具体实施方式

在下文中，将结合示例性实施例来详细说明本发明的老井和弃井作业用套管切割锻铣工具。本文中，“第一”、“第二”和“第三”仅仅是为了方便描述和便于区分，而不能理解为指示或暗示相对重要性或具有严格的顺序性。

本发明的所说的“上”、“下”、以及“从上至下”属于相对方位，通常从地面供入井下的钻井液先经过这里所说的“上”，再流经这里所说的“下”。也就是说，对于竖直工作状态而言，本发明的套管切割锻铣工具正好处于这里所说的从上至下的方向。然而，本发明不限于此，本发明的套管切割锻铣工具在进行老井侧钻或水平钻时，这里所说的“上”、“下”、以及“从上至下”则对应于“左”、“右”、以及“从左到右”。

在本发明的一个示例性实施例中，一种老井和弃井作业用套管切割锻铣工具包括壳体、活塞、可压缩弹性件、刀槽、刀板、限位块、受剪切力可断裂件、以及扶正短接。

具体来讲，所述壳体呈直筒状，且具有沿中心轴线从上到下顺序连接的上腔体和下腔体，所述上腔体的内径大于所述下腔体的内径。这里，壳体的作用是用于在其内部安装活塞、可压缩弹性件、刀板、刀槽、受剪切力可断裂件和限位块等构件，以实现刀板的张开和收拢的基本功能。

所述活塞包括彼此连接的活塞头和活塞杆。所述活塞头设置在所述上腔体中，且具有沿上下方向贯穿设置的第一流道、以及与上腔体的所述内径相等的外径。所述活塞杆具有沿上下方向贯穿设置且与第一流道连通的第二流道、以及与下腔体的所述内径相等的外径。这里，钻井液能够沿上下方向从第一流道流向第二流道，从而实现钻井液的循环，并带出切割的铁屑(或铁销)。

所述可压缩弹性件套设在活塞杆靠近活塞头的一端，且位于上腔体、活塞头和活塞杆构成的空间中。开泵后，钻井液的液压作用力作用于活塞杆上端面，推动活塞杆向下移动，使得可压缩弹性件处于被压缩状态；停泵后，活塞杆上端面的钻井液的液压作用力骤减，可压缩弹性件的弹性作用力推动活塞杆向上移动。例如，可压缩弹性件可以为弹簧。

所述刀槽沿所述上下方向设置在所述壳体的侧壁上，且能够容纳刀板。

所述刀板具有彼此连接的小头端和大头端。所述小头端通过受剪切力可断裂件可转动地连接在所述壳体上。所述大头端包括设置有第一切削齿的下端面、设置有第二切削齿的外端面、设置有突出部的内端面、以及位于所述第一切削齿与所述中心轴线之间且向下突出下端面的延长线的扶正配合部；所述内端面的突出部能够在所述可压缩弹性件受到活塞头的压缩的情况下，被活塞杆的另一端挤压，以使刀板的下端面的第一切削齿和刀板的外端面的第二切削齿从刀槽中向外张出。这里，本发明所说的“内”、“外”、以及“由内向外”属于相对方位，通常是指套管切割锻铣工具进行作业时，刀板从位于壳体的下腔体“内”的位置转动到位于壳体“外”的位置。

第一切削齿可为锐化菱形齿，所述锐化菱形齿安装在刀板的下端面，用于套管切割。第二切削齿可为内凹圆形齿，所述内凹圆形齿安装在刀板的外端面，用于套管锻铣。这里，锐化菱形齿使刀板下端面与套管内壁为点接触，能够实现对套管进行高效切割；内凹圆形齿使切削齿具有一定的内倒角，有利于锻铣时割断岩屑，防止套管锻铣时形成长铁销以及铁销缠绕，提高锻铣速度和进尺。例如，第一切削齿可以为锐化菱形碳化钨切削齿，第二切削齿可以为内凹圆形碳化钨切削齿，内凹圆形齿可采用非均匀布齿安装在刀板的外端面，也就是说，内凹圆形齿不必按照一定的角度或尺寸进行排列设置。

这里，所述套管切割锻铣工具可具有多个刀槽、以及与刀槽数量相当的多个刀板。所述多个刀槽可包括在壳体的周向间隔布设的短刀槽和长刀槽；所述多个刀板可包括与所述短刀槽配合的短刀板、以及与所述长刀槽配合且沿上下方向的长度长于所述短刀板的长刀板。在向外张出状态下，所述多个长刀板各自下端面的第一切削齿能够与所述短刀板各自下端面的第一切削齿位于同一水平面，且所述多个长刀板各自外端面的第二切削齿能够与所述短刀板各自外端面的第二切削齿位于同一圆周面。所述长刀槽中可开设有长刀板安装孔，所述短刀槽中可开设有短刀板安装孔。

例如，所述短刀槽、长刀槽、短刀板和长刀板的数量均可为3。其中，3个长刀槽与3个短刀槽沿所述壳体的下腔体的周向交错间隔设置，3个长刀板和3个短刀板的形状被配置为：3个长刀板与长刀槽的结合位置位于3个短刀板与短刀槽的结合位置的上方，并且在受到活塞杆的挤压作用下而发生由内向外转动的情况下，3个长刀板的第一切削齿和3个短刀板的第一切削齿位于同一圆周面，同时3个长刀板的第二切削齿和3个短刀板的第二切削齿位于同一水平面。长刀槽中可开设有长刀板安装孔作为长刀板与短刀槽的结合位置，短刀槽中开设有短刀板安装孔作为短刀板与短刀槽的结合位置。对于尺寸在127～215.9mm的套管，进行上述3个长刀板和3个短刀板的设置，能够有效避免在同一水平面安装6把刀具，而导致开设刀槽后刀具整体的壁厚太薄，不利于本体的抗扭强度的情况。也可以说，上述3个长刀板和3个短刀板的设置能够使6个刀板与刀槽的结合位置构成上下错位设置，从而既能够增加壁厚，又能够实现设置6把刀板。对于尺寸在127～215.9mm的套管，设置6把刀板时效果最好，刀板多于6把，比如8把，切割效果不理想，刀板少于6把，比如3把，刀板易折断，也不能实现良好的切割效果。

所述限位块设置在刀槽中，并能够限制刀板的向上运动。刀槽中可开设有限位块安装孔。这里，限位块用于防止工具在切割和锻铣套管时刀板上移或剪断受剪切可断裂件。

所述受剪切力可断裂件能够在刀板受到从上向下的预定力时断裂，以使刀板的小头端与壳体脱离。这里，受剪切力可断裂件具有连接功能和剪断功能，所述套管切割锻铣工具正常进行切割和锻铣作业时，受剪切力可断裂件用于将刀板固定在刀槽上，以实现刀板张开和收拢的功能；所述套管切割锻铣工具作业完成后，若刀板不能自动收拢，则通过剪断受剪切力可断裂件使刀板收拢或脱离刀槽掉落井底，以取出工具。例如，受剪切力可断裂连接件可以为剪切销钉，剪切销钉能够在受到从上到下的力的作用下断裂，若出现确认要丢刀情况，此时以大于剪切销钉最大承受应力的预定力向上提钻具，即可剪断剪切销钉。

所述扶正短接具有沿上下方向贯穿设置的第三流道，且扶正短接的上端与壳体的下端连接且能够通过与刀板的所述扶正配合部的彼此配合实现对刀板的最大向外张出程度的限位以及对刀板的扶正。第三流道能够与第二流道连通。扶正短接的外圆周上可等距设有多个扶正块，以使所述套管切割锻铣工具作业时能够保持居中，例如，扶正块的数量可以为6个。

在本发明的另一个示例性实施例中，所述套管切割锻铣工具还可包括设置在第一流道远离活塞杆的部分中的耐冲蚀喷嘴。喷嘴可采用高强度硬质合金材料，具有节流作用，能够增大钻井液对活塞杆上端面的液压作用力，同时能够防止钻井液对活塞杆内壁的冲蚀。

在本发明的又一个示例性实施例中，所述套管切割锻铣工具还可包括固定设置在上腔体中且位于活塞头上方的盘阀，所述盘阀能够对从上到下流经的钻井液进行分流。这里，盘阀的作用是实现钻井液的中心分流，即盘阀能够对流经壳体内部的钻井液进行分流，使流经盘阀后的钻井液压力能够更大更均匀的作用于活塞杆的上端面，更有利于推动活塞杆向下运动。

另外，可以采用一体化成型加工工艺将所述盘阀、喷嘴、活塞、可压缩弹性件、刀板、刀槽等构件一体化加工安装在壳体中，从而实现将所述套管切割锻铣工具一体化成型。可以对套管切割锻铣工具整体结构进行仿真力学模拟，合理优化流道设计，以提高套管切割和锻铣时的水力射流能力，例如，可优化设计流道出口半径的大小、刀板装配的间隙、环空流道空间的大小。

为了更好地理解本发明的上述示例性实施例，下面结合附图和具体示例对其进行进一步说明。

示例1

在本示例中，一种老井和弃井作业用套管切割锻铣工具包括壳体、活塞、弹簧、3个长刀槽、3个短刀槽、3个长刀板、3个短刀板、限位块、剪切销钉、以及扶正短接。

其中，壳体具有沿中心轴线从上到下顺序连接的上腔体和下腔体，且上腔体的内径大于下腔体的内径。活塞具有彼此连接的活塞头和活塞杆，且活塞头的外径与所述上腔体的内径相等，活塞杆的外径与所述下腔体的内径相等。活塞头设置在上腔体中，并具有沿上下方向贯穿设置的第一流道。活塞杆设置在下腔体中，并能够沿下腔体的中心轴线上下运动，且活塞杆具有沿上下方向贯穿设置且与第一流道连通的第二流道。弹簧套设在活塞杆靠近活塞头的一端，且位于上腔体、活塞头和活塞杆构成的空间中。3个长刀槽和3个短刀槽设置在壳体的外圆周上，并沿所述下腔体的周向交错间隔设置，且长刀槽的开设位置位于短刀槽的开设位置的上方。3个长刀板和3个短刀板分别通过剪切销钉可转动连接在各自对应的长刀槽和短刀槽中。刀板具有彼此连接的小头端和大头端，小头端通过剪切销钉可转动地连接在壳体上，大头端包括设置有第一切削齿的下端面、设置有第二切削齿的外端面、设置有突出部的内端面、以及位于第一切削齿与中心轴线之间且向下突出下端面的延长线的扶正配合部。第一切削齿为锐化菱形碳化钨切削齿，第二切削齿为内凹圆形碳化钨切削齿。限位块分别设置在长刀槽和短刀槽中，并位于剪切销钉的上方。扶正短接连接在壳体的下端，扶正短接的外圆周上等距设置有6个扶正块。扶正短接具有沿上下方向贯穿设置的第三流道，第三流道能够与第二流道连通。

在没有泵压时(即安装状态)，长刀板和短刀板的小头端各自连接在长刀槽和短刀槽中，大头端则位于壳体的下腔体中。

进行锻铣作业时(即开泵后)，钻井液从井口流经活塞的第一流道和第二流道、以及扶正短接的第三流道，然后流至井底，以实现钻井液的循环。钻井液流动过程中，钻井液能量作用于活塞杆上端面，推动活塞杆压缩弹簧下行，活塞杆下端与刀板的突出部接触，依次推动长刀板和短刀板向外张开。刀板张开过程中，扶正短接的上端与刀板的扶正配合部彼此配合，以实现对刀板的最大向外张出程度的限位。随后，旋转钻具带动所述工具进行套管切割锻铣作业，刀板下端面的锐化菱形碳化钨切削齿与套管内壁实现点接触，旋转钻柱实现套管连续切割；套管被完全切割断后，刀板外端面的内凹圆形碳化钨切削齿接触套管，施加钻压实现套管连续锻铣。

当锻铣作业结束(即停泵后)，活塞杆通过弹簧的弹性恢复力向上移动，同时利用钻具和井壁接触产生的力，可以把长刀板和短刀板顶回各自对应的刀槽，若刀板不能自动收回，可剪断剪切销钉，使刀板脱离刀槽并掉落井底。

示例2

在本示例中，一种老井和弃井作业用套管切割锻铣工具包括壳体、喷嘴、活塞、弹簧、3个长刀槽、3个短刀槽、3个长刀板、3个短刀板、限位块、剪切销钉、以及扶正短接。

其中，壳体具有沿中心轴线从上到下顺序连接的上腔体和下腔体，且上腔体的内径大于下腔体的内径。活塞具有彼此连接的活塞头和活塞杆，且活塞头的外径与所述上腔体的内径相等，活塞杆的外径与所述下腔体的内径相等。活塞头设置在上腔体中，并具有沿上下方向贯穿设置的第一流道。活塞杆设置在下腔体中，并能够沿下腔体的中心轴线上下运动，且活塞杆具有沿上下方向贯穿设置且与第一流道连通的第二流道。弹簧套设在活塞杆靠近活塞头的一端，且位于上腔体、活塞头和活塞杆构成的空间中。喷嘴设置在活塞头的第一流道远离活塞杆的部分中，且喷嘴的流道能够与活塞杆的第二流道连通。3个长刀槽和3个短刀槽设置在壳体的外圆周上，并沿所述下腔体的周向交错间隔设置，且长刀槽的开设位置位于短刀槽的开设位置的上方。3个长刀板和3个短刀板分别通过剪切销钉可转动连接在各自对应的长刀槽和短刀槽中。刀板具有彼此连接的小头端和大头端，小头端通过剪切销钉可转动地连接在壳体上，大头端包括设置有第一切削齿的下端面、设置有第二切削齿的外端面、设置有突出部的内端面、以及位于第一切削齿与中心轴线之间且向下突出下端面的延长线的扶正配合部。第一切削齿为锐化菱形碳化钨切削齿，第二切削齿为内凹圆形碳化钨切削齿。限位块分别设置在长刀槽和短刀槽中，并位于剪切销钉的上方。扶正短接连接在壳体的下端，扶正短接的外圆周上等距设置有6个扶正块。扶正短接具有沿上下方向贯穿设置的第三流道，第三流道能够与第二流道连通。

在没有泵压时(即安装状态)，长刀板和短刀板的小头端各自连接在长刀槽和短刀槽中，大头端则位于壳体的下腔体中。

进行锻铣作业时(即开泵后)，钻井液从井口流经喷嘴、活塞的第一流道和第二流道、以及扶正短接的第三流道，然后流至井底，以实现钻井液的循环。钻井液流动过程中，喷嘴具有节流作用，既能够防止钻井液对活塞杆内壁的冲蚀，又能增大钻井液作用于活塞杆上端面的液压作用力，从而推动活塞杆压缩弹簧下行，使得活塞杆下端与刀板的突出部接触，依次推动长刀板和短刀板向外张开。刀板张开过程中，扶正短接的上端与刀板的扶正配合部彼此配合，以实现对刀板的最大向外张出程度的限位。随后，旋转钻具带动所述工具进行套管切割锻铣作业，刀板下端面的锐化菱形碳化钨切削齿与套管内壁实现点接触，旋转钻柱实现套管连续切割；套管被完全切割断后，刀板外端面的内凹圆形碳化钨切削齿接触套管，施加钻压实现套管连续锻铣。

当锻铣作业结束(即停泵后)，活塞杆通过弹簧的弹性恢复力向上移动，同时利用钻具和井壁接触产生的力，可以把长刀板和短刀板顶回各自对应的刀槽，若刀板不能自动收回，可剪断剪切销钉，使刀板脱离刀槽并掉落井底。

示例3

在本示例中，如图1和图2所示，一种老井和弃井作业用套管切割锻铣工具包括壳体1、盘阀2、喷嘴3、活塞4、弹簧5、限位块6、剪切销钉7、长刀板8、短刀板9、扶正短接10、长刀槽11、短刀槽12、以及扶正块13。图1和图2的从左至右的方向，即为本发明中所说的从上至下的方向。

其中，壳体1具有沿中心轴线从上到下顺序连接的上腔体和下腔体，且上腔体的内径大于下腔体的内径。活塞4具有彼此连接的活塞头和活塞杆，且活塞头的外径与所述上腔体的内径相等，活塞杆的外径与所述下腔体的内径相等。活塞头设置在壳体1的上腔体中，并具有沿上下方向贯穿设置的第一流道。活塞杆设置在壳体1的下腔体中，并能够沿下腔体的中心轴线上下运动，且活塞杆具有沿上下方向贯穿设置且与第一流道连通的第二流道。弹簧5套设在活塞杆靠近活塞头的一端，且位于上腔体、活塞头和活塞杆构成的空间中。喷嘴3设置在活塞4的第一流道远离活塞杆的部分中，且喷嘴3的流道能够与活塞杆的第二流道连通。盘阀2固定设置在壳体1的上腔体中且位于活塞4的上方，且盘阀2能够对从上到下流经的钻井液进行分流。长刀槽11和短刀槽12的数量均为3个。3个长刀槽11和3个短刀槽12设置在壳体1的外圆周上，并沿所述下腔体的周向交错间隔设置，且长刀槽11的开设位置位于短刀槽12的开设位置的上方。长刀板8和短刀板9的数量均为3个。3个长刀板8和3个短刀板9分别通过剪切销钉7安装在各自对应的长刀槽11和短刀槽12中。限位块6分别设置在长刀槽11和短刀槽12中，并位于剪切销钉7的上方。扶正短接10连接在壳体1的下端，扶正短接10的外圆周上等距设置有6个扶正块13。扶正短接10具有沿上下方向贯穿设置的第三流道，第三流道能够与第二流道连通。

弹簧5的结构如图3所示，弹簧5为螺旋弹簧。

限位块6的结构如图4所示，限位块6具有凹台，用于防止套管切割锻铣工具在切割和锻铣套管时长刀板和短刀板上移或剪断剪切销钉。

刀板的结构如图5a、图5b和图5c所示，图5a的从左至右的方向，即为本示例中所说的上端至下端的方向，图5a的从上至下的方向，即为本示例中所说的外端至内端的方向。刀板具有彼此连接的小头端和大头端，小头端通过剪切销钉可转动地连接在壳体上，大头端包括设置有第一切削齿14的下端面、设置有第二切削齿15的外端面、设置有突出部的内端面、以及位于第一切削齿14与壳体的中心轴线之间且向下突出下端面的延长线的扶正配合部。第一切削齿14为锐化菱形碳化钨切削齿，第二切削齿15为内凹圆形碳化钨切削齿。

在没有泵压时(即安装状态)，长刀板8和短刀板9的小头端各自连接在长刀槽11和短刀槽12中，大头端则位于壳体1的下腔体中。

进行锻铣作业时(即开泵后)，钻井液从井口流至盘阀2，经盘阀2分流后流经喷嘴3、活塞4的第一流道和第二流道、以及扶正短接10的第三流道，然后流至井底，以实现钻井液的循环。钻井液流动过程中，盘阀2具有分流作用，使流经盘阀2后的钻井液压力能更大更均匀的作用于活塞表面；喷嘴3具有节流作用，既能够防止钻井液对活塞杆内壁的冲蚀，又能增大钻井液作用于活塞杆上端面的液压作用力，从而推动活塞杆压缩弹簧5下行，使得活塞杆下端与刀板的突出部接触，依次推动长刀板8和短刀板9向外张开。刀板张开过程中，扶正短接10的上端分别与长刀板8和短刀板9的扶正配合部彼此配合，以实现对刀板的最大向外张出程度的限位。随后，旋转钻具带动所述工具进行套管切割锻铣作业，刀板下端面的第一切削齿14(即锐化菱形碳化钨切削齿)与套管内壁实现点接触，旋转钻柱实现套管连续切割；套管被完全切割断后，刀板外端面的第二切削齿15(即内凹圆形碳化钨切削齿)接触套管，施加钻压实现套管连续锻铣。

当锻铣作业结束(即停泵后)，活塞杆通过弹簧5的弹性恢复力向上移动，同时利用钻具和井壁接触产生的力，可以把长刀板8和短刀板9顶回各自对应的刀槽，若刀板不能自动收回，可剪断剪切销钉7，使刀板脱离刀槽并掉落井底。

综上所述，本发明的老井和弃井作业用套管切割锻铣工具的优点可包括：

(1)本发明对刀板下端面的第一切削齿锐化处理，将刀板下端面与套管内壁的面接触转换为点接触，增强了刀板的吃入能力，提高了切割效率；

(2)本发明对刀板外端面的第二切削齿采用内凹圆形齿，有利于割断锻铣形成的铁丝(或铁削)，防止铁削缠绕，提高了锻铣效率；

(3)本发明优化了流道设计，提高了套管切割和锻铣时的水力射流能力，有利于排出铁削；

(4)本发明优化了工具的结构设计，采用一体化成型加工工艺，使工具本体结构简单易加工、良品率高、强度高、可靠性好；

(5)本发明操作方便，能够实现对套管(例如，127～215.9mm的套管，尤其是不超过177.8mm的套管)进行快速切割和高速长段锻铣作业，解决了套管锻铣速度慢、进尺短、刀板变形、铁屑缠绕、液压活塞失效等技术难题。

尽管上面已经结合示例性实施例及附图描述了本发明，但是本领域普通技术人员应该清楚，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，可以对上述实施例进行各种修改。