專利名稱：機械式完井管柱下入工具的制作方法
技術領域：
本發明涉及石油天然氣鉆井技術領域，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：
隨著勘探開發的不斷深入，深井、超深井及水平井、大位移井等數量越來越多，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雜，對下管柱技術也 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，常規解決方法是旋轉管柱并上提下放管柱，同時建立泥漿循環。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，大位移等復雜井的復雜完井管柱下放吋，一旦完井管柱下放遇阻，由于井眼摩阻較大，很難旋轉整根管柱。有時即使能夠旋轉管柱，也有可能損壞復雜的完井管柱。尤其是未采用頂驅及套管夾持頭的常規鉆井，一旦完井管柱下放遇阻，建立泥漿循環需要反復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，而且反復拆裝套管扣現場施工要求是不允許的。
發明內容
本發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，在不旋轉完井管柱、無進行泥漿循環的條件下，僅通過上提下放完井管柱，實現完井管柱順利下放到設計位置，能在井眼軌跡復雜的油氣井內使完井管柱順利下放。本發明采用的技術方案是機械式完井管柱下入工具，主要由上接頭、導向套、壓縮彈簧、平面軸承、旋轉心軸、導向銷、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向套；旋轉心軸的上端小直徑圓柱形管在上接頭下端中心孔內，旋轉心軸上端小直徑圓柱形管與上接頭中心孔滑動配合；旋轉心軸的上端小直徑圓柱形管外壁與導向套內壁之間形成環形空間；在旋轉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；旋轉心軸的下端平面軸承套在旋轉心軸的小直徑圓柱形管外壁上并且在向外凸出的環形軸肩體上平面上；所述的旋轉心軸外壁為階梯形圓柱形，旋轉心軸有中心孔；旋轉心軸上端有小直徑圓柱形管，旋轉心軸下端有大直徑圓柱形管；在旋轉心軸大直徑圓柱形管的上端有向外凸出的環形軸肩體；導向套內壁上有ー個環形臺階，旋轉心軸大直徑圓柱形管上端向外凸出的環形軸肩體與導向套內壁上環形臺階配合，限制旋轉心軸的軸向運動；旋轉心軸的大直徑圓柱形管在導向套內；旋轉心軸大直徑圓柱形管的外壁上有螺旋狀的凹槽；導向套的壁上有橫向螺釘孔，在導向套的螺釘孔內固定有圓柱體形的導向銷，導向銷的內端插入到旋轉心軸大直徑圓柱形管的螺旋狀凹槽內；當上接頭向下推動導向套時，導向銷在旋轉心軸螺旋狀凹槽內滑動，使旋轉心軸產生旋轉。旋轉心軸的下端有外螺紋，旋轉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，導向套的下端的保護套內，導向套能在保護套內滑動。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。當機械式完井管柱下入工具3下端遇到巖屑，不能繼續向下推迸，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，導向銷11在旋轉心軸10表面的螺旋導向槽內滑動，推動旋轉心軸10旋轉。旋轉心軸10帶動帶切削齒的套管鞋14旋轉。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切削。當導向套7的下端面與保護套12下端內臺階面接觸，時完成一個壓縮切削行程。上提完井管柱2進行ー個預備行程。上提完井管柱2時，壓縮彈簧8復位釋放勢能；導向銷11在旋轉心軸10表面的螺旋導向槽內滑動，推動旋轉心軸10反方向旋轉，完成一個預備行程。然后，循環上提、下壓完井管柱2，重復壓縮切削行程和預備行程，直至清理完遇阻的巖屑，繼續下放管柱到設計位置。本發明的有益效果本發明機械式完井管柱下入工具，能夠在井眼軌跡復雜的油氣井內順利下放。在解決管柱下放遇阻過程中，不需要旋轉完井管柱，采用上提下放完井管柱就能解除管柱遇阻，把完井管柱下到預訂位置。
圖I是本發明機械式完井管柱下入工具上半部分結構剖面示意圖。圖2是本發明機械式完井管柱下入工具下半部分結構剖面示意圖。圖3是本發明機械式完井管柱下入工具在井下的使用狀態示意圖。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-導向套，8-壓縮彈簧，9-平面軸承，10-旋轉心軸，11-導向銷，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、導向套7、壓縮彈簧
8、平面軸承9、旋轉心軸10、導向銷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向套7。旋轉心軸10的上端小直徑圓柱形管在上接頭6下端中心孔內，旋轉心軸10上端小直徑圓柱形管與上接頭6中心孔滑動配合。旋轉心軸10的上端小直徑圓柱形管外壁與導向套7內壁之間形成環形空間。在旋轉心軸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。旋轉心軸10的下端平面軸承9套在旋轉心軸10的小直徑圓柱形管外壁上并且在向外凸出的環形軸肩體上平面上； 所述的旋轉心軸10外壁為階梯形圓柱形,旋轉心軸10中心孔直徑為50mm。旋轉心軸10上端小直徑圓柱形管外徑69mm。旋轉心軸10下端大直徑圓柱形管外徑118mm。在旋轉心軸10大直徑圓柱形管的上端有向外凸出的環形軸肩體,外凸出的環形軸肩體外徑128mm,高度 5. 5mm。導向套7內壁上有一個環形臺階，導向套7上端內徑130mm，導向套7環形臺階下部的內徑為125mm。旋轉心軸10大直徑圓柱形管上端向外凸出的環形軸肩體在導向套7內壁上環形臺階上，限制旋轉心軸10的軸向運動。旋轉心軸10的大直徑圓柱形管在導向套7內。旋轉心軸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。導向套7的壁上有橫向螺釘孔，在導向套7的螺釘孔內固定有圓柱體形的導向銷11，導向銷11的內端插入到旋轉心軸10大直徑圓柱形管的螺旋狀凹槽內；當上接頭6向下推動導向套7吋，導向銷11在旋轉心軸10螺旋狀凹槽內滑動，使旋轉心軸10產生旋轉。旋轉心軸10的下端有外螺紋，旋轉心軸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，導向套7的下端的保護套12內，導向套7能在保護套12內滑動。導向套7的下端能向下滑動300mm，即導向套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。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，壓縮彈簧8的預緊カ為0. 7t，導向套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，導向套7相對保護套12向下滑動了 300_行程，推動旋轉心軸10及其帶切削齒的套管鞋14旋轉運動，進而帶切削齒的套管鞋14對巖屑4進行旋轉切削。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復位，導向套7相對保護套12復位。重復下放51/2”完井管柱2對巖屑4進行旋轉切削；上提51/2”完井管柱2實現復位。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，繼續下放完井管柱串。將51/2”完井管柱2下放到設計位置。
權利要求
1.一種機械式完井管柱下入工具，主要由上接頭出)、導向套(7)、壓縮彈簧(8)、平面軸承(9)、旋轉心軸(10)、導向銷(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向套(7);旋轉心軸(10)的上端小直徑圓柱形管在上接頭(6)下端中心孔內，旋轉心軸(10)上端小直徑圓柱形管與上接頭(6)中心孔滑動配合；旋轉心軸(10)的上端小直徑圓柱形管外壁與導向套(7)內壁之間形成環形空間；在旋轉心軸(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；旋轉心軸(10)的下端平面軸承(9)套在旋轉心軸(10)的小直徑圓柱形管外壁上并且在向外凸出的環形軸肩體上平面上； 所述的旋轉心軸(10)外壁為階梯形圓柱形，旋轉心軸(10)有中心孔；旋轉心軸(10)上端有小直徑圓柱形管，旋轉心軸(10)下端有大直徑圓柱形管；在旋轉心軸(10)大直徑圓柱形管的上端有向外凸出的環形軸肩體； 導向套(7)內壁上有ー個環形臺階，旋轉心軸(10)大直徑圓柱形管上端向外凸出的環形軸肩體與導向套(7)內壁上環形臺階配合，限制旋轉心軸(10)的軸向運動；旋轉心軸(10)的大直徑圓柱形管在導向套(7)內；旋轉心軸(10)大直徑圓柱形管的外壁上有螺旋狀的凹槽；導向套⑵的壁上有橫向螺釘孔，在導向套(7)的螺釘孔內固定有圓柱體形的導向銷(11)，導向銷(11)的內端插入到旋轉心軸(10)大直徑圓柱形管的螺旋狀凹槽內； 旋轉心軸(10)的下端有外螺紋，旋轉心軸(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)，導向套(7)的下端的保護套(12)內，導向套(7)能在保護套(12)內滑動；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向套；旋轉心軸的上端小直徑圓柱形管在上接頭下端中心孔內；在旋轉心軸的上端套有一個壓縮彈簧；旋轉心軸的下端平面軸承套在旋轉心軸的小直徑圓柱形管外壁上；導向套內壁上有一個環形臺階，旋轉心軸大直徑圓柱形管上端向外凸出的環形軸肩體與導向套內壁上環形臺階配合；旋轉心軸的大直徑圓柱形管在導向套內；旋轉心軸大直徑圓柱形管的外壁上有螺旋狀的凹槽，在導向套的螺釘孔內固定有導向銷；旋轉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 優先權日2012年4月13日
發明者于永亮, 任榮權, 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研究院