[发明专利]可控变径扩孔钻具

说明书

本发明涉及一种可控变径扩孔钻具，包括上接头、本体、推力芯轴、斜坡块、柱塞式扩孔刀、桶形凸轮机构、复位弹簧、弹簧止动机构、平衡活塞组、下接头。所述的本体后端连接上接头，前端连接下接头，柱塞式扩孔刀上镶有金刚石复合片，钻井液从上接头流入，当井下需要扩孔时，液压增加推力芯轴带动斜坡块向前运动，斜坡块推动柱塞式扩孔刀向外扩展实现变径，同时通过桶形凸轮和凸轮销的作用限制推力芯轴向后运动。为了改变扩孔直径，通过调节液压值，实现凸轮销和桶形凸轮凹槽在不同位置的配合，同时可保证扩孔直径在工作过程中保持稳定。在提升钻柱时可控制液压使柱塞式扩孔刀缩回，减小回退过程中的卡钻风险。

技术领域

本发明涉及一种用于钻探工程领域可控变径扩孔钻具，其主要应用于石油天然气钻井工程。

背景技术

以往钻井过程，其下部井眼直径都必须小于上一层套管的内径，这种常规的钻井程序，这将对相应套管的顺利下入和完井带来极大地方便，很大程度的随着超深井、大斜度井、大位移井多底井等复杂井数量的增多，特别是海洋深水钻井的发展，使得井身结构越来越复杂，套管层序越来越多，各层套管与钻出井眼的间隙越来越来小，直接影响到下套管和固井作业，也直接影响到完井作业和油气开发。尽管有些偏心双轴钻头和水力式牙轮扩孔器出现，可以实现随钻将井眼扩大一些，但是其自身的缺陷造成井眼井径不规则，井眼轨迹控制差，井身质量差，甚至于掉扩孔牙轮，不仅解决不了下套管固井困难的问题，还增加了井下事故的频发等一系列复杂情况。

在实际作业过程中，由于在最深井段井斜角度最大甚至于是水平段，且往往是硬地层或者是地层压实程度好，钻井作业中井径扩大系数好，形成其井眼尺寸与套管与套管外径间隙最小，这样的间隙只要井身质量不那么好，井眼狗腿度大一点，往往造成套管下不下去的问题，直接影响完井质量和今后油井生产。由此，本发明人凭借相关行业的经验与实践，提出可控变径扩孔钻具，以克服现有技术的缺陷。

发明内容

为解决在钻井过程中改变扩孔直径，减少起下钻时间，提高钻井效率，本发明提供了可控变径扩孔钻具，本发明在地面控制钻井液的液压，通过液压作用于推力芯轴改变扩孔钻具的工作直径，实现对井底的扩孔，一旦停泵，在复位弹簧作用下直径回缩，就可以与钻头一起方便起出井眼，完成了套管下部井眼扩孔。

本发明的技术方案是：可控变径扩孔钻具由上接头、本体、推力芯轴、斜坡块、柱塞式扩孔刀、桶形凸轮机构、复位弹簧、弹簧止动机构、平衡活塞组和下接头组成，本体前端与下接头通过螺纹扣连接，本体后端连接上接头；所述的斜坡块安装在推力芯轴上，并且采用密封圈c密封，柱塞式扩孔刀安装在本体圆周方向的圆孔内，并且柱塞式扩孔刀与斜坡块通过T形槽和T形凸台配合，可以实现推力芯轴通过台阶推动斜坡块向前运动，斜坡块推动柱塞式扩孔刀向外扩展，推力芯轴的后端为活塞部分，并采用密封圈a密封活塞部分和上接头内壁，柱塞式扩孔刀与本体圆周上的孔采用密封圈b密封；所述的桶形凸轮机构包括下芯轴、桶形凸轮、凸轮销套、弹性橡胶、凸轮销、推力球轴承、轴承座帽，下芯轴的后端通过螺纹连接推力芯轴，在下芯轴的台阶处向前依次安装推力球轴承、桶形凸轮、推力球轴承和轴承座帽，弹性橡胶和凸轮销依次安装在凸轮销套内部，凸轮销套通过螺纹扣安装在本体上，通过弹性橡胶使凸轮销与凸轮销套圆柱表面凹槽配合，桶形凸轮的圆柱表面凹槽通过凸轮销防止柱塞式扩孔刀在工作时回缩，当需要改变扩孔直径，可先增加钻井液的液压使推动芯杆向前位移，并带动桶形凸轮向前运动，然后减小钻井液液压，在复位弹簧作用下桶形凸轮向后运动，此时凸轮销和桶形凸轮圆柱表面的凹槽作用下卡在下一个工况位置，该钻井工具只需控制液压先增加再减小，就能改变凸轮销与桶形凸轮圆柱表面的凹槽配合位置，从而得到稳定的扩孔直径；所述的弹簧止动机构包括弹簧止动件和固定销，弹簧止动件与复位弹簧的前端接触，弹簧止动件用固定销固定在下接头内部，复位弹簧后端为弹簧间隔件，弹簧间隔件的后端顶着轴承座帽；所述的平衡活塞组由平衡活塞和密封圈d组成，平衡活塞组安装在下芯轴和下接头之间，用来密封复位弹簧、推力球轴承、桶形凸轮机构和斜坡块，该钻具在密封填充口注入密封油，并且用阀堵堵住。