CN1016201B - 钻井用扩孔器 - Google Patents
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Abstract
钻井用扩孔器,包括连接传动机构用的转接器,空心壳体,装于壳体的径向孔中带尾轴的可伸缩齿轮钻头,以及由环形活塞和齿轮钻头的定位器组成的可推出齿轮钻头的机构。活塞能与壳体一起转动和与转接器固定连接,其壁上有径向槽,使其中心槽与由活塞和壳体的壁间形成的环形腔室连接。齿轮钻头定位器在活塞及壳体中心槽内的配置留有间隙,并具有环形凸缘。活塞的中心槽内装有鞍座,能与定位器的环形凸缘相互作用。
Description
本发明涉及钻探技术,即钻井用扩孔器。
本发明可最有效地用于钻探过程中,由于大量吸收钻探泥浆和水泥泥浆、从钻井的岩层向钻井内涌流液体或气体,以及岩层塌陷的结果而造成的复杂区域的封闭。
在钻探开采石油或天然气的深井时,常常会遇到钻探条件彼此不一致的地层,如异常高或异常低的岩层压力,以及有塌陷岩石的岩层。
为保证继续钻井而不致减小规定的孔径,须将已钻开的钻探条件复杂的岩层区内的井段扩钻,并在扩钻的井段安装一封闭器,例如一段异形管,通过在管内加压及随后将其内通道校准到规定孔径的方法,使管子紧贴到扩孔区井壁上。
已知的钻井扩孔器(苏联专利A874952)包括:带管接头的壳体,活塞组件,带凿岩元件的可伸缩支架和支架伸缩限动器。
另一种已知的钻井扩孔器(美国专利A2630300)包括:与传动机构连接的转接器,侧壁上带中心槽和径向孔的空心壳体,装在径向孔内的带尾轴的可伸缩的齿轮钻头,以及从壳体径向孔中推出钻头的机构,此机构包括环形活塞和带环形凸缘的定位器,均装在壳体中并能限制轴向移动。
上述两种扩孔器的主要缺点是:齿轮钻头的凿岩元件不能相对于钻井壁自动定心,因此所获得的扩孔区井壁表面与钻井中心线距离不一致。结果导致岩层封闭质量低劣和钻孔过程复杂化,因为封闭器通道直径不一致,阻碍了钻孔工具正常下行。
已知扩孔器的另一缺点是:施工人员不能控制扩孔器在钻井中的工作情况,因为没有指示齿轮钻头伸出至工作状态的信号,结果导致扩孔质量不佳。
本发明目的是克服现有技术钻井扩孔器的缺点,提供一种钻井扩孔器,其结构能保证在扩孔器相对于钻井壁自动定心的同时,可使齿轮钻头从壳体中完全伸出至工作状态。
为解决本发明的上述目的,本发明提供了一种钻井用扩孔器,包括它与传动机构连接用的转接器,带中心槽和其侧壁上径向孔的空心壳体,装于壳体的径向孔中带尾轴的可伸缩齿轮钻头,以及从壳体的径向孔中推出齿轮钻头的机构,该机构本身包括环形活塞和齿轮钻头的定位器,按照本发明,活塞与壳体相连接,能与壳体一起转动和与转动器固定连接,而在活塞的壁上制有径向槽,用于使其中心槽与活塞和壳体二者壁间形成的环形腔室连通,同时齿轮钻头的定位器在活塞和壳体的中心槽内的配置留有间隙,并具有环形凸缘,而且在活塞的中心槽中安有鞍座,其位置使其能与定位器的环形凸缘相互作用,而在定位器的环形凸缘和壳体的内表面上,在定位器与齿轮钻头相互作用处,制有纵向槽,以便使活塞的中心槽和壳体下部腔室连通。
本发明的优点还在于:上述扩孔器借助活塞与传动机构连接,简化了工作状态推出定位器的条件和便于齿轮钻头转入运输状态。
此外,由于在活塞中心槽内安装了带间隙的齿轮钻头定位器,可保证齿轮钻头相对于井壁的自动定心,消除扩孔器工作时的摆动,因而可防止齿轮钻头的不均匀磨损。由于消除了齿轮钻头对钻井中心线的偏差,防止对岩层单面加工的现象,从而提高了钻井扩钻操作的质量。此种效率的提高,还因为根据扩孔中心槽与钻探工作面之间的
压力降低,便可判断齿轮钻头是否完全推出至工作状态。这就避免了操作时钻头推出程度不够和扩钻尺寸不足。
本发明的其它目的和优点详见下列实例及所推荐的附图,其中:
图1为处于运输状态的钻井扩孔器全图,部分以纵剖面示出;
图2-沿图1中的Ⅱ-Ⅱ截面的剖面图;
图3-为处于工作状态的钻井扩孔器全图,部分以纵剖面示出。
钻井扩孔器(图1)包括一个圆筒形空心壳体1,其侧壁上有中心槽2和径向孔3,径向孔3中装有可沿径向伸出的尾轴4,其上有借助轴5固定的伸缩齿轮钻头6,钻头制成球截体形式。为防止尾轴4在孔3内转动,将其用销钉7固定住。在壳体1下部连接一个冲击钻头8和一个带凸缘10的联管螺帽9。凸缘10位于齿轮钻头6的下面,供扩孔器在钻井内定中心和防止齿轮钻头6在升、降过程中受损伤用。用螺钉11锁定联管螺帽9,以防松动。
壳体1的上部制成联管螺帽12的形式,并借助螺纹13连接到其主体部分,而在壳体1主体部分的内壁上制有纵向键槽14。
在壳体1中心槽2内安装一个伸缩齿轮钻头6的机构(图中未示出),它包括装于联管螺帽12内带中心槽16的环形活塞15及尾轴4的定位器17。
为使扩孔器与传动机构(图中未示出)连接,在其上部装有与环形活塞15固定连接的带中心槽19的转接器18。转接器18上的中心槽19连接环形活塞15上的中心槽16,并通过纵向槽20与活塞上面的环形腔室21连接。环形活塞15的下部制出外花键22,可与壳体1上的键槽14相互作用。定位器17的下部有一錐面23,而且定位器17在活塞15的中心槽16内的布置留有间隙,并有带
纵向槽25的环形凸缘24,它可以与活塞15中心槽16内的鞍座26相互作用。此外,定位器17还有一个可与壳体1上环形座28相互作用的环形凸缘27。在壳体1的内表面,位于齿轮钻头6与定位器17相互作用处,制有纵向槽29(图2),以便使活塞15的中心槽16(图1)与壳体1下部的腔室30连接。
转接器18配有紧固螺帽31,以保证其与传动机构更可靠地连接。
钻井扩孔器的工作方式如下:扩孔器借助转接器18与传动机构如装在钻探管柱(图中未示出)上的工作面电动机(渦轮钻机、电钻)相连接,并下降至需扩钻的规定井位范围(图3)。然后开始转动钻探管柱(图中未示出),同时往管柱中供送钻探泥浆,后者经过转接器18的中心槽19和活塞15的中心槽16往下流,经过环形凸缘24内的纵向槽25、定位器17和壳体1上的槽2和29流入冲击钻头8的冲洗孔中(图中未示出)。
最初,齿轮钻头6不超过壳体1的外廓尺寸,而定位器17的环形凸缘24抵住活塞15的鞍座26。在经过径向槽20作用到活塞15上端面的压差作用下,联管螺帽12与壳体1的其余部分一起向上移动。此时,来自转接器18和活塞15的扭力矩借助于活塞15上的花键22与壳体1上的键槽14的啮合,而传递到壳体1上去。当壳体1向上移动时,尾轴4同定位器17相互作用,开始从壳体1的径向孔3中伸出,而齿轮钻头6则对井壁进行扩钻。在继续扩钻的过程中,定位器17的圆筒形部分处于尾轴4之间,使其可靠地固定,因而相对于壳体1来说,齿轮钻头6处于伸出位置。此时,壳体1的鞍座28与定位器17的环形凸缘27相接触,而使定位器17上升
至其环形凸缘24高于活塞15的鞍座26。由于定位器17环形凸缘24的下端面与活塞15的鞍座26之间有间隙形成,故泵入的压力减小,可用压力表(图中未示出)测出该压力值。压力的降低证明,齿轮钻头6已完全伸出并已钻入井壁,扩大了其设计直径。降下扩孔器,进行扩钻,在设计的范围内将钻井扩至所需直径尺寸。在轴向载荷作用下,齿轮钻头6的凿岩元件(图中未示出)进入岩层并将其粉碎。此时齿轮钻头6就如同校准元件(图中未示出)一样将井壁修匀。扩钻结束后,停止泵送钻探泥浆,并将扩孔器升至井面。壳体1由于自身重量作用而下降,而定位器17从尾轴4中伸出,此时由于钻井井筒未扩钻部分的反作用力,使齿轮钻头6与尾轴4一起缩入壳体1内。这样,钻井扩孔器便返回到运输状态。
Claims (1)
- 钻井用扩孔器,包括它与传动机构连接用的转接器(18),带中心槽(2)和其侧壁上径向孔(3)的空心壳体(1),装于壳体(1)的径向孔(3)中带尾轴(4)的可伸缩齿轮钻头(6),以及从壳体(1)的径向孔(3)中推出齿轮钻头(6)的机构,该机构本身包括环形活塞(15)和齿轮钻头(6)的定位器(17),其特征是活塞(15)与壳体(1)相连接,能与壳体(1)一起转动和与转接器(18)固定连接,而在活塞(15)的壁上制有径向槽(20),用于使其中心槽(16)与活塞(15)和壳体(1)二者壁间形成的环形腔室(21)连接,同时齿轮钻头(6)的定位器(17)在活塞(15)和壳体(1)的中心槽(16,2)内的配置留有间隙,并具有环形凸缘(24),而且在活塞(15)的中心槽(16)中安装有鞍座(26),其位置使其能与定位器(17)的环形凸缘(24)相互作用,而在定位器(17)的环形凸缘(24)和壳体(1)的内表面上,在定位器(17)与齿轮钻头(6)相互作用处,制有纵向槽(29),以便使活塞(15)的中心槽(16)和壳体(1)下部腔室(30)连接。
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