本发明属于石油钻井修井设备技术领域，涉及一种修井工具。
背景技术：
随着页岩气开发中多段压裂技术的日趋成熟和普及，压裂后桥塞的磨铣作业越来越多。
在国外较为先进磨铣桥塞作业中，通常使用高效磨鞋，其进尺速度大约是普通磨鞋的4倍，但是在破碎过程中产生的碎片较大，容易造成卡钻和憋钻等事故，且在钻磨后还要下入打捞工具对井底碎片进行打捞，增加了作业成本。
国内常规磨铣作业破碎桥塞后，产生的碎屑通过钻井液循环被带出井口。该作业对钻井液要求高，需要保证其携带性能，即便如此，效率也相当低下。为确保排屑加大泵送流量也使得钻井液消耗大大增加；循环过程中会产生憋卡钻等安全风险；大块碎物根本无法返排，要进行二次打捞作业，且难度较大。研制出既不产生事故，高速磨铣的同时又能将碎块打捞收集的可循环磨铣收集一体化修井工具就变得非常有意义。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种修井工具，解决了现有技术中存在的磨铣桥塞和碎屑打捞分开作业，效率低、成本高的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种修井工具，包括工作模式切换机构，工作模式切换机构下部依次连接有喷射机构、分屑机构、阀总成机构、收屑机构和磨鞋，磨鞋上设置有射流孔，且磨鞋底部固定连接高效硬质合金刀。
本发明的特点还在于：
工作模式切换机构包括上接头，上接头内部设置有循环接头，循环接头与上接头之间设置有弹簧a，循环接头的中部通过若干个限位销固定在上接头上，上接头上还设置有循环销，循环接头上设置有连续的w循环槽，循环销能够在w循环槽内滑动，循环接头通过螺纹连接喷射机构。
上接头和弹簧a之间设置有推力滚针轴承
喷射机构包括射流外筒，射流外筒与上接头螺纹连接，射流外筒内设置有喷射衬套，并通过销钉固定，喷射衬套上贯通设置有若干个喷嘴，每个喷嘴与竖直方向存在夹角，且每个喷嘴设置有进口端和出口端，出口端朝向射流外筒，射流外筒上设置有与喷嘴的出口端相配合的缺口；射流外筒内还设置有换位心轴，换位心轴下部与喷射衬套接触，换位心轴上端与循环接头下端通过螺纹连接，换位心轴与循环接头之间设置一个腔体，换位心轴上部设置有若干个传压孔，换位心轴上还设置有若干分流孔，每个分流孔与每个喷嘴的进口端对应；射流外筒通过固定销固定分流短节，分流短节的内孔与换位心轴下端的外圆轴孔配合；分流短节下部设置有分屑机构。
分屑机构包括连接筒ⅰ，连接筒ⅰ与分流短节下部轴孔配合，连接筒ⅰ底部通过螺纹连接滤网总成，滤网总成位于分流短节下部，滤网总成底部通过螺纹连接筒ⅱ，连接筒ⅱ通过螺纹连接固定座，固定座内部螺纹连接有分屑管，连接筒ⅱ与分屑管之间存在一个腔体，连接筒ⅱ外部设置有收集外筒，收集外筒通过螺纹连接射流外筒，分屑管上端设置有分屑口，固定座底部螺纹连接连接筒ⅲ，两者之间水平设置有挡板，且连接筒ⅲ位于外部收集外筒内部，连接筒ⅲ下部设置有阀总成机构。
阀总成机构包括阀筒，阀筒与连接筒ⅲ通过螺纹连接，阀筒位于收集外筒内部，阀筒内部设置有阀总成，阀筒下端通过螺纹连接阀座，阀总成固定在阀座上，阀座上设有进屑口a，连接筒ⅲ内部底端通过螺纹连接顶环，且顶环能够对阀总成进行顶部的位置限定，阀座下部设置收屑机构。
收屑机构包括收屑仓，收屑仓位于阀座的外部，且收屑仓上部与收集外筒下部螺纹连接，收屑仓下部设置有与进屑口a对应的进屑口b，收屑仓内自上而下依次设置有弹簧b和丝堵，弹簧b上部设置有顶盖，顶盖与阀座下部接触，顶盖与阀座之间存在一个腔体，收屑仓通过螺纹连接磨鞋。
本发明的有益效果是：操作人员在快速磨铣作业中通过监视钻压和扭矩情况，及时进行两种模式切换，确保作业安全，避免憋卡钻。工作中两种模式交替可达到效率最高化，工具也可通过增加容腔来增大收集量，多次循环后对两个收集仓内的碎物进行重新排列，重复几次有助于提高作业效果。
附图说明
图1是本发明一种修井工具的结构示意图；
图2是本发明一种修井工具的工作模式切换机构的结构示意图；
图3是本发明一种修井工具的喷射机构的结构示意图；
图4是本发明一种修井工具的分屑机构的结构示意图；
图5是本发明一种修井工具的阀总成机构的结构示意图；
图6是本发明一种修井工具的收屑机构的结构示意图；
图7是本发明一种修井工具的循环销的结构示意图；
图8是本发明一种修井工具的工作原理示意图；
图9是本发明一种修井工具的工作原理示意图的a-a断面的结构示意图；
图10是本发明一种修井工具的工作原理示意图的b-b断面的结构示意图。
图中，1.工作模式切换机构，2.喷射机构，3.分屑机构，4.阀总成机构，5.收屑机构，6.上接头，7.滚针轴承，8.弹簧a，9.限位销，10.循环接头，10-1.停泵时循环销停留位置，10-2.普通磨铣模式下循环销停留位置，10-3.磨铣+清洗收集模式下循环销停留位置，11.循环销，12.射流外筒，13.喷射衬套，14.固定销a，15.射流喷嘴，16.换位心轴，17.固定销b，18.分流短节，19.连接筒ⅰ，20.滤网总成，21.收集外筒，22.连接筒ⅱ，23.分屑管，24.固定座，25.挡板，26.连接筒ⅲ，27.顶环，28.阀筒，29.阀瓣，30.阀座，31.收屑仓，32.顶盖，33.丝堵，34.弹簧b，35.磨鞋，36.高效硬质合金刀，37.传压孔，38.分流孔，39.分屑口，40.进屑口a，41.进屑口b，42.常规磨铣作业液流，43.抽吸液流，44.轴行流道a，45.径行流道，46.射流孔，47.轴向孔a，48.轴向孔b。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种修井工具，如图1所示，包括工作模式切换机构1，工作模式切换机构1下部依次连接有喷射机构2、分屑机构3、阀总成机构4、收屑机构5和磨鞋35，收屑机构5下端连接磨鞋35，磨鞋35上设置有射流孔46，且磨鞋35底部固定连接高效硬质合金刀36。
如图2所示，工作模式切换机构1包括上接头6，上接头6内部设置有循环接头10，循环接头10与上接头6之间设置有弹簧a8，上接头6和弹簧a8之间设置有推力滚针轴承7。循环接头10的中部通过若干个限位销9固定在上接头6上，上接头6上还设置有循环销11，循环接头10上设置有连续的w循环槽，如图7所示，连续的w循环槽上设置有三个不同高度的循环销停留位置，分别为停泵时循环销停留位置10-1、普通磨铣模式下循环销停留位置10-2和磨铣+清洗收集模式下循环销停留位置10-3，停泵时循环销停留位置10-1在三者中位置最高，普通磨铣模式下循环销停留位置10-2所在高度比磨铣+清洗收集模式下循环销停留位置10-3高出一定距离。循环销11能够在w循环槽内滑动，循环接头10通过螺纹连接喷射机构2。
如图3所示，喷射机构2包括射流外筒12，射流外筒12与上接头6螺纹连接，射流外筒12内设置有喷射衬套13，并通过销钉14固定，喷射衬套13上贯通设置有若干个喷嘴15，每个喷嘴15与竖直方向存在夹角，且每个喷嘴15设置有进口端和出口端，出口端朝向射流外筒12，射流外筒12上设置有与喷嘴15的出口端相配合的缺口；射流外筒7内还设置有换位心轴16，换位心轴16下部与喷射衬套13接触，换位心轴16上端与循环接头10下端通过螺纹连接，换位心轴16与循环接头10之间设置一个腔体，换位心轴16上部设置有若干个传压孔37，换位心轴16上还设置有若干分流孔38，每个分流孔38与每个喷嘴15的进口端对应；射流外筒12通过固定销17固定分流短节18，分流短节18的轴向孔a47与换位心轴16下端的外圆轴孔配合；分流短节18下部设置有分屑机构3。
分屑机构3包括连接筒ⅰ19，连接筒ⅰ19与分流短节18下部轴孔配合，连接筒ⅰ19底部通过螺纹连接滤网总成20，滤网总成20位于分流短节18下部，滤网总成20底部通过螺纹连接筒ⅱ22，连接筒ⅱ22通过螺纹连接固定座24，固定座24内部螺纹连接有分屑管23，连接筒ⅱ22与分屑管23之间存在一个腔体，连接筒ⅱ22外部设置有收集外筒21，收集外筒21通过螺纹连接射流外筒12，分屑管23上端设置有分屑口39，固定座24底部螺纹连接连接筒ⅲ26，两者之间水平设置有挡板25，且连接筒ⅲ26位于外部收集外筒21内部，连接筒ⅲ26下部设置有阀总成机构4。
阀总成机构4包括阀筒28，阀筒28与连接筒ⅲ26通过螺纹连接，阀筒28位于收集外筒21内部，阀筒28内部设置有阀总成29，阀筒28下端通过螺纹连接阀座30，阀总成29固定在阀座30上，阀座30上设有进屑口a40，连接筒ⅲ26内部底端通过螺纹连接顶环27，且顶环27能够对阀总成29进行顶部的位置限定，阀座30下部设置收屑机构5。
收屑机构5包括收屑仓31，收屑仓31位于阀座30的外部，且收屑仓31上部与收集外筒21下部螺纹连接，收屑仓31下部设置有与进屑口a40对应的进屑口b41，收屑仓31内自上而下依次设置有弹簧b33和丝堵34，弹簧b33上部设置有顶盖32，顶盖32与阀座30下部接触，顶盖32与阀座30之间存在一个腔体，收屑仓31通过螺纹连接磨鞋35。
本发明一种修井工具，其工作原理如下：
如图8所示，本发明工作需要连接一定压力流量的泥浆泵供给磨铣液，并有转盘等设备带动旋转磨铣，靠钻杆输送磨铣液和传递扭矩，以下磨铣液统称为流体，修井工具接在整个管串最下端，在工作过程中一共有两种模式。
第一种工作模式：普通磨铣作业(正向返排)模式，通过钻杆带动该工具旋转，给予一定钻压，工具最下端磨鞋35开始旋转磨铣作业，在工作过程中泵送流体通过整个修井工具的中心通道，流体通过上接头中空，通过分流短节18的径行流道45，图8中b-b断面反映了径行流道45的排布情况，详见图9所示。常规磨铣作业液流42经过连接筒ⅰ19与射流外筒12之间的环空即轴行流道a44向下，再通过收屑仓31的轴向孔b48最后从磨鞋30的射流孔46喷出，图8中b-b断面反映了收屑仓31的横断面，b-b断面具体详见图10。冲洗和带动碎屑由环空向上返排，进行普通磨铣作业，此时由于下端磨鞋35上射流孔46小孔节流憋压，使得整个流道产生一定压力，推动连接ⅰ19及连接筒ⅱ22等部件向下移动，阀座30压缩弹簧b33并向下滑动，保证收屑仓31处于关闭状态。
第二种工作模式是：磨铣+清洗收集作业(局部反循环)模式。
在上述普通磨铣作业模式中，切换到磨铣+清洗收集作业模式需要停止然后再重新启动泥浆泵，从而使修井工具在普通磨铣流体在工具中的流动时又多出了一股流道，具体方式为：由于停泵泄压后，循环接头10下端腔内压力骤减，弹簧a8复位推动循环接头10，循环销11固定在循环接头10外表面w槽上，循环接头10移动时为适应循环销11位置，自身也产生转动的同时也使得循环销11在循环接头10上滑动到w槽上停泵位置10-1，如图7所示。重新启动地面泥浆泵，高压流体通过循环接头10和换位心轴16中心流道，通过换位心轴16上的传压孔37进入循环接头10下端腔内，产生压力推动循环接头10并压缩弹簧a8，同时使得循环销钉11在循环接头中滑动到w槽磨铣+清洗收集循环销位置10-3如图7所示，循环接头10中w槽中磨铣+清洗收集销位置10-3比普通磨铣循环销位置10-2低一定距离，使得换位心轴16被循环接头10带动上移。
循环销11换到这个位置后相比普通磨铣位置打开了两个通道，这两个通道打开即启动了高压流体运动。通道1为流体喷射路，换位心轴16上移的同时，此时流体经过分流孔38分流，一部分流体通过喷射衬套13上的喷嘴15节流后形成高压喷射流体；通道2为流体抽吸路，由换位心轴16上移后，端面不再遮挡分流短节18的轴向孔a47，一部分流体通过分流短节18的分流短节18轴行流道a44，再通过轴向孔a47在喷射衬套13与换位心轴16围成的腔体内产生反循环射流抽吸效应，形成抽吸液流43，抽吸液流43沿射流外筒12上设置有与喷嘴15的出口端相配合的缺口喷出，流体指向如图8所示。如图9为分流短节18上轴行流道a44和径行流道45的分布情况。还有一部分流体通过径行流道45进入轴行流道a44用于常规磨铣流体，这部分流体为常规磨铣作业液流42。
泵送的高压流体在换位心轴16中分流孔38处分为两股，相当于在原普通磨铣作业流道的基础上增加了一股反循环射流抽吸流道。由于分流会使原先流道压力变小，连接筒ⅰ19与分流短节18之间腔内压力相对于普通磨铣模式减小，弹簧b33回弹顶盖32，依次带动阀座30、阀筒28、连接筒ⅱ22、滤网总成20、连接筒ⅰ19，使得连接筒ⅰ19竖直向上移动直至与分流短节18相抵，此时阀座30滑动，使收屑仓31进屑口b41与阀座30的进屑口a40重合，如图10所示。增加的这股反循环射流抽吸流体的运动轨迹为：由喷嘴15产生的高速射流流体1通过工具与井壁环空向下，高速喷射流体1与磨鞋35底部射流孔喷出的高速流体汇集，将磨铣作业产生的碎片冲刷携带，从收屑仓31打开的进屑口b41送入工具内部。上述通道2抽吸打开，使得两股高速流体汇流后带动碎屑进入工具内部由于抽吸作用继续向上，高速流体可以打开阀总成29，通过挡板25，进入分屑管23，从分屑管23分屑口39出来进入连接筒ⅱ22，流体穿过滤网总成20后，从分流短节18的轴向孔a47向上至喷嘴15抽吸处。在上述流体运行轨迹中，高速流体携带的碎片和碎屑的在运动过程中，较大碎片不能通过挡板25，较小碎片不能通过滤网总成20，作业结束后，阀总成29关闭，碎片和碎屑被收集在工具内部。作业完成工具出井后卸开管串就可取出收集的碎物，如图8-10所示。
本发明工具采用一体化可切换设计，操作人员在快速磨铣作业中通过监视钻压和扭矩情况，及时进行两种模式切换，确保作业安全，避免憋卡钻。工作中两种模式交替可达到效率最高化，工具也可通过增加容腔来增大收集量，多次循环后对两个收集仓内的碎物进行重新排列，重复几次有助于提高作业效果。