CN112761562A - 一种套管割刀装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开一种套管割刀装置及其使用方法，套管割刀装置包括：管柱、及设于管柱上的刀具组件；管柱包括输入端、输出端、及与输入端和输出端连接的第一流道和第二流道；套管割刀装置还包括切换机构，设置成能够切换输入端与第一流道连通或者与第二流道连通，其中，第一流道能够注入流体控制所述刀具组件运动以改变刀具组件的工作状态，第二流道能够注入水泥。

Description

一种套管割刀装置及其使用方法

技术领域

本发明实施例涉及但不限于井下套管割刀设备领域，更具体地，涉及套管割刀装置及其使用方法。

背景技术

在深水弃井切割回收套管时，一般使用割捞一体工艺进行套管切割、回收，回收完成后，需要单独下一趟钻进行注水泥封固作业，作业时间长，且受海底洋流等因素影响，在没有隔水导管的情况下，重新下入的注水泥管柱很难进入井眼，给弃井施工造成了极大的不便，必要时会使用水下机器人进行引导，增加了作业成本。

发明内容

本发明实施例提供一种套管割刀装置，能够实现一次作业完成套管切割、回收及注入水泥等多种操作、提高施工效率。

本发明实施例提供一种套管割刀装置包括管柱、及设于管柱上的刀具组件；管柱包括输入端、输出端、及与输入端和输出端连接的第一流道和第二流道；套管割刀装置还包括切换机构，设置成能够切换输入端与第一流道连通或者与第二流道连通，其中，第一流道能够注入流体控制刀具组件运动以改变刀具组件的工作状态，第二流道能够注水泥。

本发明实施例还提供一种套管割刀装置使用方法，包括如下操作：

向输入端注入循环流体，循环流体进入套管割刀装置的芯轴上游流道，通过限流元件进入下游流道，推动芯轴向下移动并带动刀具展开；保持循环流体循环压力，转动管柱带动刀具旋转以切割套管；当套管割断后，停止注入循环流体时，复位元件带动芯轴向上移动到初始位置，芯轴带动刀具收回；

接收投入的球体；向输入端注入循环流体并且当循环流体压力达到连接件的剪切力时，剪断连接件，密封体及球体向限流元件位置下移，第二开口打开，第二流道与输入端连通；停止注入循环流体，自输入端注入水泥时，水泥进入第二流道并自输出端输出。

与现有技术相比，本发明实施例通过设置两种作业流道及切换两种作业流道的通断实现一次下井作业完成套管切割、回收及注入水泥等多种操作、简化了作业程序，提高作业操作效率。

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、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。

图1为本发明实施例提供的套管割刀装置初始状态剖视示意图；

图2为本发明实施例提供的套管割刀装置切割状态剖视示意图；

图3为本发明实施例提供的套管割刀装置刀具注入水泥状态剖视示意图。

具体实施方式

下文中将结合附图对本发明的实施例进行说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

如图1所示，本发明实施例提供一种套管割刀装置，包括：管柱1、及设于管柱1上的刀具组件2。管柱1包括输入端1a、输出端1b、及与输入端1a和输出端1b连接的第一流道11和第二流道12。套管割刀装置还包括切换机构3，能够切换输入端1a与第一流道11或者第二流道12连通。其中第一流道11用于注入流体控制刀具组件2运动以改变刀具组件2的工作状态，第二流道12能够注入水泥。

本发明实施例通过设置两种作业流道及切换两种作业流道的通断实现一次作业完成套管切割、回收及注入水泥等多种操作、简化了作业程序，提高作业操作效率。

如图2所示，管柱1包括基管10及设于基管10两端的第一接头13和第二接头14。基管10通长设置，侧面设有贯通其内腔和外部的多个收容腔101。第一接头13和第二接头14能够分别与钻杆(未图示)连接。

如图2所示，刀具组件2包括设于管柱1内的刀具控制机构20、及与刀具控制机构20配合运动的多个刀具21。刀具21设于管柱1上并与管柱1枢轴连接，能够在管柱1上转动。刀具控制机构20能够在管柱1内运动带动刀具21运动以切换刀具21的状态。当在初始状态，多个刀具21收容于对应的收容腔101内(参图1)；当在工作状态，刀具21自收容腔10伸出外部(参图2)，转动钻杆带动管柱1转动，从而带动刀具21转动可对套管(未图示)进行切割。

如图2所示，刀具控制机构20包括套设于管柱1内腔内并可在管柱1内腔内沿轴向运动的芯轴201、设于芯轴201内的限流元件202、及套设于芯轴201外壁的复位元件203。限流元件202将芯轴201的内腔分为上游流道A和下游流道B。芯轴201的上游流道A及下游流道B形成第一流道11。本实施例的限流元件202是指能够将芯轴201的过流面积减小到预定范围的元件。本实施例中采用喷嘴，在其他实施方式中可采用节流阀、限流片等。本实施的复位元件203为弹簧，在其他实施方式中可采用石蜡包等。

如图3所示，芯轴201包括基部201a、第一端部201b、及第二端部201c。芯轴201的基部201a与管柱1的内壁采用密封件密封连接。刀具21设有圆形齿轮210，芯轴201的基部201a外壁设有与圆形齿轮210配合的直线齿条2010a。当芯轴201沿轴向运动时，直线齿条2010a带动圆形齿轮210转动以切换刀具21的状态。初始状态刀具21收容在收容腔101内(参图1所示)，当芯轴201沿轴向，向下游运动，芯轴201上的直线齿条2010a则带动圆形齿轮210转动，向外展开刀具21，使得刀具21伸出收容腔101，能够对套管进行切割。

如图3所示，第一端部201b与管柱1的内壁之间形成第一环空15，第二端部201c与管柱1的内壁之间形成第二环空16。第一端部201b包括连通第一环空15与芯轴201下游流道2的第一开口2010b。第一开口2010b的过流面积大于限流元件202的过流面积，以使得在注入水泥时，水泥能够连续平稳的注入。第一端部201b还包括连通第一环空15与芯轴201上游流道A的第二开口2011b。复位元件203套设于第二端部201c的外壁并设于第二环空16内。第一环空15通过第一开口2010b连通并与下游流道B共同形成第二流道12。

如图2所示，切换机构3包括设于第一端部201b并能够封闭第一开口2010b的密封体30、固定连接密封体30和管柱1的连接件31。本实施例中密封体30一端通过连接件31连接第一接头13的内壁，另一端采用密封件与芯轴201的内壁密封连接。第二接头14伸入第二环空16，复位元件203一端定位于基部201a，另一端定位于第二接头14。可通过将连接件31剪断，打开第二开口2011b，将输入端1a与第二流道12连通。

在一个示例性实施例中，如图3所示，切换机构3还包括能够截断密封体30内部通道并封闭上游流道的球体32(参图3)，球体32能够在流体的作用力下切断剪断连接件31，打开第二开口2011b。本实施例的球体32采用钢球，连接件31采用剪销，密封体30采用活塞。

本实施例的套管割刀装置切割套管作业时，首先预割捞一体打捞矛(未图示)连接后一同下入井中，并下入套管预定切割位置，此时套管割刀装置的密封体30上无球体32。打捞矛捞住套管，启动地面泥浆泵正循环，循环流体自套管割刀装置的输入端1a进入，此时，密封体30封闭第二开口2011b，故第一流道11与输入端1a不连通，循环流体自输入端1a进入芯轴201上游流道A再通过限流元件32进入下游流道A，限流元件32会产生节流压耗，产生向下的推力，推动芯轴201整体向下移动。芯轴201向下移动，芯轴201外侧壁的直线齿条2010a则带动圆形齿轮210转动，从而推动刀具21展开。在泥浆泵保持循环压力的同时，正转管柱1带动刀具21旋转，切割套管。套管割断后，停止循环泵，芯轴201在复位元件203的作用力下向上移动，刀具21收回。

本实施例的套管割刀装置注入水泥作业时，上提管柱1至注水泥位置，投入球体32。启动泥浆泵向输入端1a注入循环流体，在球体32的作用下，第一流道11封闭，球体32及密封体30承受着泵压，当压力达到连接件31的剪切力时，连接件31剪断，密封体30及球体32整体下移至限流元件202上，第二开口2011b打开，此时第二流道12与输入端1a连通。循环通道路径为，第一接头13内腔、第一环空15、芯轴201的下游流道B、第二接头14内腔，再通过第二流道12向井内注入水泥。注水泥结束后，起出管柱1和切割后的套管。

本实施例的套管割刀装置在配合套管捞矛应用过程中，可一趟管柱完成一层或者多层套管切割、回收及注水泥封固等作业，提高施工效率。具体的可在切割完成后通过投刚球32输入流入的简单操作，在套管割刀装置密封第一流道11，并形成水泥浆通道(第二流道12)。

在割捞一体作业完成套管切割时，上提管柱1，将被割断的套管提出5-10m，在钻杆内投入钢球32，打通注水泥通道，实施注水泥作业，简化了作业程序，提高作业操作可靠性、提高作业时效，整体作业时效可提高20％以上。

本发明实施二提供一种套管割刀装置使用方法，包括如下操作：

S1、向输入端1a注入循环流体，循环流体进入套管割刀装置的芯轴201上游流道A，通过限流元件202进入下游流道B，推动芯轴201向下移动并带动刀具21展开；

S2、保持循环流体循环压力，转动管柱1带动刀具21旋转以切割套管；当套管割断后，停止注入循环流体，复位元件203带动芯轴201向上移动到初始位置，芯轴201带动刀具21收回；

S3、接收投入的钢球32；向输入端1a注入循环流体并且当循环流体压力达到连接件31的剪切力时，剪断连接件31，密封体30及球体32整体下移至限流元件32上，第二开口2011b打开，第二流道12与输入端1a连通；

S4、停止注入循环流体并向输入端1a注入水泥时，水泥进入第二流道并自输出端1b输出。

本实施例的套管割刀装置在配合套管捞矛应用过程中，可一趟管柱完成一层或多层套管切割、回收及注水泥封固作业，提高施工效率。本实施例的套管割刀装置结构可参照实施一在此不赘述。

本发明实施例的示意视图：图1、图2、图3均为部上分剖视图，下部分沿轴线与上部分对称，固省略下部分剖视图。在本发明实施例中的描述中，术语“多个”指两个或更多个。在本发明实施例中的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“一侧”、“另一侧”、“一端”、“另一端”、“边”、“相对”、“四角”、“周边”、““口”字结构”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的结构具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“直接连接”、“间接连接”、“固定连接”、“安装”、“装配”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；术语“安装”、“连接”、“固定连接”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

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为准。

Claims (10)

1.一种套管割刀装置，其特征在于，包括：管柱、及设于所述管柱上的刀具组件；所述管柱包括输入端、输出端、及与所述输入端和输出端连接的第一流道和第二流道；套管割刀装置还包括切换机构，设置成能够切换所述输入端与所述第一流道连通或者与所述第二流道连通，其中，所述第一流道能够注入流体控制所述刀具组件运动以改变所述刀具组件的工作状态，所述第二流道能够注入水泥。

2.根据权利要求1所述的套管割刀装置，其特征在于：所述刀具组件包括设于管柱内的刀具控制机构、及设于管柱上并与所述刀具控制机构配合运动的刀具；所述刀具控制机构能够在所述管柱内运动以切换所述刀具的工作状态。

3.根据权利要求2所述的套管割刀装置，其特征在于：所述刀具控制机构包括套设于所述管柱内并可在管柱内沿轴向运动的芯轴、设于所述芯轴内的限流元件、及设于所述芯轴上的复位元件；所述限流元件将所述芯轴的内腔分为上游流道和下游流道，所述上游流道和下游流道形成所述第一流道。

4.根据权利要求3所述的套管割刀装置，其特征在于：所述芯轴包括基部和第一端部，所述基部与所述管柱内壁密封连接，所述第一端部与所述管柱内壁之间形成第一环空，所述第一端部还包括连通所述第一环空与所述芯轴下游流道的第一开口，所述第一开口的过流面积大于所述限流元件的过流面积，所述第一环空与所述芯轴下游流道形成所述第二流道。

5.根据权利要求4所述的套管割刀装置，其特征在于：所述芯轴包括第二端部，所述第二端部与管柱的内壁之间形成第二环空，所述复位元件套设于所述第二端部的外壁并设于所述第二环空。

6.根据权利要求5所述的套管割刀装置，其特征在于：所述第一端部还包括连通所述第一环空与所述芯轴上游流道的第二开口，所述切换装置包括设于所述第一端部并能够封闭所述第一开口的密封体、固定连接所述密封体和所述管柱的连接件、及能够截断所述密封体通道并封闭所述上游流道的球体。

7.根据权利要求6所述的套管割刀装置，其特征在于：所述管柱包括基管及设于所述基管两端的第一接头和第二接头，所述密封体一端通过所述连接件连接所述第一接头的内壁，另一端与所述芯轴的内壁密封连接；所述第二接头伸入所述第二环空，所述复位元件一端定位于所述基部，另一端定位于所述第二接头。

8.根据权利要求3-7任一项所述的套管割刀装置，其特征在于：所述刀具设有圆形齿轮，所述芯轴基部外壁设有与所述圆形齿轮配合的直线齿条，当所述芯轴沿轴向运动，所述直线齿条带动所述圆形齿轮转动以切换所述刀具的工作状态。

9.根据权利要求1-7任一项所述的套管割刀装置，其特征在于：所述管柱侧面对应刀具位置设有贯通内腔和外部的收容腔，所述刀具在初始状态收容于所述收容腔内，在工作状态自所述收容腔伸出外部。

10.一种套管割刀装置使用方法，其特征在于，包括如下操作：

向输入端注入循环流体，循环流体进入套管割刀装置的芯轴上游流道，通过限流元件进入下游流道，推动芯轴向下移动并带动刀具展开；保持循环流体循环压力，转动管柱带动刀具旋转以切割套管；当套管割断后，停止注入循环流体时，复位元件带动芯轴向上移动到初始位置，芯轴带动刀具收回；

接收投入的球体；向输入端注入循环流体并且当循环流体压力达到连接件的剪切力时，剪断连接件，密封体及球体向限流元件位置下移，第二开口打开，第二流道与输入端连通；停止注入循环流体，自输入端注入水泥时，水泥进入第二流道并自输出端输出。

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