CN104533332A - 井下管柱切割打捞一体化工具及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明是井下管柱切割打捞一体化工具及其施工方法，适用于井下管柱打捞，尤其是砂卡滤砂管的分段切割打捞作业，可实现下一趟管柱完成切割和打捞两项工作，缩短施工时间，提高作业效率，降低生产成本。本工具包括切割装置和捞矛，切割装置设有切割机构、扶正机构和中心杆，切割机构和扶正机构均安装在中心杆上，捞矛设有打捞杆。切割装置与捞矛通过定位油管连接，切割装置的中心杆上设有座封解封换向轨道，在切割机构与扶正机构之间还装有座封机构，该座封机构与切割机构通过卡瓦连接。将捞矛、定位油管和切割装置连接在下井管柱的底部，上部通过钻杆柱或普通油管与地面驱动装置连接，再将下井管柱下至设计位置。

Description

井下管柱切割打捞一体化工具及其施工方法

技术领域

本发明涉及石油工业井下管柱的切割和打捞工具，特别是井下管柱切割打捞一体化工具及其施工方法，适用于井下管柱打捞，尤其是砂卡滤砂管的分段切割打捞作业。

背景技术

随着油田开发的深入，水平井特别是热采水平井的套损问题日益突显，部分水平井滤砂管因堵塞、破损、变形等原因，造成防砂失效，需要打捞并更换滤砂管重新进行防砂。但伴随着长期生产，因地层出砂、流体冲蚀及化学腐蚀等因素造成滤砂管砂卡严重、机械强度降低，使其打捞施工过程中打捞力度不易掌控、滤砂管容易拔断，增加了施工难度。若井下滤砂管较长，一次性整体打捞的成功率不足20%。

为了解决这一问题，研发了井下管柱分段切割打捞技术，先用内割刀将管柱切断一段，然后下入水平井打捞管柱进行打捞，大大减少了施工难度。但是，完成一次切割打捞需要分别起下一趟切割管柱和一趟打捞管柱，要想把滤砂管全部打捞出来，需要反复进行多次施工，大大延长了施工时间，增加了作业成本、降低了作业效率。

若要缩短施工周期，提高作业效率，最有效的办法就是采用切割打捞一体化工具及工艺，而现有的切割管柱及打捞管柱无法实现这一要求。因为现用的切割管柱的内割刀为旋转座封式油管内割刀，这种旋转座封式油管内割刀的结构存在以下缺陷：1、用于稠油井时，井壁死油多，靠扶正机构的摩擦块来完成旋转座封动作比较困难，费时费力；2、旋转座封式油管内割刀一旦座封，切割作业完成后，上提管柱即可解封，但卡瓦及扶正机构仍处于自由状态，只能上提管柱，不能下放管柱，显然这一缺点满足不了切割打捞一体化工艺施工工艺的要求。现有的捞矛也存在技术缺陷：只能放置于打捞管柱的最下端起打捞作用，捞矛下部不能连接其它工具或管柱。

发明内容

本发明的目的是提供井下管柱切割打捞一体化工具及其施工方法，克服现有井下管柱分段切割打捞工具和工艺的缺陷，实现下一趟管柱完成切割和打捞两项工作，缩短施工时间，提高作业效率，降低生产成本。

本发明的技术方案是这样实现的：井下管柱切割打捞一体化工具包括切割装置和捞矛，切割装置设有切割机构、扶正机构和中心杆，切割机构和扶正机构均安装在中心杆上，捞矛设有打捞杆。切割装置与捞矛通过定位油管连接，切割装置的中心杆上设有座封解封换向轨道，在切割机构与扶正机构之间还装有座封机构，该座封机构与切割机构通过卡瓦连接；座封机构包括卡瓦套、卡瓦、座封套和活塞，卡瓦套的上部装有卡瓦、下部的锁球孔中装有锁球，该锁球卡在中心杆上的锁球槽中，座封套与卡瓦套螺纹连接，座封弹簧和活塞安装在座封套与卡瓦套之间，活塞卡在座封套与锁球之间。

井下管柱切割打捞一体化工具的施工方法，如下述：

A．确定捞矛的具体位置

首先确定定位油管的长度，将捞矛、定位油管和切割装置连接在下井管柱的底部，上部通过钻杆柱或普通油管与地面驱动装置连接，再将下井管柱下至设计位置，将切割装置引入被切管体内，直至捞矛的矛爪套探至鱼顶；轻加压，上提管柱此时捞矛的矛爪套已经捞住落鱼，确定下井管柱到位；

B.确定切割位置

再次下放管柱，使捞矛的座封解封换向轨道换向，根据捞矛与切割刀之间的距离，上提管柱，使切割刀正好处于设计切割的被切管体位置，此时扶正机构的定位销已进入中心杆的座封轨道内；

C.座封机构座封

再次下放管柱，使座封机构的锁球卡入扶正机构扶正套上部的锁球槽中，使卡瓦座封在被切管体的内壁上；

D.切割刀就位

继续下放管柱，使切割刀撑出并咬入被切管体内壁；

E.切割被切管体

通过地面驱动装置旋转下井管柱，中心杆带动切割刀作圆周运动切割被切管体；

F.座封机构回位

切割完成后，上提管柱使切割刀收回，锁球被推入中心杆的锁球槽中；

G.打捞准备

继续上提管柱，使扶正机构中的定位销由中心杆的座封轨道换入解封轨道；

H.打捞切割后的被切管体

再次下放管柱，直至捞矛的矛爪套进入鱼腔内，轻压管柱，使捞矛的定位销由解封轨道换至座封轨道，完成被切管体的打捞。

本发明的有益效果是：本发明将原来的先下装有切割工具的切割管柱，再下冲砂管柱，然后再下装有打捞工具的打捞管柱才能完成的切割、打捞作业，变为现在下一次管柱就能由切割打捞一体化工具完成，减少了起下管柱的次数，从根本上缩短了施工周期，加快了老井的恢复投产。简化了井下管柱的切割、打捞作业，显著缩减了作业成本、提高了作业效率，可大幅提高油田经济开发效益，具有极高的应用价值和显著的应用效果。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明切割装置的结构示意图。

图3是本发明捞矛的结构示意图。

具体实施方式

　以下结合附图详述本发明并非限制本发明的保护范围，参见图1、图2和图3，井下管柱切割打捞一体化工具包括切割装置26和捞矛25，切割装置26设有切割机构、扶正机构和中心杆1，切割机构和扶正机构均安装在中心杆1上，捞矛25设有打捞杆21。切割装置26与捞矛25通过定位油管19连接，切割装置26的中心杆1上设有座封解封换向轨道，在切割机构与扶正机构之间还装有座封机构，该座封机构与切割机构通过卡瓦13连接；座封机构包括卡瓦套12、卡瓦13、座封套10和活塞9，卡瓦套12的上部装有卡瓦13、下部的锁球孔中装有锁球8，该锁球8卡在中心杆1上的锁球槽中，座封套10与卡瓦套12螺纹连接，座封弹簧11和活塞9安装在座封套10与卡瓦套12之间，活塞9卡在座封套10与锁球8之间，座封弹簧11将活塞9顶紧在座封套10的台阶上并压紧锁球8。卡瓦13的下部是T型连接头与设在卡瓦套12上部圆周的T型卡瓦安装槽连接，该T型卡瓦安装槽与卡瓦套12的中心孔贯通；座封套10的下部设有内圆台阶与活塞9下部的外圆台阶配合。T型卡瓦安装槽是由外向卡瓦套12的中心孔贯通的径向槽，T型槽体两侧的上部内端面是由外向内倾斜的上斜面，为卡瓦13的上、下滑移留出空间，足以使卡瓦13沿支撑套14的燕尾轨道撑开卡在被切管体内壁上。卡瓦套12是变径内圆，中部内圆是座封腔，该座封腔的高度等于卡瓦13和切割刀17座封时沿中心杆1下移的距离。切割机构主要由顶刀16、切割刀17和限位块18组成，卡瓦13的上部内表面与支撑套14的外表面是燕尾槽轨配合。在顶刀16下方的支撑套14内装有顶簧15，顶簧15下端通过卡套卡在中心杆1的外圆台阶上，使支撑套14与中心杆1相对固定。在中心杆1的上部至少开有三条凹槽，放置切割刀17和限位块18，并通过销钉固定在凹槽内的定位圆孔内，切割刀17的顶部呈圆弧形与限位块18的内圆弧相配合，切割刀17可以绕销钉向外旋转，同时，中心杆1转动时能带动切割刀17沿管柱周线旋转完成切割动作。扶正机构包括扶正套4，扶正套4的上部内圆设有锁球槽，下部内圆设有旋转凹槽，其内安装定位销3和转环2，定位销3的上部销体插在转环2中，下部销体插在中心杆1的座封解封换向轨道中，该转环2与旋转凹槽为间隙配合，能够使定位销3和转环2在旋转凹槽中转动。扶正机构的摩擦块5的外表面是凹凸摩擦面，扶正机构的最大外径大于被切管体的内径。扶正套4上至少设有三个凹槽放置摩擦块5，摩擦块5和凹槽之间设计有扶正弹簧6，通过螺钉7将摩擦块5限位，防止摩擦块5掉落，但能保证摩擦块5顺利向内收缩。扶正套4套装在中心杆1上，定位销3伸入座封解封换向轨道内，通过转环2和定位销3将扶正套4固定在中心杆1上。中心杆1上设置有座封解封换向轨道，当扶正套4上下活动时，定位销3在座封解封换向轨道内变换，此时转环2可以自由转动，保证扶正套4和中心杆1径向的相对固定。中心杆1上的座封解封换向轨道是轴向设置的长、短两根竖轨道，两根竖轨道在端部连通，长轨道是座封轨道、短轨道是解封轨道。中心杆1上的座封解封换向轨道的长度大于打捞杆21上的座封解封换向轨道的长度。打捞杆21的下部设有外螺纹通过接箍与定位油管19连接，定位油管19的长度与井下被切掉管体的总长度相符。捞矛25主要由打捞杆21、矛爪套22、转环2、定位销3、弹簧23和上接头24组成，打捞杆21下部设计有斜坡胀头，上部也设计有座封解封换向轨道，矛爪套22下部矛爪开有数条竖槽，使其成瓣状并具有弹性，套装在打捞杆21上，其上部的内凹槽中安装有转环2和定位销3，可将矛爪套22固定在打捞杆21的座封解封换向轨道内；打捞杆21上部与上接头24连接，上接头24下部套装有弹簧23，将矛爪套22顶紧在打捞杆21的座封解封换向轨道内，弹簧23的作用是提高座封轨道与解封轨道换向的可靠性。上接头24上部设计有螺纹，可以连接钻杆串或油管串，实施切割打捞一体施工。

本工具不仅可以切割井下的滤砂管，也以切割其它的管子，下面以滤砂管为例说明本工具的具体施工方法和步骤。

井下管柱切割打捞一体化工具的施工方法，如下述：

A．确定捞矛25的具体位置

首先确定定位油管19的长度，将捞矛25、定位油管19和切割装置26连接在下井管柱的底部，上部通过钻杆柱或普通油管与地面驱动装置连接，再将下井管柱下至设计位置，将切割装置26引入滤砂管基管内，直至捞矛25的矛爪套22探至鱼顶；轻加压，上提管柱此时捞矛25的矛爪套22已经捞住落鱼，确定下井管柱到位；

B.确定切割位置

再次下放管柱，使捞矛25的座封解封换向轨道换向，回收矛爪套22，根据捞矛25与切割刀17之间的距离，上提管柱，使切割刀17正好处于设计切割的滤砂管位置；此时扶正机构的定位销3已进入中心杆1的座封轨道内；

C.座封机构座封

再次下放管柱，使座封机构的锁球8卡入扶正机构扶正套4上部的锁球槽中，使卡瓦13座封在滤砂管内壁上；

由于扶正弹簧6将摩擦块5顶紧在滤砂管内壁上，在管柱下放过程中可以利用扶正套4上沿上顶活塞9，扶正套4的上沿内圆设计有锁球槽，当活塞9被顶开之后，锁球8可以进入扶正套4上沿的锁球槽内，卡瓦套12和中心杆1不再相对固定，扶正套继续上顶，推动卡瓦套12上行，卡瓦套12带动卡瓦13上行，卡瓦13沿支撑套14的斜坡燕尾轨道上行并撑开在滤砂管内壁上，完成座封动作，

D.切割刀17就位

继续下放管柱，由于支撑套14已经支撑在滤砂管内壁上，顶刀16上顶切割刀17，使切割刀17撑出座封并咬入滤砂管内壁；

E.切割滤砂管

通过地面驱动装置旋转下井管柱，中心杆1带动切割刀17作圆周运动切割滤砂管；

F.座封机构回位

切割完成后，上提管柱使切割刀17收回，锁球8被推入中心杆1的锁球槽中；

由于卡瓦13失去支撑套14的支撑也收回，当中心杆1的锁球槽到达锁球8的位置后，中心杆1中部的外圆台阶正好顶在卡瓦套12中部座封腔的上端面，使卡瓦套12下部的锁球孔和中心杆1上的锁球槽对齐并保持相对固定；继续上提管柱，扶正套4由于摩擦块5的作用保持不动，此时扶正套4上沿的锁球槽内部上端面将锁球8推入中心杆1的锁球槽内，活塞9在座封弹簧11的推力作用下将锁球8顶紧在中心杆1的锁球槽内，实现座封机构和中心杆1的相对固定。

G.打捞准备

继续上提管柱，使扶正机构中的定位销3由中心杆1的座封轨道换入解封轨道；

H.打捞切割后的滤砂管

再次下放管柱，直至捞矛25的矛爪套22进入鱼腔内，轻压管柱，使捞矛25的定位销3由解封轨道换至座封轨道，完成滤砂管的打捞。

当打捞杆21的座封解封轨道换向完成后上提管柱，打捞杆21的斜坡胀头支撑着矛爪套22的分瓣矛爪，从而捞住割断的上部滤砂管，将其打捞出井筒外。完成一次切割打捞一体化施工。

Claims (10)

1.井下管柱切割打捞一体化工具，包括切割装置（26）和捞矛（25），切割装置（26）设有切割机构、扶正机构和中心杆（1），切割机构和扶正机构均安装在中心杆（1）上，捞矛（25）设有打捞杆（21），其特征是，切割装置（26）与捞矛（25）通过定位油管（19）连接，切割装置（26）的中心杆（1）上设有座封解封换向轨道，在切割机构与扶正机构之间还装有座封机构，该座封机构与切割机构通过卡瓦（13）连接；座封机构包括卡瓦套（12）、卡瓦（13）、座封套（10）和活塞（9），卡瓦套（12）的上部装有卡瓦（13）、下部的锁球孔中装有锁球（8），该锁球（8）卡在中心杆（1）上的锁球槽中，座封套（10）与卡瓦套（12）螺纹连接，座封弹簧（11）和活塞（9）安装在座封套（10）与卡瓦套（12）之间，活塞（9）卡在座封套（10）与锁球（8）之间。

2.根据权利要求1所述的井下管柱切割打捞一体化工具，其特征是，所述卡瓦（13）的下部是T型连接头与设在卡瓦套（12）上部圆周的T型卡瓦安装槽连接，该T型卡瓦安装槽与卡瓦套（12）的中心孔贯通；座封套（10）的下部设有内圆台阶与活塞（9）下部的外圆台阶配合。

3.根据权利要求2所述的井下管柱切割打捞一体化工具，其特征是，所述T型卡瓦安装槽是由外向卡瓦套（12）的中心孔贯通的径向槽，T型槽体两侧的上部内端面是由外向内倾斜的上斜面，为卡瓦（13）的上、下滑移留出空间。

4.根据权利要求1或2所述的井下管柱切割打捞一体化工具，其特征是，所述卡瓦套（12）是变径内圆，中部内圆是座封腔，该座封腔的高度等于卡瓦（13）和切割刀（17）座封时沿中心杆（1）下移的距离。

5.根据权利要求1所述的井下管柱切割打捞一体化工具，其特征是，所述扶正机构包括扶正套（4），扶正套（4）的上部内圆设有锁球槽，下部内圆设有旋转凹槽，其内安装定位销（3）和转环（2），定位销（3）的上部销体插在转环（2）中，下部销体插在中心杆（1）的座封解封换向轨道中，该转环（2）与旋转凹槽为间隙配合，能够使定位销（3）和转环（2）在旋转凹槽中转动。

6.根据权利要求1所述的井下管柱切割打捞一体化工具，其特征是，所述扶正机构的摩擦块（5）的外表面是凹凸摩擦面，扶正机构的最大外径大于被切管体的内径。

7.根据权利要求1或5所述的井下管柱切割打捞一体化工具，其特征是，所述中心杆（1）上的座封解封换向轨道是轴向设置的长、短两根竖轨道，两根竖轨道在端部连通，长轨道是座封轨道、短轨道是解封轨道。

8.根据权利要求7所述的井下管柱切割打捞一体化工具，其特征是，所述中心杆（1）上的座封解封换向轨道的长度大于打捞杆（21）上的座封解封换向轨道的长度。

9.根据权利要求1所述的井下管柱切割打捞一体化工具，其特征是，所述打捞杆（21）的下部设有外螺纹通过接箍与定位油管（19）连接，定位油管（19）的长度与井下被切掉管体的总长度相符。

10.如权利要求1所述的井下管柱切割打捞一体化工具的施工方法，如下述：

A．确定捞矛（25）的具体位置

首先确定定位油管（19）的长度，将捞矛（25）、定位油管（19）和切割装置（26）连接在下井管柱的底部，上部通过钻杆柱或普通油管与地面驱动装置连接，再将下井管柱下至设计位置，将切割装置（26）引入被切管体内，直至捞矛（25）的矛爪套（22）探至鱼顶；轻加压，上提管柱此时捞矛（25）的矛爪套（22）已经捞住落鱼，确定下井管柱到位；

B.确定切割位置

再次下放管柱，使捞矛（25）的座封解封换向轨道换向，根据捞矛（25）与切割刀（17）之间的距离，上提管柱，使切割刀（17）正好处于设计切割的被切管体位置，此时扶正机构的定位销（3）已进入中心杆（1）的座封轨道内；

C.座封机构座封

再次下放管柱，使座封机构的锁球（8）卡入扶正机构扶正套（4）上部的锁球槽中，使卡瓦（13）座封在被切管体的内壁上；

D.切割刀（17）就位

继续下放管柱，使切割刀（17）撑出并咬入被切管体内壁；

E.切割被切管体

通过地面驱动装置旋转下井管柱，中心杆1带动切割刀（17）作圆周运动切割被切管体；

F.座封机构回位

切割完成后，上提管柱使切割刀（17）收回，锁球（8）被推入中心杆（1）的锁球槽中；

G.打捞准备

继续上提管柱，使扶正机构中的定位销（3）由中心杆（1）的座封轨道换入解封轨道；

H.打捞切割后的被切管体

再次下放管柱，直至捞矛（25）的矛爪套（22）进入鱼腔内，轻压管柱，使捞矛（25）的定位销（3）由解封轨道换至座封轨道，完成被切管体的打捞。