一种扩眼外径可调的液压式随钻扩眼装置的制作方法

本发明涉及一种扩眼外径可调的液压式随钻扩眼装置，属石油钻井扩眼工具技术领域。

背景技术：

随着对油气成藏机制认识的深化和油气田开发的深入，钻井遇到的问题越来越复杂,解决这些复杂问题也越来越依赖于钻井工具的发展，随钻扩眼技术正是基于这种背景提出和发展的。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的一种钻井技术。实践表明，随钻扩眼技术在处理井下复杂情况、降低钻井综合成本、提高钻井速度、提高建井质量和安全性等方面具有显著的优势，随钻扩眼工具也正逐渐成为一种重要的石油钻井配套工具。目前国外对随钻扩眼装置的研究已经比较成熟，而国内在技术上还存在一些问题有待解决。通过对国内随钻扩眼装置的调研发现传统的固定翼随钻扩眼器采用单边切削，导致工具受力不平衡，且切削时存在扩眼器扭矩大、工作状态不稳定、对地层适应能力差等问题；而可动翼随钻扩眼器则存在工具结构复杂，无水眼喷嘴或水眼喷嘴不可调等问题，将导致割刀的切削性能和切割效率差进而影响割刀的使用寿命，且该工具切割时无自锁装置也将对井眼质量产生影响。

技术实现要素：

本发明的目的在于：提供一种结构简单，使用方便，能快速、安全的完成随钻扩眼工作的扩眼外径可调的液压式随钻扩眼装置。

本发明的技术方案是：

一种扩眼外径可调的液压式随钻扩眼装置，它由上接头、下接头、中间管、芯轴、中心管和割刀构成，其特征在于：中间管的一端螺纹安装有上接头，中间管的另一端螺纹安装有下接头，中间管内通过限位套和压块安装有芯轴，芯轴上设置有楔形凸块，与楔形凸块对应的中间管上设置有割刀口，割刀口内通过压盖和回位弹簧装有割刀，割刀与楔形凸块活动连接，芯轴下端的下接头内通过复位弹簧安装有中心管，中心管与芯轴螺纹连接。

所述的限位套与下接头之间设置有剪切销钉。

所述的楔形凸块上设置有滑槽，割刀的底部为坡面，割刀底部的坡面上设置有与滑槽对应的滑键，割刀与楔形凸块之间通过滑槽与滑键之间的配合滑动连接。

所述的压块上通过小弹簧和螺纹压帽安装有卡头，卡头后端的压块上设置有液流孔，卡头通过液流孔与芯轴的中心孔连通。

所述的卡头对应的限位套上呈上下状设置有上卡口和下卡口，卡头分别与上卡口和下卡口活动卡接。

所述的割刀下方的压盖上设置有液流道，楔形凸块下方的芯轴上设置有连通孔，与液流道上端口对应的压盖上螺纹安装有喷嘴，喷嘴通过液流道在芯轴下移时与连通孔连通。

本发明的有益效果在于：

该扩眼外径可调的液压式随钻扩眼装置在钻进过程中因剪切销钉的限位作用，割刀不会伸出中间管外。液流道与心轴上的连通孔在钻进过程不接通，而在扩眼过程中因心轴下移从而使钻井液通过连通孔和液流道孔流入喷嘴，且喷嘴可根据不同工况进行更换，以达到最优水力参数，提高破岩效率。在扩眼过程中，卡头在钻井液作用下伸出下移进入卡口内并最终锁死，达到限位和自锁效果，当扩眼完毕后泄压，卡头在小弹簧作用下回位即解锁。解决了现有工具受力不平衡，存在扩眼器扭矩大、工作状态不稳定、对地层适应能力差等问题；以及结构复杂，无水眼喷嘴或水眼喷嘴不可调导致割刀的切削性能和切割效率差进而影响割刀使用寿命的问题。特别适用于油气井随钻扩眼使用。

附图说明

图1为本发明的主视结构示意图；

图2为图1中的a处放大示意图；

图3为图1左视结构示意图；

图4为图3中的b处放大示意图。

图中：1.上接头；2.芯轴；3.中间管；4.压块；5.剪切销钉；6.中心管；7.复位弹簧；8.下接头；9.限位套；10.安装螺栓；11.喷嘴；12.回位弹簧；13.割刀；14.压盖；15.卡头；16.小弹簧；17.螺纹压帽；18.楔形凸块，19.上卡口，20.下卡口，21.液流道，22.连通孔。

具体实施方式

该扩眼外径可调的液压式随钻扩眼装置由上接头1、下接头8、中间管3、芯轴2、中心管6和割刀13构成，中间管3的一端螺纹安装有上接头1，中间管3的另一端螺纹安装有下接头8，中间管3内通过限位套9和压块4安装有芯轴2。限位套9与下接头8之间设置有剪切销钉5。压块4上通过小弹簧16和螺纹压帽17安装有卡头15，卡头15后端的压块上设置有液流孔，卡头15通过液流孔与芯轴2的中心孔连通。

卡头15对应的限位套9上呈上下状设置有上卡口19和下卡口20，卡头15分别与上卡口19和下卡口20活动卡接。

芯轴2上设置有楔形凸块18，的楔形凸块18上设置有滑槽，与楔形凸块18对应的中间管上设置有割刀口，割刀口内由安装螺栓10通过压盖14和回位弹簧12装有割刀13，割刀13的底部为坡面，割刀13底部的坡面上设置有与滑槽对应的滑键，割刀13与楔形凸块18之间通过滑槽与滑键之间的配合滑动连接。工作时，芯轴2可轴向移动，不能周向转动。

芯轴2下端的下接头8内通过复位弹簧7安装有中心管6，中心管6与芯轴2螺纹连接。

割刀13下方的压盖14上设置有液流道21，楔形凸块18下方的芯轴2上设置有连通孔22，连通孔22与芯轴2的中心孔连通；与液流道21上端口对应的压盖14上螺纹安装有喷嘴11，喷嘴11通过液流道21在芯轴2下移时与连通孔22连通，从而与芯轴2的中心孔连通。

该扩眼外径可调的液压式随钻扩眼装置的芯轴2为变径体，芯轴2的顶部设置有凸缘，工作过程中凸缘可以起到节流增压的作用。在非工作状态下，在剪切销钉5的作用下芯轴2无法移动，此时割刀13收缩在在中间管3内，液流道21与芯轴2上的连通孔22不接通。

工作时，该扩眼装置到达扩眼位置后，在压力作用下芯轴2下移并剪断剪切销钉5，带动中心管6一起向下移动，这一过程中，复位弹簧7受压蓄能，割刀13由于与芯轴2为楔形配合被逐步推出中间管3外进行扩眼，当割刀13被逐步推出至一定位置时，液流道21与芯轴2上的连通孔22连通，从而与芯轴2的中心孔连通，由此使钻井液通过喷嘴10对割刀12进行冲洗。

芯轴2下移的同时，压块4上的卡头15首先进入上卡口19内，由于卡口19的底部为斜形，在压力作用下芯轴2继续下移，当卡头15和下卡口20吻合时，在压力作用下，卡头15进入至下卡口20内从而将芯轴2锁死，扩眼完呈后后泄压，卡头15在小弹簧16作用下回位，即解锁，此时割刀13和芯轴2分别在回位弹簧12和复位弹簧7作用下回到初始位置，之后起钻即可收回工具。当需要改变扩眼外径时，只需更换相应的限位套9，从而改变芯轴2的下移行程即可。

该扩眼装置不仅通过改变芯轴2的下移行程可改变该装置的扩眼外径，同时，由于喷嘴11螺纹安装在压盖14上，通过更换喷嘴11可优化水力参数以便满足特定工况下的工艺要求。该扩眼装置具有结构简单，使用方便的特点，能快速、安全的完成随钻扩眼工作。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种扩眼外径可调的液压式随钻扩眼装置，属石油钻井扩眼工具技术领域。它由上接头、下接头、中间管、芯轴、中心管和割刀构成，中间管内通过限位套和压块安装有芯轴，芯轴上设置有楔形凸块，与楔形凸块对应的中间管上设置有割刀口，割刀口内通过压盖和回位弹簧装有割刀，割刀与凸起连接。该扩眼装置结构简单，使用方便。解决了现有工具受力不平衡，存在扩眼器扭矩大、工作状态不稳定、对地层适应能力差等问题；以及结构复杂，无水眼喷嘴或水眼喷嘴不可调导致割刀的切削性能和切割效率差进而影响割刀使用寿命的问题。特别适用于油气井随钻扩眼使用。

技术研发人员：冯定;杨行;孙巧雷;王哲;陈正
受保护的技术使用者：长江大学
技术研发日：2017.12.05
技术公布日：2018.03.27