可控摩阻式油管内防喷塞及防喷方法 技术领域 本发明属于石油天然气行业， 涉及钻井及井下作业下钻过程中管柱内防喷技术， 确切讲是可控摩阻式油管内防喷塞及防喷方法。
背景技术 在钻井或井下作业的起下钻过程中， 会遇到井涌或井喷现象， 通常在管柱顶端采 用防喷旋塞， 或在钻具的底部采用防喷挡板的方式进行预防和控制井喷， 这两种方式都没 有从根本上解决井涌或井喷及井口操作人员气体中毒的问题。
采用安装在管柱顶部的油管旋塞， 当发生井涌或井喷时， 在井内喷出液流的冲击 下， 就很难安装到井口上， 往往使井失控， 发生井喷事故。 下钻过程中因油管畅开， 井内液体 中溶解有毒有害气体， 致使井口操作人员发生气体中毒的人身伤害事故。
采用油管内防喷挡板， 是在下钻时， 提前与施工工具连接好后下入到井内， 因油管 底部是堵死的， 入井时要排出大量的井内液体， 压裂施工时， 要灌入大量的清水， 该防喷挡 板的价格也高， 并且要进行打挡板作业工艺， 增加了工序， 增加了施工成本， 没有得到大量 的推广应用。
而可投入式油管堵塞器对于直井而言， 可以投到压裂施工钻具水力锚的顶部进行 坐封， 但当用大丛式井， 亦即大斜度井上， 该堵塞器投不下去， 过不了液面， 就会在液面坐 封， 有的过了液面， 但到不了水力锚顶部， 达不到设计防喷的工艺原理要求。
发明内容 本发明的目的是提供一种安全性好、 成本低、 使用方便的可控摩阻式油管内防喷 塞及防喷方法。
本发明的目的是这样实现的， 可控摩阻式油管内防喷塞， 其特征是 ： 防喷塞体包 括空腔壳体和连接在空腔壳体一端的单向阀快速接头， 空腔壳体外形为长圆柱体， 柱杆在 空腔壳体中心轴线位置， 中心轴线位置外侧为空腔体， 空腔体与空腔壳体外壁之间有胶盘， 胶盘内侧向内鼓肚， 胶盘外侧与空腔壳体外壁有间隙， 间隙内均布有直径为 0.5-27mm 的钢 丝； 使用时， 单向阀快速接头连接气压或油压， 通过单向阀快速接头向空腔体内充以气压或 油压， 调整空腔壳体外臂直径， 保证井喷时不能将油管内的防喷塞体喷出井外。
所述通过单向阀快速接头向空腔体内充以气压或油压， 调整摩察阻力的大小， 是 根据伯努利方程， 沿程阻力的计算公式进行计算 ； 因摩阻力要小于作用在油管壁上的压力， 给塞子内充满的压力要根据防喷塞与油管的摩擦系数来确定， 其值为井喷时的液流阻力 × 安全系数 ÷ 摩擦系数。
可控摩阻式油管内防喷塞的防喷方法 ： 在下钻时， 将可控摩阻式油管内防喷塞直 接安装在油管内， 当钻具一直向井内下入时， 由于油套环空与油管是连通的， 形成了 U 形管 结构， 下入钻具时， 当可控摩阻式油管内防喷塞与油管的摩擦阻力大于套管内液体的回压 时， 套管内会排出几十米的液柱， 管柱继续下入， 油套环空形成压差， 压差大于或等于油管
内可控摩阻式油管内防喷塞与油管形成的摩擦阻力， 此时可控摩阻式油管内防喷塞在压差 的作用下， 自动上浮， 在井内将保持一定的高度。
当发生井喷时， 液流会与油套环空形成液流摩阻， 摩阻力会通过液体的传压作用， 传压在可控摩阻式油管内防喷塞上将其向外顶出 ； 当液流摩阻小于可控摩阻式油管内防喷 塞与油管摩阻时， 即使油套环空发生井喷也不会将可控摩阻式油管内防喷塞喷出井外 ； 当 井喷液流量增大， 其液流摩阻大于可控摩阻式油管内防喷塞在油管内形成的摩阻时， 则可 能将可控摩阻式油管内防喷塞排出井外。
本发明的优点是 ： 由于本发明通过单向阀快速接头向空腔体内充以气压或油压， 单向阀快速接头连接气压或油压， 通过单向阀快速接头向空腔体内充以气压或油压， 调整 空腔壳体外臂直径， 达到调整摩察阻力的大小， 调整摩察阻力根据伯努利方程， 沿程阻力的 计算公式进行计算。应用摩擦阻力系数为一常数这个特点， 只要增加可控摩阻式油管内防 喷塞对油管的压力， 就可以调整摩擦力， 根据井深及油套环空的面积， 以及井喷的排量就可 以计算出摩擦阻力。保证井喷时不能将油管内的防喷塞体喷出井外。
本发明所采取的原理和方法与以前的油管防喷塞不同， 该油管内防喷器作用在油 管内液体的液面上， 既不是在油管的顶部也不在油管的下部， 它是利用可调控摩擦阻力的 油管塞。 附图说明 下面结合实施例附图对本发明作进一步说明 ： 图 1 是本发明的实施例结构示意图 ； 图 2 是本发明的工艺原理示意图。
图中 ： 1、 油管 ； 2、 环形防喷器 ； 3、 闸板防喷器 ； 4、 套管阀门 ； 5、 套管 ； 6、 油套环空 ； 7、 可控摩阻式油管内防喷塞 ； 8、 油套液位差 ； 9、 空腔壳体 ； 10、 单向阀快速接头 ； 11、 柱杆 ； 12、 胶盘 ； 13、 间隙 ； 14、 钢丝。
具体实施方式
如图 1 和图 2 所示， 可控摩阻式油管内防喷塞， 其特征是 ： 防喷塞体包括空腔壳体 9 和连接在空腔壳体 9 一端的单向阀快速接头 10， 空腔壳体 9 外形为长圆柱体， 柱杆 11 在 空腔壳体 9 中心轴线位置， 中心轴线位置外侧为空腔体， 空腔体与空腔壳体 9 外壁之间有胶 盘 12， 胶盘 12 内侧向内鼓肚， 胶盘 12 外侧与空腔壳体 9 外壁有间隙 13， 间隙 13 内均布有 直径为 0.5-27mm 的钢丝 14。
油管 1 通过井口装置连接在套管 5 内， 套管阀门 4 与井内套管 5 连接座封在井口， 套管阀门 4 与油管 1 之间套接有环形防喷器 2 和闸板防喷器 3。使用时， 单向阀快速接头 10 连接气压或油压， 通过单向阀快速接头 10 向空腔体内充以气压或油压， 调整空腔壳体 9 外臂直径， 保证井喷时不能将油管 1 内的防喷塞体喷出井外。
通过单向阀快速接头 10 向空腔体内充以气压或油压， 调整摩察阻力的大小， 根据 伯努利方程， 沿程阻力的计算公式进行计算。 因摩阻力要小于作用在油管壁上的压力， 给塞 子内充满的压力要根据防喷塞与油管的摩擦系数来确定， 其值为井喷时的液流阻力 × 安 全系数 ÷ 摩擦系数。可控摩阻式油管内防喷塞的防喷方法 ： 在下钻时， 将可控摩阻式油管内防喷塞 7 直接安装在油管 1 内， 当钻具一直向井内下入时， 由于油套环空 6 与油管 1 是连通的， 形成 了 U 形管结构， 下入钻具时， 当可控摩阻式油管内防喷塞 7 与油管 1 的摩擦阻力大于套管 5 内液体的回压时， 套管 5 内会排出几十米的液柱， 管柱继续下入， 油套环空 6 形成压差， 压差 大于或等于油管内可控摩阻式油管内防喷塞 7 与油管 1 形成的摩擦阻力， 此时可控摩阻式 油管内防喷塞 7 在压差的作用下， 自动上浮， 在井内将保持一定的高度。
当发生井喷时， 液流会与油套环空 6 形成液流摩阻， 摩阻力会通过液体的传压作 用， 传压在可控摩阻式油管内防喷塞 7 上将其向外顶出 ； 当液流摩阻小于可控摩阻式油管 内防喷塞 7 与油管 1 摩阻时， 即使油套环空 6 发生井喷也不会将可控摩阻式油管内防喷塞 7 喷出井外 ； 当井喷液流量增大， 其液流摩阻大于可控摩阻式油管内防喷塞 7 在油管 1 内形 成的摩阻时， 则能将可控摩阻式油管内防喷塞 7 排出井外。
下钻时， 将该种塞子置于油管内， 再给其打入当井喷达到 600L/min 排量时， 油管 环空所形成的摩阻值的压力， 然后连接其它油管下入井内。 当正常下钻完成后， 在压裂施工 前， 采用反冲的方法， 将管内塞子反冲出井外， 确保管内畅通， 达到施工要求。 当下钻时发生 井涌或井喷时， 由于井口安装有环形防喷器， 大量液体会从套管阀门上， 通过一定的连接管 线排到排污池， 这时， 就可以轻松地安装油管旋塞， 关闭井口上的防喷器， 达到井控的要求， 再进行下步的压井作业。
因此， 决定油管 1 与可控摩阻式油管内防喷塞 7 之间摩擦阻力的大小， 就是控制油 管防喷的关键技术。
井喷的形成是由三个阶段形成的， 即， 溢流→井涌→井喷 ； 在溢流和井涌阶段， 从 油套环空 6 返出的液流排量是很小的， 井内流体与油套环空 6 环空的摩阻可以忽略不计， 而 可控摩阻式油管内防喷塞 7 的摩擦阻力要比这个力大得多， 因此， 在这个阶段可以有宽余 的时间在管柱顶部采措卡当的措施， 如， 坐井口或安装防喷旋塞。
当返出排量达到 300L/min 以上时， 则会出现井喷现象。井内流体与油套环空 6 摩 擦阻力的大小， 就是设计可控摩阻式油管内防喷塞 7 摩阻值的关键依据 ； 为了确保其防喷 的安全， 将井喷排量提高到 600L/min， 设计计算可控摩阻式油管内防喷塞 7 的摩阻。
摩阻的计算 ： 环空内井喷时液流的摩擦阻力决定了可控摩阻式油管内防喷塞 7 在 井内形成管内油套液位压差 8， 油套液位压差 8 的大小是由井的深度和油套环空 6 的面积或 大小决定的， 对于不同的井深和不同的环空面积， 可根据伯努利方程， 沿程阻力的计算公式 进行计算。因摩阻力要小于作用在油管壁上的压力， 给塞子内充满的压力要根据防喷塞与 油管的摩擦系数来确定， 其值为井喷时的液流阻力 × 安全系数 ÷ 摩擦系数。
内摩擦阻力的调整 ： 应用摩擦阻力系数为一常数这个特点， 只要增加这个可控摩 阻式油管内防喷塞 7 对油管 1 的压力， 就可以调整摩擦力， 根据井深及油套环空 6 的面积， 以及井喷的排量就可以计算出摩擦阻力。