一种深井扩眼方法及PDC水力扩眼器与流程

本发明涉及一种深井扩眼方法及pdc水力扩眼器，属于海上钻井技术领域。

背景技术：

随钻下套管工艺是近年来海上钻井提出的一种全新的海上打井工艺，该工艺钻井、下套管和固井一次完成，可节省大量起下钻时间，每口井可节约几百万成本，而这项技术中最大的难点是一次钻进深度需要超过1500米，由于钻头的不断发展，一次下井钻井深度不断提高，但传统的水力扩眼器扩眼深度只能达到300～800米，扩眼器受到结构的限制扩眼深度无法达到钻头的钻进深度，导致很多钻井由于扩眼器的磨损而起下钻，增加了大量的工作量和钻井时间，也导致随钻下套管工艺在国内一直无法实现。

此外，目前国内外的技术还无法实现单扩眼器扩眼深度1500米，双扩眼器扩眼工艺需要对扩眼器刀体多次解锁。传统的扩眼器通常“采用泵压×活塞面积＝推力”的方法计算扩眼器的推力，但是这种方法计算很不准确，因为整个钻柱中有很多工具会产生压力降，泵压传递到扩眼器上时并不等于井口的泵压，这样就容易产生不解锁或者误解锁现象，导致井下事故发生。

技术实现要素：

为了解决现有的扩眼器钻进深度不够以及解锁力不精确的技术问题，本发明提供了一种深井扩眼方法及pdc水力扩眼器，从而实现扩眼深度与钻进深度一致，提高钻井效率以及保证解锁的成功率。

本发明的技术方案：一种深井扩眼方法，首先在钻柱上安装两个pdc水力扩眼器，上部pdc水力扩眼器没有安装锁定结构，正常钻井时在泥浆压力的作用下上部pdc水力扩眼器的刀体打开并开始扩眼，下部pdc水力扩眼器安装有锁定结构，此时保持锁定状态，其刀体在本体内不张开；当钻井深度达到750～850米或者钻进速度明显变慢时停止钻进，将钻柱上提5米，增大泥浆排量到大于50l/s，循环泥浆10分钟，此时将下部pdc水力扩眼器解锁，使其刀体张开，恢复30l/s排量，下放钻柱，利用下部pdc水力扩眼器继续进行扩眼作业；钻井完成后停止打压，上部和下部pdc水力扩眼器的刀体会在弹簧的回弹力下自动收回本体内，上提钻柱即可将扩眼器从套管中取出，完成扩眼作业。

进一步，所述下部pdc水力扩眼器通过限流阀流量的大小和排量的关系控制刀体的解锁力。

同时，本发明还提供一种pdc水力扩眼器，包括本体以及连接在本体两端的上接头和下接头，在本体内设置有连接在一起的上心轴和下心轴，且上心轴和下心轴可以同时在本体内上下滑动，上心轴的上端安装有剪销，剪销的外端可在本体内壁上的限位槽内移动，在下心轴的外壁上套有弹簧，上心轴的下端与弹簧弹性接触；在本体的扩眼段上均布有窗口，在窗口内通过转轴安装有刀体。

进一步，所述刀体上靠近转轴端的内侧设置有不完全齿轮，不完全齿轮由2个以上数量的齿廓形状齿组成。

进一步，所述上心轴的外壁上设置有与刀体上的不完全齿轮配合齿槽。

进一步，所述扩眼段的外径大于本体的两端头外径，在扩眼段的外壁上均布有凸起的硬质合金球。

进一步，所述下心轴的下端口部安装有限流阀。

进一步，所述窗口口部上方设置有限位块。

进一步，所述剪销的外端与限位套连接，限位套可在本体内壁上的限位槽内移动。

由于采用上述技术方案，本发明的优点在于：

1、本发明将两个或两个以上的扩眼器组合使用，并分段式逐步打开每个扩眼器，解决单个扩眼器无法满足扩眼深度的问题，大大提高了一次下井的扩眼深度；

2、传统扩眼器刀体的刀柄在轴向上转动占用的空间会变大，这就使得很多时候受到结构的限制无法设计或者会牺牲某些部位的强度，而本发明扩眼器上的刀体采用齿轮式渐开线结构，节省了大量空间，提高了结构强度；此外，传统扩眼器刀体在使用过程中容易出现卡死的情况，而且刀体的张开尺寸很难保证，本发明的刀体上的渐开线结构传递推力更加可靠，张开尺寸更加准确；

3、本发明采用限流阀控制流量的方式控制剪销的剪断力，使扩眼器解锁力更加准确，使用更加安全可靠。同时，本发明由于采用多个扩眼器组合在一起使用，需在不同的时候逐个解锁，所以必须计算准确，如果不解锁或者误解锁都会导致井下事故发生，而排量在整个钻柱中是相同的，因此，本发明通过限流阀的流量大小和排量的关系准确地控制扩眼器刀体的解锁力；

4、扩眼器外圆上镶嵌硬质合金，可防止由于外圆和井壁摩擦而损坏后使得刀体无法伸出的情况，同时在刀体未张开时可当稳定器使用；

综上所述，本发明解决了单扩眼器无法实现一次下井钻井深度超过1500米的问题，并且采用先用上部扩眼器扩眼再用下部扩眼器扩眼的扩眼方式，使得整个扩眼过程中只需对扩眼器解锁一次，避免了先用下部扩眼器再用上部扩眼器需多次解锁的问题，其次采用排量解锁结构，因为排量在整个钻柱以及井眼中始终一致，而泵压在钻柱中每个位置都不一样，因为有很多工具会产生压力降，泵压传递到扩眼器上时并不等于压力表上所显示的值，采用排量解锁结构避免了泵压解锁不精确的问题。本发明不但可以用于随钻下套管工艺中，还可以用于各种需要扩眼的钻井作业。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的c放大图；

图3为图1的e放大图；

图4为本发明实施时上部扩眼器打开时的结构示意图；

图5为本发明实施时上部扩眼器与下部扩眼器同时打开时的结构示意图。

附图标记说明：1-上接头，2-上心轴，3-剪销，4-本体，5-限位块，6-刀体，7-硬质合金球，8-弹簧，9-下心轴，10-限流阀，11-下接头，12-转轴，13-扩眼段，14-窗口，15-限位槽，16-限位套，17-齿槽，18-不完全齿轮。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明的实施例：深井扩眼方法及pdc水力扩眼器的结构示意图如图1～3所示，包括本体4以及连接在本体4两端的上接头1和下接头11，在本体4内设置有连接在一起的上心轴2和下心轴9，且上心轴2和下心轴9可以同时在本体4内上下滑动，上心轴2的上端安装有剪销3，所述剪销3的外端与限位套16连接，限位套16可在本体4内壁上的限位槽15内移动，在下心轴9的外壁上套有弹簧8，上心轴2的下端与弹簧8弹性接触；在本体4的扩眼段13上均布有窗口14，在窗口14内通过转轴12安装有刀体6，并窗口14口部上方设置有限位块5，防止刀体6上翻而失去扩眼效果。在刀体6上靠近转轴12端的内侧设置有不完全齿轮18，不完全齿轮18由2个以上数量的齿廓形状齿组成，在上心轴2的外壁上设置有与不完全齿轮18配合齿槽17。所述扩眼段13的外径大于本体4的两端头外径，在扩眼段13的外壁上均布有凸起的硬质合金球7，在扩眼段13外圆上镶嵌的硬质合金球7，可防止由于扩眼段13外圆和井壁摩擦而损坏后使得刀体6无法伸出的情况，同时在刀体6未张开时可当稳定器使用。所述下心轴9的下端口部安装有限流阀10，由于排量在整个钻柱中是相同的，因此通过限流阀10的大小和排量的关系准确地控制扩眼器上刀体6的解锁力。

本发明的工作原理：参见图4，首先在钻柱上安装两个pdc水力扩眼器，上部pdc水力扩眼器没有安装锁定结构，正常钻井时在泥浆压力的作用下上部pdc水力扩眼器的刀体打开并开始扩眼，下部pdc水力扩眼器安装有锁定结构，此时保持锁定状态，其刀体6在本体内不张开；参见图5，当钻井深度达到750～850米或者钻进速度明显变慢时停止钻进，将钻柱上提5米，增大泥浆排量到大于50l/s，循环泥浆10分钟，此时将下部pdc水力扩眼器解锁，使其刀体张开，恢复30l/s排量，下放钻柱，利用下部pdc水力扩眼器继续进行扩眼作业；钻井完成后停止打压，上部和下部pdc水力扩眼器的刀体(6)会在弹簧的回弹力下自动收回本体内，上提钻柱即可将扩眼器从套管中取出，完成扩眼作业。