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1、(10)授权公告号 CN 204024554 U(45)授权公告日 2014.12.17CN204024554U(21)申请号 201420506056.X(22)申请日 2014.09.03E21B 29/06(2006.01)E21B 7/00(2006.01)E21B 10/62(2006.01)(73)专利权人中国石油集团渤海钻探工程有限公司地址 300457 天津市滨海新区开发区黄海路106号渤海钻探工程有限公司科技开发处(72)发明人高森 刘永峰 蒋海涛 周俊然(74)专利代理机构天津才智专利商标代理有限公司 12108代理人王顕(54) 实用新型名称油气井一体式套管段铣及裸眼造穴。
2、工具(57) 摘要本实用新型公开了一种油气井一体式套管段铣及裸眼造穴工具，其主要有套管段铣和裸眼造穴两部分组成，两部分螺纹连接；套管段铣部分主要有上接头、主筒体、芯轴、芯轴弹簧、段铣刀、和下接头组成，上接头和主筒体及主筒体和下接头都是用直扣螺纹连接；芯轴有中心孔，在芯轴的上部设有三个挡球柱和分流盘，在其下部设有憋压球座和支撑头；在主筒体的外缘设有用于关闭主筒体四个透槽的活塞；裸眼造穴部分主要有本体、轴销和刀体组成，本体通过轴销活动链接刀体；本实用新型通过套管段铣部分与多种裸眼造穴工具组接，能在套管固井段一次性套管段铣和造5002000mm的洞穴，减少了起钻次数，节约了钻井成本，减轻了工人的劳动。
3、强度。(51)Int.Cl.权利要求书1页 说明书4页 附图2页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)实用新型专利权利要求书1页 说明书4页 附图2页(10)授权公告号 CN 204024554 UCN 204024554 U1/1页21.一种油气井一体式套管段铣及裸眼造穴工具，其特征在于：包括依次螺纹密封连接且内部连通设置的上接头(1)、主筒体(8)、下接头(21)和本体(22)；所述主筒体(8)内部设有一能够上下移动且内部中空的芯轴(6)，该芯轴(6)的外缘和主筒体(8)的内缘都设有台阶，在两台阶形成的环形空间中装有芯轴弹簧(12)，所述芯轴(6)上端向上伸入到上接头(1)内部并罩有。
4、一分流盘(2)且该端开有多个径向台阶通孔，每个所述径向台阶通孔中分别安装有一用于卡住限流球(3)的挡球柱(4)，每个所述挡球柱(4)上还分别套装有一挡球柱弹簧(5)且每个所述挡球柱(4)在分流盘(2)外周壁的限制下伸入到芯轴(6)的内孔中并卡住限流球(3)，所述芯轴(6)下端固接有一支撑头(18)，该支撑头(18)内部通过球座剪钉(17)连接有一用于与憋压球(16)配合的球座(15)；所述主筒体(8)外壁上部分通过活塞剪钉(9)套装有一仅能够下行的活塞(10)，所述芯轴(6)和主筒体(8)在各自台阶处分别沿径向对称开有两个进液孔(11)，该芯轴(6)和主筒体(8)上的进液孔(11)能够连通芯轴。
5、(6)内孔与活塞(10)和主筒体(8)组成的环形腔；所述主筒体(8)下部分开有多个透槽，每个所述透槽中分别铰接有一能够向外张开的段铣刀(19)，每个所述段铣刀(19)刀背均向内凸出地处于主筒体(8)内部且位于所述支撑头(18)的下方；所述本体(22)底部通过轴销(24)活动连接有一刀体(25)，所述刀体(25)能够绕轴销(24)转动180，所述本体(22)、轴销(24)和刀体(25)内部均设有互相连通的流道(23)，所述刀体(25)底部还设有与刀体(25)流道(23)相连通的出液孔(26)。2.按照权利要求1所述的油气井一体式套管段铣及裸眼造穴工具，其特征在于：所述分流盘(2)在主筒体(8)上。
6、端面的限制下仅能够在上接头(1)内部移动。3.按照权利要求1所述的油气井一体式套管段铣及裸眼造穴工具，其特征在于：多个所述透槽的上端固接有一销轴座(13)，所述销轴座(13)上安装有多个销轴(14)，每个所述段铣刀(19)上端分别通过对应的销轴(14)铰接在透槽内。4.按照权利要求1所述的油气井一体式套管段铣及裸眼造穴工具，其特征在于：多个所述透槽的下端设有一用于限制段铣刀(19)的最大张开尺寸的限位环(20)。5.按照权利要求1所述的油气井一体式套管段铣及裸眼造穴工具，其特征在于：所述刀体(25)上的出液孔(26)相对刀体(25)的轴线垂直设置。6.按照权利要求1所述的油气井一体式套管段铣及。
7、裸眼造穴工具，其特征在于：每个所述段铣刀(19)刀翼的前后面镶嵌焊接有纽扣型硬质合金块且在刀翼的侧面和底面镶嵌焊接有带45度切削角的六棱型硬质合金柱；所述刀体(25)外壁上堆焊有硬质合金，所述本体(22)下端面覆盖有一层硬质合金层。7.按照权利要求1-6中任一项所述的油气井一体式套管段铣及裸眼造穴工具，其特征在于：所述上接头(1)与主筒体(8)之间、主筒体(8)与芯轴(6)之间、主筒体(8)与活塞(10)之间、球座(15)与支撑头(18)之间、主筒体(8)与下接头(21)之间以及本体(22)与轴销(24)之间分别采用密封圈(7)实现密封。权 利 要 求 书CN 204024554 U1/4页3。
8、油气井一体式套管段铣及裸眼造穴工具技术领域0001 本实用新型涉及石油天然气和煤层气钻井领域，尤其是一种油气井一体式套管段铣及裸眼造穴工具。背景技术0002 洞穴完井就是在裸眼完井后，人为地在裸眼段产层部位通过工具扩眼方式，形成一个稳定的大洞穴，提高井眼周围割理裂缝的渗透性，增大地层的导流能力，使井眼与地层之间实现有效连通而达到增产的目的。由于洞穴完井对地层伤害小，广泛应用于石油天然气集采和煤层气开发。为保证井筒安全，通常洞穴完井都是在下完技术套管固井后，再在技术套管中造穴。而目前国内外的造穴工具都是针对开挖较大直径洞穴的，刀杆较长，机械强度低，无法完成对N80或P110钢级套管的切割段铣。目。
9、前洞穴完井工序是，先下传统的套管段铣刀把套管铣掉一段，再下人造穴工具造穴。钻井公司希望能用一种工具一次性完成套管切割、段铣和造穴，降低钻井成本，减轻工人的劳动强度。因此，研究开发了油气井一体式套管段铣及裸眼造穴工具。发明内容0003 本实用新型要解决的技术问题是提供一种油气井一体式套管段铣及裸眼造穴工具，其实现了一趟钻套管段铣和裸眼造穴，减少了起下钻次数，降低了钻井成本，减轻了工人的劳动强度。0004 为了解决上述技术问题，本实用新型包括依次螺纹密封连接且内部连通设置的上接头、主筒体、下接头和本体；0005 所述主筒体内部设有一能够上下移动且内部中空的芯轴，该芯轴的外缘和主筒体的内缘都设有台阶。
10、，在两台阶形成的环形空间中装有芯轴弹簧，所述芯轴上端向上伸入到上接头内部并罩有一分流盘且该端开有多个径向台阶通孔，每个所述径向台阶通孔中分别安装有一用于卡住限流球的挡球柱，每个所述挡球柱上还分别套装有一挡球柱弹簧且每个所述挡球柱在分流盘外周壁的限制下伸入到芯轴的内孔中并卡住限流球，所述芯轴下端固接有一支撑头，该支撑头内部通过球座剪钉连接有一用于与憋压球配合的球座；0006 所述主筒体外壁上部分通过活塞剪钉套装有一仅能够下行的活塞，所述芯轴和主筒体在各自台阶处分别沿径向对称开有两个进液孔，该芯轴和主筒体上的进液孔能够连通芯轴内孔与活塞和主筒体组成的环形腔；0007 所述主筒体下部分开有多个透槽，。
11、每个所述透槽中分别铰接有一能够向外张开的段铣刀，每个所述段铣刀刀背均向内凸出地处于主筒体内部且位于所述支撑头的下方；0008 所述本体底部通过轴销活动连接有一刀体，所述刀体能够绕轴销转动180，所述本体、轴销和刀体内部均设有互相连通的流道，所述刀体底部还设有与刀体流道相连通的出液孔。0009 所述分流盘在主筒体上端面的限制下仅能够在上接头内部移动。说 明 书CN 204024554 U2/4页40010 多个所述透槽的上端固接有一销轴座，所述销轴座上安装有多个销轴，每个所述段铣刀上端分别通过对应的销轴铰接在透槽内。0011 多个所述透槽的下端设有一用于限制段铣刀的最大张开尺寸的限位环。0012。
12、 所述刀体上的出液孔相对刀体的轴线垂直设置。0013 每个所述段铣刀刀翼的前后面镶嵌焊接有纽扣型硬质合金块且在刀翼的侧面和底面镶嵌焊接有带45度切削角的六棱型硬质合金柱；所述刀体外壁上堆焊有硬质合金，所述本体下端面覆盖有一层硬质合金层。0014 所述上接头与主筒体之间、主筒体与芯轴之间、主筒体与活塞之间、球座与支撑头之间、主筒体与下接头之间以及本体与轴销之间分别采用密封圈实现密封。0015 本实用新型的有益效果是：本实用新型套管段铣部分能与多种裸眼造穴工具组接成不同规格的一次性完成套管段铣和造穴具，能在套管固井段一次性套管段铣和造5002000mm的洞穴，减少了起钻次数，节约了钻井成本，减轻了。
13、工人的劳动强度。附图说明0016 图1为本实用新型油气井一体式套管段铣及裸眼造穴工具结构示意图；0017 图2是图1沿AA的剖视图；0018 图3是图1沿BB的剖视图。0019 图中：1.上接头，2.分流盘，3.限流球，4.挡球柱，5.挡球柱弹簧，6.芯轴，7.密封圈，8.主筒体，9.活塞剪钉，10.活塞，11.进液口，12.芯轴弹簧，13.销轴座，14.销轴，15.球座，16.憋压球，17.球座剪钉，18.支撑头，19.段铣刀，20.限位环，21.下接头，22.本体，23.流道，24.轴销，25.刀体，26.出液孔。具体实施方式0020 本实用新型的油气井一体式套管段铣及裸眼造穴工具包括依次。
14、螺纹密封连接且内部连通设置的上接头1、主筒体8、下接头21和本体22；0021 所述主筒体8内部设有一能够上下移动且内部中空的芯轴6，该芯轴6的外缘和主筒体8的内缘都设有台阶，在两台阶形成的环形空间中装有芯轴弹簧12，所述芯轴6上端向上伸入到上接头1内部并罩有一分流盘2且该端开有多个径向台阶通孔，每个所述径向台阶通孔中分别安装有一用于卡住限流球3的挡球柱4，每个所述挡球柱4上还分别套装有一挡球柱弹簧5且每个所述挡球柱4在分流盘2外周壁的限制下伸入到芯轴6的内孔中并卡住限流球3，所述芯轴6下端固接有一支撑头18，该支撑头18内部通过球座剪钉17连接有一用于与憋压球16配合的球座15；0022 所。
15、述主筒体8外壁上部分通过活塞剪钉9套装有一仅能够下行的活塞10，所述芯轴6和主筒体8在各自台阶处分别沿径向对称开有两个进液孔11，该芯轴6和主筒体8上的进液孔11能够连通芯轴6内孔与活塞10和主筒体8组成的环形腔；0023 所述主筒体8下部分开有多个透槽，每个所述透槽中分别铰接有一能够向外张开的段铣刀19，每个所述段铣刀19刀背均向内凸出地处于主筒体8内部且位于所述支撑头18的下方；0024 所述本体22底部通过轴销24活动连接有一刀体25，所述刀体25能够绕轴销24说 明 书CN 204024554 U3/4页5转动180，所述本体22、轴销24和刀体25内部均设有互相连通的流道23，所述刀。
16、体25底部还设有与刀体25流道23相连通的出液孔26。0025 所述分流盘2在主筒体8上端面的限制下仅能够在上接头1内部移动。0026 多个所述透槽的上端固接有一销轴座13，所述销轴座13上安装有多个销轴14，每个所述段铣刀19上端分别通过对应的销轴14铰接在透槽内。0027 多个所述透槽的下端设有一用于限制段铣刀19的最大张开尺寸的限位环20。0028 所述刀体25上的出液孔26相对刀体25的轴线垂直设置。0029 每个所述段铣刀19刀翼的前后面镶嵌焊接有纽扣型硬质合金块且在刀翼的侧面和底面镶嵌焊接有带45度切削角的六棱型硬质合金柱；所述刀体25外壁上堆焊有硬质合金，所述本体22下端面覆盖有。
17、一层硬质合金层。0030 所述上接头1与主筒体8之间、主筒体8与芯轴6之间、主筒体8与活塞10之间、球座15与支撑头18之间、主筒体8与下接头21之间以及本体22与轴销24之间分别采用密封圈7实现密封。0031 下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明：0032 如图1所示，上接头1的上端设有钻杆螺纹，用于与钻井钻具连接；上接头1和主筒体8及主筒体8和下接头21都是用直扣螺纹连接；套管切割、段铣部分的下接头21和裸眼造穴部分主要的本体22用钻杆螺纹连接。0033 如图1所示，芯轴机构位于主筒体8内，芯轴6开有中心孔，在芯轴6的上端开有三个径向台阶通孔，用垫片和挡圈把挡球柱4和挡。
18、球弹簧5安装在径向台阶通孔中，挡球柱4沿径向能移动；分流盘2滑动配合套装在芯轴6的顶部，用于对挡球柱4限位；支撑头18通过螺纹连接于芯轴6的下端，球座15通过球座剪钉17固定在支撑头18内孔中，支撑头18与段铣刀19刀背接触的斜面经过了硬化处理。0034 如图1所示，芯轴6的外缘和主筒体8的内缘都设有台阶，在两台阶形成的环形空间中装有芯轴弹簧12；芯轴6和主筒体8在台阶处各延径向对称开有两个进液孔11，钻井液从芯轴6的中心孔和装芯轴弹簧12的环形空间能进到活塞10和主筒体8组成的环形腔。0035 如图1和图2所示，活塞10套装在主筒体8上，用活塞剪钉(9)加以固定，活塞10由上接头1限位，使其。
19、只能向下行走；为提高活塞10的强度，又不影响工具的过流面积，活塞10的大径处做成花瓣形。0036 如图1和图3所示，段铣刀机构位于主筒体8的四个透槽中，主要有段铣刀19、销轴14和销轴座13组成，销轴座13用螺钉固定，段铣刀19用销轴14铰链固定；在主筒体8透槽的下端用螺钉固定着限位环20，限制段铣刀的最大张开尺寸。0037 如图1所示，裸眼造穴机构的本体22上部设有钻具螺纹用于和套管切割、段铣部分连接，本体22的底部通过轴销24活动链接刀体25，本体22、轴销24和刀体25都设有互相连通的流道23，刀体25的下端一侧开有出液孔26；刀体25上部呈半圆形，使刀体25能够绕轴销24转动180；出。
20、液孔26与使刀体25的轴向垂直，确保刀体25张开时，同时具备喷射造穴层和循环清理井眼的作用。0038 在段铣刀19刀翼的前后面镶嵌焊接有纽扣型硬质合金块，在刀翼的侧面和底面镶嵌焊接有带45切削角六棱型硬质合金柱；刀体25外壁上堆焊有硬质合金，本体22下端面覆盖有一层硬质合金层。说 明 书CN 204024554 U4/4页60039 施工中，当油气井一体式套管段铣及裸眼造穴工具与钻具配接好下入预造穴井设计深度以后，把限流球3从井口投入，并以一定排量送球，当发现泵压升高时，说明限流球3已到挡球柱4位。此时开始低速旋转钻具并开泵给压，这时钻井液流向分为两支，一支通芯轴6的中心孔流向装段铣刀19的主。
21、筒体四个透槽组成大循环；另一只则通过过流环2的大孔流向芯轴6端面。在钻井液流体和限流球3产生的压降作用下芯轴机构压缩芯轴弹簧12开始下行，支撑头18与段铣刀19刀背接触，芯轴机构继续下移段铣刀19张开，直到与套管内壁接触，开始切割套管。当套管切断以后，过流环2正好被主筒体8台阶抵住不能再往下移动，芯轴6继续向下移动。当段铣刀张开最大时过流环2脱开挡球柱4，在限流球3的作用下挡球柱4压缩挡球柱弹簧5限流球3脱开挡球柱4，下行掉入本体22内腔。这时的过流面积与初始的过流面积之比约为3:1，在司钻操作台上能明显看到泵压降低，操作人员知道套管已切断。在仍有钻压的情况下，根据施工方案调整钻压和扭矩向下切。
22、削即段铣套管。0040 当切削长度达到预定数值时，钻压不撤既保持芯轴6位置不动，停泵把憋压球16投入，低排量送球。由于段铣刀19还在张开最大位置，挡球柱4处于自由状态，憋压球16很容易通过。发现泵压升高立即停泵，说明憋压球16已进入球座15。撤掉钻压，上提钻具，芯轴机构在芯轴弹簧12的作用下上移复位，同时段铣刀19也复位。开泵升高泵压剪断活塞剪钉9，活塞10下行关闭主筒体8装段铣刀机构的四个透槽，继续憋压剪断球座剪钉17，球座15和憋压球16下行，架在段铣刀19的刀背上。钻井液以大排量形式流向裸眼造穴机构。上提钻具使裸眼造穴机构处在套管铣掉区域的上端，钻井液进入裸眼造穴机构本体22，流经本体2。
23、2、轴销24和刀体25互相连通的流道23从刀体25的下端一侧出液孔26喷出。刀体25在钻井液的反作用力下向另一侧微张，随着钻柱旋转将地层割出一个台阶，当刀体25张开角度逐渐增大时，向下施加一定钻压扩眼钻进，如此反复完成造穴作业。造穴工作完成后，停止泵入液体，刀体25即自动垂下，上提钻具即可起出油气井一体式套管段铣及裸眼造穴工具。0041 本实用新型通过套管段铣部分与多种裸眼造穴工具组接，能在套管固井段一次性套管段铣和造5002000mm的洞穴，减少了起钻次数，节约了钻井成本，减轻了工人的劳动强度。0042 综上所述，本实用新型的内容并不局限在上述的实施例中，本领域的技术人员可以在本实用新型的技术指导思想之内提出其他的实施例，但这些实施例都包括在本实用新型的范围之内。说 明 书CN 204024554 U1/2页7图1图2说 明 书 附 图CN 204024554 U2/2页8图3说 明 书 附 图CN 204024554 U。