(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 112112591 A(43)申请公布日 2020.12.22
(21)申请号 202011062922.7(22)申请日 2020.09.30
(71)申请人 中国石油天然气集团有限公司
地址 100007 北京市东城区东直门北大街9
号中国石油大厦
申请人 中国石油集团川庆钻探工程有限公
司(72)发明人 谢涛 王祖文 刘国良 刘小会
都清旺 席仲琛 柳志勇 雷璠 陈万林 陈文博 王增军 段腾龙 赵庆磊 王越 王金刚 钱军利 徐睿 (74)专利代理机构 西安吉盛专利代理有限责任
公司 61108
代理人 张恒阳
权利要求书2页 说明书5页 附图1页
(51)Int.Cl.
E21B 29/00(2006.01)
E21B 29/06(2006.01)E21B 17/10(2006.01)E21B 37/02(2006.01)
CN 112112591 A(54)发明名称
一种套管锻铣工具及锻铣方法(57)摘要
本发明涉及油气井修井套管锻铣领域，具体涉及一种套管锻铣工具及锻铣方法，包括：接头，该接头内具有轴向的通道一，该接头一端在通道内开有内螺纹，另一端开有外螺纹；本体，该本体内具有轴向通道二，且外部开有切削口，该本体一端与接头外螺纹连接；驱动部，该驱动部可拆卸连接在本体内；切割部，该切割部可拆卸连接在切削口内，且驱动部驱动端作用于切割部；扶正短节，该扶正短节与本体另一端螺纹连接。本发明由于采用了活塞移动带动复位凸起推动刀片外张，再由复位凸起拉动刀片回收，有效解决了起钻时刀片回收遇阻的问题，进而实现了起钻钻过程不会由于刀片未回收使切刀卡在套管内的问题。
CN 112112591 A
权 利 要 求 书
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1.一种套管锻铣工具，其特征在于，包括：接头（1），该接头（1）内具有轴向的通道一，该接头一端在通道内开有内螺纹，另一端开有外螺纹；
本体（2），该本体（2）内具有轴向通道二，且外部开有切削口，该本体（2）一端与接头（1）外螺纹连接；
驱动部，该驱动部可拆卸连接在本体（2）内；切割部，该切割部可拆卸连接在切削口内，且驱动部驱动端作用于切割部；扶正短节（3），该扶正短节（3）与本体（2）另一端螺纹连接。2.根据权利要求1所述的一种套管锻铣工具，其特征在于：所述驱动部包括活塞（4）、弹簧（5）和复位凸起（6），所述本体（2）内开有活塞座（7），所述活塞（4）一端穿过活塞座（7），所述活塞（4）穿过活塞座（7）的一端固定复位凸起（6），所述活塞（4）另一端开有顶帽（8），所述弹簧（5）底端设置在活塞座（7）上，所述弹簧（5）顶端作用于顶帽（8）下表面，所述复位凸起（6）作用于切割部。
3.根据权利要求2所述的一种套管锻铣工具，其特征在于：所述顶帽（8）面内嵌有密封圈，所述密封圈外圆周面与通道二滑动连接。
4.根据权利要求2所述的一种套管锻铣工具，其特征在于：所述本体（2）外开有至少一对切削口，所述切削口内分别可拆连接切割部。
5.根据权利要求3所述的一种套管锻铣工具，其特征在于：所述切割部包括刀片（9）和切刀（10），所述刀片（9）设置在切削口内，所述刀片（9）一端与切削口内侧铰接，所述刀片（9）底部依次开有复位卡块（11）、活动槽（12）和推动面（13），所述复位凸起（6）外圆周面位于活动槽（12）内，且复位卡块（11）和推动面（13）位于复位凸起（6）两侧，且复位凸起（6）与复位卡块（11）接触，所述刀片（9）另一端底部开有限位凸起（14），且这一端上部开有连接槽，所述切刀（10）固定在连接槽内，且切刀（10）位于切削口内。
6.根据权利要求5所述的一种套管锻铣工具，其特征在于：所述本体（2）底端与扶正短节（3）外套接有限位套（15），所述限位套（15）一端与切削口相通，所述限位套（15）与切削口内的刀片端部滑动连接，且限位套（15）至本体（2）外径距离大于限位凸起（14）上表面至连接槽距离。
7.根据权利要求1所述的一种套管锻铣工具，其特征在于：所述扶正短节（3）外径与本体（2）外径相同，所述接头（1）外径小于本体（2）外径。
8.一种套管锻铣方法，至少包括权利要求1-7任意一项所述的一种套管锻铣工具，其特征在于，还包括如下步骤：
S1，通过钻铤与接头（1）接头的内螺纹连接，将工具下放至设计深度；S2，通过转盘驱动钻铤带动工具旋转，再由泥浆泵注系统通过钻铤向工具内打压，液体进入接头（1），再通过活塞（4）进入扶正短节（3），再通过扶正短节（3）排入井管内，通过增大排液压力，活塞（4）过液量小于接头过液量，受液力影响，活塞（4）下移，同时通过活塞（4）上的顶帽（8）挤压弹簧（5），同时活塞（4）下移推动推动面（13），使刀片（9）一端向本体（2）外移动，使切刀（10）与套管接触，通过泥浆泵注系统持压，活塞（4）持续推动刀片（9），使切刀（10）施加套管内圆周面持续压力，同时切刀（10）受本体（2）带动旋转，对套管进行切割；
S3，S2中套管被切断时，泵压下降，再继续旋转工具，并持压，以修整切割断面；
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权 利 要 求 书
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切断过程需旋转15-45min，修整切割断面需10min以上；S4，S2中驱动钻铤旋转时，需先缓慢启动，钻铤旋转正常、无明显扭矩和鳖跳后，再缓慢启动泥浆泵注系统，将排量由小至设计量；
S5，S3套管被证实切断后，进行段铣，同时泥浆泵注系统排量逐渐增至设计量；S6，S5中段铣时，通过地面返出口观察铁屑返出情况，包括其数量、大小和形状，以便正常判断所采用的参数及锻铣工具的井下工作情况，直至锻铣至设计深度；
段铣过程中，铁屑有可能在钻柱周围形成“砂桥”，造成蹩泵，可定时活动钻具，每铣进0.5～1m上下活动一次工具，活动时不能超过上下窗口，以破坏砂桥，使铁屑及时上返；
S7，起钻前充分循环清洗井眼，然后停泵，转动转盘5-10min，弹簧（5）推动顶帽（8）带动活塞（4）复位，活塞（4）复位时，通过复位凸起（6）拉动复位卡块（11），使刀片回收至切削口内，待刀片收拢，工具进入上窗口时要缓慢，防止遇卡，刮坏上窗口或卡钻；
S8，工具提出井口后，完成回收。
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说 明 书
一种套管锻铣工具及锻铣方法
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技术领域
[0001]本发明涉及油气井修井套管锻铣领域，具体涉及一种套管锻铣工具及锻铣方法。背景技术[0002]油气井在生产过程中由于套管破损泄露、固井质量差或者井下温度效益导致水泥和套管界面胶结失效，形成管外串、气井环空带压、气田采出水回注难题，有较大的安全生产、环保隐患。
[0003]根据SY/T66废弃井及长停井处置指南中废弃井封堵技术要求，封堵井需要在裸眼段注水泥塞、在套管被割断位置打水泥塞、在注采层位的射孔段部位打水泥塞。对部分井型无法通过套管内悬空水泥塞/桥塞实现安全封堵，需要锻铣套管后注水泥塞进行安全封堵。
[0004]现有锻铣工具在锻铣回收刀片时，会出现无法及时回收，在起钻过程中尝尝遇阻，无法正常起钻，而且结构复杂，使用寿命端，使用过程会出现失效问题，同时锻铣效率低，使工期无限延长。
发明内容
[0005]本发明提供一种套管锻铣工具及锻铣方法，旨在至少在一定程度上解决现有技术中的上述技术问题之一。
[0006]本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：
一种套管锻铣工具，包括：接头，该接头内具有轴向的通道一，该接头一端在通道内开有内螺纹，另一端开有外螺纹；
本体，该本体内具有轴向通道二，且外部开有切削口，该本体一端与接头外螺纹连接；驱动部，该驱动部可拆卸连接在本体内；切割部，该切割部可拆卸连接在切削口内，且驱动部驱动端作用于切割部；扶正短节，该扶正短节与本体另一端螺纹连接。[0007]进一步，所述驱动部包括活塞、弹簧和复位凸起，所述本体内开有活塞座，所述活塞一端穿过活塞座，所述活塞穿过活塞座的一端固定复位凸起，所述活塞另一端开有顶帽，所述弹簧底端设置在活塞座上，所述弹簧顶端作用于顶帽下表面，所述复位凸起作用于切割部。
[0008]进一步，所述顶帽面内嵌有密封圈，所述密封圈外圆周面与通道二滑动连接。[0009]进一步，所述本体外开有至少一对切削口，所述切削口内分别可拆连接切割部。[0010]进一步，所述切割部包括刀片和切刀，所述刀片设置在切削口内，所述刀片一端与切削口内侧铰接，所述刀片底部依次开有复位卡块、活动槽和推动面，所述复位凸起外圆周面位于活动槽内，且复位卡块和推动面位于复位凸起两侧，且复位凸起与复位卡块接触，所述刀片另一端底部开有限位凸起，且这一端上部开有连接槽，所述切刀固定在连接槽内，且
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说 明 书
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切刀位于切削口内。[0011]进一步，所述本体底端与扶正短节外套接有限位套，所述限位套 一端与切削口相通，所述限位套与切削口内的刀片端部滑动连接，且限位套至本体外径距离大于限位凸起上表面至连接槽距离。[0012]进一步，所述扶正短节外径与本体外径相同，所述接头外径小于本体外径。[0013]一种套管锻铣方法，至少包括上述任意一种所述的一种套管锻铣工具，还包括如下步骤：
S1，通过钻铤与接头的内螺纹连接，将工具下放至设计深度；S2，通过转盘驱动钻铤带动工具旋转，再由泥浆泵注系统通过钻铤向工具内打压，液体进入接头，再通过活塞进入扶正短节，再通过扶正短节排入井管内，通过增大排液压力，活塞过液量小于接头过液量，受液力影响，活塞下移，同时通过活塞上的顶帽挤压弹簧，同时活塞下移推动推动面，使刀片一端向本体外移动，使切刀与套管接触，通过泥浆泵注系统持压，活塞持续推动刀片，使切刀施加套管内圆周面持续压力，同时切刀受本体带动旋转，对套管进行切割；
S3，S2中套管被切断时，泵压下降，再继续旋转工具，并持压，以修整切割断面；切断过程需旋转15-45min，修整切割断面需10min以上；S4，S2中驱动钻铤旋转时，需先缓慢启动，钻铤旋转正常、无明显扭矩和鳖跳后，再缓慢启动泥浆泵注系统，将排量由小至设计量；
S5，S3套管被证实切断后，进行段铣，同时泥浆泵注系统排量逐渐增至设计量；S6，S5中段铣时，通过地面返出口观察铁屑返出情况，包括其数量、大小和形状，以便正常判断所采用的参数及锻铣工具的井下工作情况，直至锻铣至设计深度；
段铣过程中，铁屑有可能在钻柱周围形成“砂桥”，造成蹩泵，可定时活动钻具，每铣进0.5-1m上下活动一次工具，活动时不能超过上下窗口，以破坏砂桥，使铁屑及时上返；
S7，起钻前充分循环清洗井眼，然后停泵，转动转盘5-10min，弹簧推动顶帽带动活塞复位，活塞复位时，通过复位凸起拉动复位卡块，使刀片回收至切削口内，待刀片收拢，工具进入上窗口时要缓慢，防止遇卡，刮坏上窗口或卡钻。[0014]S8，工具提出井口后，完成回收。[0015]本发明的有益效果是：由于采用了活塞移动带动复位凸起推动刀片外张，再由复位凸起拉动刀片回收，有效解决了起钻时刀片回收遇阻的问题，进而实现了起钻过程不会由于刀片未回收使切刀卡在套管内的问题。[0016]由于采用了限位套管，限位套管通过阻挡限位凸起，可以防止刀片部分移出本体，防止切刀磨没或脱落造成刀片损伤，使维修增加难度。附图说明
[0017]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。[0018]图1是本发明的结构示意图。[0019]图中：1-接头；2-本体；3-扶正短节；4-活塞；5-弹簧；6-复位凸起；7-活塞座；8-顶帽；9-刀片；10-切刀；11-复位卡块；12-活动槽；13-推动面；14-限位凸起；15-限位套。
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具体实施方式[0020]实施例1:
参照图 1，是本发明实施例 1 的结构示意图，一种套管锻铣工具，包括：接头1，该接头1内具有轴向的通道一，该接头一端在通道内开有内螺纹，另一端开有外螺纹；
本体2，该本体2内具有轴向通道二，且外部开有切削口，该本体2一端与接头1外螺纹连接；
驱动部，该驱动部可拆卸连接在本体2内；切割部，该切割部可拆卸连接在切削口内，且驱动部驱动端作用于切割部；扶正短节3，该扶正短节3与本体2另一端螺纹连接。[0021]实际使用时：工具通过接头1内螺纹与钻铤螺纹连接，然后下放钻铤和工具至设计位置，启动转盘驱动钻铤旋转，钻铤旋转带动接头1、本体2和扶正短节3转动，然后通过泥浆泵注系统由钻挺向接头1注液，再注入本体2内，驱动驱动部推动切割部外张，对套管施加径向的力，在通过本体2旋转带动切割部对套管进行锻铣，开窗后，在向下移动钻挺进行段铣，洗完后，停泵，切割部回弹，然后提高钻挺，取出工具。[0022]注液通过工具后，进入套管内，段铣切削屑通过返涌至井口外。[0023]通过扶正短节3可以引导本体2进入套管，在段铣时，扶正短节3旋转下移时，可以清除套管内壁面黏连的异物。[0024]实施例2:
参照图 1，本实施例的不同之处在于：所述驱动部包括活塞4、弹簧5和复位凸起6，所述本体2内开有活塞座7，所述活塞4一端穿过活塞座7，所述活塞4穿过活塞座7的一端固定复位凸起6，所述活塞4另一端开有顶帽8，所述弹簧5底端设置在活塞座7上，所述弹簧5顶端作用于顶帽8下表面，所述复位凸起6作用于切割部。[0025]实际使用时：钻铤旋转正常、无明显扭矩和鳖跳后，再缓慢启动泥浆泵注系统，将排量由小至设计量，液通过接头1注入本体2内，在通过顶帽8和活塞4注入扶正短节3，在进入套管内，由于活塞4内径小于通道一，接头1内的液进入活塞4后，通液量减少，活塞4受液力作用下，向下移动，然后通过复位凸起6顶动切割部外张，对套管施加径向的力，通过旋转进行锻铣，活塞4下移时，带动顶帽8压缩弹簧5，切割部在套管开窗后，泵压明显下降，通过切割部进行修整窗口，在进行段铣，段铣时，泵压逐渐升高至设计量进行段铣，段铣完后，停泵，弹簧5推动顶帽8复位，顶帽8带动活塞4复位，通过复位凸起6带动切割部复位。[0026]实施例3:
参照图 1与实施例1相比，本实施例的不同之处在于：所述顶帽8面内嵌有密封圈，所述密封圈外圆周面与通道二滑动连接。[0027]实际使用时：通过顶帽8的密封圈可以防止注液时，液通过顶帽8与本体2缝隙流通进入扶正短节3，造成活塞4下移缓慢和不能下移的问题。[0028]实施例4:
参照图 1，本实施例的不同之处在于：所述本体2外开有至少一对切削口，所述切削口内分别可拆连接切割部。[0029]实际使用时：通过设置多个切割部可以提高段铣效率，防止其中一个失效无法继
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续作业。
[0030]本实施例中采用6个切割部
实施例5:参照图 1，本实施例的不同之处在于：所述切割部包括刀片9和切刀10，所述刀片9设置在切削口内，所述刀片9一端与切削口内侧铰接，所述刀片9底部依次开有复位卡块11、活动槽12和推动面13，所述复位凸起6外圆周面位于活动槽12内，且复位卡块11和推动面13位于复位凸起6两侧，且复位凸起6与复位卡块11接触，所述刀片9另一端底部开有限位凸起14，且这一端上部开有连接槽，所述切刀10固定在连接槽内，且切刀10位于切削口内。[0031]实际使用时：活塞4带动复位凸起6下移过程中，复位凸起6在活动槽12内移动，然后与推动面13接触，推动推动面13使刀片9以铰接的一端为圆心转动，刀片9另一端外张，推动切刀10外张，使切刀10侧面对套管内圆周施加径向的力，通过本体2带动刀片9和切刀10旋转，使切刀10可以锻铣套管，进行开窗，开窗过程中，由于复位凸起6顶动推动面13持续通过刀片9和切刀10对套管施加力，随着套管与切刀10的接触面铣薄，活塞4持续下移，开窗后，切刀10端面与套管断面接触，同时刀片9受限位凸起14作用，无法外张，此时刀片9外张至最大外径，同时活塞4受液力持续通过复位凸起6推动推动面13，泵压明显下降，然后继续旋转，刀片断面对断面铣削，段铣时，将液压逐渐提升至设计量，缓慢下放或上移旋转的钻挺，使切刀10端面对套管端面持续切削，完成段铣。[0032]段铣完毕后，停泵，活塞4复位，带动复位凸起6返回至初始位置，复位凸起6返回时，首先与推动面13分离，然后移动至活动槽12，在于复位卡块11接触，推动复位卡块11带动刀片9复位，使切刀10复位至切削口内，然后在提钻铤。
[0033]本实施例中推动面13与活动槽12之间夹角大于90度。[0034]本实施例中刀片9端面大于套管壁厚。[0035]实施例6:
参照图 1，本实施例的不同之处在于：所述本体2底端与扶正短节3外套接有限位套15，所述限位套15一端与切削口相通，所述限位套15与切削口内的刀片端部滑动连接，且限位套15至本体2外径距离大于限位凸起14上表面至连接槽距离。[0036]实际使用时：通过限位套15限位凸起14，限位凸起14受刀片9外张而移动，限位凸起14与限位套15接触后，刀片9无法外张，防止复位凸起6复位时无法推动复位卡块11，限位凸起14与限位套15接触时，刀片9端面部分超过套管外径。[0037]实施例7:
参照图 1，本实施例的不同之处在于：所述扶正短节3外径与本体2外径相同，所述接头1外径小于本体2外径。[0038]实际使用时：通过扶正短节3可以在清除套管内壁异物，防止刀片9撞刀。[0039]实施例8:
参照图 1，一种套管锻铣方法，至少包括上述一项所述的一种套管锻铣工具，还包括如下步骤：
S1，通过钻铤与接头1接头的内螺纹连接，将工具下放至设计深度；S2，通过转盘驱动钻铤带动工具旋转，再由泥浆泵注系统通过钻铤向工具内打压，液体进入接头1，再通过活塞4进入扶正短节3，再通过扶正短节3排入井管内，通过增大排液压
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力，活塞4过液量小于接头过液量，受液力影响，活塞4下移，同时通过活塞4上的顶帽8挤压弹簧5，同时活塞4下移推动推动面13，使刀片9一端向本体2外移动，使切刀10与套管接触，通过泥浆泵注系统持压，活塞4持续推动刀片9，使切刀10施加套管内圆周面持续压力，同时切刀10受本体2带动旋转，对套管进行切割；
S3，S2中套管被切断时，泵压下降，再继续旋转工具，并持压，以修整切割断面；切断过程需旋转15-45min，修整切割断面需10min以上；S4，S2中驱动钻铤旋转时，需先缓慢启动，钻铤旋转正常、无明显扭矩和鳖跳后，再缓慢启动泥浆泵注系统，将排量由小至设计量；
S5，S3套管被证实切断后，进行段铣，同时泥浆泵注系统排量逐渐增至设计量；S6，S5中段铣时，通过地面返出口观察铁屑返出情况，包括其数量、大小和形状，以便正常判断所采用的参数及锻铣工具的井下工作情况，直至锻铣至设计深度；
段铣过程中，铁屑有可能在钻柱周围形成“砂桥”，造成蹩泵，可定时活动钻具，每铣进0.5～1m上下活动一次工具，活动时不能超过上下窗口，以破坏砂桥，使铁屑及时上返；
S7，起钻前充分循环清洗井眼，然后停泵，转动转盘5-10min，弹簧5推动顶帽8带动活塞4复位，活塞4复位时，通过复位凸起6拉动复位卡块11，使刀片回收至切削口内，待刀片收拢，工具进入上窗口时要缓慢，防止遇卡，刮坏上窗口或卡钻；
S8，工具提出井口后，完成回收。
[0040]上面结合附图对本发明的实施方式作了详细的说明，但本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化，其都在该技术的保护范围内。
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说 明 书 附 图
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