專利名稱：機械式完井管柱下入工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及石油天然氣鉆井技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及完井管柱下入的專用工具，是ー種機械式完井管柱的下入工具。
背景技術(shù)：
隨著勘探開發(fā)的不斷深入，深井、超深井及水平井、大位移井等數(shù)量越來越多，管柱(如套管及篩管等)的下深越來越大，管柱的下入井眼軌跡越來越復(fù)雜，對下管柱技術(shù)也 提出了越來越高的要求。目前，當完井管柱底部井下遇到較大巖屑石塊完井管柱下入遇阻，常規(guī)解決方法是旋轉(zhuǎn)管柱并上提下放管柱，同時建立泥漿循環(huán)。這種方法能夠有效解決井眼軌跡簡單的油氣井的完井管柱下放。然而，大位移等復(fù)雜井的復(fù)雜完井管柱下放吋，一旦完井管柱下放遇阻，由于井眼摩阻較大，很難旋轉(zhuǎn)整根管柱。有時即使能夠旋轉(zhuǎn)管柱，也有可能損壞復(fù)雜的完井管柱。尤其是未采用頂驅(qū)及套管夾持頭的常規(guī)鉆井，一旦完井管柱下放遇阻，建立泥漿循環(huán)需要反復(fù)拆裝套管扣并且需要一個變扣接頭連接套管與方鉆桿，這樣不盡浪費大量時間，而且反復(fù)拆裝套管扣現(xiàn)場施工要求是不允許的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種機械式完井管柱下入工具及其使用方法，在不旋轉(zhuǎn)完井管柱、無進行泥漿循環(huán)的條件下，僅通過上提下放完井管柱，實現(xiàn)完井管柱順利下放到設(shè)計位置，能在井眼軌跡復(fù)雜的油氣井內(nèi)使完井管柱順利下放。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是機械式完井管柱下入工具，主要由上接頭、導(dǎo)向套、壓縮彈簧、平面軸承、旋轉(zhuǎn)心軸、導(dǎo)向銷、保護套、過渡短接和帶切削齒的套管鞋組成。其特征在于上接頭的上端有套管內(nèi)螺紋，能連接在完井管柱的下端。上接頭有中心孔；上接頭下端有外螺紋，上接頭下端螺紋連接圓筒形的導(dǎo)向套；旋轉(zhuǎn)心軸的上端小直徑圓柱形管在上接頭下端中心孔內(nèi)，旋轉(zhuǎn)心軸上端小直徑圓柱形管與上接頭中心孔滑動配合；旋轉(zhuǎn)心軸的上端小直徑圓柱形管外壁與導(dǎo)向套內(nèi)壁之間形成環(huán)形空間；在旋轉(zhuǎn)心軸的上端套有ー個壓縮彈簧；壓縮彈簧的上端與上接頭的下端面接觸，壓縮彈簧的下端壓在平面軸承的臺階面上；旋轉(zhuǎn)心軸的下端平面軸承套在旋轉(zhuǎn)心軸的小直徑圓柱形管外壁上并且在向外凸出的環(huán)形軸肩體上平面上；所述的旋轉(zhuǎn)心軸外壁為階梯形圓柱形，旋轉(zhuǎn)心軸有中心孔；旋轉(zhuǎn)心軸上端有小直徑圓柱形管，旋轉(zhuǎn)心軸下端有大直徑圓柱形管；在旋轉(zhuǎn)心軸大直徑圓柱形管的上端有向外凸出的環(huán)形軸肩體；導(dǎo)向套內(nèi)壁上有ー個環(huán)形臺階，旋轉(zhuǎn)心軸大直徑圓柱形管上端向外凸出的環(huán)形軸肩體與導(dǎo)向套內(nèi)壁上環(huán)形臺階配合，限制旋轉(zhuǎn)心軸的軸向運動；旋轉(zhuǎn)心軸的大直徑圓柱形管在導(dǎo)向套內(nèi)；旋轉(zhuǎn)心軸大直徑圓柱形管的外壁上有螺旋狀的凹槽；導(dǎo)向套的壁上有橫向螺釘孔，在導(dǎo)向套的螺釘孔內(nèi)固定有圓柱體形的導(dǎo)向銷，導(dǎo)向銷的內(nèi)端插入到旋轉(zhuǎn)心軸大直徑圓柱形管的螺旋狀凹槽內(nèi)；當上接頭向下推動導(dǎo)向套時，導(dǎo)向銷在旋轉(zhuǎn)心軸螺旋狀凹槽內(nèi)滑動，使旋轉(zhuǎn)心軸產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)心軸的下端有外螺紋，旋轉(zhuǎn)心軸的下端螺紋連接有一個過渡短接，過渡短接的上端有外螺紋，過渡短接的上端螺紋固定有ー個圓筒形的保護套，導(dǎo)向套的下端的保護套內(nèi)，導(dǎo)向套能在保護套內(nèi)滑動。過渡短接有中心孔，過渡短接的下端有外螺紋，過渡短接的下端螺紋連接有ー個帶切削齒的套管鞋，帶切削齒的套管鞋的下端有水眼，帶切削齒的套管鞋的外壁上有切削齒。簡述本發(fā)明機械式完井管柱下入工具的工作原理參閱圖I和圖2。機械式完井管柱下入工具3連接在完井管柱2的底部，完井管柱2和機械式完井管柱下入工具3通過上層套管I進入井眼5內(nèi)。當機械式完井管柱下入工具3下端遇到巖屑，不能繼續(xù)向下推迸，稱之為遇阻。這時，利用完井管柱2的重力對機械式完井管柱下入工具3施加壓力。上接頭6壓緊壓縮彈簧8，壓縮彈簧8儲存勢能；同吋，導(dǎo)向銷11在旋轉(zhuǎn)心軸10表面的螺旋導(dǎo)向槽內(nèi)滑動，推動旋轉(zhuǎn)心軸10旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)心軸10帶動帶切削齒的套管鞋14旋轉(zhuǎn)。帶切削 齒的套管鞋14的端部有切削齒，切削齒對巖屑進行旋轉(zhuǎn)切削。當導(dǎo)向套7的下端面與保護套12下端內(nèi)臺階面接觸，時完成一個壓縮切削行程。上提完井管柱2進行ー個預(yù)備行程。上提完井管柱2時，壓縮彈簧8復(fù)位釋放勢能；導(dǎo)向銷11在旋轉(zhuǎn)心軸10表面的螺旋導(dǎo)向槽內(nèi)滑動，推動旋轉(zhuǎn)心軸10反方向旋轉(zhuǎn)，完成一個預(yù)備行程。然后，循環(huán)上提、下壓完井管柱2，重復(fù)壓縮切削行程和預(yù)備行程，直至清理完遇阻的巖屑，繼續(xù)下放管柱到設(shè)計位置。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明機械式完井管柱下入工具，能夠在井眼軌跡復(fù)雜的油氣井內(nèi)順利下放。在解決管柱下放遇阻過程中，不需要旋轉(zhuǎn)完井管柱，采用上提下放完井管柱就能解除管柱遇阻，把完井管柱下到預(yù)訂位置。


圖I是本發(fā)明機械式完井管柱下入工具上半部分結(jié)構(gòu)剖面示意圖。圖2是本發(fā)明機械式完井管柱下入工具下半部分結(jié)構(gòu)剖面示意圖。圖3是本發(fā)明機械式完井管柱下入工具在井下的使用狀態(tài)示意圖。圖中，I-上層套管，2-完井管柱，3-機械式完井管柱下入工具，4-巖屑，5-井眼，6-上接頭，7-導(dǎo)向套，8-壓縮彈簧，9-平面軸承，10-旋轉(zhuǎn)心軸，11-導(dǎo)向銷，12-保護套，13-過渡短接，14-帶切削齒的套管鞋。
具體實施例方式實施例I :以ー個上層套管I為95/8”上層套管，完井管柱2為51/2”，在完井管柱2下端連接的機械式完井管柱下入工具為例，對本發(fā)明作進ー步詳細說明。參閱圖I和圖2。機械式完井管柱下入工具，主要由上接頭6、導(dǎo)向套7、壓縮彈簧
8、平面軸承9、旋轉(zhuǎn)心軸10、導(dǎo)向銷11、保護套12、過渡短接13和帶切削齒的套管鞋14組成。上接頭6的上端有API標準套管內(nèi)螺紋,能連接在完井管柱2的下端。上接頭6的長度650mm，外徑154mm，上接頭6的中心孔直徑為70mm。上接頭6下端有外螺紋，上接頭6下端螺紋連接ー個圓筒形的導(dǎo)向套7。旋轉(zhuǎn)心軸10的上端小直徑圓柱形管在上接頭6下端中心孔內(nèi)，旋轉(zhuǎn)心軸10上端小直徑圓柱形管與上接頭6中心孔滑動配合。旋轉(zhuǎn)心軸10的上端小直徑圓柱形管外壁與導(dǎo)向套7內(nèi)壁之間形成環(huán)形空間。在旋轉(zhuǎn)心軸10的上端套有ー個壓縮彈簧8 ;壓縮彈簧8的上端與上接頭6的下端面接觸，壓縮彈簧8的下端壓在平面軸承9的臺階面上。旋轉(zhuǎn)心軸10的下端平面軸承9套在旋轉(zhuǎn)心軸10的小直徑圓柱形管外壁上并且在向外凸出的環(huán)形軸肩體上平面上； 所述的旋轉(zhuǎn)心軸10外壁為階梯形圓柱形,旋轉(zhuǎn)心軸10中心孔直徑為50mm。旋轉(zhuǎn)心軸10上端小直徑圓柱形管外徑69mm。旋轉(zhuǎn)心軸10下端大直徑圓柱形管外徑118mm。在旋轉(zhuǎn)心軸10大直徑圓柱形管的上端有向外凸出的環(huán)形軸肩體,外凸出的環(huán)形軸肩體外徑128mm,高度 5. 5mm。導(dǎo)向套7內(nèi)壁上有一個環(huán)形臺階，導(dǎo)向套7上端內(nèi)徑130mm，導(dǎo)向套7環(huán)形臺階下部的內(nèi)徑為125mm。旋轉(zhuǎn)心軸10大直徑圓柱形管上端向外凸出的環(huán)形軸肩體在導(dǎo)向套7內(nèi)壁上環(huán)形臺階上，限制旋轉(zhuǎn)心軸10的軸向運動。旋轉(zhuǎn)心軸10的大直徑圓柱形管在導(dǎo)向套7內(nèi)。旋轉(zhuǎn)心軸10大直徑圓柱形管的外壁上有螺旋狀的凹槽；螺旋狀的凹槽的寬度32mm，螺旋斜度35度。導(dǎo)向套7的壁上有橫向螺釘孔，在導(dǎo)向套7的螺釘孔內(nèi)固定有圓柱體形的導(dǎo)向銷11，導(dǎo)向銷11的內(nèi)端插入到旋轉(zhuǎn)心軸10大直徑圓柱形管的螺旋狀凹槽內(nèi)；當上接頭6向下推動導(dǎo)向套7吋，導(dǎo)向銷11在旋轉(zhuǎn)心軸10螺旋狀凹槽內(nèi)滑動，使旋轉(zhuǎn)心軸10產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)心軸10的下端有外螺紋，旋轉(zhuǎn)心軸10的下端螺紋連接有一個過渡短接13，過渡短接13的上端有外螺紋，過渡短接13的上端螺紋固定有ー個圓筒形的保護套12，導(dǎo)向套7的下端的保護套12內(nèi)，導(dǎo)向套7能在保護套12內(nèi)滑動。導(dǎo)向套7的下端能向下滑動300mm，即導(dǎo)向套7的下端面到過渡短接13的上端面的距離為300mm，限制導(dǎo)向套7向下滑動的行程。過渡短接13有直徑76mm的中心孔，過渡短接13的下端有外螺紋，過渡短接13的下端螺紋連接有ー個帶切削齒的套管鞋14，帶切削齒的套管鞋14的下端為圓錐體形并有三個水眼，帶切削齒的套管鞋14的下端為圓錐體外壁上有切削齒。切削齒采用合金鋼焊條Ilt焊成。簡述機械式完井管柱下入工具的使用方法。參閱圖3。機械式完井管柱下入工具3連接在51/2”完井管柱2下端，下放到水平井眼5內(nèi)。當機械式完井管柱下入工具3的下端遇到巖屑4形成管柱串下行遇阻。此時機械式完井管柱下放工具3處于初始狀態(tài)，壓縮彈簧8的預(yù)緊カ為0. 7t，導(dǎo)向套7的下端面到過渡短接13的上端面的距離為300mm。首先，對51/2”完井管柱2施加5t鉆壓，壓縮壓縮彈簧8，導(dǎo)向套7相對保護套12向下滑動了 300_行程，推動旋轉(zhuǎn)心軸10及其帶切削齒的套管鞋14旋轉(zhuǎn)運動，進而帶切削齒的套管鞋14對巖屑4進行旋轉(zhuǎn)切削。然后，上提51/2”完井管柱300mm行程，帶切削齒的套管鞋14、過渡短接13、旋轉(zhuǎn)心軸10及保護套12在壓縮彈簧8釋放I. 7t的作用力，帶切削齒的套管鞋14的下端緊貼巖屑4 ;壓縮彈簧8復(fù)位，導(dǎo)向套7相對保護套12復(fù)位。重復(fù)下放51/2”完井管柱2對巖屑4進行旋轉(zhuǎn)切削；上提51/2”完井管柱2實現(xiàn)復(fù)位。多次上提下放51/2”完井管柱2，完成對巖屑4清理，解除遇阻，繼續(xù)下放完井管柱串。將51/2”完井管柱2下放到設(shè)計位置。
權(quán)利要求
1.一種機械式完井管柱下入工具，主要由上接頭出)、導(dǎo)向套(7)、壓縮彈簧(8)、平面軸承(9)、旋轉(zhuǎn)心軸(10)、導(dǎo)向銷(11)、保護套(12)、過渡短接(13)和帶切削齒的套管鞋(14)組成；其特征在于上接頭(6)的上端有套管內(nèi)螺紋，上接頭(6)有中心孔；上接頭(6)下端有外螺紋，上接頭(6)下端螺紋連接圓筒形的導(dǎo)向套(7);旋轉(zhuǎn)心軸(10)的上端小直徑圓柱形管在上接頭(6)下端中心孔內(nèi)，旋轉(zhuǎn)心軸(10)上端小直徑圓柱形管與上接頭(6)中心孔滑動配合；旋轉(zhuǎn)心軸(10)的上端小直徑圓柱形管外壁與導(dǎo)向套(7)內(nèi)壁之間形成環(huán)形空間；在旋轉(zhuǎn)心軸(10)的上端套有ー個壓縮彈簧(8);壓縮彈簧(8)的上端與上接頭(6)的下端面接觸，壓縮彈簧(8)的下端壓在平面軸承(9)的臺階面上；旋轉(zhuǎn)心軸(10)的下端平面軸承(9)套在旋轉(zhuǎn)心軸(10)的小直徑圓柱形管外壁上并且在向外凸出的環(huán)形軸肩體上平面上； 所述的旋轉(zhuǎn)心軸(10)外壁為階梯形圓柱形，旋轉(zhuǎn)心軸(10)有中心孔；旋轉(zhuǎn)心軸(10)上端有小直徑圓柱形管，旋轉(zhuǎn)心軸(10)下端有大直徑圓柱形管；在旋轉(zhuǎn)心軸(10)大直徑圓柱形管的上端有向外凸出的環(huán)形軸肩體； 導(dǎo)向套(7)內(nèi)壁上有ー個環(huán)形臺階，旋轉(zhuǎn)心軸(10)大直徑圓柱形管上端向外凸出的環(huán)形軸肩體與導(dǎo)向套(7)內(nèi)壁上環(huán)形臺階配合，限制旋轉(zhuǎn)心軸(10)的軸向運動；旋轉(zhuǎn)心軸(10)的大直徑圓柱形管在導(dǎo)向套(7)內(nèi)；旋轉(zhuǎn)心軸(10)大直徑圓柱形管的外壁上有螺旋狀的凹槽；導(dǎo)向套⑵的壁上有橫向螺釘孔，在導(dǎo)向套(7)的螺釘孔內(nèi)固定有圓柱體形的導(dǎo)向銷(11)，導(dǎo)向銷(11)的內(nèi)端插入到旋轉(zhuǎn)心軸(10)大直徑圓柱形管的螺旋狀凹槽內(nèi)； 旋轉(zhuǎn)心軸(10)的下端有外螺紋，旋轉(zhuǎn)心軸(10)的下端螺紋連接有一個過渡短接(13)，過渡短接(13)的上端有外螺紋，過渡短接(13)的上端螺紋固定有ー個圓筒形的保護套(12)，導(dǎo)向套(7)的下端的保護套(12)內(nèi)，導(dǎo)向套(7)能在保護套(12)內(nèi)滑動；過渡短接(13)有中心孔，過渡短接(13)的下端有外螺紋，過渡短接(13)的下端螺紋連接有一個帶切削齒的套管鞋(14)，帶切削齒的套管鞋(14)的下端有水眼，帶切削齒的套管鞋(14)的外壁上有切削齒。
全文摘要
機械式完井管柱下入工具，應(yīng)用于石油天然氣鉆井完井管柱的下入。上接頭下端螺紋連接導(dǎo)向套；旋轉(zhuǎn)心軸的上端小直徑圓柱形管在上接頭下端中心孔內(nèi)；在旋轉(zhuǎn)心軸的上端套有一個壓縮彈簧；旋轉(zhuǎn)心軸的下端平面軸承套在旋轉(zhuǎn)心軸的小直徑圓柱形管外壁上；導(dǎo)向套內(nèi)壁上有一個環(huán)形臺階，旋轉(zhuǎn)心軸大直徑圓柱形管上端向外凸出的環(huán)形軸肩體與導(dǎo)向套內(nèi)壁上環(huán)形臺階配合；旋轉(zhuǎn)心軸的大直徑圓柱形管在導(dǎo)向套內(nèi)；旋轉(zhuǎn)心軸大直徑圓柱形管的外壁上有螺旋狀的凹槽，在導(dǎo)向套的螺釘孔內(nèi)固定有導(dǎo)向銷；旋轉(zhuǎn)心軸的下端連接過渡短接和帶切削齒的套管鞋。效果是在解決管柱下放遇阻過程中，采用上提下放完井管柱就能解除管柱遇阻。
文檔編號E21B23/00GK102619481SQ20121010936
公開日2012年8月1日 申請日期2012年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月13日
發(fā)明者于永亮, 任榮權(quán), 盧靜, 尹洪偉, 朱英杰, 楊斯媛, 楊磊, 王建利, 王雪, 田毅, 紀友哲, 耿莉, 賈濤, 郭慧娟, 韓飛, 馬汝濤 申請人:中國石油天然氣集團公司, 中國石油集團鉆井工程技術(shù)研究院