套管下放工具及方法
【专利摘要】本发明提供了一种套管下放工具及方法，套管下放工具包括通过循环流体转动的叶轮机构，及与叶轮机构相连接的带切削刃的套管鞋，叶轮机构包括叶轮和位于叶轮侧向的进液孔，进液孔与叶轮相连通，在下套管时，将上接头与套管相连接后，下放套管和套管下放工具，当套管下放遇阻时，向套管下放工具循环流体，流体由进液孔进入叶轮套的内腔后从侧向冲击叶轮的叶轮片，并推动叶轮旋转，进而带动套管鞋旋转，直至解阻为止。本发明的套管下放工具可有效解决井眼砂桥及缩颈造成的套管下放困难问题，且流体能量利用率高，结构简单，操作简易，成本低。
【专利说明】
套管下放工具及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及石油天然气钻井领域，尤其是一种将套管下入复杂井眼内、能有效解决由于井眼砂桥及缩颈问题造成套管下放困难的套管下放工具及方法。
【背景技术】
[0002]复杂井眼的缩颈及砂桥问题严重影响了套管的下放，常规通井后仍存在套管下放不到位的问题，井队常常需要起出套管，再重新通井，重新下放套管，这样一方面大大增加了作业风险和成本，另一方面从理论来说，套管是不允许反复上卸扣的。
[0003]尽管现有的套管下放工具，可以在一定程度上解决管柱下放时遇到的砂桥问题，但其仍存在效率低、不具备扩眼功能、无法解决缩颈等问题。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种套管下放工具及方法，以解决现有技术存在的无法有效解决因井眼砂桥及缩颈问题造成套管下放困难的缺陷。
[0005]为解决上述问题，本发明提出一种套管下放工具，所述套管下放工具包括通过循环流体转动的叶轮机构，以及与所述叶轮机构相连接的带切削刃的套管鞋，所述叶轮机构包括叶轮和位于所述叶轮侧向的进液孔，所述进液孔与所述叶轮相连通。
[0006]如上所述的套管下放工具，其中，所述套管下放工具还包括与所述叶轮机构相连接的上接头，所述叶轮机构还包括与所述上接头相连接的外套、以及套设于所述外套内的叶轮套，所述叶轮设于所述叶轮套内，所述叶轮与所述套管鞋相连接，所述叶轮套与所述外套之间形成第一流体通道，所述进液孔贯穿所述叶轮套的侧壁且与所述第一流体通道相连通，所述第一流体通道与所述上接头的中心孔相连通。
[0007]如上所述的套管下放工具，其中，所述进液孔的设置方向与所述叶轮套在所述进液孔处的径向直线的夹角大于O度，且小于90度。
[0008]如上所述的套管下放工具，其中，所述叶轮套的外壁与所述外套的内壁之间形成月牙形的所述第一流体通道。
[0009]如上所述的套管下放工具，其中，所述叶轮机构还包括位于所述上接头与所述叶轮套之间的分水短节，所述分水短节将所述叶轮套的内腔的上端封闭，所述分水短节与所述外套之间形成第二流体通道，所述第二流体通道与所述第一流体通道、所述第二流体通道与所述上接头的中心孔相连通。
[0010]如上所述的套管下放工具，其中，所述分水短节的外壁与所述外套的内壁之间形成月牙形的所述第二流体通道。
[0011]如上所述的套管下放工具，其中，所述叶轮与所述套管鞋之间连接有连接短节，所述连接短节的中心孔与所述叶轮的中心孔相连通，所述连接短节外套设有扶正轴承，所述扶正轴承与所述外套之间套设有固定套，所述固定套将所述扶正轴承固定在所述连接短节外部。
[0012]如上所述的套管下放工具，其中，所述连接短节通过伸出所述外套外部的过渡短节与所述套管鞋相连接，所述过渡短节的中心孔与所述连接短节的中心孔相连通。
[0013]如上所述的套管下放工具，其中，所述套管鞋具有切削半径，所述套管鞋的切削半径大于所述外套的半径。
[0014]本发明还提供一种用于如上所述的套管下放工具的套管下放方法，包括:在所述叶轮机构的上方连接套管后，下放所述套管和所述套管下放工具；当所述套管下放遇阻时，向所述套管下放工具循环流体，流体由所述进液孔侧向冲击所述叶轮的叶轮片，并推动所述叶轮旋转，进而带动所述套管鞋旋转，直至解阻为止。
[0015]本发明的套管下放工具及方法的特点和优点是:
[0016]1、在套管下放遇阻时，采用本发明的套管下放工具循环流体，叶轮机构将流体的动能转换为机械能，并带动带有切削刃的套管鞋相对于套管转动，无需起出套管通井，即可有效解决井眼砂桥及缩颈造成的套管下放困难问题；由于进液孔位于叶轮的侧向，流体由进液孔进入后直接冲击叶轮片推动叶轮转动，可有效提高流体能量的利用率；由于该套管鞋具备扩眼功能，可有效解决缩颈问题。
[0017]2、本发明的套管下放工具结构简单，工作效率高，操作方便，成本低。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中:
[0019]图1是本发明的套管下放工具的剖视图；
[0020]图2是图1中A-A剖切线处的剖面示意图。
[0021]主要元件标号说明:
[0022]I 外套
[0023]11叶轮套 111第一流体通道112进液孔
[0024]12叶轮121排液孔
[0025]13分水短节131第二流体通道
[0026]2套管鞋 3上接头4连接短节
[0027]5扶正轴承 6固定套7过渡短节
[0028]L径向直线
【具体实施方式】
[0029]为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照【专利附图】
【附图说明】本发明的【具体实施方式】。
[0030]如图1所示，本发明提供一种套管下放工具，包括通过循环流体转动的叶轮机构，以及与叶轮机构相连接的带切削刃的套管鞋2，套管鞋2在叶轮机构的带动下转动，其中，该叶轮机构包括叶轮12和位于叶轮12侧向的进液孔112，进液孔112与叶轮12相连通，即进液孔112位于叶轮12的外侧，且进液孔112与叶轮12上相邻两个叶轮片之间的空间相连通，在循环流体时，流体由位于叶轮12侧向的进液孔112进入后侧向冲击叶轮12上的叶轮片，推动叶轮12旋转，并进一步带动与叶轮机构相连接的套管鞋2旋转，套管鞋2上切削刃的旋转可消除井眼砂桥及缩颈，解决由井眼砂桥及缩颈造成的套管下放困难问题，由于流体沿侧向进入后直接冲击叶轮片，可大大提高流体能量的利用率。其中的叶轮12可为一个，也可沿叶轮12的轴向并排设置多个，每个叶轮12上的叶轮片例如为5个，或根据需要设置更多级叶片。
[0031]如图1、图2所示,在一个具体实施例中，套管下放工具还包括与叶轮机构相连接且位于叶轮机构上方的上接头3，叶轮机构还包括与上接头3相连接的外套1、以及套设于外套I内的叶轮套11，叶轮12设于叶轮套11内，即外套1、叶轮套11、叶轮12均具有中空且两端开放的内腔，外套1、叶轮套11和叶轮12由外至内依次套设且同轴心，外套I连接在上接头3的下方，叶轮12与套管鞋2相连接，叶轮套11与外套I之间形成第一流体通道111，进液孔112贯穿叶轮套11的侧壁且与第一流体通道111相连通，即进液孔112位于外套I与叶轮12之间的环形空间内，并设置在叶轮套11的侧壁上，第一流体通道111与上接头3的中心孔相连通，另外，叶轮套11内腔的上端及叶轮12内腔的上端与上接头3的中心孔不连通，以避免流体由上端进入叶轮套11的内腔及叶轮12的内腔中。在循环流体时，流体由上接头3的中心孔依次流入第一流体通道111、进液孔112后从侧向进入叶轮套11内并推动叶轮12旋转。其中，外套I与上接头3通过螺纹连接，上接头3的外径例如为178mm，上接头3的上端具有内螺纹，可通过7”LTC(长圆扣)螺纹与上层套管相连接。
[0032]如图2所示，在一个可行的技术方案中，进液孔112的设置方向(长度方向)与叶轮套11在进液孔112处的径向直线L的夹角α大于O度，且小于90度，其中的径向直线L是指进液孔112的中心与叶轮套11的中心轴之间的水平连线，或者说，进液孔112的设置方向(长度方向)与叶轮套11在进液孔112处的切向方向(切线)的夹角大于O度，且小于90度，以使流体由进液孔112流出的方向直接指向叶轮片的片体侧面，流体直接作用于叶轮片推动叶轮转动，从而将流体动能充分转化为推动叶轮12转动的机械能，提高流体能量的利用率。其中，进液孔112的具体设置方向是由叶轮片的设置方向决定的，另外，由于叶轮片一般呈张开的倾斜状，优选地，进液孔的长度方向不设置为沿叶轮套的径向或切向，否则流体无法对叶轮片施加指向其转动方向的力(或分力)，而无法推动叶轮片转动。
[0033]更进一步地，进液孔112的设置方向(长度方向)与叶轮套11在进液孔112处的径向直线L的夹角α为30度?60度，或者说进液孔112的设置方向(长度方向)与叶轮套11在进液孔112处的切向方向(切线)的夹角为30度?60度，以使流体更直接地作用于叶轮片，进一步提高流体能量的利用率。
[0034]其中，叶轮套11的内径例如为126mm，叶轮套11的侧壁上可沿轴向均布4组进液孔112，比如相邻两组进液孔112的间距为100mm，每组进液孔112沿叶轮套11的周向可均布两个，进液孔112可为圆孔，例如直径为15mm的圆孔，但进液孔112的数量、排布方式、具体形状和尺寸均可根据需要进行设置，对此本发明不加以限制。
[0035]另外，叶轮12的下端侧壁上还贯穿有排液孔121，排液孔121的一端与叶轮套11和叶轮12之间形成的环形空间相连通，排液孔121的另一端与叶轮12的中心孔及套管鞋2的中心孔相连通，以供流体由进液孔112进入并推动叶轮12旋转后，最终经由排液孔121、套管鞋2的中心孔排出。
[0036]此外，套管鞋2具有切削半径，套管鞋2的切削半径大于外套I的半径，其中套管鞋2的切削半径是指套管鞋2旋转切削时的最大切削半径，具体是，套管鞋2具有上端外径大于下端外径的缩径外壁，例如为锥形，且套管鞋2与叶轮12相连接的一端的外径大于套管鞋2另一端的外径，套管鞋2的外壁上镶嵌有硬质合金条，以形成切削刃，套管鞋2镶嵌切削刃后的最大半径即为切削半径，套管鞋2旋转时切削刃具有扩眼功能，可有效解决井眼缩颈问题。
[0037]再如图2所示，在本实施例中，叶轮套11的外壁与外套I的内壁之间形成月牙形的第一流体通道111，例如，叶轮套11的外壁沿周向呈类似椭圆的形状，外套I的内壁沿周向为圆形，即叶轮套11外壁的相对两侧接触外套I内壁，而相接触的两侧之间便与外套I内壁配合形成类似月牙的弧状区域。将第一流体通道111设计为月牙形，可满足结构尺寸设计要求，便于加工，但并不限于此，还可将第一流体通道设计为其它形状如环形通道等。
[0038]如图1所示，叶轮机构还包括位于上接头3与叶轮套11之间的分水短节13，分水短节13将叶轮套11内腔的上端封闭，也同时将叶轮12内腔的上端封闭，套设于外套I内的分水短节13与外套I之间形成第二流体通道131，第二流体通道131与第一流体通道111、第二流体通道131与上接头3的中心孔相连通。当循环流体时，流体由上接头3的中心孔依次流入第二流体通道131、第一流体通道111、进液孔112后推动叶轮12旋转，叶轮12进一步带动套管鞋2旋转，其中分水短节13为实心体，可将叶轮套11内腔的上端封闭，避免流体由叶轮套11的顶端进入叶轮套11的内腔。
[0039]其中，分水短节13的外壁与外套I的内壁之间形成月牙形的第二流体通道131，第二流体通道131与第一流体通道111的形状及构成方式相同。将第二流体通道131设计为月牙形，可满足结构尺寸设计要求，便于加工，但不限于此，还可将第二流体通道设计为其它形状如环形通道等。
[0040]在如图1所示的实施例中，叶轮12与套管鞋2之间连接有连接短节4，连接短节4的中心孔与叶轮12的中心孔相连通，连接短节4外套设有扶正轴承5，扶正轴承5与外套I之间套设有固定套6，固定套6将扶正轴承5固定在连接短节4外部。
[0041]另外，连接短节4通过伸出外套I外部的过渡短节7与套管鞋2相连接，过渡短节7的中心孔与连接短节4的中心孔相连通，过渡短节7的中心孔与套管鞋2的中心孔相连通。
[0042]具体是，连接短节4的上端设有内螺纹，并与叶轮12下端本体的外螺纹相螺接，连接短节4的下端设有外螺纹，并与过渡短节7上端的内螺纹相螺接，过渡短节7下端的外螺纹与套管鞋2上端的内螺纹相螺接，固定套6的上端设有外螺纹，并与外套I下端的内螺纹相螺接，连接短节4外壁上设有一个环形凸部，环形凸部的上部、下部各设有一个扶正轴承5，扶正轴承5由固定套6内壁上设置的台肩抵靠固定，扶正轴承5可采用具有常规动力钻具的扶正轴承。
[0043]本发明还提供一种采用上述套管下放工具的套管下放方法，包括:在叶轮机构的上方连接套管(即将上接头3与套管相连接)后，下放套管和套管下放工具；当套管下放遇阻时，向套管下放工具循环流体，例如流体为泥浆、流体排量为20-30L/S，流体由进液孔112进入叶轮套11的内腔后从侧向冲击叶轮12的叶轮片，并推动叶轮12旋转，进而带动套管鞋2旋转，套管鞋2旋转时，套管鞋2上的切削刃能清除井眼内的砂桥并实现扩径，持续循环流体直至解阻为止，即可解决由井眼砂桥和缩颈造成的套管下放困难问题，使套管能顺利下放，流体的流动路径请见图1中的箭头标示。
[0044]采用本发明的套管下放工具和方法，无需旋转整个完井管柱串，即可实现套管鞋2相对于套管的旋转，从而有效解决下放套管时遇到的井眼砂桥及缩颈问题，本发明的套管下放工具结构简单，操作简易，成本低。
[0045]以上所述仅为本发明示意性的【具体实施方式】，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。而且需要说明的是，本发明的各组成部分并不仅限于上述整体应用，本发明的说明书中描述的各技术特征可以根据实际需要选择一项单独采用或选择多项组合起来使用，因此，本发明理所当然地涵盖了与本案发明点有关的其它组合及具体应用。
【权利要求】
1.一种套管下放工具，其特征在于，所述套管下放工具包括通过循环流体转动的叶轮机构，以及与所述叶轮机构相连接的带切削刃的套管鞋，所述叶轮机构包括叶轮和位于所述叶轮侧向的进液孔，所述进液孔与所述叶轮相连通。
2.如权利要求1所述的套管下放工具，其特征在于，所述套管下放工具还包括与所述叶轮机构相连接的上接头，所述叶轮机构还包括与所述上接头相连接的外套、以及套设于所述外套内的叶轮套，所述叶轮设于所述叶轮套内，所述叶轮与所述套管鞋相连接，所述叶轮套与所述外套之间形成第一流体通道，所述进液孔贯穿所述叶轮套的侧壁且与所述第一流体通道相连通，所述第一流体通道与所述上接头的中心孔相连通。
3.如权利要求2所述的套管下放工具，其特征在于，所述进液孔的设置方向与所述叶轮套在所述进液孔处的径向直线的夹角大于O度，且小于90度。
4.如权利要求2所述的套管下放工具，其特征在于，所述叶轮套的外壁与所述外套的内壁之间形成月牙形的所述第一流体通道。
5.如权利要求2所述的套管下放工具，其特征在于，所述叶轮机构还包括位于所述上接头与所述叶轮套之间的分水短节，所述分水短节将所述叶轮套的内腔的上端封闭，所述分水短节与所述外套之间形成第二流体通道，所述第二流体通道与所述第一流体通道、所述第二流体通道与所述上接头的中心孔相连通。
6.如权利要求5所述的套管下放工具，其特征在于，所述分水短节的外壁与所述外套的内壁之间形成月牙形的所述第二流体通道。
7.如权利要求2所述的套管下放工具，其特征在于，所述叶轮与所述套管鞋之间连接有连接短节，所述连接短节的中心孔与所述叶轮的中心孔相连通，所述连接短节外套设有扶正轴承，所述扶正轴承与所述外套之间套设有固定套，所述固定套将所述扶正轴承固定在所述连接短节外部。
8.如权利要求7所述的套管下放工具，其特征在于，所述连接短节通过伸出所述外套外部的过渡短节与所述套管鞋相连接，所述过渡短节的中心孔与所述连接短节的中心孔相连通。
9.如权利要求2所述的套管下放工具，其特征在于，所述套管鞋具有切削半径，所述套管鞋的切削半径大于所述外套的半径。
10.一种用于权利要求1至9任一项所述的套管下放工具的套管下放方法，其特征在于，所述套管下放方法包括:在所述叶轮机构的上方连接套管后，下放所述套管和所述套管下放工具；当所述套管下放遇阻时，向所述套管下放工具循环流体，流体由所述进液孔侧向冲击所述叶轮的叶轮片，并推动所述叶轮旋转，进而带动所述套管鞋旋转，直至解阻为止。
【文档编号】E21B23/00GK104234650SQ201410450002
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月4日 优先权日:2014年9月4日
【发明者】韩飞, 王力, 李雪辉, 任荣权, 王宏伟, 郑万江, 阳文发, 纪友哲, 郭慧娟, 耿莉, 朱英杰, 杨磊, 范应璞, 于永亮, 张士彬, 刘洋 申请人:中国石油天然气集团公司, 中国石油集团钻井工程技术研究院