一种保护套管磨铣钻头的磨鞋

技术领域

本发明属于油田钻水泥塞技术领域，具体属于一种保护套管磨铣钻头的磨鞋。

背景技术

油田钻水泥塞时通常采用牙轮钻头，而钻塞过程时有发生钻头落井事故。在套管内打捞落物，第一要务是保护套管，因此可采取的技术手段受限。对于钻头公扣根部断裂，有些钻具水眼形状不规则，公锥造扣数有限等原因，公锥打捞失利。采用捞矛等工具，考虑水泥未完全凝固，事故处理过程中固化而将钻头镶在水泥内，捞矛不一定能成功；或者上部扶箍或其它工具残余，即使捞矛成功提起，在起钻过程中被阻卡、刮蹭再次落井，并加剧事故处理难度。钻头的形状决定了采用常规的卡瓦打捞筒、母锥等不适用，采用套铣等工具必须考虑保护套管，且作业时间长，后续打捞方法不一定有效。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种保护套管磨铣钻头的磨鞋，采用保护套管的磨鞋结构和材质，磨鞋保留常规磨鞋的部分结构，增加了一刀翼。刀翼外围镶PDC钻头齿复合金刚片或硬质合金钢等材料，其它为堆焊的磨铣齿。它具有刮刀钻头对井底的刮削作用，对井底落物进行刮削并改变落物的状态，利于磨鞋进行磨铣作业。流道更加合理，有利于铁屑尽可能多的上返并落入打捞杯内。磨鞋喷嘴安装钻具水眼，根据工作情况进行调节，增加了水功率，更利于冲刷、携带铁屑。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种保护套管磨铣钻头的磨鞋，包括磨鞋本体，磨鞋本体上一体设置有一打捞杯，磨鞋本体包括磨鞋、稳定器，打捞杯下部为稳定器，稳定器下部为磨鞋，磨鞋底部端面设置有一刀翼，所述打捞杯外壳上贯穿设置有多个小孔，所述打捞杯壳体表面开有多条流道，所述多条流道包括至少两条下宽上窄、下深上浅的流道和一条下窄上宽、下浅上深的流道，所述多条流道均起自磨鞋底部端面终至打捞杯杯口。

进一步的，所述小孔为水平或斜向上设置。

进一步的，所述稳定器比套管外径小2mm～3mm，稳定器外表面加工有软材料环状防磨带。

进一步的，所述磨鞋采用双层磨铣平面，包括磨鞋主磨铣面和磨鞋副磨铣面，所述磨鞋主磨铣面和磨鞋副磨铣面上均布满磨铣齿，刀翼设置在磨鞋主磨铣面上。

进一步的，磨铣副磨铣面的外径比套管内径小2mm～3mm。

进一步的，所述刀翼侧面设置有PDC钻头齿复合金刚片或硬质合金钢。

进一步的，刀翼两侧分别设置一条下宽上窄、下深上浅的流道。

进一步的，所述打捞杯、稳定器的材料硬度不大于套管材料硬度。

进一步的，所述磨鞋上设置有至少一个磨鞋喷嘴，所述磨鞋喷嘴均与钻具水眼连通。

进一步的，所述打捞杯与钻具本体连接，所述打捞杯底部与钻具本体光滑连接，所述打捞杯的壳体厚度在2mm～5mm，所述打捞杯壳体上设置有加强筋，所述加强筋为苏所述下窄上宽、下浅上深的流道的侧壁。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明提供一种保护套管磨铣钻头的磨鞋，在磨鞋底部增加刀翼，利用刀翼对落物进行刮削，改变磨鞋对落物的作用力状态，从而使落物松动或改变运动状态，更利于磨鞋磨铣作业，同时设置打捞杯，在打捞杯上针对不同体积、重量铁屑合理设置开设和设计流道形状，可以使铁屑更多的上返，避免重复磨削，并且打捞杯外壳上分布有一定数量的小孔，小孔贯穿打捞杯壳体，使杯体内与环空钻井液进行有效联通，起钻过程中杯体内钻井液能自动流出杯体。本发明的磨鞋使套管在磨铣过程中免遭严重损害，保护了井筒完整性，延长井筒寿命周期。

优选的，本发明采用双层磨铣平面，磨鞋主磨铣面(A端面)既可以作为磨鞋的引鞋使用，也可以作为柱形磨鞋使用，既可以磨铣落物磨鞋喷嘴底面也可以磨铣落物的内表面。磨铣副磨铣面(B端面)对落物进行最后的磨铣，由于磨铣接触面多，相同情况下磨铣速度更快。

优选的，本发明刀翼结构使磨鞋具有了PDC钻头、刮刀钻头的部分功能，刀翼外围镶嵌比磨铣物更硬的齿。其主要作用是对落物进行刮削，改变磨鞋对落物的作用力状态，从而使落物松动或改变运动状态，更利于磨鞋磨铣作业。

优选的，本发明磨鞋上的磨鞋喷嘴数量可以根据磨铣情况进行调整，磨鞋喷嘴上可以安装钻具水眼，根据作业现场判断，选择合适的磨鞋喷嘴尺寸、更好的利用水功率，让水力助力磨铣作业。

附图说明

图1为磨鞋平面投影；

图2为磨鞋流道侧面图；

图3为磨鞋刀翼面侧面图；

图4为刀翼侧面图；

图5为磨鞋剖面图；

图6钻具水眼底部磨鞋喷嘴连接图；

附图中：1-钻具接头，2-钻具水眼，3-钻具本体，4-小孔，5-打捞杯，6-壳体，7-倒圆角，8-稳定器，9-磨鞋，10-磨鞋喷嘴，11-刀翼，L1-第一流道，L2-第二流道，L3-第三流道。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-3所示，本发明提供一种保护套管磨铣钻头的磨鞋，包括钻具本体3，钻具本体3内部为钻具水眼2，钻具本体3上部与钻具接头1连接，钻具本体3下部设置有磨鞋本体，磨鞋本体上一体设置有一打捞杯5，打捞杯5与钻具本体3外壁连接，钻具接头1以下一段距离后为打捞杯5，打捞杯5内有加强筋，打捞杯5外壳上分布有一定数量的小孔4，小孔4贯穿打捞杯5壳体，小孔4或水平或斜向上设置，使杯体内与环空钻井液进行有效联通，起钻过程中杯体内钻井液能自动流出杯体；打捞杯5壳体表面开有多条流道，多条流道包括至少两条下宽上窄、下深上浅的流道和一条下窄上宽、下浅上深的流道，所述多条流道均起自磨鞋9底部端面终至打捞杯5杯口。

优选的，本发明设置3条流道，第一流道L1、第二流道L2为下宽上窄、下深上浅至捞杯口完全消失，第三流道L3为下窄上宽、下浅上深；

优选的，打捞杯5材料硬度不大于套管材料硬度，在近磨鞋端有观察磨损情况的环或标志物。

磨鞋本体包括磨鞋9、稳定器8，打捞杯5下部为比套管外径小2～3mm的稳定器8，稳定器8与打捞杯5可一体式也可以做成分体式，它们通过螺纹连接。为了保护套管，稳定器8的材质硬度要小于套管材料硬度。为了便于观察稳定器与套管摩擦情况，在稳定器8外表面加工有软材料环状防磨带。如图4所示，D侧面为稳定器8部分，为了保护套管免遭严重磨损在底部涂上有色环或加工特色标记，用以分析套管被磨情况。

稳定器8下部为磨鞋9，磨鞋9的工作面包括A端面、B端面和C侧面，其采用双层磨铣平面，A端面为磨鞋主磨铣面，布满磨铣齿，其外径依据实际情况而定，可以作为磨鞋的引鞋也可以作为柱形磨鞋使用，既可以磨铣落物底面也可以磨铣落物的内表面；B端面为磨铣副磨铣面，布满磨铣齿，对落物进行最后的磨铣，由于磨铣接触面多，相同情况下磨铣速度更快，并且其外径比套管内径小2～3mm，可以起到稳定的作用。

第一流道L1、第二流道L2、第三流道L3的下端均延伸到A、B端面，目的是将A、B端面产生的铁屑(较大体积和重量)往上带。第三流道L3从下至上呈扩大形状，钻井液流速下快上慢，利于铁屑到达捞杯口后掉落入捞杯内，且第三流道L3比第一流道L1、第二流道L2上返量大，成为钻井液主要通道，携带能力强。

根据需要，在C侧面布磨铣齿，增加磨铣面积，加快磨铣速度。

磨鞋9上有一刀翼11，刀翼11侧面设置有PDC齿或硬质合金材料，其硬度大于落物硬度。刀翼11上镶嵌或焊接有切削齿，切削齿为薄圆片，该薄圆片材质可为复合金刚片或耐磨材料，刀翼11左右两侧为倒“V”字形的第一流道L1和第二流道L2，流道从下自上逐渐缩小，其主要功用就是将小块或片状铁屑往上带，从杯口进入打捞杯5中，铁屑通过环空上返。流道内流速是逐渐增加的，到打捞杯5杯口处最大，此后环空增加、流速突然减小，铁屑上返力不足以支撑其重力后，铁屑下落入打捞杯5内。

刀翼侧面E如图4所示，在A端面根据落物性质镶嵌或焊接比落物硬度更大的切削齿，切削齿除了对落物切削外，还有刮刀作用，对落物进行刮削，从而改变落物状态，使落物更容易被磨鞋磨铣。其次刮削使落物运动，在钻井液冲刷、携带下上返，带入捞杯。

如图5所示，磨鞋9上还开有磨鞋喷嘴10，磨鞋喷嘴10与钻具水眼2连通，磨鞋喷嘴10最少可以设置1个，最多设置7个，多个磨鞋喷嘴10均匀分布在磨鞋9上，磨鞋喷嘴10尺寸根据现场牙轮钻头喷嘴磨鞋喷嘴10尺寸而定，磨鞋喷嘴10尺寸依据实际需要进行安装。根据作业现场判断，选择合适的磨鞋喷嘴10尺寸可以更好的利用水功率，让水力助力磨铣作业。

优选的，如图6所示，磨鞋9设置有4个磨鞋喷嘴10，用1#、2#、3#、4#表示。

优选的，打捞杯5的壳体厚度在2～5mm，防止在井下磕碰使壳体变形。

优选的，为了加强打捞杯5壳体的稳定性，在壳体与钻具接头1上应加工加强筋，第三流道L3的侧壁即为加强筋，为了减小应力集中，避免在打捞杯处发生断裂事故，在钻具接头本体与打捞杯底部相连处要加工光滑的倒圆角。

刀翼11左右两侧为倒“V”字形第一流道L1、第二流道L2，流道从下自上在稳定器8和打捞杯5上逐渐缩小；

刀翼11结构使磨鞋具有了PDC钻头、刮刀钻头的部分功能，刀翼外围镶嵌比磨铣物更硬更耐磨的齿。其主要作用是对落物进行刮削，改变磨鞋对落物的作用力状态，从而使落物松动或改变运动状态，使落物更容易被磨鞋磨铣。刮削使落物运动，在钻井液冲刷、携带下上返，带入捞杯。

优选的，钻具接头1有内螺纹，通过螺纹与上部钻具连接，上部钻具可为钻铤、钻杆、转化接头等，接头螺纹采用API标准。

本发明的工作原理是：1、流体力学原理设计流道，运用流体运动仿真实验，得出流体中固体物质的运动规律，解决磨铣的铁屑携带问题。2、借鉴刮刀钻头、PDC钻头齿切削地层原理，设计出刀翼11。3、利用钻头喷嘴水力学原理，设计磨鞋喷嘴10。

1、本发明的保护套管磨铣钻头的磨鞋，使套管在磨铣过程中免遭严重损害，保护了井筒完整性，延长井筒寿命周期。

2、本发明打捞杯5离磨铣部位近，利于更多的铁屑进入杯内，并且其上流道形状各异，针对不同体积、重量铁屑进行设计，使铁屑更多的上返，避免重复磨削。根据流体力学知识和运动学理论，使铁屑更多落入杯体。

3、本发明采用双层磨铣平面，第一层磨铣体(A端面)既可以作为磨鞋的引鞋使用，也可以作为柱形磨鞋使用；既可以磨铣落物水眼底面也可以磨铣落物的内表面。第二层磨铣面(B端面)对落物进行最后的磨铣，由于磨铣接触面多，相同情况下磨铣速度更快。

4、本发明新增的刀翼结构使磨鞋具有了PDC钻头、刮刀钻头的部分功能，刀翼外围镶嵌比磨铣物更硬的齿。其主要作用是对落物进行刮削，改变磨鞋对落物的作用力状态，从而使落物松动或改变运动状态，更利于磨鞋磨铣作业。

5、本发明的磨鞋上设置有磨鞋喷嘴10，可以根据磨铣情况进行调整，磨鞋喷嘴10可以安装钻头水眼。根据作业现场判断，选择合适的磨鞋喷嘴10尺寸、更好的利用水功率，让水力助力磨铣作业。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。

因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。