CN107083923B - 可控变径扩孔钻具 - Google Patents

可控变径扩孔钻具 Download PDF

Info

Publication number
CN107083923B
CN107083923B CN201710466440.XA CN201710466440A CN107083923B CN 107083923 B CN107083923 B CN 107083923B CN 201710466440 A CN201710466440 A CN 201710466440A CN 107083923 B CN107083923 B CN 107083923B
Authority
CN
China
Prior art keywords
cam
plunger type
cornish bit
borehole
mandrel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201710466440.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN107083923A (zh
Inventor
田家林
朱志
杨毅
张堂佳
林晓月
李居瑞
杨应林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jiangsu jinkairui Technology Development Co.,Ltd.
Original Assignee
Southwest Petroleum University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Southwest Petroleum University filed Critical Southwest Petroleum University
Priority to CN201710466440.XA priority Critical patent/CN107083923B/zh
Publication of CN107083923A publication Critical patent/CN107083923A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107083923B publication Critical patent/CN107083923B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B10/00Drill bits
    • E21B10/26Drill bits with leading portion, i.e. drill bits with a pilot cutter; Drill bits for enlarging the borehole, e.g. reamers
    • E21B10/32Drill bits with leading portion, i.e. drill bits with a pilot cutter; Drill bits for enlarging the borehole, e.g. reamers with expansible cutting tools
    • E21B10/322Drill bits with leading portion, i.e. drill bits with a pilot cutter; Drill bits for enlarging the borehole, e.g. reamers with expansible cutting tools cutter shifted by fluid pressure
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B10/00Drill bits
    • E21B10/46Drill bits characterised by wear resisting parts, e.g. diamond inserts

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Earth Drilling (AREA)

Abstract

本发明涉及一种可控变径扩孔钻具,包括上接头、本体、推力芯轴、斜坡块、柱塞式扩孔刀、桶形凸轮机构、复位弹簧、弹簧止动机构、平衡活塞组、下接头。所述的本体后端连接上接头,前端连接下接头,柱塞式扩孔刀上镶有金刚石复合片,钻井液从上接头流入,当井下需要扩孔时,液压增加推力芯轴带动斜坡块向前运动,斜坡块推动柱塞式扩孔刀向外扩展实现变径,同时通过桶形凸轮和凸轮销的作用限制推力芯轴向后运动。为了改变扩孔直径,通过调节液压值,实现凸轮销和桶形凸轮凹槽在不同位置的配合,同时可保证扩孔直径在工作过程中保持稳定。在提升钻柱时可控制液压使柱塞式扩孔刀缩回,减小回退过程中的卡钻风险。

Description

可控变径扩孔钻具
技术领域
本发明涉及一种用于钻探工程领域可控变径扩孔钻具,其主要应用于石油天然气钻井工程。
背景技术
以往钻井过程,其下部井眼直径都必须小于上一层套管的内径,这种常规的钻井程序,这将对相应套管的顺利下入和完井带来极大地方便,很大程度的随着超深井、大斜度井、大位移井多底井等复杂井数量的增多,特别是海洋深水钻井的发展,使得井身结构越来越复杂,套管层序越来越多,各层套管与钻出井眼的间隙越来越来小,直接影响到下套管和固井作业,也直接影响到完井作业和油气开发。尽管有些偏心双轴钻头和水力式牙轮扩孔器出现,可以实现随钻将井眼扩大一些,但是其自身的缺陷造成井眼井径不规则,井眼轨迹控制差,井身质量差,甚至于掉扩孔牙轮,不仅解决不了下套管固井困难的问题,还增加了井下事故的频发等一系列复杂情况。
在实际作业过程中,由于在最深井段井斜角度最大甚至于是水平段,且往往是硬地层或者是地层压实程度好,钻井作业中井径扩大系数好,形成其井眼尺寸与套管与套管外径间隙最小,这样的间隙只要井身质量不那么好,井眼狗腿度大一点,往往造成套管下不下去的问题,直接影响完井质量和今后油井生产。由此,本发明人凭借相关行业的经验与实践,提出可控变径扩孔钻具,以克服现有技术的缺陷。
发明内容
为解决在钻井过程中改变扩孔直径,减少起下钻时间,提高钻井效率,本发明提供了可控变径扩孔钻具,本发明在地面控制钻井液的液压,通过液压作用于推力芯轴改变扩孔钻具的工作直径,实现对井底的扩孔,一旦停泵,在复位弹簧作用下直径回缩,就可以与钻头一起方便起出井眼,完成了套管下部井眼扩孔。
本发明的技术方案是:可控变径扩孔钻具由上接头、本体、推力芯轴、斜坡块、柱塞式扩孔刀、桶形凸轮机构、复位弹簧、弹簧止动机构、平衡活塞组和下接头组成,本体前端与下接头通过螺纹扣连接,本体后端连接上接头;所述的斜坡块安装在推力芯轴上,并且采用密封圈c密封,柱塞式扩孔刀安装在本体圆周方向的圆孔内,并且柱塞式扩孔刀与斜坡块通过T形槽和T形凸台配合,可以实现推力芯轴通过台阶推动斜坡块向前运动,斜坡块推动柱塞式扩孔刀向外扩展,推力芯轴的后端为活塞部分,并采用密封圈a密封活塞部分和上接头内壁,柱塞式扩孔刀与本体圆周上的孔采用密封圈b密封;所述的桶形凸轮机构包括下芯轴、桶形凸轮、凸轮销套、弹性橡胶、凸轮销、推力球轴承、轴承座帽,下芯轴的后端通过螺纹连接推力芯轴,在下芯轴的台阶处向前依次安装推力球轴承、桶形凸轮、推力球轴承和轴承座帽,弹性橡胶和凸轮销依次安装在凸轮销套内部,凸轮销套通过螺纹扣安装在本体上,通过弹性橡胶使凸轮销与凸轮销套圆柱表面凹槽配合,桶形凸轮的圆柱表面凹槽通过凸轮销防止柱塞式扩孔刀在工作时回缩,当需要改变扩孔直径,可先增加钻井液的液压使推动芯杆向前位移,并带动桶形凸轮向前运动,然后减小钻井液液压,在复位弹簧作用下桶形凸轮向后运动,此时凸轮销和桶形凸轮圆柱表面的凹槽作用下卡在下一个工况位置,该钻井工具只需控制液压先增加再减小,就能改变凸轮销与桶形凸轮圆柱表面的凹槽配合位置,从而得到稳定的扩孔直径;所述的弹簧止动机构包括弹簧止动件和固定销,弹簧止动件与复位弹簧的前端接触,弹簧止动件用固定销固定在下接头内部,复位弹簧后端为弹簧间隔件,弹簧间隔件的后端顶着轴承座帽;所述的平衡活塞组由平衡活塞和密封圈d组成,平衡活塞组安装在下芯轴和下接头之间,用来密封复位弹簧、推力球轴承、桶形凸轮机构和斜坡块,该钻具在密封填充口注入密封油,并且用阀堵堵住。
上述方案中所述的可控变径扩孔钻具,其特征在于:所述的柱塞式扩孔刀是用来破碎井壁岩石,由于井下岩石的硬度不一致,需要耐磨、强度高、使用寿命长的扩孔刀,为了满足要求在柱塞式扩孔刀的柱塞端面加工出刀翼,并且在刀翼上镶上金刚石复合片;所述的本体圆柱面上安装柱塞式扩孔刀的孔为螺旋分布。
本发明的有益效果是:(1) 该扩孔钻具通过液压控制扩孔尺寸的大小,所以只需要在地面调节钻井液的液压,操作简单方便;(2) 柱塞式扩孔刀的端面镶有金刚石复合片,该扩孔钻具耐磨性好、强度高、使用寿命长;(3) 钻井需要改变井眼大小时,不用重新起下钻柱更换钻头,直接通过控制液压在井底实现变径,从而提高钻井机械钻速,缩短钻井周期,降低钻井成本;(4) 通过液压改变该扩孔钻具的扩孔外径,方便钻井过程中钻柱的下入和起出;(5)本扩孔钻具液压力驱动方便,机械结构简单,可靠性强。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是柱塞式扩孔刀的结构示意图。
图3是本发明未实现变径的局部结构示意图。
图4是本发明实现变径后的局部结构示意图。
图中1.上接头,2.密封圈a,3.推力芯轴,4.本体,5.斜坡块,6.柱塞式扩孔刀,7.密封圈b、8.密封圈c,9.下芯轴,10.阀堵,11.桶形凸轮,12.凸轮销套,13.弹性橡胶,14.凸轮销,15.推力球轴承,16.轴承座帽,17.冲击接头,18.复位弹簧,19.弹簧止动件,20.固定销,21.平衡活塞,22.密封圈d,23.下接头。
具体实施方式
下面结合附图及实施例,对本发明作进一步说明。
参见附图1,本发明提出的可控变径扩孔钻具由上接头1、本体4、推力芯轴3、斜坡块5、柱塞式扩孔刀6、桶形凸轮机构、复位弹簧18、弹簧止动机构、平衡活塞组和下接头23组成,本体4前端与下接头23通过螺纹扣连接,本体4后端连接上接头1;所述的斜坡块5安装在推力芯轴3上,并且采用密封圈c8密封,柱塞式扩孔刀6安装在本体4圆周方向的圆孔内,并且柱塞式扩孔刀6与斜坡块5通过T形槽和T形凸台配合,可以实现推力芯轴3通过台阶推动斜坡块5向前运动,斜坡块5推动柱塞式扩孔刀6向外扩展,推力芯轴3的后端为活塞部分,并采用密封圈a2密封活塞部分和上接头1内壁,柱塞式扩孔刀6与本体4圆周上的孔采用密封圈b7密封;所述的桶形凸轮机构包括下芯轴9、桶形凸轮11、凸轮销套12、弹性橡胶13、凸轮销14、推力球轴承15、轴承座帽16,下芯轴9的后端通过螺纹连接推力芯轴3,在下芯轴9的台阶处向前依次安装推力球轴承15、桶形凸轮11、推力球轴承15和轴承座帽16,弹性橡胶13和凸轮销14依次安装在凸轮销套12内部,凸轮销套12通过螺纹扣安装在本体4上,通过弹性橡胶13使凸轮销14与凸轮销套12圆柱表面凹槽配合,桶形凸轮11的圆柱表面凹槽通过凸轮销14防止柱塞式扩孔刀6在工作时回缩,当需要改变扩孔直径,可先增加钻井液的液压使推动芯杆3向前位移,并带动桶形凸轮11向前运动,然后减小钻井液液压,在复位弹簧18作用下桶形凸轮11向后运动,此时凸轮销14和桶形凸轮11圆柱表面的凹槽作用下卡在下一个工况位置,该钻井工具只需控制液压先增加再减小,就能改变凸轮销14与桶形凸轮11圆柱表面的凹槽配合位置,从而得到稳定的扩孔直径。
所述的弹簧止动机构包括弹簧止动件19和固定销20,弹簧止动件19与复位弹簧18的前端接触,弹簧止动件19用固定销20固定在下接头23内部,复位弹簧18后端为弹簧间隔件17,弹簧间隔件17的后端顶着轴承座帽16;所述的平衡活塞组由平衡活塞21和密封圈d22组成,平衡活塞组安装在下芯轴9和下接头23之间,用来密封复位弹簧18、推力球轴承15、桶形凸轮机构和斜坡块5,该钻具在密封填充口注入密封油,并且用阀堵10堵住。
所述的可控变径扩孔钻具,其特征在于:所述的柱塞式扩孔刀6是用来破碎井壁岩石,由于井下岩石的硬度不一致,需要耐磨、强度高、使用寿命长的扩孔刀,为了满足要求在柱塞式扩孔刀6的柱塞端面加工出刀翼,并且在刀翼上镶上金刚石复合片。所述的可控变径扩孔钻具,其特征在于:所述的本体4圆柱面上安装柱塞式扩孔刀6的孔为螺旋分布。

Claims (3)

1.可控变径扩孔钻具,其特征在于:所述的可控变径扩孔钻具包括上接头(1)、本体(4)、推力芯轴(3)、斜坡块(5)、柱塞式扩孔刀(6)、桶形凸轮机构、复位弹簧(18)、弹簧止动机构、平衡活塞组、下接头(23),本体(4)前端与下接头(23)通过螺纹扣连接,本体(4)后端连接上接头(1);所述的斜坡块(5)安装在推力芯轴(3)上,并且采用密封圈c(8)密封,柱塞式扩孔刀(6)安装在本体(4)圆周方向的圆孔内,并且柱塞式扩孔刀(6)与斜坡块(5)通过T形槽和T形凸台配合,可以实现推力芯轴(3)通过台阶推动斜坡块(5)向前运动,斜坡块(5)推动柱塞式扩孔刀(6)向外扩展,推力芯轴(3)的后端为活塞部分,并采用密封圈a(2)密封活塞部分和上接头(1)内壁,柱塞式扩孔刀(6)与本体(4)圆周上的孔采用密封圈b(7)密封;所述的柱塞式扩孔刀(6)是用来破碎井壁岩石,由于井下岩石的硬度不一致,需要耐磨、强度高、使用寿命长的扩孔刀,为了满足要求在柱塞式扩孔刀(6)的柱塞端面加工出刀翼,并且在刀翼上镶上金刚石复合片;所述的桶形凸轮机构包括下芯轴(9)、桶形凸轮(11)、凸轮销套(12)、弹性橡胶(13)、凸轮销(14)、推力球轴承(15)、轴承座帽(16),下芯轴(9)的后端通过螺纹连接推力芯轴(3),在下芯轴(9)的台阶处向前依次安装推力球轴承(15)、桶形凸轮(11)、推力球轴承(15)和轴承座帽(16),弹性橡胶(13)和凸轮销(14)依次安装在凸轮销套(12)内部,凸轮销套(12)通过螺纹扣安装在本体(4)上,通过弹性橡胶(13)使凸轮销(14)与凸轮销套(12)圆柱表面凹槽配合,桶形凸轮(11)的圆柱表面凹槽通过凸轮销(14)防止柱塞式扩孔刀(6)在工作时回缩,当需要改变扩孔直径,可先增加钻井液的液压使推力芯轴(3)向前位移,并带动桶形凸轮(11)向前运动,然后减小钻井液液压,在复位弹簧(18)作用下桶形凸轮(11)向后运动,此时凸轮销(14)和桶形凸轮(11)圆柱表面的凹槽作用下卡在下一个工况位置,可控变径扩孔钻具只需控制液压先增加再减小,就能改变凸轮销(14)与桶形凸轮(11)圆柱表面的凹槽配合位置,从而得到稳定的扩孔直径;所述的弹簧止动机构包括弹簧止动件(19)和固定销(20),弹簧止动件(19)与复位弹簧(18)的前端接触,弹簧止动件(19)用固定销(20)固定在下接头(23)内部,复位弹簧(18)后端为弹簧间隔件(17),弹簧间隔件(17)的后端顶着轴承座帽(16);所述的平衡活塞组由平衡活塞(21)和密封圈d(22)组成,平衡活塞组安装在下芯轴(9)和下接头(23)之间,用来密封复位弹簧(18)、推力球轴承(15)、桶形凸轮机构和斜坡块(5),该钻具在密封填充口注入密封油,并且用阀堵(10)堵住。
2.根据权利要求1所述的可控变径扩孔钻具,其特征在于:所述的本体(4)圆柱面上安装柱塞式扩孔刀(6)的孔为螺旋分布。
3.根据权利要求1所述的可控变径扩孔钻具,其特征在于:所述的斜坡块(5)、柱塞式扩孔刀(6)、密封圈b(7)、密封圈c(8)数量均为5件;所述的平衡活塞组的密封圈d(22)数量为6件;所述的推力球轴承(15)数量为2件。
CN201710466440.XA 2017-06-20 2017-06-20 可控变径扩孔钻具 Active CN107083923B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710466440.XA CN107083923B (zh) 2017-06-20 2017-06-20 可控变径扩孔钻具

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710466440.XA CN107083923B (zh) 2017-06-20 2017-06-20 可控变径扩孔钻具

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107083923A CN107083923A (zh) 2017-08-22
CN107083923B true CN107083923B (zh) 2019-02-19

Family

ID=59606263

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710466440.XA Active CN107083923B (zh) 2017-06-20 2017-06-20 可控变径扩孔钻具

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107083923B (zh)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107724998B (zh) * 2017-11-09 2024-07-23 长江大学 一种刮刀伸缩可控式套管清洗工具
CN108204219A (zh) * 2018-02-02 2018-06-26 西南石油大学 一种无限次激活钻具旁通阀
CN109854177B (zh) * 2019-01-17 2020-09-29 西南石油大学 机械式调控的多功能pdc钻头
CN110206512B (zh) * 2019-06-24 2021-10-01 西南石油大学 柔性接触式套管内壁清洁工具
CN110748299B (zh) 2019-11-08 2021-01-05 西南石油大学 一种天然气水合物开采复合破碎超变径钻头
CN111878010A (zh) * 2020-09-04 2020-11-03 中国久远高新技术装备有限公司 一种可变径减摩降阻的钻井工具
CN113585976B (zh) * 2021-07-21 2024-05-03 江苏中汇岩土工程有限公司 一种扩孔装置和钻孔扩孔多功能成孔设备
CN114856449B (zh) * 2022-05-27 2024-10-08 重庆交通大学 一种可收缩式异形炮眼孔定向开槽刀头套具

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU945353A1 (ru) * 1980-03-26 1982-07-23 Научно-производственное объединение по термическим методам добычи нефти Расширитель
GB0516214D0 (en) * 2005-08-06 2005-09-14 Andergauge Ltd Downhole tool
CN2854043Y (zh) * 2005-12-11 2007-01-03 秦利民 钻井遥控变径稳定器
CN100516449C (zh) * 2007-02-08 2009-07-22 大庆石油学院 小井眼液压可控式变径扩孔钻头
CN101725322A (zh) * 2008-10-15 2010-06-09 中国石化集团胜利石油管理局钻井工艺研究院 一种随钻扩眼器
CN201635670U (zh) * 2009-12-09 2010-11-17 西南石油大学 一种同步式直棱可变径扶正器
CN201778658U (zh) * 2010-08-05 2011-03-30 中国石油天然气集团公司 一种用于套管钻井的随钻扩眼器
US8602101B2 (en) * 2011-01-21 2013-12-10 Smith International, Inc. Multi-cycle pipe cutter and related methods
CN105275397B (zh) * 2015-10-27 2017-06-09 西南石油大学 一种遥控可变径稳定器
CN106285483B (zh) * 2016-10-10 2018-10-30 贵州高峰石油机械股份有限公司 一种可变径扩眼器及其扩眼方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN107083923A (zh) 2017-08-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107083923B (zh) 可控变径扩孔钻具
CN106639943B (zh) 高频扭转复位轴向振动冲击工具
CN202081824U (zh) 一种液压平行滑移扩张式随钻扩眼器
CN105156035B (zh) 一种活齿pdc钻头
CN110056333A (zh) 水力定向喷砂射孔与割缝一体化装置及其使用方法
CN102966327A (zh) 膨胀管
CN109356524A (zh) 一种静态、推靠式液压旋转导向钻井工具
CN109611028B (zh) 基于滚子与叶轮的水力振荡器
CN109723385B (zh) 具有保径与变径功能的pdc钻头
CN105804669B (zh) 一种脉冲式钻井接头
CN209369725U (zh) 一种静态、推靠式液压旋转导向钻井工具
CN104847265A (zh) 一种椭圆柱式伸缩变径钻井工具
CN203655179U (zh) 可变三个以上直径的液压变径稳定器
CN105178860B (zh) 一种扭摆振荡器
CN110748297B (zh) 一种用于降低钻具与井壁之间摩擦的装置及其方法
CN110159187B (zh) 一种高风压潜孔冲击器
CN104747097A (zh) 可变三个以上直径的液压变径稳定器及变径方法
CN201635670U (zh) 一种同步式直棱可变径扶正器
CN102937008A (zh) 一种顶部多级承压式膨胀管膨胀施工装置
CN212743933U (zh) 一种水力液压增力器
CN114293917A (zh) 一种基于粘滑振动自适应带侧水眼的复合钻头
CN210152546U (zh) 一种高风压潜孔冲击器
CN109915028B (zh) 电池式电机驱动的双速pdc钻头
CN109538124B (zh) 斜面式叶轮水力振荡器
CN205618100U (zh) 一种脉冲式钻井接头

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20201204

Address after: No.59-11, Jingyi Road, Chengbei Park, Jingjiang Economic Development Zone, Taizhou City, Jiangsu Province, 214500

Patentee after: Jiangsu jinkairui Technology Development Co.,Ltd.

Address before: No. 8 Road, Xindu Xindu District of Chengdu city of Sichuan Province in 610500

Patentee before: SOUTHWEST PETROLEUM University

TR01 Transfer of patent right