[发明专利]一种构造煤大口径成井双向往复式钻进三级扩孔钻具及钻孔方法

权利要求书

1.一种构造煤大口径成井双向往复式钻进三级扩孔钻具，它包括领眼总成（31）、一级二级扩孔回收总成（32）和三级扩孔回收总成（33），其中领眼总成（31）与一级二级扩孔回收总成（32）相连接，一级二级扩孔回收总成（32）与三级扩孔回收总成（33）相连接；

所述领眼总成（31）为钻头（29）；

所述一级二级扩孔回收总成（32）包括外壳体（1），外壳体（1）中空内部设有活塞腔和柱塞腔（27），其中柱塞腔（27）靠近领眼总成（31），柱塞腔（27）内反向活动设置有两个扩孔柱塞（28）；所述活塞腔内设有活塞（24），活塞（24）将活塞腔分割为上下两个部分，靠近柱塞腔（27）的下半部分为液压油腔（26），液压油腔（26）内设有液压油和弹簧c（25），活塞腔上半部分内设有弹簧d（30），上半部分在弹簧d（30）顶部设有胶塞（19），胶塞（19）上方的外壳体（1）上设有两个与钻具外部连接的溢流孔（18），所述活塞（24）两侧依次设有二级扩孔限位孔（20）、一级扩孔限位孔（21）和原位限位孔（22），活塞腔的内壁上成对设有与二级扩孔限位孔（20）、一级扩孔限位孔（21）和原位限位孔（22）匹配的扩孔限位器（23）；

所述三级扩孔回收总成（33）包括外壳体（1），外壳体（1）内设有内管，内管包括下内管（13）和上内管（15），其中下内管（13）部分插入上内管（15），下内管（13）和上内管（15）连接处设有密封圈（14），其中下内管（13）的底端设有下连接固定环（12），下连接固定环（12）与内管连接密封圈（14）之间在下内管（13）外侧套有弹簧b（11），内管的下内管（13）端口处设有三级扩孔激活孔挡球a（16），上内管（15）两侧通过刀翼旋转轴a（5）活动设有可伸出收入外壳体（1）中的两个刀翼（6），刀翼（6）的外侧上设有多个刀齿（7），刀翼（6）与上内管（15）连接处还设有固定在上内管（15）上的刀翼旋转轴b（34），上内管（15）与外壳体（1）之间设有弹簧a（4），弹簧a（4）套在上内管（15）上，上内管（15）顶部管口处设有泥浆孔（2）并与外壳体（1）外连通，泥浆孔（2）两侧设有限位钉（3），内管的上内管（15）端口靠近泥浆孔（2）处设有三级扩孔激活孔挡球b（17），外管（1）上设有用于固定刀翼（6）的支挡（8），支挡（8）上设有连接下内管（13）的上连接固定环（9），上内管（15）下端固定有内管连接密封圈（14），下内管（13）外侧的外壳体（1）上倾斜设有喷射嘴（10），使钻具内管的内部与外壳体（1）的外部相通，在三级扩孔前，从喷射嘴（10）中喷出具有一定压力的泥浆液辅助扩孔。

2.根据权利要求1所述的构造煤大口径成井双向往复式钻进三级扩孔钻具，其特征是：弹簧d（30）通过缓冲将扩孔泵压分别从固定压力值转变为一定范围的压力区间，提高扩孔压力控制的可操作性。

3.根据权利要求1所述的构造煤大口径成井双向往复式钻进三级扩孔钻具，其特征是：上连接固定环（9）和下连接固定环（12）将支挡（8）和下内管（13）连接为一体，组成刀翼（6）支挡机构。

4.根据权利要求1所述的构造煤大口径成井双向往复式钻进三级扩孔钻具，其特征是：上内管（15）套在下内管（13）上，内管连接密封圈（14）固定在上内管（15）下端来实现与下内管（13）密封连接。

5.一种使用权利要求1所述构造煤大口径成井双向往复式钻进三级扩孔钻具的构造煤大口径成井双向往复式钻进三级扩孔方法，其特征在于步骤如下：设计三级扩孔位置为A和B之间孔段；定义正常钻井泵送泥浆压力为P₁，一级扩孔泵送泥浆压力为P₂，二级扩孔泵送泥浆压力为P₃，其中P₁<P₂<P₃；

当领眼总成（31）为钻头（29）钻入设计位置A时，使用正常钻井泵送泥浆压力P₁，此期间活塞（24）两侧的原位限位孔（22）与活塞腔壁上的扩孔限位器（23）位置匹配，此时泵送泥浆通过上内管（15）进入下内管（13），再从下内管（13）进入溢流孔（18），然后沿着钻井流回地面；

给定泵送泥浆压力P₂，泥浆推动胶塞（19）挤压弹簧d（30）收缩，同时弹簧d（30）向活塞（24）施加压力，推动活塞（24）移动并挤压弹簧c（25）压缩，此时活塞（24）两侧的一级扩孔限位孔（21）与活塞腔壁中的扩孔限位器（23）的位置匹配，液压油腔（26）空间变小，液压油从液压油腔（26）被挤压到柱塞腔（27）中，柱塞腔（27）中的液压油推动扩孔柱塞（28）部分伸出，并跟随钻具旋转，钻具整体旋转从位置A移动退回至设计位置B，完成一级扩孔，此时钻井泥浆冲洗液通过上内管（15）进入下内管（13），再从下内管（13）进入溢流孔（18），然后沿着钻井流回地面；

给定泵送泥浆压力P₃，泥浆推动胶塞（19）挤压弹簧d（30）继续收缩，同时弹簧d（30）继续向活塞（24）施加压力，推动活塞（24）移动并挤压弹簧c（25）压缩，此时活塞（24）两侧的二级扩孔限位孔（20）与活塞腔壁中的扩孔限位器（23）位置匹配，液压油腔（26）内空间继续缩小，更多液压油被进一步从液压油腔（26）被挤压到柱塞腔（27）中，柱塞腔（27）中的液压油挤压扩孔柱塞（28）全部伸出，钻具整体旋转再次从位置B前进至设计位置A，从而完成二级扩孔，此时钻井泥浆冲洗液的流向是通过上内管（15）进入下内管（13），再从下内管（13）进入溢流孔（18），然后沿着钻井流回地面；

恢复正常钻井泵送泥浆压力P₁，泥液压力降低，弹簧c（25）推动活塞（24）移动，此时活塞腔上的扩孔限位器（23）恢复与活塞（24）两侧的原位限位孔（22）匹配，液压油腔（26）内空间增大，从而使伸出的扩孔柱塞（28）缩回柱塞腔（27），此时从钻具上内管（15）向钻具内投入三级扩孔激活孔挡球a（16），由于泵送泥浆压力的作用下通过三级扩孔激活孔挡球a（16）推动支挡（8）和下内管（13）向下移动，解除支挡（8）对刀翼（6）的阻挡，弹簧b（11）在下内管（13）向下移动的作用下拉伸，之后从钻具上内管（15）向钻具内投入三级扩孔激活孔挡球b（17），由于泵送泥浆压力的作用下通过三级扩孔激活孔挡球b（17）推动限位钉（3）脱开，上内管（15）连同内管连接密封圈（14）向下移动，弹簧a（4）收缩，上内管（15）带动刀翼（6）绕着刀翼旋转轴a（5）和刀翼旋转轴b（34）转动，刀翼（6）伸出，钻具整体旋转再次从位置A后退至设计位置B，从而实现三级扩孔，此时喷射嘴（10）向井壁喷出泥浆辅助刀翼（6）扩孔，泵压泥浆冲洗液通过内管从泥浆孔（2）向外壳体（1）喷射；

最后降低泵压为零，上内管（15）和下内管（13）依次先后在弹簧a（4）和弹簧b（11）的作用下收回刀翼（6），恢复扩孔前的状态，完成一次位置为A和B之间孔段的三级扩孔方法。