水平井反循环磨铣系统.pdf

1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 202020101542.9 (22)申请日 2020.01.17 (73)专利权人 盘锦勇盛利石油科技开发有限公 司 地址 124000 辽宁省盘锦市兴隆台区工业 开发区 (72)发明人 王杰靳虹焘李雨轩刘军 李璐安喻波杨阳张寰 (74)专利代理机构 北京弘慧知识产权代理有限 公司 11749 代理人 朱紫晓 (51)Int.Cl. E21B 29/00(2006.01) E21B 21/00(2006.01) E21B 33/127(2006.01) E21B 17/08(2

2、006.01) E21B 17/04(2006.01) E21B 17/10(2006.01) (ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利 (54)实用新型名称 一种水平井反循环磨铣系统 (57)摘要 本申请提供一种水平井反循环磨铣系统， 该 系统中， 上转换腔体部和下转换腔体部分别第一 转换接头和第二转换接头内部的转换， 实现循环 液循环通道的改变， 实现循环液的反循环， 从而 使得磨铣碎屑随循环液顺利返出地面， 这能够有 效防止碎屑卡钻等事故的产生， 从而实现提高磨 铣效率， 减小施工风险。 调节部的设置能够有效 解决水平井段和竖直井段之间拐点处的连接， 从 而避免带有磨铣碎屑的循环液受水

3、平井段的影 响， 使其有效沿竖直井段返回地面。 泵入循环液 的压力带动液压马达部中液压马达正常运转， 从 而实现底部的有效转速及扭矩， 将有效的转动扭 矩作用于空心旋转轴上， 带动下转换腔体部旋 转， 完成套磨铣的工作， 提高磨铣效率。 权利要求书2页 说明书5页 附图2页 CN 211819296 U 2020.10.30 CN 211819296 U 1.一种水平井反循环磨铣系统， 其特征在于， 包括上转换腔体部(01)、 调节部(02)、 液 压马达部(03)和下转换腔体部(04)； 所述调节部(02)的两端分别通过第一连接接头(05)和 第二连接接头(06)连接至所述上转换腔体部(01

4、)、 所述液压马达部(03)； 所述液压马达部 (03)和所述下转换腔体部(04)通过连接轴(07)相连接； 所述上转换腔体部(01)包括胶筒座封管(1)以及端部相连接的第一转换接头(2)、 转换 中心管(3)； 所述胶筒座封管(1)外部设有密封套管(4)的密封胶筒(5)； 所述第一转换接头(2)的端部设有第一转换腔体(6)， 所述第一转换腔体(6)与所述转 换中心管(3)相连通； 所述第一转换接头(2)的端部外部设有第一转换外套(7)， 所述第一转换外套(7)与所 述第一转换接头(2)、 所述转换中心管(3)之间形成第一夹腔(8)； 所述下转换腔体部(04)包括相连接的空心旋转轴(9)和第二

5、转换接头(10)； 所述第二 转换接头(10)的端部设有第二转换腔体(11)， 所述第二转换腔体(11)与所述空心旋转轴 (9)相连通； 所述空心旋转轴(9)和所述第二转换接头(10)的连接处外侧设有第二转换外套(12)， 所述第二转换外套(12)、 所述空心旋转轴(9)和所述第二转换接头(10)之间形成第二夹腔 (13)； 所述空心旋转轴(9)的外侧设有扶正套(14)， 所述扶正套(14)与所述空心旋转轴(9)之 间形成第三夹腔(15)， 所述第二夹腔(13)和所述第三夹腔(15)相连通。 2.根据权利要求1所述的水平井反循环磨铣系统， 其特征在于， 所述胶筒座封管(1)与 所述转换中心管(

6、3)之间形成第四夹腔(16)； 所述第一夹腔(8)分别与所述第四夹腔(16)、 所述第一转换接头(2)的内部相连通。 3.根据权利要求1所述的水平井反循环磨铣系统， 其特征在于， 所述调节部(02)包括位 于所述转换中心管(3)外部的调整套管(17)、 转换开关(18)、 加长管(19)； 所述调整套管 (17)和所述转换开关(18)之间设有开关接头(20)； 所述加长管(19)外侧设有连接外套(21)， 所述连接外套(21)与所述转换开关(18)、 所 述加长管(19)、 所述液压马达部(03)、 所述扶正套(14)之间形成第五夹腔(22)； 所述转换开关(18)和所述转换中心管(3)之间形

7、成第六夹腔(23)； 所述第五夹腔(22) 和所述第六夹腔(23)通过流通孔(24)相连通。 4.根据权利要求3所述的水平井反循环磨铣系统， 其特征在于， 所述加长管(19)外侧设 有对接接箍(25)。 5.根据权利要求3所述的水平井反循环磨铣系统， 其特征在于， 所述开关接头(20)和所 述转换开关(18)之间设有开关锁环(26)。 6.根据权利要求3所述的水平井反循环磨铣系统， 其特征在于， 所述空心旋转轴(9)外 侧设有旋转管(27)， 所述旋转管(27)与所述扶正套(14)轴承连接； 所述空心旋转轴(9)与所 述旋转管(27)之间形成第七夹腔(28)， 所述第七夹腔(28)分别与所述第

8、二夹腔(13)、 所述 第三夹腔(15)相连通。 7.根据权利要求6所述的水平井反循环磨铣系统， 其特征在于， 所述扶正套(14)的端部 与所述旋转管(27)之间设有下压帽(29)， 所述下压帽(29)上设有锁环(30)。 8.根据权利要求1所述的水平井反循环磨铣系统， 其特征在于， 所述空心旋转轴(9)和 权利要求书 1/2 页 2 CN 211819296 U 2 所述连接轴(07)通过连接帽(31)相连接， 所述空心旋转轴(9)、 所述连接轴(07)和所述连接 帽(31)的接触处设有深沟球轴承(32)。 权利要求书 2/2 页 3 CN 211819296 U 3 一种水平井反循环磨铣系

9、统 技术领域 0001 本实用新型涉及水平井技术领域， 尤其涉及一种水平井反循环磨铣系统。 背景技术 0002 随着油田开发的不断深入， 大部分油田基本进入了开采中后期， 部分油水井由于 落物、 套变等原因造成油井带病生产， 严重时造成油水井报废。 在近年来， 钻井技术及生产 技术逐渐成熟， 不断开发出很多大斜度井和水平井， 但与之配套的修井技术没有改进， 特别 是水平井修井技术在修井行业中是一大难题， 尤为体现在水平钻、 磨铣施工作业。 0003 传统修井磨铣施工作业中， 钻具连接磨铣钻头后下入到井内， 通过地面设备给井 内的钻具提供旋转扭矩， 以便磨铣钻头进行磨铣施工。 受水平井特性影响，

10、 钻具受拐点影 响， 导致地面设备提供的旋转扭矩大部分被摩擦阻力消耗， 磨铣效果不明显。 0004 基于此， 采用了一种钻具、 液压马达和磨铣钻头相连接的方式进行修井磨铣施工， 使得液压马达提供的扭矩直接作用落物鱼顶， 从而提高了磨铣效率。 由于采用液压马达驱 动方式， 循环液的循环方式必须采用正循环模式， 即循环液从钻具内孔经液压马达到达磨 铣钻头， 经磨铣钻头水眼返出。 由此， 磨铣时产生的碎屑通过循环液从钻具和套管之间携带 返到地面。 由于受磨阻影响， 同时， 循环通道由小通道变为大通道， 这使得循环液流速降低， 大颗粒碎屑无法返出， 继而磨铣时产生的大量碎屑随着流速不断降低， 很难从井

11、内返出地 面， 导致部分碎屑堆积， 造成磨铣钻具卡阻得不到有效处理， 将造成工程事故， 严重的将造 成油井报废。 实用新型内容 0005 本实用新型提供一种水平井反循环磨铣系统， 以解决现有修井磨铣施工过程中大 量碎屑在水平井内堆积的问题。 0006 本实用新型提供一种水平井反循环磨铣系统， 包括上转换腔体部、 调节部、 液压马 达部和下转换腔体部； 所述调节部的两端分别通过第一连接接头和第二连接接头连接至所 述上转换腔体部、 所述液压马达部； 所述液压马达部和所述下转换腔体部通过连接轴相连 接； 0007 所述上转换腔体部包括胶筒座封管以及端部相连接的第一转换接头、 转换中心 管； 所述胶筒

12、座封管外部设有密封套管的密封胶筒； 0008 所述第一转换接头的端部设有第一转换腔体， 所述第一转换腔体与所述转换中心 管相连通； 0009 所述第一转换接头的端部外部设有第一转换外套， 所述第一转换外套与所述第一 转换接头、 所述转换中心管之间形成第一夹腔； 0010 所述下转换腔体部包括相连接的空心旋转轴和第二转换接头； 所述第二转换接头 的端部设有第二转换腔体， 所述第二转换腔体与所述空心旋转轴相连通； 0011 所述空心旋转轴和所述第二转换接头的连接处外侧设有第二转换外套， 所述第二 说明书 1/5 页 4 CN 211819296 U 4 转换外套、 所述空心旋转轴和所述第二转换接头

13、之间形成第二夹腔； 0012 所述空心旋转轴的外侧设有扶正套， 所述扶正套与所述空心旋转轴之间形成第三 夹腔， 所述第二夹腔和所述第三夹腔相连通。 0013 优选地， 所述胶筒座封管与所述转换中心管之间形成第四夹腔； 所述第一夹腔分 别与所述第四夹腔、 所述第一转换接头的内部相连通。 0014 优选地， 所述调节部包括位于所述转换中心管外部的调整套管、 转换开关、 加长 管； 所述调整套管和所述转换开关之间设有开关接头； 0015 所述加长管外侧设有连接外套， 所述连接外套与所述转换开关、 所述加长管、 所述 液压马达部、 所述扶正套之间形成第五夹腔； 0016 所述转换开关和所述转换中心管之

14、间形成第六夹腔； 所述第五夹腔和所述第六夹 腔通过流通孔相连通。 0017 优选地， 所述加长管外侧设有对接接箍。 0018 优选地， 所述开关接头和所述转换开关之间设有开关锁环。 0019 优选地， 所述空心旋转轴外侧设有旋转管， 所述旋转管与所述扶正套轴承连接； 所 述空心旋转轴与所述旋转管之间形成第七夹腔， 所述第七夹腔分别与所述第二夹腔、 所述 第三夹腔相连通。 0020 优选地， 所述扶正套的端部与所述旋转管之间设有下压帽， 所述下压帽上设有锁 环。 0021 优选地， 所述空心旋转轴和所述连接轴通过连接帽相连接， 所述空心旋转轴、 所述 连接轴和所述连接帽的接触处设有深沟球轴承。

15、0022 本实用新型的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果： 0023 本申请提供的水平井反循环磨铣系统中， 上转换腔体部和下转换腔体部分别第一 转换接头和第二转换接头内部的转换， 实现循环液循环通道的改变， 实现循环液的反循环， 从而使得磨铣碎屑随循环液顺利返出地面， 这能够有效防止碎屑卡钻等事故的产生， 从而 实现提高磨铣效率， 减小施工风险。 调节部的设置能够有效解决水平井段和竖直井段之间 拐点处的连接， 进而避免带有磨铣碎屑的循环液受水平井段的影响， 使其有效沿竖直井段 返回地面。 泵入循环液的压力带动液压马达部中液压马达正常运转， 从而实现底部的有效 转速及扭矩， 将有效的转动扭

16、矩作用于空心旋转轴上， 带动下转换腔体部旋转， 完成套磨铣 的工作， 提高磨铣效率。 0024 应当理解的是， 以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的， 并不 能限制本实用新型。 附图说明 0025 为了更清楚地说明本申请的技术方案， 下面将对实施例中所需要使用的附图作简 单地介绍， 显而易见地， 对于本领域普通技术人员而言， 在不付出创造性劳动性的前提下， 还可以根据这些附图获得其他的附图。 0026 图1为本实用新型实施例提供的水平井反循环磨铣系统的整体结构示意图； 0027 图2为本实用新型实施例提供的上转换腔体部的结构示意图； 0028 图3为本实用新型实施例提供的调节部的

17、结构示意图； 说明书 2/5 页 5 CN 211819296 U 5 0029 图4为本实用新型实施例提供的下转换腔体部的结构示意图； 0030 符号表示： 0031 01-上转换腔体部， 02-调节部， 03-液压马达部， 04-下转换腔体部， 05-第一连接接 头， 06-第二连接接头， 07-连接轴； 0032 1-胶筒座封管， 2-第一转换接头， 3-转换中心管， 4-套管， 5-密封胶筒， 6-第一转换 腔体， 7-第一转换外套， 8-第一夹腔， 9-空心旋转轴， 10-第二转换接头， 11-第二转换腔体， 12-第二转换外套， 13-第二夹腔， 14-扶正套， 15-第三夹腔，

18、16-第四夹腔， 17-调整套管， 18- 转换开关， 19-加长管， 20-开关接头， 21-连接外套， 22-第五夹腔， 23-第六夹腔， 24-流通孔， 25-对接接箍， 26-开关锁环， 27-旋转管， 28-第七夹腔， 29-下压帽， 30-锁环， 31-连接帽， 32- 深沟球轴承， 33-中心管对接接箍。 具体实施方式 0033 请参考附图1， 附图1示出了本申请实施例提供的水平井反循环磨铣系统的整体结 构示意图。 由附图1可见， 本申请实施例提供的水平井反循环磨铣系统包括上转换腔体部 01、 调节部02、 液压马达部03和下转换腔体部04， 其中， 调节部02的两端分别通过第一

19、连接 接头05和第二连接接头06连接至上转换腔体部01、 液压马达部03， 液压马达部03和下转换 腔体部04通过连接轴07相连接， 由此实现水平井反循环磨铣系统中各部分的组装。 0034 具体的， 如附图2所示， 上转换腔体部01位于水平井反循环磨铣系统的顶部， 是实 现密封套管4、 泵入循环液以及泵出循环液的部分。 本申请实施例中的上转换腔体部01包括 胶筒座封管1、 第一转换接头2和转换中心管3， 其中， 第一转换接头2和转换中心管3的端部 相连接， 转换中心管3位于胶筒座封管1的内部。 0035 胶筒座封管1用于设置密封套管4的密封胶筒5， 由此， 胶筒座封管1的外部设有密 封套管4的

20、密封胶筒5。 由于密封胶筒5能够密封套管4， 因而密封胶筒5将套管4分为两部分， 即位于密封胶筒5上端的第一转换接头2、 第一转换外套7等部件， 以及位于密封胶筒5下端 的调节部02、 液压马达部03和下转换腔体部04。 0036 第一转换接头2用于将循环液由套管4内转入到转换中心管3内， 进而由转换中心 管3将循环液带入到调节部02、 液压马达部03和下转换腔体部04处。 由此， 第一转换接头2与 套管4之间存在一定的间隙。 第一转换接头2一端为中空结构， 另一端设有第一转换腔体6， 且第一转换腔体6与转换中心管3相连通， 由此， 循环液能够从第一转换接头2与套管4之间 的间隙进入到第一转换

21、腔体6中， 进而转换进入到转换中心管3内， 实现循环液的反循环泵 入。 另外， 第一转换接头2的端部外部设有第一转换外套7， 该第一转换外套7与第一转换接 头2、 转换中心管3之间形成第一夹腔8。 胶筒座封管1与转换中心管3之间形成第四夹腔16， 且第一夹腔8分别与第四夹腔16、 第一转换接头2的内部相连通。 由此， 返回的循环液由第四 夹腔16进入到第一夹腔8后， 由第一夹腔8返回至第一转换接头2的中空处， 进而由第一转换 接头2排出。 0037 调节部02不仅用于水平井段和竖直井段之间的连接， 还用于给液压马达部03供 液。 本申请实施例中， 上转换腔体部01和调节部02通过第一连接接头0

22、5实现连接。 由于调节 部02用于水平井段和竖直井段之间的连接， 因而， 若转换中心管3长度不够， 还可以通过中 心管对接接箍34实现连接、 延长。 转换中心管3的长度根据实际情况设定。 说明书 3/5 页 6 CN 211819296 U 6 0038 请参附图3， 附图3示出了本申请实施例提供的调节部02的结构示意图。 由附图3可 见， 调节部02包括位于转换中心管3外部的调整套管17、 转换开关18、 加长管19。 其中， 调整 套管17和胶筒座封管1通过第一连接接头05相连接， 实现上转换腔体部01和调节部02的连 接。 第一连接接头05通常设置在水平井段和竖直井段的连接处， 即设置于

23、拐点处。 该第一连 接接头05的设置能够避免地面设备提供的旋转扭矩被摩擦阻力消耗， 提高磨铣效果。 0039 调整套管17和转换开关18之间设有开关接头20， 该开关接头20和转换开关18之间 设有开关锁环26， 以便于转换开关18开启。 转换开关18和转换中心管3之间形成第六夹腔 23， 以便于循环液的返回。 加长管19外侧设有连接外套21， 连接外套21与转换开关18、 加长 管19、 液压马达部03、 扶正套14之间形成第五夹腔22， 该第五夹腔22用于循环液的返回。 转 换开关18和加长管19的连接处设有流通孔24， 以便于循环液由加长管19外侧进入到加长管 19的内部， 即循环液经由

24、第五夹腔22、 流通孔24进入到第六夹腔23中。 进一步， 增强加长管 19在拐点处的结构强度， 加长管19外侧设有对接接箍25。 0040 液压马达部03能够为本申请实施例提供的水平井反循环磨铣系统提供磨铣扭矩， 从而克服井口扭矩无法传送到水平段的问题。 本申请实施例中的液压马达部03位于水平井 段， 其通过泵入循环液的压力带动液压马达部03中液压马达正常运转， 从而实现底部的有 效转速及扭矩， 将有效的转动扭矩作用于空心旋转轴9上， 带动下转换腔体部04旋转， 完成 套磨铣的工作。 0041 请参附图4， 附图4示出了本申请实施例提供的下转换腔体部04的结构示意图。 由 附图4可见， 下转

25、换腔体部04位于水平井反循环磨铣系统的末端， 具体位于水平井段。 下转 换腔体部04用于使循环液携带磨铣碎屑从磨铣装置腔体内循环， 循环液不经过钻具与套管 环空， 循环通道通径增加不大， 解决循环携带磨铣碎屑顺利上返到地面， 从而实现反循环磨 铣的工艺。 下转换腔体部04通过第二转换接头10实现中心腔体内循环液外流入套管4内， 完 成冲洗作业， 再将携带磨铣碎屑的循环液从中心腔带回系统的夹腔中， 完成循环液的返出。 0042 具体的， 下转换腔体部04包括空心旋转轴9和第二转换接头10， 且空心旋转轴9的 两端分别连接连接轴07和第二转换接头10。 空心旋转轴9的一端外侧设有连接帽31， 该连

26、接 帽31用于连接空心旋转轴9和连接轴07。 为实现空心旋转轴9的旋转， 空心旋转轴9、 连接轴 07和连接帽31的接触处设有深沟球轴承32。 0043 空心旋转轴9的外侧设有扶正套14和旋转管27。 其中， 扶正套14和旋转管27部分重 叠， 且扶正套14和旋转管27重叠部分通过轴承相连接。 扶正套14与连接外套21的端部密封 接触， 实现连接外套21、 扶正套14和空心旋转轴9之间的密封。 由于扶正套14设置于空心旋 转轴9的外侧， 因而扶正套14与空心旋转轴9之间形成第三夹腔15， 该第三夹腔15用于循环 液的返回。 空心旋转轴9与旋转管27之间形成第七夹腔28， 该第七夹腔28用于循环

27、液的返 回。 本申请实施例中的第三夹腔15分别与第二夹腔13、 第七夹腔28相连通， 且第七夹腔28分 别与第二夹腔13、 第五夹腔22相连通。 另外， 扶正套14的端部与旋转管27之间设有下压帽 29， 该下压帽29上设有锁环30。 0044 第二转换接头10的端部设有第二转换腔体11， 该第二转换腔体11与空心旋转轴9 相连通， 以实现循环液由空心旋转轴9经过第二转换腔体11转换后排入到套管4中。 空心旋 转轴9和第二转换接头10的连接处外侧设有第二转换外套12， 该第二转换外套12、 空心旋转 轴9和第二转换接头10之间形成第二夹腔13， 第二夹腔13和第三夹腔15相连通。 说明书 4/

28、5 页 7 CN 211819296 U 7 0045 本申请实施例提供的水平井反循环磨铣系统中循环液的循环过程为： 0046 循环液从套管4中泵入， 经过本申请实施例提供的水平井反循环磨铣系统时， 循环 液进入到套管4与第一转换接头2之间。 进入套管4与第一转换接头2之间的循环液经过第一 转换腔体6的转换后， 进入到转换中心管3中。 该循环液经过调节部02内部的转换中心管3进 入到液压马达部03处。 循环液进入液压马达部03后， 给液压马达部03提供动力的同时， 循环 液继续向下转换腔体部04方向运动， 直至进入空心旋转轴9的内部。 空心旋转轴9内部的循 环液经过第二转换腔体11的转换后，

29、进入到第二转换外套12与套管4之间， 进而完全进入到 套管4中， 实现循环液的反循环泵入， 进而实现循环液对磨铣部位的冲洗。 0047 循环液对磨铣部位进行冲洗后， 循环液携带了磨铣的碎屑。 携带碎屑的循环液从 第二转换接头10的中心中空处进入第二转换接头10中， 进而进入到第二转换腔体11与第二 转换外套12所形成的第二夹腔13内。 由于压力一定， 第二夹腔13的内径小于第二转换接头 10的内径， 即循环液的通道变小， 这使得循环液流速得到保障。 由于第二夹腔13、 第七夹腔 28、 第三夹腔15、 第五夹腔22、 流通孔24、 第六夹腔23、 第四夹腔16依次相连通， 因而携带碎 屑的循环

30、液逐渐进入到上转换腔体部01的第四夹腔16处。 由于上转换腔体部01中的第一夹 腔8分别连通第四夹腔16和第一转换接头2， 因而携带碎屑的循环液通过第一转换接头2的 中心管腔内流出， 进而由第一转换接头2与钻杆连接后排出至地面， 实现反循环磨铣的工 作。 0048 本申请实施例提供的水平井反循环磨铣系统中， 上转换腔体部01和下转换腔体部 04分别第一转换接头2和第二转换接头10内部的转换， 实现循环液循环通道的改变， 实现循 环液的反循环， 从而使得磨铣碎屑随循环液顺利返出地面， 这能够有效防止碎屑卡钻等事 故的产生， 从而实现提高磨铣效率， 减小施工风险。 调节部02的设置能够有效解决水平

31、井段 和竖直井段之间拐点处的连接， 进而避免带有磨铣碎屑的循环液受水平井段的影响， 使其 有效沿竖直井段返回地面。 泵入循环液的压力带动液压马达部03中液压马达正常运转， 从 而实现底部的有效转速及扭矩， 将有效的转动扭矩作用于空心旋转轴9上， 带动下转换腔体 部04旋转， 完成套磨铣的工作， 提高磨铣效率。 0049 本领域技术人员在考虑说明书及实践这里实用新型的公开后， 将容易想到本实用 新型的其它实施方案。 本申请旨在涵盖本实用新型的任何变型、 用途或者适应性变化， 这些 变型、 用途或者适应性变化遵循本实用新型的一般性原理并包括本实用新型未公开的本技 术领域中的公知常识或惯用技术手段。

32、 说明书和实施例仅被视为示例性的， 本实用新型的 真正范围和精神由下面的权利要求指出。 0050 应当理解的是， 诸如 “第一” 和 “第二” 等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者 操作与另一个实体或操作区分开来， 而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何 这种实际的关系或者顺序。 本实用新型并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结 构， 并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。 本实用新型的范围仅由所附的权利要 求来限制。 说明书 5/5 页 8 CN 211819296 U 8 图1 说明书附图 1/2 页 9 CN 211819296 U 9 图2 图3 图4 说明书附图 2/2 页 10 CN 211819296 U 10