专利名称：电动井径扩大器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在采用连续油管钻井时用于扩大井眼直径的电动井径扩大器，该工具可配合下部钻头实现随钻扩径，也可单独完成扩径。
背景技术：
连续油管钻井技术做为一种可满足对钻井作业安全性、可靠性、环保和成本控制等要求的钻井新技术，可很好的用于侧钻井、小井眼井、欠平衡钻井及油管作业，拥有很强的作业优势，具有降低钻井成本、井场占地少和不用接单根等优点。连续油管钻井技术多用于钻小井眼井，小的井眼意味着小的环空间隙，因此给固井作业带来了一系列问题，如环空压耗过大、井底水力作用能量较低等。如果在钻进过程中遇到复杂地层，出现诸如盐层蠕变缩径、钻屑沉积等复杂情况，由于连续油管本身特点，不能进行强行起钻或解卡之类的操作，严重影响正常钻进和事故处理。小的环空间隙将引起薄的水泥环厚度，导致固井质量不能保证，将会出现地层应力过大挤毁套管或地层蠕变挤坏套管，影响油气的生产。使用电动井径扩大器可以提高连续油管的钻井效率、提升固井质量、优化井身结构、降低作业成本。利用该工具可以增大正常段和缩径段井眼的直径，解决小井眼井环空间隙小所带来的一系列钻井、完井、固井及采油等环节的技术问题。另外，该工具的出现将完善连续油管钻井作业系统，为连续油管钻井的推广和发展发挥重要的作用。
发明内容
本发明的目的是为解决连续油管钻井作业钻出的小井眼井易出现地层蠕变导致的缩径卡钻和环空间隙小带来的钻进困难和固井问题，提高连续油管钻井效率、固井质量和降低作业成本，特提供一种电动井径扩大器。为了达到上述目的，本发明解决此技术问题所采用的技术方案是电动井径扩大器，由动力短节、扩径短节和接头短节组成。其特征是动力短节由电缆接头、向心轴承、电机、电机密封块、单向推力轴承、双向推力轴承、上传动短节、上载荷接头、安装孔塞等组成。 连续油管通过油管螺钉实现与动力短节的连接，连续油管下端紧压在电缆接头上。电缆接头在轴向上开设5个钻井液过流孔，中心为电缆转换接口 ；电缆通过电缆转换接口与动力短节壳体内壁开设的线路通道连接到电机；电机采用并励式直流电机，配合地面的直流调速器实现对电机转速的控制。电机转子是中空的，为钻井液的过流通道；电机转子上端与向心轴承配合和安装，下端通过花键和上传动短节连接；电机密封块阻隔钻井液进入电机，通过动力短节壳体上的台阶实现定位；上传动短节与电机密封块之间安装有单向推力轴承， 与上载荷接头之间安装有双向推力轴承；上传动短节上开设有安装槽，上载荷接头在相应的位置开设有安装孔。扩径短节由扩径短节壳体、驱动心轴、刀座、扩径刀翼、收刀连杆、弹簧、弹簧座、 单向推力轴承、双向推力轴承、下传动短节、下载荷接头、安装孔塞等组成。扩径短节通过与上传动短节之间的螺纹连接实现与动力短节的连接；驱动心轴下端安装有弹簧，并在弹簧的作用力下压紧在扩径短节壳体内台阶上。驱动心轴的推刀斜面倾角为60° 72°，推刀斜面内开有梯形滑槽；刀座通过螺钉固定在扩径短节壳体上，镶嵌有PDC切削齿的扩径刀翼通过圆柱销安装在刀座上；扩径刀翼与驱动心轴推刀斜面之间连接着收刀连杆；收刀连杆一端安装有滚柱，安放在推刀斜面的梯形滑槽内且可沿滑槽自由滑动，另一端连接在扩径刀翼上，且可绕连接点自由转动；扩径短节壳体周向上均布有3个扩径刀翼；弹簧下端紧压在弹簧座上；下传动短节与弹簧座之间安装有单向推力轴承、下传动短节与下载荷接头之间安装有双向推力轴承。下传动短节通过扩径短节壳体上的台阶、弹簧座和下载荷接头实现定位；下传动短节上开设有安装槽，下载荷接头在相应的位置开设有安装孔；接头短节通过螺纹与下传动短节连接，下端通过油管螺钉与连续油管连接。本发明与现有技术相比，具有的有益效果是(1)该工具采用电机作为扩径短节的旋转动力来源，结构紧凑，增强了在弯曲井段的可通过性，适用性强；(2)通过对输入电机电流的控制，可很好的控制扩径作业，并通过电机载荷在电流信号上的反应，可对扩径作业进行反馈调节，操作方便；(3)通过与下部钻头配合实现边钻边扩径，将减少起下钻次数，延长连续油管寿命，提高经济效益；(4)当扩径载荷过大时，扩径刀翼会自动缩回而不被损坏，安全性高。(5)动力短节和扩径短节为相互独立的单元，便于维护。(6)在选定动力短节的前提下，可根据井眼扩径需要更换不同尺寸的扩径短节，节省成本。
图1是本发明电动井径扩大器的结构示意图。图2是本发明电动井径扩大器I处局部视图。图3是由横剖面A-A得到的电动井径扩大器动力短节安装孔处的剖面示意图。图4是由横剖面B-B得到的电动井径扩大器扩径短节驱动心轴处的剖面示意图。图中1连续油管；2油管螺钉；3电缆；4电缆接头；5向心轴承；6电机；7电机密封块；8单向推力轴承；9双向推力轴承；10上传动短节；11上载荷接头；12安装孔塞；13驱动心轴；14螺钉；15收刀连杆；16 PDC切削齿；17扩径刀翼；18刀座；19扩径短节壳体；20 弹簧；21弹簧座；22下传动短节；23下载荷接头；24安装槽；25梯形滑槽；26推刀斜面；27 动力短节壳体；28接头短节。
具体实施例方式由图1，本发明电动井径扩大器由动力短节、扩径短节和接头短节(28)组成；动力短节由电缆接头(4)、向心轴承(5)、电机(6)、电机密封块(7)、单向推力轴承(8)、双向推力轴承(9)、上传动短节(10)、上载荷接头(11)、安装孔塞(12)等组成；连续油管(1)通过油管螺钉(2)实现与动力短节的连接，连续油管(1)下端紧压在电缆接头(4)上；电缆接头(4) 在轴向上开设5个钻井液过流孔，中心为电缆转换接口 ；电缆(3)通过电缆转换接口与动力短节壳体(27)内壁开设的线路通道连接到电机(6);电机(6)采用并励式直流电机，配合地面的直流调速器实现对电机转速的控制。电机转子是中空的，为钻井液的过流通道；电机转子上端与向心轴承(5 )配合和安装，下端通过花键和上传动短节(10 )连接；电机密封块(7 ) 阻隔钻井液进入电机(6)，通过动力短节壳体(27)上的台阶实现定位；上传动短节(10)与电机密封块(7)之间安装有单向推力轴承(8)，与上载荷接头之间安装有双向推力轴承(9);上传动短节(10)上开设有安装槽(24)，上载荷接头(11)在相应的位置开设有安装孔。扩径短节由扩径短节壳体(19)、驱动心轴(13)、刀座(18)、扩径刀翼(17)、收刀连杆(15)、弹簧(20)、弹簧座(21)、单向推力轴承(8)、双向推力轴承(9)、下传动短节 (22)、下载荷接头(23)、安装孔塞(12)等组成；扩径短节通过与上传动短节(10)之间的螺纹连接实现与动力短节的连接；驱动心轴(13)下端安装有弹簧(20)，并在弹簧(20)的作用力下压紧在扩径短节壳体(19)内台阶上；驱动心轴(13)的推刀斜面倾角(26)为60° 72°，推刀斜面(26)内开有梯形滑槽(25)；刀座(18)通过螺钉(14)固定在扩径短节壳体
(19)上，镶嵌有PDC切削齿(16)的扩径刀翼(17)通过圆柱销安装在刀座(18)上；扩径刀翼(17)与驱动心轴(13)的推刀斜面(26)之间连接着收刀连杆(15)；收刀连杆(15) —端安装有滚柱，安放在推刀斜面(26)的梯形滑槽(25)内且可沿滑槽自由滑动，另一端连接在扩径刀翼(17)上，且可绕连接点自由转动；扩径短节壳体(19)周向上均布有3个扩径刀翼 (17)；弹簧(20)下端紧压在弹簧座(21)上；下传动短节(22)与弹簧座(21)之间安装有单向推力轴承(8)、下传动短节(22)与下载荷接头(23)之间安装有双向推力轴承(9)。下传动短节(22)通过扩径短节壳体(19)上的台阶、弹簧座(21)和下载荷接头(23)实现定位； 下传动短节(22 )上开设有安装槽(24)，下载荷接头(23 )在相应的位置开设有安装孔；接头短节(28)通过螺纹与下传动短节(22)连接，下端通过油管螺钉(2)与连续油管(1)连接。如图2所示，当电动井径扩大器下入到需要扩大井眼直径的目标井段时，接通电源，通过电缆(3)给动力短节电机(6)提供电源，电机(6)开始旋转并且电机(6)输出的动力通过上传动短节(10)传到扩径短节，驱动扩径短节旋转。配合地面的直流调速器实现对电机(6)转速的控制。此时，增大泵压，驱动心轴(13)在钻井液的作用下向下运动，推刀斜面(26)与扩径刀翼(17)接触，随着驱动心轴(13)的不断下移，扩径刀翼(17)不断被推刀斜面(26)推出，当驱动心轴(13)上端密封头与刀座(18)上端面接触产生限位时，扩径刀翼 (17)外伸至最大外径。伴随着工具的不断下入与扩径短节的旋转，电动井径扩大器正式开始实施扩径作业。当完成目标井段的扩径作业后，减小泵压或停泵，驱动心轴(13)在弹簧
(20)作用下上推回初始位置，同时通过收刀连杆(15)将扩径刀翼(17)收回进扩径短节壳体(19)，然后断开动力短节电机(6)电源，扩径作业结束。如图3所示，连接动力短节与扩径短节时，从上载荷接头(11)安装孔处插入一根足够长度的圆柱形钢条，并插入到上传动短节的安装槽(24)内。此时，钢条限制了上传动短节(10)相对于上载荷接头(11)的旋转，便可通过固定动力短节壳体(27)，旋拧扩径短节顺利完成扩径短节与动力短节的连接安装。安装完成后，取出钢条，装上安装孔塞(12)。拆卸时，旋下安装孔塞(12)，插入足够长度的圆柱形钢条直至上传动短节(10)的安装槽(24) 内，固定动力短节，旋出扩径短节，实现动力短节与扩径短节的分离。同理，扩径短节和接头短节(28)的连接与拆卸，采用相同的方法。
权利要求
1.电动井径扩大器，由动力短节、扩径短节和接头短节(28)组成；其特征是动力短节由电缆接头(4)、向心轴承(5)、电机(6)、电机密封块(7)、单向推力轴承(8)、双向推力轴承 (9)、上传动短节(10)、上载荷接头(11)、安装孔塞(12)等组成；连续油管(1)通过油管螺钉 (2)实现与动力短节的连接，连续油管(1)下端紧压在电缆接头(4)上；电缆接头(4)在轴向上开设5个钻井液过流孔，中心为电缆转换接口 ；电缆(3)通过电缆转换接口与动力短节壳体(27)内壁开设的线路通道连接到电机(6);电机转子上端与向心轴承(5)配合和安装， 下端通过花键和上传动短节(10)连接；电机密封块(7)阻隔钻井液进入电机(6)，通过动力短节壳体(27)上的台阶实现定位；上传动短节(10)与电机密封块(7)之间安装有单向推力轴承(8)，与上载荷接头之间安装有双向推力轴承(9)；上传动短节(10)上开设有安装槽 (24)，上载荷接头(11)在相应的位置开设有安装孔；扩径短节由扩径短节壳体(19)、驱动心轴(13)、刀座(18)、扩径刀翼(17)、收刀连杆(15)、弹簧(20)、弹簧座(21)、单向推力轴承(8)、双向推力轴承(9)、下传动短节(22)、下载荷接头(23)、安装孔塞(12)等组成；扩径短节通过与上传动短节(10)之间的螺纹连接实现与动力短节的连接；驱动心轴(13)下端安装有弹簧(20 )，并在弹簧(20 )的作用力下压紧在扩径短节壳体(19 )内台阶上；刀座(18 ) 通过螺钉(14)固定在扩径短节壳体(19)上，镶嵌有PDC切削齿(16)的扩径刀翼(17)通过圆柱销安装在刀座(18)上；扩径刀翼(17)与驱动心轴(13)的推刀斜面(26)之间连接着收刀连杆(15);弹簧(20)下端紧压在弹簧座(21)上；下传动短节(22)与弹簧座(21)之间安装有单向推力轴承(8)、下传动短节(22)与下载荷接头(23)之间安装有双向推力轴承(9); 下传动短节(22 )通过扩径短节壳体(19 )上的台阶、弹簧座(21)和下载荷接头(23 )实现定位；下传动短节(22)上开设有安装槽(24)，下载荷接头(23)在相应的位置开设有安装孔； 接头短节(28)通过螺纹与下传动短节(22)连接，下端通过油管螺钉(2)与连续油管(1)连接。
2.根据权利要求1所述的电动井径扩大器，其特征是电机(6)采用并励式直流电机， 配合地面的直流调速器实现对电机转速的控制；电机转子是中空的，为钻井液的过流通道。
3.根据权利要求1所述的电动井径扩大器，其特征是驱动心轴(13)的推刀斜面(26) 倾角为60° 72°，推刀斜面(26)内开有梯形滑槽(25)。
4.根据权利要求1所述的电动井径扩大器，其特征是收刀连杆(15)—端安装有滚柱，安放在推刀斜面(26)的梯形滑槽(25)内且可沿滑槽自由滑动，另一端连接在扩径刀翼 (17)上，且可绕连接点自由转动。
全文摘要
本发明是一种在采用连续油管钻井中用于扩大井眼直径的电动井径扩大器。它能增加固井水泥环厚度，提高固井质量延长油井使用寿命，以及缓解地层蠕变引起的缩径卡钻事故，降低钻进成本。其技术方案是工具由动力短节、扩径短节和接头短节组成。电机转子是中空的；上传动短节通过花键与电机转子连接，下端通过螺纹与扩径短节壳体连接，并通过上载荷接头和动力短节壳体限位台阶实现限位；驱动心轴下端安装有弹簧；刀座通过螺钉与扩径短节壳体连接，扩径刀翼安装在刀座上；下载荷接头和弹簧座实现对下传动短节的限位；接头短节上端通过螺纹与下传动短节连接。本发明结构简单、操作简便，可配合下部钻头实现随钻扩径，也可单独完成扩径。
文档编号E21B7/28GK102345442SQ201110178140
公开日2012年2月8日 申请日期2011年6月29日 优先权日2011年6月29日
发明者敬俊, 祝效华 申请人:西南石油大学