CN112252987A

CN112252987A - 一种钻探用随钻扩孔器及作业方法

Info

Publication number: CN112252987A
Application number: CN202011141372.8A
Authority: CN
Inventors: 邓都都; 陈云龙; 蔡家品; 阮海龙; 赵义; 贾美玲; 刘协鲁; 李春; 梁涛; 刘海龙; 沈立娜; 吴海霞
Original assignee: Beijing Institute of Exploration Engineering
Current assignee: Beijing Institute of Exploration Engineering
Priority date: 2020-10-22
Filing date: 2020-10-22
Publication date: 2021-01-22
Anticipated expiration: 2040-10-22
Also published as: CN112252987B

Abstract

本发明公开了一种钻探用随钻扩孔器及作业方法，装置部分包括上接头、支撑管总成、上活塞外管、上活塞、活动刀翼机构、下活塞、锁紧机构、捕球器和下接头；所述支撑管总成包括支撑外管和滑动设置在所述第二弹簧支撑外管内的支撑内管；所述活动刀翼机构包括钻头刀翼和连杆；所述锁紧机构包括限位外管、卡销、第一弹簧和螺纹帽；所述第二弹簧限位外管一端与所述第二弹簧支撑外管一端连接，另一端与所述第二弹簧下接头连接；所述第二弹簧下活塞的活塞杆上开设有与所述第二弹簧卡销匹配的卡槽。本发明用于钻探中对于井眼中特定地层进行扩大、完井后进行修井作业或者生产井的储层扩大等需要进行井身结构改造。

Description

一种钻探用随钻扩孔器及作业方法

技术领域

本发明涉及钻探扩孔设备技术领域，更具体的说是涉及一种钻探用随钻扩孔器及作业方法。

背景技术

随钻扩孔器是在井下钻探的同时，能够对井眼进行扩大的一种井下工具。该工具能够改变井身结构，通过扩孔可以减小套管柱之间的间隙,提高钻探的机械钻速,有效降低钻井成本；在钻井过程中如果遇到了盐膏层段，其蠕变缩径会造成卡钻、挤压套管等问题,极有可能引发严重的钻井事故，采用井下随钻扩眼器,能有效解决因盐膏层蠕变带来的钻井复杂事故,有效地保护套管，提高钻井的安全性；在固井时，通过井下扩孔技术,在不改变套管尺寸的情况下，可增加套管的环空间隙,有利于提高固井质量；在一些老井的储层改造中，采用随钻扩孔器，能够有效对储层进行扩大，提高矿藏的采收率，并且不伤害井身结构。

扩孔器按照扩孔用钻头刀翼的方式可分为固定式与可动式两大类，固定式扩孔器即为偏心钻头，通过钻杆在旋转过程中钻头的偏心运动来扩大井径，该方式工作过程中振动大，扩孔不规则，一般不与导向钻具联合使用；活动式扩孔器可以按照需要来打开与闭合钻头刀翼，能够精确的选择需要扩孔的井段，不影响正常的井身结构。

活动式扩孔器的工作原理可以简单的描述为：该工具安装在钻头上部，正常状态钻头刀翼收缩在钻杆里面，保证工具能够顺利的出入井；当钻具下放到需要扩孔的地层时，通过某种方式让钻头刀翼张开，进行扩孔作业；当扩孔段结束时，通过某种方式缩回钻头刀翼。但是现有的活动式扩孔器常刀翼伸缩不可靠，作业时震动大、井眼不规则，回收时刀翼容易卡死等问题。

因此，如何提供一种工作可靠的钻探用随钻扩孔器及作业方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种钻探用随钻扩孔器及作业方法，以至少解决上述背景技术部分所提出的问题之一。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种钻探用随钻扩孔器，包括上接头、支撑管总成、上活塞外管、上活塞、活动刀翼机构、下活塞、锁紧机构、捕球器和下接头；

所述支撑管总成包括支撑外管和滑动设置在所述支撑外管内的支撑内管，所述支撑内管的一端与所述上活塞的活塞杆连接，所述上活塞位于所述上活塞外管内；所述上活塞外管的一端与所述支撑外管的一端连接，所述上活塞外管的另一端与所述上接头连接；

所述活动刀翼机构包括钻头刀翼和连杆，所述支撑外管上开设有刀翼活动槽，所述钻头刀翼一端铰接在所述刀翼活动槽的一端；所述支撑内管上开设有与所述刀翼活动槽连通的连杆活动槽，所述连杆一端铰接在所述连杆活动槽的一端，另一端与所述钻头刀翼的中部铰接；

所述锁紧机构包括限位外管、卡销、第一弹簧和螺纹帽，所述卡销位于所述限位外管开设的卡销孔内，所述螺纹帽安装在所述卡销孔的孔口上，所述第一弹簧位于所述螺纹帽与所述卡销之间；所述限位外管一端与所述支撑外管一端连接，另一端与所述下接头连接；

所述下活塞位于所述限位外管内，并且所述下活塞的活塞杆与所述支撑内管的另一端连接；所述下活塞的活塞杆上开设有与所述卡销匹配的卡槽；

所述捕球器上开设有球窝，所述球窝的中心设置有钢球，所述捕球器位于所述限位外管与所述下接头之间的空腔内；

所述上活塞、所述支撑内管和所述下活塞上开设有同轴线的中心流道。

优选的，在上述一种钻探用随钻扩孔器中，所述支撑内管与所述上活塞之间设置有调节套筒，并且所述上活塞的活塞杆上套有第二弹簧，所述第二弹簧抵在所述调节套筒上。

优选的，在上述一种钻探用随钻扩孔器中，所述支撑内管的中心流道通过上喷嘴与所述刀翼活动槽连通；所述限位外管上开设有下喷嘴，所述下活塞的活塞头与所述限位外管之间的空腔通过所述下喷嘴与外界连通。

优选的，在上述一种钻探用随钻扩孔器中，所述下活塞的活塞杆上设置有活塞杆流道，所述活塞杆流道一端的流道口与所述卡槽连通，另一端的流道口与所述下活塞的活塞头端面平齐。

优选的，在上述一种钻探用随钻扩孔器中，所述捕球器的中心开设有捕球器流道，所述捕球器流道直径小于所述钢球直径。

优选的，在上述一种钻探用随钻扩孔器中，所述上接头与所述上活塞外管之间、所述上活塞的活塞头与所述上活塞外管之间、所述支撑内管与所述下活塞的活塞头之间、所述下活塞的活塞头与所述限位外管之间、所述限位外管与所述捕球器之间均设置有密封圈。

优选的，在上述一种钻探用随钻扩孔器中，所述上接头内设置有上接头流道。

优选的，在上述一种钻探用随钻扩孔器中，所述下接头内设置有下接头流道。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种钻探用随钻扩孔器及作业方法，用于钻探中对于井眼中特定地层进行扩大、完井后进行修井作业或者生产井的储层扩大等需要进行井身结构改造。

该工具在正常钻进时，能够完全收缩在管内，到达特定的地层后，利用液压的驱动方式，驱动上活塞、支撑内管和下活塞移动，使得内支撑管带动连杆动作，使钻头刀翼伸出并通过锁紧机构将其固定，进行扩孔作业；完成后通过投球憋压的方式，使捕球器流道被钢球堵住，液体进入到卡槽内，使卡槽内压力值增大，将卡销顶出卡槽，从而使将锁紧机构解开，利用液压以及第二弹簧的弹力使上活塞、内支撑管和下活塞复位，将钻头刀翼缩回。

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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明的结构示意图；

图2附图为本发明的钻头刀翼张开时示意图；

图3附图为本发明的锁紧机构结构图；

图4附图为本发明解除锁紧机构时的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种一种钻探用随钻扩孔器，包括上接头1、支撑管总成、上活塞外管2、上活塞3、活动刀翼机构、下活塞4、锁紧机构、捕球器5和下接头6；

支撑管总成包括支撑外管7和滑动设置在支撑外管7内的支撑内管8，支撑内管8的一端与上活塞3的活塞杆连接，上活塞3位于上活塞外管2内；上活塞外管2的一端与支撑外管7的一端连接，上活塞外管2的另一端与上接头1连接；

活动刀翼机构包括钻头刀翼9和连杆10，支撑外管7上开设有刀翼活动槽，钻头刀翼9一端铰接在刀翼活动槽的一端；支撑内管8上开设有与刀翼活动槽连通的连杆活动槽，连杆10一端铰接在连杆活动槽的一端，另一端与钻头刀翼9的中部铰接；

锁紧机构包括限位外管11、卡销12、第一弹簧13和螺纹帽14，卡销12位于限位外管11开设的卡销孔内，螺纹帽14安装在卡销孔的孔口上，第一弹簧13位于螺纹帽14与卡销12之间；限位外管11一端与支撑外管7一端连接，另一端与下接头6连接；

下活塞4位于限位外管11内，并且下活塞4的活塞杆与支撑内管8的另一端连接；下活塞4的活塞杆上开设有与卡销12匹配的卡槽15；

捕球器5上开设有球窝，球窝的中心设置有钢球16，捕球器5位于限位外管11与下接头6之间的空腔内；

上活塞3、支撑内管8和下活塞4上开设有同轴线的中心流道19。

为了进一步优化上述技术方案，支撑内管8与上活塞3之间设置有调节套筒17，并且上活塞3的活塞杆上套有第二弹簧18，第二弹簧18抵在调节套筒17上。

为了进一步优化上述技术方案，上活塞3的活塞头上设置有锥形的汇流槽，汇流槽的中心与中心流道19连通,锥形的汇流槽对钢球16实现导向。

为了进一步优化上述技术方案，支撑内管8的中心流道19通过上喷嘴20与刀翼活动槽连通；限位外管11上开设有下喷嘴21，下活塞4的活塞头与限位外管11之间的空腔通过下喷嘴21与外界连通。

为了进一步优化上述技术方案，下活塞4的活塞杆上设置有活塞杆流道，活塞杆流道一端的流道口与卡槽15连通，另一端的流道口与下活塞4的活塞头端面平齐。

为了进一步优化上述技术方案，捕球器5的中心开设有捕球器5流道，捕球器5流道直径小于钢球16直径。

为了进一步优化上述技术方案，上接头1与上活塞外管2之间、上活塞3的活塞头与上活塞外管2之间、支撑内管8与下活塞4的活塞头之间、下活塞4的活塞头与限位外管11之间、限位外管11与捕球器5之间均设置有密封圈。

为了进一步优化上述技术方案，上接头1内设置有上接头流道。

为了进一步优化上述技术方案，下接头6内设置有下接头流道。

一种钻探用随钻扩孔器的作业方法，包括以下步骤：

步骤1、组装随钻扩孔器，连接钻杆，送达特定的地层；

步骤2、开启泥浆泵循环系统，利用液压作为驱动力，推动连杆10动作，使钻头刀翼9伸出并通过锁紧机构将其固定，开始扩孔作业；

步骤3、稳定钻进完成设定的扩孔行程；

步骤4、调整泥浆泵排量，通过投球憋压的方式将锁紧机构解开，利用液压以及第二弹簧18的弹力将钻头刀翼9缩回；

步骤5、提出随钻扩孔器，检查工具情况，准备下一次扩孔。

工作原理：钻头刀翼9在入井时，收缩在支撑外管7中，整个工具的如图1所示状态；需要扩孔作业时，提高泵排量，在液压的作用下，上活塞3克服第二弹簧18的弹力朝向下接头6移动，带动支撑内管8下移，带动连杆10运动，使钻头刀翼9绕着铰接点转动，钻头刀翼9伸出；支撑内管8朝向下接头6移动同时带动下活塞4移动，到一定的位置，卡销12伸出插入到卡槽15内，将下活塞4锁死，钻头刀翼9被固定，此时的扩孔器的状态如图2所示，锁紧机构的结构如图3所示。

回收时在中心流道19内投入钢球16，落到捕球器5中，如图4所示。此时由于内部液体流动通道被堵住，会在工具内部形成高压，液体沿着下活塞4上开设的活塞杆流道流动到卡槽15处，利用液压力克服第一弹簧13的弹力，将卡销12推回，同时在内部液压与第二弹簧18的推动下，下活塞4朝向上接头1运动，带动支撑内管8上移，带动连杆10运动，使钻头刀翼9收回到刀翼活动槽中。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种钻探用随钻扩孔器，其特征在于，包括上接头、支撑管总成、上活塞外管、上活塞、活动刀翼机构、下活塞、锁紧机构、捕球器和下接头；

2.根据权利要求1所述的一种钻探用随钻扩孔器，其特征在于，所述支撑内管与所述上活塞之间设置有调节套筒，并且所述上活塞的活塞杆上套有第二弹簧，所述第二弹簧抵在所述调节套筒上。

3.根据权利要求1所述的一种钻探用随钻扩孔器，其特征在于，所述支撑内管的中心流道通过上喷嘴与所述刀翼活动槽连通；所述限位外管上开设有下喷嘴，所述下活塞的活塞头与所述限位外管之间的空腔通过所述下喷嘴与外界连通。

4.根据权利要求1所述的一种钻探用随钻扩孔器，其特征在于，所述下活塞的活塞杆上设置有活塞杆流道，所述活塞杆流道一端的流道口与所述卡槽连通，另一端的流道口与所述下活塞的活塞头端面平齐。

5.根据权利要求1所述的一种钻探用随钻扩孔器，其特征在于，所述捕球器的中心开设有捕球器流道，所述捕球器流道直径小于所述钢球直径。

6.根据权利要求1所述的一种钻探用随钻扩孔器，其特征在于，所述上接头与所述上活塞外管之间、所述上活塞的活塞头与所述上活塞外管之间、所述支撑内管与所述下活塞的活塞头之间、所述下活塞的活塞头与所述限位外管之间、所述限位外管与所述捕球器之间均设置有密封圈。

7.根据权利要求1所述的一种钻探用随钻扩孔器，其特征在于，所述上接头内设置有上接头流道，所述下接头内设置有下接头流道。

8.一种钻探用随钻扩孔器的作业方法，包括以下步骤：

步骤1、组装随钻扩孔器，连接钻杆，送达特定的地层；

步骤2、开启泥浆泵循环系统，利用液压作为驱动力，推动连杆动作，使钻头刀翼伸出并通过锁紧机构将其固定，开始扩孔作业；

步骤3、稳定钻进完成设定的扩孔行程；

步骤4、调整泥浆泵排量，通过投球憋压的方式将锁紧机构解开，利用液压以及第二弹簧的弹力将钻头刀翼缩回；

步骤5、提出随钻扩孔器，检查工具情况，准备下一次扩孔。