CN108590557A - 一种液压式可重复打开收回的段铣器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于油气田钻井、修井施工作业侧钻技术中的液压式可重复打开收回的段铣器。其技术方案：双母接头和上接头、中接头、上心轴及下心轴共同组成中心机构，上缸体和主活塞、中缸体、滑动键套、下接头、水眼轴套及扶正体共同组成外部移动机构，外部移动机构与中心机构嵌套在一起，并通过上缸体与上接头之间的剪钉连接；铣刀本体均布于下接头中部的窗口处，窗口处加工有销心轴，铣刀本体上端与下接头通过销心轴、定位销及销孔挡圈连接,铣刀本体下端交错镶焊有方形和圆柱形的硬质合金齿。本段铣器可保证铣刀本体张开至有效位置，段铣套管更彻底，消除套管段铣中的扒皮及铁屑缠刀现象，能满足深井套管段铣开窗的需求，用于侧钻作业中。

Description

一种液压式可重复打开收回的段铣器

技术领域

本发明涉及一种用于油气田钻井、修井施工作业侧钻技术中的液压式可重复打开收回的段铣器。

背景技术

套管段铣开窗侧钻是采用套管段铣工具将套管从预计位置截断，然后将套管磨铣一段（一般30～50米），再在段铣井段打水泥塞40～60米并侯凝48～72小时，之后下钻头钻水泥塞至预定侧钻点，最后下定向钻具组合实施裸眼定向侧钻的工艺，可实现老井、报废井、事故井重新完井开发中后期剩余油气藏之目的，套管段铣开窗也称全方位开窗。目前，市场上主力段铣器产品均属液压支撑套管段铣工具，结构大致相似，主要是由上接头、调压总成、活塞总成、复位弹簧总成、本体和刀具支撑总成等部件组成。这类产品在深井套管段铣侧钻施工当中经常出现段铣器刀具未能张开到有效位置，导致套管段铣不彻底，出现套管扒皮现象，进而影响后续侧钻施工作业；还有部分段铣工具由于段铣刀具采用堆焊硬质合金颗粒的形式，在切削磨铣套管时产生的铁屑为丝状且不易断屑，因此在段铣过程中易发生铁屑缠刀；在施工结束收回刀具时是依靠活塞及刀翼支撑体的自重及复位弹簧的作用下收回刀槽内，但当发生环空铁屑堆积、铁屑缠刀等情况时，段铣刀翼不能被彻底收回。

基于上述技术背景，本发明特提供一种液压式可重复打开收回的段铣器，以满足深井套管段铣侧钻施工的需求。

发明内容

本发明的目的是：为了解决深井段铣侧钻施工中由于段铣刀不能张开到有效位置而引起的段铣套管扒皮及铁屑缠刀的现象，提高段铣侧钻的成功率，满足深井套管段铣侧钻工况的需求，特提供一种液压式可重复打开收回的段铣器。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种液压式可重复打开收回的段铣器，是由双母接头、上接头、防尘圈、剪钉、上缸体、固定活塞、球座、单向阀、弹簧、上活塞、中接头、主活塞、上心轴、中缸体、密封活塞、下活塞、紧定螺钉、轴用挡圈、心轴活塞、沉头螺钉、滑动键套、下心轴、滑动键、下接头、座套、支撑垫片、定位销、支撑凸环、销心轴、销孔挡圈、铣刀本体、拉伸弹簧、挂簧螺栓、水眼轴套、喷嘴、螺塞、孔用挡圈、扶正球座、扶正钢球、碟形弹簧、小隔套、扶正体、硬质合金齿、O形密封圈、密封挡圈、泄流孔、卡簧、水眼通孔、心轴通孔和水眼组成。其结构特征是：上缸体和主活塞、中缸体、滑动键套、下接头、水眼轴套及扶正体依次连接共同组成外部移动机构，其中上缸体下端面与主活塞上端面接触，主活塞下端与中缸体上端通过螺纹连接，中缸体下端与滑动键套上端之间通过沉头螺钉连接，滑动键套下端与下接头上端通过沉头螺钉连接，水眼轴套位于下接头内部，且水眼轴套上端台肩面与下接头下台肩面接触，水眼轴套尾端通过孔用挡圈固定于下接头尾端，下接头下端与扶正体上端通过螺纹连接；双母接头和上接头、中接头、上心轴及下心轴依次连接共同组成中心机构，其中双母接头下端与上接头上端之间通过螺纹连接，上接头下端与中接头上端通过螺纹连接，中接头下端与上心轴上端通过螺纹连接，上心轴下端与下心轴上端通过螺纹连接；上缸体与上接头之间通过剪钉连接；固定活塞套在中接头上，固定活塞上端与中接头台肩接触，固定活塞下端与中接头之间用轴用挡圈固定；上活塞套在中接头中部，上活塞与上缸体之间通过紧定螺钉连接；密封活塞套在上心轴上部，密封活塞上端与上心轴之间用轴用挡圈固定；下活塞套在上心轴中部，下活塞与上心轴之间通过紧定螺钉连接；心轴活塞套在上心轴下部，心轴活塞上端与上心轴之间用轴用挡圈固定，心轴活塞下端面与上心轴台肩端面接触；上心轴尾端柱面设置有键槽，键槽内装有滑动键，滑动键套内表面设置有键槽，滑动键套与上心轴之间通过滑动键连接；座套套在下心轴上，座套下端面与下接头上台肩面接触；下接头中部设置有四个铣刀窗口，铣刀本体上端与下接头之间通过销心轴和定位销以及销孔挡圈连接，铣刀本体上端与下接头的铣刀窗口之间设置有支撑垫片，铣刀本体下端与水眼轴套之间通过拉伸弹簧和挂簧螺栓连接，其中挂簧螺栓固定于水眼轴套上端；支撑凸环内表面与下心轴接触，支撑凸环外表面与铣刀本体接触，支撑凸环上端面卡在下心轴台肩面处，支撑凸环下端与下心轴之间用卡簧固定；扶正球座均布于扶正体中部的三个螺纹孔内，扶正球座与扶正体之间用螺纹连接，扶正球座内设置有小隔套，碟形弹簧位于小隔套内，扶正钢球位于碟形弹簧和扶正球座之间，且扶正钢球的直径大于扶正球座的外端开口直径；下心轴尾端设置有喷嘴，喷嘴与下心轴之间用螺塞固定，螺塞与下心轴尾部之间通过螺纹连接；弹簧位于中接头内并坐落在上心轴上端面处，球座位于中接头内并坐落于弹簧上端面；上缸体中部沿周向均布有两个单向阀。铣刀本体下端交错镶焊有硬质合金齿，硬质合金齿的形状主要包括方形和圆柱形。在上缸体与上接头之间设置有两组防尘圈，在固定活塞与上缸体之间设置有两组轴用O型密封圈和密封挡圈，心轴活塞与中缸体之间设置有两组轴用O型密封圈和密封挡圈，主活塞与中接头之间设置有孔用O形密封圈，下活塞与上心轴之间设置有孔用O形密封圈。

在上述的下心轴下部设置有四个心轴通孔，四个心轴通孔沿下心轴周向对称分布，在水眼轴套中部设置有四个水眼通孔，四个水眼通孔沿水眼轴套周向对称分布，水眼通孔贯穿于水眼轴套内的水眼，四个心轴通孔与四个水眼通孔沿液压式可重复打开收回的段铣器中心轴线分别周向对正。

在上述上缸体中上部设置有两个泄流孔，两个泄流孔沿上缸体周向对称分布，泄流孔与单向阀之间的轴向距离等于铣刀本体张开所需的轴向行程。

水眼轴套内的水眼沿水眼轴套周向均布有四个，四个水眼分别位于四块铣刀本体的正下方，水眼中心轴线与水眼轴套中心轴线之间的夹角为1°～4°。

本发明与现有技术比较，具有以下有益效果：（1）本段铣器采用双液缸联动加压打开段铣刀，能保证段铣刀顺利张开至有效位置，段铣套管更彻底，消除套管段铣中的扒皮现象，能满足深井套管段铣侧钻工况的需求；（2）本段铣器铣刀齿形选择合理，易于断铁屑，片状铁屑更易于被钻井液循环排出，能有效防止铁屑卡缠段铣铣刀；（3）本段铣器切削轻快，振动小，能够承受冲击，可保证段铣刀的强度和耐用度。

附图说明

图1为本发明段铣器原始状态结构示意图。

图2为图1的A—A剖视图。

图3为图1的B—B剖视图。

图4为本段铣器的工作状态结构示意图。

图5为本段铣器段铣刀的布齿结构示意图。

图6为本段铣器投球憋压后刀具收回结构示意图。

图中：1—双母接头，2—上接头，3—防尘圈，4—剪钉，5—上缸体，6—固定活塞，7—球座，8—单向阀，9—弹簧，10—上活塞，11—中接头，12—主活塞，13—上心轴，14—中缸体，15—密封活塞，16—下活塞，17—紧定螺钉，18—轴用挡圈，19—心轴活塞，20—沉头螺钉，21—滑动键套，22—下心轴，23—滑动键，24—下接头，25—座套，26—支撑垫片，27—定位销，28—支撑凸环，29—销心轴，30—销孔挡圈，31—铣刀本体，32—拉伸弹簧，33—挂簧螺栓，34—水眼轴套，35—喷嘴，36—螺塞，37—孔用挡圈，38—扶正球座，39—扶正钢球，40—碟形弹簧，41—小隔套，42—扶正体，43—硬质合金齿，44—轴用O形密封圈，45—密封挡圈，46—泄流孔，47—孔用O形密封圈，48—卡簧，49—钢球，50—水眼通孔，51—心轴通孔，52—水眼。

具体实施方式

按照图1、图2和图3将各零部件组装好，整个段铣器上部通过双母接头1的上端螺纹扣与钻杆连接，然后下井到达指定的段铣开窗位置；开启钻井泵进行正循环，钻井液进入由双母接头1和上接头2、中接头11、上心轴13及下心轴22共同组成的中心机构的环空内，由于喷嘴35的节流作用在中心机构内形成高压钻井液，高压钻井液分别进入主活塞12与密封活塞15之间的液缸以及下活塞16与心轴活塞19之间的液缸，形成两个联动高压液缸，借助于高压钻井液在主活塞12和下活塞16下端面上分别产生的静压力，推动主活塞12和下活塞16沿中心机构上行，此时上缸体5与上接头2之间的剪钉4被剪断，主活塞12和下活塞16一起带动由上缸体5和主活塞12、中缸体14、滑动键套21、下接头24、水眼轴套34及扶正体42共同组成的外部移动机构上行，进而使下接头24拉动铣刀本体31沿着支撑凸环28上行，由于支撑凸环28轴向固定于下心轴22上，因此在支撑凸环28的支撑作用下使铣刀本体31逐渐张开，进而能够接触套管，如图4所示。启动转盘，钻柱通过上心轴13和滑动键套21之间的滑动键23将扭矩传递给下接头24，并带动铣刀本体31旋转进行切削套管。同时，当铣刀本体31上行被完全打开之后，水眼轴套34上的水眼通孔50与下心轴22上的心轴通孔51发生对齐，水眼52被打开，如图5所示；此时，高压钻井液通过心轴通孔51和水眼通孔50进入水眼52通道，从水眼52通道上端口喷出，冲洗冷却铣刀本体31和硬质合金齿43，清除铁屑。在段铣器段铣套管时，段铣器下端的扶正体42会保持段铣器始终位于套管中心，从而保证段铣器稳定工作，不会发生剧烈晃动。

当方钻杆送尽需要接单根时，上提钻柱0.5米，开启钻井泵进行反循环，钻井液进入钻杆与套管环空，由于扶正体42下部被封堵，环空内钻井液只能通过上缸体5上的单向阀8进入返向固定活塞6和上活塞10之间的液缸内，继续憋压进而推动上活塞10下移，此时上活塞10带动整个外部移动机构下移，从而使铣刀本体31复位，铣刀本体31复位后停泵上提钻柱，即可进行接单根作业。

当段铣作业完成后，需要彻底收回铣刀本体31时，上提钻柱1米，从井口投入钢球49，钢球49到达球座7处，封死段铣器的中心通道，此时开泵憋压，高压钻井液推动球座7下移，当球座7下移至中接头11中部的小孔下方时，如图6所示，高压钻井液进入固定活塞6和上活塞10之间的液缸内，在上活塞10的上端面产生静压力，推动上活塞10并带动整个外部移动机构下移，使铣刀本体31完全被收回。

Claims (6)

1.一种液压式可重复打开收回的段铣器，由双母接头、上接头、防尘圈、剪钉、上缸体、固定活塞、球座、单向阀、弹簧、上活塞、中接头、主活塞、上心轴、中缸体、密封活塞、下活塞、紧定螺钉、轴用挡圈、心轴活塞、沉头螺钉、滑动键套、下心轴、滑动键、下接头、座套、支撑垫片、定位销、支撑凸环、销心轴、销孔挡圈、铣刀本体、拉伸弹簧、挂簧螺栓、水眼轴套、喷嘴、螺塞、孔用挡圈、扶正球座、扶正钢球、碟形弹簧、小隔套、扶正体、硬质合金齿、O形密封圈、密封挡圈、泄流孔、卡簧、水眼通孔、心轴通孔、水眼组成，其特征是：上缸体（5）和主活塞（12）、中缸体（14）、滑动键套（21）、下接头（24）、水眼轴套（34）及扶正体（42）依次连接共同组成外部移动机构，其中上缸体（5）下端面与主活塞（12）上端面接触，主活塞（12）下端与中缸体（14）上端通过螺纹连接，中缸体（14）下端与滑动键套（21）上端之间通过沉头螺钉（20）连接，滑动键套（21）下端与下接头（24）上端通过沉头螺钉（20）连接，水眼轴套（34）位于下接头（24）内部，且水眼轴套（34）上端台肩面与下接头（24）下台肩面接触，水眼轴套（34）尾端通过孔用挡圈（37）固定于下接头（24）尾端，下接头（24）下端与扶正体（42）上端通过螺纹连接；双母接头（1）和上接头（2）、中接头（11）、上心轴（13）及下心轴（22）依次连接共同组成中心机构，其中双母接头（1）下端与上接头（2）上端之间通过螺纹连接，上接头（2）下端与中接头（11）上端通过螺纹连接，中接头（11）下端与上心轴（13）上端通过螺纹连接，上心轴（13）下端与下心轴（22）上端通过螺纹连接；上缸体（5）与上接头（2）之间通过剪钉（4）连接；固定活塞（6）套在中接头（11）上，固定活塞（6）上端与中接头（11）台肩接触，固定活塞（6）下端与中接头（11）之间用轴用挡圈（18）固定；上活塞（10）套在中接头（11）中部，上活塞（10）与上缸体（5）之间通过紧定螺钉（17）连接；密封活塞（15）套在上心轴（13）上部，密封活塞（15）上端与上心轴（13）之间用轴用挡圈（18）固定；下活塞（16）套在上心轴（13）中部，下活塞（16）与上心轴（13）之间通过紧定螺钉（17）连接；心轴活塞（19）套在上心轴（13）下部，心轴活塞（19）上端与上心轴（13）之间用轴用挡圈（18）固定，心轴活塞（19）下端面与上心轴（13）台肩端面接触；上心轴（13）尾端柱面设置有键槽，键槽内装有滑动键（23），滑动键套（21）内表面设置有键槽，滑动键套（21）与上心轴（13）之间通过滑动键（23）连接；座套（25）套在下心轴（22）上，座套（25）下端面与下接头（24）上台肩面接触；下接头（24）中部设置有四个铣刀窗口，铣刀本体（31）上端与下接头（24）之间通过销心轴（29）和定位销（27）以及销孔挡圈（30）连接，铣刀本体（31）上端与下接头（24）的铣刀窗口之间设置有支撑垫片（26），铣刀本体（31）下端与水眼轴套（34）之间通过拉伸弹簧（32）和挂簧螺栓（33）连接，其中挂簧螺栓（33）固定于水眼轴套（34）上端；支撑凸环（28）内表面与下心轴（22）接触，支撑凸环（28）外表面与铣刀本体（31）接触，支撑凸环（28）上端面卡在下心轴（22）台肩面处，支撑凸环（28）下端与下心轴（22）之间用卡簧（48）固定；扶正球座（38）均布于扶正体（42）中部的三个螺纹孔内，扶正球座（46）与扶正体（42）之间用螺纹连接，扶正球座（38）内设置有小隔套（41），碟形弹簧（40）位于小隔套（41）内，扶正钢球（39）位于碟形弹簧（40）和扶正球座（38）之间，且扶正钢球（39）的直径大于扶正球座（38）的外端开口直径；下心轴（22）尾端设置有喷嘴（35），喷嘴（35）与下心轴（22）之间用螺塞（36）固定，螺塞（36）与下心轴（22）尾部之间通过螺纹连接；弹簧（9）位于中接头（11）内并坐落在上心轴（13）上端面处，球座（7）位于中接头（11）内并坐落于弹簧（9）上端面；上缸体（5）中部沿周向均布有两个单向阀（8）。

2.根据权利要求1所述的液压式可重复打开收回的段铣器，其特征是：铣刀本体（31）下端交错镶焊有硬质合金齿（43），硬质合金齿（43）的形状主要包括方形和圆柱形。

3.根据权利要求1所述的液压式可重复打开收回的段铣器，其特征是：在下心轴（22）下部设置有四个心轴通孔（51），四个心轴通孔（51）沿下心轴（22）周向对称分布，在水眼轴套（34）中部设置有四个水眼通孔（50），四个水眼通孔（50）沿水眼轴套（34）周向对称分布，水眼通孔（50）贯穿于水眼轴套（34）内的水眼（52），四个心轴通孔（51）与四个水眼通孔（50）沿液压式可重复打开收回的段铣器中心轴线分别周向对正。

4.根据权利要求1所述的液压式可重复打开收回的段铣器，其特征是：在上缸体（5）中上部设置有两个泄流孔（46），两个泄流孔（46）沿上缸体（5）周向对称分布，泄流孔（46）与单向阀（8）之间的轴向距离等于铣刀本体（31）张开所需的轴向行程。

5.根据权利要求1所述的液压式可重复打开收回的段铣器，其特征是：水眼轴套（34）内的水眼（52）沿水眼轴套（34）周向均布有四个，四个水眼（52）分别位于四块铣刀本体（31）的正下方，水眼（52）中心轴线与水眼轴套（34）中心轴线之间的夹角为1°～4°。

6.根据权利要求1所述的液压式可重复打开收回的段铣器，其特征是：在上缸体（5）与上接头（2）之间设置有两组防尘圈（3），在固定活塞（6）与上缸体（5）之间设置有两组轴用O型密封圈（44）和密封挡圈（45），心轴活塞（19）与中缸体（14）之间设置有两组轴用O型密封圈（44）和密封挡圈（45），主活塞（12）与中接头（11）之间设置有孔用O形密封圈（47），下活塞（16）与上心轴（13）之间设置有孔用O形密封圈（47）。