CN107178315B - 近钻头复合降扭破岩装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及石油天然气钻井、地质勘探、矿山钻探、煤层气开发设备领域中的一种近钻头复合降扭破岩装置。主要由外壳、蘑菇头、旁通孔、中心轴、中心孔、压盖、螺栓、基座、轴承、刀翼、滑槽、定位销、弹簧组成。近钻头复合降扭破岩装置安装在底部钻具组合与钻头之间，利用钻井液压力控制刀翼伸出或缩回并锁紧，随着领眼钻头同时旋转切削井壁。近钻头复合降扭破岩装置距离领眼钻头距离更短，破岩负载小，作业效率高，能够满足深井、超深井及复杂结构井的扩眼工艺要求，有利于进一步提高深层油气藏的开发效果。同时，近钻头复合降扭破岩装置还具有结构简单、操作方便、便于安装、安全可靠的优点，便于批量制造和大范围推广应用。

Description

近钻头复合降扭破岩装置

技术领域

本发明涉及石油天然气钻井、地质勘探、矿山钻探、煤层气开发领域，尤其是一种近钻头复合降扭破岩装置。

背景技术

随着浅部油气藏的开发殆尽，深井、超深井的数量逐年增加，钻井过程中的井漏层、井壁失稳层、高压层、低压层等必须封隔的地层越来越多，但由于我国标准钻头系列和套管系列相对于国外缺乏，非标钻头和套管需要定制加工，生产周期长、价格较高，使得深井、超深井井身结构设计非常复杂，下部井眼尺寸很小，不仅严重影响了深井、超深井钻井效率的提高，而且固井质量很低，增大了深部油气藏的开发成本；另外，深井、超深井的侧钻定向井开窗点位于5500米深度以下，常规侧钻工艺井眼尺寸较小，如果采用裸眼完井方式则开发效果较差，如果采用套管完井方式，由于井眼尺寸小，套管与井壁环空间隙小，导致固井质量很低，也不能确保开发效果。随钻扩眼技术是有效解决上述问题的关键技术之一，既克服了可选标准钻头系列和套管系列较少的不足，又无需定制加工非标钻头和套管，还能满足下入更大尺寸标准套管和提高固井质量的要求，但现有随钻扩眼装置存在以下问题：（1）扩眼装置距离领眼钻头远，只能用于井斜小于40度的井；（2）扩眼破岩扭矩负载大，效率低；（3）扩眼装置结构复杂，综合成本高。由此可见，目前国内外的随钻扩眼装置仍不能有效满足深井、超深井钻井工艺的要求，因此急需设计研发一种既能降低扩眼破岩负载，提高施工效率，又能距离领眼钻头较近，以满足直井、侧钻井等各种类型井的随钻扩眼工艺要求，同时还要结构简单，性能可靠，维护操作方便的近钻头复合降扭破岩装置，这对于提升我国深层油气藏高效开发的钻井工艺技术水平，增强国际竞争力具有重要的经济价值和社会价值。

发明内容

为了进一步提高深井、超深井的钻井技术水平和油气资源的开发效果，降低综合成本，克服由于国内标准钻头系列和套管系列较少而难以满足深井、超深井、超深侧钻井等工艺要求的技术现状，在现有技术装备的基础上，满足深层油气藏高效开发钻井的工艺要求。本发明的目的是为石油天然气钻井、煤层气钻井、地质勘探、矿山钻探现场提供近钻头复合降扭破岩装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

近钻头复合降扭破岩装置，包括外壳体和中心轴，其中：所述外壳体周向设置有2-6个通孔，通孔内分别设置基座和与基座旋转配合的刀翼，中心轴设置在外壳体内，并与外壳体构成滑动配合；所述中心轴顶部设置蘑菇头，蘑菇头下方是中心孔，中心孔顶部设有与上部空腔贯通的旁通孔，中心轴外部分别设有楔形锥体、V形滑槽和弹簧卡槽，其中，楔形锥体部分与外壳体的基座构成楔形滑动配合，V形滑槽与固定在外壳体内壁上的定位销限位配合，弹簧卡槽与外壳体内壁组成弹簧腔，弹簧腔内设置轴向支撑弹簧。

上述方案进一步包括：

刀翼与基座之间设有轴承，基座与中心轴对合部采用燕尾槽或T形槽配合。

刀翼外表面镶嵌切削齿。

在刀翼的外周设置有压盖，压盖通过通过螺栓）固定在外壳体上。

V形滑槽内充满润滑油；基座与中心轴之间的空间内充满润滑油。

本发明的近钻头复合降扭破岩装置安装在底部钻具组合与钻头之间，利用钻井液压力控制刀翼伸出或缩回并锁紧，随着领眼钻头同时旋转切削井壁。近钻头复合降扭破岩装置距离领眼钻头距离更短，破岩负载小，作业效率高，能够满足深井、超深井及复杂结构井的扩眼工艺要求，有利于进一步提高深层油气藏的开发效果。近钻头复合降扭破岩装置控制原理简单，零部件少，结构尺寸短小，因此对井下钻具组合的造斜率影响更小，进而满足各种类型复杂结构井的扩眼工艺要求。同时，近钻头复合降扭破岩装置还具有结构简单、操作方便、便于安装、安全可靠的优点，便于批量制造和大范围推广应用。

现场试验结果表明，利用近钻头复合降扭破岩装置能够平均提高扩眼钻井效率58.2%-77.9%，固井质量平均提高21%-67.6%，且钻井质量符合设计标准，实现了低能耗、高效率的钻井目的，为深层油气资源的高效开发提供了有力技术支撑。

附图说明

图1是依据本发明所提出的一种近钻头复合降扭破岩装置结构示意图。

图2是本发明的近钻头复合降扭破岩装置中V形滑槽结构示意图。

图中1-外壳体、2-蘑菇头、3-旁通孔、4-中心轴、5-中心孔、6-压盖、7-螺栓、8-基座、9-轴承、10-刀翼、11-V形滑槽、12-定位销、13-弹簧。

具体实施方式

下面结合附图来详细描述本发明。

参照附图1，近钻头复合降扭破岩装置主要由外壳,1、蘑菇头2、旁通孔3、中心轴4、中心孔5、压盖6、螺栓7、基座8、轴承9、刀翼10、滑槽11、定位销12、弹簧13组成。蘑菇头2安装在中心轴4的上部，中心轴4内部加工中心孔5，蘑菇头2加工旁通孔3，旁通孔3与中心孔5连通，基座8与中心轴4连接，刀翼10安装在基座8内，并与基座8之间安装轴承9，压盖6安装在外壳体1上，通过螺栓7固定，中心轴4下部的外壁加工滑槽11，定位销12与滑槽11配合，定位销12安装在外壳体1内壁上，中心轴4与外壳体1之间安装弹簧13。

参照附图2，近钻头复合降扭破岩装置处于初始状态时，中心轴4在弹簧13的作用下位于上止点，定位销12位于滑槽11的P1点，刀翼10缩回至外壳体1内。当进行扩眼施工时，启动钻井泵，钻井液液压力作用在蘑菇头上，推动中心轴4向下移动，随着中心轴4的不断下移，基座8与中心轴4之间的楔形配合使得基座8产生径向移动，由于刀翼10安装在基座8上，随着基座8的径向移动，刀翼10逐渐伸出，与此同时定位销12也在滑槽11内移动，当中心轴4移动到下止点时，定位销12位于滑槽11的P2点，此时刀翼10完全伸出并与领眼钻头同时旋转切削井壁岩石，由于刀翼10与基座8之间安装轴承9，因此刀翼10受到切削井壁岩石反作用力而产生转动，即刀翼10边旋转边切削井壁岩石，从而达到了降低破岩扭矩负载的目的，并且提高了扩眼破岩的效率；当扩眼施工完成后，先关闭钻井泵，钻井液压力降低，中心轴4在弹簧13回复力的作用下向上移动，基座8与中心轴4之间的楔形配合就使基座8发生径向缩回移动，但并没有完全缩回至外壳体1内，此时定位销12位于滑槽11的P3点，然后再次启动钻井泵，钻井液压力使得中心轴4再次向下移动，中心轴4在推动基座8径向伸出的同时，定位销12位于滑槽11的P4点，然后关闭钻井泵，钻井液压力降低，中心轴4在弹簧13回复力的作用下向上移动直至上止点，此时基座与刀翼10完全缩回至外壳体1内，定位销位12于P1点。上述过程循环往复，就能完成扩眼施工作业，并将刀翼10完全缩回至外壳体1内，确保井下工具安全。

Claims (5)

1.近钻头复合降扭破岩装置，包括外壳体（1）和中心轴（4），其特征在于：所述外壳体（1）周向设置有2-6个通孔，通孔内分别设置基座（8）和与基座（8）旋转配合的刀翼（10），中心轴（4）设置在外壳体（1）内，并与外壳体（1）构成滑动配合；所述中心轴（4）顶部设置蘑菇头（2），蘑菇头（2）下方是中心孔（5），中心孔（5）顶部设有与上部空腔贯通的旁通孔（3），中心轴（4）外部分别设有楔形锥体、V形滑槽（11）和弹簧卡槽，其中，楔形锥体部分与外壳体（1）的基座（8）楔形滑动配合，V形滑槽（11）与固定在外壳体（1）内壁上的定位销（12）限位配合，弹簧卡槽与外壳体（1）内壁组成弹簧腔，弹簧腔内设置轴向支撑弹簧（13）。

2.根据权利要求1所述的近钻头复合降扭破岩装置，其特征是：刀翼（10）与基座（8）之间设有轴承（9），基座（8）与中心轴（4）对合部采用燕尾槽或T形槽配合。

3.根据权利要求1或2所述的近钻头复合降扭破岩装置，其特征是：刀翼（10）外表面镶嵌切削齿。

4.根据权利要求3所述的近钻头复合降扭破岩装置，其特征是：在刀翼（10）的外周设置有压盖（6），压盖（6）通过通过螺栓（7）固定在外壳体（1）上。

5.根据权利要求4所述的近钻头复合降扭破岩装置，其特征是：V形滑槽（11）内充满润滑油；基座（8）与中心轴（4）之间的空间内充满润滑油。