CN106401485B - 旋转复位液压式扩眼器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种旋转复位液压式扩眼器，包括外筒体，在外筒体上设有多个刀翼槽，刀翼安装在刀翼槽内，在刀翼的侧面设有多个刀翼斜滑块，在刀翼槽的侧壁设有刀翼斜滑槽，刀翼斜滑块滑动安装在刀翼斜滑槽内；在刀翼的一端设有轴向驱动装置，以使刀翼沿着刀翼斜滑槽张开；在刀翼的另一端设有复位驱动装置，以使刀翼沿着刀翼斜滑槽缩回。通过采用上述的结构，通过液压的压力变化作为开关信号，能大大减少起钻的次数。井口流量的改变，只是很小的一段时间窗口，整个过程都不影响钻井作业的过程。且没有环空的设计，不会受到泥浆中杂质的影响。

Description

旋转复位液压式扩眼器

技术领域

本发明涉及钻井设备领域，特别是一种用于钻井过程中扩眼作业的旋转复位液压式扩眼器。

背景技术

随着对石油天然气开采的深入，钻井的深度也在逐步加深，钻井遇到的问题也是越来越复杂，在部分地区施工时，可能会遇到井眼缩径，井眼不规则或下套管环空间窄小等情况，常规的方法只能在钻井过程中或起下钻的时进行长时间的划眼操作，以到达去除缩径、修整井壁的目的，这将耗费大量的人力和物力。

中国专利文献CN 102943625 A公开了一种扩眼器，，包括外筒和刀翼机构，还包括设置在外筒内并沿外筒轴向滑动的传动轴机构和使传动轴机构复位的复位机构，所述外筒上端设置有与传动轴机构外壁配合密封的第一密封结构，下端设置有刀翼槽，外筒的端部设置有第二密封结构，刀翼机构设置在刀翼槽内，传动轴机构上设置有带动刀翼机构向外扩张的扩张器，且传动轴机构的内腔与刀翼槽连通。该发明具有收缩能力，不会受到工具本体壁厚的限制，扩眼尺寸较大，同时密封结构合理，在钻井过程中，扩眼刀翼的伸缩过程中钻井液不易进入扩眼体的关键部件，不会影响刀翼的灵活。存在的问题是该发明的结构需要反复起钻、下钻劳动强度较高。

中国专利文献CN 105888558 A做出了进一步的改进，一种井下扩眼器，包括：壳体、主轴、伸缩刀机构和控刀装置；壳体为两端开口的中空壳体；壳体的侧壁上设置有出刀孔；主轴设置在壳体内，且与壳体的侧壁具有间隔；伸缩刀机构套设在主轴外，且伸缩刀机构的刀体位于出刀孔内；控刀装置设置在壳体内，且与伸缩刀机构传动连接，用于带动伸缩刀机构运动，以使伸缩刀机构的刀体沿出刀孔的开口方向往复移动；既能够将刀体伸出，又能够将刀体缩回，进而能控制扩眼器的运行状态，以达到在地面就可以切换控制扩眼的工作状态。采用上侧孔P连通环形的内腔C，从而通过限位轴17的上下位移控制伸缩刀机构的伸出或缩回状态，以达到遥控井下扩眼器是否扩眼的工作状态。存在的问题是，当泥浆中杂质较多，进入环形的内腔后容易堵塞活动部件，例如限位轴17的摩擦力会发生变化。而地面的控制方式是： “停泵→开泵(小排量)→停泵→开泵(正常排量)”的操作过程，相当于是利用开度控制，操作较为复杂。尤其是当限位轴17的摩擦力发生变化，这种控制方式将不能可靠的控制刀体的伸出或缩回状态，造成扩眼作业失败。刀体的伸出由弹簧控制，当碰到较硬的部分井壁，刀体会在径向压力的作用下缩回，影响扩孔作业。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种旋转复位液压式扩眼器，能够在不影响钻井作业的前提下，实现扩孔作业，减少起钻次数，优选的方案中，能够通过增加井口流量作为启动信号，相当于开关控制的方式，控制刀翼的伸缩，且刀翼的伸缩控制不容易受到泥浆杂质的影响。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种旋转复位液压式扩眼器，包括外筒体，在外筒体上设有多个刀翼槽，刀翼安装在刀翼槽内，在刀翼的侧面设有多个刀翼斜滑块，在刀翼槽的侧壁设有刀翼斜滑槽，刀翼斜滑块滑动安装在刀翼斜滑槽内；

在刀翼的一端设有轴向驱动装置，以使刀翼沿着刀翼斜滑槽张开；在刀翼的另一端设有复位驱动装置，以使刀翼沿着刀翼斜滑槽缩回。

优选的方案中，刀翼斜滑槽的内侧靠近轴向驱动装置，刀翼斜滑槽的外侧靠近复位驱动装置。

优选的方案中，所述的轴向驱动装置为齿形旋转滑动装置，所述的复位驱动装置为复位弹簧。

优选的方案中，所述的齿形旋转滑动装置中，导向环槽与外筒体过盈连接，在导向环槽的下端设有工位齿，在导向环槽的内壁设有导向槽；

齿形动力滑块的外壁固设有多个滑块，滑块滑动安装在导向槽内，在齿形动力滑块的底部设有多个沿圆周均布的驱动齿；

在导向环槽的下方活动安装有齿形旋转滑动轴套，齿形旋转滑动轴套的顶部设有多个沿圆周均布的定位齿，定位齿与工位齿和驱动齿接触；

导向环槽、齿形动力滑块和齿形旋转滑动轴套均为中通的结构，齿形动力滑块的内径小于导向环槽和齿形旋转滑动轴套的内径。

优选的方案中，所述的工位齿沿圆周设有多组不同高度的齿位，以限位定位齿在不同的高度位置；

所述的驱动齿具有两侧的斜面用于驱动定位齿旋转；

所述的定位齿具有单侧的斜面和一尖顶，用于被驱动齿驱动旋转和顶住工位齿的齿位。

优选的方案中，还设有中心管，中心管的底端与复位驱动装置固定连接，中心管的顶端与齿形动力滑块的内壁密封滑动连接；

整个扩眼器为中通的结构，外筒体的两端设有连接螺纹。

优选的方案中，在刀翼的一端还设有驱动滑套和上止动环，驱动滑套和上止动环上设有伸入到刀翼槽内的滑动部；

刀翼的另一端设有带孔止动环和下轴套，带孔止动环和下轴套上设有伸入到刀翼槽内的滑动部；

驱动滑套和带孔止动环与中心管密封滑动连接。

优选的方案中，在带孔止动环的滑动部设有冲洗孔；

中心管上设有与冲洗孔相对应位置设有中心管孔，当刀翼位于工作位置，冲洗孔与中心管孔连通。

优选的方案中，复位驱动装置的结构为：

弹簧座与外筒体固定连接，外筒体与中心管固定连接，弹簧座设有延伸壁部，弹簧座的延伸壁部与中心管外壁之间形成一空腔结构，复位弹簧安装在所述的空腔结构内，在带孔止动环的下部设有延伸部，带孔止动环的延伸部伸入到空腔结构内，并顶住复位弹簧。

优选的方案中，带孔止动环的延伸部外壁与弹簧座的延伸壁部内壁密封滑动连接；

带孔止动环的延伸部内壁与中心管外壁密封滑动连接。

本发明提供的一种旋转复位液压式扩眼器，通过采用上述的结构，通过液压的压力变化作为开关信号，由齿形动力滑块的滑动控制刀翼的伸出和缩回，能大大减少起钻的次数。井口流量的改变，只是很小的一段时间窗口，整个过程都不影响钻井作业的过程。且没有环空的设计，不会受到泥浆中杂质的影响。本发明的结构相对现有技术更为简化，易于生产和加工，动作也更为可靠。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明的俯视结构示意图。

图2为图1的A-A剖视示意图。

图3为本发明的立体图。

图4为本发明中刀翼的立体图。

图5为本发明中轴向驱动装置的爆炸立体视图。

图6为本发明中轴向驱动装置的爆炸主视图。

图7为本发明中带孔止动环的立体图。

图中：外筒体1，刀翼槽101，刀翼斜滑槽102，导向环槽2，导向槽21，工位齿22，齿形动力滑块3，驱动齿31，滑块32，齿形旋转滑动轴套4，定位齿41，驱动滑套5，上止动环6，带孔止动环7，冲洗孔71，下轴套8，弹簧座9，复位弹簧10，刀翼11，刀翼斜滑块111，中心管12，中心管孔121。

具体实施方式

本例中的方位限定以图1、2、6中的方位为准。如图1~4中，一种旋转复位液压式扩眼器，包括外筒体1，在外筒体1上设有多个刀翼槽101，刀翼11安装在刀翼槽101内，在刀翼11的侧面设有多个刀翼斜滑块111，在刀翼槽101的侧壁设有刀翼斜滑槽102，刀翼斜滑块111滑动安装在刀翼斜滑槽102内；

在刀翼11的一端设有轴向驱动装置，以使刀翼11沿着刀翼斜滑槽102张开；在刀翼11的另一端设有复位驱动装置，以使刀翼11沿着刀翼斜滑槽102缩回。由此结构，当轴向驱动装置受到液压的控制驱动，刀翼11的刀翼斜滑块111在刀翼斜滑槽102内向下滑动并张开，当轴向驱动装置再次受到液压的控制驱动，则在刀翼11在复位驱动装置的压力下，刀翼11的刀翼斜滑块111在刀翼斜滑槽102内向上滑动缩回。

优选的方案如图3、4中，刀翼斜滑槽102的内侧靠近轴向驱动装置，刀翼斜滑槽102的外侧靠近复位驱动装置。由此结构，当受到上方压力时，刀翼11沿着刀翼斜滑槽102向下滑动张开，而当受到下方的压力时，刀翼11沿着刀翼斜滑槽102向上滑动缩回。

优选的方案如图2中，所述的轴向驱动装置为齿形旋转滑动装置，所述的复位驱动装置为复位弹簧10。由此结构，以液压驱动齿形旋转滑动装置动作，由复位弹簧10驱动复位。

优选的方案如图2~6中，所述的齿形旋转滑动装置中，导向环槽2与外筒体1过盈连接，在导向环槽2的下端设有工位齿22，在导向环槽2的内壁设有导向槽21；

齿形动力滑块3的外壁固设有多个滑块32，滑块32滑动安装在导向槽21内，在齿形动力滑块3的底部设有多个沿圆周均布的驱动齿31；

在导向环槽2的下方活动安装有齿形旋转滑动轴套4，齿形旋转滑动轴套4的顶部设有多个沿圆周均布的定位齿41，定位齿41与工位齿22和驱动齿31接触；

导向环槽2、齿形动力滑块3和齿形旋转滑动轴套4均为中通的结构，齿形动力滑块3的内径小于导向环槽2和齿形旋转滑动轴套4的内径。由此结构，当压力发生变化，压力差能够驱动齿形动力滑块3做轴向运动。

优选的方案如图5中，所述的工位齿22沿圆周设有多组不同高度的齿位，各个齿位分别对应刀翼11的张开位置和缩回位置，每组齿位均沿着圆周均布，优选为三组，以限位定位齿41在不同的高度位置；

所述的驱动齿31具有两侧的斜面用于驱动定位齿41旋转，驱动齿31优选为六个，沿着圆周均布；

所述的定位齿41具有单侧的斜面和一尖顶，用于被驱动齿31驱动旋转和顶住工位齿22的齿位。定位齿41优选为三个。

优选的方案如图2中，还设有中心管12，中心管12的底端与复位驱动装置固定连接，中心管12的顶端与齿形动力滑块3的内壁密封滑动连接；

整个扩眼器为中通的结构，外筒体1的两端设有连接螺纹。

优选的方案中，在刀翼11的一端还设有驱动滑套5和上止动环6，驱动滑套5和上止动环6上设有伸入到刀翼槽101内的滑动部；

刀翼11的另一端设有带孔止动环7和下轴套8，带孔止动环7和下轴套8上设有伸入到刀翼槽101内的滑动部；

驱动滑套5和带孔止动环7与中心管12密封滑动连接。

优选的方案中，在带孔止动环7的滑动部设有冲洗孔71；

中心管12上设有与冲洗孔71相对应位置设有中心管孔121，当刀翼11位于张开状态的工作位置，冲洗孔71与中心管孔121连通。

优选的方案如图2中，复位驱动装置的结构为：

弹簧座9与外筒体1固定连接，外筒体1与中心管12固定连接，弹簧座9设有延伸壁部，弹簧座9的延伸壁部与中心管12外壁之间形成一空腔结构，复位弹簧10安装在所述的空腔结构内，在带孔止动环7的下部设有延伸部，带孔止动环7的延伸部伸入到空腔结构内，并顶住复位弹簧10。

优选的方案如图2中，带孔止动环7的延伸部外壁与弹簧座9的延伸壁部内壁密封滑动连接；

带孔止动环7的延伸部内壁与中心管12外壁密封滑动连接。

本申请的最佳实施结构和使用原理如下：外筒体1的两端设有用于连接的螺纹，整个扩眼器为中通的结构，不影响钻井过程。外筒体1上设有多个刀翼槽101，刀翼11安装在刀翼槽101内，在刀翼11的侧面设有多个刀翼斜滑块111，在刀翼槽101的侧壁设有刀翼斜滑槽102，刀翼斜滑块111滑动安装在刀翼斜滑槽102内；

刀翼斜滑槽102的内侧较高，而外侧较低，刀翼槽101优选为三个，在圆周上均布，刀翼11相应为三个。导向环槽2与外筒体1的内壁通过过盈方式固定连接，齿形动力滑块3与导向环槽2滑动连接，齿形动力滑块3的内壁与中心管12的外壁密封滑动连接，齿形动力滑块3能够沿着导向环槽2和中心管12上下滑动，且由于齿形动力滑块3的内径较小，当地面增加入井口流量，冲击齿形动力滑块3向下运动，齿形动力滑块3底部的驱动齿31，与齿形旋转滑动轴套4的定位齿41接触，并由斜面推动齿形旋转滑动轴套4向下运行，并旋转一个角度。齿形旋转滑动轴套4的下行推动驱动滑套5、上止动环6、刀翼11、带孔止动环7和下轴套8下行，并压缩复位弹簧10，同时刀翼11张开。当入井口流量恢复，齿形动力滑块3在复位弹簧10的作用下回弹，直至定位齿41顶住在导向环槽2的工位齿22内，当顶住张开位置的工位齿22，则刀翼11被限位在张开位置，当定位齿41顶在工位齿22的缩回位置，则刀翼11在复位弹簧10的作用下缩回。张开位置和缩回位置通过地面增加入井口流量的次数进行交替切换，即当前为缩回位置，地面增加入井口流量一次，则切换到张开位置。

驱动滑套5、上止动环6、带孔止动环7和下轴套8均设有伸入到刀翼槽101内的滑动部，参见图7的结构，其中驱动滑套5与上止动环6之间通过螺钉连接，带孔止动环7与下轴套8之间也通过螺钉连接。在滑动部的侧壁还设有槽，用于安装减少摩擦力的滑条。如图7中，在带孔止动环7的滑动部设有朝向外筒体1外壁的冲洗孔71，中心管12上设有与冲洗孔71相对应位置设有中心管孔121，当刀翼11位于张开状态的工作位置，冲洗孔71与中心管孔121连通，部分的钻井液从冲洗孔71冲出，冲洗刀翼11并排屑降温，当刀翼11位于缩回位置，冲洗孔71与中心管孔121之间封闭。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种旋转复位液压式扩眼器，包括外筒体（1），在外筒体（1）上设有多个刀翼槽（101），刀翼（11）安装在刀翼槽（101）内，其特征是：在刀翼（11）的侧面设有多个刀翼斜滑块（111），在刀翼槽（101）的侧壁设有刀翼斜滑槽（102），刀翼斜滑块（111）滑动安装在刀翼斜滑槽（102）内；

在刀翼（11）的一端设有轴向驱动装置，以使刀翼（11）沿着刀翼斜滑槽（102）张开；在刀翼（11）的另一端设有复位驱动装置，以使刀翼（11）沿着刀翼斜滑槽（102）缩回；

刀翼斜滑槽（102）的内侧靠近轴向驱动装置，刀翼斜滑槽（102）的外侧靠近复位驱动装置；

所述的轴向驱动装置为齿形旋转滑动装置，所述的复位驱动装置为复位弹簧（10）；

所述的齿形旋转滑动装置中，导向环槽（2）与外筒体（1）过盈连接，在导向环槽（2）的下端设有工位齿（22），在导向环槽（2）的内壁设有导向槽（21）；

齿形动力滑块（3）的外壁固设有多个滑块（32），滑块（32）滑动安装在导向槽（21）内，在齿形动力滑块（3）的底部设有多个沿圆周均布的驱动齿（31）；

在导向环槽（2）的下方活动安装有齿形旋转滑动轴套（4），齿形旋转滑动轴套（4）的顶部设有多个沿圆周均布的定位齿（41），定位齿（41）与工位齿（22）和驱动齿（31）接触；

导向环槽（2）、齿形动力滑块（3）和齿形旋转滑动轴套（4）均为中通的结构，齿形动力滑块（3）的内径小于导向环槽（2）和齿形旋转滑动轴套（4）的内径。

2.根据权利要求1所述的一种旋转复位液压式扩眼器，其特征是：所述的工位齿（22）沿圆周设有多组不同高度的齿位，以限位定位齿（41）在不同的高度位置；

所述的驱动齿（31）具有两侧的斜面用于驱动定位齿（41）旋转；

所述的定位齿（41）具有单侧的斜面和一尖顶，用于被驱动齿（31）驱动旋转和顶住工位齿（22）的齿位。

3.根据权利要求2所述的一种旋转复位液压式扩眼器，其特征是：还设有中心管（12），中心管（12）的底端与复位驱动装置固定连接，中心管（12）的顶端与齿形动力滑块（3）的内壁密封滑动连接；

整个扩眼器为中通的结构，外筒体（1）的两端设有连接螺纹。

4.根据权利要求3所述的一种旋转复位液压式扩眼器，其特征是：在刀翼（11）的一端还设有驱动滑套（5）和上止动环（6），驱动滑套（5）和上止动环（6）上设有伸入到刀翼槽（101）内的滑动部；

刀翼（11）的另一端设有带孔止动环（7）和下轴套（8），带孔止动环（7）和下轴套（8）上设有伸入到刀翼槽（101）内的滑动部；

驱动滑套（5）和带孔止动环（7）与中心管（12）密封滑动连接。

5.根据权利要求4所述的一种旋转复位液压式扩眼器，其特征是：在带孔止动环（7）的滑动部设有冲洗孔（71）；

中心管（12）上与冲洗孔（71）相对应位置设有中心管孔（121），当刀翼（11）位于工作位置，冲洗孔（71）与中心管孔（121）连通。

6.根据权利要求4所述的一种旋转复位液压式扩眼器，其特征是：复位驱动装置的结构为：

弹簧座（9）与外筒体（1）固定连接，外筒体（1）与中心管（12）固定连接，弹簧座（9）设有延伸壁部，弹簧座（9）的延伸壁部与中心管（12）外壁之间形成一空腔结构，复位弹簧（10）安装在所述的空腔结构内，在带孔止动环（7）的下部设有延伸部，带孔止动环（7）的延伸部伸入到空腔结构内，并顶住复位弹簧（10）。

7.根据权利要求6所述的一种旋转复位液压式扩眼器，其特征是：带孔止动环（7）的延伸部外壁与弹簧座（9）的延伸壁部内壁密封滑动连接；

带孔止动环（7）的延伸部内壁与中心管（12）外壁密封滑动连接。