高效套磨铣类工具的研制与应用

摘要：随着科技不断进步，油田油气水井的井下配件已经逐步完善。大量新的工具配件已经在各类生产井上应用，油水气井的取换套、套管补贴、套管内侧钻、套返井治理、套损套管错断治理等难度较大的工艺相继开展，大型压裂事故井也有所增多，对套磨铣类工具的要求越来越高。套磨铣类工具的使用频率逐年上升，现有的套磨铣类工具基本是传统设计，已不能完全适应生产的需要。套、磨、铣井内落物时进尺慢、效率低、工具磨损消耗大、工具针对性差、操作时容易出现井下事故等问题逐渐显现出来。针对以上问题，研究引进了针对不同工艺的系列套、磨、铣类工具；采用复合形式铺焊合金增加了工具切削能力和抗冲击能力；选择了与用途相适应性能的合金，合理选择合金形状和分布，大幅度提高了套、磨、铣工序效率、减少了工具消耗、降低了工具使用的事故率。

关键词：套磨铣工具 复合形式 铺焊合金 分布形式

前言

目前，吉林油田大修作业所使用的套磨铣类工具基本是多年以前设计的样式，虽然在多年的大修作业施工中发挥了重要的作用，但是也存在着很多的问题。如：套、磨、铣井内落物时进尺慢、效率低、工具磨损消耗大、对设备、操作人员技术要求高、操作时容易出现井下事故。随着技术的进步，油田油气水井的井下配件正在逐步完善。一些新的工具配件，已经应用到各类生产井上。这类井出现井下事故后，现有的套、磨、铣工具针对性差，已经不能满足事故处理的需要。为了满足大修作业的实际需要，在套、磨、铣类工具成本增加幅度不大的前提下，研制了一批针对性强、高效、系列化的新型套、磨、铣类工具，使套、磨、铣工序效率得到大幅度提高、减少了工具消耗、降低了工具使用的事故率，为各种工艺和技术的开展提供了保障。

1. 研究思路及技术路线

在工具成本增加幅度不大的前提下，研制一批针对性强、高效、系列化的新型套、磨、铣类工具，以大幅度提高套、磨、铣工序效率、减少工具消耗、降低工具使用的事故率。

（1）根据目前工具使用存在的问题、井内落物的几何形状以及事故状态，设计改进工具整体或局部结构，使之趋进合理、适用、针对性强。

（2）选择耐磨高效合金，并根据工具的不同、处理落物的不同，在工具上按照合理的部位、形状，按照不同的方式铺敷不同种类条状、粒状、纽扣状高效合金，以此提高工具的效率以及耐磨性。

2. 技术创新点

（1）研制引进了针对不同工艺的系列套、磨、铣类工具。包括严重套损井井筒通道系列工具、取换套套外磨铣系列工具、复杂井的磨铣系列工具三类。

（2）采用复合形式铺焊合金，增加工具切削能力和抗冲击能力。新型工具多采用碎合金和块状合金复合铺焊，改善了块状合金铺焊的工具抗冲击性能，增强抗冲击能力；改善了碎合金铺焊工具的切削性能，增加工具切削能力。

（3）根据工具的不同用途采用相应性能的合金铺焊。对于磨削类工具选择耐磨高效合金，对于铣削类工具选择切削性能好合金，充分利用YD、YG、PDC合金的耐磨和切削性能制造工具。

（4）模拟工具工作状况合理选择合金形状和分布。采用条状、柱状、纽扣状合金在工具中合理镶嵌分布，形成阶梯状、渐开线等分布形式，形成多刃切削，增强切削能力和耐磨能力。

3. 技术成果及功能

高效套磨铣系列工具保证了套返井综合治理、取换套、套管补贴、复杂井解卡打捞等项目的开展，有效拓展大修作业范围，使修井作业公司的作业能力上了一个新的台阶。提高了吉林油田大修处理落物、错断井治理的处理能力。

3.1 严重套损井井筒打通道系列工具

该系列工具是为严重套损井、套管错断井的井筒打通道设计研制的。材料选用35CYMO，主体部分分铣四道埔焊碎合金槽和四道块状合金槽，四道块状合金槽与直径成10°刃切角；切削部分碎硬质合金采用3-5YD硬质合金，块状合金采用D226A硬质合金刀块，在10°刃切角基础上有5°后角。该系列工具主要功能是治理套管，把套管变形或错断的井井筒变形空间在∮80 mm-∮118 mm范围治理恢复到原有状态。所采用的复合形式铺焊合金，使工具的切削能力和抗冲击能力得到提高，加快了套管治理的速度，降低了工具损耗量。使套管治理的工序降低了作业成本，提高了作业速度，缩短占井周期。

3.2 取换套套外磨铣系列工具

该系列工具是为取换套套外磨铣设计研制的。其主要功能是去除套管的水泥环和与地层胶结部分，使套管从地层中独立出来。该系列工具包括：套外套铣钻头、高效套外套铣钻头、套外套铣校偏钻头、套管收鱼钻头、套管钻进套外套铣钻头等。针对不同井况使用。

其中，高效套外套铣钻头采用块状合金、柱状合金、碎合金复合焊制，适用与套管外水泥环的套铣切削，该工具的设计综合了块状合金切削能力强，柱状合金耐磨和抗冲击，碎合金防卡耐磨的特点，使钻头的套铣效率高，寿命长，在套管外水泥环的套铣工序中发挥重要作用，使泥环的套铣了作业速度得到提高，缩短占井周期，防止了套铣卡钻；而套外套铣校偏钻头采用碎合金焊制，硬质合金采用3-5YD合金和少量的PDC合金埔制，适用与套管外有表套并与套管有一定的中心偏差的井使用，该钻头综合了套铣钻头和铣锥功能，能够防止套铣时钻头跑偏铣断套管，可校正已经套铣跑偏的套铣通道，该工具耐磨性能好，校偏能力强，在校偏工序中要求套铣进尺速度要慢，反复套铣校偏效果更佳。

3.3 套磨铣工具与辅助类工具配合使用情况

套磨铣类工具和钻压控制器、震击器、活动肘节等工具合理配合使用，可降低套磨铣类工具的磨损，减少对工具的冲击。

套磨铣类工具和钻压控制器配合使用可确定工具的钻压上限，缓解工具与鱼顶 的冲击，保护工具的切削刃面，增加工具使用寿命。与活动肘节配合使用可减少工具和落物的偏磨，保护套管等。

4. 现场实验与应用情况

目前，所研制的高效套磨铣工具已在54口项目井（包括综合治理井31口、套管补贴井6口、取换套井16口、侧钻井1口）、80余口较复杂的打捞、解卡、治套、扫塞井，共计在130余井中使用，并获得成效。高效套磨铣工具的研制，提高了作业速度，缩短占井周期；拓宽修井作业范围。

5.应用前景

目前吉林油田待大修井总数约为2000口，每年处理的大修井约为400口，其中需要进行套、磨、铣工序施工的井为60%。此类工具消耗比较大。该项目研究成功将实现大修工具的一次意义重大的革命，具有极大的推广应用价值。

6. 结论及建议

（1）采用复合形式铺焊合金，可增加工具切削能力和抗冲击能力。

（2）根据工具的不同用途采用相应性能的合金铺焊。对套、磨、铣类工具的综合性能有提升作用。

（3）模拟工具工作状况合理选择合金形状和分布，可形成多刃切削，增强切削能力和耐磨能力，能提升套、磨、铣类工具的效率和寿命。

（4）套磨铣类工具和钻压控制器、震击器、活动肘节等工具合理配合使用，可降低套磨铣类工具的磨损，减少对工具的冲击。

（5）套磨铣类工具在使用过程中要保证泥浆泵的排量和泵压稳定，可减少井下事故的发生。

参考文献

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