淺談高效磨鞋在修井工藝中的應(yīng)用

徐娟

[摘 要]油氣水井大修技術(shù)近幾年發(fā)展迅速，它已成為我國各大油田解決老區(qū)塊中具有開發(fā)價(jià)值的套損井恢復(fù)產(chǎn)能、降低成本、增產(chǎn)原油的重要手段之一。近幾年，由于大力發(fā)展定向水平井和小井眼側(cè)鉆技術(shù)，有大量的水平井與小直徑套管內(nèi)落物需要打撈，需要研制開發(fā)一批適合于水平井和小井眼內(nèi)的落物打撈工具及工藝技術(shù)?，F(xiàn)有解卡及打撈工具必須向著快速，高效性能方向發(fā)展，從切削磨銑元件的材質(zhì)到布局結(jié)構(gòu)方面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以適應(yīng)井下工況的復(fù)雜性和不確定性，進(jìn)行高效套磨銑工具的開發(fā)與研究顯得尤為重要。

[關(guān)鍵詞]高效；套磨銑；切削過程及其特點(diǎn)結(jié)構(gòu)創(chuàng)新

中圖分類號：TE358.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2018）29-0394-01

1 套磨銑的特點(diǎn)

套磨銑的目的是磨銑掉井下落物，使鉆具解卡。使用鑲焊有硬質(zhì)合金齒的磨銑鞋去套磨銑扶正器的工作原理與切削刀具切削工件的原理是很相似的，依靠磨銑鞋的牙齒刃口去切削扶正塊。但是，扶正塊外部的硬質(zhì)合金柱或硬質(zhì)合金粉末與磨銑鞋上硬質(zhì)合金切削齒的硬度是基本相同的，不可能只是落物上的硬質(zhì)合金柱或硬質(zhì)合金粉末被切削掉或被磨銑掉，落物上的硬質(zhì)合金柱或硬質(zhì)合金粉末也在很快地磨損磨銑鞋的牙齒。

2 套磨銑切削過程及其工作特點(diǎn)

在套磨銑鞋磨銑井下落魚時(shí)，會產(chǎn)生沖擊、震動、鱉跳現(xiàn)象，使磨銑鞋上的硬質(zhì)合金齒破碎、斷落而失去切削能力；因此要求磨銑鞋具有強(qiáng)度高、抗沖擊、耐磨損、套銑效率高的性能。

在套磨銑鞋工作時(shí)，與以下因素有密切關(guān)系：

1）鉆壓：磨銑鞋工作時(shí)有許用鉆壓，主要保證磨銑時(shí)切削合金的受力控制在一定強(qiáng)度范圍內(nèi)。許用鉆壓的確定與合金性能和磨鞋的結(jié)構(gòu)形式有關(guān)。

2）循環(huán)：采用磨銑鞋作業(yè)時(shí)，為了保證循環(huán)效果，推薦使用鉆井液進(jìn)行循環(huán)。根據(jù)油田地層情況，合理選擇循環(huán)鉆井液密度，通常為1.1一1.29g/cm3。

3）轉(zhuǎn)速：磨銑鞋工作時(shí)也存在一個(gè)推薦轉(zhuǎn)速，這個(gè)數(shù)值一般也要通過試驗(yàn)獲得。雖然磨銑轉(zhuǎn)速不會直接影響合金性能，不會影響循環(huán)的效果，而使用較高轉(zhuǎn)速有利于提高磨銑速度。

4）管柱組合：磨銑管柱中推薦配備鉆挺的目的是為了增加鉆柱的穩(wěn)定性，保持磨銑工作狀況的穩(wěn)定；使用沉砂筒的作用是增加鐵屑攜帶能力，提高循環(huán)效果。

3 套磨銑工具設(shè)計(jì)的基本要求

除了選擇合理的切削條件和刀具角度外，對于切削系統(tǒng)則需要高剛性的工具系統(tǒng)。不但刀具應(yīng)有足夠的剛性，同時(shí)，刀具和工件應(yīng)具有相等同的剛性。振動會導(dǎo)致刀具與工件之間產(chǎn)生不斷的位移，對刀具使用壽命產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。在切削過程中，振動類型主要有自由振動、強(qiáng)迫振動、自激振動和混合振動。在加工中，強(qiáng)迫振動主要來源于回轉(zhuǎn)件的不平衡，一般來說，對系統(tǒng)影響最大的是自激振動，這不僅是因?yàn)榘l(fā)生自激振動的激烈程度，更主要是因?yàn)榘l(fā)生自激振動的原因就在工具系統(tǒng)本身，防振消振都十分困難，歷來被認(rèn)為是一個(gè)最為棘手的問題。

4 套磨銑刀具的材料

對套磨銑刀具材料性能的要求：進(jìn)入二十一世紀(jì)后，制造技術(shù)向高效率、高精度、快速化、智能化和環(huán)保等方向發(fā)展。要提高生產(chǎn)效率，也要取決于切削刀具的發(fā)展。在切削加工中，刀具材料性能的優(yōu)劣是影響加工表面質(zhì)量、切削效率、刀具壽命的基本因素。目前，可用于淬硬鋼切削加工的刀具材料有硬質(zhì)合金、超細(xì)粒硬質(zhì)合金、金屬陶瓷、陶瓷刀具、立方氮化硼CCBN）、聚晶立方氮化硼ePeBN）等作為粘結(jié)劑，采用粉末冶金方法生產(chǎn)的一種多相組合材料。

5 刀具材料的選擇

新型高效套磨銑鞋和滿眼磨鞋在井下要切削的材料主要是鋼材及淬硬的合金鋼材?？梢杂米鹘饘偾邢鞯毒叩牟牧现饕校焊咚俟ぞ咪?、硬質(zhì)合金、陶瓷刀具、金剛石和立方氮化硼。高速工具鋼和陶瓷刀具雖然有良好的切削性能，但因脆性較大，暫不適宜于井下作為切削工具。套磨銑鞋工作時(shí)的參數(shù)選擇十分重要，套磨銑鞋工作時(shí)應(yīng)該以什么樣的旋轉(zhuǎn)速度轉(zhuǎn)動，套磨銑鞋工作時(shí)對被切削工件切削時(shí)是以多大的切削力和扭矩在工作，套磨銑鞋工作時(shí)工作的功率是多大，這都是設(shè)計(jì)人員和使用人員必須知道和必須掌握的參數(shù)。因此，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)進(jìn)行必要的計(jì)算。計(jì)算中還要涉及進(jìn)刀量、切削深度、切削寬度、切削刀具的使用時(shí)間等參數(shù)的計(jì)算或選擇，這是為了計(jì)算切削速度、切削力、切削功率的必要參數(shù)。

6 結(jié)論及展望

6.1 結(jié)論

目前，套磨銑工具有兩類：一類的齒面結(jié)構(gòu)是將不同形狀和不同粒徑的超硬材料與焊接材料燒結(jié)或堆焊在套磨銑工具本體端部而形成的切削刃，并以磨蝕性磨損機(jī)理工作；另一類的齒面結(jié)構(gòu)是將超硬材料事先做成刀具按一定的布齒規(guī)律鑲焊在套磨銑工具本體端部而形成切削刃，以切削性磨損機(jī)理工作。目前，大多數(shù)設(shè)計(jì)者均喜歡采用前者。

6.2 展望

通過理論研究與產(chǎn)品的現(xiàn)場試驗(yàn)，對于研制高效套磨銑工具有了下述幾點(diǎn)基本認(rèn)識。

l）合理選用超硬復(fù)合材料刀片，選擇立方氮化硼復(fù)合片作為套銑頭的切削刃，切削油氣井中次留的淬硬的合金剛材料應(yīng)具有良好的切削性，套銑速度可望達(dá)到每小時(shí)0.6-1.0m左右。

2）按照一定的布齒規(guī)律鑲焊刀片，在套磨銑工具本體端部形成切削刃，以切削性磨損機(jī)理工作。

3）布齒規(guī)律要有較好的井底覆蓋率，注意兼顧刀具整體與局部的剛性和強(qiáng)度。

4）在套磨銑鞋端部采用不同形狀的超硬復(fù)合齒形、不同的露齒高度、不同的排列方式，以保證端部牙齒具有良好的切削性能。

5）在套磨銑鞋外圓周上布置幾條粗顆粒硬質(zhì)合金粉末焊道，可以增強(qiáng)套磨銑鞋的徑向抗震能力，減少內(nèi)外圓周上的超硬復(fù)合齒受徑向沖擊的影響。

6）建議改進(jìn)設(shè)計(jì)，選擇較大尺寸的切削刃，適當(dāng)減少露齒高度，利用焊接材料進(jìn)行護(hù)齒處理。

參考文獻(xiàn)

[1] 房全堂、盧世慶：《開窗側(cè)鉆技術(shù)》，石油工業(yè)出版社，1997.

[2] 徐芝綸：《彈性力學(xué)》，高教出版社，1998.