CN108643854A - 一种液压伸缩式段铣侧钻工具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于油气田钻井、修井施工作业侧钻技术中的液压伸缩式段铣侧钻工具。其技术方案：螺纹接头与上接头、中接头、上心轴和下心轴一起组成中心机构，返向液缸与主活塞、主缸体、滑动键套、下接头和扶正短节一起组成外部机构，外部机构与中心机构嵌套在一起，并通过返向液缸与上接头之间的剪钉连接；下心轴底部装有喷嘴，喷嘴与下心轴之间用螺塞固定；段铣刀具均布于下接头中部的窗口处，下接头中部的窗口处加工有销芯轴，段铣刀具上端与下接头通过销芯轴、刀具定位销及销孔挡圈连接。本段铣侧钻工具能保证段铣刀具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，用于侧钻作业中。

Description

一种液压伸缩式段铣侧钻工具

技术领域

本发明涉及一种用于油气田钻井、修井施工作业侧钻技术中的液压伸缩式段铣侧钻工具。

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，然后将套管磨铣一节（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翼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伸缩式段铣侧钻工具，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，特提供一种液压伸缩式段铣侧钻工具。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种液压伸缩式段铣侧钻工具，是由拉伸弹簧、段铣刀具、销芯轴、销孔挡圈、刀具定位销、下接头、下接头座套、紧定螺钉、上心轴、滑动键、防松螺钉、心轴活塞、卡簧、O型密封圈、密封挡圈、密封活塞、主活塞、返向液缸、中接头、球座、沉头螺钉、剪钉、防尘圈、上接头、螺纹接头、水眼轴套、返向固定活塞、压缩弹簧、返向移动活塞、联接螺钉、滑动活塞、滑动键套、支撑垫片、凸轮、轴用挡圈、下心轴、喷嘴、螺塞、孔用挡圈、扶正短节、钢球、碟形弹簧、扶正球座、隔套、挂簧螺栓、单向阀、通气孔、心轴通孔、水眼、水眼通孔组成。其结构特征是：中心机构由螺纹接头与上接头、中接头、上心轴和下心轴一起组成，其中螺纹接头下端与上接头上端用螺纹连接，上接头下端与中接头上端用螺纹连接，中接头下端与上心轴上端用螺纹连接，上心轴下端与下心轴上端用四个紧定螺钉连接；下心轴底部装有喷嘴，喷嘴与下心轴之间用螺塞固定；压缩弹簧位于中接头内并坐落于上心轴上端面处，球座位于中接头内并坐落于压缩弹簧上端部；返向液缸下端面与主活塞接触，主活塞下端与主缸体上端用螺纹连接，主缸体下端与滑动键套上端用四个防松螺钉连接，滑动键套下端与下接头上端用四个防松螺钉连接，下接头下端与扶正短节用螺纹连接，返向液缸与主活塞、主缸体、滑动键套、下接头和扶正短节一起组成外部机构，外部机构与中心机构嵌套在一起，并通过返向液缸与上接头之间的剪钉连接，剪钉外端用沉头螺钉进行固定；返向固定活塞套在中接头上端，并用卡簧固定在中接头上，返向固定活塞位于返向液缸和中接头之间；返向移动活塞套在中接头中部，并用联接螺钉一与返向液缸固定在一起；密封活塞位于上心轴和主缸体之间，密封活塞套在上心轴上；滑动活塞套在上心轴上，并用联接螺钉二与主缸体固定在一起；心轴活塞套在上心轴上，并用卡簧固定在上心轴上；下接头座套位于下接头和下心轴之间，并坐落于下接头内的台肩处；凸轮套在下心轴台肩处，凸轮下端面与下心轴之间用轴用挡圈固定；水眼轴套套在下心轴尾部，并且通过孔用挡圈固定在下接头内端口处，水眼轴套位于下心轴和下接头之间，水眼轴套内设置有水眼；扶正球座均布于扶正短节中部的三个螺纹孔内，扶正球座与扶正短节之间用螺纹连接，扶正球座内设置有隔套，碟形弹簧坐落于隔套内，钢球位于碟形弹簧和扶正球座之间，且钢球的直径大于扶正球座的外端开口直径；四块段铣刀具均布于下接头中部的窗口处，下接头中部的窗口处加工有销芯轴，段铣刀具上端与下接头通过销芯轴、刀具定位销及销孔挡圈连接，段铣刀具与下接头之间设置有支撑垫片，段铣刀具下端通过拉伸弹簧和挂簧螺栓与水眼轴套上端相连；上心轴下部设置有滑动键槽，滑动键槽内装有滑动键，滑动键套内部设置有滑动键槽，滑动键套通过滑动键槽套在滑动键上；返向液缸中下部设置有单向阀。在返向液缸与上接头之间设置有两组防尘圈，心轴活塞与主缸体之间设置有两组O型外密封圈，滑动活塞与上心轴之间设置有O型内密封圈和密封挡圈，密封活塞与上心轴之间设置有O型内密封圈和密封挡圈。

在上述的返向液缸中上部设置有两个通气孔，两个通气孔沿返向液缸周向对称分布。

所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段铣刀具的正下方，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液压伸缩式段铣侧钻工具的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段铣刀具，能保证段铣刀具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）本工具切削轻快，振动小，能够承受冲击，可保证段铣刀具的强度和耐用度；（3）本工具水力结构有利于段铣刀具排除铁屑，防止段铣刀具在收回时被铁屑卡住。

附图说明

图1为本发明段铣侧钻工具原始状态整体结构示意图。

图2为图1的A—A剖视图。

图3为本段铣侧钻工具工作状态结构示意图。

图4为图3的B—B剖视图。

图5为本段铣侧钻工具投球憋压后刀具收回结构示意图。

图中：1—拉伸弹簧，2—段铣刀具，3—销芯轴，4—销孔挡圈，5—刀具定位销，6—下接头，7—下接头座套，8—紧定螺钉，9—上心轴，10—滑动键，11—防松螺钉，12—O型外密封圈，13—心轴活塞，14—卡簧，15—O型内密封圈，16—密封挡圈，17—密封活塞，18—主活塞，19—返向液缸，20—中接头，21—球座，22—沉头螺钉，23—剪钉，24—防尘圈，25—上接头，26—螺纹接头，27—水眼轴套，28—返向固定活塞，29—密封钢球，30—压缩弹簧，31—返向移动活塞，32—联接螺钉一，33—滑动活塞，34—联接螺钉二，35—滑动键套，36—支撑垫片，37—凸轮，38—轴用挡圈，39—下心轴，40—喷嘴，41—螺塞，42—孔用挡圈，43—扶正短节，44—钢球，45—碟形弹簧，46—扶正球座，47—隔套，48—挂簧螺栓，49—单向阀，50—通气孔，51—心轴通孔，52—水眼，53—水眼通孔，54—主缸体。

具体实施方式

按照图1和图2将各零部件组装好，整个工具上部通过螺纹接头26的螺纹扣与钻杆连接，然后下井到达指定的段铣侧钻位置；开启钻井泵进行正循环，钻井液进入由螺纹接头26与上接头25、中接头20、上心轴9和下心轴39共同构成的中心机构的环空内，由于喷嘴40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18与密封活塞17之间的液缸以及滑动活塞33与心轴活塞13之间的液缸，并形成两个联动高压液缸，借助于高压钻井液在主活塞18和滑动活塞33下端面上分别产生的静压力，推动主活塞18和滑动活塞33上行，此时返向液缸19与上接头25之间的剪钉23被剪断，主活塞18和滑动活塞33一起带动返向液缸19与主活塞18、主缸体54、滑动键套35、下接头6和扶正短节43构成的外部机构上行，进而使下接头6拉动段铣刀具2沿着凸轮37上行，由于凸轮37轴向固定于下心轴39上，因此在凸轮37的支撑作用下使段铣刀具2逐渐张开，进而能够接触套管，如图3所示；启动转盘，钻柱通过上心轴9和滑动键套35之间的滑动键10将扭矩传递到下接头6，并带动段铣刀具2旋转切削套管。同时，当段铣刀具2上行被打开之后，水眼轴套27上的水眼通孔53和下心轴39上的心轴通孔51发生对齐，水眼52被打开，如图4所示；高压钻井液通过心轴通孔51和水眼通孔53进入水眼52通道，从水眼52通道上端口喷出并冲洗段铣刀具2，清除铁屑。在段铣侧钻工具段铣套管时，扶正短节43会保持段铣侧钻工具位于套管中心，保证段铣侧钻工具稳定工作，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，由于扶正短节43下部被封堵，环空内钻井液只能通过返向液缸19上的单向阀49进入返向固定活塞28和返向移动活塞31之间的液缸内，继续憋压进而推动返向移动活塞31下移，此时返向移动活塞31带动整个外部机构下移，进而使段铣刀具2复位，段铣刀具2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，需要彻底收回段铣刀具2时，上提钻柱1米，从井口投入密封钢球29，密封钢球29到达球座21处，封死中心通道，此时开泵憋压推动球座21下移，当球座21下移至中接头20的小孔时，如图5所示，高压钻井液进入返向固定活塞28和返向移动活塞31之间的液缸内，在返向移动活塞31的上端面产生静压力，推动返向移动活塞31并带动整个外部机构下移，使段铣刀具2完全被收回。

Claims (5)

1.一种液压伸缩式段铣侧钻工具，由拉伸弹簧、段铣刀具、销芯轴、销孔挡圈、刀具定位销、下接头、下接头座套、紧定螺钉、上心轴、滑动键、防松螺钉、心轴活塞、卡簧、O型密封圈、密封挡圈、密封活塞、主活塞、返向液缸、中接头、球座、沉头螺钉、剪钉、防尘圈、上接头、螺纹接头、水眼轴套、返向固定活塞、压缩弹簧、返向移动活塞、联接螺钉、滑动活塞、滑动键套、支撑垫片、凸轮、轴用挡圈、下心轴、喷嘴、螺塞、孔用挡圈、扶正短节、钢球、碟形弹簧、扶正球座、隔套、挂簧螺栓、单向阀、通气孔、心轴通孔、水眼、水眼通孔组成，其特征是：中心机构由螺纹接头（26）与上接头（25）、中接头（20）、上心轴（9）和下心轴（39）一起组成，其中螺纹接头（26）下端与上接头（25）上端用螺纹连接，上接头（25）下端与中接头（20）上端用螺纹连接，中接头（20）下端与上心轴（9）上端用螺纹连接，上心轴（9）下端与下心轴（39）上端用四个紧定螺钉（8）连接；下心轴（39）底部装有喷嘴（40），喷嘴（40）与下心轴（39）之间用螺塞（41）固定；压缩弹簧（30）位于中接头（20）内并坐落于上心轴（9）上端面处，球座（21）位于中接头（20）内并坐落于压缩弹簧（30）上端部；返向液缸（19）下端面与主活塞（18）接触，主活塞（18）下端与主缸体（54）上端用螺纹连接，主缸体（54）下端与滑动键套（35）上端用四个防松螺钉（11）连接，滑动键套（35）下端与下接头（6）上端用四个防松螺钉（11）连接，下接头（6）下端与扶正短节（43）用螺纹连接，返向液缸（19）与主活塞（18）、主缸体（54）、滑动键套（35）、下接头（6）和扶正短节（43）一起组成外部机构，外部机构与中心机构嵌套在一起，并通过返向液缸（19）与上接头（25）之间的剪钉（23）连接，剪钉（23）外端用沉头螺钉（22）进行固定；返向固定活塞（28）套在中接头（20）上端，并用卡簧（14）固定在中接头（20）上，返向固定活塞（28）位于返向液缸（19）和中接头（20）之间；返向移动活塞（31）套在中接头（20）中部，并用联接螺钉一（32）与返向液缸（19）固定在一起；密封活塞（17）位于上心轴（9）和主缸体（54）之间，密封活塞（17）套在上心轴（9）上；滑动活塞（33）套在上心轴（9）上，并用联接螺钉二（34）与主缸体（54）固定在一起；心轴活塞（13）套在上心轴（9）上，并用卡簧（14）固定在上心轴（9）上；下接头座套（7）位于下接头（6）和下心轴（39）之间，并坐落于下接头（6）内的台肩处；凸轮（37）套在下心轴（39）台肩处，凸轮（37）下端面与下心轴（39）之间用轴用挡圈（38）固定；水眼轴套（27）套在下心轴（39）尾部，并且通过孔用挡圈（42）固定在下接头（6）内端口处，水眼轴套（27）位于下心轴（39）和下接头（6）之间，水眼轴套（27）内设置有水眼（52）；扶正球座（46）均布于扶正短节（43）中部的三个螺纹孔内，扶正球座（46）与扶正短节（43）之间用螺纹连接，扶正球座（46）内设置有隔套（47），碟形弹簧（45）坐落于隔套（47）内，钢球（44）位于碟形弹簧（45）和扶正球座（46）之间，且钢球（44）的直径大于扶正球座（46）的外端开口直径；四块段铣刀具（2）均布于下接头（6）中部的窗口处，下接头（6）中部的窗口处加工有销芯轴（3），段铣刀具（2）上端与下接头（6）通过销芯轴（3）、刀具定位销（5）及销孔挡圈（4）连接，段铣刀具（2）与下接头（6）之间设置有支撑垫片（36），段铣刀具（2）下端通过拉伸弹簧（1）和挂簧螺栓（48）与水眼轴套（27）上端相连；上心轴（9）下部设置有滑动键槽，滑动键槽内装有滑动键（10），滑动键套（35）内部设置有滑动键槽，滑动键套（35）通过滑动键槽套在滑动键（10）上；返向液缸（19）中下部设置有单向阀（49）。

2.根据权利要求1所述的液压伸缩式段铣侧钻工具，其特征是：在返向液缸（19）中上部设置有两个通气孔（50），两个通气孔（50）沿返向液缸（19）周向对称分布。

3.根据权利要求1所述的液压伸缩式段铣侧钻工具，其特征是：水眼轴套（27）内的水眼（52）沿水眼轴套（27）周向均布有四个，四个水眼（52）分别位于四块段铣刀具（2）的正下方，水眼（52）中心轴线与水眼轴套（27）中心轴线之间的夹角为1°～4°。

4.根据权利要求1所述的液压伸缩式段铣侧钻工具，其特征是：在下心轴（39）下部设置有四个心轴通孔（51），四个心轴通孔（51）沿下心轴（39）周向对称分布，在水眼轴套（27）中部设置有四个水眼通孔（53），四个水眼通孔（53）沿水眼轴套（27）周向对称分布，水眼通孔（53）贯穿于水眼轴套（27）内的水眼（52），四个心轴通孔（51）与四个水眼通孔（53）沿液压伸缩式段铣侧钻工具的中心轴线分别周向对正。

5.根据权利要求1所述的液压伸缩式段铣侧钻工具，其特征是：在返向液缸（19）与上接头（25）之间设置有两组防尘圈（24），在心轴活塞（13）与主缸体（54）之间设置有两组O型外密封圈（12），滑动活塞（33）与上心轴（9）之间设置有O型内密封圈（15）和密封挡圈（16），密封活塞（17）与上心轴（9）之间设置有O型内密封圈（15）和密封挡圈（16）。