井下切割和牵引工具及使用方法与流程

本发明涉及一种井下工具及使用方法，且特定来说，涉及井下管状切割和牵引工具。本发明的特定方面涉及用以夹持和切割井筒套管的机构。

背景技术：

先在建造油井或气井的过程中钻孔到预定的深度。然后取出钻柱，将金属管或套管下入井内并用水泥固定在适当位置。

以依次递减的钻孔和套管大小重复这个钻孔、下套管和固井过程，直到井达到其目标深度。此时，最后一根管或管子下入到井内。

在生产过程中，碳氢化合物流过管道，并在表面被收集起来。随着时间的推移，可能会有几十年的时间，碳氢化合物的产量会减少，直到生产率不再经济可行，这时井已达到其生产年限的终点。堵塞并抛弃这口井。

常常需要切割并取出已安放于井筒中的套管。传统的井管取出方法涉及多个井下行程，在各个阶段对套管进行切割和取出。这可能是一个耗时又昂贵的过程。

在井筒中使用的一系列套管直径意味着常常需要使工具返回到表面以改变工具的组件，从而切割和夹持具有不同直径的套管部分。这可能既麻烦又费时。

技术实现要素：

本发明的方面的目标是避免或至少减轻现有技术井下切割和牵引工具的上述缺点。

本发明的方面的另一目标是提供适合于部署在井下的稳定、可靠且紧凑的井下工具，其能够适应不同的套管直径，从而可以迅速地切割并取出套管。

本发明的方面的另一目标是提供一种提高产率或效率的井下切割和牵引工具，所述井下切割和牵引工具一旦部署在井下就能够可靠地执行多个套管夹持和切割动作。

从以下描述中本发明的进一步的目的将变得显而易见。

根据本发明的第一方面，提供一种井下工具，包括：

夹持机构，用于夹持井筒套管的部分；和

切割机构，配置成切割所述套管；

其中所述夹持机构配置成夹持一系列套管直径。

通过提供能够接合和夹持一系列套管直径的夹持机构，工具可夹持和切割具有第一直径的套管，并在具有第二直径的套管中的位置夹持和抬起套管。

优选地，井下工具具有工具主体。工具主体可具有通孔。优选地，井下工具是切割和牵引工具。

井下工具可配置成夹持切割套管，且可通过从井筒收回工具而从井筒取出套管。

所述夹持机构可调地设置为夹持一系列套管直径。

优选地，夹持机构包括锥形体和至少一个滑件。

锥形体可沿圆周安置在井下工具的部分周围。

优选地，至少一个滑件配置成接合套管的表面。优选地，至少一个滑件配置成接合套管的部分的内径。至少一个滑件可靠在锥形体上以接合套管。

优选地，锥形体具有锥坡。锥坡角和/或锥坡长可调整和/或设置为调整和/或设置工具的套管直径夹持范围。滑件的尺寸可调整和/或设置为调整和/或设置工具的套管直径夹持范围。

滑件可沿着锥形体的锥坡行进，以使得滑件从工具主体延伸以接合和夹持套管直径。

在套管直径较宽的状况下，滑件可进一步沿着锥形体的锥坡行进，以使得滑件从工具主体进一步延伸，以接合和夹持较宽的套管直径。在套管直径较窄的状况下，滑件可沿着锥形体的锥坡行进较短的距离，以使得滑件不会延伸到远离工具主体，以接合和夹持较窄的套管直径。

锥坡角、锥坡长和滑件的深度的关系可配置成允许滑件接合具有不同直径的套管。

锥形体和至少一个滑件可配置成控制至少一个滑件沿着锥形体的锥坡的移位。锥形体和滑件可配置成控制至少一个滑件从工具主体向外的移位，以接合套管的表面。

优选地，夹持机构在安放于井筒中时位于切割机构上方。夹持机构可包括配置成以滑动方式安装于工具主体内的套筒。套筒可配置成使至少一个滑件在第一位置与第二位置之间移动，在所述第一位置中，至少一个滑件未接合套管，在所述第二位置中，至少一个滑件接合套管。

夹持机构可液压启动或气动启动。夹持机构可通过将流体泵入工具中来启动。夹持机构可通过将流体泵入工具中的孔来启动。夹持机构的套筒可配置成响应于作用于套筒或套筒的至少部分上的流体压力而移动。

夹持机构和切割机构可在井下工具上轴向间隔开，以减轻井下工具上的振动效应或颤振。

夹持机构和切割机构可在井下轴向间隔开的距离不到井筒套管的内径的十倍。

夹持机构和切割机构可在井下轴向间隔开的距离不到井筒套管的内径的五倍。

夹持机构和切割机构可在井下轴向间隔开的距离不到井筒套管的内径的两倍。

通过提供紧密贴合的夹持机构和切割机构，可以保留刀的结构完整性，且通过避免因工具的振动造成的损坏而延长刀的使用期限。在刀接合并开始切割套管时，夹持机构与切割机构紧密贴合提供了稳固的结构并防止颤振。这可允许工具在单个行程中执行数个井下切割任务，而不需返回到表面进行刀和/或工具维修。

夹持机构可重置以将套管安放和夹持在井筒内的多个位置。

夹持机构可包括防止夹持机构的意外释放的锁定机构。锁定机构可具有允许夹持机构从套管松开的控制释放件。锁定机构可包括允许夹持机构从套管松开的解锁机构。

切割机构可包括至少一个刀片或刀。

优选地，切割机构包括多个刀。多个刀可沿圆周安置在井下工具的部分周围。

切割机构可包括配置成以滑动方式安装于工具主体内的套筒。套筒可配置成使刀在存放位置与操作位置之间移动，在所述存放位置中，刀是回缩的，且未接合套管，在所述操作位置中，刀是展开的，且接合套管。

切割机构可液压启动或气动启动。切割机构可通过将流体泵入工具中来启动。切割机构可通过将流体泵入工具中的孔来启动。切割机构的套筒可配置成响应于作用于套筒或套筒的至少部分上的流体压力而移动。

流体驱替部件可安置于工具主体的通孔中，且可配置成在驱替部件上游的流体和驱替部件下游的流体中引入压力差。

流体驱替部件可在工具主体中的流动路径中提供限制和/或喷嘴。流体驱替部件可形成文丘里。

井下工具可包括文丘里。井下工具可包括文丘里流动路径。优选地，切割机构包括文丘里流动路径。文丘里流动路径可在工具主体中轴向移动。井下工具可包括文丘里状流动路径。文丘里流动路径可配置成使流体加速流过工具主体和/或切割机构。

流体驱替部件可安置于文丘里流动路径中，且可配置成在驱替部件上游的流体和驱替部件下游的流体中引入压力差。

文丘里流动路径中的流体流动可提供驱动力以启动切割机构。

文丘里流动路径可配置成在流体穿过文丘里流动路径时在井下进一步移动切屑。

井下工具可包括配置成在刀展开和/或切割操作完成时提供流体循环压力的改变的机构。流体驱替部件可配置成在刀展开和/或切割操作完成时提供流体循环压力的改变。压力改变可为压力的增加或下降。

切割机构可包括再循环流动系统，其布置成将由切割操作产生的流体和/或套管切屑引导到远离切割地点的位置。远离切割地点的位置可在井下工具与被切割的套管之间的环形区上进一步下降。

再循环流动路径可包括延伸于工具主体中的通孔与井筒的环形区之间的第一流动路径。再循环流动路径包括延伸于工具主体的通孔与工具主体的下端上的开口、下部液压可操作工具上的开口和/或下部工具管柱组件上的开口之间的第二流动路径。

第一流动路径和第二流动路径可在工具主体中的通道中流体连通。优选地，第一流动路径和第二流动路径配置成使得流过第一流动路径的流体吸引流体穿过第二流动路径。

优选地，流过第一流动路径的流体启动切割机构。切割机构的套筒可配置成响应于流过第一流动路径且作用于套筒或套筒的至少部分上的流体而移动。

由文丘里效应引起的差压引起流体沿着第二通路或流动路径流过过滤器，在所述过滤器中，流体流到第一通路或流动路径中。

井下工具可包括围绕切割机构的旁通流动路径。优选地，旁通流动路径可选择性地打开和/或关闭。

工具可包括为了收集套管切屑而提供的容器。容器可促进将切屑运送回到表面。容器可连接到工具，且可在从井回收工具时回收切屑。

工具可包括用于夹持套管的第一部分的内径的可重置夹持机构，其中所述夹持机构可在井内的同一次行程期间在具有不同内径的套管的第二部分内释放并重置到第一套管。

夹持机构可配置成夹持变化超过2％的套管直径范围。

夹持机构可配置成夹持变化超过5％的套管直径范围。

夹持机构可配置成夹持变化超过10％的套管直径范围。

可设定流体压力阈值上限和下限，以控制夹持机构和/或切割机构的启用。

根据本发明的第二方面，提供一种切割井筒套管的方法，所述方法包括提供

井下工具，包括：

夹持机构，用于夹持井筒套管的部分；和

切割机构，配置成切割所述套管；

其中所述夹持机构配置成夹持一系列套管直径；

使所述井下工具在井筒中下降到第一期望深度；

启动所述夹持机构以夹持所述套管；

启动所述切割机构以切割所述套管；和

从所述井筒取出切割套管部分。

所述方法可包括通过通过将流体泵入井下工具中的孔来启动夹持机构。

所述方法可包括通过将流体泵入井下工具中的孔来启动切割机构，且使切割机构旋转以切割套管。切割机构可通过连接到井下工具的工具管柱的旋转而旋转。

所述方法可包括在切割了套管之后从套管释放夹持机构，且使井下工具在井筒中抬升到第二期望深度。所述方法可包括启动夹持机构以在第二期望深度夹持套管，且将井下工具拉向表面以从井筒取出套管。在第二期望深度处套管的直径可不同于第一期望深度处的套管直径。

如果套管由于套管与井筒之间的水泥或堵塞而保持不可移动，那么所述方法可包括另一切割步骤。所述方法可包括使井下工具在井筒中移动到另一期望深度。所述另一期望深度可比第一期望深度更靠近井筒的表面。所述方法可包括启动夹持机构以在所述另一期望深度处夹持套管，且启动切割机构以切割套管。

所述方法可包括在夹持机构夹持套管以检查套管的移动时将井下工具拉向表面。所述方法可包括在套管的切割期间将井下工具拉向表面。所述方法可包括监控通过井下工具循环的流体压力。所述方法可包括基于通过井下工具循环的受监控流体压力级而停用切割机构。

所述方法可包括监控切割机构旋转所需的力。

所述方法可包括调整所述夹持机构中的锥坡角和/或锥坡长，以调整工具的套管直径夹持范围。

所述方法可包括调整夹持机构中的至少一个滑件的尺寸以调整工具的套管直径夹持范围。

本发明的第二方面的实施例可包含本发明的第一方面或其实施例的一个或多个特征，或反之亦然。

根据本发明的第三方面，提供一种切割井筒套管的方法，所述方法包括提供

井下工具，包括：

夹持机构，用于夹持井筒套管的部分；和

切割机构，配置成切割所述套管；

其中所述夹持机构配置成夹持一系列套管直径；

使所述井下工具在井筒中下降到第一期望深度；

启动所述夹持机构以夹持所述套管；

启动所述切割机构以切割所述套管；

将井下工具移动到第二期望深度，以及

从所述井筒取出切割套管部分。

所述方法可包括启动夹持机构以在第二期望深度处夹持具有不同直径的套管。

本发明的第三方面的实施例可包含本发明的第一或第二方面或其实施例的一个或多个特征，或反之亦然。

根据本发明的第四方面，提供一种操作切割和牵引井下工具的方法，所述方法包括提供包括用于夹持井筒套管的部分的夹持机构的井下工具；和

切割机构，配置成切割所述套管；

其中所述夹持机构配置成夹持一系列套管直径；

使所述井下工具在井筒中下降到第一期望深度；

启动所述夹持机构以夹持所述套管；

启动所述切割机构以切割所述套管，以及

从所述井筒取出切割套管部分。

所述方法可包括通过通过将流体泵入井下工具中的孔来启动夹持机构。

所述方法可包括通过将流体泵入井下工具中的孔来启动夹持机构和/或切割机构

所述方法可包括通过使切割机构旋转以切割套管来启动切割机构。切割机构可通过连接到井下工具的工具管柱的旋转而旋转。

所述方法可包括在切割了套管之后从套管释放夹持机构，且使井下工具在井筒中升高到第二期望深度。所述方法可包括启动夹持机构以在第二期望深度处夹持套管且将井下工具拉向表面以从井筒取出套管。在第二期望深度处套管的直径可不同于第一期望深度处的套管直径。所述方法可包括启动夹持机构以在另一期望深度处夹持具有不同直径的套管。

如果套管由于套管与井筒之间的水泥或堵塞而保持不可移动，那么所述方法可包括另一切割步骤。所述方法可包括使井下工具在井筒中移动到另一期望深度。所述另一期望深度可比第一期望深度更靠近井筒的表面。所述方法可包括启动夹持机构以在所述另一期望深度处夹持套管，且启动切割机构以切割套管。

所述方法可包括在夹持机构夹持套管以检查套管的移动时将井下工具拉向表面。所述方法可包括在套管的切割期间将井下工具拉向表面。所述方法可包括监控通过井下工具循环的流体压力。所述方法可包括基于通过井下工具循环的受监控流体压力级而停用切割机构。

所述方法可包括监控切割机构旋转所需的力。所述方法可包括通过井下工具中的文丘里流动路径来泵送流体。所述方法可包括通过文丘里流动路径和/或再循环流动路径泵送流体以在井下进一步移动切屑。

由文丘里效应引起的差压引起流体沿着第二通路或流动路径流过过滤器，在所述过滤器中，流体流到第一通路或流动路径中。

所述方法可包括调整所述夹持机构中的锥坡角和/或锥坡长，以调整工具的套管直径夹持范围。

所述方法可包括调整夹持机构中的至少一个滑件的尺寸以调整工具的套管直径夹持范围。

本发明的第四方面的实施例可包含本发明的第一、第二或第三方面或其实施例中的任一个的一个或多个特征，或反之亦然。

根据本发明的第五方面，提供一种井下工具，包括：

工具主体；

夹持机构，配置成夹持一系列套管直径；和

切割机构，配置成切割所述套管；

其中所述切割机构包括配置成从切割地点移动切屑的文丘里流动路径。

优选地，文丘里流动路径配置成在流体穿过文丘里流动路径时移动切屑。

优选地，文丘里流动路径配置成在井下进一步移动切屑。

本发明的第五方面的实施例可包含本发明的第一到第四方面或其实施例中的任一个的一个或多个特征，或反之亦然。

根据本发明的第六方面，提供一种井下工具，包括：

工具主体；

夹持机构，配置成夹持一系列套管直径；和

切割机构，配置成切割所述套管；和

围绕所述切割机构的旁通流动路径；

其中切割机构包括：

配置成在井下移动切屑的文丘里流动路径；

其中旁通流动路径和/或文丘里流动路径可选择性地操作。

本发明的第六方面的实施例可包含本发明的第一到第五方面或其实施例中的任一个的一个或多个特征，或反之亦然。

根据本发明的第七方面，提供一种井下工具，包括：

工具主体；

夹持机构，配置成夹持一系列套管直径；和

切割机构，配置成切割所述套管；和

围绕所述切割机构的旁通流动路径；

其中切割机构包括：

配置成与切割机构流体连通的第一流动路径；

其中旁通流动路径和/或第一流动路径可选择性地操作。

优选地，井下工具经配置使得流过第一流动路径的流体启动切割机构。

旁通流动路径和/或第一流动路径可选择性地打开和/或关闭。优选地，旁通流动路径在第一流动路径关闭时打开。优选地，第一流动路径在旁通流动路径关闭时打开。

本发明的第七方面的实施例可包含本发明的第一到第六方面或其实施例中的任一个的一个或多个特征，或反之亦然。

根据本发明的第八方面，提供一种井下工具，包括：

工具主体；

夹持机构，配置成夹持一系列套管直径；和

切割机构，配置成切割所述套管；和

围绕所述切割机构的旁通流动路径；

其中切割机构包括：

包括文丘里流动路径的第一流动路径；

其中旁通流动路径和/或第一流动路径可选择性地操作。

优选地，第一流动路径配置成产生文丘里效应以在井下移动切屑。

旁通流动路径和/或第一流动路径可选择性地打开和/或关闭。

本发明的第八方面的实施例可包含本发明的第一到第七方面或其实施例中的任一个的一个或多个特征，或反之亦然。

根据本发明的第九方面，提供一种切割井筒套管的部分的方法，所述方法包括提供

井下工具，包括：

工具主体；

夹持机构，配置成夹持一系列套管直径；和

切割机构，配置成切割所述套管；

其中切割机构包括文丘里流动路径；

使所述井下工具在井筒中下降到第一期望深度；

启动所述夹持机构以夹持所述套管；

启动所述切割机构以切割所述套管；

通过文丘里流动路径泵送流体以从切割地点移动切屑；和

从所述井筒取出切割套管部分。

本发明的第九方面的实施例可包含本发明的第一到第八方面或其实施例中的任一个的一个或多个特征，或反之亦然。

根据本发明的第十方面，提供一种切割井筒套管的方法，所述方法包括提供

包括井下工具的工具管柱，所述井下工具包括：

夹持机构，配置成夹持一系列套管直径；

切割机构，配置成切割所述套管；和

围绕所述切割机构的旁通流动路径；

使所述工具管柱在井筒中下降到第一期望深度；

启动所述夹持机构以夹持所述套管；

通过旁通流动路径泵送流体；

启动所述切割机构以切割所述套管；和

从所述井筒取出切割套管部分。

本发明的第十方面的实施例可包含本发明的第一到第九方面或其实施例中的任一个的一个或多个特征，或反之亦然。

根据本发明的第十一方面，提供一种切割井筒套管的方法，所述方法包括提供

工具管柱，包括井下工具和至少一个可液压启动的工具，

井下工具，包括：

夹持机构，配置成夹持一系列套管直径；

切割机构，配置成切割所述套管；和

围绕所述切割机构的旁通流动路径；

与所述切割机构流体连通的第一流动路径；

使所述工具管柱在井筒中下降到第一期望深度；

启动所述夹持机构以夹持所述套管；

通过所述旁通流动路径泵送流体以启动所述至少一个可液压启动的工具；

关闭所述旁通流动路径，且打开所述第一流动路径

启动所述切割机构以切割所述套管；和

从所述井筒取出切割套管部分。

通过旁通流动路径泵送流体，流体可流过井下工具以启动至少一个可液压启动的工具。

至少一个可液压启动的工具可选自钻头、轧机、封隔器、桥塞、液压切断器、斜向器、液压坐封工具或射孔枪。

所述方法可包括放下一个球以关闭所述旁通流动路径，且打开所述第一流动路径。

本发明的第十一方面的实施例可包含本发明的第一到第十方面或其实施例中的任一个的一个或多个特征，或反之亦然。

附图说明

现将仅借助于实例并参考图式描述本发明的各种实施例，其中：

图1a是根据本发明的实施例的井下工具在部署状态下的纵向视图；

图1b到1d是图1a的井下工具的部分a'a、b到b'和c到c'的放大截面图；

图2a是显示在操作状态下的图1a的井下工具的纵向剖面；

图2b是图2a的井下工具的部分的放大视图，其示出流体流过工具的路径；

图3是附接到图1a的井下工具的切屑收集装置的示意图；

图4a是根据本发明的另一实施例的连接到工具管柱的井下工具在部署状态下的纵向视图；

图4b是显示切换到操作状态的图4a的井下工具的纵向剖面；和

图4c是显示在切割状态下的图4a的井下工具的纵向剖面。

具体实施方式

工具被用于具有井管内衬的井孔。应了解，这个用途仅仅是一个例子，所述工具可被用于其它应用以夹持和切割管状结构。

图1a和2a是根据本发明的第一实施例的井下工具在不同操作阶段下的截面图。

图1a是井下工具10的纵向剖面。井下工具10具有细长主体12，所述细长主体具有第一端14和第二端16。第一端14是为了先插入井筒而设计的。第二端16配置成连接到工具管柱。工具主体12包括用以将工具固定在井筒套管内的夹持机构20以及配置成切割套管的切割机构30。

夹持机构20包括锥形体22，所述锥形体沿圆周安置在井下工具10的部分周围。图1b示出图1a的线a-a'的截面。多个滑件24配置成沿着锥形体22的表面移动。滑件24在其外表面上具有带槽或磨蚀表面24a以接合并夹持套管。

滑件24配置成在图1a中所示的锥形体22上的第一位置(在所述第一位置中，滑件24远离套管的表面)与图2a中所示的第二位置(在所述第二位置中，滑件24接合套管的表面)之间移动。锥形体22的坡角和坡长可配置成使得滑件能够接合一系列套管直径。

滑件24连接到套筒40。套筒40可移动地安装于主体12上，且如图1a中所示，通过弹簧42偏置在第一位置。在此实例中，弹簧是波形弹簧。然而，应了解，任何弹簧、可压缩部件或弹性部件均可用于在第一位置中偏置套筒。

井下工具包括孔25，流体配置成通过所述孔进行抽汲。套筒40的肩部44通过通路/流动路径26与主工具孔25流体连通。套筒40配置成当通过通路/流动路径26将流体泵入孔25中且对套筒40的肩部44施加流体压力时，从图1a中所示的第一套筒位置移动到图2a中所示的第二流体位置。

施加到工具上的流体压力级可设定有阈值上限和阈值下限，使得弹簧42的弹簧力可以胜过阈值下限。阈值上限可以是克服弹簧42的弹簧力所需要的最小压力。

夹持机构配置成将包含切割机构的井下工具固定在井筒中，且防止在套管的切割期间工具发生颤振或振动。工具和/或切割机构的振动或颤振可能会损坏工具、切割机构和/或刀。

夹持机构与切割机构之间的轴向距离不到井筒套管的内径的十倍。夹持机构和切割机构的紧密贴合减轻了切割操作的振动效应。在其它实施例中，夹持机构和切割机构在井下轴向间隔开的距离可介于井筒套管的内径的两倍和二十倍之间。

井下主体12上的轴承45连接夹持机构20与切割机构30。夹持机构20可旋转地安装于主体上，且配置成将工具固定在井筒套管上。套筒40、锥形体22和滑件24之间的滑环(未图示)允许夹持机构20保持静止并夹持套管，而通过旋转工具管柱使切割机构30旋转以切割套管。

图1d示出图1a的线c-c'的截面图。如图1a、1d和2a中所示，切割机构30包括多个刀32，所述刀配置成接合套管18以切割套管。刀32安装于枢轴34上，且配置成在图1a中所示的存放位置与图2a中所示的操作位置之间移动，在存放位置中，刀是回缩的，而在操作位置中，刀是展开的。

环形套筒50以滑动方式安装于孔25中。套筒50配置成在图1a中所示的第一位置与图2a中所示的第二位置之间轴向移动。尽管套筒50被显示为移动到图2a中的第二位置，但也可以选择中间位置。套筒50包括肩部52，所述肩部配置成与连接到切割刀32的枢轴臂36接合。套筒50的肩部52配置成使刀32在图1a中所示的刀存放位置与图2a中所示的操作位置之间可枢转地移动。

尽管上文实例描述了切割刀的启动情况。然而，显而易见，可以使用替代机构，包含弹簧、杠杆、凸轮、曲柄、螺钉、齿轮、活塞和/或滑轮。齿轮可包含直齿轮、齿条和小齿轮、锥齿轮和/或蜗轮。

图1c示出图1a的线b-b'的截面图。图1a和1c示出流体驱替部件60安置于孔25中且配置成在驱替部件上游的流体和在驱替部件60下游的流体中引入压力差。

环形套筒50可移动地安装于工具中，且通过位于套筒的一端50b与弹簧座支架51之间的弹簧54偏置在第一位置。在此实例中，弹簧是盘簧。然而，应了解，可以使用任何弹簧、可压缩部件或弹性部件。

孔25通过图2b中由箭头“a”表示的第一流动路径与环形空间72流体连通。形成于套筒50与驱替部件60之间的喷嘴74是第一流动路径的入口。第一流动路径穿过位于套筒50与驱替部件60之间的通道78、套筒50中的端口79，并穿过主体12中的出口80且进入环形空间72中。流体驱替部件60用以将流体引导到通道78中。

套筒50配置成在对环形套筒50的肩部56施加流体压力时，从图1a中所示的第一套筒位置移动到图2a中所示的第二套筒位置。

在图1a中，环形套筒50处于第一位置，所述第一位置是环形套筒50从流体驱替部件60伸出的最外位置。在对肩部56施加的流体压力足以克服弹簧54的弹簧力时，套筒50朝向工具的第一端14移动。流体驱替部件60保持静止。

施加到工具上的流体压力级可设定有阈值上限和阈值下限，使得弹簧54的弹簧力可以胜过阈值下限。阈值上限可以是克服弹簧54的弹簧力所需要的最小压力。

在图2a和2b中，环形套筒位于第二位置，其中通过移动套筒50而减小喷嘴74的流动面积。流动面积的减小使喷嘴74上的流体压力增加。测量和/或监控喷嘴74上的流体压力可提供移动环形套筒50和将刀移动到图2a中所示的切割操作位置的指示。当刀移动到切割操作位置时，压力可增加或下降。

图2b示出井下工具包括由箭头“b”表示的第二流动路径。第二流动路径的流体入口是位于主体的第一端14上的端口84。

第二通路/流动路径穿过环形套筒50中的通道86并且进入位于套筒80与驱替部件70之间的通道78。在通道78中，来自第二流动路径的流体与穿过第一流动路径的流体汇合。流体通过套筒50中的端口79离开工具主体，并进入环形空间72中，且穿过主体12中的出口80并且进入环形空间72中。

第二通路/流动路径包括滤网88，其防止套管切屑和固体通过第二流动路径进入井下工具。

第一流动路径和第二流动路径在位于套筒50与驱替部件60之间的通道78中流体连通。沿着第一流动路径流过通道78的流体在图2b中用箭头“b”表示的第二流动路径中产生文丘里效应，并吸引流体穿过第二流动路径。

通过第一流动路径的流体流动使得流体流入环形空间72中。由于流过第一流动路径的流体会在第二流动路径中产生文丘里效应，并从井筒通过入口84诱导第二流动路径中的流体流动，从而产生流体的局部再循环。流体的再循环引导在切割操作期间夹带有切屑95的流体从出口80流出，并将流体和切屑进一步移动到工具的第一端14处。这个动作允许将切屑从切割地点移到井下。

设定出口80的尺寸使得其大于套筒50上的端口79。这是为了确保在套筒在图1a和2中所示的第一和第二位置之间移动时，能够维持端口79和出口80中的流体流动。这提供了可轴向移动的文丘里流动路径，所述流动路径随着套筒50的轴向位置的移动而移动。

可移动文丘里流动路径可提供额外的驱动力，以帮助套筒的移动来展开刀。

可移动文丘里流动路径可提供驱动力来驱动切割机构，并诱导流体在工具周围的局部再循环，以确保套管切屑从切割地点被清除。

工具可任选地包括图3中所示的切屑收集装置110。端部14的外圆角14a可以通过螺纹114去除，且用图3中所示的切屑收集装置替换。切屑收集装置具有裙部120，其通常呈圆周状布置在所述装置周围且由配置成接触套管内表面的柔性材料制成。切屑收集装置具有数个流体入口端口122，以便于流体和套管切屑进入。通过提供收集装置，避免了切屑对工具的损坏或由切屑造成的堵塞。

切屑的收集提供证据表明，在套管取出过程不成功的情况下，切割操作作为鉴别诊断的一部分进行。

设备的操作现将参考图1a、2a和2b描述。在图1a中，切割和牵引井下工具10显示为处于部署阶段，其中夹持机构20处于第一位置，且切割机构30处于回缩存放位置。处于部署阶段的工具10在井下下降到要切割套管的期望位置。

一旦工具处于井筒中的期望位置，就在工作管柱内施加流体压力。流体行进通过孔25和通路/流动路径26，且流体压力作用于夹持机构20中的套筒40的肩部44。在流体压力克服弹簧42的弹簧力时，套筒沿着工具主体12的纵向轴移动到图2a中所示的第二位置。沿着锥形体22的锥坡21推动接触套筒40的端40b的滑件24。归因于锥形体22的锥坡21的坡长和坡角，滑件向外延伸并接合套管18的表面。锥坡的坡角、锥坡的坡长和滑件的深度可配置成允许滑件接合和夹持具有不同内径的套管。

滑件提供摩擦力以在工具切割套管时维持工具在套管内的位置。锥坡21的坡长和坡角允许滑件逐渐延伸。锥坡21的坡长和坡角以及滑件的深度允许滑件接合和夹持多种多样的套管直径。

通过锁紧夹持机构20来维持工具的轴向位置。为了在夹持位置中锁紧夹持机构，对工具施加向上的力，如图1a中的箭头x所示。张力或拉力使滑件在工具的锥形体22的表面与井筒的套管18之间被楔入或锁定。此时，即使孔25中的流体压力减小或停止，工具也将保持在这个位置。对工具施加的向上的力也可对轴承45施加压力，且可在切割操作期间促进切割机构上的旋转。

如果夹持机构20未被锁紧，那么在流体泵停止时，夹持机构会恢复到其在图1a中所示的第一位置。没有流体压力会导致弹簧42的弹簧力将套筒40移动到图1a中所示的第一位置。接触套筒40的端40b的滑件24会沿着锥形体22的锥坡21被拉走，并远离套管18的表面。

泵入孔25中的流体也与切割机构的套筒50的肩部56相作用。在流体压力足以克服弹簧54的弹簧力时，套筒50移向井下工具的端14。套筒50朝向工具的第一端14的轴向移动使得套筒50的肩部52与枢轴臂36相作用以将刀32从回缩存放位置旋转到展开操作位置。

在切割操作期间维持对孔25的流体压力供应。连接到井下工具的工具管柱旋转使切割刀旋转以切割套管。

在切割操作期间，夹持机构相对于切割机构基本上保持静止。轴承45允许切割机构旋转，而夹持机构20安全地将工具固定在井筒套管内。

流体从孔25流过喷嘴74并流过第一流动路径进入环形空间。通过流过第一通路/流动路径进入环形空间的流体的局部再循环流动，在切割操作期间生成的切屑被进一步带到井下的切割机构与套管之间的环形空间。流体通过第一和第二流动路径再循环流过工具。通过第一流动路径的流动根据文丘里效应诱导通过第二流动路径的流动。

切屑95夹带在流动的流体中，且在井下进一步分流到环形空间中。井筒流体通过第一端部14中的端口84被吸入到第二流动路径，且向上流过工具，如图2b中的箭头“b”所示。滤网88用以过滤例如套管切屑或固体等固体颗粒。任选地，工具可具有收集器装置110，用于收集从井筒收集和移出的切屑或固体。

在第二流动路径中流动的流体进入第一流动路径。在此配置中，第一和第二流动路径的布置允许流体再循环。

套管切屑的收集方式允许将所述套管切屑从井筒移出，并避免对井筒设备造成堵塞或损坏。

在切割机构完成切割套管时，切割机构被停用。停止工具管柱的旋转以停止切割机构的旋转。任选地，流体泵被停用。套筒50的肩部56上没有流体压力，使得弹簧54的弹簧力作用于套筒上，从而使套筒移动到图1a中所示的第一位置。套筒50在通常向上的方向上移动。套筒上的肩部36允许枢轴臂将刀32枢转到回缩存放位置。

在切割套管之后，可将切割套管部分从井筒中取出。难点在于不知道切割操作何时完成。有数个指示符表明套管已被切割。在喷嘴74测量的压力增加指示套筒50已被移动，且刀32已成功地展开到一个展开操作位置。

另一指示符是切割机构旋转所需的力的改变。这表明套管已被切割，且对刀的阻力也减小了。确定套管是否已被切割的另一种方法是在工具仍夹持套管的情况下对工具施加向上的力。如果套管有移动，那么切割就成功了。

可以利用位于套管的切割部分的井下工具抬起切割套管部分。因为工具的夹持机构维持对套管的夹持，所以井下工具的回缩会将切割套管部分从井筒中抬起。然而，最好在试图从井筒中抬起和取出套管之前，将工具重新放置到更靠近井筒表面的较高位置。

为了将井下工具重新放置到井筒中的不同轴向位置，流体泵关闭，且流体不再通过井下工具的孔25泵出。套筒40的肩部44上没有流体压力，使得弹簧42的弹簧力作用于套筒40上，从而使套筒移动到图1a中所示的第一位置。然而，弹簧42的弹簧力可能不足以移动滑件24，所述滑件位于锁定在套管和锥形体22的压缩力之间的锁紧位置。

为了解锁和释放滑件24，在图1a中示出为“y”的方向上施加向下的力，这个力在瞬间使锥形体22远离滑件24，足以允许弹簧42的弹簧力沿着锥形体的锥坡21将滑件24拉走，远离套管并拉到图1a中所示的第一位置。

井下工具可以重新放置到新位置，且夹持机构可以夹持套管，如上文所描述。新轴向位置的套管直径有可能不同于执行切割操作的套管直径。在套管直径较宽的状况下，滑件24将进一步沿着锥形体22的锥坡21行进，使得滑件从工具主体进一步延伸，以接合和夹持较宽的套管直径。在套管直径较窄的状况下，滑件24将沿着锥形体22的锥坡21行进较短的距离，使得滑件不会延伸到远离工具主体，以接合和夹持较窄的套管直径。因此，所述工具是灵活的，且可用于一系列套管直径。

一旦井下工具安全地夹持套管，就可以收回所述工具，从而将切割套管部分抬升到井筒之外。

图1a到3描述的工具是位于工具管柱上的末端工具。然而，工具可在工具管柱上位于另一工具上方。

图4a、4b和4c是根据本发明的实施例的井下工具在连接到工具管柱时在不同操作阶段下的纵向截面图。

工具200类似于图1a到3中描述的工具10，且将从工具10的以上描述中理解。然而，图4a、4b和4c中描述的工具200设计成连接到工具管柱，其中至少一个液压可操作工具连接到所述工具管柱。

图4a是井下工具200的纵向剖面。夹持机构未被示出，因为其特征和操作与工具10相同，且将从图1a到3的以上描述中理解。井下工具200具有细长主体212，所述细长主体具有第一端214和第二端(未图示)。第一端214是为了先插入井筒中而设计的，且配置成连接到下部工具管柱。下部工具管柱可包括连接到所述工具管柱的至少一个液压可操作工具。工具主体212包括配置成切割套管的切割机构230。

图4a所示的工具处于循环模式，其中流体流过所述工具中的循环流动路径。

环形套筒250以滑动方式安装于孔225中。套筒250配置成在图4a中所示的第一位置与图4c中所示的第二位置之间轴向移动。可以选择中间位置，如图4b中所示。套筒250包括肩部252，所述肩部配置成与连接到切割刀232的枢轴臂236接合。套筒250的肩部252配置成使刀232在图4a中所示的刀存放位置与图4c中所示的刀展开位置之间可枢转地移动。

环形端口关闭套筒255以滑动方式安装于孔225中。端口关闭套筒255配置成在图4a中所示的第一位置与图4b中所示的第二位置之间轴向移动。环形端口关闭套筒255配置成接合套筒环形套筒250，使得在第一位置中，套筒250上的端口250a打开，且在第二位置中，端口250a关闭。

环形套筒250包括旁通通道262。旁通通道262通过端口250a与孔225流体连通。环形套筒250可移动地安装于工具中，且通过弹簧254偏置在第一位置。

环形端口关闭套筒255通过剪力钉264相对于主体212固定在第一位置。环形套筒250通过剪力钉264a相对于主体212固定在第一位置。流过上部工具管柱的流体流过循环流动路径。流体从孔225通过端口250a流入旁通通道262。流体继续通过通道286进入下部工具管柱孔(未图示)。

图4b示出切换到切割操作模式的工具。在这个工具模式中，环形端口关闭套筒255移动到第二位置，在所述第二位置中，所述环形端口关闭套筒封闭套筒250上的端口250a，从而关闭循环流动路径。端口关闭套筒255上的端口255a打开，从而允许流体流过图4b中表示为“a”的第一流动路径。然而，在图4b中，没有足够的流体流过第一流动路径来操作切割机构。

流体驱替部件260安置于孔225中，且配置成在驱替部件上游的流体和驱替部件260下游的流体中引入压力差。

在工具切换到切割操作模式时，孔225通过图4b中的箭头“a”所表示的第一流动路径与环形空间272流体连通。第一流动路径包括端口255a、位于套筒250与驱替部件260之间的通道278、套筒250中的端口279、主体212中的出口280，并且进入环形空间272。流体驱替部件260用以将流体引导到通道278中。

图4c示出在切割操作期间的工具。流体流过第一流动路径以启动切割机构。

套筒250配置成在对套筒255的肩部255b施加流体压力时，从图4b中所示的刀回缩位置移动到图4c中所示的刀展开位置。在对肩部255b施加的流体压力足以克服弹簧254的弹簧力时，套筒250朝向工具的第一端214移动。流体驱替部件260保持静止。

在图4c中，环形套筒250位于刀展开位置，在所述刀展开位置中，通过朝向端214移动套筒250来减小喷嘴274的流动面积。流动面积的减小使喷嘴274上的流体压力增加。测量和/或监控喷嘴274上的流体压力可提供移动环形套筒250和将刀移动到图2a中所示的切割操作位置的指示。

图4c示出工具200包括由箭头“b”表示的第二流动路径。第二流动路径的流体入口是位于下部工具管柱上的端口(未图示)或位于下部工具管柱上的工具。

第二通路/流动路径穿过环形套筒250中的通道286并且进入位于套筒250与驱替部件270之间的通道278。在通道278中，来自第二流动路径的流体与穿过第一流动路径的流体汇合。流体通过套筒250中的端口279离开工具主体，并进入环形空间272中，且穿过主体212中的出口280并且进入环形空间272中。

任选地，第二流动路径可包括滤网，其防止套管切屑和固体通过第二流动路径进入井下工具。

设定出口280的尺寸使得其大于套筒250上的端口279。这是为了确保在套筒在图4a和4c中所示的第一和第二位置之间移动时，能够维持端口279和出口280中的流体流动。这提供了可轴向移动的文丘里流动路径，所述流动路径随着套筒250的轴向位置的移动而移动。

切割设备的操作现将参考图4a、4b和4c进行描述。在图4a中，切割和牵引井下工具200示出为处于运行阶段的工具，其中切割机构230处于回缩存放位置。处于运行阶段的工具200在井下下降到要切割套管的期望位置。

一旦工具处于期望位置，就启动夹持机构以夹持套管直径，如关于图1a到3所述。

泵入孔225中的流体进入切割机构的在图4a中表示为箭头“c”的循环流动路径。循环流动路径由套筒250上的端口250a和旁通通道262组成，所述旁通通道与下部工具管柱通孔流体连通。流体在工具管柱的通孔中流动，且可用于启动至少一个下游液压工具。通过循环流动路径的流体流动不会启动刀，且刀保持处于回缩位置，如图4a中所示。

通过证明略过工具中的切割机构的启动的循环流动路径，可以允许通过工具泵送高流体流速。所述工具也可以允许将扭矩传递给例如钻头或轧机等下游工具，而无需启动切割机构。

为了将工具切换到图4b中所示的切割操作位置，球290被落在工具管柱的孔中，并且被流过孔225的流体带走，直到这个球被端口关闭套筒的肩部255b截留为止。流体压力作用于球剪力钉264、264a上，且将端口关闭套筒255和套筒250移动到第二位置，在所述第二位置中，套筒250上的端口250a关闭，且端口关闭套筒255上的端口255a打开。这样关闭循环路径“c”且打开图4b中由箭头“a”表示的第一流动路径。

第一流动路径从孔225穿过端口255b，穿过位于套筒250与驱替部件260之间的通道278，穿过套筒250中的端口279，且穿过主体212中的出口280，并且进入环形空间272。图4c示出了在工具处于切割操作位置时切割机构的启动。流体被泵入工具管柱中，且流过第一流动路径以启动切割机构。

在切割操作期间，夹持机构相对于切割机构基本上保持静止。

泵入孔225中的流体也与端口关闭套筒255的肩部255a相作用。在流体压力足以克服弹簧254的弹簧力时，端口关闭套筒255和套筒250移向井下工具的端214。套筒250朝向工具的第一端214的轴向移动使得套筒250的肩部252与枢轴臂236相作用以将刀232从回缩存放位置旋转到展开操作位置。

图4c示出工具200包括由箭头“b”表示的第二流动路径。第二流动路径的流体入口是位于下部工具管柱上的端口(未图示)或位于下部工具管柱上的工具。

第二流动路径从下部工具管柱(未图示)的孔通过通道262通到环形套筒250中的通道286，并且进入位于套筒250与驱替部件260之间的通道278。在通道278中，来自第二流动路径的流体与穿过第一流动路径的流体汇合。流体通过套筒250中的端口279离开工具主体，并进入环形空间272中，且穿过主体212中的出口280，并且进入环形空间272中。

第一流动路径和第二流动路径在位于套筒250与驱替部件260之间的通道278中流体连通。沿着第一流动路径流过通道278的流体在图4c中用箭头“b”表示的第二流动路径中产生文丘里效应，并吸引流体向上穿过下部工具管柱以及穿过第二流动路径。

通过第一流动路径的流体流动使得流体流入环形空间272中。由于流过第一流动路径的流体会在第二流动路径中产生文丘里效应，并从下部工具管柱(未图示)的孔诱导第二流动路径中的流体流动，从而产生流体的局部再循环。

下部工具管柱和/或连接到下部工具管柱的工具的孔可具有与环形空间流体连通的端口。流体的再循环引导在切割操作期间夹带有切屑的流体从出口280流出，并在井下将流体和切屑进一步移动到下部工具管柱和/或工具上的端口处。这个动作允许将切屑从切割地点进一步移到井下。

可轴向移动的文丘里流动路径提供驱动力来驱动切割机构，并诱导流体在工具周围的局部再循环，以确保套管切屑从切割地点被清除。

在第二流动路径中流动的流体进入第一流动路径。在此配置中，第一和第二流动路径的布置允许流体再循环。

在切割机构完成切割套管时，切割机构被停用。停止工具管柱的旋转以停止切割机构的旋转。任选地，流体泵被停用。套筒255的肩部255a上没有流体压力，使得弹簧254的弹簧力作用于套筒250上，从而使套筒250移动到图4b中所示的位置。套筒的移动使肩部252a移动，以接合枢轴臂236，从而将刀旋转到回缩位置。

在切割套管之后，可将切割套管部分从井筒中取出。难点在于不知道切割操作何时完成。有数个指示符表明套管已被切割。在喷嘴274测量的压力改变指示套筒250已被移动，且刀322已成功地展开到一个展开操作位置。

另一指示符是切割机构旋转所需的力的改变。这表明套管已被切割，且对刀的阻力也减小了。确定套管是否已被切割的另一种方法是在工具仍夹持套管的情况下对工具施加向上的力。如果套管有移动，那么切割就成功了。

在整个本说明书中，除非上下文另有要求，否则术语‘包括(comprise)’或‘包含(include)’或例如‘包括(comprises)’或‘包括(comprising)’、‘包含(includes)’或‘包含(including)’等变化形式将理解为暗示包含一个陈述的整数或者整数组，但不排除任何其它整数或者整数组。此外，例如“下部”、“上部”、“上方”、“下方”、“向上”、“向下”等相对术语在本文中用以指示它们适用于附图的方向和位置，且不应被理解为将本发明和其特征限制于特定的布置或定向。同样，术语“入口”应被理解为开口，取决于流体的移动方向，所述开口也可以充当“出口”，且反之亦然。

本发明提供用于切割井筒套管的井下工具。工具包括用于夹持井筒套管的部分的夹持机构和配置成切割套管的切割机构。夹持机构配置成夹持多个套管直径。

本发明避免或至少减轻现有技术井下工具的缺点，且提供适合于切割和取出井下套管的稳定、可靠且紧凑的井下工具。本发明使得工具能够在单个井下行程切割和夹持多种套管直径。所得井下工具提高了产率和效率，且一旦部署在井下就能够可靠地执行多个夹持和切割动作。

井下工具的另一益处是它可以在具有至少一个其它液压可操作工具的工具管柱上使用。这可允许在单个行程中执行多个井下任务，例如先执行钻孔操作，接着夹持和切割套管。

已出于说明和描述的目的呈现本发明的前文描述，且其不意图为穷尽性的或将本发明限于所公开的精确形式。所述实施例经选择和描述以便最佳地解释本发明的原理和其实际应用，由此使得所属领域的其它技术人员能够在各种实施例中并且以适于所预期的特定用途的各种修改最佳地利用本发明。因此，在不偏离本文中既定的本发明的范围的情况下，可以进一步修改或改进。