心部位是中心管3，用于传输钻井液，中心管3上端用O圈密封座封于主轴1台阶结构上，由锁紧套2锁紧，主轴1中部侧向有两个贯通的注气孔，经主轴1和中心管3之间的环空与中心管3形成上单输入下双输出流道结构，主轴1外侧是上下对称的旋转注气组件，组件最外侧是注气壳体7，中间是上下对称分布的两个密封巢体5，密封巢体5内侧布置旋转密封、外侧布置静密封、端面布置黄油密封，注气壳体7与密封巢体5之间由O圈密封并通过螺栓组4固连接，密封巢体5一端采用格莱圈实现与主轴1的旋转密封，一端通过角接触球轴承11实现与主轴1的旋转连接，上下密封巢体5与主轴1注气孔共同形成旋转密封注气通道，注气壳体7外部单侧布置贯穿孔，在对应位置焊接有注气弯管14，弯管14自由端是由任15接口。

如图2所示，所述主轴1是中空回转柱体，承受轴向载荷，上端内侧从上至下依次布置内钻杆扣101、锁紧扣102和台阶结构103，用于连接中心管，外侧下端是外钻杆扣108，主轴1中部垂直轴线方向有贯通的注气孔107，注气孔107两侧对称依序布置旋转气密封面106、轴承柱面105和黄油密封面104。

如图3所示，所述密封巢体5是中空回转体，下端是盘状，上端是套状，套状体上端外侧布置1道静密封槽502，内侧布置2道旋转密封槽501，上端较下端外径小内径大，下端内侧是轴承安装面504，外侧是外壳安装面503，盘状回转体外侧平行轴线均布多个螺栓孔505，内侧面布置黄油密封槽507和油杯孔506。

如图4所示，所述注气壳体7是套状体，上下端面内均布多个螺纹孔701，中间单侧布置1个截面为阶梯状贯穿孔，孔内侧是注气通道702，外侧是弯管焊接孔703，壳体内侧注气孔两边依次是旋转密封面704和静密封面705。

本发明提到的一种气液双流配注工具，其使用过程是：工具上接方钻杆或顶驱，下接双壁钻杆，侧面接高压注气管线，泥浆泵输入的钻井液经中心管3注入双壁钻杆内环空，高压气体由工具注气孔107进入，经主轴1和中心管3之间的环空进入双壁钻杆外环空，钻进时，主轴7随同钻柱旋转，旋转注气组件相对静止，定期更换密封组件时，分别拆除上下密封巢体5的连接螺栓4，取出密封巢体5更换相应旋转密封12和黄油密封16再装入工具。

Claims (6)

1.一种气液双流配注工具，包括主轴（1）、中心管（3）、配气组件和轴承（11）；其特征是：所述主轴（1）是中空回转柱体，上端设上接头，上接头下方内侧从上至下依次布置锁紧扣（102）和台阶结构（103），下端设下接头，主轴（1）中部垂直轴线方向设有贯通的注气孔（107）；所述中心管（3）上端座封于主轴（1）台阶结构上，由锁紧套（2）锁紧，中心管（3）靠近主轴（1）注气孔（107）以下部分为外缩径结构，中心管（3）和主轴（1）之间形成上单输入下双输出流道结构；所述配气组件通过轴承（11）旋转密封在主轴（1）的注气孔（107）外周边。

2.根据权利要求1所述的气液双流配注工具，其特征是：所述配气组件包括密封巢体（5）、注气壳体（7）、旋转密封（12）和弯管（14）；所述密封巢体（5）是中空回转体，下部是盘状，上部是套状，内侧布置有与旋转密封（12）配合的旋转密封槽（501），密封巢体（5）上端较下端外径小内径大，下端内侧是与轴承（11）配合的轴承安装面（504），外侧是外壳安装面（503），盘状回转体外侧平行轴线均布多个螺栓孔（505）；所述注气壳体（7）是套状体，上下端面内均布多个螺纹孔（701），中间单侧布置1个截面为阶梯状贯穿孔，贯穿孔内侧是注气通道（702），外侧与弯管（14）连接配合。

3.根据权利要求2所述的气液双流配注工具，其特征是：所述主轴（1）注气孔（107）两侧对称依序布置旋转气密封面（106）、轴承柱面（105）和黄油密封面（104）；所述密封巢体（5）套状体上端外侧布置1道静密封槽（502），内侧布置2道旋转密封槽（501），下端内侧面还布置黄油密封槽（507）和油杯孔（506）；所述注气壳体（7）贯穿孔外侧是弯管焊接孔（703），壳体内侧注气孔两边依次是旋转密封面（704）和静密封面（705）。

4.根据权利要求3所述的气液双流配注工具，其特征是：在密封巢体（5）外侧与注气壳体（7）之间静密封面（705）处还布置注气静密封（13）。

5.根据权利要求1或2、3、4所述的气液双流配注工具，其特征是：在主轴（1）与密封巢体（5）之间的轴承（11）内外分别设置内调整环（6）和外调整环（8）。

6.根据权利要求5所述的气液双流配注工具，其特征是：在中心管（3）座封于主轴（1）处设有芯管密封（9）。

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