[其他]地下防喷器

说明书

本发明属于石油、地质和矿产等行业钻井时用于地下关闭井眼，进而制服井喷的一种封井装置，尤指一种设置在钻柱中的轴向延伸的有内流道的地下防喷器。

石油、地质和矿产用的钻机使用一种中空的管子作为钻井用的管柱（亦称钻柱）。根据不同的需要，钻柱可以长达数千乃至上万米。在钻柱下端装有破碎岩石用的钻头。钻井液（亦称钻井泥浆）经过钻柱内孔泵送到钻头，穿过钻头喷嘴，沿着钻柱与井壁间的环形空间返回地面。钻井过程中产生的热量和岩屑由钻井液带走。

钻井液柱静压力与地层流体压力之间保持某种“平衡”关系，这种平衡关系的破坏可能给钻井过程造成麻烦。“过平衡”（液柱压力高于地层流体压力）可能使结构松散（较弱）的地层发生裂缝，而“欠平衡”（液柱压力低于地层流体压力）则可能引起“井涌”或“井喷”。液柱压力低于地层流体压力时，地层流体涌入井筒，这种现象称作“井涌”。比重低的地层流体如盐水和气体进入井筒，就会降低钻井液的比重，从而降低液柱压力，致使欠平衡状态进一步发展。最终导致地层流体经由井眼喷向地面，这种现象叫做“井喷”。井喷危及人身、设备和地下矿产的安全，因而人们总要千方百计防止井喷发生。

现行防喷器安装在地面。地面防喷器通过关闭钻柱与井壁间的环形空间而控制井内压力。关井后井涌流体继续流入井筒而使井内压力上升，直至井内液柱压力达到与地层流体压力平衡时，井涌才停止。

地面防喷器关闭的井筒成为封闭容器，井筒中的液柱压力分布取决于井内流体的性质。由于井内流体性质的变化（受到井涌流体污染），井内液柱压力分布也将发生变化，因而在井筒下部建立液柱压力与地层流体压力的平衡关系时，在井筒的其它部位如套管鞋处或较弱地层与井筒的汇交处，井内流体的液柱压力可能超过地层所能承受的压力而导致地层被压裂。这种情况在钻井中遇到高压地层和浅层天然气层时常有可能发生。现行防喷器不能应付这种复杂情况。

有时尽管未发生压裂地层，但过高的液柱压力可能在井筒的某一部位处超过较低的地层流体压力而使井液侵入地层，这种现象叫做“地下井喷”，地下井喷严重地破坏地层的生产能力。为了保护地层的生产能力，防止污染，地下井喷也应千方百计避免，对于地下井喷，现行防喷器也是无能为力的。

制服井涌或井喷的难易程度取决于井涌流体的数量，涌入井内的流体越多，井涌就越难以制止，地面防喷器关井后被封闭的井筒空间很大，且因井内流体的可压缩性（尤其是气体入侵后的情况），只有在大量井涌流体进入井筒后，液柱压力才能升高到与地层流体压力相平衡的程度，这就使制服井涌的难度进一步增加。

地下防喷器作为重要的研究课题，前人已作过许多工作，美国专利US4，367，794介绍的声控地下防喷器，在理论上是可行的，但在实践上由于声学控制系统的可靠性差，需有一套附加设备、需在井内恶劣条件下把声信号接收器、微电机，减速器和耐高湿的蓄电池组等复杂而娇嫩的装置植入地下防喷器，从而使这种地下防喷器的实际可行性受到损害。美国专利US3，941，190介绍的地下防喷器，采用投入式器具来诱发操作，由于井喷发生在千钧一发之际，严重井喷时根本不可能将诱发器投入钻柱，且投入式诱发器具难于取出以使地下防喷器恢复正常工作状态，所以这种地下防喷器实际上是不可行的。此外，这种地下防喷器都不具有钻井液内流道，因此在可胀式封隔器胀开过程中，存在于井壁和封隔器间的湍流可能冲段井壁，破坏封隔器的密封能力。

本发明的主要目的是提供一种包含一个液压膨胀封隔器、一个液压程序控制器和一个液控内流道阀的封井装置，尤指地下防喷器。这种封井装置简单、可靠而反应灵敏，不需要附设特殊控制设备，能适应钻井过程和防喷过程的特殊要求。

为了实现本发明的目的，设计了一种地下封井装置，它包括一个带有轴向延伸的有内流道的壳体，壳体由一个阀、一个液压膨胀封隔器和一个操纵阀的液压程序控制器组成。在封隔器中，有一个弹性元件，其一边与钻井液内流道相通，另一边与一个与密闭的封隔器油腔相通的液压顺序阀联通，在封隔器的上、下滑套之间安装了一个弹性油囊，形成一个滑动组合，可以一起在壳体上滑动，弹性油囊径向膨胀时，就将井筒内环形空间封闭，当滑动组合处在不同位置上时，其内部的通道切换便可使被封隔器封隔成的上、下环形空间与钻柱中心孔联通或断开，操纵阀开闭的是一个安装在壳体内的液压缸。

液压缸的活塞的输出端与一个齿条齿轮机构相连，这个齿条齿轮机构又通过一个棘轮棘爪机构带动阀的运动。

所说的弹性元件是一个与壳体中心孔同心安装的可膨胀的弹性管形元件，其外壁与壳体内壁之间形成一个环形油腔。