CN104832127B - 应用于欠平衡钻井/完井的智能控制套管阀 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种应用于欠平衡钻井/完井的智能控制套管阀，包括本体、阀板、电池组、RFID系统、由RFID系统控制的液压泵、由液压泵控制的内缸套；RFID系统包括标签和阅读器，标签嵌入钻柱或者为信号球，阅读器安装在本体的上部；本体的下部形成有容腔，液压泵的液压管线分别连接在容腔的两端；内缸套与容腔形成密封腔，其侧壁上设有凸台，该凸台嵌入容腔；内缸套的下端与阀板相接触，阀板通过销轴和套在销轴外的扭簧固定在本体上；内缸套向下能打开阀板；电池组设置在本体上，分别与液压泵和阅读器相连接。该智能控制套管阀安装简单，且能根据井底工况选择阀板是否关闭，有效延长套管阀的使用寿命，提高欠平衡钻井效率和安全性。

Description

应用于欠平衡钻井/完井的智能控制套管阀

技术领域

本发明涉及石油工程欠平衡钻井技术领域，特别涉及一种应用于欠平衡钻井/完井的智能控制套管阀。

背景技术

随着对油气资源量需求的不断增加和钻井技术的不断进步，欠平衡钻井技术得到了深入研究和不断发展。欠平衡钻井技术有很多优越性，它能有效解决传统钻井所带来的污染油气层的难题，大大减轻钻井对地层的伤害，减少井漏，提高机械钻速，缩短建井周期，尤其是能有效发现隐蔽性的油气层等。然而目前大多数的欠平衡钻井只在钻进过程中实现了欠平衡，而在完井等作业时，都是采用先压井后作业的方式，这种作业在很大程度上产生了对油气层的污染，影响了欠平衡钻井的效果。因此，近年来又提出了全过程欠平衡钻井技术的概念，即在钻井、完井整个过程中都采用不压井作业的形式，从而最终避免对油气层的伤害，而井下套管阀是实现全过程欠平衡作业的核心工具之一。

井下套管阀技术是20世纪90年代中后期出现的一项新技术，针对该项新技术，国内外很多公司都展开了相应的研究工作。目前井下套管阀主要分为有线套管阀和无线套管阀。有线套管阀主要包括液压控制套管阀和电缆控制套管阀。液压控制套管阀由地面液压控制柜连接单根或两根液压毛细液管线到井下套管阀的液压腔上，通过地面对液压控制柜的操作使两根液压毛细油管的某一根通高压来实现井下套管阀的阀舌的打开与关闭。这种形式的井下套管阀的安装过程复杂。这对正常钻井施工会造成一定的负面影响，并且近千米的高压毛细油管线在钻井井下使用本身就是一个高危故障源。电缆控制套管阀是由地面电缆连接套管阀的电机，通过控制电机的正反转来控制蜗齿传动装置进而控制套管阀阀板的开关。几百米甚至上千米的电缆增加了套管阀的应用成本，仍然是一个高危故障源。

无线套管阀主要包括无线机械式套管阀和无线电子式套管阀。无线机械式套管阀主要有哈里伯顿公司的快速起钻阀(Quick Trip Valve，QTV)系统，该套管阀在钻柱底部安装一套打开套管阀内缸套的机械装置，该机械装置降低了钻柱的抗扭能力，影响钻井液的流动通道。无线电子式套管阀主要有电磁式无线套管阀，该套管阀是在套管阀阀板上方一定距离安装一个无磁套管短节，当钻柱经过该短节时会引起磁导率的变化，进而通过控制系统控制套管阀阀板的开关。该套管阀一旦随套管安装以后，即使不需要关闭套管阀阀板时，只要钻柱经过时也会关闭，这样就加快了对电源的消耗。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种应用于欠平衡钻井/完井的智能控制套管阀，其安装简单，且能根据井底工况选择阀板是否关闭，延长套管阀的使用寿命，提高欠平衡钻井效率和安全性。

为此，本发明的技术方案如下：

一种应用于欠平衡钻井/完井的智能控制套管阀，其与套管通过丝扣连接成为套管柱的一部分；所述智能控制套管阀包括本体、阀板、电池组、RFID系统、由RFID系统控制开闭的液压泵和由液压泵控制其上下运动的内缸套；所述RFID系统包括标签和阅读器，所述标签嵌入钻柱或者以信号球的单独设置，所述阅读器安装在所述本体的上部，所述液压泵通过信号线与所述阅读器连接；所述本体的下部形成有容腔，所述液压泵的两根液压管线分别连接在所述容腔的上下两端；所述内缸套与所述容腔形成密封腔，内缸套的侧壁上设有凸台，所述凸台嵌入上述容腔并通过密封圈与容腔壁形成密封；所述内缸套的下端与所述阀板相接触，所述阀板通过销轴和套在销轴外的扭簧固定在所述本体上；所述内缸套向下能打开所述阀板；所述电池组设置在本体上，分别与液压泵和阅读器相连接，为其供电。

所述阀板的上表面为不规则弧面，阀板的自由端向下时，其仍能与内缸套的相应侧相接触，直至阀板固定侧受到扭簧向上的力小于内缸套向下的力，阀板打开。

所述信号球的芯部为标签，外部为保护层，保护层材料为树脂，优选酚醛树脂。

所述标签嵌入智能短节内部，其表面覆有耐磨层，所述智能短节连接在钻柱上。

该应用于欠平衡钻井/完井的智能控制套管阀，不仅去掉了从地表井口至套管阀的几百米甚至上千米的附加管线，而且能实现钻柱经过套管阀时根据井底工况选择套管阀阀板是否关闭的功能，其满足智能控制套管阀开关的要求，能延长套管阀的使用寿命，提高欠平衡钻井效率和安全性，能促进欠平衡钻进技术的进一步推广应用。

附图说明

图1为本发明提供的应用于欠平衡钻井/完井的智能控制套管阀的结构图；、

图2为智能短节剖面图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明提供的应用于欠平衡钻井/完井的智能控制套管阀的结构进行详细描述。

实施例1

如图1、2所示：智能控制套管阀通过丝扣连接成为套管柱3的一部分，其包括本体11、阀板16、电池组7、RFID系统、由RFID系统控制开闭的液压泵9和由液压泵9控制其上下运动的内缸套12；其中，RFID系统包括标签17和阅读器6，标签17嵌入智能短节5内部，其表面覆有耐磨层18，该智能短节连接在钻柱4上；阅读器6安装在本体11的上部，液压泵9通过信号线8与阅读器6连接；本体11的下部形成有容腔2，液压泵9的两根液压管线10分别连接在容腔2的上下两端；内缸套12与容腔2形成密封腔，内缸套12的侧壁上设有凸台，凸台嵌入上述容腔2并通过密封圈13与容腔壁形成密封；内缸套12的下端与阀板16相接触，阀板16通过销轴14和套在销轴14外的扭簧15固定在本体11上；内缸套12向下能打开阀板16；所述电池组7设置在本体11上，分别与液压泵9和阅读器6相连接，为其供电。电池组优选锂电池。

阀板16的上表面为不规则弧面，阀板16的自由端向下时，其仍能与内缸套12的相应侧相接触，直至阀板16固定侧受到扭簧15向上的力小于内缸套12向下的力，阀板16打开。

使用时：钻柱4上提，如果阅读器6检测不到标签17，则阀板16保持打开状态不关闭，钻柱4继续上提；而当阅读器6检测到标签17后产生激励信号通过信号线8控制液压泵9反转，电池组7为液压泵9提供动力源，通过液压管线10使内缸套12的凸台在容腔2中向上移动，继而带动内缸套12上行，通过销轴14上的扭簧15关闭套管阀阀板16，实现对套管阀阀板16以下井筒压力的密封。

实施例2

与实施例1中智能控制套管阀结构不同的是：该钻柱4上没有连接智能短节5，标签采用信号球19的方式存在，该信号球19芯部为标签17，外部为树脂形成的保护层，树脂优选酚醛树脂。

使用时，由于钻柱4在下井之前没有安装智能短节5，但在破碎岩石过程中，地层压力突然增大，钻柱4起钻时需要关闭套管阀阀板16，这时只需将钻柱4的最下端起钻到阀板16与信号阅读器6之间的位置，然后从井口1投入信号球19，当信号球19沿钻柱4的内孔下落到阅读器6附近时，阅读器6检测到标签17控制内缸套12上行，关闭套管阀阀板16以实现对套管阀阀板16以下井筒压力的密封。

该应用于欠平衡钻井/完井的智能控制套管阀，不仅去掉了从地表井口至套管阀的几百米甚至上千米的附加管线，而且能实现钻柱经过套管阀时根据井底工况选择套管阀阀板是否关闭的功能，省电，可延长套管阀的使用寿命，提高欠平衡钻井效率和安全性，能促进欠平衡钻进技术的进一步推广应用。

Claims (5)

1.一种应用于欠平衡钻井/完井的智能控制套管阀，其与套管连接成为套管柱(3)的一部分；其特征在于：所述智能控制套管阀包括本体(11)、阀板(16)、电池组(7)、RFID系统、由RFID系统控制开闭的液压泵(9)和由液压泵(9)控制其上下运动的内缸套(12)；所述RFID系统包括标签(17)和阅读器(6)，所述标签(17)嵌入钻柱(4)或者以信号球(19)的方式单独设置，所述阅读器(6)安装在所述本体(11)的上部，所述液压泵(9)通过信号线(8)与所述阅读器(6)连接；所述本体(11)的下部形成有容腔(2)，所述液压泵(9)的两根液压管线(10)分别连接在所述容腔(2)的上下两端；所述内缸套(12)与所述容腔(2)形成密封腔，内缸套(12)的侧壁上设有凸台，所述凸台嵌入上述容腔(2)并通过密封圈(13)与容腔壁形成密封；所述内缸套(12)的下端与所述阀板(16)相接触，所述阀板(16)通过销轴(14)和套在销轴(14)外的扭簧(15)固定在所述本体(11)上；所述内缸套(12)向下能打开所述阀板(16)；所述电池组(7)设置在本体(11)上，分别与液压泵(9)和阅读器(6)相连接。

2.如权利要求1所述智能控制套管阀，其特征在于：所述阀板(16)的上表面为不规则弧面。

3.如权利要求1所述智能控制套管阀，其特征在于：所述信号球(19)的芯部为标签(17)，外部为保护层。

4.如权利要求1所述智能控制套管阀，其特征在于：所述标签(17)嵌入智能短节(5)内部，其表面覆有耐磨层(18)，所述智能短节(5)连接在钻柱(4)上。

5.如权利要求3所述智能控制套管阀，其特征在于：所述保护层为树脂。