CN103556950A - 一种大变径两翼扩眼钻头 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于深地层矿物开采和油气井井下扩眼的大变径两翼扩眼钻头。它解决了现有钻头不能变径或者变径范围过小的问题。其技术方案是：主筒体与下接头丝扣连接，两个刀翼用销钉与主筒体铰链支座铰接，转筒体套入主筒体，外中心管套入主筒体，外中心管外部凸起花键嵌入转筒体内部螺旋凹槽，三个滑块分别穿过主筒体三个通槽，嵌入内中心管外部环形凹槽，外中心管与滑块用螺钉连接，内中心管上部与水嘴丝扣连接，推力轴承a套入外中心管，并与转筒体接触，复位弹簧安装在推力轴承a上端面，挡环与外中心管丝扣连接，弓形连杆一端与转筒体铰接，另一端与刀翼铰接，刀翼上镶嵌有切削齿。本发明变径范围大，控制简单，结构可靠，用于扩眼作业。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于深部地层矿物开采和油气井井下扩眼的大变径两翼扩眼钻头。
背景技术
随着各类矿产资源开采深度的不断增加，传统的人工下井采矿方法已经无法满足生产需求，并且矿产资源深度越深，工况越复杂，发生人员安全事故的概率越大。目前浅地层矿物资源已经被大量开采，为满足生产发展的需要，人们会不断向更深地层进行矿物资源开采，由于深地层复杂工况条件的限制，出于对人员安全和经济性的考虑，深地层采矿将完全采用机械钻井采矿技术，不再依靠工人下井开采。
机械钻井采矿技术主要是在矿藏以上地层采用常规钻井，打小井眼穿透上部地层直至矿藏，到达矿藏以后，扩大井眼直径，以钻采更多的矿产，因此钻柱在进入矿藏以后，需要使用具有大变径功能的扩眼钻头。机械钻井采矿技术需要矿藏上部地层井眼直径尽可能小以节约钻井成本，矿藏区域井眼直径尽可能大以增加矿物开采量，这就要求扩眼钻头的扩眼范围非常大。
目前用于钻油气井的钻头基本都不可变径，有极少数具有扩眼功能的钻头扩眼范围小，其变径范围远远不能达到机械钻井采矿技术的技术要求，因此，必须针对机械钻井采矿技术设计专用的扩眼钻头。
发明内容
本发明的目的是：采用常规钻井技术实现在矿藏上部地层钻小井眼，采用特殊钻井技术在矿藏区域钻大井眼，特提供一种大变径两翼扩眼钻头。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种大变径两翼扩眼钻头，是由主筒体、水嘴、挡环、复位弹簧、外中心管、内中心管、滑块、螺钉、推力轴承a、转筒体、弓形连杆、推力轴承b、销钉、刀翼、切削齿和下接头组成；其结构特征是：主筒体上部加工有标准丝扣，与上部钻柱连接，下部与下接头用标准丝扣连接，下接头径向加工3～5个水嘴孔，下接头下部与领眼钻头连接；主筒体下部外侧加工有两组铰链支座，两组铰链支座呈中心对称分布，两个刀翼用两个销钉分别与两组铰链支座铰接，刀翼上镶嵌有切削齿，推力轴承b套入主筒体，安装在主筒体铰链支座上端面；转筒体内部加工有两个螺旋凹槽，两个螺旋凹槽呈中心对称分布，转筒体套入主筒体，下端面与推力轴承b接触；外中心管下端有两个凸起花键，两个凸起花键呈中心对称分布，外中心管的凸起花键与转筒体的螺旋凹槽螺旋角相同；外中心管套入主筒体，外中心管外部凸起花键嵌入转筒体内部螺旋凹槽；主筒体中间位置加工有三个通槽构成主筒体内外空间连通，三个通槽在圆周方向均布120°分布；水嘴与内中心管用丝扣连接，内中心管中间位置设有一圈环形凹槽，内中心管置入主筒体内腔；三个滑块分别穿过主筒体三个通槽安装在内中心管环形凹槽内；外中心管中间位置用螺钉与三个滑块连接，推力轴承a套入外中心管，安装在转筒体上端面，复位弹簧安装在推力轴承a上端面，安装时，复位弹簧处于压缩状态；挡环与外中心管上部用丝扣连接，弓形连杆一端与转筒体铰接，另一端与刀翼铰接，两个弓形连杆呈中心对称分布。
本发明的有益效果是：（1）本扩眼钻头变径范围大，变径后的最大直径可以达到变径前最大直径的两倍以上；（2）该钻头启动力小，转筒体内部螺旋凹槽螺旋角很小，将轴向液压推力放大为极大的周向力推开刀翼；（3）该钻头刀翼尺寸大，强度可靠，布齿空间大；（4）本扩眼钻头用液压方式控制，机械结构简单可靠。
附图说明
图1是本发明一种大变径两翼扩眼钻头刀翼撑开时的结构示意图；
图2是本发明一种大变径两翼扩眼钻头刀翼收回时的结构示意图；
图3是图1A-A截面剖视图；
图4是图2B-B截面剖视图；
图中：1.主筒体，2.水嘴，3.挡环，4.复位弹簧，5.外中心管，6.内中心管，7.滑块，8.螺钉，9.推力轴承a，10.转筒体，11.弓形连杆，12.推力轴承b，13.销钉，14.刀翼，15.切削齿，16.下接头。
具体实施方式
如图1和图2所示，本发明一种大变径两翼扩眼钻头，包括主筒体1、水嘴2、挡环3、复位弹簧4、外中心管5、内中心管6、滑块7、螺钉8、推力轴承a9、转筒体10、弓形连杆11、推力轴承b12、销钉13、刀翼14、切削齿15、下接头16；其结构特征是：主筒体1上部加工有标准丝扣，与上部钻柱连接，下部与下接头16用标准丝扣连接，下接头16径向加工3～5个水嘴孔，下接头16下部加工有标准丝扣，与领眼钻头连接；主筒体1下部外侧加工有两组铰链支座，两组铰链支座呈中心对称分布，两个刀翼14用两个销钉13分别与两组铰链支座铰接，刀翼14上镶嵌有切削齿15，推力轴承b12套入主筒体1，安装在主筒体1铰链支座上端面；转筒体10内部加工有两个螺旋凹槽，两个螺旋凹槽呈中心对称分布，转筒体10套入主筒体1，下端面与推力轴承b12接触；外中心管5下端设有两个凸起花键，两个凸起花键呈中心对称分布，外中心管5的凸起花键与转筒体10的螺旋凹槽螺旋角相同，外中心管5套入主筒体1，外中心管5外部凸起花键嵌入转筒体10内部螺旋凹槽；主筒体1中间位置加工有三个通槽使主筒体1内外空间连通，三个通槽在圆周方向均布120°分布；水嘴2与内中心管6用丝扣连接，内中心管6中间位置加工有一圈环形凹槽，内中心管6置于主筒体1内腔；三个滑块7分别穿过主筒体1三个通槽安装在内中心管6环形凹槽内；外中心管5中间位置用螺钉8与三个滑块7连接，推力轴承a9套入外中心管5，安装在转筒体10上端面，复位弹簧4安装在推力轴承a9上端面，安装时，复位弹簧4处于压缩状态；挡环3与外中心管5上部用丝扣连接，弓形连杆11一端与转筒体10铰接，另一端与刀翼14铰接，两个弓形连杆11呈中心对称分布。
如图3所示，本发明一种大变径两翼扩眼钻头的两刀翼14呈中心对称分布，在刀翼14撑开后的最大直径位置镶嵌有切削齿15，起保径作用，两弓形连杆11分别与两刀翼14铰接，两弓形连杆11呈中心对称分布。
本发明一种大变径两翼扩眼钻头的工作原理是：通过控制钻井泵泵压改变钻柱内部钻井液压力，当钻柱内部钻井液压力升高时，钻井液对水嘴2轴向推力增加，水嘴2、内中心管6、滑块7、螺钉8、外中心管5和挡环3整体向下运动，复位弹簧4被压缩，外中心管5向下运动，其外部凸起花键与转筒体10内部凹槽产生相对位移，转筒体10周向转动，转筒体10内部凹槽螺旋角很小，外中心管5轴向运动产生的轴向推力放大为转筒体10周向转动的转动力，转筒体10发生周向转动，通过弓形连杆11撑开刀翼14，在刀翼14撑开过程中，转动本大变径两翼扩眼钻头，实现对井眼直径的扩张，切削齿15切削过程中，下接头16的水嘴孔产生水射流喷射切削面，增强切削效果；收回时，降低钻柱内部钻井液压力，在复位弹簧4的回复力作用下，水嘴2、内中心管6、滑块7、螺钉8、外中心管5和挡环3整体向上运动，回到初始位置，转筒体10转回初始位置，两刀翼14收回初始位置。
Claims (3)
1.一种大变径两翼扩眼钻头，是由主筒体（1）、水嘴（2）、挡环（3）、复位弹簧（4）、外中心管（5）、内中心管（6）、滑块（7）、螺钉（8）、推力轴承a（9）、转筒体（10）、弓形连杆（11）、推力轴承b（12）、销钉（13）、刀翼（14）、切削齿（15）和下接头（16）组成；其特征是：主筒体（1）上部与上部钻柱丝扣连接，下部与下接头（16）丝扣连接，下接头（16）径向加工3～5个水嘴孔，下接头（16）下部与领眼钻头丝扣连接，主筒体（1）下部外侧设置有两组铰链支座，两组铰链支座呈中心对称分布，两个刀翼（14）用两个销钉（13）分别与两组铰链支座铰接；刀翼（14）上镶嵌有切削齿（15），推力轴承b（12）套入主筒体（1），安装在主筒体（1）铰链支座上端面；转筒体（10）内部设置有两个螺旋凹槽，转筒体（10）套入主筒体（1），下端面与推力轴承b（12）接触；外中心管（5）下端设置有两个凸起花键，外中心管（5）套入主筒体，外中心管（5）外部凸起花键嵌入转筒体（10）内部螺旋凹槽；主筒体（1）中间位置加工有三个通槽构成主筒体（1）内外空间连通，三个通槽在圆周方向均布120°分布；水嘴（2）与内中心管（6）丝扣连接，内中心管（6）中间位置设有一圈环形凹槽，内中心管（6）置入主筒体（1）内腔；三个滑块（7）分别穿过主筒体（1）三个通槽安装在内中心管（6）环形凹槽内；外中心管（5）中间位置用螺钉（8）与三个滑块（7）连接，推力轴承a（9）套入外中心管（5），安装在转筒体（10）上端面，复位弹簧（4）安装在推力轴承a（9）上端面，安装时，复位弹簧（4）处于压缩状态；挡环（3）与外中心管（5）上部丝扣连接，弓形连杆（11）一端与转筒体（10）铰接，另一端与刀翼（14）铰接，两个弓形连杆（11）呈中心对称分布。
2.根据权利要求1所述的大变径两翼扩孔钻头，其特征是：所述转筒体（10）内部设置有两个螺旋凹槽，两个螺旋凹槽呈中心对称分布，；外中心管（5）下端设置有两个凸起花键，两个凸起花键呈中心对称分布，外中心管5的凸起花键与转筒体10的螺旋凹槽螺旋角相同。
3.根据权利要求1所述的大变径两翼扩孔钻头，其特征是：所述两个刀翼（14）呈中心对称分布，在刀翼（14）撑开后的最大直径位置镶嵌有切削齿（15），刀翼（14）切削端面镶嵌有切削齿（15），两弓形连杆（11）分别与两刀翼（14）铰接。
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