一种可重复激活的随钻扩眼工具

本发明属于石油天然气钻井设备，具体涉及一种可重复激活的随钻扩眼工具。

背景技术：

1、随着我国非常规油气勘探开发的日益深入，深井超深井环空间隙小、泥岩层盐膏层等塑性地层卡钻、超高压气藏及大段盐膏层的存在导致钻井液安全密度窗口窄等钻井工程难题对井身结构设计、钻井施工和固井质量提出了严峻挑战。使用随钻扩眼工具扩展井眼直径、减小塑性地层卡钻风险、提高固井质量，为膨胀管提供作业空间从而实现非常规井身结构已成为石油天然气钻井作业的常用手段。

2、现有的随钻扩眼工具主要为投球激活式扩眼工具，通过投入金属球控制球座运动实现流场的打开和关闭，从而控制活塞推动刀翼运动，实现刀翼展开和收回。这种设计的缺点在于投球前必须通径，这要求扩眼工具必须接在mwd、lwd等测井设备上方，对井身结构设计的灵活性有一定限制。另外，投球激活原理下扩眼工具仅能实现单次激活，无法重复激活扩眼，工具利用率低，多次起下钻导致非生产时间增加，提高了扩眼作业成本。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种可重复激活的随钻扩眼工具，该扩眼工具能够根据扩眼作业需求，实现可控的刀翼张开或收回，从而实现一次入井多段扩眼作业，有效提高扩眼作业效率，降低钻井成本。解决了现有扩眼工具仅能单次激活、必须接在测井工具上方等问题。

2、本发明采用的技术方案为：一种可重复激活的随钻扩眼工具，随钻扩眼工具包括工具外壳、中心管，上端帽、下端帽、传动机构和控制机构；

3、所述工具外壳上开有扩眼工具喷嘴，所述中心管上开有过流孔，中心管安装于工具外壳内，工具外壳与上端帽螺纹连接；

4、所述传动机构和控制机构分别套装在中心管的上部和下部；

5、所述控制机构包括行程轮、控制轮、控制活塞、行程轮弹簧和控制活塞弹簧；

6、所述行程轮的上部为行程轮盖板，行程轮盖板下方的轮体上设有上凸台，行程轮的下部开有梯形下键槽；所述控制轮上部的内壁上开有相互间隔的长键槽和短键槽，所述行程轮弹簧设置于长键槽内，控制轮下部的内壁上开有下滑槽，所述控制活塞弹簧设置在下滑槽内；所述控制活塞的外部设有活塞滑块，其上部设有活塞推动齿。

7、进一步地，所述活塞滑块为矩形凸台，其数量为4个，且圆周均布。

8、进一步地，所述活塞推动齿为梯形凸台，其数量为8个，且圆周均布。

9、进一步地，所述梯形下键槽的数量为8个，且圆周均布。

10、进一步地，所述长键槽和短键槽的数量均为4个，且间隔的圆周均布。

11、进一步地，所述下滑槽为矩形凹槽，其数量为4个，且圆周均布。

12、进一步地，所述传动机构包括驱动弹簧外壳、驱动弹簧、驱动环、刀翼和驱动活塞；所述驱动活塞与驱动环螺纹连接，所述驱动弹簧外壳套装在驱动弹簧的外部，驱动环套装在驱动弹簧外壳的外部；所述刀翼通过侧面斜导轨与工具外壳中部的斜导轨配合，使刀翼能够在导轨中滑动。所述驱动弹簧外壳为桶状结构，位于上端帽下方，所述驱动环用于限制驱动弹簧外壳径向自由度。驱动环为具有三个翼的环装结构，靠近刀翼一侧外沿有一段凸台，用以限制刀翼的最大展开位移，驱动环分别布置在刀翼的两侧，从而将驱动活塞的推力和驱动弹簧的弹力传导给刀翼。驱动环底部与驱动活塞螺纹连接，驱动活塞套在中心管上，在轴向上具有自由度。

13、进一步地，所述下端帽用于限制控制活塞位移。

14、进一步地，控制轮整体为管状结构，底部为喇叭形扩口，以配合工具外壳螺纹。下滑槽内的控制活塞弹簧用以配合活塞滑块，使其在控制轮中的滑动。控制轮的4个长键槽和4个短键槽为间隔分布，键槽之间的转换部分车有圆角，其中短键槽向长键槽转换部分凸台较短，长键槽向短键槽转换部分的凸台较长。下端面的矩形凹槽位置与短键槽位置相对应。控制轮上部长键槽和下部矩形凹槽中设有弹簧，以平衡各运动状态下行程轮和控制活塞的压力。行程轮弹簧位于控制轮长键槽内，行程轮上部的上凸台与长键槽或短键槽配合，从而控制行程轮的上下位置。

15、进一步地，行程轮为上细下粗的管状结构，上部细段为能够遮盖住过流孔的行程轮盖板，在行程轮上下运动时控制中心管的过流孔的打开或关闭。粗段上部的4个梯形的上凸台配合控制轮的长键槽短键槽，上凸台的下端面为梯形的斜面，该斜面用于控制行程轮在控制轮键槽中的转动，从而改变行程轮凸台在键槽中的位置。行程轮下部的8个梯形下键槽配合控制活塞推动齿传递液压和扭矩，并使行程轮的上凸台完全脱离长键槽或短键槽时发生逆时针旋转（从下向上看）。

16、进一步地，所述控制活塞整体为环状结构，活塞主体外侧的矩形凸台，用以配合控制轮，使控制活塞在控制轮中滑动。控制活塞的梯形凸台，用以配合行程轮下部的梯形键槽，推动行程轮向上运动。

17、本发明的有益效果：本发明提供了一种可重复激活的随钻扩眼工具，解决了现有扩眼工具仅能单次激活、必须接在测井工具上方等问题。其主要优点如下：

18、（1）、能够实现多次重复激活扩眼工具，实现更为灵活的多层段扩眼工艺，避免了传统随钻扩眼工具单次激活的不足，可有效提高扩眼作业效率，减少非生产时间，降低钻井成本；

19、（2）、避免了投球激活式扩眼工具必须通径的弊端，使得工具可安置在mwd/lwd等测井工具的下方，减少了流量限制，为井身结构设计提供更为灵活的方案。

技术特征：

1.一种可重复激活的随钻扩眼工具，其特征在于：所述可重复激活的随钻扩眼工具包括工具外壳、中心管，上端帽、下端帽、传动机构和控制机构；

2.根据权利要求1所述的可重复激活的随钻扩眼工具，其特征在于：所述活塞滑块为矩形凸台，其数量为4个，且圆周均布。

3.根据权利要求1所述的可重复激活的随钻扩眼工具，其特征在于：所述活塞推动齿为梯形凸台，其数量为8个，且圆周均布。

4.根据权利要求1所述的可重复激活的随钻扩眼工具，其特征在于：所述梯形下键槽的数量为8个，且圆周均布。

5.根据权利要求1所述的可重复激活的随钻扩眼工具，其特征在于：所述长键槽和短键槽的数量均为4个，且间隔的圆周均布。

6.根据权利要求1所述的可重复激活的随钻扩眼工具，其特征在于：所述所述下滑槽为矩形凹槽，其数量为4个，且圆周均布。

7.根据权利要求1-6任一项所述的可重复激活的随钻扩眼工具，其特征在于：所述传动机构包括驱动弹簧外壳、驱动弹簧、驱动环、刀翼和驱动活塞；所述驱动活塞与驱动环螺纹连接，所述驱动弹簧外壳套装在驱动弹簧的外部，驱动环套装在驱动弹簧外壳的外部；所述刀翼通过侧面斜导轨与工具外壳中部的斜导轨配合。

技术总结
本发明属于石油天然气钻井设备技术领域，具体涉及一种可重复激活的随钻扩眼工具，包括工具外壳、中心管，上端帽、下端帽、传动机构和控制机构；工具外壳上开有扩眼工具喷嘴，中心管上开有过流孔，中心管安装于工具外壳内，工具外壳与上端帽螺纹连接；传动机构和控制机构分别套装在中心管的上部和下部；控制机构包括行程轮、控制轮、控制活塞、行程轮弹簧和控制活塞弹簧；传动机构包括驱动弹簧外壳、驱动弹簧、驱动环、刀翼和驱动活塞。能够实现多次重复激活扩眼工具，可有效提高扩眼作业效率，减少非生产时间，降低钻井成本。避免了投球激活式扩眼工具必须通径的弊端，减少了流量限制，为井身结构设计提供设计思路。

技术研发人员：盖京明,李玮,谢晓蕊,赵欢,邹林浩
受保护的技术使用者：东北石油大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/12