一种井下套管外开窗工具和方法技术

本发明专利技术涉及一种井下套管外开窗工具和方法，涉及能源开采领域，井下套管外开窗工具包括插削钻头和冲击工具，上连接杆、下连接杆和上部弹簧同轴设置并从上至下依次竖直的安装于冲击外壳内，上连接杆的下端设有上连接齿，每个上连接齿具有上连接螺旋齿面，下连接杆的上端具有下连接齿，每个下连接齿具有与上连接螺旋齿面相适配的下连接螺旋齿面，插削钻头的上端穿过上部弹簧并与下连接杆连接。有益效果是：通过上部弹簧弹性力以及下连接螺旋齿面与上连接螺旋齿面配合运转产生轴向往复轴向运动，插削钻头实现沿轴向往复插削运动，移动行程大、运转平稳，可传递的扭矩大、动力足。可解决复杂老井的套管外开窗难题，实现老井眼的重入或封堵。入或封堵。入或封堵。

【技术实现步骤摘要】
一种井下套管外开窗工具和方法


[0001]本专利技术涉及能源开采领域，具体涉及一种井下套管外开窗工具和方法。

技术介绍

[0002]国内大批老井因服役年限较长、井筒套管腐蚀磨损、射孔等因素的影响，发生套变，出现套管内外漏气和层间窜气，携带浅层水向地面返液造成严重环保问题。
[0003]套断井治理受到当地政府高度重视，尤其是环保治理井，环保井彻底封堵技术急需攻克，刻不容缓。套断井的治理，最基本的方法是大修，如打捞作业、套管整形作业、套管补接与取套换套作业等。但部分老井井筒条件恶劣，无法完成原井筒大修作业，因此需要在老井附近打救援井，通过管外开窗进入套管内部进行修井作业。
[0004]目前我国存在诸多老油气田，这也为储气库大规模建设提供了基础，但一些油田区块老井情况复杂，存在多个分支，井筒内有落物或者存在套变，老井口坍塌等复杂情况，这导致不能通过原井眼对老井进行处理，需要在老井附近打救援井，随后再对老井眼进行封堵。
[0005]沿着老井眼轨迹打救援井，需要保持定向精度，使得救援井轨迹始终与老井眼轨迹保持合适距离。目前通常用到的导向工具是无源磁导向工具，它可以捕捉老井眼井筒套管的磁信号，再通过信号分析处理，计算出救援井井眼与老井眼的实时相对位置，为下一步定向钻进提供可靠参数。救援井完钻之后，之前的惯常处理方法通过救援井井眼向老井眼方向射孔，目的是贯穿老井眼套管，再把水泥浆挤入老井眼井筒内，实现老井眼的封堵。但这种以射孔贯穿老井眼，再挤入水泥浆封堵的方式具有很大不确定性，不能确保老井眼的封堵密封性。同时，该方式无法实现下部套断井搭桥再利用。
[0006]最佳的处理方式是通过套管外开窗，钻入老井眼，实现老井眼的重入，再注入水泥浆进行封堵，这样的处理方式可以确保套断环保治理井和储气库老井眼储盖层的有效封堵。但这种处理方式涉及到老井眼井筒的管外开窗工艺，目前来看，套管外开窗工具较少，利用现有的开窗技术和工艺，从救援井裸眼井眼打到老井眼的套管处，由于普通钻头硬度大且地层结构较软，钻头与套管接触容易打滑，难以直接从套管外开窗，通过管外开窗实现老井眼重入的施工过程难以实现。因此需要探索出一种新的工具、技术和方法来解决救援井到老井眼的套管外开窗及老井眼重入等难题，进而实现高效封堵老井眼，保障储气库建设安全、环保井(或称为救援井)冒油冒气井彻底封堵、使套管外开窗搭桥再利用得到实现。

技术实现思路

[0007]本专利技术所要解决的技术问题是如何实现套管外开窗。
[0008]本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种井下套管外开窗工具，包括插削钻头和冲击工具，所述冲击工具包括冲击外壳、上连接杆、下连接杆和上部弹簧，所述上连接杆、所述下连接杆和所述上部弹簧同轴设置并从上至下依次竖直的安装于所述冲击外壳内，所述上连接杆的下端沿其周向设有至少一个向下延伸的上连接齿，每个所述上连接齿
具有上连接螺旋齿面，所述下连接杆的上端沿其周向设有至少一个向上延伸的下连接齿，每个所述下连接齿具有与上连接螺旋齿面相适配的下连接螺旋齿面，所述插削钻头的上端穿过所述上部弹簧并与所述下连接杆连接。
[0009]本专利技术的有益效果是：通过上部弹簧弹性力以及下连接螺旋齿面与上连接螺旋齿面配合运转产生轴向往复轴向运动，插削钻头实现沿轴向往复插削运动，采用下连接螺旋齿面与上连接螺旋齿面相配合的结构，下连接杆移动行程大、运转平稳，并且上连接杆与下连接杆可传递的扭矩大、动力足。本方案克服了采用常规旋转钻井方式时钻头容易向地层滑移缺点，采用往复插削形式可将老井眼的套管外部凸平面插出一个孔洞，从而便于后期作业。可解决复杂老井的套管外开窗难题，实现老井眼的重入或封堵，封堵时可保证老井眼的封堵密封性，为该区块储气库建设奠定基础。
[0010]在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。
[0011]进一步，所述冲击工具还包括下部轴承、活塞杆、下部弹簧和冲击轴，所述下部轴承、所述活塞杆和所述冲击轴同轴设置，所述下部轴承和所述活塞杆位于所述冲击外壳内，所述下连接杆的下端通过所述下部轴承与所述活塞杆的上端相连，所述活塞杆的下端与所述冲击轴的上端固定连接，所述冲击轴的下端伸出所述冲击外壳并与所述插削钻头固定连接，所述下部弹簧套设于所述冲击轴的外侧，其一端与所述活塞杆抵接，另一端被限位。
[0012]采用上述进一步方案的有益效果是：下连接杆的下端通过下部轴承与活塞杆的上端相连，下连接杆与活塞杆相对转动，活塞杆仅直线往复移动，并通过活塞杆和冲击轴带动插削钻头移动，下部弹簧用于使活塞杆向上复位，保证活塞杆和下连接杆等结构复位的可靠性。
[0013]进一步，所述下连接杆的侧壁还具有螺旋形的外啮合齿，所述冲击外壳的内壁具有与所述外啮合齿相适配的内啮合槽，所述外啮合齿与所述内啮合槽螺纹配合。
[0014]采用上述进一步方案的有益效果是：外啮合齿与内啮合槽配合，对下连接杆进行导向，下连接杆的移动和转动过程中无抖动，运转更平稳，向下方插削钻头传递的力更大，插削效果更好。
[0015]进一步，所述冲击工具还包括活塞组件，所述活塞组件固定于所述活塞杆上，所述活塞组件与所述冲击外壳的内壁滑动抵接，并在所述冲击外壳内上下往复移动。
[0016]采用上述进一步方案的有益效果是：活塞组件与冲击外壳的内壁配合，对活塞杆的直线往复移动进行导向，使活塞杆移动更加平稳。
[0017]进一步，所述冲击工具还包括防掉半环，所述冲击轴侧壁具有防掉槽口，所述防掉半环固定于所述防掉槽口内，且所述防掉半环的外径大于所述冲击轴的外径，所述冲击外壳内具有限制所述防掉半环移动范围的防掉结构。
[0018]采用上述进一步方案的有益效果是：防掉半环可防止冲击轴从冲击外壳中脱出。
[0019]进一步，所述冲击工具还包括密封组件，所述密封组件固定于所述冲击外壳下端的内壁，并与所述冲击轴密封的滑动抵接。
[0020]采用上述进一步方案的有益效果是：密封组件用于密封冲击外壳与冲击轴之间的间隙，以防止碎岩与泥浆进入内部，避免往复直线运动卡死情况的发生。
[0021]进一步，所述冲击轴与所述冲击外壳花键连接并导向。
[0022]采用上述进一步方案的有益效果是：冲击轴与冲击外壳花键配合，利用花键对冲
击轴导向，进行长距离的无转动的直线往复运动。
[0023]进一步，还包括螺杆钻具，所述螺杆钻具包括钻具壳体、螺旋转子和传动轴，所述螺旋转子和所述传动轴从上至下依次连接并安装于所述钻具壳体内，所述钻具壳体的下端与所述冲击外壳的上端固定连接，所述传动轴的下端与所述上连接杆的上端固定连接。
[0024]采用上述进一步方案的有益效果是：流体进入螺杆钻具的钻具壳体内，并流经螺旋转子，带动螺旋转子转动，从而为传动轴提供动力，传动轴带动上连接杆绕自身轴线转动。
[0025]进一步，所述螺杆钻具还包括万向轴，所述钻具壳体的中部具有可弯折的万向段，所述螺旋转子、所述万向轴和所述传动轴从上至下依次连接，且所述万向轴对应位于所述万本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种井下套管外开窗工具，其特征在于，包括插削钻头(30)和冲击工具(200)，所述冲击工具(200)包括冲击外壳、上连接杆(7)、下连接杆(8)和上部弹簧(11)，所述上连接杆(7)、所述下连接杆(8)和所述上部弹簧(11)同轴设置并从上至下依次竖直的安装于所述冲击外壳内，所述上连接杆(7)的下端沿其周向设有至少一个向下延伸的上连接齿，每个所述上连接齿具有上连接螺旋齿面(701)，所述下连接杆(8)的上端沿其周向设有至少一个向上延伸的下连接齿，每个所述下连接齿具有与上连接螺旋齿面(701)相适配的下连接螺旋齿面(801)，所述插削钻头(30)的上端穿过所述上部弹簧(11)并与所述下连接杆(8)连接。2.根据权利要求1所述的一种井下套管外开窗工具，其特征在于，所述冲击工具(200)还包括下部轴承(13)、活塞杆(18)、下部弹簧(20)和冲击轴(29)，所述下部轴承(13)、所述活塞杆(18)和所述冲击轴(29)同轴设置，所述下部轴承(13)和所述活塞杆(18)位于所述冲击外壳内，所述下连接杆(8)的下端通过所述下部轴承(13)与所述活塞杆(18)的上端相连，所述活塞杆(18)的下端与所述冲击轴(29)的上端固定连接，所述冲击轴(29)的下端伸出所述冲击外壳并与所述插削钻头(30)固定连接，所述下部弹簧(20)套设于所述冲击轴(29)的外侧，其一端与所述活塞杆(18)抵接，另一端被限位。3.根据权利要求2所述的一种井下套管外开窗工具，其特征在于，所述下连接杆(8)的侧壁还具有螺旋形的外啮合齿(802)，所述冲击外壳的内壁具有与所述外啮合齿(802)相适配的内啮合槽(501)，所述外啮合齿(802)与所述内啮合槽(501)螺纹配合。4.根据权利要求2所述的一种井下套管外开窗工具，其特征在于，所述冲击工具(200)还包括活塞组件，所述活塞组件固定于所述活塞杆(18)上，所述活塞组件与所述冲击外壳的内壁滑动抵接，并在所述冲击外壳内上下往复移动。5.根据权利要求2所述的一种井下套管外开窗工具，其特征在于，所述冲击工具(200)还包括防掉...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁光杰，任宪可，乔磊，林盛杰，车阳，何爱国，王开龙，张吉喆，赵帅，刘天恩，王辰龙，杜卫强，张子龙，付盼，
申请(专利权)人：中国石油集团工程技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：