應(yīng)用于欠平衡鉆井/完井的智能控制套管閥的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及石油工程欠平衡鉆井技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種應(yīng)用于欠平衡鉆井/完井的智能控制套管閥。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著對油氣資源量需求的不斷增加和鉆井技術(shù)的不斷進(jìn)步，欠平衡鉆井技術(shù)得到了深入研宄和不斷發(fā)展。欠平衡鉆井技術(shù)有很多優(yōu)越性，它能有效解決傳統(tǒng)鉆井所帶來的污染油氣層的難題，大大減輕鉆井對地層的傷害，減少井漏，提高機(jī)械鉆速，縮短建井周期，尤其是能有效發(fā)現(xiàn)隱蔽性的油氣層等。然而目前大多數(shù)的欠平衡鉆井只在鉆進(jìn)過程中實(shí)現(xiàn)了欠平衡，而在完井等作業(yè)時，都是采用先壓井后作業(yè)的方式，這種作業(yè)在很大程度上產(chǎn)生了對油氣層的污染，影響了欠平衡鉆井的效果。因此，近年來又提出了全過程欠平衡鉆井技術(shù)的概念，即在鉆井、完井整個過程中都采用不壓井作業(yè)的形式，從而最終避免對油氣層的傷害，而井下套管閥是實(shí)現(xiàn)全過程欠平衡作業(yè)的核心工具之一。
[0003]井下套管閥技術(shù)是20世紀(jì)90年代中后期出現(xiàn)的一項(xiàng)新技術(shù)，針對該項(xiàng)新技術(shù)，國內(nèi)外很多公司都展開了相應(yīng)的研宄工作。目前井下套管閥主要分為有線套管閥和無線套管閥。有線套管閥主要包括液壓控制套管閥和電纜控制套管閥。液壓控制套管閥由地面液壓控制柜連接單根或兩根液壓毛細(xì)液管線到井下套管閥的液壓腔上，通過地面對液壓控制柜的操作使兩根液壓毛細(xì)油管的某一根通高壓來實(shí)現(xiàn)井下套管閥的閥舌的打開與關(guān)閉。這種形式的井下套管閥的安裝過程復(fù)雜。這對正常鉆井施工會造成一定的負(fù)面影響，并且近千米的高壓毛細(xì)油管線在鉆井井下使用本身就是一個高危故障源。電纜控制套管閥是由地面電纜連接套管閥的電機(jī)，通過控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來控制蝸齒傳動裝置進(jìn)而控制套管閥閥板的開關(guān)。幾百米甚至上千米的電纜增加了套管閥的應(yīng)用成本，仍然是一個高危故障源。
[0004]無線套管閥主要包括無線機(jī)械式套管閥和無線電子式套管閥。無線機(jī)械式套管閥主要有哈里伯頓公司的快速起鉆閥(Quick Trip Valve,QTV)系統(tǒng)，該套管閥在鉆柱底部安裝一套打開套管閥內(nèi)缸套的機(jī)械裝置，該機(jī)械裝置降低了鉆柱的抗扭能力，影響鉆井液的流動通道。無線電子式套管閥主要有電磁式無線套管閥，該套管閥是在套管閥閥板上方一定距離安裝一個無磁套管短節(jié)，當(dāng)鉆柱經(jīng)過該短節(jié)時會引起磁導(dǎo)率的變化，進(jìn)而通過控制系統(tǒng)控制套管閥閥板的開關(guān)。該套管閥一旦隨套管安裝以后，即使不需要關(guān)閉套管閥閥板時，只要鉆柱經(jīng)過時也會關(guān)閉，這樣就加快了對電源的消耗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種應(yīng)用于欠平衡鉆井/完井的智能控制套管閥，其安裝簡單，且能根據(jù)井底工況選擇閥板是否關(guān)閉，延長套管閥的使用壽命，提高欠平衡鉆井效率和安全性。
[0006]為此，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0007]一種應(yīng)用于欠平衡鉆井/完井的智能控制套管閥，其與套管通過絲扣連接成為套管柱的一部分；所述智能控制套管閥包括本體、閥板、電池組、RFID系統(tǒng)、由RFID系統(tǒng)控制開閉的液壓泵和由液壓泵控制其上下運(yùn)動的內(nèi)缸套；所述RFID系統(tǒng)包括標(biāo)簽和閱讀器，所述標(biāo)簽嵌入鉆柱或者以信號球的單獨(dú)設(shè)置，所述閱讀器安裝在所述本體的上部，所述液壓泵通過信號線與所述閱讀器連接；所述本體的下部形成有容腔，所述液壓泵的兩根液壓管線分別連接在所述容腔的上下兩端；所述內(nèi)缸套與所述容腔形成密封腔，其側(cè)壁上設(shè)有凸臺，所述凸臺嵌入上述容腔并通過密封圈與容腔壁形成密封；所述內(nèi)缸套的下端與所述閥板相接觸，所述閥板通過銷軸和套在銷軸外的扭簧固定在所述本體上；所述內(nèi)缸套向下能打開所述閥板；所述電池組設(shè)置在本體上，分別與液壓泵和閱讀器相連接，為其供電。
[0008]所述閥板的上表面為不規(guī)則弧面，閥板的自由端向下時，其仍能與內(nèi)缸套的相應(yīng)偵_接觸，直至閥板固定側(cè)受到扭簧向上的力小于內(nèi)缸套向下的力，閥板打開。
[0009]所述信號球的芯部為標(biāo)簽，外部為保護(hù)層，保護(hù)層材料為樹脂，優(yōu)選酚醛樹脂。
[0010]所述標(biāo)簽嵌入智能短節(jié)內(nèi)部，其表面覆有耐磨層，所述智能短節(jié)連接在鉆柱上。
[0011]該應(yīng)用于欠平衡鉆井/完井的智能控制套管閥，不僅去掉了從地表井口至套管閥的幾百米甚至上千米的附加管線，而且能實(shí)現(xiàn)鉆柱經(jīng)過套管閥時根據(jù)井底工況選擇套管閥閥板是否關(guān)閉的功能，其滿足智能控制套管閥開關(guān)的要求，能延長套管閥的使用壽命，提高欠平衡鉆井效率和安全性，能促進(jìn)欠平衡鉆進(jìn)技術(shù)的進(jìn)一步推廣應(yīng)用。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明提供的應(yīng)用于欠平衡鉆井/完井的智能控制套管閥的結(jié)構(gòu)圖；、
[0013]圖2為智能短節(jié)剖面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明提供的應(yīng)用于欠平衡鉆井/完井的智能控制套管閥的結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0015]實(shí)施例1
[0016]如圖1、2所示:智能控制套管閥通過絲扣連接成為套管柱3的一部分，其包括本體
11、閥板16、電池組7、RFID系統(tǒng)、由RFID系統(tǒng)控制開閉的液壓泵9和由液壓泵9控制其上下運(yùn)動的內(nèi)缸套12 ;其中，RFID系統(tǒng)包括標(biāo)簽17和閱讀器6，標(biāo)簽17嵌入智能短節(jié)5內(nèi)部，其表面覆有耐磨層18，該智能短節(jié)連接在鉆柱4上；閱讀器6安裝在本體11的上部，液壓泵9通過信號線8與閱讀器6連接；本體11的下部形成有容腔2，液壓泵9的兩根液壓管線10分別連接在容腔2的上下兩端；內(nèi)缸套12與容腔2形成密封腔，其側(cè)壁上設(shè)有凸臺，凸臺嵌入上述容腔2并通過密封圈13與容腔壁形成密封；內(nèi)缸套12的下端與閥板16相接觸，閥板16通過銷軸14和套在銷軸14外的扭簧15固定在本體11上；內(nèi)缸套12向下能打開閥板16 ;所述電池組7設(shè)置在本體11上，分別與液壓泵9和閱讀器6相連接，為其供電。電池組優(yōu)選鋰電池。
[0017]閥板16的上表面為不規(guī)則弧面，閥板16的自由端向下時，其仍能與內(nèi)缸套12的相應(yīng)側(cè)相接觸，直至閥板16固定側(cè)受到扭簧15向上的力小于內(nèi)缸套12向下的力，閥板16打開。
[0018]使用時:鉆柱4上提，如果閱讀器6檢測不到標(biāo)簽17，則閥板16保持打開狀態(tài)不關(guān)閉，鉆柱4繼續(xù)上提；而當(dāng)閱讀器6檢測到標(biāo)簽17后產(chǎn)生激勵信號通過信號線8控制液壓泵9反轉(zhuǎn)，電池組7為液壓泵9提供動力源，通過液壓管線10使內(nèi)缸套12的凸臺在容腔2中向上移動，繼而帶動內(nèi)缸套12上行，通過銷軸14上的扭簧15關(guān)閉套管閥閥板16，實(shí)現(xiàn)對套管閥閥板16以下井筒壓力的密封。
[0019]實(shí)施例2
[0020]與實(shí)施例1中智能控制套管閥結(jié)構(gòu)不同的是:該鉆柱4上沒有連接智能短節(jié)5，標(biāo)簽采用信號球19的方式存在，該信號球19芯部為標(biāo)簽17，外部為樹脂形成的保護(hù)層，樹脂優(yōu)選酚醛樹脂。
[0021]使用時，由于鉆柱4在下井之前沒有安裝智能短節(jié)5，但在破碎巖石過程中，地層壓力突然增大，鉆柱4起鉆時需要關(guān)閉套管閥閥板16，這時只需將鉆柱4的最下端起鉆到閥板16與信號閱讀器6之間的位置，然后從井口 I投入信號球19，當(dāng)信號球19沿鉆柱4的內(nèi)孔下落到閱讀器6附近時，閱讀器6檢測到標(biāo)簽17控制內(nèi)缸套12上行，關(guān)閉套管閥閥板16以實(shí)現(xiàn)對套管閥閥板16以下井筒壓力的密封。
[0022]該應(yīng)用于欠平衡鉆井/完井的智能控制套管閥，不僅去掉了從地表井口至套管閥的幾百米甚至上千米的附加管線，而且能實(shí)現(xiàn)鉆柱經(jīng)過套管閥時根據(jù)井底工況選擇套管閥閥板是否關(guān)閉的功能，省電，可延長套管閥的使用壽命，提高欠平衡鉆井效率和安全性，能促進(jìn)欠平衡鉆進(jìn)技術(shù)的進(jìn)一步推廣應(yīng)用。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種應(yīng)用于欠平衡鉆井/完井的智能控制套管閥，其與套管連接成為套管柱(3)的一部分；其特征在于:所述智能控制套管閥包括本體(11)、閥板(16)、電池組(7)、RFID系統(tǒng)、由RFID系統(tǒng)控制開閉的液壓泵(9)和由液壓泵(9)控制其上下運(yùn)動的內(nèi)缸套(12);所述RFID系統(tǒng)包括標(biāo)簽(17)和閱讀器(6)，所述標(biāo)簽(17)嵌入鉆柱(4)或者以信號球(19)的方式單獨(dú)設(shè)置，所述閱讀器(6)安裝在所述本體(11)的上部，所述液壓泵(9)通過信號線(8)與所述閱讀器(6)連接；所述本體(11)的下部形成有容腔(2)，所述液壓泵(9)的兩根液壓管線(10)分別連接在所述容腔(2)的上下兩端；所述內(nèi)缸套(12)與所述容腔(2)形成密封腔，其側(cè)壁上設(shè)有凸臺，所述凸臺嵌入上述容腔(2)并通過密封圈(13)與容腔壁形成密封；所述內(nèi)缸套(12)的下端與所述閥板(16)相接觸，所述閥板(16)通過銷軸(14)和套在銷軸(14)外的扭簧(15)固定在所述本體(11)上；所述內(nèi)缸套(12)向下能打開所述閥板(16);所述電池組(7)設(shè)置在本體(11)上，分別與液壓泵(9)和閱讀器(6)相連接。
2.如權(quán)利要求1所述智能控制套管閥，其特征在于:所述閥板(16)的上表面為不規(guī)則弧面。
3.如權(quán)利要求1所述智能控制套管閥，其特征在于:所述信號球(19)的芯部為標(biāo)簽(17)，外部為保護(hù)層。
4.如權(quán)利要求1所述智能控制套管閥，其特征在于:所述標(biāo)簽(17)嵌入智能短節(jié)(5)內(nèi)部，其表面覆有耐磨層(18)，所述智能短節(jié)(5)連接在鉆柱(4)上。
5.如權(quán)利要求3所述智能控制套管閥，其特征在于:所述保護(hù)層為樹脂。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種應(yīng)用于欠平衡鉆井/完井的智能控制套管閥，包括本體、閥板、電池組、RFID系統(tǒng)、由RFID系統(tǒng)控制的液壓泵、由液壓泵控制的內(nèi)缸套；RFID系統(tǒng)包括標(biāo)簽和閱讀器，標(biāo)簽嵌入鉆柱或者為信號球，閱讀器安裝在本體的上部；本體的下部形成有容腔，液壓泵的液壓管線分別連接在容腔的兩端；內(nèi)缸套與容腔形成密封腔，其側(cè)壁上設(shè)有凸臺，該凸臺嵌入容腔；內(nèi)缸套的下端與閥板相接觸，閥板通過銷軸和套在銷軸外的扭簧固定在本體上；內(nèi)缸套向下能打開閥板；電池組設(shè)置在本體上，分別與液壓泵和閱讀器相連接。該智能控制套管閥安裝簡單，且能根據(jù)井底工況選擇閥板是否關(guān)閉，有效延長套管閥的使用壽命，提高欠平衡鉆井效率和安全性。
【IPC分類】E21B34-06
【公開號】CN104832127
【申請?zhí)枴緾N201510214510
【發(fā)明人】范永濤, 周俊然, 王益山, 吳欣袁, 楊曉勇, 張耕培, 李萍
【申請人】中國石油集團(tuán)渤海鉆探工程有限公司
【公開日】2015年8月12日
【申請日】2015年4月29日