一种石油天然气钻井用扩眼装置的制作方法

本实用新型涉及石油天然气钻井用扩眼设备技术领域，具体涉及一种石油天然气钻井用扩眼装置。

背景技术：

在石油天然气钻井、地质勘探、矿山勘探的过程中，扩眼技术能够在钻进的同时扩大井眼的直径，不仅有利于提高固井质量，且有助于增强井控的安全性，因此得到了广泛的应用。随着石油勘探开发领域不断扩大，随着深井、超深井、水平分支井、套管开窗侧钻井等复杂钻井技术的应用，对井下扩眼提出了更高的要求。现有技术中，双心扩眼钻头在钻井过程中钻头扭矩大、憋跳钻严重、对钻头及钻柱造成了不同程度的损坏；并且由于领眼钻头和扩眼钻头是一体式结构，使得钻头对地层适应能力差，受力状态复杂，极易钻出螺旋形井眼，井身质量差，给后续工作带来安全和质量隐患。

常见的牙轮扩眼其由于受到牙轮尺寸的限制，使得扩眼作业难度大，此外还存在钻头使用寿命短、易损坏及钻速慢等问题。现有技术中研制开发的扩眼工具的驱动扭矩全部来源于井口或井下动力工具，即要占用领眼钻头的一部分扭矩，其结果必然导致领眼钻头破岩扭矩减少，降低扩眼破岩速率。同时，扩眼器的旋转速度较慢，难以发挥切削齿的破岩能力，影响了扩眼破岩作业效率。

技术实现要素：

本实用新型的一个主要目的在于克服现有技术中的至少一种缺陷，提供一种结构简单、安全可靠的石油天然气钻井用扩眼装置。

为了实现上述技术方案，本实用新型采用以下技术方案：

根据本实用新型的一个方面，提供一种石油天然气钻井用扩眼装置，包括：

第一套管；

第二套管；

定子轴，同心设置于所述第一套管、第二套管之间，其中所述定子轴设有第一液体通道；

转子轴，为一空心状阶梯轴，其上端设置于所述第一套管与定子轴之间，所述转子轴外侧与第一套管之间设有第一轴承、密封圈，所述密封圈设置于所述转子轴的顶端，所述转子轴的下端设置于所述第一套管与第二套管之间；

心轴，为一空心轴体，其顶部与所述转子轴螺纹配合，所述心轴与转子轴的下端部分形成一个容纳空间，所述心轴与第二套管之间设有第二轴承；其中所述心轴的底端设有第二液体通道；

滑套组件，设置于所述容纳空间内，所述滑套组件包括上滑套、下滑套及弹簧体，且所述上滑套设置于下滑套内，所述弹簧体设置于所述上滑套内侧；

滑道，其内部设有倾斜的轨道，所述滑道设置于所述滑套组件与第二轴承之间；

刀翼，固定于所述心轴外侧且安装于所述滑道上；

推力套环，套设于所述心轴外侧且所述推力套环设置于所述刀翼下侧；

扭矩传感器，设置于所述推力套环与刀翼之间，所述扭矩传感器用于测量所述推力套环产生的推力；

井下探头，设置于所述第一套管和/或第二套管上，所述井下探头用于拍摄所述刀翼的图像信号；

控制器，分别与所述扭矩传感器、井下探头电性连接，所述控制器内置供电装置，所述控制器用于接收所述扭矩传感器检测的推力信号及所述井下探头拍摄的图像信号；

无线信号装置，与所述控制器电性连接；

后台监控中心，通过无线信号传输方式与无线信号装置进行信号交互。

其中，经所述第一液体通道导入高压钻井液进而驱动转子轴高速旋转，同时高压钻井液经所述第二液体通道进入所述推力套环的下部，推动所述推力套环向上移动，进而带动刀翼向上移动，由于所述刀翼安装于倾斜的轨道上，使得刀翼在上移过程中逐渐伸出，进而实现扩眼；

与此同时，所述扭矩传感器将所述推力套环产生的推力信号传递至控制器，所述井下探头将所拍摄的图像信号传递至控制器，所述控制器通过无线信号装置将推力信号及图像信号发送至后台监控中心。

根据本实用新型的一实施方式，所述刀翼采用PDC刀翼。

根据本实用新型的一实施方式，还包括：

一定位装置，与所述控制器电性连接。所述定位装置用于检测所述扩眼装置的位置信号。

根据本实用新型的一实施方式，所述控制器采用Atmega64处理器。

根据本实用新型的一实施方式，所述转子轴的下端的外径与所述第一套管、第二套管的外径相同。

根据本实用新型的一实施方式，还包括：

若干个稳流挡块，且分别错位设置于所述定子轴与转子轴上。

根据本实用新型的一实施方式，所述定子轴通过螺纹分别与所述第一套管、第二套管连接。

由上述技术方案可知，本实用新型具备以下优点和积极效果中的至少之一：

本实用新型扩眼装置设置于井底领眼钻头与钻具之间，所述扩眼装置驱动扭矩来源于钻柱内的高压钻井液，经所述第一液体通道导入高压钻井液进而驱动转子轴高速旋转，同时高压钻井液经所述第二液体通道进入所述推力套环的下部，推动所述推力套环向上移动，进而带动刀翼向上移动，由于所述刀翼安装于倾斜的轨道上，使得刀翼在上移过程中逐渐伸出，进而实现扩眼；

与此同时，所述扭矩传感器将所述推力套环产生的推力信号传递至控制器，所述井下探头将所拍摄的图像信号传递至控制器，所述控制器通过无线信号装置将推力信号及图像信号发送至后台监控中心。本实用新型所述扩眼装置通过后台监控中心能实时监测刀翼的使用情况，增强了井控安全性的要求。其结构简单、操作方便、便于安全，破岩效率高，能满足钻井现场对于增加井眼直径的需求。

附图说明

图1为本实用新型所述石油天然气钻井用扩眼装置一实施方式结构示意图；

图2为图1所述石油天然气钻井扩眼装置中扭矩传感器、井下探头、定位装置、控制器、无线信号装置及后台监控中心的连接示意图。

附图标识如下：

1-第一套管；

2-第二套管；

3-定子轴；

4-转子轴；

5-稳流挡块；

6-心轴；

7-滑套组件；

8-滑道；

9-刀翼；

10-推力套环；

11-扭矩传感器；

12-井下探头；

13-控制器；

14-无线信号装置；

15-后台监控中心；

16-第一液体通道；

17-第一轴承；

18-密封圈；

19-第二轴承；

20-第二液体通道；

21-上滑套；

22-下滑套；

23-弹簧体；

24-定位装置。

具体实施方式

在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。术语“内”、“上”、“下”等指示的方位或状态关系为基于附图所示的方位或状态关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面结合附图以及具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。

参见图1、2，图1为本实用新型所述石油天然气钻井用扩眼装置一实施方式结构示意图，图2为图1所述石油天然气钻井扩眼装置中扭矩传感器、井下探头、定位装置、控制器、无线信号装置及后台监控中心的连接示意图。本实用新型所述一种石油天然气钻井用扩眼装置，包括第一套管1、第二套管2、定子轴3、转子轴4、稳流挡块5、心轴6、滑套组件7、滑道8、刀翼9、推力套环10、扭矩传感器11、井下探头12、控制器13、无线信号装置14及后台监控中心15。

如图1所示，所述第一套管1、第二套管2均为空心管体。所述定子轴3同心设置于所述第一套管1、第二套管2之间，且所述定子轴3通过螺纹分别与所述第一套管1、第二套管2连接。其中所述定子轴3设有第一液体通道16，所述第一液体通道16为高压钻井液的导入通道。

如图1所示，所述转子轴4为一空心状阶梯轴，其上端设置于所述第一套管1与定子轴3之间，所述转子轴4外侧与第一套管1之间设有第一轴承17、密封圈18，所述密封圈18设置于所述转子轴4的顶端，所述转子轴4的下端设置于所述第一套管1与第二套管2之间，且所述转子轴4的下端的外径与所述第一套管1、第二套管2的外径相同。

如图1所述，所述稳流挡块5分别错位设置于所述定子轴3与转子轴4上，进一步地，所述稳流挡块5设置为若干个，使得在所述定子轴3与转子轴4之间形成“S”形导流通道。高压钻井液流经所述导流通道时，流速平稳，不会对扩眼装置的零部件产生冲击及振动，在延长所述扩眼装置寿命的同时，稳定了导流通道内高压钻井液的流速，有利于提供稳定的流速。

如图1所示，所述心轴6为一空心轴体，其顶部与所述转子轴4螺纹配合，所述心轴6与转子轴4的下端部分形成一个容纳空间，所述心轴6与第二套管2之间设有第二轴承19；其中所述心轴6的底端设有第二液体通道20。所述第二液体通道20作为高速钻井液推动所述推力套环10的导入及导出通道。

如图1所示，所述滑套组件7设置于上述容纳空间内，所述滑套组件7包括上滑套21、下滑套22及弹簧体23，且所述上滑套21设置于下滑套22内，所述弹簧体23设置于所述上滑套21内侧。所述上滑套21与下滑套22均为弹簧体23的限位套，用于限定所述弹簧体23的活动范围。具体包括：所述下滑套22在推力套环10的作用下向上移动，进而压缩弹簧体23，当所述下滑套22的底部接触到上滑套21的底端时，所述弹簧体23保持在一个稳定的预紧状态。

如图1所示，所述滑道8内部设有倾斜的轨道，用于限定所述刀翼9的活动范围。所述滑道8设置于所述滑套组件7与第二轴承19之间。其中所述刀翼9固定于所述心轴6外侧且安装于所述滑道8上。所述推力套环10套设于所述心轴6外侧且所述推力套环10设置于所述刀翼9下侧。本实施例中所述刀翼9采用PDC刀翼。如图1所示，所述扭矩传感器11设置于所述推力套环10与刀翼9之间，所述扭矩传感器11用于测量所述推力套环10产生的推力。所述井下探头12设置于所述第一套管1上，所述井下探头用于拍摄所述刀翼9的图像信号，具体包括但不限于刀翼9的磨损状态。

如图2所示，所述控制器13分别与所述扭矩传感器11、井下探头12电性连接。其中，所述控制器13内置供电装置(图中未示)，所述控制器13用于接收所述扭矩传感器11检测的推力信号及所述井下探头12拍摄的图像信号。所述无线信号装置14与所述控制器13电性连接，所述后台监控中心15通过无线信号传输方式与无线信号装置14进行信号交互。

本实用新型所述扩眼装置设置于井底领眼钻头与钻具(图中未示)之间。在进行扩眼作业时，高压钻井液通过定子轴3上的第一液体通道16进入，驱动转子轴4高速旋转，由于转子轴4与第一套管1、第二套管2之间均安装第一轴承17，因此转子轴4相对于第一套管1、第二套管2独立旋转。定子轴3通过螺纹分别连接于第一套管1、第二套管2，因此能将井口动力或动力钻具产生的扭矩以及钻压直接传递至井底领眼钻头，驱动该井底领眼钻头旋转破岩。本实用新型所述第一液体通道导入高压钻井液后，所述高压钻井液进入定子轴3与心轴6之间的流道，通过位于心轴6底端的第二液体通道20进入推力套环10的下部，在液压力的作用下推动推力套环10向上移动，由于推力套环10安装于刀翼的9下部，当推力套环10向上移动时推动刀翼9向上移动。由于刀翼9安装在滑道8上，在刀翼9上行过程中逐渐伸出，接触到井壁时，随着转子轴4的旋转实现破岩扩眼作业。所述刀翼9向上移动时，所述下滑套22推动上滑套21及弹簧体23上行并将弹簧体23压缩至滑套组件7内部。与此同时，所述扭矩传感器11将所述推力套环10产生的推力信号传递至控制器13，所述井下探头12将所拍摄的图像信号传递至控制器13，所述控制器13通过无线信号装置14将推力信号及图像信号发送至后台监控中心15。所述的后台监控中心15为计算机，能对接收的推力信号及图像信号进行储存备份，同时所述的推力信号及图像信号能作为所述领域技术人员判断所述刀翼9工作情况的依据。

随着扩眼装置作业完成，降低钻井液压力，所述弹簧体23推动下滑套22向下移动，进而推动刀翼9向下移动并逐渐恢复原位。

在本实施例中，如图2所示，本实用新型所述扩眼装置还包括定位装置24，所述定位装置24与控制器13电性连接。所述定位装置24用于检测所述扩眼装置的位置信号。特别是，当所述扩眼装置发生重大事故，如在井下扩眼装置发生损坏等，所述定位装置24通过无线信号装置14、能实时将所述扩眼装置的位置信号传回后台监控中心15。

应可理解的是，本实用新型不将其应用限制到本文提出的部件的详细结构和布置方式。本实用新型能够具有其他实施例，并且能够以多种方式实现并且执行。前述变形形式和修改形式落在本实用新型的范围内。应可理解的是，本文公开和限定的本实用新型延伸到文中和/或附图中提到或明显的两个或两个以上单独特征的所有可替代组合。本文所述的实施例说明了已知用于实现本实用新型的最佳方式，并且将使本领域技术人员能够利用本实用新型。