CN109519136A - 一种连续油管自动旋转喷砂切割工艺管柱及方法 - Google Patents

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张化强
王增林
伊西锋
李玉宝
高恒超
任家敏
朱瑛辉
杨慧
刘建新
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    • E21B29/00Cutting or destroying pipes, packers, plugs, or wire lines, located in boreholes or wells, e.g. cutting of damaged pipes, of windows; Deforming of pipes in boreholes or wells; Reconditioning of well casings while in the ground
    • E21B29/002Cutting, e.g. milling, a pipe with a cutter rotating along the circumference of the pipe

Abstract

本发明公开了一种连续油管自动旋转喷砂切割工艺管柱及方法,管柱包括自上而下依次连接的连续油管、锚定器、旋转喷砂切割器,所述旋转喷砂切割器包括切割头、喷嘴、旋转机构,所述旋转机构下端连接切割头,切割头开设径向喷孔,径向喷孔中安装喷嘴,且喷嘴的轴线与切割头的中心孔的中心轴线具有偏心距。本发明切割作业时排量不受螺杆钻等井下工具限制,切割器的射流切割范围大,适合多层管柱的同时切割,以及厚壁管柱的切割。

Description

一种连续油管自动旋转喷砂切割工艺管柱及方法
技术领域
本发明涉及油田井下修井作业的油管切割领域,具体地说是一种连续油管自动旋转喷砂切割工艺管柱及方法。
背景技术
在井下管柱打捞过程中,由于井筒出砂、异物掉落或套管变形等原因,井下管柱经常会发生卡死现象,这时就需要先切割再打捞。传统的机械切割耗时较长,刀片易损坏,切割成功率低。现有的喷砂切割工艺需要转动管柱带动切割头旋转,一种方法在井口转动管柱带动井下切割头旋转,这种方法在切割过程中切割头易产生上下窜动,影响切割效果,而且该方法不适合连续油管作业,无法达到快速作业的目的;另一种方法通过螺杆钻带动切割头旋转,这种方法管柱结构较复杂,切割时排量受螺杆钻限制,且螺杆钻易被含砂流体堵塞停止转动,影响正常切割。因此,需要研究一种快速、安全、可靠的井下管柱切割工艺及方法,提高切割效率和成功率。
经过检索有杆、采油等关键词,申请号201110362784.9,公开日2015-09-30公开了一种油井有杆泵采油系统,包括有套管和安设在套管中的油管,油管中安设有杆抽油泵,所述的有杆抽油泵包括抽油泵和连接抽油泵的抽油杆,其特征在于在油管与套管之间的油套环空近抽油泵处安设封隔器,使油套环空上下分隔,在对应于抽油泵和封隔器上方的油管上联接有液压连通阀,抽油泵抽出的原油通过连通阀进入油套环空,在套管的上端开设与油套环空连通的出油口,并且在抽油泵上方的油管内充满润滑介质;所述的液压连通阀包括有与油管相联的中心管座,在中心管座外套装连通阀套,在中心管座与连通阀套之间的环形空腔中的一端安设有环形阀芯并配置回位弹簧,对应于环形阀芯在中心管座和连通阀套上分别开设上下错开的进油孔和出油孔,且进油孔和出油孔分别与油管的内外相连通;所述的环形阀芯安设在中心管座与连通阀套之间的环形空腔下端,在中心管座对应于环形阀芯下端止挡孔肩的下方开设进油孔,在连通阀套对应于环形阀芯的上端开设出油孔。
以上公开技术虽然为有杆采油,但整体的技术方案、解决的技术问题、有益效果等均不相同,也不存在任何技术启示。
发明内容
本发明的目的在于提供一种连续油管自动旋转喷砂切割工艺管柱及旋转喷砂切割器及方法,切割作业时排量不受螺杆钻等井下工具限制,切割器的射流切割范围大,适合多层管柱的同时切割,以及厚壁管柱的切割。
为了达成上述目的,本发明采用了如下技术方案,一种连续油管自动旋转喷砂切割工艺管柱,包括自上而下依次连接的连续油管、锚定器、旋转喷砂切割器,所述旋转喷砂切割器包括切割头、喷嘴、旋转机构,所述旋转机构下端连接切割头,切割头开设径向喷孔,径向喷孔中安装喷嘴,且喷嘴的轴线与切割头的中心孔的中心轴线呈2mm~3mm偏心距。
所述喷嘴的两端口均为锥形口。
所述旋转机构包括外筒、内筒,所述外筒套在内筒的外部,且外筒能相对于内筒旋转,所述外筒上端连接上接头,所述锚定器上下两端分别通过连接器连接连续油管和上接头,连接器为连接管。
所述内筒外壁开设外肩台,所述外筒内壁开设内肩台,内肩台位于外肩台上方位置,所述内肩台上下两端面均安装轴承,外筒和内筒通过轴承相对旋转。
所述内肩台上端面的轴承上方设置挡圈。
所述切割头的底端为盲端。
为了达成上述目的,本发明采用了如下技术方案,一种旋转喷砂切割器,包括切割头、喷嘴、旋转机构,所述旋转机构下端连接切割头,切割头开设径向喷孔,径向喷孔中安装喷嘴,且喷嘴的轴线与切割头的中心孔的中心轴线呈2mm~3mm偏心距。所述喷嘴的两端口均为锥形口,所述旋转机构包括外筒、内筒,所述外筒套在内筒的外部,且外筒能相对于内筒旋转,所述外筒上端连接上接头,所述锚定器上下两端分别通过连接器连接连续油管和上接头,连接器为连接管,所述内筒外壁开设外肩台,所述外筒内壁开设内肩台,内肩台位于外肩台上方位置,所述内肩台上下两端面均安装轴承,外筒和内筒通过轴承相对旋转,所述内肩台上端面的轴承上方设置挡圈。
为了达成上述目的,本发明采用了如下技术方案,一种连续油管自动旋转喷砂切割方法,包括以下步骤:
下入连续油管自动旋转喷砂切割工艺管柱至预定深度;
往上述连续油管自动旋转喷砂切割工艺管柱内泵入干净的携砂液,起压后锚定器张开,上提连续油管,使其对待切割管柱产生3t~5t拉力;
再往上述连续油管自动旋转喷砂切割工艺管柱内缓慢泵入混砂液,逐渐增加泵压及排量至预先计算的数值,并在设计范围内保持稳定;
以混砂液为流体的高压射流从喷嘴喷出,依靠射流冲击力将待切割管柱割开,同时射流冲击力的反作用力对切割头形成一定的扭矩,由于切割头与外筒为螺纹连接,外筒与内筒为轴承连接,因此,在射流冲击力的反作用力扭矩的推动下,切割头与外筒一起相对内筒进行旋转,实现待切割管柱的周向完全切割;
观察井口悬重变化,当悬重突然下降可以判断管柱已被割断;
停止加混砂液并泵入干净液体,将砂子循环出井筒;
起出连续油管自动旋转喷砂切割工艺管柱,完成本次切割作业。
在下入连续油管自动旋转喷砂切割工艺管柱至预定深度之前,还包括以下步骤:
根据实际井况选择合适的旋转喷砂切割器型号,并根据混砂液的砂比和排量计算所需的泵压;
连接旋转喷砂切割器之前,使用干净的液体循环连续油管,去除连续油管内部残渣;
连接旋转喷砂切割器,泵入液体确保工具旋转正常。
相较于现有技术,本发明具有以下有益效果:
本发明可以实现井下管柱的安全、高效切割,提高切割成功率。本发明实施例中,旋转喷砂切割器利用射流冲击力的反作用力推动切割头旋转,无需在井口转动管柱或使用螺杆钻,简化了喷砂切割工艺管柱,降低了成本;同时本发明实施例切割作业时排量不受螺杆钻等井下工具限制,切割器的射流切割范围大,适合多层管柱的同时切割,以及厚壁管柱的切割。因此,与其他喷砂切割方式相比,本发明实施例适用范围更广,切割效率高。
附图说明
图1为本发明一种连续油管自动旋转喷砂切割工艺管柱的结构示意图;
图2为旋转喷砂切割器示意图;
图3为图2的A-A剖视图;
图4为本发明实施例中连续油管自动旋转喷砂切割方法的流程图。
图中:旋转喷砂切割器1、锚定器2、连接器3和连续油管4;
切割头1-1、喷嘴1-2、外筒1-3、内筒1-4、轴承1-5、挡圈1-6、上接头1-7。
具体实施方式
有关本发明的详细说明及技术内容,配合附图说明如下,然而附图仅为参考与说明之用,并非用来对本发明加以限制。
针对目前喷砂切割工艺中,井口转动管柱方式切割效果差、不适合连续油管作业,螺杆钻带动切割头旋转的方式排量受限、螺杆钻易堵塞等问题,本发明实施例提供一种连续油管自动旋转喷砂切割工艺管柱。
如附图1、图2所示,一种连续油管自动旋转喷砂切割工艺管柱,包括自上而下依次连接的连续油管4、锚定器2、旋转喷砂切割器1,所述旋转喷砂切割器包括切割头1-1、喷嘴1-2、旋转机构,所述旋转机构下端连接切割头,切割头开设径向喷孔,径向喷孔中安装喷嘴,且喷嘴的轴线与切割头的中心孔的中心轴线呈2mm~3mm偏心距。
所述喷嘴的两端口均为锥形口。所述旋转机构包括外筒1-3、内筒1-4,所述外筒套在内筒的外部,且外筒能相对于内筒旋转,所述外筒上端连接上接头1-7,所述锚定器上下两端分别通过连接器连接连续油管和上接头,连接器为连接管。所述内筒外壁开设外肩台,所述外筒内壁开设内肩台,内肩台位于外肩台上方位置,所述内肩台上下两端面均安装轴承1-5,外筒和内筒通过轴承相对旋转。所述内肩台上端面的轴承上方设置挡圈1-6。所述切割头的底端为盲端。
旋转喷砂切割器1是主要的切割工具,图2、图3为旋转喷砂切割器示意图。如图2所示本发明实施例中旋转喷砂切割器可以包括:切割头1-1,在切割头1-1的侧面对称安装3个喷嘴1-2,且喷嘴1-2的轴线与切割头1-1横截面中心点呈一定偏心距e;切割头1-1上部通过螺纹与外筒1-3连接;外筒1-3通过轴承1-5与内筒1-4连接;内筒1-4上部通过螺纹与上接头1-7连接;在上接头1-7与外筒1-3之间设有挡圈1-6。外筒1-3与内筒1-4及其内部轴承1-5合称为旋转机构。
具体实施时,以混砂液为流体的高压射流从喷嘴喷出,依靠射流冲击力将待切割管柱割开,同时射流冲击力的反作用力,与喷嘴轴线和切割头横截面中心点形成的偏心距,对切割头形成一定的扭矩,由于切割头与外筒为螺纹连接,外筒与内筒为轴承连接,因此,在射流冲击力的反作用力扭矩的推动下,切割头与外筒一起相对内筒进行旋转,实现待切割管柱的周向完全切割。
在实施例中,锚定器2主要起扶正和锚定作用。
具体实施时,连续油管内起压后,锚定器张开锚定在待切割管柱内壁,使下部的旋转喷砂切割器居中,由于旋转喷砂切割器的切割范围较大,如果不居中则可能切割损伤待切割管柱外部的套管;锚定器锚定在待切割管柱内壁,可以阻止旋转喷砂切割器的扭矩上传损伤连续油管,同时可以消除连续油管工作时的上下窜动对切割位置的影响;此外,锚定器在锚定状态下,通过上提连续油管在井口产生一定的拉力,待切割管柱被割断后拉力瞬间下降,可以作为待切割管柱被割断的信号。
在实施例中,连接器3用以实现锚定器和连续油管的快速、高强度连接。
具体实施时,连接器以卡瓦连接的方式连接于连续油管外壁,并且能够有效传递扭矩和拉力;同时还设置有安全丢手,在作业管柱遇卡时可实现安全丢手。
基于同一发明构思,本发明实施例中还提供了一种连续油管自动旋转喷砂切割方法,图4为本发明实施例中连续油管自动旋转喷砂切割方法的流程图。如图4所示,本发明实施例中连续油管自动旋转喷砂切割方法可以包括:
步骤301、根据实际井况选择合适的旋转喷砂切割器型号,并根据混砂液的砂比和排量计算所需的泵压;
步骤302、连接旋转喷砂切割器之前,使用干净的液体循环连续油管,去除连续油管内部残渣;
步骤303、连接旋转喷砂切割器,泵入液体确保工具旋转正常;
步骤304、下入连续油管自动旋转喷砂切割工艺管柱至预定深度;
步骤305、泵入干净的携砂液,起压后锚定器张开,上提连续油管,使其对待切割管柱产生3t~5t拉力;
步骤306、缓慢泵入混砂液,逐渐增加泵压及排量至预先计算的数值,并在设计范围内保持稳定;
步骤307、观察井口悬重变化,当悬重突然下降可以判断管柱已被割断;
步骤308、停止加砂并泵入干净液体,将砂子循环出井筒;
步骤309、起出连续油管自动旋转喷砂切割工艺管柱,完成本次切割作业。
具体实施时,选用的旋转喷砂切割器外径比待切割管柱内径小6mm~10mm,混砂液砂比为6%~8%,排量为1.5L/s~2.0L/s,泵压等于喷嘴压降与混砂液流经管汇的损耗压降之和,其中喷嘴压降为15MPa~20MPa。
具体实施时,以混砂液为流体的高压射流从喷嘴喷出,依靠射流冲击力将待切割管柱割开,同时射流冲击力的反作用力对切割头形成一定的扭矩,由于切割头与外筒为螺纹连接,外筒与内筒为轴承连接,因此,在射流冲击力的反作用力扭矩的推动下,切割头与外筒一起相对内筒进行旋转,实现待切割管柱的周向完全切割。
具体实施时,连续油管内起压后,锚定器张开锚定在待切割管柱内壁,使下部的旋转喷砂切割器居中,由于旋转喷砂切割器的切割范围较大,如果不居中则可能切割损伤待切割管柱外部的套管;锚定器锚定在待切割管柱内壁,可以防止旋转喷砂切割器的扭矩上传损伤连续油管,同时可以消除连续油管工作时的窜动对切割位置的影响;此外,锚定器在锚定状态下通过上提连续油管在井口产生一定的拉力,待切割管柱被割断后拉力瞬间下降,可以作为待切割管柱被割断的信号。
在实施例中,如果待切割管柱为双层管柱,预先计算的砂比、泵压及排量应保证旋转喷砂切割器的切割范围包含两层管柱,在割断第一层管柱后,继续切割第二层管柱,根据两层管柱的实际结构,可以通过井口悬重或返出液排量变化来判断第二层管柱是否割断。
在实施例中,如果连续油管自动旋转喷砂切割工艺管柱遇卡,活动管柱解卡,解卡无效时可以在连接器处脱开,停止切割作业。
综上所述,本发明实施例的连续油管自动旋转喷砂切割工艺管柱及方法,通过以混砂液为介质的高压射流将待切割管柱割断,可以实现井下管柱的安全、高效切割,提高切割成功率。本发明实施例中,旋转喷砂切割器利用射流冲击力的反作用力推动切割头旋转,无需在井口转动管柱或使用螺杆钻,简化了喷砂切割工艺管柱,降低了成本;同时本发明实施例切割作业时排量不受螺杆钻等井下工具限制,切割器的射流切割范围大,适合多层管柱的同时切割,以及厚壁管柱的切割。因此,与其他喷砂切割方式相比,本发明实施例适用范围更广,切割效率高,具有广阔的应用前景。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,非用以限定本发明的专利范围,其他运用本发明专利精神的等效变化,均应俱属本发明的专利范围。

Claims (9)

1.一种连续油管自动旋转喷砂切割工艺管柱,其特征在于,包括自上而下依次连接的连续油管、锚定器、旋转喷砂切割器,所述旋转喷砂切割器包括切割头、喷嘴、旋转机构,所述旋转机构下端连接切割头,切割头开设径向喷孔,径向喷孔中安装喷嘴,且喷嘴的轴线与切割头的中心孔的中心轴线呈2mm~3mm偏心距。
2.根据权利要求1所述的一种连续油管自动旋转喷砂切割工艺管柱,其特征在于,所述喷嘴的两端口均为锥形口。
3.根据权利要求2所述的一种连续油管自动旋转喷砂切割工艺管柱,其特征在于,所述旋转机构包括外筒、内筒,所述外筒套在内筒的外部,且外筒能相对于内筒旋转,所述外筒上端连接上接头,所述锚定器上下两端分别通过连接器连接连续油管和上接头,连接器为连接管。
4.根据权利要求3所述的一种连续油管自动旋转喷砂切割工艺管柱,其特征在于,所述内筒外壁开设外肩台,所述外筒内壁开设内肩台,内肩台位于外肩台上方位置,所述内肩台上下两端面均安装轴承,外筒和内筒通过轴承相对旋转。
5.根据权利要求3所述的一种连续油管自动旋转喷砂切割工艺管柱,其特征在于,所述内肩台上端面的轴承上方设置挡圈。
6.根据权利要求1或2或3所述的一种连续油管自动旋转喷砂切割工艺管柱,其特征在于,所述切割头的底端为盲端。
7.一种旋转喷砂切割器,其特征在于,包括切割头、喷嘴、旋转机构,所述旋转机构下端连接切割头,切割头开设径向喷孔,径向喷孔中安装喷嘴,且喷嘴的轴线与切割头的中心孔的中心轴线呈2mm~3mm偏心距。所述喷嘴的两端口均为锥形口,所述旋转机构包括外筒、内筒,所述外筒套在内筒的外部,且外筒能相对于内筒旋转,所述外筒上端连接上接头,所述锚定器上下两端分别通过连接器连接连续油管和上接头,连接器为连接管,所述内筒外壁开设外肩台,所述外筒内壁开设内肩台,内肩台位于外肩台上方位置,所述内肩台上下两端面均安装轴承,外筒和内筒通过轴承相对旋转,所述内肩台上端面的轴承上方设置挡圈。
8.一种连续油管自动旋转喷砂切割方法,其特征在于,包括以下步骤:
下入连续油管自动旋转喷砂切割工艺管柱至预定深度;
往上述连续油管自动旋转喷砂切割工艺管柱内泵入干净的携砂液,起压后锚定器张开,上提连续油管,使其对待切割管柱产生3t~5t拉力;
再往上述连续油管自动旋转喷砂切割工艺管柱内缓慢泵入混砂液,逐渐增加泵压及排量至预先计算的数值,并在设计范围内保持稳定;
以混砂液为流体的高压射流从喷嘴喷出,依靠射流冲击力将待切割管柱割开,同时射流冲击力的反作用力对切割头形成一定的扭矩,由于切割头与外筒为螺纹连接,外筒与内筒为轴承连接,因此,在射流冲击力的反作用力扭矩的推动下,切割头与外筒一起相对内筒进行旋转,实现待切割管柱的周向完全切割;
观察井口悬重变化,当悬重突然下降可以判断管柱已被割断;
停止加混砂液并泵入干净液体,将砂子循环出井筒;
起出连续油管自动旋转喷砂切割工艺管柱,完成本次切割作业。
9.根据权利要求8所述的一种连续油管自动旋转喷砂切割方法,其特征在于,在下入连续油管自动旋转喷砂切割工艺管柱至预定深度之前,还包括以下步骤:
根据实际井况选择合适的旋转喷砂切割器型号,并根据混砂液的砂比和排量计算所需的泵压;
连接旋转喷砂切割器之前,使用干净的液体循环连续油管,去除连续油管内部残渣;
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