CN105781422B - 一种套管锻铣和煤层造穴一体化工具 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种套管锻铣和煤层造穴一体化工具，包括活塞，活塞的活塞筒顶部设有与钻具螺纹相连的接头，活塞杆底部设有推板，活塞筒底部两侧设有连接件，两个连接件的内壁上对称设有销轴，两个销轴上分别设有对称设置的锻铣造穴刀，锻铣造穴刀一侧设有由外向内设置的硬质合金层和PDC复合片层组成的双材料层结构，锻铣造穴刀另一侧设有由硬质合金层和PDC复合片层上下并列设置构成的单材料层结构，锻铣造穴刀顶部为凸轮头，凸轮头的靠近单材料层结构一侧的顶部结构高于凸轮头另一侧的顶部结构。该一体化工具结构简单，下一次管柱即可完成套管锻铣和煤层造穴，从而减少了管柱下入次数，缩短了施工时间，降低了煤层气开发成本。
Description
技术领域
本发明涉及煤层气开发领域，特别是涉及一种套管锻铣和煤层造穴一体化工具，用于在煤层气井井下进行套管锻铣和煤层造穴。
背景技术
在径向水平井、U型井等煤层气开发技术中的一个重要的环节是煤层气井井下造穴。煤层气井井下造穴是指在煤层段通过一定方式，形成一个稳定的煤层大洞穴。第一，直接增产目的是：消除近井处带已发生的地层损害和井眼周围含有大量张性裂缝的卸载区，增大井眼有效半径，提高井眼附近割理裂缝的渗透性和地层导流能力，使煤层和井眼实现有效连通，从而达到增产的目的。第二，间接增产目的是：为水平井定向施工，在目的煤层放置靶点目标仪器；欠平衡钻井时作为输送空气介质的通道；完井后作为多分支水平井的排采通道。
目前，煤层气井的井身在需进行造穴的煤层段通常有两种形式：套管固井和裸眼。在煤层段套管固井的煤层气井井下进行煤层造穴，通常需要单独下入专门的套管锻铣工具进行套管锻铣。锻铣完成后，提出套管锻铣工具，再下入专门的煤层造穴工具进行造穴。单独进行套管锻铣工艺时，需进行一次甚至多次下管柱作业，增加了作业时间，增加了开发成本。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种下一次管柱即可完成套管锻铣和煤层造穴的一体化工具。
本发明的一种套管锻铣和煤层造穴一体化工具，包括活塞，所述活塞包括活塞筒、活塞头和活塞杆，所述活塞筒顶部设有与钻具螺纹相连的接头，所述活塞头设置在活塞杆顶部，所述活塞杆底部设有推板，所述活塞筒底部两侧分别设有连接件，两个连接件的内壁上对称设有销轴，两个销轴上分别设有对称设置的锻铣造穴刀，所述锻铣造穴刀的一侧设有由由内向外设置的硬质合金层和PDC复合片层组成的双材料层结构，所述锻铣造穴刀的另一侧设有由硬质合金层和PDC复合片层上下并列设置构成的单材料层结构，所述锻铣造穴刀的顶部为凸轮头，所述凸轮头为非对称结构，凸轮头的靠近单材料层结构一侧的顶部结构高于凸轮头另一侧的顶部结构。
本发明还提供了一种使用一种套管锻铣和煤层造穴一体化工具进行套管锻铣和煤层造穴的方法，其特征在于：
第一步：将套管锻铣和煤层造穴一体化工具的接头连接到钻具的钻柱上，送入预先钻好的煤层井眼中设计造穴段的顶部；
第二步：在地面开动钻机和泥浆泵，所述一体化工具在钻柱的带动下旋转；此时，泥浆泵使用较小排量；活塞杆在钻井液液压的作用下向下运动一段距离，推动锻铣造穴刀小角度张开，仅双材料层结构的硬质合金层与煤层井眼中的套管接触，对套管进行锻铣；
第三步：套管锻铣完成后，此时硬质合金层已被磨损，双材料层结构的PDC复合片层露出，将所述一体化工具提升至设计造穴段的顶部，控制钻柱的旋转速度，加大泥浆泵排量，活塞杆在所述液压的作用下继续向下运动，推动锻铣造穴刀绕销轴从0°向90°张开；
第四步：观察上返钻井液中携带煤屑的数量，煤屑数量增多表明锻铣造穴刀摆动一定角度，并开始破碎煤层；一段时间后，煤屑数量减少，并且所述一体化工具不憋钻，此时锻铣造穴刀已经张开到90°位置；接着控制所述一体化工具的向下运行速度，单材料层结构的PDC复合片层开始接触煤层并进行造穴，单材料层结构的硬质合金层对下部套管进行锻铣；
第五步：当所述一体化工具向下运行至设计造穴深度时，停止运行和停止钻柱的旋转，关闭泥浆泵；锻铣造穴刀在自重的作用下恢复到竖直状态；将所述一体化工具提升至煤层井眼口，造穴工作完成。
本发明的有益技术效果是：本发明将锻铣造穴刀一侧设有由硬质合金层和PDC复合片层组成的双材料层结构，锻铣造穴刀另一侧设有由的硬质合金层和PDC复合片层上下并列设置构成的单材料层结构，锻铣造穴刀顶部设为凸轮头，凸轮头设为非对称结构，凸轮头的靠近单材料层结构一侧的顶部结构高于凸轮头另一侧的顶部结构，在推板推动凸轮头作用下，锻铣造穴刀向双材料层结构一侧张开，硬质合金层接触套管，并进行套管锻铣；套管锻铣完成，双材料层结构的PDC复合片层露出，活塞杆继续运动，锻铣造穴刀张开到90°位置时，单材料层结构的PDC复合片层开始接触煤层并进行造穴，单材料层结构的硬质合金层对下部套管进行锻铣，从而实现了下一次管柱即可完成套管锻铣和煤层造穴，减少了管柱下入次数，缩短了施工时间，且该一体化工具结构简单，进而降低了煤层气开发成本。
附图说明
图1A为本发明整体结构的示意图；
图1B为本发明整体结构的截面图；
图2A为本发明的活塞筒和连接件的结构图；
图2B为以图2A的中心轴为截面的一侧截面图；
图3为本发明的活塞头和活塞杆的结构图；
图4A、4B为本发明的导流管和储液腔的主视图和侧视图；
图5A、5B为本发明的锻铣造穴刀的主视图和侧视图。
附图标记说明：1活塞，1.1活塞筒，1.1.1接头，1.2活塞头，1.3活塞杆，1.3.1轴向通孔，2推板，3连接件，3.1销孔，4销轴，5锻铣造穴刀，5.1硬质合金层，5.2PDC复合片层，5.3凸轮头，5.4导液孔，6导流管，7储液腔，7.1出液孔，8弹簧。
具体实施方式
以下结合说明书附图进一步说明本发明的一种套管锻铣和煤层造穴一体化工具：
如图1A至3所示，本发明的一种套管锻铣和煤层造穴一体化工具，包括活塞1，活塞1包括活塞筒1.1、活塞头1.2和活塞杆1.3。活塞筒1.1顶部设有与钻具的钻柱螺纹相连的接头1.1.1。活塞头1.2设置在活塞杆1.3顶部，活塞杆1.3的底部设有推板2。活塞杆1.3轴向设有轴向通孔1.3.1。如图1A至2A所示，活塞筒1.1的底部两侧分别设有连接件3。连接件3为弧形结构。两个连接件3的内壁上对称设有与销轴4配合的销孔3.2。销轴4为多边形，优选为六边形。
如图1A和1B所示，轴向通孔1.3.1内设有外壁与轴向通孔1.3.1内壁配合的导流管6。如图4A和4B所示，导流管6底部设有储液腔7。储液腔7的底部设有出液孔7.1。储液腔7两端分别与销轴4固定相连。储液腔7的端面周向边缘分别向销轴4一侧延伸、并与销轴4侧壁套合相连。储液腔7的端面与销轴4之间设有弹簧8，弹簧8两端分别与储液腔7的端面和销轴4相抵靠。
如图1A和1B所示，两个销轴4上分别设有对称设置的锻铣造穴刀5。如图5A所示，锻铣造穴刀5一侧设有由由外向内设置的硬质合金层5.1和PDC复合片(PolycrystallineDiamond Compact)层5.2组成的双材料层结构，锻铣造穴刀5另一侧设有由硬质合金层5.1和PDC复合片层5.2上下并列设置构成的单材料层结构。锻铣造穴刀5的顶部为凸轮头5.3。凸轮头5.3为非对称结构，凸轮头的靠近单材料层结构一侧的顶部结构5.3.1高于凸轮头另一侧的顶部结构5.3.2。从而，凸轮头5.3与推板2形成凸轮副。在推板2的推动下，锻铣造穴刀5向双材料层结构侧张开。如图5B所示，锻铣造穴刀5沿长度方向设有导液孔5.4。活塞筒1.1的内腔、轴向通孔1.3.1、导流管6、储液口7.1和导液孔5.4形成液体通道。
使用本发明的一种套管锻铣和煤层造穴一体化工具进行套管锻铣和煤层造穴的方法，具体步骤如下：
第一步：将套管锻铣和煤层造穴一体化工具的接头连接到钻具的钻柱上，送入预先钻好的煤层井眼中设计造穴段的顶部；
第二步：在地面开动钻机和泥浆泵，所述一体化工具在钻柱的带动下旋转；此时，泥浆泵使用较小排量；活塞杆在钻井液液压的作用下向下运动一段距离，推动锻铣造穴刀小角度张开，仅双材料层结构的硬质合金层与煤层井眼中的套管接触，对套管进行锻铣；
第三步：套管锻铣完成后，此时硬质合金层已被磨损，双材料层结构的PDC复合片层露出，将所述一体化工具提升至设计造穴段的顶部，控制钻柱的旋转速度，加大泥浆泵排量，活塞杆在所述液压的作用下继续向下运动，推动锻铣造穴刀绕销轴从0°向90°张开；
第四步：观察上返钻井液中携带煤屑的数量，煤屑数量增多表明锻铣造穴刀摆动一定角度，并开始破碎煤层；一段时间后，煤屑数量减少，并且所述一体化工具不憋钻，此时锻铣造穴刀已经张开到90°位置；接着控制所述一体化工具的向下运行速度，单材料层结构的PDC复合片层开始接触煤层并进行造穴，单材料层结构的硬质合金层对下部套管进行锻铣；
第五步：当所述一体化工具向下运行至设计造穴深度时，停止运行和停止钻柱的旋转，关闭泥浆泵；锻铣造穴刀在自重的作用下恢复到竖直状态；将所述一体化工具提升至煤层井眼口，造穴工作完成。
本发明的一种套管锻铣和煤层造穴一体化工具结构简单，下一次管柱即可完成套管锻铣和煤层造穴，操作简单，减少了管柱下入次数，缩短了施工时间，从而降低煤层气开发成本。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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 (6)
1.一种套管锻铣和煤层造穴一体化工具，其特征在于：包括活塞(1)，所述活塞(1)包括活塞筒(1.1)、活塞头(1.2)和活塞杆(1.3)，所述活塞筒(1.1)顶部设有与钻具螺纹相连的接头(1.1.1)，所述活塞头(1.2)设置在活塞杆(1.3)顶部，所述活塞杆(1.3)底部设有推板(2)，所述活塞筒(1.1)底部两侧分别设有连接件(3)，两个连接件(3)的内侧壁上对称设有销轴(4)，两个销轴(4)上分别设有对称设置的锻铣造穴刀(5)，所述锻铣造穴刀(5)的一侧设有由内向外设置的硬质合金层(5.1)和PDC复合片层(5.2)组成的双材料层结构，所述锻铣造穴刀(5)的另一侧设有由硬质合金层(5.1)和PDC复合片层(5.2)上下并列设置构成的单材料层结构，所述锻铣造穴刀(5)的顶部为凸轮头(5.3)，所述凸轮头(5.3)为非对称结构，所述凸轮头(5.3)的靠近单材料层结构一侧的顶部结构(5.3.1)高于凸轮头另一侧的顶部结构(5.3.2)。
2.根据权利要求1所述的一种套管锻铣和煤层造穴一体化工具，其特征在于：所述活塞杆(1.3)轴向设有轴向通孔(1.3.1)，所述轴向通孔(1.3.1)内设有外壁与轴向通孔(1.3.1)内壁配合的导流管(6)，所述导流管(6)底部设有储液腔(7)，所述储液腔(7)两端分别与销轴(4)固定相连，所述储液腔(7)底部设有出液孔(7.1)，所述锻铣造穴刀(5)沿长度方向设有导液孔(5.4)，所述活塞筒(1.1)的内腔、轴向通孔(1.3.1)、导流管(6)、出液孔(7.1)和导液孔(5.4)形成液体通道。
3.根据权利要求2所述的一种套管锻铣和煤层造穴一体化工具，其特征在于：所述储液腔(7)端面周向边缘分别向销轴(4)一侧延伸、并与销轴(4)侧壁套合相连，所述储液腔(7)端面与销轴(4)之间设有弹簧(8)，所述弹簧(8)两端分别与储液腔(7)端面和销轴(4)相抵靠。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的一种套管锻铣和煤层造穴一体化工具，其特征在于：所述销轴(4)为多边形。
5.根据权利要求4所述的一种套管锻铣和煤层造穴一体化工具，其特征在于：所述销轴(4)为六边形。
6.一种使用权利要求1至5中任一项所述的一种套管锻铣和煤层造穴一体化工具进行套管锻铣和煤层造穴的方法，其特征在于：
第一步：将套管锻铣和煤层造穴一体化工具的接头连接到钻具的钻柱上，送入预先钻好的煤层井眼中设计造穴段的顶部；
第二步：在地面开动钻机和泥浆泵，所述一体化工具在钻柱的带动下旋转；此时，泥浆泵使用较小排量；活塞杆在钻井液液压的作用下向下运动一段距离，推动锻铣造穴刀小角度张开，仅双材料层结构的硬质合金层与煤层井眼中的套管接触，对套管进行锻铣；
第三步：套管锻铣完成后，此时硬质合金层已被磨损，双材料层结构的PDC复合片层露出，将所述一体化工具提升至设计造穴段的顶部，控制钻柱的旋转速度，加大泥浆泵排量，活塞杆在所述液压的作用下继续向下运动，推动锻铣造穴刀绕销轴从0°向90°张开；
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20180424 Termination date: 20210415 |