防卡磨鞋及连续油管用钻磨铣工具

摘要

本发明提供了一种防卡磨鞋及连续油管用钻磨铣工具。防卡磨鞋包括：磨鞋本体；磨齿，磨齿包括磨齿本体和设置在磨齿本体的端面上的第一磨铣部；插接槽，形成在磨鞋本体和磨齿本体中的一者上；插接部，形成在磨鞋本体和磨齿本体中的另一者上并且能够相对于插接槽移动；以及锁定组件，用于将磨齿本体相对于磨鞋本体锁定或解除磨齿本体与磨鞋本体之间的锁定。根据本发明的防卡磨齿，具有磨齿可更换的特点。

说明书

技术领域

本发明涉及石油与天然气钻探工程井下钻进工具技术领域，特别地，涉及一种防卡磨鞋以及包括该防卡磨鞋的连续油管用钻磨铣工具。

背景技术

连续油管作业技术由于其本身具有的柔性刚度及自动化程度高、可带压作业等特性，近年来获得飞速发展，随着大斜度井、水平井在钻完井工程中应用的逐渐发展。

在页岩气施工中，常采用分段压裂的方式对储层进行开发。因此几乎每口压裂后的井需要把压裂时使用的桥塞钻除掉，以打开天然气的通道，便于后期开采。

专利申请号为：CN201520735551.2，名称为“一种连续油管钻磨用平底磨鞋”包括磨鞋本体，所述磨鞋本体上端设置有上接头，下端端面上设置有硬质合金，磨鞋本体内腔形成中心水眼，中心水眼上端贯通磨鞋本体，下端封闭，磨鞋本体侧面设置有方向向上且与中心水眼连通的侧水眼，硬质合金端面上沿径向设置有通道，硬质合金上的通道中设置有与中心水眼连通的底部水眼，磨鞋本体外壁上对应设置有方向向上的通道，硬质合金上的通道与磨鞋本体外壁上的通道连通形成液体循环通道。其可在直井、大斜度井或水平井中实现桥塞快速钻磨，并将碎屑迅速返排出地面，确保井筒畅通。

但是，由于受到套管变形、磨齿易损耗等各方面的制约，在钻磨桥塞时易出现卡钻事故，例如，由于井筒内钻除完的桥塞碎屑较大容易在上返过程中产生堆积而导致磨鞋钻磨时造成的卡钻事故。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项。例如，本发明的目的之一在于提供一种可更换磨齿的防卡磨鞋。

为了实现上述目的，本发明的一方面提供了一种防卡磨鞋，防卡磨鞋包括：磨鞋本体；磨齿，磨齿包括磨齿本体和设置在磨齿本体的端面上的第一磨铣部；插接槽，形成在磨鞋本体和磨齿本体中的一者上；插接部，形成在磨鞋本体和磨齿本体中的另一者上并且能够相对于插接槽移动；以及锁定组件，用于将磨齿本体相对于磨鞋本体锁定或解除磨齿本体与磨鞋本体之间的锁定。

可选地，插接槽可以为卡合凹槽，插接部可以形成为能够嵌套在卡合凹槽内的凸出部。

可选地，卡合凹槽的两侧壁可以倾斜设置，以使得卡合凹槽的槽宽向着卡合凹槽的开口逐渐缩小，形成燕尾槽；凸出部可以形成有与卡合凹槽的侧壁相对应的倾斜面。

可选地，插接槽至少形成在磨鞋本体的靠近磨铣端的第一段的外侧壁上，卡合凹槽的开口面向磨齿本体，卡合凹槽沿轴向延伸；插接部形成在磨齿本体的面向磨鞋本体的内侧壁上。

可选地，插接槽和/或凸出部可以为多个，多个插接槽和/或多个凸出部可以沿周向间隔布置。

可选地，磨鞋本体的远离磨铣端的第二段可以呈圆柱状，磨鞋本体的第一段包括沿周向彼此间隔布置的翼凹部和翼凸部，其中，插接槽形成在翼凹部上，翼凹部的外侧壁与磨齿本体的内侧壁贴合，磨齿本体的外侧壁与磨鞋本体的第二段的外侧壁的弧度基本一致；水眼形成在翼凸部上，翼凸部的外侧壁与磨鞋本体的第二段的外侧壁的弧度基本一致，翼凸部沿轴向超出翼凹部的端面，以形成供磨齿本体的端部安装的安装凹槽，磨齿安装在磨鞋本体上时，第一磨铣部的端面与防卡磨鞋的磨铣端面基本持平。

可选地，磨鞋本体上还可以形成有：下接头，下接头为沿轴向从翼凹部的端面的中部伸出的环形凸缘，下接头的端面与防卡磨鞋的磨铣端面基本持平，下接头的外侧壁与翼凸部连接，下接头的内侧壁形成有内螺纹。

可选地，防卡磨鞋还可以包括中心磨齿，中心磨齿可以包括：中心磨块，外侧壁具有与下接头的内螺纹配合的外螺纹；和第二磨铣部，设置在中心磨块的端面上，中心磨块安装到下接头后，第二磨铣部的端面与防卡磨鞋的磨铣端面基本持平。

可选地，锁定组件可以包括：销钉孔，形成在磨鞋本体的翼凹部和磨齿本体上；和剪切销钉，通过插入销钉孔将磨齿本体和磨鞋本体相对固定，且能够在受到轴向剪切力的作用下被剪断。

可选地，磨鞋本体还可以包括用于与磨鞋上游部件连接的上接头。

本发明的另一方面提供了一种连续油管用钻磨铣工具，连续油管用钻磨铣工具包括如上所述的防卡磨鞋、驱动单元以及控制单元。驱动单元与防卡磨鞋连接，以提供驱动防卡磨鞋转动的动力。控制单元接收防卡磨鞋发生的故障信号，并控制驱动单元上提油管，使锁定组件解锁，磨齿与磨齿本体分离。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：具有磨齿可更换的特点，适用于容易发生卡钻事故的场景，当钻磨桥塞发生卡钻时，通过上提油管，磨鞋遇卡点的磨齿中间的剪切销钉完成剪切，继续上提油管，磨齿与磨鞋本体分离以改变磨鞋外径，实现解卡的功能。

附图说明

图1示出了本发明示例性实施例的防卡磨鞋的立体示意图。

图2是图1的另一角度的立体示意图。

图3是图1中的防卡磨鞋的磨鞋本体的立体示意图。

图4是图3的主视图。

图5是沿图4中的线C-C截取的剖视图。

图6是图1中的防卡磨鞋的磨齿的俯视图。

图7是图6中的磨齿的另一角度的立体示意图。

图8是图1中的防卡磨鞋的剪切销钉的立体示意图。

图9是图1中的防卡磨鞋的中心磨齿的立体示意图。

附图标记说明：

100、磨鞋本体，110、磨鞋本体的第一段，111、插接槽，112、翼凹部，113、翼凸部，114、水眼，115、安装凹槽，120、磨鞋本体的第二段，130、上接头，140、下接头，150、磨鞋本体的流道，200、磨齿，210、磨齿本体，211、插接部，212、竖直部，213、端部，220、第一磨铣部，300、锁定组件，310、销钉孔，320、剪切销钉，400、中心磨齿，410、中心磨块，420、第二磨铣部，F1-防卡磨鞋的磨铣端面。

具体实施方式

在下文中，将结合附图和示例性实施例来详细说明本发明的水眼磨鞋以及包括该水眼磨鞋的连续油管用钻磨铣工具。

在油气田开采过程中，利用连续油管钻磨桥塞的连续油管作业技术，磨鞋是连续油管钻磨技术的关键工具，在桥塞分级压裂结束后，连续油管携带磨鞋下入井筒将所有桥塞钻除使井筒尽快恢复产能。发明人在现场大量实践后发现，由于受到套管变形、磨齿易损耗等各方面的制约，在钻磨桥塞时易出现以下问题：1）井筒内钻除完的桥塞碎屑较大容易在上返过程中产生堆积而导致磨鞋钻磨时造成卡钻事故；2）钻磨桥塞时磨鞋受力不均出现一牙磨齿受损后降低钻磨效率，只能更换磨鞋造成经济浪费；3）磨鞋根据套管内径设计加工，尺寸较为单一，在压裂后的套管发生变形缩径后的井中，磨鞋常因尺寸不配套而导致钻磨效率低下。

为了解决上述问题，根据本发明示例性实施例的防卡磨鞋，如1至图9中所示，防卡磨鞋包括磨鞋本体100、磨齿200、插接槽111、插接部211以及锁定组件300。其中，磨齿200包括磨齿本体210和设置在磨齿本体210的端面上的第一磨铣部220。插接槽111形成在磨鞋本体100和磨齿本体210中的一者上；插接部211形成在磨鞋本体100和磨齿本体210中的另一者上，插接部211与插接槽111相匹配且能够相对于插接槽111移动；锁定组件300用于将磨齿本体210相对于磨鞋本体100锁定，或者解除磨齿本体210与磨鞋本体100之间的锁定。

根据本发明示例性实施例的防卡磨鞋，通过插接槽111和插接部211的配合，实现磨齿200可更换，通过锁定组件300将磨齿本体210锁定到磨鞋本体100，以防止磨齿200相对于磨鞋本体100发生移动，或者在需要更换时，解除磨齿本体210与磨鞋本体100之间的锁定状态。例如，在钻磨桥塞发生卡钻时，使磨齿本体210与磨鞋本体100分离以改变磨鞋外径，实现解卡的功能；又例如，磨齿200磨损后，通过使磨齿本体210与磨鞋本体100分离，更换磨损较大的磨齿；又例如，磨鞋通常根据套管内径设计加工，尺寸较为固定，针对非标套管作业时，可加工对应尺寸的磨齿进行更换。

如图3至图5中所示，在实施例中，磨鞋本体100沿轴向可划分为第一段110和第二段120。其中，磨鞋本体100的第一段110更靠近防卡磨鞋的磨铣端（如图3中所示的左端），磨鞋本体100的第二段120远离磨铣端。第二段120呈圆柱状。

磨鞋本体100的第二段120呈圆柱状。磨鞋本体100的第二段120外径可与防卡磨鞋的上游部件的外径一致。

磨鞋本体100的第二段120与上接头130固定连接。例如，通过螺纹连接等可拆卸地连接在一起。然而，本发明不限于此，上接头130也可以与磨鞋本体100的第二段120一体制成。上接头130的外径比第二段120的外径小，并且其可以向着远离磨鞋本体100的方向直径逐渐缩小，形成一个锥形体。上接头130用于与防卡磨鞋的上游部件（例如，螺杆马达）固定连接，以将上游部件的扭矩传递给磨鞋本体100，使防卡磨鞋能够随上游部件一起旋转，从而进行钻磨作业。上接头130可以通过螺纹固定连接在上游部件与磨鞋本体100之间。例如，上接头130的外壁可设置有外螺纹。然而，本发明不限于此，上接头130与上游部件、磨鞋本体100也可以通过其他方式固定连接。上接头130上沿其中心轴线还设置有贯穿通孔，来自上游部件中的流体（例如，循环液）能够通过该贯穿通孔进入磨鞋本体100中。

磨鞋本体100的第一段110可以包括沿周向间隔布置的翼凹部112和翼凸部113。在本实施例中，防卡磨鞋可包括五翼磨齿。磨鞋本体100上采用五翼沉头设计。也就是说，翼凹部112和翼凸部113均可以为五个并且沿圆周方向彼此间隔布置。即，翼凸部113布置在两个翼凹部112之间。翼凹部112布置在两个翼凸部113之间。五个如图6和图7中所示的磨齿200分可别安装在翼凹部112上。

其中，插接槽111形成在翼凹部112上，翼凹部112的外侧壁与磨齿本体210的内侧壁贴合。翼凹部112的外侧壁与磨齿本体210的内侧壁可以为平面，以使得彼此贴合更紧密且容易加工。翼凹部112可以是磨鞋本体100的侧部被切削掉一部分而形成。磨齿本体210安装在磨鞋本体100上之后，磨齿本体210的外侧壁与磨鞋本体100的第二段120的外侧壁的弧度基本一致。

每个翼凸部113上可形成有用作流体通道的水眼114。如图3和5中所示，水眼114倾斜设置并且与磨鞋本体的流道150连通。磨鞋本体的流道150沿轴线从磨鞋本体100的第二段120贯穿磨鞋本体100的上接头130。翼凸部113的外侧壁与磨鞋本体100的第二段120的外侧壁的弧度基本一致，翼凸部113沿轴向超出翼凹部112的端面并且与防卡磨鞋的磨铣端面F1基本持平，以形成供述磨齿本体210的端部213安装的安装凹槽115。磨齿200安装在磨鞋本体100上时，第一磨铣部220的端面与防卡磨鞋的磨铣端面F1基本持平。

磨鞋本体100上还形成有下接头140，下接头140可以为沿轴向从磨鞋本体100的第一段110的端面的中部伸出的环形凸缘。如图3和图4中所示，下接头140呈圆柱状，其直径比磨鞋本体100的直径小，形成在翼凹部112的端面的中部，下接头140的外侧壁与翼凸部113连接，下接头140的端面与防卡磨鞋的磨铣端面F1基本持平，下接头140的内侧壁形成有内螺纹，以用于与中心磨齿400连接。下接头140上的螺纹可以为反向螺纹。

如图6和图7中所示，磨齿200可以包括磨齿本体210和第一磨铣部220。其中，磨齿本体210可以包括与磨鞋本体100的轴向贴合的竖直部212以及从竖直部212的靠近一端沿径向向内延伸的端部213。也就是说，磨齿本体210呈现“7”形状。端部213可以呈扇环形。第一磨铣部220的形状与端部213匹配，第一磨铣部220可呈扇环形。第一磨铣部220的底面可以与磨齿本体210的端面固定连接（例如，焊接），从而第一磨铣部220在磨齿本体210和磨鞋本体100的带动下旋转，对待钻磨目标物进行钻磨。第一磨铣部220可以采用硬质合金磨铣齿。硬质合金磨铣齿可采用常用的高强度、耐磨材料制成并且可设计成常用的形状，例如多层六角梯形等。利用硬质合金磨铣齿的棱边对套管内需要钻磨的进行钻磨的桥塞等工具、钻具或井下落物等进行钻除，不仅能够快速钻磨，而且磨头磨损小、重复利用率高，成本低，钻磨效率高。

如图9中所示，中心磨齿400包括中心磨块410和第二磨铣部420。中心磨块410呈圆柱状。中心磨块410的外侧壁具有与下接头140的内螺纹配合的外螺纹，从而插入下接头140内并固定连接在一起。但本发明不限于此，中心磨块410与下接头140之间除了通过螺纹连接，也可以通过其它常规可拆卸连接方式连接。

第二磨铣部420可呈圆饼状，其直径比中心磨块410的直径大。第二磨铣部420可以采用硬质合金磨铣齿。硬质合金磨铣齿可采用常用的高强度、耐磨材料制成。第二磨铣部420的底面可固定连接（例如，焊接）到中心磨块410的端面上，中心磨块410安装到如图3中所示的接头140之后，第二磨铣部420的端面与防卡磨鞋的磨铣端面F1基本持平，使磨鞋底面平整。

第一磨铣部220可以是由一块圆饼状的结构切割掉中心部分，并沿周向分成多块而成。第二磨铣部420可以是由圆饼状的结构被切割下来中心部分。第一磨铣部220和第二磨铣部420的厚度可以根据需要调整，以使得磨鞋底面平整为宜。

在实施例中，插接槽111可至少形成在磨鞋本体100的第一段110的外侧壁上，卡合凹槽的开口面向磨齿本体210，卡合凹槽沿轴向延伸。插接部211形成在磨齿本体210的面向磨鞋本体100的内侧壁上。但本发明不限于此，根据需要，插接槽111和插接部211的位置可互换。

插接槽111可以为卡合凹槽。插接部211可以形成为能够嵌套在卡合凹槽内的凸出部。具体地，卡合凹槽的两侧壁倾斜设置，以使得卡合凹槽的槽宽向着卡合凹槽的开口逐渐缩小，形成燕尾槽。即，卡合凹槽的横截面可以为梯形。插接部211可以为脊状，形成为能够嵌入卡合凹槽内的凸出结构。凸出部形成有与卡合凹槽的侧壁相对应的倾斜面。相应地，插接部211的横截面可以形成为梯形。插接部211和插接槽111可以沿着轴向延伸，即，插接部211和插接槽111整体呈直线形。

在本实施例中，插接部211和插接槽111可通过外凸和内凹结构嵌套配合，并且插接部211和插接槽111的横截面形成为梯形，但本发明不限于此，插接部211和插接槽111的横截面还可以形成为三角形、梯形、矩形等其它形状，例如，插接部211的还可以形成为横截面为“T”、“L”型的脊状，相应地，插接槽111需要开设能够与脊状导轨滑动配合的“T”、“L”型滑槽，具体地，插接槽111的开口侧形成有横向突出的凸缘，“T”型、“L”型插接部211的横向凸出部分插入插接槽111中并被凸缘支撑，从而防止插接部211和插接槽111两者沿径向脱离。插接部211和插接槽111还可以采用现有技术中的已知结构，插接槽111和插接部211形成为彼此嵌套的结构，使得插接部211嵌入插接槽111并且被限制在插接槽111内滑动，不会沿径向彼此脱离即可。

在本实施例中，插接槽111和插接部211可以为五个。五个插接槽111可沿周向间隔布置。五个插接部211可沿周向间隔布置，从而配合前述五翼沉头设计，实现五个磨齿200分别安装在五个翼凹部112上。但本发明不限于此，插接槽111和插接部211的数量可以根据需要调整，例如，可以为两个、三个、四个、六个及更多个。插接槽111和插接部211的数量可一一对应，但也可以不同，例如，插接槽111的数量可比插接部211少。

为了将磨齿本体210和磨鞋本体100沿径向固定，并在需要的时候使磨齿本体210和磨鞋本体100解除锁定、相互脱离，锁定组件300可以包括销钉孔310和剪切销钉320（如图8中所示）。销钉孔310形成在磨鞋本体的翼凹部112和磨齿本体210上。如图3和图6中所示，翼凹部112的端面两侧中心位置处各开有一个销钉槽，用于供剪切销钉320插入，磨齿本体210的对应位置也设置有销钉孔310。剪切销钉320通过插入销钉孔310将磨齿本体210和磨鞋本体100相对固定，且能够在受到轴向剪切力的作用下被剪断。剪切销钉320可以包括若干个剪销或剪钉，然而本发明不限于此，只要能实现在外力作用下可以被剪断的固定件都可。

磨齿200的外径就可以根据钻磨的工具需求，加工对应外径的磨齿，通过燕尾槽将五翼磨齿安装到磨鞋本体100上方，通过剪切销钉320的安装进行紧固。同时在防卡磨鞋遇卡时，可通过上提完成销钉剪切，磨齿200脱掉后减小磨鞋外径便于解卡。另外，在工作过程前可根据生产需求进行磨齿更换以改变磨鞋外径。

以下，参照图1至图9对本发明示例性实施例的防卡磨鞋的使用过程进行说明。

将5个如图6和图7中所示的磨齿200分别安装至如图3中所示的磨鞋本体100上，其中，插接部211插入插接槽111内，并通过剪切销钉320置于销钉孔310内固定。

在五翼磨齿安装到磨鞋本体100后，将中心磨齿400采用反扣螺纹连接到磨鞋本体100，使磨鞋底面平整，装配好的防卡磨鞋图1和图2中所示。

常规磨鞋的磨齿均是与磨鞋本体一体成型的，与常规磨鞋相比，根据本发明示例性实施例的防卡磨鞋具有磨齿可更换的特点，特别适合于容易发生卡钻事故的场景，当钻磨桥塞发生卡钻时，通过上提油管，磨鞋遇卡点的磨齿中间的剪切销钉完成剪切，继续上提油管，磨齿与磨鞋本体分离以改变磨鞋外径，实现解卡的功能。

根据本发明的示例性实施例，钻磨桥塞后，五翼磨齿底面因受力不同导致磨损差异较大，通过更换磨损较大的磨齿以替代原有只能更换磨鞋的方式，能有效降低使用成本。

根据本发明的示例性实施例，磨鞋根据套管内径设计加工，尺寸较为固定，针对非标套管作业时，可加工对应尺寸的磨齿进行更换。

本发明的另一方面提供了一种连续油管用钻磨铣工具，连续油管用钻磨铣工具包括如上所述的防卡磨鞋、驱动单元以及控制单元。驱动单元（例如，螺杆马达）与防卡磨鞋连接，以提供驱动防卡磨鞋转动的动力。控制单元接收防卡磨鞋发生的故障信号（例如，卡钻），并控制驱动单元上提油管，使锁定组件解锁，磨齿与磨齿本体分离。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。在本申请中，各部件的“第一端”可为图上所示的“上端”，“第二端”可为图上所示的“下端”，“上端”、“下端”与附图本身的上、下方向一致，但并不对本公开的组件的结构起限定作用，例如，附图上所示的组件方向变化后，“第一端”也可为图上所示的“左端”，“第二端”可为图上所示的“右端”等。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

尽管上面已经通过结合示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应该清楚，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可对本发明的示例性实施例进行各种修改和改变。