[发明专利]一种充气钻井密封装置

说明书

技术领域：

本发明涉及一种用于油、气田定向钻井工程的井下装置。

背景技术：

随着油田开发进入中后期，众多的主力区块地层压力亏空严重，井漏、卡钻、油层污染等问题成为中后期钻井技术难点之一。充气钻井技术作为低压钻井技术系列的一个分支，以其能有效预防井漏、卡钻、施工工艺简单、操作成本低而得到推广。但在应用过程中也存在一定问题，因为需要充入空气，目前现场采用的常规的立管注气满足不了井眼轨迹控制过程中无线随钻测量仪器的信号传输，这就限制了充气钻井在水平井、侧钻水平井和分支井等需要定向钻井的施工中的应用。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种在采用两层同心技术套管环空间隙作为注气通道的充气钻井施工时能够满足井眼轨迹控制过程中无线随钻测量仪器信号传输的充气钻井密封装置。

本发明是这样实现的。此种密封装置由塑胶塞、塑胶球、限位罩、胶塞铁环、下固定环、橡胶筒、上压环、限位齿、弹簧、下推动环、止回环、限位环、上推动环、活塞、密封圈、传压孔、内管、外管、上接头组成，内管外侧从上至下依次套装有活塞、上推动环、限位环、止回环、下推动环、弹簧、上压环、橡胶筒和下固定环，上端以螺纹与外管内侧相连接，限位环以螺纹与外管下端螺纹相连接，外管上端以螺纹与接头相连接；活塞上部外侧密封槽内设有密封圈，用以实现活塞与内管、外管之间的密封；内管上部设有传压孔，下部外侧设有限位齿；内管下端以螺纹与下固定环和胶塞铁环相连接，胶塞铁环下端设有塑胶塞，二者通过热力熔固在一起；塑胶塞上部内侧球座上设有塑胶球，其上方设有限位罩，限位罩下部与塑胶塞热固在一起。该密封装置工作过程如下：使用时，将该密封装置连接于辅助层套管柱上下到预定位置，从套管内注入钻井液打压，由于塑胶球与塑胶塞的单向密封作用，压力通过内管上的传压孔作用在活塞上，再通过上推动环、止回环、下推动环和上压环作用在橡胶筒上，由于下压环通过丝扣固定在内管上，所以橡胶筒会在定压下逐渐压缩发生弹性变形并封闭管柱与外层套管之间的环空；当止回环移动至内管上的限位齿处时，由于止回环为一弹性开口环，在其下斜面和限位齿上斜面的作用下，止回环会越过限位齿，此时活塞在限位环的阻挡作用下不再下移，井口压力升高，密封完毕。由于止回环上端面和限位齿下端面均为直角面，接触后使得止回环在内管内卸压后不能再退回，橡胶筒处于弹性变形状态，始终密封环形间隙。作业时，用钻头钻掉塑胶塞实现内筒与下部井眼的贯通。在钻井作业完成后，固井前将整个管柱提起后逆时针转动2～3圈，由于限位齿和止回环加工为反扣，随着转动止回环会拧到限位齿上端，使得橡胶筒恢复原状，解除密封，辅助层套管柱即可顺利起出。

本发明设计合理，工作可靠，利用它可以在钻进过程中使钻杆中心的循环介质处于纯液相状态，密封装置深度以上处于气液两相流状态，降低了井底环空的循环压力，从而实现定向井低压钻井的正常进行，保证钻杆内MWD、泥浆脉冲信号传输和井下动力钻具的正常工作，从而解除了充气钻井受井眼轨迹无法控制和井下动力钻具在充气泥浆状态下不能正常工作的限制。

附图说明：

附图为本发明的整体结构示意图。

具体实施方式：

本发明由以下实施例给出，下面结合附图予以说明。

如图所示，本发明由塑胶塞1、塑胶球2、限位罩3、胶塞铁环4、下固定环5、橡胶筒6、上压环7、限位齿8、弹簧9、下推动环10、止回环11、限位环12、上推动环13、活塞14、密封圈15、传压孔16、内管17、外管18、上接头19组成，其结构、组装关系如下：内管17外侧从上至下依次套装有活塞14、上推动环13、限位环12、止回环11、下推动环10、弹簧9、上压环7、橡胶筒6和下固定环5，上端以螺纹与外管18内侧相连接，限位环12以螺纹与外管18下端螺纹相连接，外管18上端以螺纹与上接头19相连接；活塞14上部外侧密封槽内设有密封圈15，用以实现活塞14与内管17、外管18之间的密封；内管17上部设有传压孔16，下部设有限位齿8；内管17下端以螺纹与下固定环5和胶塞铁环4相连接，胶塞铁环4下端设有塑胶塞1，二者通过热力熔固在一起；塑胶塞1上部内侧球座上设有塑胶球2，其上方设有限位罩3，限位罩3下部与塑胶塞1热固在一起。其中，塑胶塞1为一带有中心孔的圆柱形塞状体，用塑胶制作，其中心孔上部设有与塑胶球2相配的球座。内管17上部设有传压孔16，下部外侧设有限位齿8，上端设有与外管18连接用外螺纹，下部设有与下固定环5和胶塞铁环4连接用外螺纹，外管18外径上小下大，上部分别设有与上接头19连接用外螺纹与内管17连接用内螺纹，下端设有与限位环12连接用内螺纹。