[发明专利]一种往复伸缩式随钻扩眼装置

说明书

本发明涉及一种石油天然气行业用于随钻扩眼作业领域的往复伸缩式随钻扩眼装置，解决随钻扩眼工具扩眼效率低及偏心扩眼工具回收安全性差等问题。其技术方案是：上接头与上壳体上端螺纹连接，上壳体下端与中壳体上端螺纹连接，中壳体下端与下壳体上端螺纹连接，下壳体下端与下接头上端螺纹连接；螺杆转子下端与万向轴上端螺纹连接，万向轴下端与上齿轮轴上端螺纹连接；上心轴下端与下心轴上端螺纹连接，下心轴下端与偏心钻头螺纹连接；橡胶定子固定在上壳体内腔，螺杆转子置入橡胶定子内腔。本发明实现了偏心钻头公转+自转的复合旋转及轴向往复伸缩，扩眼效率较高，且在随钻扩眼结束后偏心钻头回收方便可靠，克服了偏心钻头中心线对正困难的问题。

技术领域

本发明涉及一种石油天然气行业用于随钻扩眼作业领域的往复伸缩式随钻扩眼装置。

背景技术

在陆地和海上油气钻采过程中，钻井形成的井眼由于受地层挤压等原因，经常会遇到井眼直径缩小导致钻井过程难以继续的问题，因此井下扩眼技术和扩眼器应运而生，该技术和工具的使用不仅能解决井径缩小的问题，而且还具有很大的工程意义：（1）通过扩眼器的使用，扩大井眼直径，有利于井下测试和下套管作业；（2）通过井下扩眼技术可以采用小间隙套管程序，从而优化套管程序，减少套管钢材和固井水泥使用量，降低作业成本；（3）可解决盐膏层蠕变和挤压所带来的勘探和钻井等问题。

随钻扩眼作业是在钻进的同时扩大裸眼段尺寸，使其大于上部套管串内径的一种钻井作业技术。随钻扩眼技术在降低钻井综合成本，提高油气井质量，提高油气井产能等方面具有突出优势，具备良好的市场前景。扩眼钻头是为某些特殊作业或为解除事故专门设计的钻头。分为张合式扩眼钻头和普通扩眼钻头，前者利用液压机构或依靠旋转离心力将钻头张开，切削岩石，扩大井眼；切削部件可以是牙轮钻头，也可以是刮刀钻头或金刚石钻头。偏心扩眼钻头为侧面突起的钻头，它的特点是结构坚固，整体高度低，提高了井下马达的定向能力，根据特殊的力平衡原理设计，不对称布局使钻头钻进时整体绕钻头轴线旋转，保证了井眼质量；合理的喷嘴和排屑槽布局，能及时地运移井底岩屑和清洗冷却钻头，该钻头已经广泛应用于各类特殊作业。双心扩眼钻头的使用方式是：扩眼钻头下入并通过一段直径较小的井眼（通常为套管内孔），下入过程中双心扩眼钻头的领眼体的轴线与井眼的中心线有一定的偏移；穿过小直径井眼后，扩眼工具绕自身轴线旋转钻进，可在较小直径井眼下方钻出直径更大的井眼。

国外对扩眼器的研制较早，在20世纪90年代初开始随钻扩眼的研究工作，其技术水平相对较高，迄今为止已研制出偏心钻头和液压扩眼器等多种随钻扩眼器。单纯使用偏心钻头在扩眼过程中主要存在以下问题：扩眼刀翼单边受力、扭矩大、机械钻速低、井眼扩大尺寸有限。目前使用的国外液压扩眼器在作业过程中存在的主要问题有以下几点：服务费用昂贵；利用压差推动刀翼张开，但不能准确判断刀翼是否张开到扩眼所需尺寸，扩眼效果达不到要求；刀翼张到最大后没有锁定机构，随着压力的变化外径易发生变化；如产生泥包，弹簧的推力不够，刀翼不能收回；水眼处没有单流阀，水眼容易堵塞等问题。国内开展随钻扩眼钻井相关研究较晚，有关介绍随钻扩眼工具理论分析、随钻扩眼工具研发及现场应用的文章相对较少，许多理论尚不完善。进口偏心钻头及液压扩眼器在使用过程中存在的问题在国产工具中都有所体现，同时，国产液压扩眼器扩眼效率低、结构不够合理、工作安全性差和寿命短的问题更为突出，难以满足海洋钻井的技术要求。因此，目前国产扩眼器的结构迫切需要进一步完善以提高其工作可靠性。

基于现有扩眼刀翼式结构随钻扩眼工具的缺点，采用偏心式扩眼工具具备结构简单，故障率低，维护成本低的显著优势。而偏心式扩眼工具在扩眼作业结束后，当偏心钻头下部本体中心线和上部工具中心线恰好对齐时，可顺利完成起钻作业；但是偏心钻头下部本体中心线和上部工具中心线对齐的位置是有且唯一的，因此很多时候随钻扩眼作业停止后，偏心钻头下部本体中心线和上部工具中心线并未对齐，在起钻过程中致使偏心钻头偏心一侧卡在扩眼井段上端部的缩径段位置，严重时造成钻柱回收失败，给施工井队带来巨大经济损失，大大增加了施工周期和钻井成本。

鉴于目前国外扩眼器存在服务费用高、国内随钻扩眼工具扩眼效率低及偏心扩眼工具回收安全性差等问题，本发明特提供一种往复伸缩式随钻扩眼装置。