CN107387012B - 一种用于海洋及陆地钻井现场井口的扩孔工具 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于海洋及陆地钻井现场井口的扩孔工具,包括动力机构、切削执行机构、机械稳定机构、井内压力控制机构和切削碎屑清洁机构。本发明结构合理,体积小,操作方便,能带压操作,安全可靠,不借用钻井现场的顶驱、防喷器系统及管汇系统等设备,将此工具安装到待返修的井口上,接通气源即可进行返修操作,此工具带有起扶正和抗旋转摩擦作用的尼龙套,在保护了无需返修的井口内孔表面的同时,也有力的保证了连续切削作业设备稳定性,通过切削碎屑清洁机构,可有效的防止切削作业时铁屑掉入井口中。

Description

一种用于海洋及陆地钻井现场井口的扩孔工具
技术领域
本发明涉及海洋及陆地钻井技术领域,具体涉及一种用于海洋及陆地钻井现场井口的扩孔工具。
背景技术
目前,对大多数油田现场而言,当发现套管或者套管头的内部通道尺寸与其他工具不配套时,该层套管已经完成了固井作业,也就是说之前建立的通道已经没有拆卸的可能,除非破坏流道,切割套管。而且返修常伴随着井内高压及H2S等有害气体泄漏,这就导致切割或者返修难度非常大。在海洋及陆地钻井现场,对于已完成固井作业的井口进行返修主要是以下两种方案:
1、切割套管方案:此方案危险性极高,切割近地面套管的时候容易产生火花,容易引燃现场可燃性气体,此外破坏流道不仅浪费人力物力,而且容易导致弃井、废井,油田现场已经很少使用该方案。
2、钻机驱动钻头扩孔方案:目前各大油田现场的主流的解决方案是用钻机顶驱安装特定的钻头及扶正装置,顶驱带动钻头转动通过发生尺寸冲突的管路内径。但是该方案的执行异常的复杂,成本也非常的昂贵,首先需要钻机的配合,也就是说现场钻机需要停止钻井,先将钻机移动到该井正上方,连接防喷器系统,节流压井系统,拆卸现有的钻杆,连接专业的钻头,由专业的返修队伍执行切削作业,异常复杂的返修工艺会占用一台钻机的钻井作业时间大约一到两天,返修一口井的成本大约在250000美金左右,而且即使是如此复杂的步骤,还是无法避免切削产生的碎屑掉落在井口中。
从现有的返修技术方案来看,破坏流道切割套管方案具有高危险性的缺点,钻机驱动钻头扩孔方案具有执行复杂、成本高的缺点,均不具有实际推广性。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术存在的缺陷,提供一种结构合理,能带压操作,能对切削碎屑进行回收,防止掉落在井口,能保证设备作业稳定性,操作方便,安全可靠的用于海洋及陆地钻井现场井口的扩孔工具。
其技术方案是:一种用于海洋及陆地钻井现场井口的扩孔工具,包括动力机构、切削执行机构、机械稳定机构、井内压力控制机构和切削碎屑清洁机构,
所述动力机构包括气动马达和手轮,所述气动马达的输出端与加长传动轴连接并用于带动加长传动轴旋转,所述手轮设置在加长传动轴的顶端,所述手轮通过调节螺杆和送取工具头带动加长传动轴上下运动;
所述切削执行机构包括与加长传动轴下端连接的连接座,所述连接座的底部安装有铣刀盘,所述铣刀盘的外侧安装有刀具;
所述机械稳定机构为扶正套,所述扶正套套设在连接座的上方,并通过锁紧环固定;
所述井内压力控制机构包括安装在气动马达下方的承压法兰,所述加长传动轴贯穿承压法兰,所述承压法兰与加长传动轴之间设有密封装置;
所述切削碎屑清洁机构包括安装在铣刀盘下方的橡胶碎屑收集器,所述橡胶碎屑收集器上位于刀具的下方设有铁屑吸附盘。
所述扶正套为用于扶正和抗旋转摩擦的尼龙套,所述扶正套的直径大于连接座的直径。
所述密封装置包括由下至上依次安装在承压法兰与加长传动轴之间的耐磨铜套、支撑圈、轴用杆密封和压圈,所述压圈的上方设有与承压法兰相固定并用于压紧压圈的填料压盖。
所述气动马达安装在承压法兰与支撑法兰之间。
所述气动马达的气源为氮气。
本发明与现有技术相比较,具有以下优点:结构合理,体积小,操作方便,能带压操作,安全可靠,不借用钻井现场的顶驱、防喷器系统及管汇系统等设备,将此工具安装到待返修的井口上,接通气源即可进行返修操作,此工具带有起扶正和抗旋转摩擦作用的尼龙套,在保护了无需返修的井口内孔表面的同时,也有力的保证了连续切削作业设备稳定性,通过切削碎屑清洁机构,可有效的防止切削作业时铁屑掉入井口中。
附图说明
图1是本发明的结构原理图;
图2是本发明C处的局部放大图;
图3是本发明D处的局部放大图;
图中:1.气动马达;2.手轮;3.加长传动轴;4.调节螺杆;5.送取工具头;6.承压法兰;7.支撑法兰;8.连接座;9.铣刀盘;10.刀具;11.扶正套;12.锁紧环;13.耐磨铜套;14.支撑圈;15.轴用杆密封;16.压圈;17.填料压盖;18.橡胶碎屑收集器;19.铁屑吸附盘。
具体实施方式
下面是结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1所示,一种用于海洋及陆地钻井现场井口的扩孔工具,包括动力机构、切削执行机构、机械稳定机构、井内压力控制机构和切削碎屑清洁机构。
其中,动力机构包括气动马达1和手轮2,气动马达1启动后可带动加长传动轴3旋转,从而实现切削工作;手轮2设置在加长传动轴3的顶端,手轮2通过调节螺杆4和送取工具头5带动加长传动轴3上下运动。气动马达1安装在承压法兰6和支撑法兰7之间,调节螺杆4贯穿支撑法兰7通过送取工具头5带动加长传动轴3上下运动,即逆时针旋转手轮2,通过调节螺杆4和送取工具头5可以将加长传动轴3上的纵向进给刻度尺归零,这时从支撑法兰7侧窗口观察刻度线,保证刀具不会撞击到井内的关键密封件;开启气动马达1,确认刀具旋转平稳之后,顺时针转动手轮2,可带动加长传动轴3向下运动,到进给刻度尺在到达预计位置时,实现切削工作。
切削执行机构包括与加长传动轴3下端连接的连接座8,在连接座8的底部安装有铣刀盘9,铣刀盘9的外侧安装有刀具10,工作时,加长传动轴3转动带动铣刀盘9转动,从而带动刀具10旋转对待切削部位进行切削。
如图3所示,机械稳定机构为扶正套11,扶正套11套设在连接座8的上方,并通过锁紧环12固定,扶正套11为用于扶正和抗旋转摩擦的尼龙套,扶正套11的直径大于连接座8的直径。由于在切削过程中不可避免会产生机械震动,通过扶正套11在保护了无需返修的井口内孔表面的同时,也有力的保证了连续切削作业设备稳定性。
如图2所示,井内压力控制机构包括安装在气动马达1下方的承压法兰6,加长传动轴3贯穿承压法兰6,承压法兰6与加长传动轴3之间设有密封装置,其中,密封装置包括由下至上依次安装在承压法兰6与加长传动轴3之间的耐磨铜套13、支撑圈14、轴用杆密封15和压圈16,在压圈16的上方还设有与承压法兰6相固定并用于压紧压圈16的填料压盖17。通过上述结构能保证在返修中即使有井内压力上涌,通过承压法兰6与加长传动轴3之间的密封装置也能封隔压力,这样可通过井口侧出口缓慢释放压力,确保油田操作工人安全性。
如图3所示,切削碎屑清洁机构包括安装在铣刀盘9下方的橡胶碎屑收集器18,橡胶碎屑收集器18上位于刀具的下方设有铁屑吸附盘19。切削的铁屑下落时首先通过铁屑吸附盘19进行吸附,通过铁屑吸附盘19能够吸附96%以上的铁屑,剩余的铁屑能被安装在铁屑吸附盘19下部的橡胶碎屑收集器18收集,保证不会有碎屑掉到井筒内。
上述气动马达1的气源为氮气。采用安全清洁的压缩氮气为驱动动力,切割待返修区域时不会产生火花,不会引燃现场的可燃性气体,另外井内压力控制部分可时刻监控井内压力,防止在返修时井内压力上涌,并封隔压力,确保油田操作工人安全性。
工作原理:
首先,通过专用的测量工具调整好刀具10的旋转外径,保证扩孔直径。
其次,将上部的承压法兰6连接到现场的井口(套管头、油管头上),测试法兰处的连接性,主要是保证该承压法兰6能在井涌时控制井内压力,保证人员安全。
再次,连接驱动气源(0.5-1.0 Mpa),逆时针旋转手轮2,通过调节螺杆4和送取工具头5将加长传动轴3上的纵向进给刻度尺归零,可以从支撑法兰7侧窗口观察刻度线,保证刀具10不会撞击到井内的关键密封件。
然后,开启气动马达1,确认刀具10旋转平稳之后,顺时针转动手轮2,刀具10进给速度控制在0.1mm /r,到进给刻度尺在到达预计位置时,气动马达1带动加长传动轴3和刀具10转动,对被切削区域进行切削,然后反向旋转手轮2至原点,依次循环3次,保证井内的尺寸冲突区域被完全切除。切削的铁屑下落时首先通过铁屑吸附盘19进行吸附,通过铁屑吸附盘19能够吸附96%以上的铁屑,剩余的铁屑能被安装在铁屑吸附盘19下部的橡胶碎屑收集器18收集,保证不会有碎屑掉到井筒内。
最后,拆解扩孔设备,检查刀具10的破损情况,如有破损及时更换,用现场绞车吊起准备好的内径通径规,测试内径是否达到预期尺寸,如果通径规顺利通过尺寸冲突区域,取出通径规,安装好井口封井法兰,此次修井作业结束。
本发明并不限于上述的实施方式,在本领域技术人员所具备的知识范围内,还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化,变化后的内容仍属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种用于海洋及陆地钻井现场井口的扩孔工具,包括动力机构、切削执行机构、机械稳定机构、井内压力控制机构和切削碎屑清洁机构,其特征在于:
所述动力机构包括气动马达和手轮,所述气动马达的输出端与加长传动轴连接并用于带动加长传动轴旋转,所述手轮设置在加长传动轴的顶端,所述手轮通过调节螺杆和送取工具头带动加长传动轴上下运动;
所述切削执行机构包括与加长传动轴下端连接的连接座,所述连接座的底部安装有铣刀盘,所述铣刀盘的外侧安装有刀具;
所述机械稳定机构为扶正套,所述扶正套套设在连接座的上方,并通过锁紧环固定;
所述井内压力控制机构包括安装在气动马达下方的承压法兰,所述加长传动轴贯穿承压法兰,所述承压法兰与加长传动轴之间设有密封装置;
所述切削碎屑清洁机构包括安装在铣刀盘下方的橡胶碎屑收集器,所述橡胶碎屑收集器上位于刀具的下方设有铁屑吸附盘。
2.根据权利要求1所述的一种用于海洋及陆地钻井现场井口的扩孔工具,其特征在于:所述扶正套为用于扶正和抗旋转摩擦的尼龙套,所述扶正套的直径大于连接座的直径。
3.根据权利要求2所述的一种用于海洋及陆地钻井现场井口的扩孔工具,其特征在于:所述密封装置包括由下至上依次安装在承压法兰与加长传动轴之间的耐磨铜套、支撑圈、轴用杆密封和压圈,所述压圈的上方设有与承压法兰相固定并用于压紧压圈的填料压盖。
4.根据权利要求1所述的一种用于海洋及陆地钻井现场井口的扩孔工具,其特征在于:所述气动马达安装在承压法兰与支撑法兰之间。
5.根据权利要求1所述的一种用于海洋及陆地钻井现场井口的扩孔工具,其特征在于:所述气动马达的气源为氮气。
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