一種深井擴眼方法及PDC水力擴眼器與流程
2023-12-09 21:15:51 1
本發明涉及一種深井擴眼方法及pdc水力擴眼器，屬於海上鑽井技術領域。
背景技術：
隨鑽下套管工藝是近年來海上鑽井提出的一種全新的海上打井工藝，該工藝鑽井、下套管和固井一次完成，可節省大量起下鑽時間，每口井可節約幾百萬成本，而這項技術中最大的難點是一次鑽進深度需要超過1500米，由於鑽頭的不斷發展，一次下井鑽井深度不斷提高，但傳統的水力擴眼器擴眼深度只能達到300～800米，擴眼器受到結構的限制擴眼深度無法達到鑽頭的鑽進深度，導致很多鑽井由於擴眼器的磨損而起下鑽，增加了大量的工作量和鑽井時間，也導致隨鑽下套管工藝在國內一直無法實現。
此外，目前國內外的技術還無法實現單擴眼器擴眼深度1500米，雙擴眼器擴眼工藝需要對擴眼器刀體多次解鎖。傳統的擴眼器通常「採用泵壓×活塞面積＝推力」的方法計算擴眼器的推力，但是這種方法計算很不準確，因為整個鑽柱中有很多工具會產生壓力降，泵壓傳遞到擴眼器上時並不等於井口的泵壓，這樣就容易產生不解鎖或者誤解鎖現象，導致井下事故發生。
技術實現要素：
為了解決現有的擴眼器鑽進深度不夠以及解鎖力不精確的技術問題，本發明提供了一種深井擴眼方法及pdc水力擴眼器，從而實現擴眼深度與鑽進深度一致，提高鑽井效率以及保證解鎖的成功率。
本發明的技術方案：一種深井擴眼方法，首先在鑽柱上安裝兩個pdc水力擴眼器，上部pdc水力擴眼器沒有安裝鎖定結構，正常鑽井時在泥漿壓力的作用下上部pdc水力擴眼器的刀體打開並開始擴眼，下部pdc水力擴眼器安裝有鎖定結構，此時保持鎖定狀態，其刀體在本體內不張開；當鑽井深度達到750～850米或者鑽進速度明顯變慢時停止鑽進，將鑽柱上提5米，增大泥漿排量到大於50l/s，循環泥漿10分鐘，此時將下部pdc水力擴眼器解鎖，使其刀體張開，恢復30l/s排量，下放鑽柱，利用下部pdc水力擴眼器繼續進行擴眼作業；鑽井完成後停止打壓，上部和下部pdc水力擴眼器的刀體會在彈簧的回彈力下自動收回本體內，上提鑽柱即可將擴眼器從套管中取出，完成擴眼作業。
進一步，所述下部pdc水力擴眼器通過限流閥流量的大小和排量的關係控制刀體的解鎖力。
同時，本發明還提供一種pdc水力擴眼器，包括本體以及連接在本體兩端的上接頭和下接頭，在本體內設置有連接在一起的上心軸和下心軸，且上心軸和下心軸可以同時在本體內上下滑動，上心軸的上端安裝有剪銷，剪銷的外端可在本體內壁上的限位槽內移動，在下心軸的外壁上套有彈簧，上心軸的下端與彈簧彈性接觸；在本體的擴眼段上均布有窗口，在窗口內通過轉軸安裝有刀體。
進一步，所述刀體上靠近轉軸端的內側設置有不完全齒輪，不完全齒輪由2個以上數量的齒廓形狀齒組成。
進一步，所述上心軸的外壁上設置有與刀體上的不完全齒輪配合齒槽。
進一步，所述擴眼段的外徑大於本體的兩端頭外徑，在擴眼段的外壁上均布有凸起的硬質合金球。
進一步，所述下心軸的下埠部安裝有限流閥。
進一步，所述窗口口部上方設置有限位塊。
進一步，所述剪銷的外端與限位套連接，限位套可在本體內壁上的限位槽內移動。
由於採用上述技術方案，本發明的優點在於：
1、本發明將兩個或兩個以上的擴眼器組合使用，並分段式逐步打開每個擴眼器，解決單個擴眼器無法滿足擴眼深度的問題，大大提高了一次下井的擴眼深度；
2、傳統擴眼器刀體的刀柄在軸向上轉動佔用的空間會變大，這就使得很多時候受到結構的限制無法設計或者會犧牲某些部位的強度，而本發明擴眼器上的刀體採用齒輪式漸開線結構，節省了大量空間，提高了結構強度；此外，傳統擴眼器刀體在使用過程中容易出現卡死的情況，而且刀體的張開尺寸很難保證，本發明的刀體上的漸開線結構傳遞推力更加可靠，張開尺寸更加準確；
3、本發明採用限流閥控制流量的方式控制剪銷的剪斷力，使擴眼器解鎖力更加準確，使用更加安全可靠。同時，本發明由於採用多個擴眼器組合在一起使用，需在不同的時候逐個解鎖，所以必須計算準確，如果不解鎖或者誤解鎖都會導致井下事故發生，而排量在整個鑽柱中是相同的，因此，本發明通過限流閥的流量大小和排量的關係準確地控制擴眼器刀體的解鎖力；
4、擴眼器外圓上鑲嵌硬質合金，可防止由於外圓和井壁摩擦而損壞後使得刀體無法伸出的情況，同時在刀體未張開時可當穩定器使用；
綜上所述，本發明解決了單擴眼器無法實現一次下井鑽井深度超過1500米的問題，並且採用先用上部擴眼器擴眼再用下部擴眼器擴眼的擴眼方式，使得整個擴眼過程中只需對擴眼器解鎖一次，避免了先用下部擴眼器再用上部擴眼器需多次解鎖的問題，其次採用排量解鎖結構，因為排量在整個鑽柱以及井眼中始終一致，而泵壓在鑽柱中每個位置都不一樣，因為有很多工具會產生壓力降，泵壓傳遞到擴眼器上時並不等於壓力表上所顯示的值，採用排量解鎖結構避免了泵壓解鎖不精確的問題。本發明不但可以用於隨鑽下套管工藝中，還可以用於各種需要擴眼的鑽井作業。
附圖說明
圖1為本發明的結構示意圖；
圖2為圖1的c放大圖；
圖3為圖1的e放大圖；
圖4為本發明實施時上部擴眼器打開時的結構示意圖；
圖5為本發明實施時上部擴眼器與下部擴眼器同時打開時的結構示意圖。
附圖標記說明：1-上接頭，2-上心軸，3-剪銷，4-本體，5-限位塊，6-刀體，7-硬質合金球，8-彈簧，9-下心軸，10-限流閥，11-下接頭，12-轉軸，13-擴眼段，14-窗口，15-限位槽，16-限位套，17-齒槽，18-不完全齒輪。
具體實施方式
為了使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的詳細說明。
本發明的實施例：深井擴眼方法及pdc水力擴眼器的結構示意圖如圖1～3所示，包括本體4以及連接在本體4兩端的上接頭1和下接頭11，在本體4內設置有連接在一起的上心軸2和下心軸9，且上心軸2和下心軸9可以同時在本體4內上下滑動，上心軸2的上端安裝有剪銷3，所述剪銷3的外端與限位套16連接，限位套16可在本體4內壁上的限位槽15內移動，在下心軸9的外壁上套有彈簧8，上心軸2的下端與彈簧8彈性接觸；在本體4的擴眼段13上均布有窗口14，在窗口14內通過轉軸12安裝有刀體6，並窗口14口部上方設置有限位塊5，防止刀體6上翻而失去擴眼效果。在刀體6上靠近轉軸12端的內側設置有不完全齒輪18，不完全齒輪18由2個以上數量的齒廓形狀齒組成，在上心軸2的外壁上設置有與不完全齒輪18配合齒槽17。所述擴眼段13的外徑大於本體4的兩端頭外徑，在擴眼段13的外壁上均布有凸起的硬質合金球7，在擴眼段13外圓上鑲嵌的硬質合金球7，可防止由於擴眼段13外圓和井壁摩擦而損壞後使得刀體6無法伸出的情況，同時在刀體6未張開時可當穩定器使用。所述下心軸9的下埠部安裝有限流閥10，由於排量在整個鑽柱中是相同的，因此通過限流閥10的大小和排量的關係準確地控制擴眼器上刀體6的解鎖力。
本發明的工作原理：參見圖4，首先在鑽柱上安裝兩個pdc水力擴眼器，上部pdc水力擴眼器沒有安裝鎖定結構，正常鑽井時在泥漿壓力的作用下上部pdc水力擴眼器的刀體打開並開始擴眼，下部pdc水力擴眼器安裝有鎖定結構，此時保持鎖定狀態，其刀體6在本體內不張開；參見圖5，當鑽井深度達到750～850米或者鑽進速度明顯變慢時停止鑽進，將鑽柱上提5米，增大泥漿排量到大於50l/s，循環泥漿10分鐘，此時將下部pdc水力擴眼器解鎖，使其刀體張開，恢復30l/s排量，下放鑽柱，利用下部pdc水力擴眼器繼續進行擴眼作業；鑽井完成後停止打壓，上部和下部pdc水力擴眼器的刀體(6)會在彈簧的回彈力下自動收回本體內，上提鑽柱即可將擴眼器從套管中取出，完成擴眼作業。