CN104018782B - 一种反向扩孔的方法及钻具 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种反向扩孔的方法及钻具，涉及钻具领域。能够使钻机扩孔钻进速度得到提升。所述反向扩孔的方法包括：钻设超前孔至设计深度；对所述超前孔进行扩底；将反向扩孔钻具下放至超前孔底部进行反向扩孔。所述反向扩孔钻具包括：上盘和下盘，所述上盘和下盘通过导轨和导槽连接；所述导轨和导槽上设置有挂钩装置；所述上盘上枢接有至少两个第一连杆，所述下盘上枢接有至少两个第二连杆，所述第一连杆和第二连杆通过销轴连接；所述第一连杆上设置有工作面朝上的滚刀。本发明适用于钻井中的扩孔钻进施工。

Description

一种反向扩孔的方法及钻具

技术领域

本发明涉及一种钻具，尤其涉及一种反向扩孔的方法及钻具。

背景技术

目前在国内钻井过程中普遍采用正向扩孔钻进技术，该技术进行由上往下的扩孔钻进，虽然可以钻进但速度十分缓慢而且在钻进过程中会产生大量破碎后的碎屑，碎屑会掉到井底并被钻头重复破碎从而降低了扩孔钻进的速度。因此经常需要提起钻头进行掏孔作业，从而延长了扩孔钻进的时间。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种反向扩孔的方法及钻具，能够使钻机扩孔钻进的速度得到提升。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

一方面，本发明提供了一种反向扩孔钻具，包括：上盘和下盘，所述上盘和下盘通过导轨和导槽连接；所述导轨和导槽上设置有挂钩装置；所述上盘上枢接有至少两个第一连杆，所述下盘上枢接有至少两个第二连杆，所述第一连杆和第二连杆通过销轴连接；所述第一连杆上设置有工作面朝上的滚刀。

可选的，所述导槽设置在所述上盘上，所述导轨设置在所述下盘上；其中所述下盘包括：超前钻头，在所述超前钻头上端连接有集渣器下盘，所述超前钻头底部设置有滚子；其中，所述集渣器下盘与所述导轨相连；所述集渣器下盘上设置有吸渣口；所述第二连杆上设有集渣溜槽；

所述反向扩孔钻具在扩孔钻进时，破碎后的岩屑在自重的作用下，沿所述集渣溜槽滑落到所述吸渣口处。

可选的，在所述吸渣口处还设置有挡块。

可选的，所述导槽设置在所述上盘上，所述导轨设置在所述下盘上；其中所述挂钩装置包括：

挂杆，所述挂杆的一端与第一挂杆座相枢接，另一端设有弹性组件，在所述挂杆上设有能向上转动的翻钩；所述弹性组件连接在第二挂杆座上，所述第二挂杆座固定在所述导槽上；

挂钩，固定在所述导轨上；

当所述导槽向导轨方向移动时，所述挂钩顶开翻钩并与所述翻钩相扣合，所述反向扩孔钻具处于张开状态；当所述导槽与导轨沿相反方向移动时，所述挂钩施加在所述翻钩上的力大于预定力后，所述挂钩与翻钩脱开，所述反向扩孔钻具处于收拢状态。

可选的，所述弹性组件包括：第一筒套和与所述第一筒套相配合的第二筒套，所述第一筒套和第二筒套之间设有弹簧；在所述弹簧和所述第一筒套和/或第二筒套之间设置有垫片。

可选的，所述上盘上部连接有导向器，所述导向器为柱状体，所述导向器边缘均匀分布有至少两个柱形滚子。

可选的，所述导向器上部连接有万向钻杆，所述万向钻杆上部连接有中心管，所述万向钻杆包括：下接头，所述下接头上端连接有十字头钻杆，所述十字头钻杆上设置有可曲挠接头，所述十字头钻杆上端连接有上接头，所述中心管连接在所述上接头上。

另一方面，本发明提供了一种反向扩孔的方法，包括：钻设超前孔至设计深度；对所述超前孔进行扩底；将反向扩孔钻具下放至超前孔底部进行反向扩孔。

可选的，所述对所述超前孔进行扩底包括：将安装有扩底钻头(3)的扩底钻具在超前孔钻至设计深度后下入超前孔内，在扩底钻头(3)的重力作用下，扩底钻头的连杆机构逐步打开，这时与所述扩底钻具相连的钻机旋转，扩底钻具逐步下放，进行扩底钻进。

可选的，所述反向扩孔的方法还包括：所述扩底钻具包括安装在底部的超前底托(2)，在所述超前底托(2)的底部设置有滚子；所述钻机旋转，钻具逐步下放时，依靠设置在超前底托底部的滚子的支撑，所述超前底托不能往下钻进。

可选地，所述将反向扩孔钻具下放至超前孔底部进行反向扩孔包括：

当扩底钻进完成时，起钻，卸掉超前底托(2)和扩底钻头(3)，装上反向扩孔钻具；再将该反向扩孔钻具向超前孔内下放至超前孔底部进行反向扩孔。

可选的，所述反向扩孔钻具包括：

上盘和下盘，所述上盘和下盘通过导轨和导槽连接；所述导轨和导槽上设置有挂钩装置；所述上盘上枢接有至少两个第一连杆，所述下盘上枢接有至少两个第二连杆，所述第一连杆和第二连杆通过销轴连接；所述第一连杆上设置有工作面朝上的滚刀；所述导槽设置在所述上盘上，所述导轨设置在所述下盘上；其中

所述下盘包括：超前钻头，在所述超前钻头上端连接有集渣器下盘，所述超前钻头底部设置有滚子；其中，所述集渣器下盘与所述导轨相连；所述集渣器下盘上设置有吸渣口；所述第二连杆上设有集渣溜槽；

所述反向扩孔钻具在扩孔钻进时，破碎后的岩屑在自重的作用下，沿所述集渣溜槽滑落到所述吸渣口处；在将所述反向扩孔钻具向超前孔内下放过程中，所述反向扩孔钻具的挂钩装置中的挂钩(16)与翻钩(14)脱开，反向扩孔钻具处于收拢状态；超前钻头(1)下放到超前孔内并下放到底后，在重力作用下，挂钩装置中的挂钩(16)和翻钩(14)扣上，扩孔钻头的连杆机构锁住，反向扩孔钻具处于张开状态；钻机往上提升并旋转钻进，即开始了反向扩孔钻进；其中，反向钻进的钻压靠钻机提升力来提供。

可选的，所述将反向扩孔钻具下放至超前孔底部进行反向扩孔包括：所述扩孔钻进方式根据地层情况来选择一次反向扩孔钻全深还是分段正反向扩孔钻进。

本发明实施例提供的反向扩孔的方法及钻具，能够利用反向扩孔钻具来钻孔，所述反向扩孔钻具在反向钻进时，由于岩石能够被反向扩孔钻具向预先钻设的超前孔方向挤压，使得岩石所受的夹制力较小，从而使得反向扩孔钻具能容易且快速的扩孔，这样就减少了扩孔作业的时间提高了扩孔钻进的速度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明一种反向扩孔钻具一实施例的结构示意图；

图2为本发明实施例中对超前孔进行扩底的钻具实施例的结构示意图；

图3为本发明一种反向扩孔钻具一实施例挂钩装置的结构示意图；

图4为本发明一种反向扩孔钻具一实施例导向器结构示意图；

图5为本发明一种反向扩孔钻具一实施例万向钻杆结构示意图；

图6为本发明一种反向扩孔钻具一实施例推开翻钩的结构示意图；

图7为本发明一种反向扩孔钻具一实施例锁住翻钩的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例一种反向扩孔的方法及钻具进行详细描述。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

参看图1，本发明一种反向扩孔钻具实施例，包括：上盘17和下盘18，所述上盘17和下盘18通过导轨20和导槽19连接；所述导轨20和导槽19上设置有挂钩装置21；所述上盘17上枢接有至少两个第一连杆22，所述下盘18上枢接有至少两个第二连杆23，所述第一连杆22和第二连杆23通过销轴连接；所述第一连杆22上设置有工作面朝上的滚刀24。

本发明实施例提供的反向扩孔钻具，能够利用反向扩孔钻具来钻孔，所述反向扩孔钻具在反向钻进时，由于岩石能够被反向扩孔钻具向预先钻设的超前孔方向挤压，使得岩石所受的夹制力较小，从而使得反向扩孔钻具能容易且快速的扩孔，这样就减少了扩孔作业的时间提高了扩孔钻进的速度。

本发明反向扩孔钻具的实施例中，可选的，所述导槽19设置在所述上盘17上，所述导轨20设置在所述下盘18上；其中所述下盘18包括：超前钻头1，在所述超前钻头1上端连接有集渣器下盘25，所述超前钻头1底部设置有滚子26；其中，所述集渣器下盘25与所述导轨20相连；所述集渣器下盘25上设置有吸渣口；所述第二连杆23上设有集渣溜槽27；所述反向扩孔钻具在扩孔钻进时，破碎后的岩屑在自重的作用下，沿所述集渣溜槽27滑落到所述吸渣口处。

本发明实施例中，所述反向扩孔钻具连接有集渣溜槽能将钻进过程中产生的岩石碎屑收集起来并通过吸渣口转移到地面，这样就避免了岩石碎屑掉入孔底部减少了掏空作业的时间提高了扩孔钻进的速度。

本发明反向扩孔钻具的实施例中，可选的，在所述吸渣口处还设置有挡块28。本发明实施例中，所述挡块能够将反向扩孔过程中产生的岩石碎屑挡在吸渣口处被压气提升反循环系统带到地面，防止岩石碎屑掉入孔中。

参看图3、图6和图7，本发明反向扩孔钻具的实施例中，可选的，所述导槽19设置在所述上盘17上，所述导轨20设置在所述下盘18上；其中所述挂钩装置21包括：挂杆9，所述挂杆9的一端与第一挂杆座8相枢接，另一端设有弹性组件29，在所述挂杆9上设有能向上转动的翻钩14；所述弹性组件29连接在第二挂杆座15上，所述第二挂杆座15固定在所述导槽19上；挂钩16，固定在所述导轨20上；当所述导槽19向导轨20方向移动时，所述挂钩16顶开翻钩14并与所述翻钩14相扣合，所述反向扩孔钻具处于张开状态；当所述导槽19与导轨20沿相反方向移动时，所述挂钩16施加在所述翻钩14上的力大于预定力后，所述挂钩16与翻钩14脱开，所述反向扩孔钻具处于收拢状态。

本发明实施例中，所述挂钩装置中挂钩和翻钩通过所述导槽和导轨的相对移动来扣合和分开这样可以灵活的控制反向扩孔钻具的张开与合拢。

参看图3，本发明反向扩孔钻具的实施例中，可选的，所述弹性组件29包括：第一筒套10和与所述第一筒套相配合的第二筒套13，所述第一筒套10和第二筒套13之间设有弹簧12；在所述弹簧12和所述第一筒套10和/或第二筒套13之间设置有垫片11。

本发明实施例中，所述第一筒套和/或第二筒套之间设置的垫片厚度是可以调节的，通过调节所述垫片的厚度可以调节所述挂钩施加在所述翻钩上的额定预定力。

参看图1和图4，本发明反向扩孔钻具的实施例中，可选的，所述上盘17上部连接有导向器5，所述导向器5为柱状体，所述导向器5边缘均匀分布有至少两个柱形滚子30。

本发明实施例中，所述导向器上的滚子可以为所述反向扩孔钻具的钻进起导向作用。

参看图1和图5，本发明反向扩孔钻具的实施例中，可选的，所述导向器5上部连接有万向钻杆6，所述万向钻杆6上部连接有中心管7，所述万向钻杆6包括：下接头31，所述下接头31上端连接有十字头钻杆32，所述十字头钻杆32上设置有可曲挠接头33，所述十字头钻杆32上端连接有上接头34，所述中心管7连接在所述上接头34上。

本发明实施例中，所述万向钻杆保证钻具和超前孔的顺利过渡，消除中心管应力集中，有效解决了蹩钻难题。

本发明还提供一种反向扩孔的方法实施例，包括：钻设超前孔至设计深度；对所述超前孔进行扩底；将反向扩孔钻具下放至超前孔底部进行反向扩孔。

本发明实施例提供的反向扩孔的方法，在反向钻进时，由于岩石能够被反向扩孔钻具向预先钻设的超前孔方向挤压，使得岩石所受的夹制力较小，从而使得反向扩孔钻具能容易且快速的扩孔，这样就减少了扩孔作业的时间提高了扩孔钻进的速度。

参看图2，本发明反向扩孔方法的实施例中，可选的，所述对所述超前孔进行扩底包括：将安装有扩底钻头3的扩底钻具在超前孔钻至设计深度后下入超前孔内，在扩底钻头3的重力作用下，扩底钻头的连杆机构逐步打开，这时与所述扩底钻具相连的钻机旋转，扩底钻具逐步下放，进行扩底钻进。

本发明实施例中，所述扩底钻进为下一步所述反向扩孔钻进中的反向扩孔钻具下入超前孔内并张开所述反向扩孔钻具做好准备。

参看图2，本发明反向扩孔方法的实施例中，可选的，所述反向扩孔的方法还包括：所述扩底钻具包括安装在底部的超前底托2，在所述超前底托2的底部设置有滚子；所述钻机旋转，钻具逐步下放时，依靠设置在超前底托底部的滚子的支撑，所述超前底托不能往下钻进。

本发明实施例中，所述设置在超前底托底部的滚子既可以支撑住整个反向扩孔钻具，又可以在所述钻机旋转时保证所述钻具不在往下钻进，从而保证了反向扩孔钻进的稳定性，提高了扩孔速度。

参看图1，图2、图3、图6和图7，本发明反向扩孔方法的实施例中，可选的，所述反向扩孔钻具包括：上盘17和下盘18，所述上盘17和下盘18通过导轨和导槽连接；所述导轨和导槽上设置有挂钩装置；所述上盘上枢接有至少两个第一连杆，所述下盘上枢接有至少两个第二连杆，所述第一连杆和第二连杆通过销轴连接；所述第一连杆上设置有工作面朝上的滚刀；所述导槽设置在所述上盘17上，所述导轨设置在所述下盘18上；

其中所述下盘包括：超前钻头，在所述超前钻头上端连接有集渣器下盘，所述超前钻头底部设置有滚子；其中，所述集渣器下盘与所述导轨相连；所述集渣器下盘上设置有吸渣口；所述第二连杆上设有集渣溜槽；所述反向扩孔钻具在扩孔钻进时，破碎后的岩屑在自重的作用下，沿所述集渣溜槽滑落到所述吸渣口处；

在将所述反向扩孔钻具向超前孔内下放过程中，所述反向扩孔钻具的挂钩装置中的挂钩16与翻钩14脱开，反向扩孔钻具处于成收拢状态；超前钻头1下放到超前孔内并下放到底后，在重力作用下，挂钩装置中的挂钩16和翻钩14扣上，扩孔钻头的连杆机构锁住，反向扩孔钻具处于张开状态；钻机往上提升并旋转钻进，即开始了反向扩孔钻进；其中，反向钻进的钻压靠钻机提升力来提供。

本发明实施例中，所述超前钻头到底后，在重力作用下，挂钩装置中的挂杆和翻钩扣上，由于钻具自身重力进行张开反向扩孔钻具，这样在钻具结构上省去了所述反向扩孔钻具的动力系统，结构简化降低了成本，节约了资源。

本发明反向扩孔方法的实施例中，可选的，所述将反向扩孔钻具下放至超前孔底部进行反向扩孔包括：所述扩孔钻进方式根据地层情况来选择一次反向扩孔钻全深还是分段正反向扩孔钻进。

本发明实施例中，若岩石风化带相对稳定，一般情况下不掉大块时，可选择一次反向扩孔钻全深；若岩石风化带破碎严重，易掉岩石块，则在冲积层和基岩段采用反向扩孔钻进，在破碎带采用正向扩孔工艺，避免反向扩孔时在风化带被大块的破碎岩石卡住或砸坏反向扩孔钻具。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)等。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种反向扩孔钻具，其特征在于，包括:

上盘和下盘，所述上盘和下盘通过导轨和导槽连接；所述上盘上部连接有导向器，所述导向器为柱状体，所述导向器边缘均匀分布有至少两个柱形滚子；

所述导轨和导槽上设置有挂钩装置；

所述上盘上枢接有至少两个第一连杆，所述下盘上枢接有至少两个第二连杆，所述第一连杆和第二连杆通过销轴连接；

所述第一连杆上设置有工作面朝上的滚刀；

所述导槽设置在所述上盘上，所述导轨设置在所述下盘上；其中

所述下盘包括：超前钻头，在所述超前钻头上端连接有集渣器下盘，所述超前钻头底部设置有滚子；其中，所述集渣器下盘与所述导轨相连；

所述集渣器下盘上设置有吸渣口；

所述第二连杆上设有集渣溜槽；

所述反向扩孔钻具在扩孔钻进时，破碎后的岩屑在自重的作用下，沿所述集渣溜槽滑落到所述吸渣口处。

2.根据权利要求1所述反向扩孔钻具，其特征在于，在所述吸渣口处还设置有挡块。

3.根据权利要求1所述反向扩孔钻具，其特征在于，所述挂钩装置包括：

挂杆，所述挂杆的一端与第一挂杆座相枢接，另一端设有弹性组件，在所述挂杆上设有能向上转动的翻钩；所述弹性组件连接在第二挂杆座上，所述第二挂杆座固定在所述导槽上；

挂钩，固定在所述导轨上；

当所述导槽向导轨方向移动时，所述挂钩顶开翻钩并与所述翻钩相扣合，所述反向扩孔钻具处于张开状态；当所述导槽与导轨沿相反方向移动时，所述挂钩施加在所述翻钩上的力大于预定力后，所述弹性组件产生压缩形变，所述挂杆绕所述第一挂杆座转动，所述挂钩与翻钩脱开，所述反向扩孔钻具处于收拢状态。

4.根据权利要求3所述反向扩孔钻具，其特征在于，所述弹性组件包括：

第一筒套和与所述第一筒套相配合的第二筒套，所述第一筒套和第二筒套之间设有弹簧；

在所述弹簧和所述第一筒套和/或第二筒套之间设置有垫片。

5.根据权利要求1所述反向扩孔钻具，其特征在于，所述导向器上部连接有万向钻杆，所述万向钻杆上部连接有中心管；

所述万向钻杆包括：下接头，所述下接头上端连接有十字头钻杆，所述十字头钻杆上设置有可曲挠接头，所述十字头钻杆上端连接有上接头，所述中心管连接在所述上接头上。

6.一种反向扩孔的方法，其特征在于，包括：

钻设超前孔至设计深度；

对所述超前孔进行扩底；

将反向扩孔钻具下放至超前孔底部进行反向扩孔；其中，

所述对所述超前孔进行扩底包括：

将安装有扩底钻头(3)的扩底钻具在超前孔钻至设计深度后下入超前孔内，在扩底钻头(3)的重力作用下，扩底钻头的连杆机构逐步打开，这时与所述扩底钻具相连的钻机旋转，扩底钻具逐步下放，进行扩底钻进；

所述反向扩孔的方法，还包括：所述扩底钻具包括安装在底部的超前底托(2)，在所述超前底托(2)的底部设置有滚子；所述钻机旋转，钻具逐步下放时，依靠设置在超前底托底部的滚子的支撑，所述超前底托不能往下钻进；

所述将反向扩孔钻具下放至超前孔底部进行反向扩孔包括：当扩底钻进完成时，起钻，卸掉超前底托(2)和扩底钻头(3)，装上反向扩孔钻具；再将该反向扩孔钻具向超前孔内下放至超前孔底部进行反向扩孔。

7.根据权利要求6所述反向扩孔的方法，其特征在于，所述反向扩孔钻具包括：

上盘和下盘，所述上盘和下盘通过导轨和导槽连接；

所述导轨和导槽上设置有挂钩装置；

所述上盘上枢接有至少两个第一连杆，所述下盘上枢接有至少两个第二连杆，所述第一连杆和第二连杆通过销轴连接；

所述第一连杆上设置有工作面朝上的滚刀；

所述导槽设置在所述上盘上，所述导轨设置在所述下盘上；其中

所述下盘包括：超前钻头，在所述超前钻头上端连接有集渣器下盘，所述超前钻头底部设置有滚子；其中，所述集渣器下盘与所述导轨相连；

所述集渣器下盘上设置有吸渣口；

所述第二连杆上设有集渣溜槽；

所述反向扩孔钻具在扩孔钻进时，破碎后的岩屑在自重的作用下，沿所述集渣溜槽滑落到所述吸渣口处；

在将所述反向扩孔钻具向超前孔内下放过程中，所述反向扩孔钻具的挂钩装置中的挂钩(16)与翻钩(14)脱开，反向扩孔钻具处于收拢状态；超前钻头(1)下放到超前孔内并下放到底后，在重力作用下，挂钩装置中的挂钩(16)和翻钩(14)扣上，扩孔钻头的连杆机构锁住，反向扩孔钻具处于张开状态；钻机往上提升并旋转钻进，即开始了反向扩孔钻进；其中，反向钻进的钻压靠钻机提升力来提供。

8.根据权利要求6所述反向扩孔的方法，其特征在于，所述将反向扩孔钻具下放至超前孔底部进行反向扩孔包括：

扩孔钻进方式根据地层情况来选择一次反向扩孔钻全深还是分段正反向扩孔钻进。