CN116146133A - 一种辅助套管回收的高频共振式水泥环破碎工具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种辅助套管回收的高频共振式水泥环破碎工具，包括通过挠性联轴器相连的主动轴和从动轴、用于驱动主动轴转动的涡轮马达；还包括连接在主动轴上的坐卡装置、连接在从动轴上的共振装置；当主动轴正转时，所述坐卡装置坐卡，所述共振装置产生振动；当主动轴反转时，所述坐卡装置解卡。本发明提供一种辅助套管回收的高频共振式水泥环破碎工具，以解决现有技术存在的使用寿命及稳定性不足等问题，实现提高使用寿命和工作稳定性、扩大适用范围且满足连续作业需求等目的。

Description

一种辅助套管回收的高频共振式水泥环破碎工具

技术领域

本发明涉及弃井作业领域，具体涉及一种辅助套管回收的高频共振式水泥环破碎工具。

背景技术

在油气开发过程中，根据井身结构采用由内向外依次下入多层套管、并逐层向套管与井壁之间的环形空间注入水泥方式进行固井。随着油气井开发进入中后期，油气资源逐渐枯竭，达到废弃标准的生产井数量逐渐攀升，需进行弃井作业。

按要求，弃井作业应在适当井深处对由内向外依次排布的多层套管进行逐层切割并打捞收回，但套管回收时，套管与地层之间、以及相邻套管间坚固的水泥环导致切割套管所需的驱动力和提升套管回收的拔拉力倍增，导致切割后套管很难拔出甚至无法拔出井眼，只能降低套管单次切割长度，增加打捞回收作业次数。在作业前使用水泥环破碎工具对水泥环进行破碎，可以降低切割套管所需切割力和回收套管所需拔拉力；但传统的水泥环破碎工具存在诸多问题，如：适用范围小、易造成套管变形、作业后无法恢复至初始状态、单次破碎水泥环轴段短等。

此外，现有技术中，中国专利CN 217950306 U公开了“一种振动型水泥环破碎器及废弃油井处理系统”，该技术由电机驱动偏心摆锤转动以实现振动。然而，该现有技术：（1）使用电机驱动，在实际使用时难以适应井下高温高压的恶劣工况环境，工作寿命及使用稳定性存在严重不足；（2）工具入井后无法进行流体循环，在遭遇管内阻卡等特殊事故时难以应对处理；（3）其振动需通过外管间接传递至套管，其还有柔性缓冲套做缓冲，对水泥环的振动效果有限、传递至水泥环上的振动频率难以保证达到共振频率；（4）受外管尺寸限制，依然存在适用范围小的缺陷。

发明内容

本发明提供一种辅助套管回收的高频共振式水泥环破碎工具，以解决现有技术存在的使用寿命及稳定性不足等问题，实现提高使用寿命和工作稳定性、扩大适用范围且满足连续作业需求等目的。

本发明通过下述技术方案实现：

一种辅助套管回收的高频共振式水泥环破碎工具，包括通过挠性联轴器相连的主动轴和从动轴、用于驱动主动轴转动的涡轮马达；还包括连接在主动轴上的坐卡装置、连接在从动轴上的共振装置；

当主动轴正转时，所述坐卡装置坐卡，所述共振装置产生振动；

当主动轴反转时，所述坐卡装置解卡。

针对现有技术适用范围小、单次破碎轴段短、使用寿命及稳定性不足等问题，本发明提出一种辅助套管回收的高频共振式水泥环破碎工具，本工具通过涡轮马达驱动主动轴与从动轴转动，主动轴与从动轴之间由挠性联轴器连接，因此可使得主动轴与从动轴同步且同向旋转。坐卡装置在主动轴的旋转驱动下工作，可实现坐卡和解卡，共振装置在从动轴的旋转驱动下工作，可产生振动。

本工具使用时，由钻完井作业中的管串（如钻杆、油管、连续油管或双层管等）将工具送入井内，通过水力驱动涡轮马达工作，进而带动主动轴和从动轴转动，在工具抵达需要破碎水泥环的井深时，通过涡轮马达使主动轴正转，使坐卡装置坐卡在套管内壁，并使共振装置开始振动，从而对水泥环进行破碎；当作业完成后，通过涡轮马达使主动轴反转，坐卡装置解卡，进而可继续调整工具深度进行其余井段的水泥环破碎作业或上提工具出井。

本方案中对主动轴正反转的控制，可通过调节流体进出涡轮马达的方向来实现，其具体调节方式在此不做限定，本领域技术人员可采用任意现有方式实现，如钻完井作业中的正循环与反循环方式，双层管作业中的内外管循环方式等。坐卡装置的具体结构在此不做限定，只需满足能够随主动轴正转而向外扩张坐卡、随主动轴反转而向内收缩解卡即可，现有技术中的任意此类坐卡结构均可适用。同理，共振装置的具体结构在此不做限定，只需满足能够随从动轴旋转而发生高频振动即可，现有技术中的任意此类振动结构均可适用。

此外，本方案中的正转与反转，只是为了区别两种转动状态下的不同的旋向，其具体转动方向不做限定，如：当以顺时针方向旋转为正转时，对应的反转则是指逆时针方向旋转；当以逆时针方向旋转为正转时，对应的反转则是指顺时针方向旋转。

本申请相较于现有技术而言：（1）摒弃了使用电机驱动的技术思路，采用涡轮马达配合流体循环实现驱动，可以充分适应井下高温高压的恶劣工况环境，显著提高了水泥环破碎工具的工作寿命及使用稳定性；（2）采用钻井液或完井液等流体驱动涡轮马达工作，克服了现有技术中工具入井后无法进行流体循环的缺陷，在遭遇管内阻卡等特殊事故时可以直接开泵循环解卡、显著提高了应对卡钻事故的能力；（3）在振动过程中能够保持工具坐卡状态，保证了工具本体的稳定性和居中性，避免了工具本体不断与套管壁之间发生磕碰磨损；（4）由于本工具通过涡轮马达驱动，所以在使用时必然在井口连接顶驱或水龙头等循环设备，因此可受钻机的提升系统控制，又由于本领域内的坐卡装置均是向下坐卡而不会限制向上移动，因此在振动过程中可缓慢上提工具，实现连续作业，显著增大了水泥环破碎的轴段距离。

进一步的，所述涡轮马达包括涡轮马达外壳体、位于涡轮马达外壳体内部顶端的上管接头、位于上管接头下方的叶片套筒、安装在叶片套筒内的涡轮叶片组，所述涡轮叶片组与主动轴沿周向固定；

所述上管接头内设置内部流道，所述叶片套筒与涡轮马达外壳体之间形成外部流道，所述内部流道与叶片套筒顶端连通、所述外部流道与叶片套筒底端连通。

本方案提出了一种尤其适用于本申请的涡轮马达结构，其中上管接头用于与送入本工具入井的上部管串连接，叶片套筒用于为涡轮叶片组提供安装与转动空间，涡轮叶片组包括若干涡轮叶片，其与主动轴在工具周向上固定，因此当流体通过叶片套筒时，驱动涡轮叶片组转动，进而即可带动主动轴转动。

为了满足主动轴的正反转需求，本方案设置内部流道和外部流道，且使得内部流道和外部流道分别与叶片套筒的两端连通，因此通过在井口切换入井流体的循环方向，即可调整流体在叶片套筒内不同的进出方向，进而控制主动轴按照所需方向进行旋转。

进一步的，所述涡轮叶片组与主动轴之间花键配合，且涡轮叶片组与主动轴之间安装若干推力球轴承；所述叶片套筒与上管接头、涡轮马达外壳体之间均螺纹连接。

本方案中，涡轮叶片组与主动轴之间通过花键配合来实现周向固定，其具体的键槽结构在此不做限定，只需满足两者能够同步且同向旋转即可。推力球轴承对涡轮叶片组起到支撑和定位作用。叶片套筒与上管接头、涡轮马达外壳体之间的螺纹连接位置在此不做限定，只需保证叶片套筒与上管接头、涡轮马达外壳体之间的固定即可。

本工具还可以设置连接在涡轮马达下方的振动端外壳体，所述坐卡装置、共振装置均位于振动端外壳体内。

进一步的，所述坐卡装置包括固定连接在主动轴上的螺旋导轨、与所述螺旋导轨滑动配合的坐卡限位块、与所述坐卡限位块相接触的刚性坐卡块；所述振动端外壳体表面开设与所述刚性坐卡块一一对应的第一缺口，所述坐卡限位块的外壁与所述刚性坐卡块的内壁具有相互匹配的斜面。

本方案提出了一种特别适用于本申请的坐卡装置，螺旋导轨随主动轴同步且同向转动，随着螺旋导轨的转动，驱动各坐卡限位块沿轴向滑动；其中，各坐卡限位块与螺旋导轨之间可通过任意现有配合方式实现滑动连接。当需要坐卡时，螺旋导轨随主动轴正转，各坐卡限位块逐渐推动刚性坐卡块，由于坐卡限位块外壁的斜面与刚性坐卡块内壁的斜面相互配合，因此随着坐卡限位块继续移动，将刚性坐卡块从对应的第一缺口处向外推出，使各刚性坐卡块向外扩张、直至坐卡在套管内壁。

可以看出，本方案的坐卡装置可变径调整各坐卡限位块的扩张大小，进而适应不同尺寸的套管使用，显著提高了工具适用范围，满足了在不同尺寸的井径下的使用需求。

进一步的，所述坐卡限位块与振动端外壳体沿轴向滑动配合；所述刚性坐卡块与振动端外壳体之间连接弹性件。

本方案使坐卡限位块与振动端外壳体沿轴向滑动配合，以保证在螺旋导轨转动时坐卡限位块稳定的沿轴向进行移动。此外，通过弹性件来实现刚性坐卡块的自动复位；具体的，当需要解卡时，螺旋导轨随主动轴反转，坐卡限位块上行，刚性坐卡块脱离与套管内壁的接触，此时在对应弹性件的复位力作用下，使得各刚性坐卡块自动收回至第一缺口内部以完成复位。

进一步的，所述共振装置包括固定连接在从动轴上的螺旋共振导轨、与所述螺旋共振导轨滑动配合的两个振击限位块、与两个振击限位块相接触的刚性振击块、与螺旋共振导轨连接的振动发生机构；所述振动端外壳体表面开设与所述刚性振击块一一对应的第二缺口，所述振击限位块底部与刚性振击块顶部具有相互匹配的斜面；刚性振击块位于两个振击限位块之间；当从动轴正转时，两个振击限位块相互靠近；当从动轴反转时，两个振击限位块相互远离。

本方案提出了一种特别适用于本申请的共振装置，螺旋共振导轨随从动轴同步且同向转动，随着螺旋共振导轨的转动，驱动两个振击限位块沿轴向做运动方向相反的移动，同时带动振动发生机构工作；其中，振击限位块与螺旋共振导轨可通过任意现有配合方式实现滑动连接。

当从动轴正转时，螺旋共振导轨随从动轴正转，驱动两个振击限位块相互靠拢，从上下两端顶推各刚性振击块，使得各刚性振击块从对应的第二缺口处向外推出，直至各刚性振击块与套管内壁接触，使得振动发生机构所产生的振动能够直接的作用在套管上，通过套管用刚性传递的方式传导至所需破坏的水泥环上，以此克服了现有技术需要通过外管间接传递、且传递过程中还有柔性缓冲消减振动频率的问题，避免了传递至水泥环上的振动频率不可控的缺陷，更加有利于确保传递至水泥环上的振动频率可以达到其共振频率。

同理可得，当从动轴反转时，螺旋共振导轨随从动轴反转，驱动两个振击限位块相互远离，解除各刚性振击块与套管内壁的直接接触。

其中，两个振击限位块沿轴向的反向滑动，可通过任意可实现的现有传动结构实现，在此不做限定。

可以看出，本方案的振动装置可变径调整各刚性振击块的扩张程度，进而适应不同尺寸的套管使用，显著提高了工具适用范围，满足了在不同尺寸的井径下的使用需求。

进一步的，所述螺旋共振导轨包括旋向相反的上部导轨段、下部导轨段，两个振击限位块分别于上部导轨段、下部导轨段滑动配合，且两个振击限位块均与振动端外壳体沿轴向滑动配合；所述刚性振击块与振动端外壳体之间连接弹性件。

本方案中，上部导轨段和下部导轨段上的螺旋导轨的螺纹旋向相反，因此当上部导轨段和下部导轨段同向转动时，可使得两个振击限位块沿轴向做反向的滑动，以实现两个振击限位块的相互靠近与远离。

此外，通过弹性件来实现振击限位块的自动复位；具体的，在解卡时，从动轴反转时，螺旋共振导轨随从动轴反转，驱动两个振击限位块相互远离，此时在对应弹性件的复位力作用下，使得两个刚性振击块自动收回至第二缺口内部以完成复位。

进一步的，所述振动发生机构包括位于螺旋共振导轨内的空腔、位于所述空腔内的偏心块组，所述偏心块组固定连接在从动轴上、且所述从动轴穿过所述空腔。

从动轴转动带动偏心块组在螺旋共振导轨内的空腔中转动，进而实现所需振动，产生的振动通过螺旋共振导轨、振击限位块传递至刚性振击块。

振动发生机构产生的振动频率受转速控制，在具体工作时优选的通过对流量的控制，将其控制在水泥环的共振区间内。

进一步的，还包括导向头、固定在所述导向头上的扶正器；所述涡轮马达、坐卡装置、共振装置、导向头自上而下依次连接，所述从动轴远离挠性联轴器的一端与所述导向头转动配合。

本方案在工具底部设置导向头，并在导向头上安装扶正器，便于工具顺利入井并抵达所需深度，防止了入井过程中工具本体与管壁的大量摩擦或磕碰。

本领域技术人员应当理解，本申请中的上、下，是以工具入井后朝向井口方向为上、朝向井底方向为下。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明一种辅助套管回收的高频共振式水泥环破碎工具，采用涡轮马达配合流体循环实现驱动，可以充分适应井下高温高压的恶劣工况环境，显著提高了水泥环破碎工具的工作寿命及使用稳定性；并且还克服了现有技术中工具入井后无法进行流体循环的缺陷，在遭遇管内阻卡等特殊事故时可以直接开泵循环解卡、显著提高了应对卡钻事故的能力。

2、本发明一种辅助套管回收的高频共振式水泥环破碎工具，在振动过程中能够保持工具坐卡状态，保证了工具本体的稳定性和居中性，避免了工具本体不断与套管壁之间发生磕碰磨损。

3、本发明一种辅助套管回收的高频共振式水泥环破碎工具，在振动过程中可通过钻机提升系统缓慢上提，具有了连续作业的功能，显著增大了水泥环破碎的轴段距离。

4、本发明一种辅助套管回收的高频共振式水泥环破碎工具，可适应不同尺寸的套管使用，显著提高了工具适用范围，满足了在不同尺寸的井径下的使用需求。

5、本发明一种辅助套管回收的高频共振式水泥环破碎工具，偏心块组产生的振动通过振动螺旋导轨，传递给刚性振击块，再作用于套管，这种同频共振对套管不会造成损伤；并且，再通过套管将高频振动传导至所需破坏的水泥环上，以此克服了现有技术需要通过外管间接传递、且传递过程中还有柔性缓冲消减振动频率等问题，避免了传递至水泥环上的振动频率不可控的缺陷，更加有利于确保传递至水泥环上的振动频率可以达到其共振频率。

6、本发明一种辅助套管回收的高频共振式水泥环破碎工具，只需调整涡轮马达的流体进出方向，即可控制工具的启动和复位，可在井下连续且多段工作，显著提高了单次入井的作业效率，有利于降低施工成本，并且可基于钻杆、油管、连续油管或双层管等各类管串送入井中，使用局限性较小。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明具体实施例的整体示意图；

图2为本发明具体实施例中主动轴正转时的涡轮马达示意图；

图3为过图2中A-A方向线的剖视图；

图4为本发明具体实施例中主动轴反转时的涡轮马达示意图；

图5为过图4中B-B方向线的剖视图；

图6为本发明具体实施例中坐卡装置和共振装置的示意图；

图7为过图6中C-C方向线的剖视图；

图8为过图6中D-D方向线的剖视图；

图9为本发明具体实施例中主动轴的结构示意图；

图10为本发明具体实施例中螺旋导轨的结构示意图；

图11为本发明具体实施例的工作状态示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-上管接头；2-推力球轴承；3-涡轮叶片组；4-静密封环；5-坐卡限位块；6-刚性坐卡块；7-主动轴；8-挠性联轴器；9-螺旋共振导轨；10-刚性振击块；11-伸缩弹簧组；12-扶正器；13-导向头；14-从动轴；15-振击限位块；16-偏心块组；17-第二滑块；18-定位套筒；19-圆柱滚子轴承；20-振动端外壳体；21-第一滑块；22-螺旋导轨；23-密封垫片；24-动密封环；25-叶片套筒；26-涡轮马达外壳体；28-水泥环；29-套管；30-地层；101-内部流道；102-外部流道。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”、“内”、“外”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装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。

实施例1

如图1所示的一种辅助套管回收的高频共振式水泥环破碎工具，包括通过挠性联轴器8相连的主动轴7和从动轴14、用于驱动主动轴7转动的涡轮马达；还包括连接在主动轴7上的坐卡装置、连接在从动轴14上的共振装置；

当主动轴7正转时，所述坐卡装置坐卡，所述共振装置产生振动；

当主动轴7反转时，所述坐卡装置解卡。

本实施例以沿轴向自上而下的方向上，顺时针旋转为正转、逆时针旋转为反转。

在更为优选的实施方式中，还包括导向头13、固定在所述导向头13上的扶正器12；所述涡轮马达、坐卡装置、共振装置、导向头13自上而下依次连接，所述从动轴14远离挠性联轴器8的一端与所述导向头13转动配合。

其中，导向头13底端为由上往下外径逐渐减小的锥形结构，扶正器12固定在导向头13的轴颈处。

在更为优选的实施方式中，挠性联轴器8由联轴器上端、下端、中间橡胶、对称分布的螺栓组成，它用以补偿两主动轴7与从动轴14之间的相对位移使其对中。

实施例2

一种辅助套管回收的高频共振式水泥环破碎工具，在实施例1的基础上，如图1至图5所示，所述涡轮马达包括涡轮马达外壳体26、位于涡轮马达外壳体26内部顶端的上管接头1、位于上管接头1下方的叶片套筒25、安装在叶片套筒25内的涡轮叶片组3，所述涡轮叶片组3与主动轴7沿周向固定；

所述上管接头1内设置内部流道101，所述叶片套筒25与涡轮马达外壳体26之间形成外部流道102，所述内部流道101与叶片套筒25顶端连通、所述外部流道102与叶片套筒25底端连通。

本实施例中的外部流道102延伸至上管接头1外部；且内部流道101、外部流道102均为环空结构。

所述涡轮叶片组3与主动轴7之间花键配合，且涡轮叶片组3与主动轴7之间安装若干推力球轴承2；所述叶片套筒25在顶端与上管接头1螺纹连接、在底端与涡轮马达外壳体26螺纹连接，且连接处均作密封处理。

本实施例中的推力球轴承2共两组，分别位于涡轮叶片组3的上下两端。

本实施例中，上管接头1用于与送入本工具入井的上部管串相连，这类上部管串可以是钻杆、油管、连续油管或双层管等；优选为双层管，其通过顶驱适配器与顶驱相连即可。

当上部管串为钻杆、油管或连续油管时，内部流道101与这类上部管串内部连通，外部流道102与上部管串与套管之间的环空连通。

当上部管串为双层管时，内部流道101与双层管的内管连通，外部流道102与双层管的外管连通。

如图2与图3所示，当高压流体通过内部流道101流入涡轮马达时，高压流体从上至下冲刷涡轮叶片组3，从而带动主动轴7正转；

如图4与图5所示，当高压流体通过外部流道102流入涡轮马达时，高压流体从下至上冲刷涡轮叶片组3，从而带动主动轴7反转。

其中图2与图4中的箭头方向代表流体流动方向，图3与图5中的箭头方向代表主动轴7的转动方向。

实施例3

一种辅助套管回收的高频共振式水泥环破碎工具，在上述任一实施例的基础上，如图1与图6所示，还包括连接在涡轮马达下方的振动端外壳体20，所述坐卡装置、共振装置均位于振动端外壳体20内。

如图6与图7所示，所述坐卡装置包括固定连接在主动轴7上的螺旋导轨22、与所述螺旋导轨22滑动配合的坐卡限位块5、与所述坐卡限位块5相接触的四个刚性坐卡块6；所述振动端外壳体20表面开设与所述刚性坐卡块6一一对应的第一缺口，所述坐卡限位块5的外壁与所述刚性坐卡块6的内壁具有相互匹配的、斜度一致的斜面。

本实施例中的主动轴7如图9所示，螺旋导轨22如图10所示。

所述坐卡限位块5与振动端外壳体20沿轴向滑动配合；所述刚性坐卡块6与振动端外壳体20之间连接弹性件。

如图6与图8所示，所述共振装置包括固定连接在从动轴14上的螺旋共振导轨9、与所述螺旋共振导轨9滑动配合的两个振击限位块15、与两个振击限位块15配合安装的刚性振击块10、与螺旋共振导轨9连接的振动发生机构；所述振动端外壳体20表面开设与所述刚性振击块10一一对应的第二缺口，所述振击限位块15与刚性振击块10具有相互匹配的、斜度一致的斜面；当从动轴14正转时，两个振击限位块15相互靠近；当从动轴14反转时，两个振击限位块15相互远离。本实施例中，刚性振击块10位于上下两个振击限位块15之间。

所述螺旋共振导轨9包括旋向相反的上部导轨段、下部导轨段，两个振击限位块15分别于上部导轨段、下部导轨段滑动配合，且两个振击限位块15均与振动端外壳体20沿轴向滑动配合；所述刚性振击块10与振动端外壳体20之间连接弹性件。

所述振动发生机构包括位于螺旋共振导轨9内的空腔、位于所述空腔内的偏心块组16，所述偏心块组16固定连接在从动轴14上、且所述从动轴14穿过所述空腔。

本实施例中，螺旋导轨22、螺旋共振导轨9均为圆柱形导轨。

本实施例中，由于坐卡装置具有自动回弹复位的功能，因此又可称为回弹坐卡装置；此外，共振装置可提供在水泥环共振区间内的高频振动，因此又可称为高频共振装置。

优选的，振动端外壳体的内壁设置两组轴向滑轨，其中坐卡限位块5通过第一滑块21与一组轴向滑轨滑动配合，振击限位块15通过第二滑块17与另一组轴向滑轨滑动配合。

优选的，螺旋导轨22、螺旋共振导轨9的上下两端均设置相连通的圆环轨道，以保证对应的滑块在移动到行程端部时主动轴和从动轴依然可转动。

优选的，连接在刚性坐卡块6与振动端外壳体20之间的弹性件、连接在刚性振击块10与振动端外壳体20之间的弹性件，均为若干伸缩弹簧组11。

优选的，若干坐卡限位块5、刚性振击块10均沿周向均匀分布。

在更为优选的实施方式中，为避免振动时螺旋共振导轨9横向位移过大导致零件损坏，在螺旋共振导轨9从动轴14之间对称安装有四组圆柱滚子轴承19，螺旋共振导轨9通过键和定位套筒18的作用固定安装在从动轴14上。

在更为优选的实施方式中，振动端外壳体20的上端与涡轮马达外壳体26的下端通过螺纹连接，且连接处设置密封结构，以防止流体渗漏。其中的密封结构优选的由动密封环24、静密封环4和密封垫片23组成。

本实施例的工作原理如下：

高频共振式水泥环破碎工具以图1所示的初始状态入井，以送入工具为双层管为例。

通过顶驱和双层管将工具下放至既定工作井深段，高压流体通过内层管从内部流道101流入涡轮马达，推动涡轮叶片组3转动，使主动轴7带动螺旋导轨22和螺旋共振导轨9正向旋转，从而带动坐卡限位块5下行、上下两组两振击限位块15相向移动；

在坐卡限位块5的推动作用下，各刚性坐卡块6向外推出，紧贴在套管内壁实现坐卡；

请参考附图11，附图11所示实施方式中，双层的套管29通过水泥环28实现与地层30的固结。在振击限位块15的推动作用下，刚性振击块10向外推出直至紧贴套管29内壁，并通过偏心块组16产生与水泥环同频共振力的方式，破坏套管29和水泥环28之间的胶结作用，对水泥环进行振击破碎，整个工具可同时随顶驱缓慢提升动作实现连续作业，直至整个预期的井下固井水泥被完全破坏。

当完成目标轴段水泥环28破碎作业后，切换顶驱的循环方向，高压流体通过外部流道102流入涡轮马达，高压流体从下至上冲刷涡轮叶片组3，使主动轴7反转，从而带动坐卡限位5块上行、上下两振击限位块15背向移动，通过弹性件将刚性坐卡块6和刚性振击块10复位，解除坐卡，然后通过顶驱和双层管将整个工具上提出井。

需要说明的是，虽然图11中示意的是具有双层套管的固井重叠段下的工况，但其仅仅是一种实施方式下的示意，并非代表本申请仅适用于固井重叠段的使用，如图6所示的常规的单层套管同样可通过本申请完成对目标井段水泥环的高频共振破碎。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其它变体，意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。此外，在本文中使用的术语“连接”在不进行特别说明的情况下，可以是直接相连，也可以是经由其他部件间接相连。

Claims (10)

1.一种辅助套管回收的高频共振式水泥环破碎工具，其特征在于，包括通过挠性联轴器（8）相连的主动轴（7）和从动轴（14）、用于驱动主动轴（7）转动的涡轮马达；还包括连接在主动轴（7）上的坐卡装置、连接在从动轴（14）上的共振装置；

当主动轴（7）正转时，所述坐卡装置坐卡，所述共振装置产生振动；

当主动轴（7）反转时，所述坐卡装置解卡。

2.根据权利要求1所述的一种辅助套管回收的高频共振式水泥环破碎工具，其特征在于，所述涡轮马达包括涡轮马达外壳体（26）、位于涡轮马达外壳体（26）内部顶端的上管接头（1）、位于上管接头（1）下方的叶片套筒（25）、安装在叶片套筒（25）内的涡轮叶片组（3），所述涡轮叶片组（3）与主动轴（7）沿周向固定；

所述上管接头（1）内设置内部流道（101），所述叶片套筒（25）与涡轮马达外壳体（26）之间形成外部流道（102），所述内部流道（101）与叶片套筒（25）顶端连通、所述外部流道（102）与叶片套筒（25）底端连通。

3.根据权利要求2所述的一种辅助套管回收的高频共振式水泥环破碎工具，其特征在于，所述涡轮叶片组（3）与主动轴（7）之间花键配合，且涡轮叶片组（3）与主动轴（7）之间安装若干推力球轴承（2）；所述叶片套筒（25）与上管接头（1）、涡轮马达外壳体（26）之间均螺纹连接。

4.根据权利要求1所述的一种辅助套管回收的高频共振式水泥环破碎工具，其特征在于，还包括连接在涡轮马达下方的振动端外壳体（20），所述坐卡装置、共振装置均位于振动端外壳体（20）内。

5.根据权利要求4所述的一种辅助套管回收的高频共振式水泥环破碎工具，其特征在于，所述坐卡装置包括固定连接在主动轴（7）上的螺旋导轨（22）、与所述螺旋导轨（22）滑动配合的坐卡限位块（5）、与所述坐卡限位块（5）相接触的刚性坐卡块（6）；所述振动端外壳体（20）表面开设与所述刚性坐卡块（6）一一对应的第一缺口，所述坐卡限位块（5）的外壁与所述刚性坐卡块（6）的内壁具有相互匹配的斜面。

6.根据权利要求5所述的一种辅助套管回收的高频共振式水泥环破碎工具，其特征在于，所述坐卡限位块（5）与振动端外壳体（20）沿轴向滑动配合；所述刚性坐卡块（6）与振动端外壳体（20）之间连接弹性件。

7.根据权利要求4所述的一种辅助套管回收的高频共振式水泥环破碎工具，其特征在于，所述共振装置包括固定连接在从动轴（14）上的螺旋共振导轨（9）、与所述螺旋共振导轨（9）滑动配合的两个振击限位块（15）、与两个振击限位块（15）相接触的刚性振击块（10）、与螺旋共振导轨（9）连接的振动发生机构；所述振动端外壳体（20）表面开设与所述刚性振击块（10）一一对应的第二缺口，所述振击限位块（15）底部与刚性振击块（10）顶部具有相互匹配的斜面；所述刚性振击块（10）位于两个振击限位块（15）之间；当从动轴（14）正转时，两个振击限位块（15）相互靠近；当从动轴（14）反转时，两个振击限位块（15）相互远离。

8.根据权利要求7所述的一种辅助套管回收的高频共振式水泥环破碎工具，其特征在于，所述螺旋共振导轨（9）包括旋向相反的上部导轨段、下部导轨段，两个振击限位块（15）分别于上部导轨段、下部导轨段滑动配合，且两个振击限位块（15）均与振动端外壳体（20）沿轴向滑动配合；所述刚性振击块（10）与振动端外壳体（20）之间连接弹性件。

9.根据权利要求7所述的一种辅助套管回收的高频共振式水泥环破碎工具，其特征在于，所述振动发生机构包括位于螺旋共振导轨（9）内的空腔、位于所述空腔内的偏心块组（16），所述偏心块组（16）固定连接在从动轴（14）上、且所述从动轴（14）穿过所述空腔。

10.根据权利要求1~9中任一所述的一种辅助套管回收的高频共振式水泥环破碎工具，其特征在于，还包括导向头（13）、固定在所述导向头（13）上的扶正器（12）；所述涡轮马达、坐卡装置、共振装置、导向头（13）自上而下依次连接，所述从动轴（14）远离挠性联轴器（8）的一端与所述导向头（13）转动配合。

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