CN102654024B - 钻井液压扩孔装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种钻井液压扩孔装置，包括依次连接的上接头、壳体、下壳体和下接头、芯轴、与芯轴连接的密封管和刀翼，特征是：壳体与芯轴之间装有活塞，活塞连接锁定解锁机构，锁定解锁机构一端连接挡块，芯轴与壳体之间还设有刀翼复位调节机构，刀翼复位调节机构一端连接挡块，位于两机构上的两挡块之间安装刀翼，芯轴一端与上接头、壳体之间装有悬挂接头，刀翼复位调节机构是由复位顶套、调节套和大弹簧构成。优点是：适用于在钻井过程中进行倒划眼、正划眼和随钻扩眼作业，有效扩大井眼直径，提高钻井效率；还可增加套管与井壁的环空间隙，提高固井质量；在需要进行裸眼砾石充填防砂作业的井中，大幅提高防砂质量和泄油面积。

Description

钻井液压扩孔装置

技术领域

本发明属于油、气钻完井技术领域，特别是涉及一种钻井液压扩孔装置。

背景技术

在公知的钻完井领域中，由于某些地层中岩石自身性质、地应力及泥浆浸泡等原因，地层可能会发生滑移、井眼缩径、井壁崩块或坍塌等复杂情况，为避免或减缓缩径及坍塌等带来的不良影响，目前，国内外已在使用且具有一定工作成效的随钻扩孔工具。上述扩孔工具主要分为两类，其一，为固定式结构，固定式扩孔器类似稳定器，在继续钻进的过程中可有效切削井壁，起到保径的作用，但如果起钻时上部井段井眼缩径则会导致卡钻事故。其二，为扩张式扩孔器，它的特点是可通过调节泵压实现刀翼的扩张和收缩，刀翼经过特殊的设计可使其张开最大外径等于钻头直径，并且可更换。

在使用扩张式扩孔器过程中尚存在诸多问题：由于扩眼工具的刀翼单边受力，扭矩大、憋跳严重，对钻头和钻柱易造成不同程度的损坏；当井眼为螺旋型井眼且井身质量较差时，无法判断刀翼是否达到预定外径，在刀翼张开到位后没有锁定机构，刀翼随着压力的变化其外径易发生变化，进而难以保证扩孔的孔径；如果发生泥包，由于扩眼工具弹簧的推力不够，使刀翼不能收回；在水眼处未设置单流阀，容易造成水眼堵塞。由于目前尚未有一种结构合理、工作质量高且非常成熟的液压扩孔工具，因此使得钻完井作业过程中的液压扩孔作业比较困难。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种结构设计合理、适用于钻完井作业，尤其适用于需要进行裸眼砾石充填防砂作业的井中，可进行倒划眼、正划眼和随钻扩眼作业，是一种有效的提高钻井效率、固井质量和钻井安全性的钻井液压扩孔装置。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：

钻井液压扩孔装置，包括依次连接的上接头、壳体、下壳体和下接头、设置在上接头与壳体内的芯轴、设置在下壳体内与芯轴密封连接的密封管、安装在壳体上的刀翼，其特征在于：所述壳体与芯轴之间装有活塞，活塞一端通过紧固件连接有锁定解锁机构，所述锁定解锁机构一端连接挡块，所述芯轴与壳体之间还设有其一端装有挡块的刀翼复位调节机构，位于锁定解锁机构与刀翼复位调节机构上的两挡块之间安装有刀翼，所述芯轴一端与上接头、壳体之间装有悬挂接头，在芯轴该端内部通过紧固件设有上球座，所述密封管一端内通过紧固件装有下球座；所述刀翼复位调节机构是由复位顶套、调节套和大弹簧构成，复位顶套一端与挡块固定，另一端连接调节套，调节套装有大弹簧。。

本发明还可以采用如下技术方案：

所述锁定解锁机构是由锁定弹爪、解锁套、顶套和小弹簧构成，所述锁定弹爪和解锁套通过螺钉与活塞上端连接，顶套、锁定弹爪与解锁套插装，顶套与解锁套之间装有小弹簧。

所述壳体在滑块套和调节套之间还制有用于限定滑块行程位置的限位槽。

所述上球座与芯轴之间插装有锁块，上球座上制有用于限定锁块行程的凹槽。

所述刀翼两侧沿其张开路径上开有导向槽。

所述活塞轴向上制有防止岩屑卡住刀翼的内置喷嘴。

本发明具有的优点和积极效果是：由于本发明采用上述技术方案，将本液压扩孔装置安放在MWD之上，先进行正常钻进，刀翼处于收缩状态。钻进到井底后，投小球憋压，利用压差推动活塞使刀翼张开，刀翼张开到位后，锁定弹爪与芯轴啮合，将刀翼锁定，进行扩眼作业。扩眼结束后，停泵放压，小弹簧使锁定弹爪解锁，通过大弹簧的弹力将刀翼自动收回。若刀翼不能自动收回，再投大球憋压，使芯轴向下运动，解除锁定弹爪的锁定，同时导通活塞流体通道，芯轴推动活塞使刀翼收回，且刀翼收回后不影响正常循环。

本装置适用于钻完井过程，尤其适用于需要进行裸眼砾石充填防砂的井中，可以进行倒划眼、正划眼和随钻扩眼作业，本装置在使用过程中，可有效扩大井眼直径，提高钻井效率；可增加套管与井壁的环空间隙，提高固井质量；尤其在需要进行裸眼砾石充填防砂作业的井中，可大幅提高防砂质量和泄油面积。本发明结构简单、作业安全性高且便于操作。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明锁定解锁机构锁定弹爪的结构示意图；

图3是图2的俯视图；

图4是本发明锁定解锁机构解锁套的结构示意图；

图5是图4的A-A剖视图；

图6是本发明锁定解锁机构顶套的结构示意图；

图7是图6的俯视图；

图8是本发明滑块套的结构示意图；

图9是图8的B-B剖视图；

图10是本发明刀翼的结构示意图；

图11是本发明刀翼强行收回示意图；

图12是本发明刀翼张开示意图。

图中：1、上接头；2、壳体；3、下壳体；4、下接头；5、喷嘴；6、密封管；7、下球座；8、剪切销钉；9、活塞；9-1、内置喷嘴；10、锁定弹爪；11、解锁套；12、顶套；12-1、内置孔；13、小弹簧；14A、挡块；14B、挡块；15、刀翼；15-1、导向槽；16、复位顶套；17、调节套；18、大弹簧；19、滑块套；20、滑块；21、悬挂接头；22、芯轴；22-1、传压孔；23、锁块；24、上球座；24-1、限位槽；25、小球；26、大球。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参阅图1-图10，完井液压扩孔装置，包括依次通过螺纹扣连接的上接头1、壳体2、下壳体3和下接头4，在上接头与壳体内设置有芯轴22，在下接头4侧面上制有三个喷嘴5，在下壳体内设置有与芯轴22密封连接的密封管6，密封管6上制有传压孔。所述壳体与芯轴之间装有活塞9，所述活塞轴向上制有防止岩屑卡住刀翼的内置喷嘴9-1。活塞一端通过紧固件连接有锁定解锁机构，本实施例中，所述紧固件优选为剪切销钉8。在本实施例中，所述锁定解锁机构是由锁定弹爪10、解锁套11、顶套12和小弹簧13构成，所述锁定弹爪10、解锁套11与顶套12插装，所述顶套上制有内置孔12-1，在顶套12与解锁套11之间装有小弹簧13，小弹簧套装在芯轴外部。所述锁定解锁机构一端连接挡块14B，即顶套12一端外部通过螺钉固装一挡块14B。所述芯轴与壳体之间还设有其一端装有挡块14A的刀翼复位调节机构，所述刀翼复位调节机构是由复位顶套16、调节套17和大弹簧18构成，挡块14A与复位顶套16、调节套17套装在壳体与芯轴之间，复位顶套一端与挡块14A固定，另一端连接调节套17，调节套内装有用于实现刀翼自动收回的大弹簧18。所述调节套用于调节刀翼最大伸出行程，即扩眼外径。大弹簧上端与套装在壳体与芯轴之间的滑块套19接触，下端与复位顶套16接触。滑块套19内插装滑块20，所述壳体位于滑块套和调节套之间还制有用于限定滑块行程位置的限位槽。位于锁定解锁机构挡块14B与刀翼复位调节机构上的挡块14A之间安装有刀翼15，刀翼两侧上制有用于提高其切削稳定性的滑槽15-1。本实施例中，所述刀翼两侧沿其张开路径上开有导向槽15-1。在所述芯轴一端与上接头、壳体之间装有悬挂接头21，并与壳体螺纹连接。在芯轴该端内部还安装有上球座24并通过剪切销钉与芯轴紧固，上球座24上制有用于限制锁块行程的限位槽24-1。所述密封管一端内通过紧固件装有下球座7。在上球座与芯轴之间插装锁块23，小球25用于刀翼张开，大球26用于刀翼收回。

本发明的工作原理为：

将本液压扩孔装置安放在MWD之上，首先进行正常钻进，刀翼15处于收缩状态。

如图11所示，刀翼强行收回过程：投大球26憋压，剪切销钉，使上球座24下移，锁块23滑向上球座上的限位槽24-1内，这样可将芯轴解锁。继续打压，芯轴下移后与滑块20接触，并强行推动调节套17，调节套推动复位顶套16使刀翼15强行收回。当刀翼收回后，滑块套19与滑块20继续下移，使滑块进入壳体上的限位槽2-1内，导致芯轴与滑块套脱离，芯轴继续下移，连通芯轴上下端的传压孔，液体绕过大球26，实现芯轴上下连通，循环压井。

如图12所示，刀翼张开过程：投小球25，切断剪切销钉8，使下球座7下移，液体产生压力降，其中一部分液体向下通过喷嘴5流向钻头，另一部分液体通过活塞9的内置喷嘴9-1和顶套12的内置孔12-1流向刀翼，起到冷却、清洗刀翼的作用。此时，在内置喷嘴9-1和喷嘴5之间产生压差，使扩孔装置压力不平衡，液体推动活塞9上移，活塞推动锁定弹爪10、解锁套11和顶套12，并压缩小弹簧13，复位顶套16推动挡块14B向上运动，进而推动刀翼15沿滑槽向上向外张开，刀翼推动挡块14A，挡块14A推动复位顶套16，复位顶套推动调节套17并压缩大弹簧18，使调节套顶在滑块套19上，刀翼张开，进行扩眼作业。在刀翼张开到位后，所述锁定弹爪与芯轴啮合，将刀翼锁定，这样不仅可保证刀翼张开到位，还可防止扩眼过程中刀翼自动缩回。

刀翼自动收回过程：扩眼结束后，通过停泵卸压，使小弹簧13复位推动解锁套11，并使锁定弹爪10张开，结束锁定弹爪10与芯轴的锁定，锁定弹爪10与芯轴解锁后，大弹簧18复位，推动复位顶套16使刀翼15收回，刀翼收回后不影响正常循环。

Claims (6)

1.一种钻井液压扩孔装置，包括依次连接的上接头、壳体、下壳体和下接头，还包括设置在上接头与壳体内的芯轴、设置在下壳体内与芯轴密封连接的密封管、安装在壳体上的刀翼，其特征在于：所述壳体与芯轴之间装有活塞，活塞上端通过紧固件连接有锁定解锁机构，所述锁定解锁机构上端连接挡块，所述芯轴与壳体之间还设有下端装有挡块的刀翼复位调节机构，位于锁定解锁机构与刀翼复位调节机构上的两挡块之间安装有刀翼，所述芯轴一端与上接头、壳体之间装有悬挂接头、滑块和滑块套，在芯轴该端内部通过紧固件设有上球座，所述密封管上端内通过紧固件装有下球座；

所述刀翼复位调节机构是由复位顶套、调节套和大弹簧构成，复位顶套一端与挡块固定，另一端连接调节套，调节套装有大弹簧。

2.根据权利要求1所述的钻井液压扩孔装置，其特征在于：所述锁定解锁机构是由锁定弹爪、解锁套、顶套和小弹簧构成，所述锁定弹爪和解锁套通过螺钉与活塞上端连接，顶套、锁定弹爪与解锁套插装，顶套与解锁套之间装有小弹簧。

3.根据权利要求1所述的钻井液压扩孔装置，其特征在于：所述壳体在滑块套和调节套之间还制有用于限定滑块行程位置的限位槽。

4.根据权利要求1所述的钻井液压扩孔装置，其特征在于：所述上球座与芯轴之间插装有锁块，上球座上制有用于限定锁块行程的凹槽。

5.根据权利要求1所述的钻井液压扩孔装置，其特征在于：所述刀翼两侧沿其张开路径上开有导向槽。

6.根据权利要求1所述的钻井液压扩孔装置，其特征在于：所述活塞轴向上制有防止岩屑卡住刀翼的内置喷嘴。