一種用於套管鑽井的隨鑽擴眼器的製作方法

2023-04-30 09:39:56 1

專利名稱：一種用於套管鑽井的隨鑽擴眼器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及石油天然氣鑽井技術領域，特別涉及一種鑽井井下專用工具，具 體說是一種套管鑽井用的隨鑽擴眼器。
背景技術：
套管鑽井技術是將鑽井和下套管合併成一個作業過程，不再需要常規的起下鑽作 業，與常規鑽井技術相比，套管鑽井優勢明顯，主要體現在縮短建井周期，減少井下事故， 改善井控狀況，簡化鑽井設備。在套管鑽井的過程中，其切削刃具的處理有以下兩種方法可鑽鑽頭套管鑽井技術所用鑽頭必須使用特殊軟材料製作，其進尺難於估計，故 只能用於鬆軟地層。而且這種單行程鑽井過程不能起鑽，因而井下動力馬達和MWD等工具 不能隨鑽使用，故只限於淺井直井鑽進。此外，非常情況下，因鑽遇特殊地層，鑽頭水眼堵塞 等必須進行起鑽作業，這就可能損傷套管絲扣，因此這種技術不能在特殊泥質地層中鑽進。 這些問題在鑽深井或鑽遇複雜地層時尤為突出。相比之下，鑽頭回收式套管鑽井技術則可有效避免上述缺陷，不但能夠完成常規 鑽井技術勝任的各種任務，還可完成漏、塌等特殊複雜地層的鑽井任務。鑽頭回收式套管鑽 井裝備使用的井下工具串主要由鑽頭、隨鑽擴眼器、鎖緊裝置、打撈回收裝置等組成。其中， 隨鑽擴眼器在鑽進過程中扮演著舉足輕重的角色，其作用主要體現在如下幾個方面(1) 作為鑽進過程中的第二隻鑽頭，將領眼擴大至滿足固井工藝要求的尺寸；(2)擴眼器的開 啟和關閉動作實現下部鑽具組合既能鑽出比套管更大的孔眼，又能順利穿過套管內孔；(3) 擴眼器與領眼鑽頭之間的鑽柱部分可以安裝井下動力馬達、導向短節、MWD等工具，實現特 殊工藝鑽井。擴眼器性能的優劣，會對套管鑽井過程產生重大影響，甚至左右作業過程的成 敗。中國專利CN03218329. 1公開了一種水力擴張式PDC擴眼器，其特徵是心軸上部裝 有噴嘴，下部為凸塊，凸塊與擴眼刀翼相配合。當泥漿流經噴嘴時產生足夠液壓力時，心軸 下移同時壓縮下方的壓縮彈簧。心軸上的凸塊能推動擴眼刀翼沿固定銷旋轉，從而伸出殼 外進行擴孔作業。該專利所述擴眼刀翼不具備扶正功能；清洗倒噴嘴距離擴眼刀翼距離過 遠；外殼無排屑槽。中國專利CN200720173568. 9公開了一種套管鑽井專用擴眼器，由齒條軸與擴眼 刀翼配合，當泥漿流量足夠大時，壓差驅動齒條軸下移，一方面壓縮壓縮彈簧，另一方面帶 動刀翼旋轉直至達到工作位置，從而啟動擴眼器進行擴眼作業。該專利所述擴眼器不具扶 正功能；擴眼部分無清洗水眼；外殼無排屑槽。

實用新型內容本實用新型的目的是提供一種用於套管鑽井的隨鑽擴眼器，由套管中下入井底 並在液壓作用下開啟進行擴眼作業，將領眼擴大成滿足固井工藝要求的井徑；擴眼完成後， 擴眼刀翼在壓縮彈簧力作用下收回殼體內，整個擴眼裝置能由套管打撈至地面。[0008]本實用新型採用的技術方案是用於套管鑽井的隨鑽擴眼器，主要由殼體、上噴 嘴、心軸、壓縮彈簧、擴眼刀翼、定位銷和下噴嘴組成，殼體的上端和下端有螺紋，能連接在 鑽柱上。其特徵在於在圓柱形殼體中心孔有一個心軸，心軸上端外壁有上密封圈；心軸上 下端外壁有下密封圈。心軸有中心孔，心軸中心孔上部固定有一個上噴嘴。在殼體內壁與 心軸外壁之間有環形空間，在環形空間內有壓縮彈簧。心軸向下滑動時能使壓縮彈簧收縮 蓄能。在心軸縮頸部外壁上加工有齒條。在殼體的外壁上有長方形孔，在殼體的長方形孔內 有擴眼刀翼，擴眼刀翼由定位銷固定於殼體的長方形孔中，擴眼刀翼能繞定位銷旋轉張開。 在殼體下端中心孔內由卡簧固定一個下噴嘴。下噴嘴由卡簧固定於殼體下端中心孔內，可 方便地替換。下噴嘴尺寸為一系列值，可根據實際需要選配。為減小擴眼鑽進過程中鑽柱的振動，在擴眼刀翼下方並在殼體外壁上鑲嵌硬質合 金耐磨塊，起穩定作用。所述的耐磨塊縱向排列嵌入殼體的外壁上，耐磨塊的位置在擴眼刀 翼的下部。為保證領眼鑽頭產生的巖屑及時返出井眼，在殼體的外壁上加工有排屑槽。排屑 槽的位置在每兩個擴眼刀翼之間。為了使殼體與心軸之間的環形空間內的壓力同外部的壓力保持一致，在殼體壁上 有旁通孔，旁通孔的位置在殼體與心軸之間的環形空間下部。每個擴眼刀翼的下部有一個心軸側噴嘴。心軸側噴嘴在心軸的壁上並與擴眼刀翼 相對。所述的擴眼刀翼一端的兩側分別有PDC切削齒，PDC切削齒之間加工排屑槽；擴眼 刀翼外緣為圓弧形狀並固定有保徑齒。擴眼刀翼另一端有不完整齒輪，不完整齒輪與心軸 上的齒條相嚙合。為了使擴眼刀翼裝入殼體後能正常旋轉，在擴眼刀翼上開出環形槽。擴 眼刀翼旋轉時，環形槽部位不與心軸接觸。簡述用於套管鑽井的隨鑽擴眼器的工作原理。參閱圖1。當擴眼器下入井底，而地 面泵未開動時，擴眼刀翼6處於關閉狀態；待領眼鑽頭接觸井底後開泵循環，逐漸加大流量 清洗井底。不斷增大的流量通過心軸4上端安裝的上噴嘴3，由於液體的節流效應產生壓 力差，該壓力差推動心軸4下行，壓縮彈簧5縮短，通過齒輪齒條配合驅動擴眼刀翼6向外 旋轉張開。至擴眼刀翼6上部的金屬軟墊接觸殼體1後，擴眼刀翼6完全開啟，進入工作狀 態，開始擴眼作業。泥漿流量減小或停泵後，壓縮彈簧5推動心軸4上行，擴眼刀翼6隨齒 輪16旋轉而收回。心軸4下方的下噴嘴9用於調節流向擴眼刀翼6的泥漿流量。下噴嘴9 消耗流體壓力較大時，心軸側噴嘴12壓力較大，流向擴眼刀翼6的流量較大；反之，下噴嘴 9消耗壓力較小時，流向擴眼刀翼6的流量較小。待達到鑽進深度要求或需要更換鑽具時， 即停泵，擴眼器內部被壓縮的壓縮彈簧5開始回彈，推動心軸4上行，擴眼刀翼6隨之復位。 整個擴眼器可經繩索打撈回收至地面。若鑽進過程中發現領眼鑽頭與擴眼器的水力能量分 配不合適，可根據實際情況確定合適的下噴嘴系列，並將工具打撈至地面後進行更換。本實用新型的有益效果本實用新型用於套管鑽井的隨鑽擴眼器，適用於套管鑽 井作業。對常規擴眼器進行了功能及結構上的改進和優化，其優勢在於增加了殼體扶正功 能，有利於減小擴孔作業過程中鑽具的振動，並能夠有效清洗擴眼產生的巖屑，提高井身質 量。同時可以通過更換噴嘴來調控領眼鑽頭與擴眼器的水力能量分配。
圖1是本實用新型用於套管鑽井的隨鑽擴眼器結構剖面示意圖。圖2是擴眼刀翼6結構立體示意圖。圖中，1.殼體，2.上密封圈，3.上噴嘴，4.心軸，5.壓縮彈簧，6.擴眼刀翼，7.定位 銷，8.密封圈，9.下噴嘴，10.旁通孔，11.排屑槽，12.心軸側噴嘴，13.耐磨塊，14. PDC切削 齒，15.保徑齒，16.不完整齒輪，17.環形槽。
具體實施方式
實施例1 以一個用於套管鑽井的隨鑽擴眼器為例，對本實用新型作進一步詳細 說明。參閱圖1。本實用新型用於套管鑽井的隨鑽擴眼器，主要由殼體1、上密封圈2、上 噴嘴3、心軸4、壓縮彈簧5、擴眼刀翼6、定位銷7、下密封圈8、下噴嘴9和耐磨塊13組成， 殼體1的上端和下端有API鑽杆螺紋，能連接在鑽柱上。在圓柱形殼體1中心孔有一個心 軸4，心軸4上端外壁有上密封圈2 ；心軸4上下端外壁有下密封圈8。心軸4有中心孔，心 軸4中心孔上部固定有一個上噴嘴3。在殼體1內壁與心軸4外壁之間有環形空間，在環形 空間內有壓縮彈簧5。在殼體1壁上有一個旁通孔10，旁通孔10的位置在殼體1與心軸4 之間的環形空間下部。心軸4向下滑動時能使壓縮彈簧5收縮蓄能。在心軸4縮頸部外壁 上加工有齒條。在殼體1的外壁上有兩個長方形孔，在殼體1的每個長方形孔內有一個擴 眼刀翼6，擴眼刀翼6由定位銷7固定於殼體1的長方形孔中，擴眼刀翼6能繞定位銷7旋 轉張開。每個擴眼刀翼6的下部有一個心軸側噴嘴12。心軸側噴嘴12在心軸4的壁上並 與擴眼刀翼6相對。在殼體1下端中心孔內由卡簧固定一個下噴嘴9。在擴眼刀翼6下方並在殼體1外壁上鑲嵌一周硬質合金耐磨塊13，耐磨塊13縱向 排列嵌入殼體1的外壁上，耐磨塊13的位置在擴眼刀翼6的下部。在殼體1的外壁上加工 有排屑槽11。排屑槽11的位置在兩個擴眼刀翼6之間。參閱圖2。擴眼刀翼6 —端的兩側分別焊接有PDC切削齒14，兩排PDC切削齒14 之間加工有一個凹陷的排屑槽；擴眼刀翼6外緣為圓弧形狀並焊接固定有保徑齒15。擴眼 刀翼6另一端有PDC切削齒14，不完整齒輪16與心軸4上的齒條相嚙合。不完整齒輪16 的齒數為兩個。在擴眼刀翼6上開出環形槽17。
權利要求1.一種用於套管鑽井的隨鑽擴眼器，主要由殼體(1)、上噴嘴(3)、心軸(4)、壓縮彈簧(5)、擴眼刀翼(6)、定位銷(7)和下噴嘴(9)組成，殼體(1)的上端和下端有螺紋，其特徵 在於在圓柱形殼體(1)中心孔有一個心軸(4)，心軸(4)上端外壁有上密封圈(2)；心軸 (4)上下端外壁有下密封圈(8)；心軸(4)有中心孔，心軸(4)中心孔上部固定有一個上噴 嘴⑶；在殼體(1)內壁與心軸⑷外壁之間有環形空間，在環形空間內有壓縮彈簧(5)，在 心軸(4)縮頸部外壁上加工有齒條；在殼體(1)的外壁上有長方形孔，在殼體(1)的長方形 孔內有擴眼刀翼(6)，擴眼刀翼(6)由定位銷(7)固定於殼體(1)的長方形孔中，擴眼刀翼(6)能繞定位銷(7)旋轉張開，在殼體(1)下端中心孔內由卡簧固定一個下噴嘴(9)。
2.根據權利要求1所述的用於套管鑽井的隨鑽擴眼器，其特徵是在擴眼刀翼(6)下 方並在殼體(1)外壁上鑲嵌硬質合金耐磨塊(13)，所述的耐磨塊(13)縱向排列嵌入殼體 (1)的外壁上，耐磨塊(13)的位置在擴眼刀翼(6)的下部。
3.根據權利要求1所述的用於套管鑽井的隨鑽擴眼器，其特徵是在殼體(1)的外壁 上加工有排屑槽(11)，排屑槽(11)的位置在每兩個擴眼刀翼(6)之間。
4.根據權利要求1所述的用於套管鑽井的隨鑽擴眼器，其特徵是在殼體(1)壁上有 旁通孔(10)，旁通孔(10)的位置在殼體⑴與心軸⑷之間的環形空間下部。
5.根據權利要求1、2、3或4所述的用於套管鑽井的隨鑽擴眼器，其特徵是每個擴眼 刀翼(6)的下部有一個心軸側噴嘴(12)，心軸側噴嘴(12)在心軸(4)的壁上並與擴眼刀翼 (6)相對。
6.根據權利要求1、2、3或4所述的用於套管鑽井的隨鑽擴眼器，其特徵是所述的擴 眼刀翼(6) 一端的兩側分別有PDC切削齒(14)，PDC切削齒(14)之間加工排屑槽；擴眼刀 翼(6)外緣為圓弧形狀並固定有保徑齒(15)；擴眼刀翼(6)另一端有不完整齒輪(16)，不 完整齒輪(16)與心軸(4)上的齒條相嚙合，在擴眼刀翼(6)上開出環形槽(17)。
專利摘要用於套管鑽井的隨鑽擴眼器，應用於石油天然氣鑽井隨鑽擴大井眼。在圓柱形殼體中心孔有一個心軸；心軸有中心孔，心軸中心孔上部固定有一個上噴嘴。在殼體內壁與心軸外壁之間有環形空間，在環形空間內有壓縮彈簧。在心軸縮頸部外壁上加工有齒條。在殼體的外壁上有長方形孔，在殼體的長方形孔內有擴眼刀翼，擴眼刀翼由定位銷固定於殼體的長方形孔中，擴眼刀翼能繞定位銷旋轉張開。效果是通過心軸運動實現擴眼刀翼的開啟與關閉。擴眼刀翼外緣的保徑齒降低振動，保證作業過程中鑽柱的穩定；外殼上的排屑槽可保證返屑順暢，井底得到及時清理。擴眼刀翼張開後將領眼擴大至滿足固井工藝要求，適用於套管鑽井作業。
文檔編號E21B10/32GK201778658SQ20102028254
公開日2011年3月30日 申請日期2010年8月5日 優先權日2010年8月5日
發明者馮來, 劉洋, 尹洪偉, 朱英傑, 王雪, 紀友哲, 耿莉, 賈濤, 韓飛, 馬汝濤 申請人:中國石油天然氣集團公司;中國石油集團鑽井工程技術研究院