[发明专利]一种用于地质钻井的保径装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于石油、天然气开采过程中的保径装置，具体涉及一种用于地质钻井的保径装置。

背景技术

现有技术中，在石油、天然气开采以及地质钻井工程中，普遍使用牙轮钻头上的牙齿破碎岩石，在钻井过程中，保持井眼直径符合预定值的任务则由牙齿最外缘的齿(即保径齿)来完成，当保径齿磨损到使得井眼直径减小到不能满足工作要求时，便达到钻头的使用寿命，从而需要更换新的钻头。目前国内外在钻头保径方面采取的措施主要是通过改变钻头上的材料以及增加齿数，以达到增强其耐磨性的目的，但是尚不能较为理想的解决上述问题，结合钻井开采石油的实际工况，尤其是在海下开采石油的特殊工况下，保径齿的快速磨损而导致井眼缩小而达不到工作要求的问题依然未得到较好的解决。

专利CN03135715.6公开了一种无级变径保径器，由保径体及其上沿周向分布的一个或数个保径装置组成，保径装置包括转向座、测径齿、推杆、固定块、支撑块、保径翼、保径齿、密封圈、液压油及垫圈，测径齿一端外漏，其外漏长度取决于预期的井眼直径，另一端伸入转向座内，并与推杆的斜面接触，转向座安装在保径体上，其内部装有液压油，密封圈置于测径齿与转向座之间，推杆与转向座之间也装有密封圈，推杆的另一端与支撑块接触，支撑块的另一端是个斜面，该斜面与保径翼的斜面配合，保径翼的外表面上有保径齿，用固定块、螺栓、垫圈将保径翼限位在保径体上，保径体内有钻井液流道。在钻井过程中，该无级变径保径器的测径齿与井壁接触，不切削井壁，一旦井眼缩小，测径齿便向内退让，使转向座内的液体压力上升，并推动推杆运动，在推杆的推动下，支撑块和保径翼间的配合斜面将轴向运动转换为保径翼的径向外伸运动，使保径齿切削井壁。利用该无级变径保径器虽然可使井眼直径达到要求，但是其结构复杂，制作成本很高，一旦转向座发生损坏或液压油泄露，都将导致保径翼的运动失效。

由此可见，现有技术有待于进一步的改进和提高。

发明内容

本发明为避免上述现有技术存在的不足之处，提供了一种用于地质钻井的保径装置，该装置结构简单，制作成本低。

本发明所采用的技术方案为：

一种用于地质钻井的保径装置，包括钻头本体和沿钻头本体周向设置的若干个保径单元，各保径单元均包括第一保径齿、第二保径齿和推杆，推杆位于钻头本体内，第一保径齿的一端与第二保径齿的一端均外漏，第一保径齿的另一端和第二保径齿的另一端均伸入钻头本体内，且第一保径齿伸入钻头本体内的部分、第二保径齿伸入钻头本体内的部分均与推杆相铰接，推杆与钻头本体相铰接。

所述推杆与钻头本体相铰接的铰接点位于推杆的中部，第一保径齿与该铰接点的轴向距离等于第二保径齿与该铰接点的轴向距离。

所述推杆与砖头本体相铰接的点位于推杆的上部，且该铰接点距离推杆顶端的距离为推杆总长度的0.2～0.4倍，第一保径齿与该铰接点的轴线距离小于第二保径齿与该铰接点的轴向距离。

所述保径单元还包括容置腔，所述容置腔包括用于容纳第一保径齿伸入钻头本体内的部分的第一腔体、用于容纳第二保径齿伸入钻头本体内的部分的第二腔体以及用于容纳推杆的第三腔体，第一腔体、第二腔体及第三腔体相互连通。

所述第一腔体和第二腔体均呈圆台状，且第一腔体的中轴线与水平面间的夹角、第二腔体的中轴线与水平面间的夹角均为3°～10°。

所述保径单元还包括用于连接第一保径齿与推杆的第一连接杆、以及用于连接第二保径齿与推杆的第二连接杆，第一连接杆分别与第一保径齿和推杆相互铰接，第二连接杆分别与第二保径齿和推杆相互铰接；所述容置腔还包括用于容纳第一连接杆的第四腔体和用于容纳第二连接杆的第五腔体，所述第一、第二、第三、第四、第五腔体相互连通；在非使用状态下，所述第一连接杆与推杆之间的角度为60°～70°，第二连接杆与推杆之间的角度为60°～70°。

所述第一连接杆与第一保径齿的铰接点为第一铰接点，第一连接杆与推杆的铰接点为第二铰接点，使用时，第一铰接点绕第二铰接点的旋转角度为10°～15°，且第一连接杆的旋转方向为指向钻头本体内侧，并被限制为不允许向钻头本体外侧方向旋转；所述第二连接杆与第二保径齿的铰接点为第三铰接点，第二连接杆与推杆的铰接点为第四铰接点，使用时，第三铰接点绕第四铰接点的旋转角度为10°～15°，且第二连接杆的旋转方向为指向钻头本体内侧，并被限制为不允许向钻头本体外侧方向旋转。

所述推杆的旋转角度不超过3°～5°，所述第三腔体的结构为具有满足推杆最大旋转角度的倾斜度，使得所述推杆旋转到最大角度时，能够与第三腔体的腔壁紧密贴合。