高效切削式套銑工具的改進

王耀東 劉同華 苗勝昔 耿衛(wèi)

中原油田井下特種作業(yè)公司修井工程部 457061

1 工具設計機理

我們分為兩個方面進行了研究設計。

1.1 工具結構改進設計

該工具在結構上突破了普通銑頭的設計理念，在其結構上與普通銑頭相比就能得知其優(yōu)越的使用性能。

1）普通銑頭結構簡單，僅僅是將YD合金進行單一的堆砌，然后進行焊接；其優(yōu)點是結構簡單，方便進行再加工。其缺點是有以下三點（由文269-1和濮3-251井實踐得知）：

A.YD合金是經(jīng)過簡單的堆焊而形成的，其強度低，易撕裂。

B.在進行套銑的過程中，洗井液流通不順暢，泵壓高達15MPa排量低于10m3/h。

C.套銑時鉆壓和扭矩都相對較大，鉆壓可達150KN，扭矩可達15KN·m

2）新式銑頭雖然結構并不復雜，但將新式銑頭改造后卻具備了高于普通銑頭的性能；

A.焊接鑲嵌在銑頭本體槽內(nèi)的W2合金，強度很高，鑲嵌緊密，很難被撕裂。

B.創(chuàng)新型的半圓式水眼的結構設計，保證了套銑時洗井液的流通順暢，使洗井的功能性得以提高，泵壓低于5MPa，排量升至35m3/h。

C.套現(xiàn)頭端部突出的創(chuàng)新性結構設計,在為水眼創(chuàng)造更大空間的同時促使套銑過程中產(chǎn)生的鉆壓與扭矩都有所減小。

只有不斷地進行實踐和相關的理論分析計算，才能使套現(xiàn)頭結構得到合理的改進，通過對269-1和濮3-251井套銑頭的實踐操作及結果分析，可正確的判斷降低其功效的原因：

（1）在套銑過程中，套銑頭端部基本和銑頭本體的內(nèi)徑大小相同，這就使得套銑時的鉆桿接頭不得不同銑頭本體的內(nèi)壁緊緊地結合在一起，導致鉆壓與扭矩都出現(xiàn)了一定程度的損耗。

（2）與此同時，這種套銑頭結構還會導致洗井液流通不順暢，致使泵壓升高，排量低，從而影響對YD合金的制冷性能，使得合金結合不緊密，故而容易被撕裂，而導致脫落，并且磨銑后產(chǎn)生的大量鐵屑無法及時的返出，造成了重復磨銑效率降低。進行改造升級后的銑頭尺寸大小，應仍舊為∮114mm，其銑頭端部的突出設計內(nèi)徑大小是∮84mm，銑頭本體的內(nèi)徑大小是∮90mm，如此不僅能夠使磨銑的阻力減小而且又不會使強度降低，根據(jù)理論計算公式進行如下計算：

1）該工具本體材料選擇為45鋼。

2）按工具下井套銑時的扭矩計算，在該扭矩下的最小允許直徑，代入公式：

3）計算出的最小允許直徑的尺寸不超過工具設計相應尺寸范圍，從而證明了工具具有可操作性。

理論計算得出的設計尺寸，通過實踐操作可知此工具雖處于不正常狀態(tài)，但仍具有較好的操作性能。依據(jù)正規(guī)的操作程序，可持續(xù)進行20多h的工作，銑掉6個接頭。

1.2 銑頭刀片的改進研究

銑頭結構的改進，增加了磨銑功能，與此同時也可通過在銑頭刀片上鑲嵌合金材料以改善刀片的切削能力上，我們深入調(diào)查了各種合金的物理和化學性能，決定對以下幾種合金進行現(xiàn)場實驗，鑲焊在結構改進的銑頭本體上，最終選擇了質(zhì)地優(yōu)良的W2合金刀片。

2 現(xiàn)場應用效果和進一步改進措施

工具結構的改進和合金刀片的材料選定，在實踐中證實了其正確性，并在刀片的排列上進行進一步調(diào)整，使該工具設計趨向成熟，再配合連續(xù)套銑筒和打撈工具，使其實用性得到進一步延伸，成為套銑打撈工藝的首選工具。

3 工作原理

高效切削式套銑頭開辟了套銑工藝的新思路，由傳統(tǒng)的單純磨銑工藝向切削工藝轉(zhuǎn)變，高效切削式套銑頭成功利用了銑床的工作原理，使套銑頭在井內(nèi)就象一臺銑床，將鉆桿接頭一層一層切削，切削效果極佳；其本體內(nèi)徑又較其端部內(nèi)徑大，從而有效降低了與被套過鉆桿接頭的摩擦阻力；端部開有2～3道水槽，既易于循環(huán)通道暢通攜帶鉆削又降低了泵壓，同時又起到了對銑頭的冷卻作用，保證了銑頭始終處于一個良好的工作狀態(tài)。

4 使用技術要求

使用高效切削式高效套銑頭，在套銑起始階段，務必控制低鉆壓于5KN以內(nèi)，控制轉(zhuǎn)速在80r/min左右；進入正常套銑后，逐漸增加鉆壓至10KN～30KN，轉(zhuǎn)速控制在110r/min～120r/min，才能發(fā)揮該套銑頭良好的切削性能；使用高效切削式套銑頭過程中嚴禁頓鉆和猛提猛放，以免損傷刀片，影響套銑頭的切削能力。

5 效益分析

以濮3-251井為例。

5.1 采油效益

該井目前產(chǎn)油5 T，以前停產(chǎn)，按一年生產(chǎn)原油5T×365天＝1825T

每噸原油1700元計算1825×1700＝310.25萬元

5.2 修井成本節(jié)約情況

日費1.1萬元/天×60天＝66萬元

5.3 后期效益情況

本工具后期效益顯著，對打撈鉆桿提供了可靠保證，每撈一根鉆桿比普通銑頭節(jié)約時間15天。

6 結語與建議

該套銑頭的研制成功，填補了高難度套銑工藝無工具選擇的空白，開辟了套銑工藝的新思路，在修井工藝的歷史上能起到劃時代意義；在現(xiàn)場使用該銑頭應按使用技術施工，保證其始終保持良好的工作狀態(tài)；工具已研制成型，并在修井現(xiàn)場得到驗證。建議申請專利并在全國推廣，使其發(fā)揮更重要的作用。