CN1016201B - 钻井用扩孔器 - Google Patents

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)

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。