專利名稱：液壓式雙作用鉆井?dāng)U孔器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于石油天然氣鉆井中的液壓式雙作用鉆井?dāng)U孔器，特別適 合于鉆井中井壁易縮徑、崩塊乃至堵塞井況的液壓式雙作用鉆井?dāng)U孔器。
技術(shù)背景在某些地層中(如泥巖)由于巖石自身性質(zhì)、地應(yīng)力及泥漿浸泡等原因，地 層可能發(fā)生滑移等復(fù)雜情況，井眼易縮徑，井壁易崩塊、枬塌。如果剛鉆過的 井眼發(fā)生縮徑或垮塌，則鉆頭和鉆柱難以再次下入；如果垮塌發(fā)生在鉆頭或穩(wěn) 定器之上，則可能導(dǎo)致無法起鉆，最后不得不卸扣，丟棄被卡鉆具，卡鉆常表 現(xiàn)為扭矩逐漸增大、旋轉(zhuǎn)變慢，最后無法轉(zhuǎn)動(dòng)和上提；如果下套管前井眼發(fā)生 縮徑，則套管無法正常下入，或即使可下入但水泥環(huán)薄，固井質(zhì)量差。在鉆井 過程中如果發(fā)生縮徑乃至卡鉆則往往會(huì)導(dǎo)致幾十天乃至幾個(gè)月的工期延后，設(shè) 備租賃費(fèi)用或鉆具損失往往會(huì)達(dá)到百萬元人民幣以上。如果在固井前或固井時(shí) 發(fā)生縮徑乃至坍塌，則會(huì)導(dǎo)致固井質(zhì)量差，油井壽命低。避免或減緩縮徑以及坍塌帶來的不良影響的主要措施有1)提高鉆井時(shí)效， 使用合適的鉆井液，降低浸泡時(shí)間；2)使用擴(kuò)孔工具。使用擴(kuò)孔工具是較為有 效的技術(shù)手段。擴(kuò)孔工具分為兩類，第一類是固定式，固定式擴(kuò)孔器類似穩(wěn)定 器，在繼續(xù)鉆進(jìn)的過程中可有效切削井壁，起到保徑的作用，但如果起鉆時(shí)上 部井段井眼縮徑則會(huì)導(dǎo)致卡鉆事故。第二類是擴(kuò)張式擴(kuò)孔器，它的特點(diǎn)是可通 過調(diào)節(jié)泵壓實(shí)現(xiàn)刀翼的擴(kuò)張和收縮，刀翼經(jīng)過特殊的設(shè)計(jì)可以使其張開最大外 徑等于鉆頭直徑，并且可更換。但是國(guó)內(nèi)目前的擴(kuò)孔器尚不成熟，工作安全性 低，無法有效完成擴(kuò)孔作業(yè)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了提供一種能夠隨鉆工作或單獨(dú)工作的井下擴(kuò)孔器，帶 有可動(dòng)刀翼，利用壓差推動(dòng)刀翼擴(kuò)張，進(jìn)行擴(kuò)眼工作，并通過降低泵壓收回刀 翼，這樣可以避免在鉆進(jìn)過程中的繁瑣的起鉆過程，節(jié)省時(shí)間，特提出一種液 壓式雙作用鉆井?dāng)U孔器。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明解決此問題所采用的技術(shù)方案是 一種液壓式雙 作用鉆井?dāng)U孔器，安裝在鉆柱與鉆頭之間，是由中心管、本體、刀翼、閥片、 彈簧、噴嘴、密封圈、曲柄、切削齒組成。其結(jié)構(gòu)特征是本體1的直徑近似 為穩(wěn)定器直徑，本體l上端部為螺紋孔，用螺紋連接到鉆柱13上；密封圈4安 裝在中心管2上，與本體1形成密封；刀翼5安裝在本體1上，由銷軸11相連; 在刀翼5和中心管2之間安有曲柄6， 一端連接在中心管2上， 一端通過銷軸11連接在刀翼5上；中心管2下端有一個(gè)過流口 12，閥片7或閥球19在中心 管2的內(nèi)孔內(nèi)，閥片7有上倒角面14和下倒角面15，下倒角面15與過流口12 面平行；閥片7或閥球19下與彈簧9相連，彈簧9的彈簧座16在中心管2的 過流口 12下的內(nèi)孔壁上；噴嘴17在本體1上，張開工作時(shí)通過彎道18與本體 內(nèi)腔相連；本體1和中心管2下端部之間有一彈簧8。刀翼5上安裝有不同外徑 的PDC復(fù)合片切削齒10;刀翼5中部切削齒外徑較大，向前端逐漸縮小，后端 切削齒布置數(shù)量少。彎道18入口處為圓弧結(jié)構(gòu)，出口流線與張開后的刀翼5中 部相切。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有的有益效果是(1)工作可靠性高，工作元 件少，采用液壓和機(jī)械結(jié)合的方式；(2)隨鉆時(shí)壓耗少，對(duì)鉆井工況適應(yīng)性好。 刀翼擴(kuò)張的驅(qū)動(dòng)裝置采用平板閥片或球形閥片，閥將內(nèi)環(huán)空分為兩大部分流道， 改進(jìn)了以往的多孔道過流孔結(jié)構(gòu)，有效降低了鉆進(jìn)時(shí)的壓耗損失；(3)不使用 投球方式，擴(kuò)孔后降低泵壓即可正常鉆進(jìn)，無需起下鉆或撈球；(4)優(yōu)化了刀翼上切削齒的分布方式，在刀翼中部切削齒較大，向前端逐漸縮小，工作時(shí)確 保刀翼中部為主要的切削工作區(qū)，減少刀翼前端的切削工作量，以減少銷軸的彎矩負(fù)載，提高工作安全性；(5)采用優(yōu)化流道，可減少流道沖蝕，確保冷卻 切削齒，并通過優(yōu)化出口角度提高攜巖能力；(6)可隨鉆工作，也可單獨(dú)工作。


圖1是本發(fā)明液壓式雙作用鉆井?dāng)U孔器第一實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明液壓式雙作用鉆井?dāng)U孔器第二實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明液壓式雙作用鉆井?dāng)U孔器刀翼5結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明液壓式雙作用鉆井?dāng)U孔器第一實(shí)施例平板閥片7結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明液壓式雙作用鉆井?dāng)U孔器第二實(shí)施例球閥19結(jié)構(gòu)示意圖；圖中l(wèi).本體，2.中心管，3.井眼，4.密封圈，5.刀翼，6.曲柄，7.閥片，8.彈簧，9.彈簧，IO.切削齒，11.銷軸，12.過流口， 13.鉆柱，14.閥片上倒角面，15.閥片下上倒角面，16.彈簧座，17.噴嘴，18彎道.，19.閥球，20.銷軸孔，21.中心管徑向流道，22.限位塊。
具體實(shí)施方式
按照?qǐng)Dl、圖2和圖3所示，擴(kuò)孔器不工作時(shí)，擴(kuò)孔刀翼5收回，保持如圖 所示狀態(tài)。中心管2下端設(shè)有錐形過流口 12，正常排量工作時(shí)，過流口過流面 積較大，壓頭損失小。當(dāng)加大排量時(shí)，彈簧9壓縮量增加，閥片7 (或閥球19) 與過流口12的斜面接觸，過流口過流面積減小，壓頭損失大，產(chǎn)生較大的向下 推力，合理設(shè)置彈簧的剛度，使向下推力大于彈簧9的支撐力，在該推力作用 下，中心管2沿軸向向下運(yùn)動(dòng)。向下移動(dòng)的中心管2推動(dòng)曲柄6向下移動(dòng)，刀 翼5通過銷軸11連接與本體1，由于銷軸ll的約束作用，曲柄6的向下軸向運(yùn) 動(dòng)可推動(dòng)刀翼5繞銷軸11作圓周運(yùn)動(dòng)，刀翼5張開開始工作。刀翼5的外形為曲線形，在切削邊上鑲有金剛石復(fù)合片的切削齒10，刀翼中部切削齒較大，向 前端逐漸縮小，工作時(shí)確保刀翼中部為主要的切削工作區(qū)，減少刀翼前端的切削工作量，以減少銷軸的彎矩負(fù)載。在擴(kuò)眼時(shí)，由于中心管2下行，彈簧8壓 縮，噴嘴17、彎道18與中心管徑向流道21連通，部分泥漿流經(jīng)噴嘴17沖洗冷 卻刀翼5并參與攜巖。刀翼5根部設(shè)有限位塊22，限位塊可以避免刀翼過度張 開，限位塊可使刀翼5張開的最大寬度等于鉆頭外徑。減少排量時(shí)，閥片7 (或閥球19)上壓力降低，彈簧8回復(fù)，閥片上行，過 流口面積增大；彈簧9回復(fù)，推動(dòng)中心管2上行，刀翼5在重力作用下復(fù)位。平板閥片7和球閥19結(jié)構(gòu)分別如圖4和圖5所示。閥片7和球閥19的下部 接頭與彈簧9相連。
權(quán)利要求
1.一種液壓式雙作用鉆井?dāng)U孔器，是由中心管、本體、刀翼、閥片、彈簧、噴嘴、密封圈、曲柄、切削齒組成，其特征是本體(1)的直徑近似為穩(wěn)定器直徑，本體(1)上端部為螺紋孔，用螺紋連接到鉆柱(13)上；密封圈(4)安裝在中心管(2)上，與本體(1)形成密封；刀翼(5)安裝在本體(1)上，由銷軸(11)相連；在刀翼(5)和中心管(2)之間安有曲柄(6)，一端連接在中心管(2)上，一端通過銷軸(11)連接在刀翼(5)上；中心管(2)下端有一個(gè)過流口(12)，閥片(7)或閥球(19)在中心管(2)的內(nèi)孔內(nèi)，閥片(7)有上倒角面(14)和下倒角面(15)，下倒角面(15)與過流口(12)面平行；閥片(7)或閥球(19)下與彈簧(9)相連，彈簧(9)的彈簧座(16)在中心管(2)的過流口(12)下的內(nèi)孔壁上；噴嘴(17)在本體(1)上，張開工作時(shí)通過彎道(18)與本體內(nèi)腔相連；本體(1)和中心管(2)下端部之間有一彈簧(8)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于石油天然氣鉆井中的液壓式雙作用鉆井?dāng)U孔器。它由中心管、本體、刀翼、閥片、彈簧、彎道、噴嘴、密封圈、曲柄、切削齒組成，本體通過螺紋連接到鉆柱上。其技術(shù)方案是本體外嵌有刀翼，通過銷軸連接，內(nèi)有中心管，中心管內(nèi)設(shè)有過流口和閥片，用彈簧連接過流口和閥片。正常排量工作時(shí)，閥片與過流口之間過流面積大，排量增大時(shí)，過流面積減小，壓差推動(dòng)中心管下行，并通過安裝在刀翼上的曲柄將刀翼張開工作，此時(shí)部分泥漿通過彎道清洗切削齒；排量減小時(shí)，中心管在底部彈簧的推力下上行，刀翼復(fù)位。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠性高、壓耗損失少、刀翼負(fù)載均衡，可隨鉆或單獨(dú)使用，用于井壁易縮徑、崩塊乃至堵塞井況的鉆井施工中。
文檔編號(hào)E21B10/32GK101225736SQ20081004535
公開日2008年7月23日 申請(qǐng)日期2008年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月1日
發(fā)明者劉亞軍, 司念亭, 凱 左, 張曉誠(chéng), 朱虎軍, 祝效華, 華 童, 鄧福成 申請(qǐng)人:西南石油大學(xué)