CN108625811A - 一种套管段铣开窗工具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于油气田钻井、修井施工作业中的套管段铣开窗工具，属于侧钻技术领域。其技术方案：副缸体和主活塞、主缸体、滑动键套、刀具壳体、水眼轴套及下母接头依次连接共同组成外部移动机构；上母接头和上接头、下接头、上心轴、下心轴、喷嘴及螺塞依次连接共同组成中心固定机构；喷嘴装于下心轴下端口处，喷嘴与下心轴之间通过螺塞固定，水眼轴套位于刀具壳体下端内，刀具壳体中部设置四个铣刀窗口，铣刀下端表面交错镶焊方形硬质合金齿和圆柱硬质合金齿，上心轴尾端柱面沿母线方向设置有键槽，键槽内装有滑动键。本工具具有段铣套管彻底，消除套管段铣中的扒皮现象，易于断铁屑，能有效防止铁屑卡缠铣刀的优点，用于侧钻井作业中。

Description

一种套管段铣开窗工具

技术领域

本发明涉及一种用于油气田钻井、修井施工作业中的套管段铣开窗工具，属于侧钻技术领域。

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，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开窗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丝状铁屑缠刀，进而影响段铣效率；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，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。

发明内容

本发明的目的是：为了解决深井段铣开窗侧钻施工中由于段铣刀不能张开到有效位置以及段铣刀断屑问题而引起的段铣套管扒皮及铁屑缠刀的现象，提高段铣开窗侧钻的成功率，满足深井套管段铣开窗侧钻工况的需求，特提供一种套管段铣开窗工具。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：上母接头、上接头、剪钉、防松螺钉、副缸体、固定活塞、球座、弹簧、上活塞、下接头、主活塞、上心轴、主缸体、下活塞、副活塞、沉头螺钉、卡簧、密封活塞、紧定螺钉、滑动键套、下心轴、刀具壳体、止推座套、支撑垫片、定位销、支撑凸环、销孔挡圈、销心轴、铣刀、拉伸弹簧、挂簧螺栓、水眼轴套、喷嘴、螺塞、孔用挡圈、下母接头、防尘圈、泄压孔、钢球、O形密封圈、密封挡圈、轴用挡圈、弹簧垫圈、水眼通孔、心轴通孔、滑动键、水眼、方形硬质合金齿、圆柱硬质合金齿组成。其结构特征是：上母接头和上接头、下接头、上心轴、下心轴、喷嘴及螺塞依次连接共同组成中心固定机构，其中上母接头下端与上接头上端之间通过螺纹连接，上接头下端与下接头上端之间通过螺纹连接，下接头下端与上心轴上端之间通过螺纹连接，上心轴下端与下心轴上端之间通过螺纹连接，喷嘴装于下心轴下端口处，喷嘴与下心轴之间通过螺塞固定；副缸体和主活塞、主缸体、滑动键套、刀具壳体、水眼轴套及下母接头依次连接共同组成外部移动机构，其中下母接头上端与刀具壳体下端通过螺纹连接，水眼轴套位于刀具壳体下端内，水眼轴套与刀具壳体之间通过孔用挡圈固定，刀具壳体上端与滑动键套下端之间通过紧定螺钉固定，滑动键套上端与主缸体下端之间通过紧定螺钉连接，主缸体上端与主活塞下端通过螺纹连接，主活塞上端面与副缸体下端面接触；外部移动机构与中心固定机构之间通过副缸体与上接头之间的剪钉连接，剪钉外端与副缸体之间设置有防松螺钉；弹簧位于下接头内并坐落在上心轴上端面处，球座位于下接头内并坐落于弹簧上端面；刀具壳体中部设置有四个铣刀窗口，铣刀上端与刀具壳体之间通过定位销和销心轴以及销孔挡圈连接，铣刀上端与刀具壳体的铣刀窗口之间设置有支撑垫片，铣刀下端与水眼轴套之间通过弹簧垫圈和拉伸弹簧以及挂簧螺栓连接，其中挂簧螺栓固定于水眼轴套上端；铣刀下端表面交错镶焊有方形硬质合金齿和圆柱硬质合金齿；支撑凸环套在下心轴上，支撑凸环外表面与铣刀接触，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轴用挡圈固定；固定活塞套在下接头上，固定活塞上端与下接头的台肩接触，固定活塞下端与下接头之间用卡簧固定；上活塞位于副缸体和下接头之间，上活塞与副缸体之间通过沉头螺钉连接；下活塞位于上心轴和主缸体之间，下活塞上端与上心轴之间用卡簧固定；副活塞套在上心轴中部，副活塞与上心轴之间通过沉头螺钉连接；密封活塞套在上心轴下部，密封活塞上端与上心轴之间用卡簧固定，密封活塞下端面与上心轴台肩端面接触；上心轴尾端柱面沿母线方向设置有键槽，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；止推座套套在下心轴上，止推座套下端面与刀具壳体上台肩面接触；副缸体中部设置有四个泄压孔，四个泄压孔沿副缸体周向对称分布。在固定活塞与副缸体之间设置有两组轴用O型密封圈和密封挡圈，在固定活塞与下接头之间设置有一组孔用O形密封圈，密封活塞与主缸体之间设置有两组轴用O型密封圈和密封挡圈，副活塞与主缸体之间设置有两组轴用O型密封圈和密封挡圈，副活塞与上心轴之间设置有孔用O形密封圈，在上接头与副缸体之间设置有两组防尘圈。

上述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°。

在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套管段铣开窗工具中心轴线分别周向对正。

本发明与现有技术比较，具有以下有益效果：（1）本工具采用双液缸联动加压打开铣刀，能保证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）本工具铣刀切削齿形选择合理，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铣刀。

附图说明

图1为本发明段铣开窗工具原始状态结构示意图。

图2为本段铣开窗工具的工作状态结构示意图。

图3为图1的A—A剖视图。

图4为图1的B—B剖视图。

图5为本段铣开窗工具铣刀的布齿结构示意图。

图中：1—上母接头，2—上接头，3—剪钉，4—防松螺钉，5—副缸体，6—固定活塞，7—球座，8—弹簧，9—上活塞，10—下接头，11—主活塞，12—上心轴，13—主缸体，14—下活塞，15—副活塞，16—沉头螺钉，17—卡簧，18—密封活塞，19—紧定螺钉，20—滑动键套，21—下心轴，22—刀具壳体，23—止推座套，24—支撑垫片，25—定位销，26—支撑凸环，27—销孔挡圈，28—销心轴，29—铣刀，30—拉伸弹簧，31—挂簧螺栓，32—水眼轴套，33—喷嘴，34—螺塞，35—孔用挡圈，36—下母接头，37—防尘圈，38—泄压孔，39—钢球，40—轴用O形密封圈，41—密封挡圈，42—孔用O形密封圈，43—轴用挡圈，44—弹簧垫圈，45—水眼通孔，46—心轴通孔，47—滑动键，48—水眼，49—方形硬质合金齿，50—圆柱硬质合金齿。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明。

上母接头1、上接头2、下接头10、上心轴12、下心轴21、喷嘴33和螺塞34依次连接共同组成中心固定机构，喷嘴33装于下心轴21下端口处，喷嘴33与下心轴21之间通过螺塞34固定；副缸体5、主活塞11、主缸体13、滑动键套20、刀具壳体22、水眼轴套32和下母接头36依次连接共同组成外部移动机构；外部移动机构与中心固定机构之间通过副缸体5与上接头2之间的剪钉3连接；弹簧8坐落在上心轴12上端面处，球座7坐落于弹簧8上端面；在刀具壳体22中部加工四个铣刀窗口，铣刀29上端与刀具壳体22之间通过定位销25和销心轴28以及销孔挡圈27连接，铣刀29上端与刀具壳体22的铣刀窗口之间设置支撑垫片24，铣刀29下端与水眼轴套32之间通过弹簧垫圈44、拉伸弹簧30以及挂簧螺栓31连接，将挂簧螺栓31固定于水眼轴套32上端；在铣刀29下端表面交错镶焊方形硬质合金齿49和圆柱硬质合金齿50；支撑凸环26套在下心轴21上，支撑凸环26下端与下心轴21之间用轴用挡圈43固定；固定活塞6套在下接头10上，固定活塞6下端与下接头10之间用卡簧17固定；上活塞9与副缸体5之间通过沉头螺钉16连接；下活塞14上端与上心轴12之间用卡簧17固定；副活塞15与上心轴12之间通过沉头螺钉16连接；密封活塞18上端与上心轴12之间用卡簧17固定；在上心轴12尾端柱面沿母线方向加工若干个键槽，在键槽内安装滑动键47，在滑动键套20内表面加工若干个键槽，滑动键套20与上心轴12之间通过滑动键47连接；止推座套23套在下心轴21上，止推座套23下端面与刀具壳体22上台肩面接触。在副缸体5中部加工四个泄压孔38，四个泄压孔38沿副缸体5周向对称分布。在水眼轴套32内沿周向均布有四个水眼48，四个水眼48分别位于四块铣刀29的正下方，水眼48中心轴线与水眼轴套32中心轴线之间的夹角为1°～4°。在下心轴21下部设置四个心轴通孔46，四个心轴通孔46沿下心轴21周向对称分布，在水眼轴套32中部设置有四个水眼通孔45，四个水眼通孔45沿水眼轴套32周向对称分布，水眼通孔45贯穿于水眼轴套32内的水眼48，四个心轴通孔46与四个水眼通孔45沿套管段铣开窗工具中心轴线分别周向对正。

按照图1、图3将各零部件组装好，工作时，整个段铣开窗工具上部通过上母接头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，钻井液进入中心固定机构的环空内，由于喷嘴33的节流作用在中心固定机构内形成高压钻井液，高压钻井液分别进入主活塞11与下活塞14之间的液缸以及副活塞15与密封活塞18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11和副活塞15下端面上分别产生的静压力，推动主活塞11和副活塞15沿中心固定机构上行，此时副缸体5与上接头2之间的剪钉3被剪断，主活塞11和副活塞15一起带动外部移动机构上行，进而使刀具壳体22拉动铣刀29沿着支撑凸环26上行，由于支撑凸环26轴向固定于下心轴21上，因此在支撑凸环26的支撑作用下使铣刀29逐渐径向张开，如图2所示，进而能够接触套管内壁。此时启动转盘，钻柱通过上心轴12和滑动键套20之间的滑动键47将扭矩传递给刀具壳体22，并带动铣刀29旋转进行切削套管。同时，当铣刀29被完全打开之后，水眼轴套32上的水眼通孔45与下心轴21上的心轴通孔46发生对齐，水眼48被打开，如图4所示；此时，高压钻井液通过心轴通孔46和水眼通孔45进入水眼48通道，从水眼48通道上端口喷出，冲洗冷却铣刀29和切削齿，并清除铁屑。

当段铣作业完成后，需要彻底收回铣刀29时，上提钻柱1米，从井口投入钢球39，钢球39到达球座7处，封死段铣开窗工具的中心通道，此时开泵憋压，高压钻井液推动钢球39和球座7下移，当球座7下移至下接头10中部的小孔下方时，高压钻井液进入固定活塞6和上活塞9之间的液缸内，在上活塞9的上端面产生静压力，推动上活塞9并带动整个外部移动机构下移，使铣刀29完全被收回。当铣刀29完全收回时，副缸体5上的泄压孔38随副缸体5下行到固定活塞6与上活塞9之间的液缸上部，高压钻井液就可通过泄压孔38流出，这时液缸内液体减少，并且井口泵压会明显下降，施工人员可通过泵压表的变化来判断铣刀是否被完全收回。

Claims (4)

1.一种套管段铣开窗工具，由上母接头、上接头、剪钉、防松螺钉、副缸体、固定活塞、球座、弹簧、上活塞、下接头、主活塞、上心轴、主缸体、下活塞、副活塞、沉头螺钉、卡簧、密封活塞、紧定螺钉、滑动键套、下心轴、刀具壳体、止推座套、支撑垫片、定位销、支撑凸环、销孔挡圈、销心轴、铣刀、拉伸弹簧、挂簧螺栓、水眼轴套、喷嘴、螺塞、孔用挡圈、下母接头、防尘圈、泄压孔、钢球、O形密封圈、密封挡圈、轴用挡圈、弹簧垫圈、水眼通孔、心轴通孔、滑动键、水眼、方形硬质合金齿、圆柱硬质合金齿组成，其特征是：上母接头（1）和上接头（2）、下接头（10）、上心轴（12）、下心轴（21）、喷嘴（33）及螺塞（34）依次连接共同组成中心固定机构，其中上母接头（1）下端与上接头（2）上端之间通过螺纹连接，上接头（2）下端与下接头（10）上端之间通过螺纹连接，下接头（10）下端与上心轴（12）上端之间通过螺纹连接，上心轴（12）下端与下心轴（21）上端之间通过螺纹连接，喷嘴（33）装于下心轴（21）下端口处，喷嘴（33）与下心轴（21）之间通过螺塞（34）固定；副缸体（5）和主活塞（11）、主缸体（13）、滑动键套（20）、刀具壳体（22）、水眼轴套（32）及下母接头（36）依次连接共同组成外部移动机构，其中下母接头（36）上端与刀具壳体（22）下端通过螺纹连接，水眼轴套（32）位于刀具壳体（22）下端内，水眼轴套（32）与刀具壳体（22）之间通过孔用挡圈（35）固定，刀具壳体（22）上端与滑动键套（20）下端之间通过紧定螺钉（19）固定，滑动键套（20）上端与主缸体（13）下端之间通过紧定螺钉（19）连接，主缸体（13）上端与主活塞（11）下端通过螺纹连接，主活塞（11）上端面与副缸体（5）下端面接触；外部移动机构与中心固定机构之间通过副缸体（5）与上接头（2）之间的剪钉（3）连接，剪钉（3）外端与副缸体（5）之间设置有防松螺钉（4）；弹簧（8）位于下接头（10）内并坐落在上心轴（12）上端面处，球座（7）位于下接头（10）内并坐落于弹簧（8）上端面；刀具壳体（22）中部设置有四个铣刀窗口，铣刀（29）上端与刀具壳体（22）之间通过定位销（25）和销心轴（28）以及销孔挡圈（27）连接，铣刀（29）上端与刀具壳体（22）的铣刀窗口之间设置有支撑垫片（24），铣刀（29）下端与水眼轴套（32）之间通过弹簧垫圈（44）和拉伸弹簧（30）以及挂簧螺栓（31）连接，其中挂簧螺栓（31）固定于水眼轴套（32）上端；铣刀（29）下端表面交错镶焊有方形硬质合金齿（49）和圆柱硬质合金齿（50）；支撑凸环（26）套在下心轴（21）上，支撑凸环（26）外表面与铣刀（29）接触，支撑凸环（26）上端面卡在下心轴（21）台肩面处，支撑凸环（26）下端与下心轴（21）之间用轴用挡圈（43）固定；固定活塞（6）套在下接头（10）上，固定活塞（6）上端与下接头（10）的台肩接触，固定活塞（6）下端与下接头（10）之间用卡簧（17）固定；上活塞（9）位于副缸体（5）和下接头（10）之间，上活塞（9）与副缸体（5）之间通过沉头螺钉（16）连接；下活塞（14）位于上心轴（12）和主缸体（13）之间，下活塞（14）上端与上心轴（12）之间用卡簧（17）固定；副活塞（15）套在上心轴（12）中部，副活塞（15）与上心轴（12）之间通过沉头螺钉（16）连接；密封活塞（18）套在上心轴（12）下部，密封活塞（18）上端与上心轴（12）之间用卡簧（17）固定，密封活塞（18）下端面与上心轴（12）台肩端面接触；上心轴（12）尾端柱面沿母线方向设置有键槽，键槽内装有滑动键（47），滑动键套（20）内表面设置有键槽，滑动键套（20）与上心轴（12）之间通过滑动键（47）连接；止推座套（23）套在下心轴（21）上，止推座套（23）下端面与刀具壳体（22）上台肩面接触；在副缸体（5）中部设置有四个泄压孔（38），四个泄压孔（38）沿副缸体（5）周向对称分布。

2.根据权利要求1所述的套管段铣开窗工具，其特征是：水眼轴套（32）内的水眼（48）沿水眼轴套（32）周向均布有四个，四个水眼（48）分别位于四块铣刀（29）的正下方，水眼（48）中心轴线与水眼轴套（32）中心轴线之间的夹角为1°～4°。

3.根据权利要求1所述的套管段铣开窗工具，其特征是：在下心轴（21）下部设置有四个心轴通孔（46），四个心轴通孔（46）沿下心轴（21）周向对称分布，在水眼轴套（32）中部设置有四个水眼通孔（45），四个水眼通孔（45）沿水眼轴套（32）周向对称分布，水眼通孔（45）贯穿于水眼轴套（32）内的水眼（48），四个心轴通孔（46）与四个水眼通孔（45）沿套管段铣开窗工具中心轴线分别周向对正。

4.根据权利要求1所述的套管段铣开窗工具，其特征是：在固定活塞（6）与副缸体（5）之间设置有两组轴用O型密封圈（40）和密封挡圈（41），在固定活塞（6）与下接头（10）之间设置有一组孔用O形密封圈（42），密封活塞（18）与主缸体（13）之间设置有两组轴用O型密封圈（40）和密封挡圈（41），副活塞（15）与主缸体（13）之间设置有两组轴用O型密封圈（40）和密封挡圈（41），副活塞（15）与上心轴（12）之间设置有孔用O形密封圈（42），在上接头（2）与副缸体（5）之间设置有两组防尘圈（37）。