[發明專利]一種適用于耐磨巖層水力旋轉式隨鉆擴眼器

在審

• 申請號: 201710238308.3
• 申請日: 2017-04-13
• 公開（公告）號: CN106869799A
• 公開（公告）日: 2017-06-20
• 發明（設計）人: 劉明鑫;任威嚴;孫鵬;查永進;李滿堂;王靈碧;張建忠;邱心明;胡錦康;張佳偉;韓樹;趙夢梨;杜世亮
• 申請（專利權）人: 中國石油集團鉆井工程技術研究院;中國石油大學（北京）
• 主分類號: E21B7/28
• 分類號: E21B7/28;E21B10/32;E21B10/54
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及石油鉆井技術領域，具體涉及一種適用于耐磨巖層水力旋轉式隨鉆擴眼器。

背景技術

在石油勘探開發的各項任務中，鉆井起著十分重要的作用。但隨著淺層油氣資源的枯竭，鉆井行業逐漸向深層油氣資源進軍。深井硬地層、超硬地層和高研磨性地層鉆井，到現在為止還是世界性的、普遍性的難題。在這種地層鉆井，機械鉆速慢、瞥跳鉆嚴重、直井防斜和糾斜困難，鉆具事故多，鉆頭、扶正器磨損嚴重，井徑問題等等。

深井鉆井所鉆遇的地層堅硬、巖石致密，井徑擴大率很小，鉆頭、鉆柱磨損嚴重，鉆頭直徑逐漸減小，井眼逐漸成錐形井眼，下一趟鉆下鉆困難；加之鉆屑呈細粉狀，在規則的井壁上形成致密泥餅，PDC鉆頭或普通扶正器下鉆需要長井段劃眼，這種情況非常危險，下放鉆具太快的話，鉆頭或扶正器塞入小井眼卡住，這樣就會出現兩種情況：第一種情況扭斷鉆具或鉆具漲扣；第二種情況因鉆具扭轉之后變短，卡住部分拔出，但是下部鉆柱因彈性能釋放急劇轉動，很可能造成上部鉆柱倒扣、脫扣，下部大部分鉆柱落井，鉆頭和扶正器被砸入小井眼卡鉆。即使通過劃眼等措施PDC鉆頭和普通扶正器下鉆到底，鉆進之后起鉆也會困難，并且下套管間隙太小，固井壓力太高。

在鉆井過程中，由于深度等因素，鉆頭往往會偏離所設計的軌跡，所鉆出的井眼并不平滑，高低不平，深淺不一，即狗腿度。這些問題對鉆井過程中的起鉆，下套管，固井等一系列后期鉆井作業影響嚴重。

針對上述問題，亟需一套有效的技術方案。

發明內容

基于以上分析，本發明設計了一種適用于耐磨巖層水力旋轉式隨鉆擴眼器，該工具通過鉆井液作為動力源，并帶動工具內部的齒輪轉動，齒輪帶動兩端的自旋鉆頭旋轉，自旋鉆頭的旋轉方向與鉆桿旋轉方向一致，當井壁出現不平整的凸起時自旋鉆頭表面安裝的PDC復合片會持續旋轉切削凸起巖石，使井壁光滑；當起鉆遇阻時，通過工具上部的擴眼頭對阻礙位置持續旋轉切削，井壁光滑后，即可起出鉆具。

為了達到上述目的，本發明采用如下的技術方案：

一種適用于耐磨巖層水力旋轉式隨鉆擴眼器主要由內螺紋、外螺紋、鉆井液流道、自旋鉆頭、齒輪、鉆井液孔眼、渦輪、封堵器、傳動軸、動力腔、密封軸承和鑲齒切削刃組成。

一種適用于耐磨巖層水力旋轉式隨鉆擴眼器通過內螺紋和外螺紋分別與上下鉆井工具連接，上下兩個自旋鉆頭通過密封軸承安裝在工具本體，兩個自旋鉆頭表面安裝鑲齒切削刃，鑲齒切削刃工作的一側鑲有PDC復合片，自旋鉆頭的內部安裝齒輪，齒輪固定在自旋鉆頭上，齒輪與自旋鉆頭內壁齒咬合；上下兩個自旋鉆頭的內部分別有四個齒輪，并且上下位置相同；上部自旋鉆頭的齒輪與下部自旋鉆頭的齒輪通過傳動軸連接；傳動軸上安裝渦輪；傳動軸與渦輪所形成的空間為動力腔；動力腔與齒輪之間密封隔絕鉆井液。

鉆井液通過內螺紋進入工具內，并通過空間逐漸減小的鉆井液流道，鉆井液流道變小使得鉆井液流道內的壓力增大，流速加快；工具中部安裝封堵器，對高壓高速的鉆井液進行封堵；封堵器上下的鉆井液流道上分別開有四個鉆井液孔眼，四個鉆井液孔眼在同一平面內，相鄰兩個鉆井液孔眼成90°，每個鉆井液孔眼方向與工具軸線方向成60°；高壓高速的鉆井液通過鉆井液孔眼進入動力腔中，同時高速沖擊渦輪；渦輪帶動動力軸旋轉，動力軸帶動上下齒輪轉動，轉動的齒輪帶動自旋鉆頭快速旋轉，自旋鉆頭表面的鑲齒切削刃對地層進行切削。

高壓高速的鉆井液通過動力腔后，由下部的鉆井液孔眼噴出，進入鉆頭；所訴動力腔有四個，通過對渦輪葉片角度進行設計，使得齒輪旋轉方向一致，對自旋鉆頭提供動力；自旋鉆頭旋轉方向與鉆頭旋轉方向相同，旋轉速度比鉆頭旋轉速度高；自旋鉆頭表面的相鄰兩個鑲齒切削刃之間有一定距離的工具外部鉆井液回流通道。

本發明的有益效果是：(1)通過安裝一種適用于耐磨巖層水力旋轉式隨鉆擴眼器后，上下兩個自旋鉆頭同時切削鉆深井耐磨地層時出現的凸出井壁，使井壁光滑。(2)自旋鉆頭旋轉速度更快，切削效果更好(3)上下兩個自旋鉆頭可以在鉆進和起鉆兩種情況下，對井壁進行磨削，使井壁更光滑。

附圖說明

附圖1為本發明的結構示意圖。

附圖2為本發明橫截面示意圖。

附圖3為本發明橫截面示意圖。

圖中標號：內螺紋1、鉆井液流道2、自旋鉆頭3、齒輪4、鉆井液孔眼5、渦輪6、封堵器7、傳動軸8、鑲齒切削刃9、動力腔10、密封軸承11、外螺紋12、PDC復合片13。

具體實施方式

以下結合附圖1，詳細說明本發明，如下：