一种随钻多级扩眼器及其操作方法与流程

本发明属于油田钻探工程，涉及一种随钻多级扩眼器及其操作方法。

背景技术：

1、在油气勘探过程中发现越来越多已探明油气资源埋藏于深部地层，深井、超深井已成为油气开发的一种趋势，但是在深井、超深井以及长水平段水平井钻井过程中，由于钻遇地层复杂多样，且常存在盐膏层等易蠕变缩颈地层，造成卡钻等复杂事故。

2、为解决该问题，提高深井钻井作业的安全性，常采用随钻扩眼的方法。提高环空尺寸，但是目前常用随钻扩眼器在实践中主要存在以下不足：1.目前常用随钻扩眼器分为喷嘴憋压式和投球式，喷嘴憋压式扩眼器扩眼刀翼伸缩控制更为容易，但是可靠性较差，常发生刀翼难以收回问题，造成井下卡钻；投球式随钻扩眼器刀翼控制较为复杂，作业流程更多，现场使用不方面，但是可靠性稳定性较高，现场使用更为广泛。目前，缺乏一种使用方面，作业流程简单，且工具可靠性安全性高的扩眼工具方案。2.现有扩眼工具多为固定尺寸扩眼，扩眼尺寸在生产时就被固定，往往仅针对同一类型井甚至某一口井，适用性不强。无法实现按需扩眼。但是在深井超深井钻井过程中，由于钻遇地层较常规井眼更为复杂，盐膏层等易蠕变缩颈地层存在较为普遍，同一口井不同井段的扩眼需求也是不尽相同的，现有扩眼工具难以满足多级不同尺寸扩眼需求。

3、现有技术中，急需一种随钻多级扩眼器及其操作方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种随钻多级扩眼器及其操作方法，解决现有扩眼工具固定扩眼尺寸适应性差的问题。多级扩眼可实现按需扩眼，扩眼尺寸随着扩眼级别的增加而增加，可满足同一口井不同地层、不同井的扩眼需求，降低非常规储层钻井事故复杂度，大幅提高钻井速度与质量，缩短建井周期，降本生产成本，推动深层、非常规等复杂地层钻井降本增效。

2、为了达到上述技术目的，本发明的实施例是这样实现的：

3、一方面，本发明的实施例提供了一种随钻多级扩眼器，包括上接头、上芯轴、二级活塞、限位卡瓦、破裂阀、筒体、上下限位块、上下挡块、刀体、推力活塞、下芯轴、下球座和下接头，所述上接头通过上部设置的接头螺纹与钻杆相连，上接头下部依次设有上芯轴、筒体、刀体、下接头，下接头与下部钻具通过接头螺纹连接进行扭矩传递，上芯轴与上接头通过剪钉固定，上芯轴上通过螺纹装有破裂阀、弹簧定位环，二级活塞与一级限位卡瓦装在上芯轴及筒体的环空内，复位弹簧的上部与弹簧定位环接触，复位弹簧下部与上限位块接触，上限位块与上挡块通过螺钉连接安装在上芯轴及筒体的环空内可相对滑动，刀体装于筒体矩形滑道内，可相对滑动，下挡块、下限位块、推力活塞通过螺钉与沟槽相互固定装于上芯轴及筒体环控，可上下滑动，并装有密封圈隔绝内外泥浆，下芯轴、下球座通过剪钉连接，下芯轴上部与上芯轴通过密封圈连接，下部与下接头通过螺纹连接。

4、进一步，所述下芯轴开有过流孔。

5、另一方面，本发明的实施例提供了一种随钻多级扩眼器的操作方法，包括以下步骤：

6、包括以下步骤：

7、低压时通过第一次投球，打开一级推力活塞推动刀体至小的扩眼井径，并通过限位卡瓦锁紧刀体；高压时破裂阀打开，形成新的液压通道推动二级活塞下移，限位卡瓦收缩回位，刀体继续上移张开至大的扩眼井径，从而继续扩大井眼，减少起下钻时间。

8、进一步，低泵压时，井眼投入钢球，到达下球座行成密封，剪断剪钉，钢球与下球座下移，流体一部分进入环空内，一部分通过下芯轴开的过流孔继续向下循环，环控内流体对推力活塞产生上推力推动刀体张开，当上限位块端面移动至一级限位卡瓦时，一级限位卡瓦上端面与上接头顶死，刀体被限位；此时稳定低泵压持续向下钻进，起到小井眼扩眼的效果。

9、进一步，高泵压时：当钻井井眼需要扩大至大尺寸时，需提高泵压，当泵压提高至破裂阀设置的最高破裂压强时，破裂阀打开，流体通过阀孔进入二级活塞与上芯轴之间环空，对二级活塞产生向下推力并向下移动，此时一级限位卡瓦在上限位块推力及自身弹性下收缩至二级活塞卡槽内，上限位块在推力活塞推力下继续上移，直至上限位块台阶面与筒体槽面接触行成限位，刀体继续张开至大井眼尺寸；此时稳定高泵压持续向下钻进，起到大井眼扩眼的效果。

10、进一步，当扩眼器达到扩眼井径及深度后，需要收回刀体以便起下钻具，停泵后在刀体自重及复位弹簧的弹力下推动上挡块带动刀体向下滑动，刀体收回，若刀体无法正常回收时，需投入第二颗钢球，上芯轴球座时剪断剪钉，钢球与上芯轴向下移动，上芯轴上的台阶推动上挡块强制带动刀体下移收缩，从而收回刀体，当上芯轴下端与下芯轴台阶相接时被限位，此时上部流体通过上芯轴上的过流孔继续向下流动，保证正常循环。

11、本发明实施例的有益效果是：

12、本发明的技术方案可提供一种液压式多级扩眼器，其最大优点是多级扩眼系统可根据不同地层需求扩出不同尺寸，在整口井不同井段实现不同扩眼需求，实现深井超深井井身结构拓展提速提效。

13、本发明实现按需扩眼技术，特殊设计的多级扩眼系统可根据不同地层需求扩出不同尺寸，在整口井不同井段实现不同扩眼需求，多级扩眼系统液压控制，工具的稳定性和实用性有很好的保障，有助于提高深井钻井作业的安全性和井眼质量，实现深井超深井提速提效，提高对不同目标地层的适应性，缩短建井周期，提高井眼质量，为后续电测下套管创造良好的井眼条件，适合推广应用。

技术特征：

1.一种随钻多级扩眼器，其特征在于，包括上接头、上芯轴、二级活塞、限位卡瓦、破裂阀、筒体、上下限位块、上下挡块、刀体、推力活塞、下芯轴、下球座和下接头，所述上接头通过上部设置的接头螺纹与钻杆相连，上接头下部依次设有上芯轴、筒体、刀体、下接头，下接头与下部钻具通过接头螺纹连接进行扭矩传递，上芯轴上通过螺纹装有破裂阀、弹簧定位环，二级活塞与一级限位卡瓦装在上芯轴及筒体的环空内，复位弹簧的上部与弹簧定位环接触，复位弹簧下部与上限位块接触，上限位块与上挡块通过螺钉连接安装在上芯轴及筒体的环空内，刀体装于筒体矩形滑道内，下挡块、下限位块、推力活塞通过螺钉与沟槽相互固定装于上芯轴及筒体环控，并装有密封圈隔绝内外泥浆，下芯轴、下球座通过剪钉连接。

2.根据权利要求1所述的随钻多级扩眼器，其特征在于，所述下芯轴开有过流孔。

3.根据权利要求1所述的随钻多级扩眼器，其特征在于，所述上芯轴与上接头通过剪钉固定。

4.根据权利要求1所述的随钻多级扩眼器，其特征在于，所述下芯轴上部与上芯轴通过密封圈连接。

5.根据权利要求1所述的随钻多级扩眼器，其特征在于，所述下部与下接头通过螺纹连接。

6.一种权利要求1至5任一项所述的随钻多级扩眼器的操作方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的随钻多级扩眼器的操作方法，其特征在于，低泵压时，井眼投入钢球，到达下球座行成密封，从而憋压剪断剪钉，钢球与下球座下移，流体一部分进入环空内，一部分通过下芯轴开的过流孔继续向下循环，环控内流体对推力活塞产生上推力推动刀体张开，当上限位块端面移动至一级限位卡瓦时，一级限位卡瓦上端面与上接头顶死，刀体被限位；此时稳定低泵压持续向下钻进，起到小井眼扩眼的效果。

8.根据权利要求6所述的随钻多级扩眼器的操作方法，其特征在于，高泵压时：当钻井井眼需要扩大至大尺寸时，需提高泵压，当泵压提高至破裂阀设置的最高破裂压强时，破裂阀打开，流体通过阀孔进入二级活塞与上芯轴之间环空，对二级活塞产生向下推力并向下移动，此时一级限位卡瓦在上限位块推力及自身弹性下收缩至二级活塞卡槽内，上限位块在推力活塞推力下继续上移，直至上限位块台阶面与筒体槽面接触行成限位，刀体继续张开至大井眼尺寸；此时稳定高泵压持续向下钻进，起到大井眼扩眼的效果。

9.根据权利要求6所述的随钻多级扩眼器的操作方法，其特征在于，当钻扩眼器达到扩眼井径及深度后，需要收回刀体以便起下钻具，停泵后在刀体自重及复位弹簧的弹力下推动上挡块带动刀体向下滑动，刀体收回，若刀体无法正常回收时，需投入第二颗钢球，上芯轴球座时剪断剪钉，钢球与上芯轴向下移动，上芯轴上的台阶推动上挡块强制带动刀体下移收缩，从而收回刀体，当上芯轴下端与下芯轴台阶相接时被限位，此时上部立体通过上芯轴上的过流孔继续向下循环。

技术总结
本发明公开了一种随钻多级扩眼器及其操作方法，属于钻井和钻探技术领域，其包括上接头、上芯轴、二级活塞、限位卡瓦、破裂阀、筒体、上下限位块、上下挡块、刀体、推力活塞、下芯轴、下球座、下接头。本发明还公开了一种随钻多级扩眼器的操作方法，低压时通过第一次投球，打开一级推力活塞推动刀体至小的扩眼井径，并通过限位卡瓦锁紧刀体。高压时破裂阀打开，形成新的液压通道推动二级活塞下移，限位卡瓦收缩回位，刀体继续上移张开至大的扩眼井径，从而继续扩大井眼，减少起下钻时间，适合推广应用。

技术研发人员：陈畅畅,纪国栋,于璟,张宏源,武强,刘力,于金平,王庆,张佳伟,孙钰琪
受保护的技术使用者：中国石油天然气集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13