专利名称：一种液压伸缩式硬支撑随钻扩眼工具的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于油气田钻井作业随钻扩眼技术的液压伸缩式硬支撑随钻扩眼工具。
背景技术：
随钻扩眼技术是一种具有发展潜力的钻井新技术。所谓随钻扩眼技术就是采用随钻扩眼工具和常规钻头程序，在全面钻进的同时扩大井眼直径的一种钻井技术。随钻扩眼技术可实现深井小间隙井段固井，增大生产套管的尺寸，有利于完井及修井作业。国内外研制的扩眼工具有双中心扩眼钻头和伸缩式扩眼器两种。前者是利用偏心块在公转下进行扩径，扩径量受到上部井段套管内径的限制；后者是利用具有伸缩性的刀翼实现扩径，扩径量不受上部井段套管内径的限制，可实现较大位移的扩径，其伸缩方式决定着扩径的可靠性，现有的伸缩式扩眼器几乎都是靠弹簧和液压方式实现刀翼的伸缩，属于软支撑，受到井壁岩石软硬程度的影响，易形成糖葫芦井眼，特别是在小尺寸结构的工具上难以实现，未能得到推广应用。
发明内容
本发明的目的是为了解决偏心式随钻扩眼工具所形成的井径不规则、扩径量小和液压式软支撑随钻扩眼器易形成糖葫芦井眼的问题，保证PDC刀架在伸开后轴向和径向的位置稳定不变，达到硬支撑的目的，使钻出的井眼更加稳定，具有不缩径、不卡钻的优点，能够满足小井眼侧钻工况的需求，特提供一种液压伸缩式硬支撑随钻扩眼工具。为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案一种液压伸缩式硬支撑随钻扩眼工具，是由返向中心轴、返向液缸、返向液缸接头、上接头、王壳体、王活塞、下接头、PDC刀架、PDC牙齿、滑套、小活塞、小缸套、定位套、弹簧、导向销、钢球、剪钉、卡簧、活塞压板、橡胶皮碗、皮碗杯、O形密封圈组成。其结构特征是返向中心轴下端与主活塞用螺纹连接为一体，并用防松螺钉定位，返向液缸与返向中心轴的上部用螺纹连接，并用开槽螺钉定位；上接头与主壳体用螺纹连接，再将主壳体与下接头用螺纹连接，这两个连接体之间用两个剪钉三连接；返向液缸接头与返向液缸之间用两个剪钉二连接；在返向中心轴内设置滑套，滑套与返向中心轴之间用两个剪钉一连接，滑套上放置钢球；在上接头与返向中心轴之间设置有小活塞、小缸套和小弹簧；在上接头与返向液缸接头之间设置有定位套、弹簧和螺栓；三块PDC刀架均布在主活塞圆周上，PDC刀架与主活塞间用销轴连接，销轴上装有孔用挡圈，PDC刀架上安装有PDC牙齿；在主壳体与主活塞之间设置有卡簧、活塞压板、橡胶皮碗和皮碗杯；在返向液缸接头与返向中心轴之间设置有导向销。在返向液缸接头和返向中心 轴内均加工有泄压通道，在返向液缸接头的泄压通道内设置有小钢球。在主壳体下端内部加工有三个冲洗PDC刀架的流道，三个流道间隔120°分布，每一个流道对应一个PDC刀架前下方并且向外倾斜，在主活塞内加工有三组倾斜的销轴滑道，三组滑道间隔120°分布，每组滑道对应一块PDC刀架。返向中心轴与返向液缸之间设置有第一 O形密封圈；返向中心轴与滑套之间设置有两组O形密封圈，上部一组为第二 O形密封圈，下部一组为第三O形密封圈；返向液缸与返向液缸接头之间设置有两组O形密封圈，上部一组为第四O形密封圈，下部一组为第五O形密封圈；返向中心轴与返向液缸接头之间设置有两组O形密封圈，上部一组为第十七O形密封圈，下部一组为第六O形密封圈；返向中心轴与上接头之间设置有两组O形密封圈，上部一组为第七O形密封圈，下部一组为第九O形密封圈；上接头与小缸套之间设置有第八O形密封圈；小缸套与小活塞之间设置有第十八O形密封圈；上接头与主壳体之间设置有第十O形密封圈；主壳体与主活塞之间设置有五组O形密封圈，从上到下依次为第i O形密封圈,第十三O形密封圈,第十四O形密封圈,第十五O形密封圈,第十六O形密封圈；返向中心轴与主活塞之间设置有第十二 O形密封圈。上述的三块PDC刀架，每块PDC刀架的轮廓均为阶梯形，均采用了阶梯式布齿结构。本发明与现有技术比较，具有以下有益效果(I)本工具结构具有机械锁紧功能，能保证PDC刀架在伸开后轴向和径向的位置稳定不变，达到硬支撑的目的，使钻出的井眼更加稳定；(2)具有不缩径、不卡钻的优点，能够满足小井眼侧钻工况的需求；(3)本工具水力结构有利于刀齿排除岩屑，防止刀齿在收回时被岩屑卡住；(4)本工具切削轻快，振动小，能够承受冲击，可保证刀具牙齿的强度和耐用度。
图I为本发明液压伸缩式硬支撑随钻扩眼工具的整体结构示意图。图2为本扩眼工具投球憋压后刀具收回结构示意图。图3为图2的C一C剖视图。图4为本扩眼工具的roc刀架收回时的刀架截面结构示意图。图5为本扩眼工具的PDC刀架伸出后的刀架截面结构示意图。图中1 一返向中心轴，2—开槽螺钉，3—返向液缸，4 一第一 O型密封圈，5—剪钉一，6—第二 O型密封圈，7—滑套，8—第三O型密封圈，9一小钢球，10—第四O型密封圈，
11一第五O型密封圈，12—第六O型密封圈，13—剪钉二，14一导向销，15—返向液缸接头，16—第七O型密封圈，17—小缸套，18—小活塞，19—小弹簧，20—第八O型密封圈，21—上接头，22—第九O型密封圈，23—第十O型密封圈，24—防松螺钉，25—卡簧，26—活塞压板，27—橡胶皮碗，28—皮碗杯，29—IH^一 O型密封圈，30—第十二 O型密封圈，31—第十三O型密封圈，32—主活塞，33—剪钉三，34—PDC刀架，35 — PDC牙齿，36—主壳体，37—第十四O型密封圈，38—第十五O型密封圈，39—第十六O型密封圈，40—下接头，41 一第十七O型密封圈，42—第十八O型密封圈，43—钢球，44一弹簧，45—螺栓，46—定位套，47—销轴，48—孔用挡圈。
具体实施方式
按照图I将各零部件组装好，整个工具上部通过返向中心轴I的螺纹扣与钻杆连接，工具下部通过下接头40的螺纹扣与钻头连接，然后下井到达指定钻井位置；开启钻井泵，钻井液进入返向中心轴I的环空，借助于高压钻井液作用在主活塞32上下端面上的压力差产生一定的静压力，推动小活塞18压缩小弹簧19向外侧滑动，当小活塞18滑离返向中心轴I时，上接头21、主壳体36和PDC刀架34及下接头40剪断剪钉三33，沿着返向中心轴I与主活塞32上行，PDC刀架34沿主活塞32内的销轴滑道向外张开到设计尺寸，主活塞32通过销轴47将力传递给PDC刀架34，连续不断地作用使PDC牙齿35往下切削岩石从而形成机械进尺，钻井液在节流压差的作用下沿三个流道的喷嘴喷出，冲洗PDC刀架34，清除岩屑；同时，利用上接头21上的定位套46将上接头21与返向液缸接头15连接死，且主活塞32稳固不动，实现了硬支撑，使PDC刀架34的位置稳固不变，从而钻出的井眼尺寸规则稳定。当需要收回PDC刀架34时，上提钻柱一米，投入钢球43，憋压剪断滑套7与返向 中心轴I之间的剪钉一 5，迫使滑套7下移，使钻井液进入返向液缸3，在高压钻井液的作用下，推动返向液缸接头15剪断剪钉二 13，迫使返向液缸接头15、上接头21、主壳体36和TOC刀架34及下接头40沿中心轴I与主活塞32 —起向下移动，在销轴47和销轴滑道的作用下，强力迫使PDC刀架34收回到原始设计尺寸；此时，返向液缸接头15上的泄压通道和返向中心轴I上的泄压通道口对齐，返向液缸接头15内的小钢球9进入返向中心轴I内的泄压通道，整个泄压通道被打开，憋压结束，钻井液重新建立循环，地面工作人员可借此通过钻井泵的泵压变化来确定PDC刀架34是否完全被收回，从而避免起钻时卡钻事故的发生。
权利要求
1.一种液压伸缩式硬支撑随钻扩眼工具，由返向中心轴、返向液缸、返向液缸接头、上接头、主壳体、主活塞、下接头、PDC刀架、PDC牙齿、滑套、小活塞、小缸套、定位套、弹簧、导向销、钢球、剪钉、卡簧、活塞压板、橡胶皮碗、皮碗杯、O形密封圈组成，其特征是返向中心轴(I)下端与主活塞(32)用螺纹连接为一体，并用防松螺钉(24)定位，返向液缸(3)与返向中心轴(I)的上部用螺纹连接，并用开槽螺钉(2)定位；上接头(21)与主壳体(36)用螺纹连接，再将主壳体(36)与下接头(40)用螺纹连接，这两个连接体之间用两个剪钉三(33)连接；返向液缸接头(15)与返向液缸(3)之间用两个剪钉二(13)连接；在返向中心轴(I)内设置滑套(7)，滑套(7)与返向中心轴(I)之间用两个剪钉一(5)连接，滑套(7)上放置钢球(43);在上接头(21)与返向中心轴(I)之间设置有小活塞(18)、小缸套(17)和小弹簧(19);在上接头(21)与返向液缸接头(15)之间设置有定位套(46)、弹簧(44)和螺栓(45);三块PDC刀架(34)均布在主活塞(32)圆周上，PDC刀架(34)与主活塞(32)间用销轴(47)连接，销轴(47 )上装有孔用挡圈(48 )，PDC刀架(34 )上安装有PDC牙齿(35 );在主壳体(36 )与主活塞(32)之间设置有卡簧(25)、活塞压板(26)、橡胶皮碗(27)和皮碗杯(28);在返向液缸接头(15 )与返向中心轴(I)之间设置有导向销(14)。
2.根据权利要求I所述的液压伸缩式硬支撑随钻扩眼工具，其特征是在返向液缸接头(15)和返向中心轴(I)内均加工有泄压通道，在返向液缸接头(15)的泄压通道内设置有小钢球(9)。
3.根据权利要求I所述的液压伸缩式硬支撑随钻扩眼工具，其特征是在主壳体(36)下端内部加工有三个清洗PDC刀架(34)的流道，三个流道间隔120°分布，每一个流道对应一块PDC刀架(34)前下方并且向外倾斜，在主活塞(32)内加工有三组倾斜的销轴滑道，三组滑道间隔120°分布，每组滑道对应一块PDC刀架(34)。
4.根据权利要求I所述的液压伸缩式硬支撑随钻扩眼工具，其特征是上述的三块roc刀架(34)，每块PDC刀架(34)的轮廓均为阶梯形，均采用了阶梯式布齿结构。
5.根据权利要求I所述的液压伸缩式硬支撑随钻扩眼工具，其特征是返向中心轴(I)与返向液缸(3)之间设置有第一 O形密封圈(4);返向中心轴(I)与滑套(7)之间设置有两组O形密封圈，上部一组为第二 O形密封圈(6)，下部一组为第三O形密封圈(8);返向液缸(3)与返向液缸接头(15)之间设置有两组O形密封圈，上部一组为第四O形密封圈(10)，下部一组为第五O形密封圈(11);返向中心轴(I)与返向液缸接头(15)之间设置有两组O形密封圈，上部一组为第十七O形密封圈(41)，下部一组为第六O形密封圈(12);返向中心轴(I)与上接头(21)之间设置有两组O形密封圈，上部一组为第七O形密封圈(16)，下部一组为第九O形密封圈(22);上接头(21)与小缸套(17)之间设置有第八O形密封圈(20);小缸套(17)与小活塞(18)之间设置有第十八O形密封圈(42);上接头(21)与主壳体(36)之间设置有第十O形密封圈(23);主壳体(36)与主活塞(32)之间设置有五组O形密封圈，从上到下依次为第i^一 O形密封圈(29)，第十三O形密封圈(31)，第十四O形密封圈(37)，第十五O形密封圈(38)，第十六O形密封圈(39);返向中心轴(I)与主活塞(32)之间设置有第十二 O形密封圈(30)。
全文摘要
本发明涉及一种用于油气田钻井作业随钻扩眼技术的液压伸缩式硬支撑随钻扩眼工具。其技术方案返向中心轴下端与主活塞螺纹连接，用螺钉定位，返向液缸与返向中心轴上部螺纹连接，用螺钉定位；上接头与主壳体及下接头依次螺纹连接，两连接体用剪钉连接；返向中心轴内设置滑套，用剪钉连接；返向液缸接头与返向液缸间用剪钉连接，在返向液缸接头内设置小钢球；在上接头与返向中心轴间设置小活塞、小缸套和小弹簧；三块PDC刀架均布在主活塞上，用销轴连接，刀架上安装有牙齿；主壳体与主活塞间设置有卡簧、活塞压板、橡胶皮碗和皮碗杯。本扩眼工具保证PDC刀架在伸开后轴向和径向的位置稳固不变，具有不缩径、不卡钻的优点，用于钻井作业中。
文档编号E21B7/28GK102635312SQ20121012014
公开日2012年8月15日 申请日期2012年4月24日 优先权日2012年4月24日
发明者冯文荣, 孔春岩, 常十梨, 张德荣, 王宝军, 钟琳, 高峰 申请人:西南石油大学