[发明专利]一种无隔水管双梯度钻井钻柱安全控制装置

说明书

一种无隔水管双梯度钻井钻柱安全控制装置，由压差自锁滑套机构、解脱回接机构、瓣阀封堵机构和球阀封堵机构组成。压差自锁滑套机构由压差自锁滑芯组成，机构连接后，泵入流体压井，压差自锁滑芯上下端面产生的压力差，驱动压差自锁滑芯移动来推动球阀阀芯转动，开启内部通道；解脱回接机构采用插扣连接，拉溃插头实现钻柱的解脱及回接；瓣阀封堵机构在钻柱解脱时，实现上部钻柱内流体的封堵；球阀封堵机构解脱时对下部钻柱内流体的封堵。本发明可实现紧急预警时钻柱解脱，自动封堵钻柱内高压流体，保证无隔水管钻井作业安全；同时，紧急预警解除后，可实现钻柱自主导向回接，然后通入流体压井驱动压差自锁滑芯移动来实现内部通道开启。

技术领域

本发明设计用于深海水下油气开采技术领域，具体涉及一种无隔水管双梯度钻井钻柱安全控制装置。

背景技术

海洋天然气水合物储量巨大，是未来能源开采的重要方向，中国水合物多储藏在南海深水区域的浅层地层内，面对常规深水钻井作业压力窗口狭窄、浅层地质灾害等难题，安全高效的水合物钻探是亟待解决的关键问题，无隔水管钻井技术是实现海洋天然气水合物钻井可行的方案。

然而在无隔水管深水钻井作业过程中，钻柱直接暴露在海水里，在海洋环境中易受到风浪等冲击以及浮动钻井平台运动的作用下发生复杂变形，造成钻柱、管柱的破坏，发生油气的泄露，从而带来海洋环境的污染；再者由于钻井平台或钻井船上拥有大量的设备和工作人员，若在此紧急情况下不能及时的与下部钻柱、管柱解脱撤离，将会带来更大的安全事故，造成严重的经济损失。

现有的钻柱安全控制装置回接时，由于机构回接和内部通道开启同时进行，机构尚未完全连接阀门打开，下部高压流体瞬间释放冲击整个装置或钻井平台，造成更大的经济损失；同时，传统的回接方式是通过剪切销钉回填使上下钻柱连接后正常工作，但是剪切销钉回填可靠性差，存在未填充的情况，使得钻柱受力不均，影响钻井作业；其次，已有的钻柱安全控制装置采用一个封堵机构，解脱后只对钻柱下部分的高压流体进行简单的封堵，没有对上部钻柱内的流体进行封堵；现有的钻柱安全控制装置多采用剪切销钉连接，正常钻进时，剪切销钉要承受较大的扭矩和钻压，所以剪切销钉的抗剪切力好，因此在解脱时需要更大的拉力拉断销钉，导致钻柱安全控制装置解脱不迅速。

发明内容

为了解决上述问题，本发明专利提供了用于海洋钻井的一种无隔水管双梯度钻井钻柱安全控制装置。本发明采用压差自锁滑套机构，在外部机构回接后泵入流体，在压差自锁滑芯上形成的压力差推动压差自锁滑芯移动来开启下部球阀封堵机构，解决传统回接方式下外部机构回接与内部通道开启同时进行所带来的冲击与泄漏；采用插扣式连接来解决传统销钉连接在回接时填充不充分、可靠性差问题；设置两个封堵机构，解决单一封堵机构封堵不充分，存在泄漏的问题；采用插扣式连接的特殊插头可解决传统销钉连接方式下解脱不迅速问题；从而有效的保证钻井工程作业过程中钻柱安全。

本发明专利解决其技术问题所采用以下技术方案是：一种无隔水管双梯度钻井钻柱安全控制装置，由组装完成的公体和母体两个模块组成，公体由上接头、与上接头螺纹连接的连接器外壳体、与连接器外壳体螺纹连接的插头、连接器外壳体内的瓣阀封堵机构和压差自锁滑套机构组成，母体由下接头、与下接头焊接的对中筒、与下接头螺纹连接的球阀封堵机构及推杆组成，公体与母体通过回接导向机构导向后完成插扣式连接；所述的压差自锁滑套机构由自锁滑套上接头、压差自锁滑芯、自锁滑套外壳体、自锁滑套下接头、弹簧II和推力轴承组成，在自锁滑套外壳体内装入弹簧II再放入推力轴承与自锁滑套下接头，压差自锁滑芯从中间穿过弹簧II，再套上自锁滑套上接头，自锁滑套上接头与自锁滑套外壳体螺纹连接，通过压差自锁滑芯上下端面面积差产生压力差推动压差自锁滑芯向下运动，自锁滑套下接头转动实现自锁。

所述的压差自锁滑芯上端外环侧设计有自锁导块、导向斜面，并且上端面大于下端面。