CN102619481A - 机械式完井管柱下入工具 - Google Patents

Abstract

机械式完井管柱下入工具，应用于石油天然气钻井完井管柱的下入。上接头下端螺纹连接导向套；旋转心轴的上端小直径圆柱形管在上接头下端中心孔内；在旋转心轴的上端套有一个压缩弹簧；旋转心轴的下端平面轴承套在旋转心轴的小直径圆柱形管外壁上；导向套内壁上有一个环形台阶，旋转心轴大直径圆柱形管上端向外凸出的环形轴肩体与导向套内壁上环形台阶配合；旋转心轴的大直径圆柱形管在导向套内；旋转心轴大直径圆柱形管的外壁上有螺旋状的凹槽，在导向套的螺钉孔内固定有导向销；旋转心轴的下端连接过渡短接和带切削齿的套管鞋。效果是：在解决管柱下放遇阻过程中，采用上提下放完井管柱就能解除管柱遇阻。

Description

机械式完井管柱下入工具

技术领域

本发明涉及石油天然气钻井技术领域，特别涉及完井管柱下入的专用工具，是一种机械式完井管柱的下入工具。

背景技术

随着勘探开发的不断深入，深井、超深井及水平井、大位移井等数量越来越多，管柱(如套管及筛管等)的下深越来越大，管柱的下入井眼轨迹越来越复杂，对下管柱技术也提出了越来越高的要求。

目前，当完井管柱底部井下遇到较大岩屑石块完井管柱下入遇阻，常规解决方法是：旋转管柱并上提下放管柱，同时建立泥浆循环。这种方法能够有效解决井眼轨迹简单的油气井的完井管柱下放。然而，大位移等复杂井的复杂完井管柱下放时，一旦完井管柱下放遇阻，由于井眼摩阻较大，很难旋转整根管柱。有时即使能够旋转管柱，也有可能损坏复杂的完井管柱。尤其是未采用顶驱及套管夹持头的常规钻井，一旦完井管柱下放遇阻，建立泥浆循环需要反复拆装套管扣并且需要一个变扣接头连接套管与方钻杆，这样不尽浪费大量时间，而且反复拆装套管扣现场施工要求是不允许的。

发明内容

本发明的目的是：提供一种机械式完井管柱下入工具及其使用方法，在不旋转完井管柱、无进行泥浆循环的条件下，仅通过上提下放完井管柱，实现完井管柱顺利下放到设计位置，能在井眼轨迹复杂的油气井内使完井管柱顺利下放。

本发明采用的技术方案是：机械式完井管柱下入工具，主要由上接头、导向套、压缩弹簧、平面轴承、旋转心轴、导向销、保护套、过渡短接和带切削齿的套管鞋组成。其特征在于：上接头的上端有套管内螺纹，能连接在完井管柱的下端。上接头有中心孔；上接头下端有外螺纹，上接头下端螺纹连接圆筒形的导向套；旋转心轴的上端小直径圆柱形管在上接头下端中心孔内，旋转心轴上端小直径圆柱形管与上接头中心孔滑动配合；旋转心轴的上端小直径圆柱形管外壁与导向套内壁之间形成环形空间；在旋转心轴的上端套有一个压缩弹簧；压缩弹簧的上端与上接头的下端面接触，压缩弹簧的下端压在平面轴承的台阶面上；旋转心轴的下端平面轴承套在旋转心轴的小直径圆柱形管外壁上并且在向外凸出的环形轴肩体上平面上；

所述的旋转心轴外壁为阶梯形圆柱形，旋转心轴有中心孔；旋转心轴上端有小直径圆柱形管，旋转心轴下端有大直径圆柱形管；在旋转心轴大直径圆柱形管的上端有向外凸出的环形轴肩体；

导向套内壁上有一个环形台阶，旋转心轴大直径圆柱形管上端向外凸出的环形轴肩体与导向套内壁上环形台阶配合，限制旋转心轴的轴向运动；旋转心轴的大直径圆柱形管在导向套内；旋转心轴大直径圆柱形管的外壁上有螺旋状的凹槽；导向套的壁上有横向螺钉孔，在导向套的螺钉孔内固定有圆柱体形的导向销，导向销的内端***到旋转心轴大直径圆柱形管的螺旋状凹槽内；当上接头向下推动导向套时，导向销在旋转心轴螺旋状凹槽内滑动，使旋转心轴产生旋转。

旋转心轴的下端有外螺纹，旋转心轴的下端螺纹连接有一个过渡短接，过渡短接的上端有外螺纹，过渡短接的上端螺纹固定有一个圆筒形的保护套，导向套的下端的保护套内，导向套能在保护套内滑动。过渡短接有中心孔，过渡短接的下端有外螺纹，过渡短接的下端螺纹连接有一个带切削齿的套管鞋，带切削齿的套管鞋的下端有水眼，带切削齿的套管鞋的外壁上有切削齿。

简述本发明机械式完井管柱下入工具的工作原理：参阅图1和图2。机械式完井管柱下入工具3连接在完井管柱2的底部，完井管柱2和机械式完井管柱下入工具3通过上层套管1进入井眼5内。当机械式完井管柱下入工具3下端遇到岩屑，不能继续向下推进，称之为遇阻。这时，利用完井管柱2的重力对机械式完井管柱下入工具3施加压力。上接头6压紧压缩弹簧8，压缩弹簧8储存势能；同时，导向销11在旋转心轴10表面的螺旋导向槽内滑动，推动旋转心轴10旋转。旋转心轴10带动带切削齿的套管鞋14旋转。带切削齿的套管鞋14的端部有切削齿，切削齿对岩屑进行旋转切削。当导向套7的下端面与保护套12下端内台阶面接触，时完成一个压缩切削行程。上提完井管柱2进行一个预备行程。上提完井管柱2时，压缩弹簧8复位释放势能；导向销11在旋转心轴10表面的螺旋导向槽内滑动，推动旋转心轴10反方向旋转，完成一个预备行程。然后，循环上提、下压完井管柱2，重复压缩切削行程和预备行程，直至清理完遇阻的岩屑，继续下放管柱到设计位置。

本发明的有益效果：本发明机械式完井管柱下入工具，能够在井眼轨迹复杂的油气井内顺利下放。在解决管柱下放遇阻过程中，不需要旋转完井管柱，采用上提下放完井管柱就能解除管柱遇阻，把完井管柱下到预订位置。

附图说明

图1是本发明机械式完井管柱下入工具上半部分结构剖面示意图。

图2是本发明机械式完井管柱下入工具下半部分结构剖面示意图。

图3是本发明机械式完井管柱下入工具在井下的使用状态示意图。

图中，1-上层套管，2-完井管柱，3-机械式完井管柱下入工具，4-岩屑，5-井眼，6-上接头，7-导向套，8-压缩弹簧，9-平面轴承，10-旋转心轴，11-导向销，12-保护套，13-过渡短接，14-带切削齿的套管鞋。

具体实施方式

实施例1：以一个上层套管1为95/8”上层套管，完井管柱2为51/2”，在完井管柱2下端连接的机械式完井管柱下入工具为例，对本发明作进一步详细说明。

参阅图1和图2。机械式完井管柱下入工具，主要由上接头6、导向套7、压缩弹簧8、平面轴承9、旋转心轴10、导向销11、保护套12、过渡短接13和带切削齿的套管鞋14组成。

上接头6的上端有API标准套管内螺纹，能连接在完井管柱2的下端。上接头6的长度650mm，外径154mm，上接头6的中心孔直径为70mm。上接头6下端有外螺纹，上接头6下端螺纹连接一个圆筒形的导向套7。旋转心轴10的上端小直径圆柱形管在上接头6下端中心孔内，旋转心轴10上端小直径圆柱形管与上接头6中心孔滑动配合。旋转心轴10的上端小直径圆柱形管外壁与导向套7内壁之间形成环形空间。在旋转心轴10的上端套有一个压缩弹簧8；压缩弹簧8的上端与上接头6的下端面接触，压缩弹簧8的下端压在平面轴承9的台阶面上。旋转心轴10的下端平面轴承9套在旋转心轴10的小直径圆柱形管外壁上并且在向外凸出的环形轴肩体上平面上；

所述的旋转心轴10外壁为阶梯形圆柱形，旋转心轴10中心孔直径为50mm。旋转心轴10上端小直径圆柱形管外径69mm。旋转心轴10下端大直径圆柱形管外径118mm。在旋转心轴10大直径圆柱形管的上端有向外凸出的环形轴肩体，外凸出的环形轴肩体外径128mm，高度5.5mm。

导向套7内壁上有一个环形台阶，导向套7上端内径130mm，导向套7环形台阶下部的内径为125mm。旋转心轴10大直径圆柱形管上端向外凸出的环形轴肩体在导向套7内壁上环形台阶上，限制旋转心轴10的轴向运动。旋转心轴10的大直径圆柱形管在导向套7内。旋转心轴10大直径圆柱形管的外壁上有螺旋状的凹槽；螺旋状的凹槽的宽度32mm，螺旋斜度35度。导向套7的壁上有横向螺钉孔，在导向套7的螺钉孔内固定有圆柱体形的导向销11，导向销11的内端***到旋转心轴10大直径圆柱形管的螺旋状凹槽内；当上接头6向下推动导向套7时，导向销11在旋转心轴10螺旋状凹槽内滑动，使旋转心轴10产生旋转。

旋转心轴10的下端有外螺纹，旋转心轴10的下端螺纹连接有一个过渡短接13，过渡短接13的上端有外螺纹，过渡短接13的上端螺纹固定有一个圆筒形的保护套12，导向套7的下端的保护套12内，导向套7能在保护套12内滑动。导向套7的下端能向下滑动300mm，即导向套7的下端面到过渡短接13的上端面的距离为300mm，限制导向套7向下滑动的行程。过渡短接13有直径76mm的中心孔，过渡短接13的下端有外螺纹，过渡短接13的下端螺纹连接有一个带切削齿的套管鞋14，带切削齿的套管鞋14的下端为圆锥体形并有三个水眼，带切削齿的套管鞋14的下端为圆锥体外壁上有切削齿。切削齿采用合金钢焊条铺焊成。

简述机械式完井管柱下入工具的使用方法。参阅图3。机械式完井管柱下入工具3连接在51/2”完井管柱2下端，下放到水平井眼5内。当机械式完井管柱下入工具3的下端遇到岩屑4形成管柱串下行遇阻。此时机械式完井管柱下放工具3处于初始状态，压缩弹簧8的预紧力为0.7t，导向套7的下端面到过渡短接13的上端面的距离为300mm。

首先，对51/2”完井管柱2施加5t钻压，压缩压缩弹簧8，导向套7相对保护套12向下滑动了300mm行程，推动旋转心轴10及其带切削齿的套管鞋14旋转运动，进而带切削齿的套管鞋14对岩屑4进行旋转切削。

然后，上提51/2”完井管柱300mm行程，带切削齿的套管鞋14、过渡短接13、旋转心轴10及保护套12在压缩弹簧8释放1.7t的作用力，带切削齿的套管鞋14的下端紧贴岩屑4；压缩弹簧8复位，导向套7相对保护套12复位。

重复下放51/2”完井管柱2对岩屑4进行旋转切削；上提51/2”完井管柱2实现复位。多次上提下放51/2”完井管柱2，完成对岩屑4清理，解除遇阻，继续下放完井管柱串。将51/2”完井管柱2下放到设计位置。

Claims (1)

1.一种机械式完井管柱下入工具，主要由上接头(6)、导向套(7)、压缩弹簧(8)、平面轴承(9)、旋转心轴(10)、导向销(11)、保护套(12)、过渡短接(13)和带切削齿的套管鞋(14)组成；其特征在于：上接头(6)的上端有套管内螺纹，上接头(6)有中心孔；上接头(6)下端有外螺纹，上接头(6)下端螺纹连接圆筒形的导向套(7)；旋转心轴(10)的上端小直径圆柱形管在上接头(6)下端中心孔内，旋转心轴(10)上端小直径圆柱形管与上接头(6)中心孔滑动配合；旋转心轴(10)的上端小直径圆柱形管外壁与导向套(7)内壁之间形成环形空间；在旋转心轴(10)的上端套有一个压缩弹簧(8)；压缩弹簧(8)的上端与上接头(6)的下端面接触，压缩弹簧(8)的下端压在平面轴承(9)的台阶面上；旋转心轴(10)的下端平面轴承(9)套在旋转心轴(10)的小直径圆柱形管外壁上并且在向外凸出的环形轴肩体上平面上；

所述的旋转心轴(10)外壁为阶梯形圆柱形，旋转心轴(10)有中心孔；旋转心轴(10)上端有小直径圆柱形管，旋转心轴(10)下端有大直径圆柱形管；在旋转心轴(10)大直径圆柱形管的上端有向外凸出的环形轴肩体；

导向套(7)内壁上有一个环形台阶，旋转心轴(10)大直径圆柱形管上端向外凸出的环形轴肩体与导向套(7)内壁上环形台阶配合，限制旋转心轴(10)的轴向运动；旋转心轴(10)的大直径圆柱形管在导向套(7)内；旋转心轴(10)大直径圆柱形管的外壁上有螺旋状的凹槽；导向套(7)的壁上有横向螺钉孔，在导向套(7)的螺钉孔内固定有圆柱体形的导向销(11)，导向销(11)的内端***到旋转心轴(10)大直径圆柱形管的螺旋状凹槽内；

旋转心轴(10)的下端有外螺纹，旋转心轴(10)的下端螺纹连接有一个过渡短接(13)，过渡短接(13)的上端有外螺纹，过渡短接(13)的上端螺纹固定有一个圆筒形的保护套(12)，导向套(7)的下端的保护套(12)内，导向套(7)能在保护套(12)内滑动；过渡短接(13)有中心孔，过渡短接(13)的下端有外螺纹，过渡短接(13)的下端螺纹连接有一个带切削齿的套管鞋(14)，带切削齿的套管鞋(14)的下端有水眼，带切削齿的套管鞋(14)的外壁上有切削齿。

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