油氣井一體式套管段銑及裸眼造穴工具的製作方法

2023-06-14 16:05:26

油氣井一體式套管段銑及裸眼造穴工具的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種油氣井一體式套管段統及裸眼造穴工具，其主要有套管段銑和裸眼造穴兩部分組成，兩部分螺紋連接；套管段銑部分主要有上接頭、主筒體、芯軸、芯軸彈簧、段銑刀、和下接頭組成，上接頭和主筒體及主筒體和下接頭都是用直扣螺紋連接；芯軸有中心孔，在芯軸的上部設有三個擋球柱和分流盤，在其下部設有憋壓球座和支撐頭；在主筒體的外緣設有用於關閉主筒體四個透槽的活塞；裸眼造穴部分主要有本體、軸銷和刀體組成，本體通過軸銷活動連結刀體；本實用新型通過套管段銑部分與多種裸眼造穴工具組接，能在套管固井段一次性套管段銑和造500?2000mm的洞穴，減少了起鑽次數，節約了鑽井成本，減輕了工人的勞動強度。
【專利說明】油氣井一體式套管段銑及裸眼造穴工具

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及石油天然氣和煤層氣鑽井領域，尤其是一種油氣井一體式套管段銑及裸眼造穴工具。

【背景技術】
[0002]洞穴完井就是在裸眼完井後，人為地在裸眼段產層部位通過工具擴眼方式，形成一個穩定的大洞穴，提高井眼周圍割理裂縫的滲透性，增大地層的導流能力，使井眼與地層之間實現有效連通而達到增產的目的。由於洞穴完井對地層傷害小，廣泛應用於石油天然氣集採和煤層氣開發。為保證井筒安全，通常洞穴完井都是在下完技術套管固井後，再在技術套管中造穴。而目前國內外的造穴工具都是針對開挖較大直徑洞穴的，刀杆較長，機械強度低，無法完成對N80或PllO鋼級套管的切割段銑。目前洞穴完井工序是，先下傳統的套管段銑刀把套管銑掉一段，再下人造穴工具造穴。鑽井公司希望能用一種工具一次性完成套管切割、段銑和造穴，降低鑽井成本，減輕工人的勞動強度。因此，研究開發了油氣井一體式套管段銑及裸眼造穴工具。


【發明內容】

[0003]本實用新型要解決的技術問題是提供一種油氣井一體式套管段銑及裸眼造穴工具，其實現了一趟鑽套管段銑和裸眼造穴，減少了起下鑽次數，降低了鑽井成本，減輕了工人的勞動強度。
[0004]為了解決上述技術問題，本實用新型包括依次螺紋密封連接且內部連通設置的上接頭、主筒體、下接頭和本體；
[0005]所述主筒體內部設有一能夠上下移動且內部中空的芯軸，該芯軸的外緣和主筒體的內緣都設有臺階，在兩臺階形成的環形空間中裝有芯軸彈簧，所述芯軸上端向上伸入到上接頭內部並罩有一分流盤且該端開有多個徑向臺階通孔，每個所述徑向臺階通孔中分別安裝有一用於卡住限流球的擋球柱，每個所述擋球柱上還分別套裝有一擋球柱彈簧且每個所述擋球柱在分流盤外周壁的限制下伸入到芯軸的內孔中並卡住限流球，所述芯軸下端固接有一支撐頭，該支撐頭內部通過球座剪釘連接有一用於與憋壓球配合的球座；
[0006]所述主筒體外壁上部分通過活塞剪釘套裝有一僅能夠下行的活塞，所述芯軸和主筒體在各自臺階處分別沿徑向對稱開有兩個進液孔，該芯軸和主筒體上的進液孔能夠連通芯軸內孔與活塞和主筒體組成的環形腔；
[0007]所述主筒體下部分開有多個透槽，每個所述透槽中分別鉸接有一能夠向外張開的段銑刀，每個所述段銑刀刀背均向內凸出地處於主筒體內部且位於所述支撐頭的下方；
[0008]所述本體底部通過軸銷活動連接有一刀體,所述刀體能夠繞軸銷轉動180° ,所述本體、軸銷和刀體內部均設有互相連通的流道，所述刀體底部還設有與刀體流道相連通的出液孔。
[0009]所述分流盤在主筒體上端面的限制下僅能夠在上接頭內部移動。
[0010]多個所述透槽的上端固接有一銷軸座，所述銷軸座上安裝有多個銷軸，每個所述段銑刀上端分別通過對應的銷軸鉸接在透槽內。
[0011]多個所述透槽的下端設有一用於限制段銑刀的最大張開尺寸的限位環。
[0012]所述刀體上的出液孔相對刀體的軸線垂直設置。
[0013]每個所述段銑刀刀翼的前後面鑲嵌焊接有紐扣型硬質合金塊且在刀翼的側面和底面鑲嵌焊接有帶4?5度切削角的六稜型硬質合金柱；所述刀體外壁上堆焊有硬質合金，所述本體下端面覆蓋有一層硬質合金層。
[0014]所述上接頭與主筒體之間、主筒體與芯軸之間、主筒體與活塞之間、球座與支撐頭之間、主筒體與下接頭之間以及本體與軸銷之間分別採用密封圈實現密封。
[0015]本實用新型的有益效果是:本實用新型套管段銑部分能與多種裸眼造穴工具組接成不同規格的一次性完成套管段銑和造穴具，能在套管固井段一次性套管段銑和造500?2000mm的洞穴，減少了起鑽次數，節約了鑽井成本，減輕了工人的勞動強度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本實用新型油氣井一體式套管段銑及裸眼造穴工具結構示意圖；
[0017]圖2是圖1沿A— A的剖視圖；
[0018]圖3是圖1沿B— B的剖視圖。
[0019]圖中:1.上接頭，2.分流盤，3.限流球，4.擋球柱，5.擋球柱彈簧，6.芯軸，7.密封圈，8.主筒體，9.活塞剪釘，10.活塞，11.進液口，12.芯軸彈簧，13.銷軸座，14.銷軸，15.球座，16.憋壓球，17.球座剪釘，18.支撐頭，19.段銑刀，20.限位環，21.下接頭，22.本體，23.流道，24.軸銷，25.刀體，26.出液孔。

【具體實施方式】
[0020]本實用新型的油氣井一體式套管段銑及裸眼造穴工具包括依次螺紋密封連接且內部連通設置的上接頭1、主筒體8、下接頭21和本體22 ；
[0021]所述主筒體8內部設有一能夠上下移動且內部中空的芯軸6，該芯軸6的外緣和主筒體8的內緣都設有臺階，在兩臺階形成的環形空間中裝有芯軸彈簧12，所述芯軸6上端向上伸入到上接頭I內部並罩有一分流盤2且該端開有多個徑向臺階通孔，每個所述徑向臺階通孔中分別安裝有一用於卡住限流球3的擋球柱4，每個所述擋球柱4上還分別套裝有一擋球柱彈簧5且每個所述擋球柱4在分流盤2外周壁的限制下伸入到芯軸6的內孔中並卡住限流球3，所述芯軸6下端固接有一支撐頭18，該支撐頭18內部通過球座剪釘17連接有一用於與憋壓球16配合的球座15 ；
[0022]所述主筒體8外壁上部分通過活塞剪釘9套裝有一僅能夠下行的活塞10，所述芯軸6和主筒體8在各自臺階處分別沿徑向對稱開有兩個進液孔11，該芯軸6和主筒體8上的進液孔11能夠連通芯軸6內孔與活塞10和主筒體8組成的環形腔；
[0023]所述主筒體8下部分開有多個透槽，每個所述透槽中分別鉸接有一能夠向外張開的段銑刀19，每個所述段銑刀19刀背均向內凸出地處於主筒體8內部且位於所述支撐頭18的下方；
[0024]所述本體22底部通過軸銷24活動連接有一刀體25，所述刀體25能夠繞軸銷24轉動180°，所述本體22、軸銷24和刀體25內部均設有互相連通的流道23，所述刀體25底部還設有與刀體25流道23相連通的出液孔26。
[0025]所述分流盤2在主筒體8上端面的限制下僅能夠在上接頭I內部移動。
[0026]多個所述透槽的上端固接有一銷軸座13，所述銷軸座13上安裝有多個銷軸14，每個所述段銑刀19上端分別通過對應的銷軸14鉸接在透槽內。
[0027]多個所述透槽的下端設有一用於限制段銑刀19的最大張開尺寸的限位環20。
[0028]所述刀體25上的出液孔26相對刀體25的軸線垂直設置。
[0029]每個所述段銑刀19刀翼的前後面鑲嵌焊接有紐扣型硬質合金塊且在刀翼的側面和底面鑲嵌焊接有帶4?5度切削角的六稜型硬質合金柱；所述刀體25外壁上堆焊有硬質合金，所述本體22下端面覆蓋有一層硬質合金層。
[0030]所述上接頭I與主筒體8之間、主筒體8與芯軸6之間、主筒體8與活塞10之間、球座15與支撐頭18之間、主筒體8與下接頭21之間以及本體22與軸銷24之間分別採用密封圈7實現密封。
[0031]下面結合附圖和【具體實施方式】對本實用新型作進一步詳細的說明:
[0032]如圖1所示，上接頭I的上端設有鑽杆螺紋，用於與鑽井鑽具連接；上接頭I和主筒體8及主筒體8和下接頭21都是用直扣螺紋連接；套管切割、段銑部分的下接頭21和裸眼造穴部分主要的本體22用鑽杆螺紋連接。
[0033]如圖1所示，芯軸機構位於主筒體8內，芯軸6開有中心孔，在芯軸6的上端開有三個徑向臺階通孔，用墊片和擋圈把擋球柱4和擋球彈簧5安裝在徑向臺階通孔中，擋球柱4沿徑向能移動；分流盤2滑動配合套裝在芯軸6的頂部，用於對擋球柱4限位；支撐頭18通過螺紋連接於芯軸6的下端，球座15通過球座剪釘17固定在支撐頭18內孔中，支撐頭18與段銑刀19刀背接觸的斜面經過了硬化處理。
[0034]如圖1所示，芯軸6的外緣和主筒體8的內緣都設有臺階，在兩臺階形成的環形空間中裝有芯軸彈簧12 ;芯軸6和主筒體8在臺階處各延徑向對稱開有兩個進液孔11，鑽井液從芯軸6的中心孔和裝芯軸彈簧12的環形空間能進到活塞10和主筒體8組成的環形腔。
[0035]如圖1和圖2所示，活塞10套裝在主筒體8上，用活塞剪釘(9)加以固定，活塞10由上接頭I限位，使其只能向下行走；為提高活塞10的強度，又不影響工具的過流面積，活塞10的大徑處做成花瓣形。
[0036]如圖1和圖3所示，段銑刀機構位於主筒體8的四個透槽中，主要有段銑刀19、銷軸14和銷軸座13組成，銷軸座13用螺釘固定，段銑刀19用銷軸14鉸鏈固定；在主筒體8透槽的下端用螺釘固定著限位環20，限制段銑刀的最大張開尺寸。
[0037]如圖1所示，裸眼造穴機構的本體22上部設有鑽具螺紋用於和套管切割、段銑部分連接，本體22的底部通過軸銷24活動連結刀體25，本體22、軸銷24和刀體25都設有互相連通的流道23，刀體25的下端一側開有出液孔26 ;刀體25上部呈半圓形，使刀體25能夠繞軸銷24轉動180° ;出液孔26與使刀體25的軸向垂直，確保刀體25張開時，同時具備噴射造穴層和循環清理井眼的作用。
[0038]在段銑刀19刀翼的前後面鑲嵌焊接有紐扣型硬質合金塊，在刀翼的側面和底面鑲嵌焊接有帶4?5°切削角六稜型硬質合金柱；刀體25外壁上堆焊有硬質合金，本體22下端面覆蓋有一層硬質合金層。
[0039]施工中，當油氣井一體式套管段銑及裸眼造穴工具與鑽具配接好下入預造穴井設計深度以後，把限流球3從井口投入，並以一定排量送球，當發現泵壓升高時，說明限流球3已到擋球柱4位。此時開始低速旋轉鑽具並開泵給壓，這時鑽井液流向分為兩支，一支通芯軸6的中心孔流向裝段銑刀19的主筒體四個透槽組成大循環；另一隻則通過過流環2的大孔流向芯軸6端面。在鑽井液流體和限流球3產生的壓降作用下芯軸機構壓縮芯軸彈簧12開始下行，支撐頭18與段銑刀19刀背接觸，芯軸機構繼續下移段銑刀19張開，直到與套管內壁接觸，開始切割套管。當套管切斷以後，過流環2正好被主筒體8臺階抵住不能再往下移動，芯軸6繼續向下移動。當段銑刀張開最大時過流環2脫開擋球柱4，在限流球3的作用下擋球柱4壓縮擋球柱彈簧5限流球3脫開擋球柱4，下行掉入本體22內腔。這時的過流面積與初始的過流面積之比約為3:1，在司鑽操作臺上能明顯看到泵壓降低，操作人員知道套管已切斷。在仍有鑽壓的情況下，根據施工方案調整鑽壓和扭矩向下切削即段銑套管。
[0040]當切削長度達到預定數值時，鑽壓不撤既保持芯軸6位置不動，停泵把憋壓球16投入，低排量送球。由於段銑刀19還在張開最大位置，擋球柱4處於自由狀態，憋壓球16很容易通過。發現泵壓升高立即停泵，說明憋壓球16已進入球座15。撤掉鑽壓，上提鑽具，芯軸機構在芯軸彈簧12的作用下上移復位，同時段銑刀19也復位。開泵升高泵壓剪斷活塞剪釘9，活塞10下行關閉主筒體8裝段銑刀機構的四個透槽，繼續憋壓剪斷球座剪釘17，球座15和憋壓球16下行，架在段銑刀19的刀背上。鑽井液以大排量形式流向裸眼造穴機構。上提鑽具使裸眼造穴機構處在套管銑掉區域的上端，鑽井液進入裸眼造穴機構本體22，流經本體22、軸銷24和刀體25互相連通的流道23從刀體25的下端一側出液孔26噴出。刀體25在鑽井液的反作用力下向另一側微張，隨著鑽柱旋轉將地層割出一個臺階，當刀體25張開角度逐漸增大時，向下施加一定鑽壓擴眼鑽進，如此反覆完成造穴作業。造穴工作完成後，停止泵入液體，刀體25即自動垂下，上提鑽具即可起出油氣井一體式套管段銑及裸眼造穴工具。
[0041]本實用新型通過套管段銑部分與多種裸眼造穴工具組接，能在套管固井段一次性套管段銑和造500?2000mm的洞穴，減少了起鑽次數，節約了鑽井成本，減輕了工人的勞動強度。
[0042]綜上所述，本實用新型的內容並不局限在上述的實施例中，本領域的技術人員可以在本實用新型的技術指導思想之內提出其他的實施例，但這些實施例都包括在本實用新型的範圍之內。
【權利要求】
1.一種油氣井一體式套管段銑及裸眼造穴工具，其特徵在於:包括依次螺紋密封連接且內部連通設置的上接頭(I)、主筒體(8)、下接頭(21)和本體(22)； 所述主筒體(8)內部設有一能夠上下移動且內部中空的芯軸(6)，該芯軸(6)的外緣和主筒體(8)的內緣都設有臺階，在兩臺階形成的環形空間中裝有芯軸彈簧(12)，所述芯軸(6)上端向上伸入到上接頭(I)內部並罩有一分流盤(2)且該端開有多個徑向臺階通孔，每個所述徑向臺階通孔中分別安裝有一用於卡住限流球(3)的擋球柱(4)，每個所述擋球柱(4)上還分別套裝有一擋球柱彈簧(5)且每個所述擋球柱(4)在分流盤(2)外周壁的限制下伸入到芯軸(6)的內孔中並卡住限流球(3)，所述芯軸(6)下端固接有一支撐頭(18)，該支撐頭(18)內部通過球座剪釘(17)連接有一用於與憋壓球(16)配合的球座(15)； 所述主筒體(8)外壁上部分通過活塞剪釘(9)套裝有一僅能夠下行的活塞(10)，所述芯軸(6)和主筒體(8)在各自臺階處分別沿徑向對稱開有兩個進液孔(11)，該芯軸(6)和主筒體(8)上的進液孔(11)能夠連通芯軸￠)內孔與活塞(10)和主筒體(8)組成的環形腔； 所述主筒體(8)下部分開有多個透槽，每個所述透槽中分別鉸接有一能夠向外張開的段銑刀(19)，每個所述段銑刀(19)刀背均向內凸出地處於主筒體(8)內部且位於所述支撐頭(18)的下方； 所述本體(22)底部通過軸銷(24)活動連接有一刀體(25)，所述刀體(25)能夠繞軸銷(24)轉動180。，所述本體(22)、軸銷(24)和刀體(25)內部均設有互相連通的流道(23)，所述刀體(25)底部還設有與刀體(25)流道(23)相連通的出液孔(26)。
2.按照權利要求1所述的油氣井一體式套管段銑及裸眼造穴工具，其特徵在於:所述分流盤(2)在主筒體(8)上端面的限制下僅能夠在上接頭(I)內部移動。
3.按照權利要求1所述的油氣井一體式套管段銑及裸眼造穴工具，其特徵在於:多個所述透槽的上端固接有一銷軸座(13)，所述銷軸座(13)上安裝有多個銷軸(14)，每個所述段銑刀(19)上端分別通過對應的銷軸(14)鉸接在透槽內。
4.按照權利要求1所述的油氣井一體式套管段銑及裸眼造穴工具，其特徵在於:多個所述透槽的下端設有一用於限制段銑刀(19)的最大張開尺寸的限位環(20)。
5.按照權利要求1所述的油氣井一體式套管段銑及裸眼造穴工具，其特徵在於:所述刀體(25)上的出液孔(26)相對刀體(25)的軸線垂直設置。
6.按照權利要求1所述的油氣井一體式套管段銑及裸眼造穴工具，其特徵在於:每個所述段銑刀(19)刀翼的前後面鑲嵌焊接有紐扣型硬質合金塊且在刀翼的側面和底面鑲嵌焊接有帶4?5度切削角的六稜型硬質合金柱；所述刀體(25)外壁上堆焊有硬質合金，所述本體(22)下端面覆蓋有一層硬質合金層。
7.按照權利要求1-6中任一項所述的油氣井一體式套管段銑及裸眼造穴工具，其特徵在於:所述上接頭(I)與主筒體(8)之間、主筒體(8)與芯軸(6)之間、主筒體(8)與活塞(10)之間、球座(15)與支撐頭(18)之間、主筒體⑶與下接頭(21)之間以及本體(22)與軸銷(24)之間分別採用密封圈(7)實現密封。
【文檔編號】E21B10/62GK204024554SQ201420506056
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年9月3日 優先權日:2014年9月3日
【發明者】高森, 劉永峰, 蔣海濤, 周俊然 申請人:中國石油集團渤海鑽探工程有限公司