一种地质钻探用液压式扩眼器及其使用方法与流程

本发明涉及地质钻井技术领域，更具体的说是涉及一种地质钻探用液压式扩眼器及其使用方法。

背景技术：

地质钻井行业在施工过程中经常遇到井漏、地层破碎掉块、井眼缩径卡钻等事故，处理此类事故时常下入技术套管对问题井段进行封隔后换用小尺寸钻头继续钻进，增加生产成本。随着技术进步，现可使用波纹管封隔技术处理，先使用扩眼器对问题井段进行扩径，随后将波纹管下至问题井段后打压膨胀，与井壁紧密贴合，有效封隔漏失层、垮塌层、高压层等复杂井段，且保证井眼尺寸不变。该技术多用于石油钻井行业中，使用的扩眼器直径较大(≥215.9mm)，工具尺寸大，通常利用伯努利原理通过节流来推出扩眼刀翼，排量要求高，工具压耗大；而地质行业井眼尺寸小(≤152mm)，工具直径小，机构不易布置，使用的泥浆泵功率较小，排量、额定压力远低于石油行业用泥浆泵，节流设计难以实现。

因此，研究一种适用于地质行业使用的对泥浆泵要求不高的同心扩眼器及其使用方法，对能否使用波纹管封隔复杂地层起着至关重要的作用。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种地质钻探用液压式扩眼器及其使用方法，旨在解决上述技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种地质钻探用液压式扩眼器，包括：

扩眼器本体；所述扩眼器本体具有阶梯状的限位安装孔道；所述扩眼器本体沿圆周均匀开设有多个刀翼安装槽，所述刀翼安装槽的两侧壁开设有刀翼滑槽；所述刀翼安装槽底部开有排屑滑道；所述扩眼器本体上部开设有上喷嘴，下部开设有下喷嘴；所述限位安装孔道上部通过第一剪切销钉固定有封堵所述上喷嘴的上滑套；

中心管；所述中心管同轴套设在所述限位安装孔道内，且具有径向凸出进入所述刀翼安装槽的限位环；所述限位环上通过第一紧定螺钉连接有上挡块；所述中心管上部外侧套设有回收弹簧和弹簧座，所述回收弹簧和所述弹簧座顶紧在所述限位安装孔道的阶梯面和所述限位环的顶面之间；

液压缸；所述液压缸上部套设在所述中心管的底端外侧，并通过阶梯面与所述中心管底沿抵接；所述液压缸的顶端外侧壁通过第二紧定螺钉连接有位于所述刀翼安装槽内的下挡块；所述液压缸上部封堵所述下喷嘴，且具有与所述下喷嘴错位的液压缸流道，所述液压缸下部开有旁通孔；所述液压缸下部内壁通过第二剪切销钉固定有封堵所述旁通孔的下滑套；所述液压缸下部套设在下滑套座的顶端内侧，并通过阶梯面与所述下滑套座顶沿抵接；所述下滑套座底端与下定位接头抵接，所述下定位接头与所述扩眼器本体的底端螺纹连接；

扩眼刀翼；所述扩眼刀翼安装在所述刀翼安装槽内；所述扩眼刀翼具有与所述刀翼滑槽滑动连接的刀翼滑道；所述扩眼刀翼顶紧在所述上挡块和所述下挡块之间。

优选的，在上述一种地质钻探用液压式扩眼器中，所述扩眼刀翼外侧中部纵向开设有导流槽；所述扩眼刀翼的横向中部为保径齿，两侧为pdc切削齿。

优选的，在上述一种地质钻探用液压式扩眼器中，具体的设置参数为：所述刀翼安装槽的数量为3个；所述上喷嘴、所述下喷嘴和所述液压缸流道的数量均为3个；所述第一剪切销钉和所述第二剪切销钉的数量均为3个；所述第一紧定螺钉和所述第二紧定螺钉的数量均为3个；所述旁通孔的数量为3个。

优选的，在上述一种地质钻探用液压式扩眼器中，所述液压缸上部与所述中心管的底端外侧的连接面上套设有第一o型密封圈；所述液压缸上部与所述限位安装孔道的连接面上间隔套设有第二o型密封圈和第三o型密封圈，所述液压缸流道位于所述第二o型密封圈和所述第三o型密封圈之间；所述下滑套座与所述限位安装孔道的连接面上套设有第四o型密封圈。

本发明还提供了一种地质钻探用液压式扩眼器的使用方法：

扩眼前：将扩眼器本体顶端安装在钻具组合下端，下定位接头安装钻头或磨鞋，并下放至欲扩眼井段最上端；下放到位后投入1号球并开泵循环，1号球下行坐在下滑套上时泵压突增，在液压力的作用下下滑套剪断与液压缸连接的第二剪切销钉后下行坐在下滑套座上，并露出旁通孔；此时停泵启动转盘，钻井液全部经旁通孔流入液压缸，推动液压缸与中心管共同上行，带动扩眼刀翼沿刀翼滑道伸出进行扩眼作业，同时带动弹簧座对回收弹簧进行压缩蓄能，扩眼刀翼沿刀翼滑道上滑到位后，上挡块与限位环共同运动至刀翼安装槽顶端，液压缸流道与下喷嘴对正，泥浆泵压力突降，此时认为扩眼器达到扩眼要求，开泵并缓慢施加钻压，开始扩眼作业；

扩眼后：停泵上提，回收弹簧推动弹簧座、中心管与液压缸归位，同时驱动扩眼刀翼沿刀翼滑道收回扩眼器本体内；当有岩屑沉积在刀翼滑槽内，导致扩眼刀翼回收过程中卡住无法靠弹力收回时：投入2号球开泵循环，2号球下行到位后坐在上滑套上，在液压力作用下剪断第一剪切销钉下行，推动中心管带动扩眼刀翼收回，上滑套下行到位后露出上喷嘴，此时泥浆泵压力突降，扩眼刀翼回收完毕。

在扩眼操作中：若井壁岩石岩性软硬交错，导致扩眼器收缩时，液压缸流道与下喷嘴错开，泥浆泵泵压上升，停泵上提后再次开泵下放工作，反复拉划，直至泵压正常后继续下放扩眼。

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地质钻探用液压式扩眼器及其使用方法，具有以下有益效果：

1、扩眼刀翼张开所需推力完全由钻井液压力驱动液压缸上行提供，而非节流降压利用压差张开，对泥浆泵压力、排量要求低，适合地质行业使用。

2、投球憋压剪断剪切销钉后才进行扩眼作业，下放阶段遇阻可直接全排量开泵划眼，无排量过大导致扩眼器提前打开导致遇卡风险。

3、采用双回收机构设计，弹簧回收装置作为一级回收机构，停泵后弹簧推动扩眼刀翼收回扩眼器本体内时，如有岩屑卡在刀翼滑道内且弹簧弹力不足以推动扩眼刀翼收回时，可通过投球憋压利用液压力驱动上滑套推动中心管下行，带动扩眼刀翼收回扩眼器本体，更安全可靠。

4、刀翼安装槽底部开有排屑滑道，可在扩眼刀翼回收时推动沉积在刀翼安装槽底部的大颗粒岩屑沿滑道滑出，避免卡住下挡块。

5、上提时如需建立循环可投球后全排量开泵，同时确保扩眼刀翼收回扩眼器本体内。

6、未采用硬性限位方式，防止限位装置复位失效导致扩眼刀翼无法收回引发复杂事故，而是通过泵压变化判断是否形成糖葫芦井眼，如泵压增大则代表刀翼回缩，上提至泵压恢复正常后再次下放扩眼，保证扩眼质量。

7、扩眼刀翼上部设计有切削齿，可实现倒划眼功能。

8、扩眼作业过程中井壁岩石作用力由工具本体上的多条滑道与滑槽上限位共同承担，而不像其他扩眼器由中心管或轴销承担，安全性更佳。

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附图为本发明提供的地质钻探用液压式扩眼器的结构示意图；

图2附图为本发明提供的图1中第i段的放大图；

图3附图为本发明提供的图1中第ii段的放大图；

图4附图为本发明提供的图1中第iii段的放大图；

图5附图为本发明提供的扩眼刀翼的主视图；

图6附图为本发明提供的扩眼刀翼的侧视图；

图7附图为本发明提供的图6中a-a的截面图；

图8附图为本发明提供的刀翼安装槽的侧视图；

图9附图为本发明提供的图8中b-b的截面图；

图10附图为本发明提供的地质钻探用液压式扩眼器的使用方法中扩眼前的结构示意图；

图11附图为本发明提供的地质钻探用液压式扩眼器的使用方法中扩眼后靠弹性回收的结构示意图；

图12附图为本发明提供的地质钻探用液压式扩眼器的使用方法中扩眼后强制回收的结构示意图。

其中：

1为扩眼器本体；2为限位安装孔道；3为刀翼安装槽；4为刀翼滑槽；5为排屑滑道；6为上喷嘴；7为下喷嘴；8为第一剪切销钉；9为上滑套；10为中心管；11为限位环；12为第一紧定螺钉；13为上挡块；14为回收弹簧；15为弹簧座；16为液压缸；17为第二紧定螺钉；18为下挡块；19为液压缸流道；20为旁通孔；21为第二剪切销钉；22为下滑套；23为下滑套座；24为下定位接头；25为扩眼刀翼；26为刀翼滑道；27为导流槽；28为保径齿；29为pdc切削齿；30为第一o型密封圈；31为第二o型密封圈；32为第三o型密封圈；33为第四o型密封圈；34为1号球；35为2号球。

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。

参见附图1至附图9，本发明实施例公开了一种地质钻探用液压式扩眼器，包括：

扩眼器本体1；扩眼器本体1具有阶梯状的限位安装孔道2；扩眼器本体1沿圆周均匀开设有多个刀翼安装槽3，刀翼安装槽3的两侧壁开设有刀翼滑槽4；刀翼安装槽3底部开有排屑滑道5；扩眼器本体1上部开设有上喷嘴6，下部开设有下喷嘴7；限位安装孔道2上部通过第一剪切销钉8固定有封堵上喷嘴6的上滑套9；

中心管10；中心管10同轴套设在限位安装孔道2内，且具有径向凸出进入刀翼安装槽3的限位环11；限位环11上通过第一紧定螺钉12连接有上挡块13；中心管10上部外侧套设有回收弹簧14和弹簧座15，回收弹簧14和弹簧座15顶紧在限位安装孔道2的阶梯面和限位环11的顶面之间；

液压缸16；液压缸16上部套设在中心管10的底端外侧，并通过阶梯面与中心管10底沿抵接；液压缸16的顶端外侧壁通过第二紧定螺钉17连接有位于刀翼安装槽3内的下挡块18；液压缸16上部封堵下喷嘴7，且具有与下喷嘴7错位的液压缸流道19，液压缸16下部开有旁通孔20；液压缸16下部内壁通过第二剪切销钉21固定有封堵旁通孔20的下滑套22；液压缸16下部套设在下滑套座23的顶端内侧，并通过阶梯面与下滑套座23顶沿抵接；下滑套座23底端与下定位接头24抵接，下定位接头24与扩眼器本体1的底端螺纹连接；

扩眼刀翼25；扩眼刀翼25安装在刀翼安装槽3内；扩眼刀翼25具有与刀翼滑槽4滑动连接的刀翼滑道26；扩眼刀翼25顶紧在上挡块13和下挡块18之间。

为了进一步优化上述技术方案，扩眼刀翼25外侧中部纵向开设有导流槽27；扩眼刀翼25的横向中部为保径齿28，两侧为pdc切削齿29。

为了进一步优化上述技术方案，刀翼安装槽3的数量为3个；上喷嘴6、下喷嘴7和液压缸流道19的数量均为3个；第一剪切销钉8和第二剪切销钉21的数量均为3个；第一紧定螺钉12和第二紧定螺钉17的数量均为3个；旁通孔20的数量为3个。

为了进一步优化上述技术方案，液压缸16上部与中心管10的底端外侧的连接面上套设有第一o型密封圈30；液压缸16上部与限位安装孔道2的连接面上间隔套设有第二o型密封圈31和第三o型密封圈32，液压缸流道19位于第二o型密封圈31和第三o型密封圈32之间；下滑套座23与限位安装孔道2的连接面上套设有第四o型密封圈33。

本发明提供的地质钻探用液压式扩眼器的使用方法为：

扩眼前：将扩眼器本体1顶端安装在钻具组合下端，下定位接头24安装钻头或磨鞋，并下放至欲扩眼井段最上端；下放到位后投入1号球34并开泵循环，1号球34下行坐在下滑套22上时泵压突增，在液压力的作用下，下滑套22剪断与液压缸16连接的第二剪切销钉21后下行坐在下滑套座23上，并露出旁通孔20；此时停泵启动转盘，钻井液全部经旁通孔20流入液压缸16，推动液压缸16与中心管10共同上行，带动扩眼刀翼25沿刀翼滑道26伸出进行扩眼作业，同时带动弹簧座15对回收弹簧14进行压缩蓄能，扩眼刀翼25沿刀翼滑道26上滑到位后，上挡块13与限位环11共同运动至刀翼安装槽3顶端，液压缸流道19与下喷嘴7对正，泥浆泵压力突降，此时认为扩眼器达到扩眼要求，开泵并缓慢施加钻压，开始扩眼作业，如图10所示；

扩眼后：停泵上提，回收弹簧14推动弹簧座15、中心管10与液压缸16归位，同时驱动扩眼刀翼25沿刀翼滑道16收回扩眼器本体1内，如图11所示；当有岩屑沉积在刀翼滑槽4内，导致扩眼刀翼25回收过程中卡住无法靠弹力收回时：投入2号球35开泵循环，2号球35下行到位后坐在上滑套9上，在液压力作用下剪断第一剪切销钉8下行，推动中心管10带动扩眼刀翼25收回，上滑套9下行到位后露出上喷嘴6，此时泥浆泵压力突降，扩眼刀翼25回收完毕，如图12所示。上行过程中如需开泵循环也可投入2号球35，待上滑套9下行到位后即可进行循环。

在扩眼操作中：若井壁岩石岩性软硬交错，导致扩眼器收缩时，液压缸流道19与下喷嘴7错开，泥浆泵泵压上升，停泵上提后再次开泵下放工作，反复拉划，直至泵压正常后继续下放扩眼。

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。