本发明专利技术公开了一种辅助套管回收的高频共振式水泥环破碎工具，包括通过挠性联轴器相连的主动轴和从动轴、用于驱动主动轴转动的涡轮马达；还包括连接在主动轴上的坐卡装置、连接在从动轴上的共振装置；当主动轴正转时，所述坐卡装置坐卡，所述共振装置产生振动；当主动轴反转时，所述坐卡装置解卡。本发明专利技术提供一种辅助套管回收的高频共振式水泥环破碎工具，以解决现有技术存在的使用寿命及稳定性不足等问题，实现提高使用寿命和工作稳定性、扩大适用范围且满足连续作业需求等目的。用范围且满足连续作业需求等目的。用范围且满足连续作业需求等目的。
【技术实现步骤摘要】
一种辅助套管回收的高频共振式水泥环破碎工具
[0001]本专利技术涉及弃井作业领域，具体涉及一种辅助套管回收的高频共振式水泥环破碎工具。
技术介绍
[0002]在油气开发过程中，根据井身结构采用由内向外依次下入多层套管、并逐层向套管与井壁之间的环形空间注入水泥方式进行固井。随着油气井开发进入中后期，油气资源逐渐枯竭，达到废弃标准的生产井数量逐渐攀升，需进行弃井作业。
[0003]按要求，弃井作业应在适当井深处对由内向外依次排布的多层套管进行逐层切割并打捞收回，但套管回收时，套管与地层之间、以及相邻套管间坚固的水泥环导致切割套管所需的驱动力和提升套管回收的拔拉力倍增，导致切割后套管很难拔出甚至无法拔出井眼，只能降低套管单次切割长度，增加打捞回收作业次数。在作业前使用水泥环破碎工具对水泥环进行破碎，可以降低切割套管所需切割力和回收套管所需拔拉力；但传统的水泥环破碎工具存在诸多问题，如：适用范围小、易造成套管变形、作业后无法恢复至初始状态、单次破碎水泥环轴段短等。
[0004]此外，现有技术中，中国专利CN 217950306 U公开了“一种振动型水泥环破碎器及废弃油井处理系统”，该技术由电机驱动偏心摆锤转动以实现振动。然而，该现有技术：（1）使用电机驱动，在实际使用时难以适应井下高温高压的恶劣工况环境，工作寿命及使用稳定性存在严重不足；（2）工具入井后无法进行流体循环，在遭遇管内阻卡等特殊事故时难以应对处理；（3）其振动需通过外管间接传递至套管，其还有柔性缓冲套做缓冲，对水泥环的振动效果有限、传递至水泥环上的振动频率难以保证达到共振频率；（4）受外管尺寸限制，依然存在适用范围小的缺陷。
技术实现思路
[0005]本专利技术提供一种辅助套管回收的高频共振式水泥环破碎工具，以解决现有技术存在的使用寿命及稳定性不足等问题，实现提高使用寿命和工作稳定性、扩大适用范围且满足连续作业需求等目的。
[0006]本专利技术通过下述技术方案实现：一种辅助套管回收的高频共振式水泥环破碎工具，包括通过挠性联轴器相连的主动轴和从动轴、用于驱动主动轴转动的涡轮马达；还包括连接在主动轴上的坐卡装置、连接在从动轴上的共振装置；当主动轴正转时，所述坐卡装置坐卡，所述共振装置产生振动；当主动轴反转时，所述坐卡装置解卡。
[0007]针对现有技术适用范围小、单次破碎轴段短、使用寿命及稳定性不足等问题，本专利技术提出一种辅助套管回收的高频共振式水泥环破碎工具，本工具通过涡轮马达驱动主动轴与从动轴转动，主动轴与从动轴之间由挠性联轴器连接，因此可使得主动轴与从动轴同步
且同向旋转。坐卡装置在主动轴的旋转驱动下工作，可实现坐卡和解卡，共振装置在从动轴的旋转驱动下工作，可产生振动。
[0008]本工具使用时，由钻完井作业中的管串（如钻杆、油管、连续油管或双层管等）将工具送入井内，通过水力驱动涡轮马达工作，进而带动主动轴和从动轴转动，在工具抵达需要破碎水泥环的井深时，通过涡轮马达使主动轴正转，使坐卡装置坐卡在套管内壁，并使共振装置开始振动，从而对水泥环进行破碎；当作业完成后，通过涡轮马达使主动轴反转，坐卡装置解卡，进而可继续调整工具深度进行其余井段的水泥环破碎作业或上提工具出井。
[0009]本方案中对主动轴正反转的控制，可通过调节流体进出涡轮马达的方向来实现，其具体调节方式在此不做限定，本领域技术人员可采用任意现有方式实现，如钻完井作业中的正循环与反循环方式，双层管作业中的内外管循环方式等。坐卡装置的具体结构在此不做限定，只需满足能够随主动轴正转而向外扩张坐卡、随主动轴反转而向内收缩解卡即可，现有技术中的任意此类坐卡结构均可适用。同理，共振装置的具体结构在此不做限定，只需满足能够随从动轴旋转而发生高频振动即可，现有技术中的任意此类振动结构均可适用。
[0010]此外，本方案中的正转与反转，只是为了区别两种转动状态下的不同的旋向，其具体转动方向不做限定，如：当以顺时针方向旋转为正转时，对应的反转则是指逆时针方向旋转；当以逆时针方向旋转为正转时，对应的反转则是指顺时针方向旋转。
[0011]本申请相较于现有技术而言：（1）摒弃了使用电机驱动的技术思路，采用涡轮马达配合流体循环实现驱动，可以充分适应井下高温高压的恶劣工况环境，显著提高了水泥环破碎工具的工作寿命及使用稳定性；（2）采用钻井液或完井液等流体驱动涡轮马达工作，克服了现有技术中工具入井后无法进行流体循环的缺陷，在遭遇管内阻卡等特殊事故时可以直接开泵循环解卡、显著提高了应对卡钻事故的能力；（3）在振动过程中能够保持工具坐卡状态，保证了工具本体的稳定性和居中性，避免了工具本体不断与套管壁之间发生磕碰磨损；（4）由于本工具通过涡轮马达驱动，所以在使用时必然在井口连接顶驱或水龙头等循环设备，因此可受钻机的提升系统控制，又由于本领域内的坐卡装置均是向下坐卡而不会限制向上移动，因此在振动过程中可缓慢上提工具，实现连续作业，显著增大了水泥环破碎的轴段距离。
[0012]进一步的，所述涡轮马达包括涡轮马达外壳体、位于涡轮马达外壳体内部顶端的上管接头、位于上管接头下方的叶片套筒、安装在叶片套筒内的涡轮叶片组，所述涡轮叶片组与主动轴沿周向固定；所述上管接头内设置内部流道，所述叶片套筒与涡轮马达外壳体之间形成外部流道，所述内部流道与叶片套筒顶端连通、所述外部流道与叶片套筒底端连通。
[0013]本方案提出了一种尤其适用于本申请的涡轮马达结构，其中上管接头用于与送入本工具入井的上部管串连接，叶片套筒用于为涡轮叶片组提供安装与转动空间，涡轮叶片组包括若干涡轮叶片，其与主动轴在工具周向上固定，因此当流体通过叶片套筒时，驱动涡轮叶片组转动，进而即可带动主动轴转动。
[0014]为了满足主动轴的正反转需求，本方案设置内部流道和外部流道，且使得内部流道和外部流道分别与叶片套筒的两端连通，因此通过在井口切换入井流体的循环方向，即可调整流体在叶片套筒内不同的进出方向，进而控制主动轴按照所需方向进行旋转。
[0015]进一步的，所述涡轮叶片组与主动轴之间花键配合，且涡轮叶片组与主动轴之间安装若干推力球轴承；所述叶片套筒与上管接头、涡轮马达外壳体之间均螺纹连接。
[0016]本方案中，涡轮叶片组与主动轴之间通过花键配合来实现周向固定，其具体的键槽结构在此不做限定，只需满足两者能够同步且同向旋转即可。推力球轴承对涡轮叶片组起到支撑和定位作用。叶片套筒与上管接头、涡轮马达外壳体之间的螺纹连接位置在此不做限定，只需保证叶片套筒与上管接头、涡轮马达外壳体之间的固定即可。
[0017]本工具还可以设置连接在涡轮马达下方的振动端外壳体，所述坐卡装置、共振装置均位于振动端外壳体内。
[0018]进一步的，所述坐卡装置包括固定连接在主动轴上的螺旋导轨、与所述螺旋导轨滑动配合的坐卡限位块、与所述坐卡限位块相接触的刚性坐卡块；所述振动端外壳体表面开设与所述刚性坐卡块一一对应的第一缺口，所述坐卡限位块的外壁与所述刚性坐卡块的内壁具有相互匹配的斜面。
[0019]本方案提出了本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种辅助套管回收的高频共振式水泥环破碎工具，其特征在于，包括通过挠性联轴器（8）相连的主动轴（7）和从动轴（14）、用于驱动主动轴（7）转动的涡轮马达；还包括连接在主动轴（7）上的坐卡装置、连接在从动轴（14）上的共振装置；当主动轴（7）正转时，所述坐卡装置坐卡，所述共振装置产生振动；当主动轴（7）反转时，所述坐卡装置解卡。2.根据权利要求1所述的一种辅助套管回收的高频共振式水泥环破碎工具，其特征在于，所述涡轮马达包括涡轮马达外壳体（26）、位于涡轮马达外壳体（26）内部顶端的上管接头（1）、位于上管接头（1）下方的叶片套筒（25）、安装在叶片套筒（25）内的涡轮叶片组（3），所述涡轮叶片组（3）与主动轴（7）沿周向固定；所述上管接头（1）内设置内部流道（101），所述叶片套筒（25）与涡轮马达外壳体（26）之间形成外部流道（102），所述内部流道（101）与叶片套筒（25）顶端连通、所述外部流道（102）与叶片套筒（25）底端连通。3.根据权利要求2所述的一种辅助套管回收的高频共振式水泥环破碎工具，其特征在于，所述涡轮叶片组（3）与主动轴（7）之间花键配合，且涡轮叶片组（3）与主动轴（7）之间安装若干推力球轴承（2）；所述叶片套筒（25）与上管接头（1）、涡轮马达外壳体（26）之间均螺纹连接。4.根据权利要求1所述的一种辅助套管回收的高频共振式水泥环破碎工具，其特征在于，还包括连接在涡轮马达下方的振动端外壳体（20），所述坐卡装置、共振装置均位于振动端外壳体（20）内。5.根据权利要求4所述的一种辅助套管回收的高频共振式水泥环破碎工具，其特征在于，所述坐卡装置包括固定连接在主动轴（7）上的螺旋导轨（22）、与所述螺旋导轨（22）滑动配合的坐卡限位块（5）、与所述坐卡限位块（5）相接触的刚性坐卡块（6）；所述振动端外壳体（20）表面开设与所述刚性坐卡块（6）一一对应的第一缺口，所述坐卡限位块（5）的外壁与所述刚性坐卡块（6）的内壁具有相互匹配的斜面。6.根据...
【专利技术属性】
技术研发人员：钟林，郭欣承，黄泽奇，王国荣，黄春海，王川，张政，胡刚，陈义哲，张林锋，陈俊名，梁冬梅，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：
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