CN110552663A - 柔性旋转喷射清理工具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柔性旋转喷射清理工具，其包括液压丢手、多段式柔性连接节和旋转喷射器三大组成部分。其中液压丢手包括丢手上接头、丢手、剪切销钉；多段式柔性连接节包括依次连接的若干个柔性连接肘节，每个柔性连接肘节包括肘节连接部和两个肘节连接部压帽，每相邻的两个柔性连接肘节之间均通过一个连接节I彼此柔性连接；旋转喷射器包括旋转喷射器上压帽、接头、喷射器下压帽、上喷射短节、喷射短节侧喷嘴、下喷射短节、旋转磨铣齿、喷射短节下喷嘴。本发明同时兼具喷射冲孔与旋转钻进的双重功能，具有处理效率高、角度可调、不受生产套管不居中或弯曲变形影响、可安全丢手等特点。

Description

柔性旋转喷射清理工具

技术领域

本发明涉及油气田开发领域，尤其是一种柔性旋转喷射清理工具。

背景技术

随油田套损井的数量逐年增多，取换套作业日益增多。取换套作业中，因生产套管不居中或弯曲变形引发的生产套管与表层套管间水泥环偏固的问题成为制约当前取换套施工提速提效的重要因素。目前，公知的技术是作业队通过下入套铣筒对生产套管与表层套管间的水泥环进行套铣处理，因现有的套铣筒均为刚性的特制合金钢圆筒、无法根据套管弯曲变形和水泥环偏固情况调整套铣角度和方位，若生产套管不居中或弯曲变形，则易造成套劈、偏切生产套管或引发表套管开窗的事故，影响后续施工，制约了工程进度及取换套施工作业的提速提效，同时也造成施工工时增加和施工成本的提高。

发明内容

本发明的目的在于解决上述技术问题而提供一种处理效率高、角度可调且清理效果好的柔性旋转喷射清理工具。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种柔性旋转喷射清理工具，包括内腔相通且依次连接的液压丢手、多段式柔性连接节和旋转喷射器，所述多段式柔性连接节包括依次连接的若干个柔性连接肘节，每相邻的两个柔性连接肘节之间均通过一个连接节I彼此柔性连接，且首尾两端的两个柔性连接肘节分别一一对应地与液压丢手、旋转喷射器柔性密封连接，其中连接节I的两端呈向外凸出的空心球状、中间呈圆管状，柔性连接肘节包括均为管状结构的肘节连接部和两个肘节连接部压帽，两个肘节连接部压帽对称螺纹密封连接在肘节连接部的两端，肘节连接部压帽的内腔一端加工有用于连接肘节连接部的母扣、另一端加工有锥形孔，肘节连接部压帽的内腔的中间位置还加工有球形孔并用于放置连接节I的空心球状端，在球形孔和连接节I的空心球状端之间还设有密封圈以实现连接节I和柔性连接肘节之间的柔性密封连接。

进一步地，所述液压丢手包括内腔相通的丢手上接头和丢手且两者通过剪切销钉密封连接，丢手一端呈圆管状且该端的端部加工有用于投球落位的球座、另一端呈空心球状且该端匹配地柔性密封安装在首端柔性连接肘节的一个肘节连接部压帽的球形孔内。

进一步地，所述旋转喷射器包括内腔相通且密封连接的喷射器上压帽、接头、喷射器下压帽、上喷射短节和下喷射短节，喷射器上压帽和喷射器下压帽螺纹连接在接头的两端，上喷射短节一端通过轴承与接头可转动地连接在一起、另一端与下喷射短节螺纹连接，其中喷射器下压帽设置在接头和上喷射短节之间以实现接头和上喷射短节的轴向固定。

进一步地，所述喷射器上压帽内腔中部形成有球形孔，尾端柔性连接肘节通过一连接节Ⅱ与喷射器上压帽连接，其中连接节Ⅱ与连接节Ⅰ结构一致，连接节Ⅱ的一空心球状端匹配地柔性密封安装在尾端柔性连接肘节的一个肘节连接部压帽的球形孔内、另一空心球状端匹配地柔性密封安装在喷射器上压帽的球形孔内。

进一步地，所述轴承套装在上喷射短节的一端并由具有限位功能的密封圈实现限位。

进一步地，所述喷射器下压帽一端与接头螺纹连接、另一端的内壁一体形成有一卡环，卡环置于上喷射短节外壁的台阶上并由轴承限位，以实现接头和上喷射短节的轴向限位固定。

进一步地，所述上喷射短节和下喷射短节的外壁上还分别对称设有四个喷射短节侧喷嘴，下喷射短节一端与上喷射短节螺纹连接、另一端设有喷射短节下喷嘴且该端还环向焊接有旋转磨铣齿。

本发明的有益效果是：

本发明借助携砂液水力喷射冲孔与底部磨鞋旋转钻进的双重作用，实现对生产套管与表层套管间偏固水泥环的高效清理；当遇到生产套管不居中或弯曲变形问题时，结合其配套的多段式柔性连接节可根据套管弯曲变形情况进行弯曲钻进；若施工过程中发生水泥环垮塌造成钻具埋、卡等事故，可通过投入钢球实施打压丢手，进行后续打捞，防止事故复杂。

本发明的工具同时兼具喷射冲孔与旋转钻进的双重功能，具有处理效率高、角度可调、不受生产套管不居中或弯曲变形影响、可安全丢手等特点。

附图说明

图1为本发明柔性旋转喷射清理工具的结构示意图；

图2为本发明中液压丢手的结构示意图；

图3为本发明中多段式柔性连接节的结构示意图；

图4为本发明中旋转喷射器的结构示意图；

图5为下入套铣鞋套铣偏固井段以上生产套管与表层套管间水泥环的示意图；

图6为下入柔性旋转喷射清理工具清理套管间偏固水泥环、使生产套管恢复自由状态的示意图；

图7为下入专用工具修整或切割掉生产井段的变形生产套管的示意图；

图8为下入套铣鞋继续处理剩余的生产套管与表层套管间水泥环的示意图。

图中：A—液压丢手,B—多段式柔性连接节,C—旋转喷射器,1—丢手上接头，2—丢手，201—球座，202—密封圈I，203—密封圈Ⅱ，3—剪切销钉，4—连接节I，5—肘节连接部上压帽，501—密封圈Ⅲ，502—密封圈Ⅳ，6—肘节连接部，7—肘节连接部下压帽，701—密封圈Ⅴ，702—密封圈Ⅵ，8—连接节Ⅱ，9—喷射器上压帽，10—接头，1001—密封圈Ⅶ，11—轴承，1101—密封圈Ⅷ，1102—密封圈Ⅸ，1103—密封圈Ⅹ，12—喷射器下压帽，13—上喷射短节，14—喷射短节侧喷嘴，15—下喷射短节，16—旋转磨铣齿，17—喷射短节下喷嘴。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

参见图1至图4，本发明的柔性旋转喷射清理工具主要包括液压丢手A、多段式柔性连接节B和旋转喷射器C三大组成部分。液压丢手A主要包括丢手上接头1、丢手2、剪切销钉3；多段式柔性连接节B包括依次连接的若干个柔性连接肘节，每相邻的两个柔性连接肘节之间均通过一个连接节I4彼此柔性连接，且首尾两端的两个柔性连接肘节分别一一对应地与液压丢手A、旋转喷射器C柔性密封连接，每个柔性连接肘节主要包括肘节连接部上压帽5、肘节连接部6、肘节连接部下压帽7；旋转喷射器C主要由喷射器上压帽9、接头10、轴承11、喷射器下压帽12、上喷射短节13、喷射短节侧喷嘴14、下喷射短节15、旋转磨铣齿16、喷射短节下喷嘴17等组成。

如图1和图2所示，液压丢手A各部分结构的特征在于：丢手上接头1为采用低碳合金钢调制加工制作而成，其一侧内腔中加工有能够与D48mm小直径油管相连接的梯形母扣，另一侧的内腔中加工有用于放置和固定丢手2的圆孔、侧壁至内腔对称加工有便于剪切销钉3穿过的通孔，丢手上接头1的中间剩余部分的沿中轴线由直径较小的圆孔完全贯通；丢手2内部沿轴向加工有贯通的圆孔，其一端外侧呈圆管状、另一端外侧呈空心球状，其外侧呈圆管状一侧的内壁上加工有用于投球落位的球座201、外部侧壁上分别加工有用于固定剪切销钉3的销钉孔和用于放置密封圈I202和密封圈Ⅱ203的环形密封圈槽，环形密封圈槽内安放有密封圈I202和密封圈Ⅱ203；丢手上接头1和丢手2之间通过剪切销钉3连接为一个整体。

如图1和图3所示，多段式柔性连接节B可根据现场施工需求由十数个甚至数十个由低碳特种合金钢加工制作而成的柔性连接肘节连接为一体，每个柔性连接肘节的特征在于：连接节I4为“两头粗、中间细”的结构特征，其两端均呈空心球状、中间呈管状；肘节连接部上压帽5为中间加工有通孔的管状结构，其内腔一端加工有用于连接肘节连接部6的母扣、另一端加工有锥形孔，内腔的中间加工有用于放置连接节I4空心球状端的球形孔，并加工有专门放置密封圈Ⅲ501和密封圈Ⅳ502的密封圈槽、密封圈槽内放置有密封圈Ⅲ501和密封圈Ⅳ502；肘节连接部6为“两头细、中间粗”的管状结构，其两端分别加工有用于连接肘节连接部上压帽5和肘节连接部下压帽7的公扣；肘节连接部下压帽7与肘节连接部上压帽5的结构基本一致，其内腔一端加工有有用于连接肘节连接部6的母扣、另一端加工有锥形孔，内腔的中间加工有用于放置连接节I4空心球状端的球形孔，并加工有专门放置密封圈Ⅴ701和密封圈Ⅵ702的密封圈槽、密封圈槽内放置有密封圈Ⅴ701和密封圈Ⅵ702。多段式柔性连接节B连接在液压丢手A和旋转喷射器C之间，具体地，液压丢手A中丢手2的空心球状端匹配地柔性密封安装在首端柔性连接肘节的肘节连接部上压帽5的球形孔内，尾端柔性连接肘节通过一连接节Ⅱ8与旋转喷射器C柔性密封连接，其中连接节Ⅱ8与连接节I4结构及外形一致，均为“两头粗、中间细”的结构特征，连接节Ⅱ8一空心球状端匹配安装在尾端柔性连接肘节的肘节连接部下压帽7的球形孔内、另一空心球状端匹配安装在旋转喷射器C上形成的球形孔内。

如图1和图4所示，旋转喷射器C的特征在于：旋转喷射器C本体由中高碳特种合金钢加工制作而成、其各个喷嘴主要由特种硬质合金加工制作而成，喷射器上压帽9为内部中空的短筒状结构，其一侧内部加工有用于连接接头10的母扣、另一侧外部车削有45°环状倒角，其中间加工有放置连接节Ⅱ8空心球状端的球形孔，并加工有用于放置密封圈Ⅶ1001的密封圈槽、安放有密封圈Ⅶ1001；接头10同样在外观上呈短套状结构，其一端外侧车削有用于连接喷射器上压帽9的公扣、另一端外侧加工有用于连接喷射器下压帽12的公扣，其内腔中用于安放轴承11的一端内部呈台阶状、内径较大、与连接节Ⅱ8相靠近的另一端的内径较小，轴承11的两侧的缝隙通过密封圈Ⅸ1102和密封圈Ⅹ1103封堵，轴承11设置在接头10和上喷射短节13之间并是两者能够相对转动；喷射器下压帽12为两侧车削有45°倒角、内部加工有用于连接接头10的母扣，喷射器下压帽12一端与接头10螺纹连接、另一端的内壁一体形成有一卡环，卡环置于上喷射短节13外壁的台阶上并由轴承11限位；上喷射短节13一端外侧加工有用于连接下喷射短节15的梯形扣，上喷射短节13的该端还加工有两层喷射短节侧喷嘴14、每层的喷射短节侧喷嘴14互成180°，上喷射短节13另一端外侧加工有用于连接喷射器下压帽12的台阶、加工有用于放置轴承11的环形槽并车削有用于放置密封圈Ⅷ1101的密封圈槽、放置有密封圈Ⅷ1101，密封圈Ⅷ1101具有限位功能，可实现轴承11的轴向限位固定，轴承11设置在上喷射短节13的台阶的一侧，可将喷射器下压帽12的卡环限位在上喷射短节13的台阶上，最终实现接头10和上喷射短节13的轴向限位固定；下喷射短节15为两侧开孔直径大小不一的短管状结构，其一侧加工有用于连接上喷射短节13的母扣，另一侧加工有喷射短节下喷嘴17并环向焊接有旋转磨铣齿16，其中部加工有两层喷射短节侧喷嘴14、每层的喷射短节侧喷嘴14互成180°。

本发明是这样实现的：

首先，结合图2、图3、图4所示的工具结构，先分别完成液压丢手A、多段式柔性连接节B和旋转喷射器C的组装，分别如下：

按照图2，先将丢手2的球座201一侧的环形密封圈槽内套上密封圈I202和密封圈Ⅱ203并插入丢手上接头1内腔，后通过剪切销钉3将丢手上接头1和丢手2连接为一体，完成液压丢手A的组装。

按照图3，先将连接节I4、连接节Ⅱ8的空心球端分别装入肘节连接部上压帽5、肘节连接部下压帽7，并在肘节连接部上压帽5和肘节连接部下压帽7内腔中分别置入密封圈Ⅲ501、密封圈Ⅳ502和密封圈Ⅴ701、密封圈Ⅵ702，后通过丝扣将肘节连接部上压帽5、肘节连接部下压帽7与肘节连接部6相连接，完成单个柔性连接肘节的组装，根据井下生产套管不居中或弯曲变形段的实际长度，估算出所需柔性连接肘节的个数，并按照图3进行相应数量柔性连接肘节的连接，完成多段式柔性连接节B的组装。

按照图4，先将连接节Ⅱ8的空心球端装入喷射器上压帽9内腔中，并在喷射器上压帽9内腔中的密封圈槽内压入密封圈Ⅶ1001，通过丝扣将喷射器上压帽9与接头10相连，将喷射器下压帽12放置在上喷射短节13的相应位置，再在上喷射短节13相应的一端的环形槽放置轴承11、并在密封圈槽内压入密封圈Ⅷ1101，后通过丝扣将喷射器下压帽12与接头10相连，使上喷射短节13与接头10通过轴承11连接，再通过丝扣将带有喷射短节侧喷嘴14、旋转磨铣齿16、喷射短节下喷嘴17的下喷射短节15与上喷射短节13相连接、并紧好丝扣，即完成旋转喷射器C的组装。

然后，按照图1所示的工具串结构，逐一将液压丢手A、多段式柔性连接节B和旋转喷射器C三大组成部分相连接，即完成该适用于浅层套管间固井水泥环的柔性旋转喷射清理工具的连接。

如图5至图8所示，基于适用于浅层套管间固井水泥环的柔性旋转喷射清理工具的的基本施工工艺流程如下：

(1)采用钻杆携带套铣鞋对偏固井段以上生产套管与表层套管间水泥环实施套铣，套铣过程中注意观察地面出口返出物及套铣进尺情况；

(2)套铣过程中若地面出口返出铁屑、同时套铣鞋进尺突然变慢，可判定遇到套铣到生产套管不居中或弯曲变形井段，此时应起出钻杆及其携带的套铣管，利用专用的D48mm小直径油管将本发明的工具串连接在油管下端，采用油管输送入井、边下送边冲洗，至前述套铣作业所剩水泥环上方后，加大排量带动该柔性旋转喷射清理工具旋转，对所剩生产套管与表层套管间的偏固水泥环实施喷射+钻磨清理；

(3)待清理完生产套管与表层套管间的偏固水泥环段后，为保障后续套铣作业实施，可相应的下入专用工具修整或切割掉生产井段的变形生产套管，露出所剩生产套管与表层套管间的固井水泥环；

(4)完成上述步骤后，可采用钻杆携带套铣鞋继续处理剩余的生产套管与表层套管间水泥环，直至将生产套管与表层套管间的水泥环彻底清理出为止。

综上所述，本发明的内容并不局限在上述的实施例中，本领域的技术人员可以在本发明的技术指导思想之内提出其他的实施例，但这些实施例都包括在本发明的范围之内。

Claims (7)

1.一种柔性旋转喷射清理工具，包括内腔相通且依次连接的液压丢手、多段式柔性连接节和旋转喷射器，其特征在于，所述多段式柔性连接节包括依次连接的若干个柔性连接肘节，每相邻的两个柔性连接肘节之间均通过一个连接节I彼此柔性连接，且首尾两端的两个柔性连接肘节分别一一对应地与液压丢手、旋转喷射器柔性密封连接，其中连接节I的两端呈向外凸出的空心球状、中间呈圆管状，柔性连接肘节包括均为管状结构的肘节连接部和两个肘节连接部压帽，两个肘节连接部压帽对称螺纹密封连接在肘节连接部的两端，肘节连接部压帽的内腔一端加工有用于连接肘节连接部的母扣、另一端加工有锥形孔，肘节连接部压帽的内腔的中间位置还加工有球形孔并用于放置连接节I的空心球状端，在球形孔和连接节I的空心球状端之间还设有密封圈以实现连接节I和柔性连接肘节之间的柔性密封连接。

2.按照权利要求1所述的柔性旋转喷射清理工具，其特征在于，所述液压丢手包括内腔相通的丢手上接头和丢手且两者通过剪切销钉密封连接，丢手一端呈圆管状且该端的端部加工有用于投球落位的球座、另一端呈空心球状且该端匹配地柔性密封安装在首端柔性连接肘节的一个肘节连接部压帽的球形孔内。

3.按照权利要求1所述的柔性旋转喷射清理工具，其特征在于，所述旋转喷射器包括内腔相通且密封连接的喷射器上压帽、接头、喷射器下压帽、上喷射短节和下喷射短节，喷射器上压帽和喷射器下压帽螺纹连接在接头的两端，上喷射短节一端通过轴承与接头可转动地连接在一起、另一端与下喷射短节螺纹连接，其中喷射器下压帽设置在接头和上喷射短节之间以实现接头和上喷射短节的轴向固定。

4.按照权利要求3所述的柔性旋转喷射清理工具，其特征在于，所述喷射器上压帽内腔中部形成有球形孔，尾端柔性连接肘节通过一连接节Ⅱ与喷射器上压帽连接，其中连接节Ⅱ与连接节Ⅰ结构一致，连接节Ⅱ的一空心球状端匹配地柔性密封安装在尾端柔性连接肘节的一个肘节连接部压帽的球形孔内、另一空心球状端匹配地柔性密封安装在喷射器上压帽的球形孔内。

5.按照权利要求3所述的柔性旋转喷射清理工具，其特征在于，所述轴承套装在上喷射短节的一端并由具有限位功能的密封圈实现限位。

6.按照权利要求5所述的柔性旋转喷射清理工具，其特征在于，所述喷射器下压帽一端与接头螺纹连接、另一端的内壁一体形成有一卡环，卡环置于上喷射短节外壁的台阶上并由轴承限位，以实现接头和上喷射短节的轴向限位固定。

7.按照权利要求3所述的柔性旋转喷射清理工具，其特征在于，所述上喷射短节和下喷射短节的外壁上还分别对称设有四个喷射短节侧喷嘴，下喷射短节一端与上喷射短节螺纹连接、另一端设有喷射短节下喷嘴且该端还环向焊接有旋转磨铣齿。