专利名称：一种用于套管钻井的随钻扩眼器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及石油天然气钻井技术领域，特别涉及一种钻井井下专用工具，具 体说是一种套管钻井用的随钻扩眼器。
背景技术：
套管钻井技术是将钻井和下套管合并成一个作业过程，不再需要常规的起下钻作 业，与常规钻井技术相比，套管钻井优势明显，主要体现在缩短建井周期，减少井下事故， 改善井控状况，简化钻井设备。在套管钻井的过程中，其切削刃具的处理有以下两种方法可钻钻头套管钻井技术所用钻头必须使用特殊软材料制作，其进尺难于估计，故 只能用于松软地层。而且这种单行程钻井过程不能起钻，因而井下动力马达和MWD等工具 不能随钻使用，故只限于浅井直井钻进。此外，非常情况下，因钻遇特殊地层，钻头水眼堵塞 等必须进行起钻作业，这就可能损伤套管丝扣，因此这种技术不能在特殊泥质地层中钻进。 这些问题在钻深井或钻遇复杂地层时尤为突出。相比之下，钻头回收式套管钻井技术则可有效避免上述缺陷，不但能够完成常规 钻井技术胜任的各种任务，还可完成漏、塌等特殊复杂地层的钻井任务。钻头回收式套管钻 井装备使用的井下工具串主要由钻头、随钻扩眼器、锁紧装置、打捞回收装置等组成。其中， 随钻扩眼器在钻进过程中扮演着举足轻重的角色，其作用主要体现在如下几个方面(1) 作为钻进过程中的第二只钻头，将领眼扩大至满足固井工艺要求的尺寸；(2)扩眼器的开 启和关闭动作实现下部钻具组合既能钻出比套管更大的孔眼，又能顺利穿过套管内孔；(3) 扩眼器与领眼钻头之间的钻柱部分可以安装井下动力马达、导向短节、MWD等工具，实现特 殊工艺钻井。扩眼器性能的优劣，会对套管钻井过程产生重大影响，甚至左右作业过程的成 败。中国专利CN03218329. 1公开了一种水力扩张式PDC扩眼器，其特征是心轴上部装 有喷嘴，下部为凸块，凸块与扩眼刀翼相配合。当泥浆流经喷嘴时产生足够液压力时，心轴 下移同时压缩下方的压缩弹簧。心轴上的凸块能推动扩眼刀翼沿固定销旋转，从而伸出壳 外进行扩孔作业。该专利所述扩眼刀翼不具备扶正功能；清洗倒喷嘴距离扩眼刀翼距离过 远；外壳无排屑槽。中国专利CN200720173568. 9公开了一种套管钻井专用扩眼器，由齿条轴与扩眼 刀翼配合，当泥浆流量足够大时，压差驱动齿条轴下移，一方面压缩压缩弹簧，另一方面带 动刀翼旋转直至达到工作位置，从而启动扩眼器进行扩眼作业。该专利所述扩眼器不具扶 正功能；扩眼部分无清洗水眼；外壳无排屑槽。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种用于套管钻井的随钻扩眼器，由套管中下入井底 并在液压作用下开启进行扩眼作业，将领眼扩大成满足固井工艺要求的井径；扩眼完成后， 扩眼刀翼在压缩弹簧力作用下收回壳体内，整个扩眼装置能由套管打捞至地面。[0008]本实用新型采用的技术方案是用于套管钻井的随钻扩眼器，主要由壳体、上喷 嘴、心轴、压缩弹簧、扩眼刀翼、定位销和下喷嘴组成，壳体的上端和下端有螺纹，能连接在 钻柱上。其特征在于在圆柱形壳体中心孔有一个心轴，心轴上端外壁有上密封圈；心轴上 下端外壁有下密封圈。心轴有中心孔，心轴中心孔上部固定有一个上喷嘴。在壳体内壁与 心轴外壁之间有环形空间，在环形空间内有压缩弹簧。心轴向下滑动时能使压缩弹簧收缩 蓄能。在心轴缩颈部外壁上加工有齿条。在壳体的外壁上有长方形孔，在壳体的长方形孔内 有扩眼刀翼，扩眼刀翼由定位销固定于壳体的长方形孔中，扩眼刀翼能绕定位销旋转张开。 在壳体下端中心孔内由卡簧固定一个下喷嘴。下喷嘴由卡簧固定于壳体下端中心孔内，可 方便地替换。下喷嘴尺寸为一系列值，可根据实际需要选配。为减小扩眼钻进过程中钻柱的振动，在扩眼刀翼下方并在壳体外壁上镶嵌硬质合 金耐磨块，起稳定作用。所述的耐磨块纵向排列嵌入壳体的外壁上，耐磨块的位置在扩眼刀 翼的下部。为保证领眼钻头产生的岩屑及时返出井眼，在壳体的外壁上加工有排屑槽。排屑 槽的位置在每两个扩眼刀翼之间。为了使壳体与心轴之间的环形空间内的压力同外部的压力保持一致，在壳体壁上 有旁通孔，旁通孔的位置在壳体与心轴之间的环形空间下部。每个扩眼刀翼的下部有一个心轴侧喷嘴。心轴侧喷嘴在心轴的壁上并与扩眼刀翼 相对。所述的扩眼刀翼一端的两侧分别有PDC切削齿，PDC切削齿之间加工排屑槽；扩眼 刀翼外缘为圆弧形状并固定有保径齿。扩眼刀翼另一端有不完整齿轮，不完整齿轮与心轴 上的齿条相啮合。为了使扩眼刀翼装入壳体后能正常旋转，在扩眼刀翼上开出环形槽。扩 眼刀翼旋转时，环形槽部位不与心轴接触。简述用于套管钻井的随钻扩眼器的工作原理。参阅图1。当扩眼器下入井底，而地 面泵未开动时，扩眼刀翼6处于关闭状态；待领眼钻头接触井底后开泵循环，逐渐加大流量 清洗井底。不断增大的流量通过心轴4上端安装的上喷嘴3，由于液体的节流效应产生压 力差，该压力差推动心轴4下行，压缩弹簧5缩短，通过齿轮齿条配合驱动扩眼刀翼6向外 旋转张开。至扩眼刀翼6上部的金属软垫接触壳体1后，扩眼刀翼6完全开启，进入工作状 态，开始扩眼作业。泥浆流量减小或停泵后，压缩弹簧5推动心轴4上行，扩眼刀翼6随齿 轮16旋转而收回。心轴4下方的下喷嘴9用于调节流向扩眼刀翼6的泥浆流量。下喷嘴9 消耗流体压力较大时，心轴侧喷嘴12压力较大，流向扩眼刀翼6的流量较大；反之，下喷嘴 9消耗压力较小时，流向扩眼刀翼6的流量较小。待达到钻进深度要求或需要更换钻具时， 即停泵，扩眼器内部被压缩的压缩弹簧5开始回弹，推动心轴4上行，扩眼刀翼6随之复位。 整个扩眼器可经绳索打捞回收至地面。若钻进过程中发现领眼钻头与扩眼器的水力能量分 配不合适，可根据实际情况确定合适的下喷嘴系列，并将工具打捞至地面后进行更换。本实用新型的有益效果本实用新型用于套管钻井的随钻扩眼器，适用于套管钻 井作业。对常规扩眼器进行了功能及结构上的改进和优化，其优势在于增加了壳体扶正功 能，有利于减小扩孔作业过程中钻具的振动，并能够有效清洗扩眼产生的岩屑，提高井身质 量。同时可以通过更换喷嘴来调控领眼钻头与扩眼器的水力能量分配。
图1是本实用新型用于套管钻井的随钻扩眼器结构剖面示意图。图2是扩眼刀翼6结构立体示意图。图中，1.壳体，2.上密封圈，3.上喷嘴，4.心轴，5.压缩弹簧，6.扩眼刀翼，7.定位 销，8.密封圈，9.下喷嘴，10.旁通孔，11.排屑槽，12.心轴侧喷嘴，13.耐磨块，14. PDC切削 齿，15.保径齿，16.不完整齿轮，17.环形槽。
具体实施方式
实施例1 以一个用于套管钻井的随钻扩眼器为例，对本实用新型作进一步详细 说明。参阅图1。本实用新型用于套管钻井的随钻扩眼器，主要由壳体1、上密封圈2、上 喷嘴3、心轴4、压缩弹簧5、扩眼刀翼6、定位销7、下密封圈8、下喷嘴9和耐磨块13组成， 壳体1的上端和下端有API钻杆螺纹，能连接在钻柱上。在圆柱形壳体1中心孔有一个心 轴4，心轴4上端外壁有上密封圈2 ；心轴4上下端外壁有下密封圈8。心轴4有中心孔，心 轴4中心孔上部固定有一个上喷嘴3。在壳体1内壁与心轴4外壁之间有环形空间，在环形 空间内有压缩弹簧5。在壳体1壁上有一个旁通孔10，旁通孔10的位置在壳体1与心轴4 之间的环形空间下部。心轴4向下滑动时能使压缩弹簧5收缩蓄能。在心轴4缩颈部外壁 上加工有齿条。在壳体1的外壁上有两个长方形孔，在壳体1的每个长方形孔内有一个扩 眼刀翼6，扩眼刀翼6由定位销7固定于壳体1的长方形孔中，扩眼刀翼6能绕定位销7旋 转张开。每个扩眼刀翼6的下部有一个心轴侧喷嘴12。心轴侧喷嘴12在心轴4的壁上并 与扩眼刀翼6相对。在壳体1下端中心孔内由卡簧固定一个下喷嘴9。在扩眼刀翼6下方并在壳体1外壁上镶嵌一周硬质合金耐磨块13，耐磨块13纵向 排列嵌入壳体1的外壁上，耐磨块13的位置在扩眼刀翼6的下部。在壳体1的外壁上加工 有排屑槽11。排屑槽11的位置在两个扩眼刀翼6之间。参阅图2。扩眼刀翼6 —端的两侧分别焊接有PDC切削齿14，两排PDC切削齿14 之间加工有一个凹陷的排屑槽；扩眼刀翼6外缘为圆弧形状并焊接固定有保径齿15。扩眼 刀翼6另一端有PDC切削齿14，不完整齿轮16与心轴4上的齿条相啮合。不完整齿轮16 的齿数为两个。在扩眼刀翼6上开出环形槽17。
权利要求1.一种用于套管钻井的随钻扩眼器，主要由壳体(1)、上喷嘴(3)、心轴(4)、压缩弹簧(5)、扩眼刀翼(6)、定位销(7)和下喷嘴(9)组成，壳体(1)的上端和下端有螺纹，其特征 在于在圆柱形壳体(1)中心孔有一个心轴(4)，心轴(4)上端外壁有上密封圈(2)；心轴 (4)上下端外壁有下密封圈(8)；心轴(4)有中心孔，心轴(4)中心孔上部固定有一个上喷 嘴⑶；在壳体(1)内壁与心轴⑷外壁之间有环形空间，在环形空间内有压缩弹簧(5)，在 心轴(4)缩颈部外壁上加工有齿条；在壳体(1)的外壁上有长方形孔，在壳体(1)的长方形 孔内有扩眼刀翼(6)，扩眼刀翼(6)由定位销(7)固定于壳体(1)的长方形孔中，扩眼刀翼(6)能绕定位销(7)旋转张开，在壳体(1)下端中心孔内由卡簧固定一个下喷嘴(9)。
2.根据权利要求1所述的用于套管钻井的随钻扩眼器，其特征是在扩眼刀翼(6)下 方并在壳体(1)外壁上镶嵌硬质合金耐磨块(13)，所述的耐磨块(13)纵向排列嵌入壳体 (1)的外壁上，耐磨块(13)的位置在扩眼刀翼(6)的下部。
3.根据权利要求1所述的用于套管钻井的随钻扩眼器，其特征是在壳体(1)的外壁 上加工有排屑槽(11)，排屑槽(11)的位置在每两个扩眼刀翼(6)之间。
4.根据权利要求1所述的用于套管钻井的随钻扩眼器，其特征是在壳体(1)壁上有 旁通孔(10)，旁通孔(10)的位置在壳体⑴与心轴⑷之间的环形空间下部。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的用于套管钻井的随钻扩眼器，其特征是每个扩眼 刀翼(6)的下部有一个心轴侧喷嘴(12)，心轴侧喷嘴(12)在心轴(4)的壁上并与扩眼刀翼 (6)相对。
6.根据权利要求1、2、3或4所述的用于套管钻井的随钻扩眼器，其特征是所述的扩 眼刀翼(6) 一端的两侧分别有PDC切削齿(14)，PDC切削齿(14)之间加工排屑槽；扩眼刀 翼(6)外缘为圆弧形状并固定有保径齿(15)；扩眼刀翼(6)另一端有不完整齿轮(16)，不 完整齿轮(16)与心轴(4)上的齿条相啮合，在扩眼刀翼(6)上开出环形槽(17)。
专利摘要用于套管钻井的随钻扩眼器，应用于石油天然气钻井随钻扩大井眼。在圆柱形壳体中心孔有一个心轴；心轴有中心孔，心轴中心孔上部固定有一个上喷嘴。在壳体内壁与心轴外壁之间有环形空间，在环形空间内有压缩弹簧。在心轴缩颈部外壁上加工有齿条。在壳体的外壁上有长方形孔，在壳体的长方形孔内有扩眼刀翼，扩眼刀翼由定位销固定于壳体的长方形孔中，扩眼刀翼能绕定位销旋转张开。效果是通过心轴运动实现扩眼刀翼的开启与关闭。扩眼刀翼外缘的保径齿降低振动，保证作业过程中钻柱的稳定；外壳上的排屑槽可保证返屑顺畅，井底得到及时清理。扩眼刀翼张开后将领眼扩大至满足固井工艺要求，适用于套管钻井作业。
文档编号E21B10/32GK201778658SQ20102028254
公开日2011年3月30日 申请日期2010年8月5日 优先权日2010年8月5日
发明者冯来, 刘洋, 尹洪伟, 朱英杰, 王雪, 纪友哲, 耿莉, 贾涛, 韩飞, 马汝涛 申请人:中国石油天然气集团公司;中国石油集团钻井工程技术研究院