CN111058787A - 一种定位水力式内割刀及油管切割方法 - Google Patents
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Abstract
本文公布了一种定位水力式内割刀及油管切割方法,定位水力式内割刀安装在钻杆的下端,包括用以在液压作用下切割油管的切割机构,包括用以轴向定位的轴向定位机构,所述切割机构旋转安装在所述轴向定位机构的上端,以避免所述切割机构旋转切割油管时轴向窜动。油管切割方法包括锚定,切割就位,旋转切割。本文涉及油田井下小尺寸油管切割工具技术领域,提供了一种定位水力式内割刀及油管切割方法,可克服井斜过大情况下无法应用化学切割油管的问题,其应用钻具输送,液压控制锚定与刀片进给,可对井斜超过60°的小尺寸油管进行稳定切割,而且作业成本低,维护保养简单。
Description
技术领域
本发明涉及油田井下小尺寸油管切割工具技术领域,尤其涉及一种定位水力式内割刀及油管切割方法。
背景技术
随着海上油田开发进入中后期,划分开发层系、分层采油是油田开发的主要形式,因此,分层注水管柱和分层采油管柱是井下常见的管柱结构,其常见的油管尺寸为2-7/8″和3-1/2″。
随着修井作业量不断增加,修井作业复杂井况层出不穷,特别是渤海油田普遍采油机械防砂完井方式,分层管柱需要插入方式管柱内部,导致分层管柱由于腐蚀、砂卡等原因落井后,切割、打捞异常困难。而且,针对上述井下小尺寸油管的切割,工艺实施过程较困难,目前主要的方法包括:1、化学切割;2、电缆机械切割;3、非爆切割。但是,以上切割方式都需要电缆下入,如果井斜超过60°,则无法实现下入切割,且以上三种切割方式成本较高,增加了作业成本。
发明内容
本发明提供一种定位水力式内割刀及油管切割方法,可克服井斜过大情况下电缆输送方式无法切割油管的问题,其在钻具输送,液压控制锚定与刀片进给作用下可对井斜超过60°的小尺寸油管进行切割,而且作业成本低,维护保养简单。
为解决上述技术问题,本发明采用如下技术方案:
一种定位水力式内割刀,安装在钻杆的下端,包括用以在液压作用下切割油管的切割机构,包括用以轴向定位的轴向定位机构,所述切割机构旋转安装在所述轴向定位机构的上端,以避免所述切割机构旋转切割油管时轴向窜动。
一种可能的设计,所述定位水力式内割刀内设有与所述钻杆连通的流体通道,所述流体通道贯通所述切割机构和所述轴向定位机构,用以通过改变其内压力变化控制所述切割机构的割刀伸出以及所述轴向定位机构锚定在油管的内壁。
一种可能的设计,所述切割机构包括割刀、第一中心管和切削给进组件,所述第一中心管上设有刀槽,所述割刀设于所述刀槽内且一端与所述第一中心管铰接,所述切削给进组件设置于所述刀槽的下侧,用以在所述流体通道内压力作用下上移伸入所述刀槽而顶出所述割刀。
一种可能的设计,所述轴向定位机构包括第二中心管、锥体、卡瓦和套筒,所述锥体和套筒套设在所述第二中心管上,所述卡瓦的下端与所述套筒铰接,所述卡瓦的上端对应所述锥体设有斜面;所述套筒与所述第二中心管之间设有第二传压腔,所述套筒在所述第二传压腔的上下两侧与所述第二中心管形成滑动密封,所述第二传压腔与所述流体通道连通,用以所述第二传压腔受压膨胀上移所述卡瓦至所述锥体而径向伸出。
一种可能的设计,包括旋转密封机构,所述切割机构和所述轴向定位机构通过所述旋转密封机构连接。
一种可能的设计,所述切削给进组件包括套设在所述第一中心管上的刀片支撑架和连接筒,所述刀片支撑架固定在所述连接筒上端;所述连接筒和所述第一中心管之间设有第一传压腔且所述连接筒在所述第一传压腔的上下两侧与所述第一中心管形成滑动密封;所述第一中心管设有连通所述第一传压腔与所述流体通道的第一侧孔,用以所述第一传压腔受压膨胀上移所述连接筒和刀片支撑架。
一种可能的设计,所述第一中心管在所述刀槽的下侧开设有豁口,所述刀片支撑架的上端设有向上延伸的凸起,所述凸起由所述豁口伸入所述刀槽内,所述凸起的上端面设有斜面,以便于顶出所述割刀。
一种可能的设计,所述连接筒和所述第一中心管之间设有活塞环和下密封环,所述活塞环和下密封环分别设于所述第一侧孔的上下两侧,所述密封环与所述连接筒固定,所述密封环与所述第一中心管的外壁形成滑动密封,所述连接筒与所述下密封环形成滑动密封;所述活塞环上侧设有挡环,所述挡环与所述第一中心管固定,所述挡环与所述活塞环之间设有套装在所述第一中心管上的第一弹性件,用以所述连接筒复位。
一种可能的设计,所述轴向定位机构包括第二弹性件,所述套筒与所述第二中心管之间设有与所述第二传压腔分隔的安装腔,所述安装腔内设有第二弹性件,用以所述套筒复位。
一种可能的设计,所述旋转密封机构包括锥体连接管,所述锥体连接管的上端通过推力轴承与所述切削给进组件的底部连接,所述锥体连接管的下端与所述轴向定位机构固定。
一种可能的设计,所述锥体连接管套设在所述第一中心管上,且所述第一中心管与所述轴向定位机构密封连接;所述锥体连接管与所述第一中心管之间设有环形腔,所述第一中心管的外壁设有固定螺母,所述固定螺母设置在所述环形腔内,且所述固定螺母的上下两端分别通过推力轴承与所述锥体连接管和所述轴向定位机构连接。
一种可能的设计,包括节流喷嘴,所述节流喷嘴设置在所述轴向定位机构的下端,并与所述流体通道连通,用以产生压差而提升所述流体通道内压力。
本文开提供了上述的定位水力式内割刀的油管切割方法,包括:
(1)利用泥浆泵向定位水力式内割刀内打压至第一预设压力,以所述轴向定位机构锚定在油管内壁;
(2)继续向定位水力式内割刀内打压至第二预设压力,以使切割机构抵在油管内壁上;
(3)开启转盘或顶驱,带动钻杆和所述切割机构旋转,进行切割。
本发明实施例的有益效果:
本发明实施例的定位水力式内割刀在钻杆驱动,液压推动刀片的作用下可对井斜超过60°的小尺寸油管进行切割,而且作业成本低,维护保养简单。
本发明实施例的定位水力式内割刀切割油管时可避免出现工具轴向窜动现象,提高切割成功率。
本发明实施例的定位水力式内割刀可实现刀片切削进刀力的精确控制,保证刀片在切削时稳定进给,不会产生的径向进给力,切削均匀,不易打刀,提高切割成功率。
本发明实施例的旋转密封机构可在上部割刀进行稳定切割时提供最小化的转动阻力和可靠密封。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述,并且,部分地从说明书中变得显而易见,或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步的说明:
图1为定位水力式内割刀示意图;
图2为节流喷嘴示意图;
图3为轴向定位机构示意图;
图4为图3的A处局部放大示意图;
图5为切割机构示意图;
图6为图5的B处局部放大示意图;
图7为旋转密封机构示意图;
图8为切割机构的割刀示意图。
附图标记:1-切割机构、101-第一中心管、102-割刀、103-刀槽、104-刀片支撑架、105-连接筒、106-第一弹性件、107-活塞环、108-密封环、109-挡环、110-凸起、111-第一斜面、112-弹簧腔、113-第一传压腔、114-第一侧孔、115-弧形面、116-支撑筋、2-旋转密封机构、201-锥体连接管、202-固定螺母、3-轴向定位机构、301-第二中心管、302-锥体、303-卡瓦、304-卡瓦座、305-第二弹性件、306-套筒、307-弹簧挡帽、308-安装腔、309-凸环、310-第二传压腔、311-第二侧孔、312-阶梯面、4-节流喷嘴、401-节流环、5-流体通道、601-第一密封环、602-第二密封环、603-第三密封环、604-第四密封环、605-第五密封环、606-第六密封环、607-第七密封环、608-第八密封环、609-第九密封环、610-第十密封环、611-第十一密封环、701-第一推力轴承、702-第二推力轴承、703-第三推力轴承。
具体实施方式
为使本申请的发明目的、技术方案和有益效果更加清楚明了,下面结合附图对本申请的实施例进行说明,需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例和实施例中的特征可以相互任意组合。
请参阅图1至图8的本发明实施例的定位水力式内割刀。如图1所示,该定位水力式内割刀可安装在钻杆的下端,其包括用以在液压作用下切割油管的切割机构1,以及用以轴向定位的轴向定位机构3,其中,切割机构1旋转安装在轴向定位机构3的上端,在切割时,该轴向定位机构3可锚定在油管内壁,轴向限位定位水力式内割刀,以避免切割机构1旋转切割油管时轴向窜动。由此,该定位水力式内割刀在钻杆驱动、液压推进刀片作用下可对井斜超过60°的小尺寸油管进行切割,而且作业成本低,维护保养简单。
具体地,该定位水力式内割刀包括由上至下依次连接的切割机构1、旋转密封机构2、轴向定位机构3和节流喷嘴4,其中,切割机构1和轴向定位机构3通过旋转密封机构2旋转连接,节流喷嘴4设置在轴向定位机构3的下端,可产生压差而提升定位水力式内割刀内的压力。
就切割机构1而言,如图5、图6和图8所示,切割机构1包括割刀302、第一中心管301和切削给进组件,其中,上述第一中心管101的上端可与钻杆螺接,而第一中心管301上还设有三个刀槽103,每个刀槽103内都设有一割刀102,该割刀102的一端与第一中心管301铰接,使得三个割刀102可旋转后伸出刀槽103。三个割刀102均布在第一中心管101周向,该割刀102的材料选用工具钢,充分考虑了割刀工具在实际施工作业时的切削、减震、散热和排屑问题。上述切削给进组件设置于刀槽103的下侧,其可在第一中心管301内压力作用下上移伸入刀槽103而顶出割刀102,保证刀片在切削时稳定进给,不会产生的径向进给力,切削均匀,不易打刀,提高切割成功率。具体地,该切削给进组件又包括套设在第一中心管301上的刀片支撑架104和连接筒105,两者可在第一中心管301上滑动,其中,刀片支撑架104固定在连接筒105上端,且上端设有向上延伸的凸起110,相对应地,第一中心管101在刀槽103的下侧开设有豁口,而该凸起110由豁口伸入刀槽103内,且凸起110的上端面设有第一斜面111,以便于顶出割刀102。同时,上述割刀102的底部设有弧形面115,其弧形面115可与第一斜面111接触,推动割刀102向外扩张,从而实现对油管内壁的稳定切削。
为了实现压力顶起刀片支撑架104,第一中心管101上套设有由上至下依次设置的挡环109、活塞环107和下密封环109,而且挡环109、活塞环107和下密封环109夹在连接筒105和第一中心管101之间,由此,连接筒105内在挡环109和活塞环107之间形成弹簧腔112,在活塞环107和密封环108之间形成了第一传压腔113。上述第一中心管101的侧壁对应第一传压腔113开设有第一侧孔114,以第一传压腔113连通至第一中心管101内。活塞环107和密封环108分别位于第一侧孔114的上下两侧,上述密封环108的两侧分别与连接筒105和第一中心管101密封连接,上述活塞环107固定在连接筒105内侧且与第一中心管101的外壁形成滑动密封,使得第一传压腔113受压后活塞环107可向上滑动。同时,密封环108的上端设有向上延伸的支撑筋116,其延伸至第一侧孔114的上侧,并可抵住活塞环107,以保证活塞环107不会下移封堵第一侧孔114。上述挡环109固定在第一中心管101的外壁,上述弹簧腔112内设有第一弹性件106,该第一弹性件106为弹簧,其两端分别与挡环109和活塞环107相抵,由此,该活塞环107上移需要挤压第一弹性件106,而在失压后,第一弹性件106可作用活塞环107恢复到初始位置。另外,为了实现上述密封连接和滑动密封,该活塞环107在其内外分别设有第三密封环603和第四密封环604,而密封环108在其内外分别设有第五密封环605和第六密封环606;第三密封环603、第四密封环604、第五密封环605和第六密封环606都为O型圈,而为了装载O型圈,上述活塞环107和密封环108分别开设有密封槽。
就轴向定位机构3而言,如图3和图4所示,该轴向定位机构3包括第二中心管301、锥体302、卡瓦303、卡瓦座304和套筒306,其中,锥体302固定在第二中心管301的上端,其上的锥面向下设置,上述卡瓦303、卡瓦座304和套筒306由上至下设于第二中心管301的外壁。具体地,多个卡瓦座304固定在套筒306的上端,而每个卡瓦座304上端都铰接有卡瓦303,卡瓦303的上端向上延伸,其上端设有斜面,使得其上移至锥体302时,该斜面可与锥体302的锥面相抵而卡瓦303径向伸出,实现锚定。
为了实现卡瓦303上移和复位,上述套筒306套设在第二中心管301上,且套筒306的上端与第二中心管301形成滑动密封,第二中心管301上设有环形凸起309,且环形凸起309与套筒306形成滑动密封,套筒306和第二中心管301之间在环形凸起309上侧形成第二传压腔310,该第二中心管301的侧壁开设有第二侧孔311,第二侧孔311连通第二传压腔310至第二中心管301内。同时,套筒306内侧设有阶梯面312,其可与环形凸起309相抵,避免套筒306封堵第二侧孔311。为了套筒306能够复位,套筒306的下端设有弹簧挡帽307,环形凸起309与弹簧挡帽307之间形成安装腔308,而该安装腔308内装有第二弹性件305,第二弹性件305也为弹簧,其两端分别与环形凸起309和弹簧挡帽307相抵,由此,套筒306上移需挤压第二弹性件305,而在失压后,第二弹性件305可作用套筒306恢复到初始位置。另外,为了实现上述滑动密封,套筒306内侧设有第二密封环602,环形凸起309外侧设有第一密封环601,第一密封环601和第二密封环602都为O型圈,而为了装载O型圈,套筒306和环形凸起309分别开设有密封槽。
又如图3和图7所示,锥体302的下端与第二中心管301连接,其上端又与第一中心管101连接,由此,连通第二中心管301和第一中心管101,形成贯通定位水力式内割刀的流体通道5。同时,锥体302上下两端分别设有第十密封圈610和第十一密封圈611,形成密封,防止流体泄露。流体通道5内的压力可通过第一侧孔114和第二侧孔311传递至第一传压腔113和第二传压腔310,并通过改变其内压力变化控制切割机构1的割刀102伸出以及轴向定位机构3锚定在油管的内壁。
就旋转密封机构2而言,如图6和图7所示,该旋转密封机构2包括锥体连接管201和固定螺母202,其中,锥体连接管201的上端插入连接筒105和第一中心管101之间,且通过第一推力轴承701与切削给进组件的密封环108的底部连接,第一推力轴承701可撑起密封环108,轴向固定密封环108;同时,锥体302的上端插入锥体连接管201与第一中心管101之间,且锥体连接管201的下端与锥体302的外壁固定。上述锥体连接管201与第一中心管101之间设有环形腔,而第一中心管101的外壁设有与其固定的固定螺母202,而该固定螺母202设于环形腔内,且固定螺母202的上下两端通过第二推力轴承702和第三推力轴承703分别与锥体连接管201和锥体302连接。另外,锥体连接管201的上端通过第七密封圈607和第八密封圈608分别与连接筒105和第一中心管101形成转动密封,锥体连接管201的下端通过第九密封圈609与锥体302形成密封,保证第一中心管101和第二中心管301相接处的密封。由此,第一中心管101、连接筒105和固定螺母202旋转时,锥体302可保持静止,从而旋转密封机构2可在上部割刀102进行稳定切割时提供最小化的转动阻力和可靠密封。
就上述节流喷嘴4而言,如图2所示,该节流喷嘴4内设有节流环401,其设置在轴向定位机构3的下端,并与上述流体通道5连通,使得通入流体后节流环401的上下两侧可产生压差而提升流体通道5内压力。本实施例的喷嘴节流的孔径采用10mm,其针对2-7/8″规格油管的定位水力式内割刀;如针对3-1/2″规格油管的定位水力式内割刀,喷嘴节流的孔径采用11mm。另外,节流喷嘴4的材质为陶瓷,其也可为YG8制成。
另外,上述第一弹性件106和第二弹性件305采用弹力不同的弹簧,第二弹性件305具有较小的受压能力,即采用逐渐增大的压力挤压两者时第二弹性件305首先被挤压而产生形变。由此,在流体通道5内压力不断增大过程中,套筒306首先克服第二弹性件305而上移,随后再增压到一定数值时,活塞环107会挤压第一弹性件106上移。
在需要定位水力式内割刀切割油管时,需要先将本实施例的定位水力式内割刀固定在钻杆下端,并可通过泥浆泵将流体抽入钻杆和定位水力式内割刀内。随后下放钻杆和定位水力式内割刀至油管内的切割位置,等待切割。就油管切割过程而言,首先,利用泥浆泵向定位水力式内割刀内打压至第一预设压力,约5~6Mpa,套筒306会克服第二弹性件305向上移动,从而卡瓦303移至锥体302处并向外伸出而锚定在油管内壁,形成轴向定位。随后,继续向定位水力式内割刀内打压至第二预设压力,约12Mpa,活塞环107挤压第一弹性件106并带动连接筒105上移,其上的凸起110会顶出割刀102以使割刀102抵在油管内壁上。最后,开启转盘或顶驱,钻杆旋转,也会带动切割机构1上的割刀102绕定位水力式内割刀的轴线转动,进行切割。而且在切割过程中,可通过控制定位水力式内割刀内压力而控制割刀102突出的程度,从而达到精确控制。另外,在切割完成后,泥浆泵停泵,节流喷嘴处的节流压差消失,套筒和连接筒分别在弹力作用下恢复到初始位置,解除锚定状态,并且割刀102退回了刀槽103,即可将定位水力式内割刀和钻杆起出。
同时,本实施例的定位水力式内割刀的各组件可拆卸更换,维护保养简单,也延长了工具的使用寿命。
结合上述实施例,本发明实施例的定位水力式内割刀在液压作用下可对井斜超过60°的小尺寸油管进行切割,而且作业成本低,维护保养简单。本发明实施例的定位水力式内割刀切割油管时可避免出现工具轴向窜动现象,提高切割成功率。本发明实施例的定位水力式内割刀可实现刀片切削进刀力的精确控制,保证刀片在切削时稳定进给,不会产生的径向进给力,切削均匀,不易打刀,提高切割成功率。本发明实施例的旋转密封机构可在上部割刀进行稳定切割时提供最小化的转动阻力和可靠密封。
在本申请的描述中,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等均应做广义理解,例如,“连接”可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本说明书的描述中,术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且,描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
虽然本发明所揭露的实施方式如上,但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式,并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员,在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下,可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化,但本发明的专利保护范围,仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (13)
1.一种定位水力式内割刀,安装在钻杆的下端,包括用以在液压作用下切割油管的切割机构,其特征在于,包括用以轴向定位的轴向定位机构,所述切割机构旋转安装在所述轴向定位机构的上端,以避免所述切割机构旋转切割油管时轴向窜动。
2.根据权利要求1所述的定位水力式内割刀,其特征在于,所述定位水力式内割刀内设有与所述钻杆连通的流体通道,所述流体通道贯通所述切割机构和所述轴向定位机构,用以通过改变其内压力变化控制所述切割机构的割刀伸出以及所述轴向定位机构锚定在油管的内壁。
3.根据权利要求2所述的定位水力式内割刀,其特征在于,所述切割机构包括割刀、第一中心管和切削给进组件,所述第一中心管上设有刀槽,所述割刀设于所述刀槽内且一端与所述第一中心管铰接,所述切削给进组件设置于所述刀槽的下侧,用以在所述流体通道内压力作用下上移伸入所述刀槽而顶出所述割刀。
4.根据权利要求2所述的定位水力式内割刀,其特征在于,所述轴向定位机构包括第二中心管、锥体、卡瓦和套筒,所述锥体和套筒套设在所述第二中心管上,所述卡瓦的下端与所述套筒铰接,所述卡瓦的上端对应所述锥体设有斜面;所述套筒与所述第二中心管之间设有第二传压腔,所述套筒在所述第二传压腔的上下两侧与所述第二中心管形成滑动密封,所述第二传压腔与所述流体通道连通,用以所述第二传压腔受压膨胀上移所述卡瓦至所述锥体而径向伸出。
5.根据权利要求3所述的定位水力式内割刀,其特征在于,包括旋转密封机构,所述切割机构和所述轴向定位机构通过所述旋转密封机构连接。
6.根据权利要求3所述的定位水力式内割刀,其特征在于,所述切削给进组件包括套设在所述第一中心管上的刀片支撑架和连接筒,所述刀片支撑架固定在所述连接筒上端;所述连接筒和所述第一中心管之间设有第一传压腔且所述连接筒在所述第一传压腔的上下两侧与所述第一中心管形成滑动密封;所述第一中心管设有连通所述第一传压腔与所述流体通道的第一侧孔,用以所述第一传压腔受压膨胀上移所述连接筒和刀片支撑架。
7.根据权利要求6所述的定位水力式内割刀,其特征在于,所述第一中心管在所述刀槽的下侧开设有豁口,所述刀片支撑架的上端设有向上延伸的凸起,所述凸起由所述豁口伸入所述刀槽内,所述凸起的上端面设有斜面,以便于顶出所述割刀。
8.根据权利要求6所述的定位水力式内割刀,其特征在于,所述连接筒和所述第一中心管之间设有活塞环和下密封环,所述活塞环和下密封环分别设于所述第一侧孔的上下两侧,所述密封环与所述连接筒固定,所述密封环与所述第一中心管的外壁形成滑动密封,所述连接筒与所述下密封环形成滑动密封;所述活塞环上侧设有挡环,所述挡环与所述第一中心管固定,所述挡环与所述活塞环之间设有套装在所述第一中心管上的第一弹性件,用以所述连接筒复位。
9.根据权利要求4所述的定位水力式内割刀,其特征在于,所述轴向定位机构包括第二弹性件,所述套筒与所述第二中心管之间设有与所述第二传压腔分隔的安装腔,所述安装腔内设有第二弹性件,用以所述套筒复位。
10.根据权利要求5所述的定位水力式内割刀,其特征在于,所述旋转密封机构包括锥体连接管,所述锥体连接管的上端通过推力轴承与所述切削给进组件的底部连接,所述锥体连接管的下端与所述轴向定位机构固定。
11.根据权利要求10所述的定位水力式内割刀,其特征在于,所述锥体连接管套设在所述第一中心管上,且所述第一中心管与所述轴向定位机构密封连接;所述锥体连接管与所述第一中心管之间设有环形腔,所述第一中心管的外壁设有固定螺母,所述固定螺母设置在所述环形腔内,且所述固定螺母的上下两端分别通过推力轴承与所述锥体连接管和所述轴向定位机构连接。
12.根据权利要求2-11任一所述的定位水力式内割刀,其特征在于,包括节流喷嘴,所述节流喷嘴设置在所述轴向定位机构的下端,并与所述流体通道连通,用以产生压差而提升所述流体通道内压力。
13.如权利要求书1-12所述的定位水力式内割刀的油管切割方法,其特征在于,包括:
(1)利用泥浆泵向定位水力式内割刀内打压至第一预设压力,以所述轴向定位机构锚定在油管内壁;
(2)继续向定位水力式内割刀内打压至第二预设压力,以使切割机构抵在油管内壁上;
(3)开启转盘或顶驱,带动钻杆和所述切割机构旋转,进行切割。
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