CN104533332B - 井下管柱切割打捞一体化工具及其施工方法 - Google Patents
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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
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,该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,该内圆台阶与活塞(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)的下部设有外螺纹与接箍连接并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。
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