CN102162343B - 一种套管开窗铣鞋 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种套管开窗铣鞋，包括：凹头铣鞋，凹头铣鞋包括铣鞋本体、侧翼铣刀及中心铣刀，侧翼铣刀设置在铣鞋本体周向上，中心铣刀设置在铣鞋本体一端中心；下螺旋柱状铣鞋，下螺旋柱状铣鞋两端分别连接凹头铣鞋与调整短节，下螺旋柱状铣鞋上设置有螺旋铣刀；调整短节，调整短节两端分别连接下螺旋柱状铣鞋与上螺旋柱状铣鞋；上螺旋柱状铣鞋，上螺旋柱状铣鞋上设置有螺旋铣刀。本发明采用三个不同功能的开窗铣鞋进行科学组合，合理分配开窗工作量，使得一趟钻即可完成造斜器座放和套管开窗任务。另外，每个铣鞋的刀齿经过特殊设计，切削的铁屑便于循环，极大减少了窗口边缘的毛边，开窗质量得到极大提高。

Description

一种套管开窗铣鞋

技术领域

本发明涉及一种套管开窗铣鞋。

背景技术

目前，随着国内分支井技术和实施手段的不断发展，通过分支井提高油田采收率的作业也逐渐增多，分支井的整体技术水平也日益提高。在已下入套管的老井中实施分支井，需要进行套管开窗，在实际作业中常常发生窗口开偏、开窗提前结束、窗口过短、开窗质量差、突破死点难等问题。套管开窗是分支井技术实施的关键，不少分支井作业失败就是由开窗质量差造成的。开窗铣鞋是影响开窗质量最关键、最直接的原因，所以开窗铣鞋设计的科学合理性和可靠性成为分支井作业的关键。国内常用的钻铰式复合铣锥虽然结构紧凑、使用方便，但是开窗时头部和锥部磨损很大，往往等不到后面的柱铣开始工作，头部和锥部就已经完全磨损，失去了作用，不得不更换第2个铣鞋，增加了起下钻时间和开窗失败的风险，降低了开窗效率，且因其前端锥体太长，开窗时容易形成长而薄的毛边，这种毛边难以循环，容易造成卡钻。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种一趟钻即可完成造斜器座放和套管开窗任务且开窗质量高的套管开窗铣鞋。

为了解决上述问题，本发明提供了一种套管开窗铣鞋，包括：

凹头铣鞋，所述凹头铣鞋包括铣鞋本体、侧翼铣刀及中心铣刀，所述侧翼铣刀设置在所述铣鞋本体周向上，所述中心铣刀设置在所述铣鞋本体一端中心；

下螺旋柱状铣鞋，所述下螺旋柱状铣鞋两端分别连接所述凹头铣鞋与调整短节，所述下螺旋柱状铣鞋上设置有螺旋铣刀；

调整短节，所述调整短节两端分别连接所述下螺旋柱状铣鞋与上螺旋柱状铣鞋；

上螺旋柱状铣鞋，所述上螺旋柱状铣鞋上设置有螺旋铣刀。

进一步，所述侧翼铣刀包括第一刀片与第二刀片两组刀片，所述两组刀片交叉设置。

进一步，所述侧翼铣刀呈扇形分布，端面呈三角形。

进一步，所述第一刀片与第二刀片均为硬质合金材料，且所述第一刀片与第二刀片在轴向和径向上均相差半个硬质合金。

进一步，所述中心铣刀包括锥顶铣刀与锥边铣刀，所述锥边铣刀设置在所述锥顶铣刀周边，所述中心铣刀整体呈锥状半球形。

进一步，所述中心铣刀高于所述侧翼铣刀刀尖，所述锥顶铣刀高于所述锥边铣刀。

进一步，所述上螺旋柱状铣鞋与下螺旋柱状铣鞋上螺旋铣刀均由硬质合金制成。

进一步，所述上螺旋柱状铣鞋上螺旋铣刀上硬质合金比所述下螺旋柱状铣鞋上螺旋铣刀上硬质合金颗粒小、规则度高且排列均匀。

本发明具有如下优点：

1、本发明采用三个不同功能的开窗铣鞋进行科学组合，合理分配开窗工作量，组合式开窗铣鞋由凹头铣鞋、下螺旋柱状铣鞋、调整短节和上螺旋柱状铣鞋四部分组成，将磨铣量均匀分配到每一个铣鞋上，凹头铣鞋负责磨穿套管，凹头铣鞋上的中心铣刀用于突破死点，下螺旋柱状铣鞋和上螺旋柱状铣鞋用于扩大窗口修磨窗口边缘，同时对整个钻柱起一定的扶正功能，使得一趟钻即可完成造斜器座放和套管开窗任务。另外，每个铣鞋的刀齿经过特殊设计，切削的铁屑便于循环，极大减少了窗口边缘的毛边，开窗质量得到极大提高。

2、本发明结构简单、开窗动作可靠，可极大提高工作效率及开窗质量，本发明使用可靠性高，效果好。

附图说明

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明：

图1示出了本发明一种套管开窗铣鞋结构示意图；

图2示出了本发明一种套管开窗铣鞋中凹头铣鞋结构示意图；

图3示出了图2中C向视图结构示意图；

图4示出了本发明一种套管开窗铣鞋中第一刀片结构示意图；

图5示出了本发明一种套管开窗铣鞋中第二刀片结构示意图；

图6示出了图1中A向剖视放大结构示意图；

图7示出了图1中B向剖视放大结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明由上螺旋柱状铣鞋4、调整短节3、下螺旋柱状铣鞋2及凹头铣鞋1四部分组成，每个部分分别承担不同的开窗任务。其中，凹头铣鞋1用于磨穿套管和突破死点，下螺旋柱状铣鞋2和上螺旋柱状铣鞋4用于扩大窗口和修磨窗口边缘，同时扶正钻柱。

如图2与图3所示，凹头铣鞋1由铣鞋本体11、侧翼铣刀12及中心铣刀13构成，凹头铣鞋1头部呈倒梯形，侧翼铣刀12呈斜向分布，侧翼铣刀12共有6片，均经过特殊设计。6片刀片分为两组：第一刀片121(结构如图4所示)和第二刀片122(结构如图5所示)，每组三片，间隔分布，凹头铣鞋1焊接工艺有严格要求，侧翼铣刀12周向呈扇形焊接，避开水眼，端面呈三角形焊接，小端要低于相邻刀片，焊料用特制硬质合金焊条。侧翼铣刀12刀片由硬质合金和刀体采用高温烧结而成，硬质合金呈圆柱形，第一刀片121和第二刀片122在硬质合金的分布上有所不同，从刀尖开始，第一刀片121与第二刀片122在轴向和径向相差半个硬质合金，这样做的目的是为了实现两组刀片不同的功能，在开窗作业时，本发明旋转，侧翼铣刀12切削套管，第一刀片121开始切削套管，待铣鞋本体11转过60度，第二刀片122转到位，因第二刀片122刀尖与第一刀片121不同，第一刀片121切削的铁丝易被第二刀片122铰断，短小的铁屑便于泥浆循环携带。避免了形成较细而长的铁丝，缠绕在本发明上，降低切削效率，留下卡钻隐患。

如图3所示，中心铣刀13由锥边铣刀131和锥顶铣刀132构成，整体呈锥状半球形，高于侧翼铣刀12的刀尖，用于突破开窗时的死点。锥顶铣刀132比锥边铣刀131高，采用特制硬质合金焊条焊接，锥顶铣刀132和锥边铣刀131采用硬质合金整体加工而成，确保了切割强度。

本发明所用焊料由不规则的硬质合金碎块烧结而成，把成块的、规则的硬质合金块压碎，根据要求，筛选出合适尺寸，合适形状的碎块，放在槽形磨具中进行烧结。通常情况下，凹头铣鞋1上多用不规则程度高，尖点和棱边多的合金碎块，这是因为其的切削要求决定的。

如图6所示，下螺旋柱状铣鞋2由8条螺旋状磨铣带用特制硬质合金焊条高温焊接而成，特制硬质合金焊条制作时应选择尺寸稍大，不规则程度好，尖点多，棱边多的合金碎块进行制作，因为下螺旋柱状铣鞋的主要作用是切割窗口边缘，扩大窗口。

如图7所示，上螺旋柱状铣鞋4与下螺旋柱状铣鞋2类似，所不同指出在于，所用特制硬质合金焊条制作时应选择尺寸较小，不规则程度稍差的合金碎块进行制作，铣鞋整体焊接完后，还需要按要求磨外圆，去掉较大的尖点，因为上螺旋柱状铣鞋4的主要作用是修磨窗口边缘，为是窗口边缘变得光滑平整。

在开窗时，可将造斜器用铜制剪钉连在本发明上，送入井中，造斜器座放完成后下压钻柱剪断剪钉开始开窗，由于造斜器造斜角度一般比较小(3-6度之间)，所以开始时，先是侧翼铣刀12刀尖开始接触套管内壁，待到磨穿套管，凹头铣鞋1会骑在磨穿的套管壁上，侧翼铣刀12端面基本上垂直于套管壁进行磨铣，这时基本上用不到中心铣刀13，待到接近窗口一半(即死点)的时候，中心铣刀13的锥边铣刀131开始工作，随着开窗的继续，锥顶铣刀132开始工作，待到整个中心铣刀13的半球处于套管外时，意味着已经突破死点。在窗口没有到达一半之前，凹头铣鞋1上的中心铣刀13骑在套管内部，高边的侧翼铣刀12骑在套管外部。在窗口超过一半时，中心铣刀13骑在套管外部，低边侧翼铣刀12骑在套管外部，保证了凹头铣鞋1既不会提前滑出套管，又保证了切削的有效性。待到整个凹头铣鞋1伸出套管，下螺旋柱状铣鞋2开始工作，进一步扩大修磨窗口，待到调整短节3伸出套管，上螺旋柱状铣鞋4开始工作，对窗口进一步修磨，完成开窗的最后一步。在实际作业中，完成第一遍开窗后，往往需要反复起下几次，利用两段螺旋柱状铣鞋2、4进行多次扩眼修磨。

本发明采用三个不同功能的开窗铣鞋进行科学组合，合理分配开窗工作量，组合式开窗铣鞋由凹头铣鞋1、下螺旋柱状铣鞋2、调整短节3和上螺旋柱状铣鞋4四部分组成，将磨铣量均匀分配到每一个铣鞋上，凹头铣鞋1负责磨穿套管，凹头铣鞋1上的中心铣刀13用于突破死点，下螺旋柱状铣鞋2和上螺旋柱状铣鞋4用于扩大窗口修磨窗口边缘，同时对整个钻柱起一定的扶正功能，使得一趟钻即可完成造斜器座放和套管开窗任务。另外，每个铣鞋的刀齿经过特殊设计，切削的铁屑便于循环，极大减少了窗口边缘的毛边，开窗质量得到极大提高。

本发明结构简单、开窗动作可靠，可极大提高工作效率及开窗质量，本发明使用可靠性高，效果好。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，因此，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种套管开窗铣鞋，其特征在于，包括：

凹头铣鞋，所述凹头铣鞋包括铣鞋本体、侧翼铣刀及中心铣刀，所述侧翼铣刀设置在所述铣鞋本体周向上，所述中心铣刀设置在所述铣鞋本体一端中心；所述侧翼铣刀包括第一刀片与第二刀片两组刀片，所述两组刀片交叉设置，所述侧翼铣刀呈扇形分布，端面呈三角形；所述第一刀片与第二刀片包括硬质合金，且硬质合金呈圆柱形，所述第一刀片与第二刀片在硬质合金的分布上有所不同，从刀尖开始，所述第一刀片与第二刀片在轴向和径向上均相差半个硬质合金；

下螺旋柱状铣鞋，所述下螺旋柱状铣鞋两端分别连接所述凹头铣鞋与调整短节，所述下螺旋柱状铣鞋上设置有螺旋铣刀；

调整短节，所述调整短节两端分别连接所述下螺旋柱状铣鞋与上螺旋柱状铣鞋；

上螺旋柱状铣鞋，所述上螺旋柱状铣鞋上设置有螺旋铣刀。

2.如权利要求1所述的套管开窗铣鞋，其特征在于：所述中心铣刀包括锥顶铣刀与锥边铣刀，所述锥边铣刀设置在所述锥顶铣刀周边。

3.如权利要求2所述的套管开窗铣鞋，其特征在于：所述中心铣刀高于所述侧翼铣刀刀尖，所述锥顶铣刀高于所述锥边铣刀。

4.如权利要求1所述的套管开窗铣鞋，其特征在于：所述上螺旋柱状铣鞋与下螺旋柱状铣鞋上螺旋铣刀均由硬质合金制成。

5.如权利要求4所述的套管开窗铣鞋，其特征在于：所述上螺旋柱状铣鞋上螺旋铣刀上硬质合金比所述下螺旋柱状铣鞋上螺旋铣刀上硬质合金颗粒小、规则度高且排列均匀。

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