高效切削式套铣工具的改进

王耀东 刘同华 苗胜昔 耿卫

中原油田井下特种作业公司修井工程部 457061

1 工具设计机理

我们分为两个方面进行了研究设计。

1.1 工具结构改进设计

该工具在结构上突破了普通铣头的设计理念，在其结构上与普通铣头相比就能得知其优越的使用性能。

1）普通铣头结构简单，仅仅是将YD合金进行单一的堆砌，然后进行焊接；其优点是结构简单，方便进行再加工。其缺点是有以下三点（由文269-1和濮3-251井实践得知）：

A.YD合金是经过简单的堆焊而形成的，其强度低，易撕裂。

B.在进行套铣的过程中，洗井液流通不顺畅，泵压高达15MPa排量低于10m3/h。

C.套铣时钻压和扭矩都相对较大，钻压可达150KN，扭矩可达15KN·m

2）新式铣头虽然结构并不复杂，但将新式铣头改造后却具备了高于普通铣头的性能；

A.焊接镶嵌在铣头本体槽内的W2合金，强度很高，镶嵌紧密，很难被撕裂。

B.创新型的半圆式水眼的结构设计，保证了套铣时洗井液的流通顺畅，使洗井的功能性得以提高，泵压低于5MPa，排量升至35m3/h。

C.套现头端部突出的创新性结构设计,在为水眼创造更大空间的同时促使套铣过程中产生的钻压与扭矩都有所减小。

只有不断地进行实践和相关的理论分析计算，才能使套现头结构得到合理的改进，通过对269-1和濮3-251井套铣头的实践操作及结果分析，可正确的判断降低其功效的原因：

（1）在套铣过程中，套铣头端部基本和铣头本体的内径大小相同，这就使得套铣时的钻杆接头不得不同铣头本体的内壁紧紧地结合在一起，导致钻压与扭矩都出现了一定程度的损耗。

（2）与此同时，这种套铣头结构还会导致洗井液流通不顺畅，致使泵压升高，排量低，从而影响对YD合金的制冷性能，使得合金结合不紧密，故而容易被撕裂，而导致脱落，并且磨铣后产生的大量铁屑无法及时的返出，造成了重复磨铣效率降低。进行改造升级后的铣头尺寸大小，应仍旧为∮114mm，其铣头端部的突出设计内径大小是∮84mm，铣头本体的内径大小是∮90mm，如此不仅能够使磨铣的阻力减小而且又不会使强度降低，根据理论计算公式进行如下计算：

1）该工具本体材料选择为45钢。

2）按工具下井套铣时的扭矩计算，在该扭矩下的最小允许直径，代入公式：

3）计算出的最小允许直径的尺寸不超过工具设计相应尺寸范围，从而证明了工具具有可操作性。

理论计算得出的设计尺寸，通过实践操作可知此工具虽处于不正常状态，但仍具有较好的操作性能。依据正规的操作程序，可持续进行20多h的工作，铣掉6个接头。

1.2 铣头刀片的改进研究

铣头结构的改进，增加了磨铣功能，与此同时也可通过在铣头刀片上镶嵌合金材料以改善刀片的切削能力上，我们深入调查了各种合金的物理和化学性能，决定对以下几种合金进行现场实验，镶焊在结构改进的铣头本体上，最终选择了质地优良的W2合金刀片。

2 现场应用效果和进一步改进措施

工具结构的改进和合金刀片的材料选定，在实践中证实了其正确性，并在刀片的排列上进行进一步调整，使该工具设计趋向成熟，再配合连续套铣筒和打捞工具，使其实用性得到进一步延伸，成为套铣打捞工艺的首选工具。

3 工作原理

高效切削式套铣头开辟了套铣工艺的新思路，由传统的单纯磨铣工艺向切削工艺转变，高效切削式套铣头成功利用了铣床的工作原理，使套铣头在井内就象一台铣床，将钻杆接头一层一层切削，切削效果极佳；其本体内径又较其端部内径大，从而有效降低了与被套过钻杆接头的摩擦阻力；端部开有2～3道水槽，既易于循环通道畅通携带钻削又降低了泵压，同时又起到了对铣头的冷却作用，保证了铣头始终处于一个良好的工作状态。

4 使用技术要求

使用高效切削式高效套铣头，在套铣起始阶段，务必控制低钻压于5KN以内，控制转速在80r/min左右；进入正常套铣后，逐渐增加钻压至10KN～30KN，转速控制在110r/min～120r/min，才能发挥该套铣头良好的切削性能；使用高效切削式套铣头过程中严禁顿钻和猛提猛放，以免损伤刀片，影响套铣头的切削能力。

5 效益分析

以濮3-251井为例。

5.1 采油效益

该井目前产油5 T，以前停产，按一年生产原油5T×365天＝1825T

每吨原油1700元计算1825×1700＝310.25万元

5.2 修井成本节约情况

日费1.1万元/天×60天＝66万元

5.3 后期效益情况

本工具后期效益显著，对打捞钻杆提供了可靠保证，每捞一根钻杆比普通铣头节约时间15天。

6 结语与建议

该套铣头的研制成功，填补了高难度套铣工艺无工具选择的空白，开辟了套铣工艺的新思路，在修井工艺的历史上能起到划时代意义；在现场使用该铣头应按使用技术施工，保证其始终保持良好的工作状态；工具已研制成型，并在修井现场得到验证。建议申请专利并在全国推广，使其发挥更重要的作用。