CN107780836A - 扩眼器 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种扩眼器，包括：本体，所述本体的上端和下端分别连接有上接头和下接头，所述上接头的外壁设置有多个第一螺旋刀翼，所述下接头的外壁设置有多个第二螺旋刀翼，多个所述第一螺旋刀翼的螺旋方向与多个所述第二螺旋刀翼的螺旋方向相反，多个所述第一螺旋刀翼沿周向部分包围所述上接头，多个所述第二螺旋刀翼沿周向部分包围所述下接头，且多个所述第一螺旋刀翼和多个所述第二螺旋刀翼分布在所述本体相对的两侧，多个所述第一螺旋刀翼的周向分布角度和多个所述第二螺旋刀翼的周向分布角度之和为360度。本申请的扩眼器能消除井眼微螺旋，提高钻井井眼的平滑度，并清除岩屑床，解决钻进中缩径卡钻、摩阻扭矩大、岩屑携带困难等问题。
Description
技术领域
本申请涉及钻井设备技术领域，尤其涉及一种扩眼器。
背景技术
本部分的描述仅提供与本申请公开相关的背景信息，而不构成现有技术。
随着油气资源品位的不断下降，油气勘探开发逐渐向非常规、低渗透领域转移，钻井面临的地层更加多样化。蠕变性的盐层、膨胀性的页岩易造成井眼缩径，导致起下钻遇阻或卡钻风险增加，水平井、大位移井数量不断增加，造斜段及水平段钻进中易出现岩屑床堆积、井眼不规则、摩阻扭矩大、托压严重等问题，制约了钻井效率的提高。
井筒质量是钻井过程中最重要的因素之一，井筒质量不好一般可以表现为井眼不畅、井径不规则，形成螺旋井眼或发生井眼屈曲，从而导致起下钻、电测、下套管作业遇阻，容易造成憋漏地层或拔垮地层的事故，对井眼安全造成严重影响。
具体的，例如，在钻井过程中，钻杆可以传递扭矩、施加钻压、承受钻铤等钻具重量。在钻进施工的过程中，由于螺旋井眼的不规则性，钻杆与不规则井壁接触，摩擦阻力很大，对钻具的磨损严重，经常会出现磨损减薄的现象，从而导致其承载能力下降，为钻杆断裂事故的发生埋下隐患，直接影响钻井周期。
再例如，由于螺旋井眼的不规则性，固井过程中套管下入困难，摩擦阻力及扭矩增加，套管居中度不好，水泥胶结不好，固井质量差，水泥环强度及抵抗外界力学、化学作用的能力减弱，从而减少井的寿命，增加后期开发风险，甚至使整口井报废，造成严重的经济损失。
随钻扩眼技术是近年来兴起的一项钻井新技术，其原理是采用随钻扩眼工具在套管下边钻边扩，这样钻出的井眼尺寸比领眼钻头尺寸大，以达到提高完井质量及解决复杂事故的目的。随钻扩眼技术通常被认为是一种非常规的钻井技术，是小井眼钻井的重要技术之一。但随钻扩眼钻井过程中仍有很多技术难点严重影响作业效率。
近年来，国内外都对随钻扩眼技术进行了研究，但是有些扩眼工具在扩眼过程中产生的岩石碎屑粒径过大，使得钻井液携带岩屑效率低，岩屑易堆积形成岩屑床，导致钻柱高摩阻、高扭矩，严重时造成卡钻、钻具断落等井眼安全事故，同时岩屑床形成后还影响后续作业，如造成套管下入困难、固井质量差等，增加了作业风险和成本。因此，如何随钻修整井壁、清除岩屑床，提高钻井过程中井眼平滑度，保证井筒安全，是亟待解决的技术问题。
应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。
发明内容
基于前述的现有技术缺陷，本申请提供了一种扩眼器，其可以消除井眼微螺旋，提高钻井井眼的平滑度，并清除岩屑床，解决钻进中缩径卡钻、摩阻扭矩大、岩屑携带困难等问题，为后期作业创造良好的井筒环境。
为了实现上述目的，本申请提供了如下的技术方案。
一种扩眼器，所述扩眼器能与钻柱相连接，并在所述钻柱的带动下旋转；包括：本体，所述本体的上端和下端分别连接有上接头和下接头，所述上接头的外壁设置有多个第一螺旋刀翼，所述下接头的外壁设置有多个第二螺旋刀翼，多个所述第一螺旋刀翼的螺旋方向与多个所述第二螺旋刀翼的螺旋方向相反，多个所述第一螺旋刀翼沿周向部分包围所述上接头，多个所述第二螺旋刀翼沿周向部分包围所述下接头，且多个所述第一螺旋刀翼和多个所述第二螺旋刀翼分布在所述本体相对的两侧，多个所述第一螺旋刀翼的周向分布角度和多个所述第二螺旋刀翼的周向分布角度之和为360度。
优选地，所述本体沿其轴向设置有通道，所述上接头和下接头轴向贯通。
优选地，所述上接头和下接头与所述本体一体设置。
优选地，多个所述第一螺旋刀翼沿周向0至180度分布，多个所述第二螺旋刀翼沿周向180至360度分布。
优选地，由上至下的方向上，多个所述第一螺旋刀翼的螺旋方向为顺时针，多个所述第二螺旋刀翼的螺旋方向为逆时针。
优选地，由上至下的方向上，多个所述第一螺旋刀翼的螺旋方向为逆时针，多个所述第二螺旋刀翼的螺旋方向为顺时针。
优选地，所述本体呈柱状，其具有基准轴线，多个所述第一螺旋刀翼和多个所述第二螺旋刀翼的中心轴线偏离所述基准轴线设置，从而多个所述第一螺旋刀翼和多个所述第二螺旋刀翼相对所述本体偏心设置。
优选地，由上至下的方向上，多个所述第一螺旋刀翼的厚度逐渐增大，每个所述第一螺旋刀翼的外壁面上设置有多个第一保径齿，多个所述第一保径齿分布在所述第一螺旋刀翼的下端，每个所述第一螺旋刀翼朝向旋转方向的侧壁面上设置有多个第一切削齿，所述第一切削齿的数量大于所述第一保径齿的数量。
优选地，由上至下的方向上，多个所述第二螺旋刀翼的厚度逐渐减小，每个所述第二螺旋刀翼的外壁面上设置有多个第二保径齿，多个所述第二保径齿分布在所述第二螺旋刀翼的上端，每个所述第二螺旋刀翼朝向旋转方向的侧壁面上设置有多个第二切削齿，所述第二切削齿的数量大于所述第二保径齿的数量。
借由以上的技术方案，本申请的有益效果在于：
本申请实施方式的扩眼器，通过在上接头和下接头外壁设置多个第一螺旋刀翼和多个第二螺旋刀翼，螺旋状的刀翼由于为圆弧平滑过渡，从而可以逐渐切削井壁，产生的岩屑颗粒较细，从环空上返的阻力较小，有利于岩屑返出地面，从而解决岩屑携带困难等的问题。
此外，多个第一螺旋刀翼和多个第二螺旋刀翼沿周向部分包围上接头和下接头的外壁，且多个第一螺旋刀翼和多个第二螺旋刀翼对称设置在本体相对的两侧，使得本申请实施方式的扩眼器在随钻杆旋转的过程中，可以实现动态平衡和均匀切削，同时可以防止遇阻、卡钻的情况发生。
进一步地，多个第一螺旋刀翼和多个第二螺旋刀翼螺旋方向相反，可以使得环空中钻井液充分旋流，制造出更好的紊流效果，从而悬浮岩屑床，以利于岩屑的上返。
具体实施时，将本申请实施方式的扩眼器安装在底部钻具组合(BHA)的上部，扩眼器随钻杆一起转动。位于下部的多个第二螺旋刀翼对钻井狗腿进行第一次切削，螺旋型刀翼可以对井壁进行切削和研磨，并且，螺旋型的刀翼设计可以减少对井壁的剧烈冲击，达到均匀切削和研磨的效果，有效减少切削岩屑颗粒大、井壁不稳定等问题。位于上部的多个第一螺旋刀翼对钻井狗腿进行第二次切削，起到进一步修复及补充切削第一螺旋刀翼盲区的作用，从而使井眼更平滑。
实践证明，本申请实施方式的扩眼器用于蠕变性的盐膏层或膨胀性页岩地层钻井中，可有效降低缩径遇阻或卡钻风险，用于水平井钻井中，可有效修整井壁，消除井下微狗腿、微台阶，保持井眼通畅，同时通过机械和水力联合作用，破坏并清除岩屑床，降低井眼摩阻扭矩，在下套管之前或下入膨胀封隔器之前，不需要专门下入扩眼工具进行钻后扩眼作业，保证井眼安全，提高钻井效率。
其它应用领域将根据本文中提供的描述而变得明显。本发明内容的描述和具体示例仅旨在例示的目的，并非旨在限制本发明的范围。
附图说明
在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本申请公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本申请的理解，并不是具体限定本申请各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本申请的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本申请。在附图中：
图1为本申请实施方式的扩眼器的结构示意图；
图2为图1中的扩眼器旋转180度后的结构示意图；
图3为本申请实施方式的扩眼器的局部剖视结构示意图；
图4为图1中A-A截面的结构示意图；
图5为图1的俯视结构示意图。
具体实施方式
需要说明的是，当一个零部件被称为“设置于”另一个零部件，它可以直接在另一个零部件上或者也可以存在居中的零部件。当一个零部件被认为是“连接”另一个零部件，它可以是直接连接到另一个零部件或者可能同时存在居中零部件。本文所使用的术语“垂直”、“水平”、“左”、“右”以及类似的表述是基于说明书附图为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
如图1至图5所示，本申请实施方式提供了一种扩眼器，所述扩眼器能与钻柱相连接，并在所述钻柱的带动下旋转。其可以包括：本体1，所述本体1的上端和下端分别连接有上接头2和下接头3，所述上接头2的外壁设置有多个第一螺旋刀翼21，所述下接头3的外壁设置有多个第二螺旋刀翼31，多个所述第一螺旋刀翼21的螺旋方向与多个所述第二螺旋刀翼31的螺旋方向相反，多个所述第一螺旋刀翼21沿周向部分包围所述上接头2，多个所述第二螺旋刀翼31沿周向部分包围所述下接头3，且多个所述第一螺旋刀翼21和多个所述第二螺旋刀翼31分布在所述本体1相对的两侧，多个所述第一螺旋刀翼21的周向分布角度和多个所述第二螺旋刀翼31的周向分布角度之和为360度。
本申请实施方式的扩眼器，通过在上接头2和下接头3外壁设置多个第一螺旋刀翼21和多个第二螺旋刀翼31，螺旋状的刀翼由于为圆弧平滑过渡，从而可以逐渐切削井壁，产生的岩屑颗粒较细，从环空上返的阻力较小，有利于岩屑返出地面，从而解决岩屑携带困难等的问题。
此外，多个第一螺旋刀翼21和多个第二螺旋刀翼31沿周向部分包围上接头2和下接头3的外壁，且多个第一螺旋刀翼21和多个第二螺旋刀翼31对称设置在本体1相对的两侧，使得本申请实施方式的扩眼器在随钻杆旋转的过程中，可以实现动态平衡和均匀切削，同时可以防止遇阻、卡钻的情况发生。
进一步地，多个第一螺旋刀翼21和多个第二螺旋刀翼31螺旋方向相反，可以使得环空中钻井液充分旋流，制造出更好的紊流效果，从而悬浮岩屑床，以利于岩屑的上返。
具体实施时，将本申请实施方式的扩眼器安装在底部钻具组合(BHA)的上部，扩眼器随钻杆一起转动。位于下部的多个第二螺旋刀翼31对钻井狗腿进行第一次切削，螺旋型刀翼可以对井壁进行切削和研磨，并且，螺旋型的刀翼设计可以减少对井壁的剧烈冲击，达到均匀切削和研磨的效果，有效减少切削岩屑颗粒大、井壁不稳定等问题。位于上部的多个第一螺旋刀翼21对钻井狗腿进行第二次切削，起到进一步修复及补充切削第一螺旋刀翼21盲区的作用，从而使井眼更平滑。
在本实施方式中，本体1沿其轴向设置有通道，上接头2和下接头3轴向贯通，以便于为钻井液提供流通通道，同时可以用于循环钻井液，将钻井液输送至钻头处，清洗井底。
其中，上接头2用于连接钻杆，其内壁设置有内螺纹，以实现与钻杆的可拆卸连接。下接头3的下端分别被加工呈锥形，其外壁设置有外螺纹，用于与钻柱实现可拆卸连接。
作为优选地，上接头2和下接头3与本体1一体设置，这样，本申请实施方式的扩眼器形成一个无活动部件的统一整体，从而可以提高其强度，井下作业可靠性大大提升。同时，扩眼器的材料采用调质处理，硬度达HB280-340，上接头2和下接头3的断面设有倒角，外表面做淬火、渗氮耐磨处理，以提高其硬度。
在本实施方式中，多个第一螺旋刀翼21和多个第二螺旋刀翼31沿周向部分包围上接头2和下接头3的外周壁，也就是说，多个第一螺旋刀翼21和多个第二螺旋刀翼31分别设置在上接头2的一侧，上接头2和下接头3的另一侧未设置刀翼。这样，相对于现有技术中扩眼器设置沿周向360度均设置有刀翼的设计而言，本申请的扩眼器在上接头2和下接头3设置有第一螺旋刀翼21和第二螺旋刀翼31处，可以与井壁之间形成间隙，该间隙可以有利于岩屑的上返。
如图1至图3所示，第一螺旋刀翼21和第二螺旋刀翼31的数量示意性的示出了4个，但需要说明的是，第一螺旋刀翼21和第二螺旋刀翼31的数量并不限定于此。实际中，可以根据需要进行设计，例如，第一螺旋刀翼21和第二螺旋刀翼31的数量可以为3个、5个或更多，本申请对此不作限定。
如图5所示，在一个优选地实施方式中，为了使本申请实施方式的扩眼器在随钻杆旋转的过程中，实现较佳地动态平衡和均匀切削的效果，多个第一螺旋刀翼21沿周向0至180度分布，多个第二螺旋刀翼31沿周向180至360度分布。即，多个第一螺旋刀翼21和多个第二螺旋刀翼31分别沿周向占据上接头2和下接头3的一半，且多个第一螺旋刀翼21和多个第二螺旋刀翼31为对称设置。
此外，为了避免卡钻事故，可以将多个第一螺旋刀翼21和多个第二螺旋刀翼31相对于本体1采用微偏心设置。具体的，本体1呈柱状例如可以为圆柱状，呈柱状的本体1具有基准轴线，多个第一螺旋刀翼21和多个第二螺旋刀翼31的中心轴线偏离基准轴线设置，从而多个第一螺旋刀翼21和多个第二螺旋刀翼31相对本体1偏心设置。通过对多个第一螺旋刀翼21和多个第二螺旋刀翼31进行微偏心设置，可以将井筒直径在钻头直径的基础上扩大3％至8％，并具备正划眼和倒划眼功能。
如图1至图3所示，多个第一螺旋刀翼21的螺旋方向与多个第二螺旋刀翼31的螺旋方向相反，具体可以包括：由上至下的方向上，多个第一螺旋刀翼21的螺旋方向为顺时针，多个第二螺旋刀翼31的螺旋方向为逆时针；或者，由上至下的方向上，多个第一螺旋刀翼21的螺旋方向为逆时针，多个第二螺旋刀翼31的螺旋方向为顺时针。
进一步地，由上至下的方向上，多个第一螺旋刀翼21的厚度逐渐增大，每个第一螺旋刀翼21的外壁面上设置有多个第一保径齿211，多个第一保径齿211分布在第一螺旋刀翼21的下端，每个第一螺旋刀翼21朝向旋转方向的侧壁面上设置有多个第一切削齿212，第一切削齿212的数量大于第一保径齿211的数量。
同样的，由上至下的方向上，多个第二螺旋刀翼31的厚度逐渐减小，每个第二螺旋刀翼31的外壁面上设置有多个第二保径齿311，多个第二保径齿311分布在第二螺旋刀翼31的上端，每个第二螺旋刀翼31朝向旋转方向的侧壁面上设置有多个第二切削齿312，第二切削齿312的数量大于第二保径齿311的数量。
图1至图3示意性的示出了第一切削齿212和第二切削齿312的数量为6个，第一保径齿211和第二保径齿311的数量为5个。但需要说明的是，第一切削齿212和第二切削齿312，以及第一保径齿211和第二保径齿311的数量并不限定于此。实际中，可以根据需要进行设计，本申请对此不作限定。
实践证明，本申请实施方式的扩眼器用于蠕变性的盐膏层或膨胀性页岩地层钻井中，可有效降低缩径遇阻或卡钻风险，用于水平井钻井中，可有效修整井壁，消除井下微狗腿、微台阶，保持井眼通畅，同时通过机械和水力联合作用，破坏并清除岩屑床，降低井眼摩阻扭矩，在下套管之前或下入膨胀封隔器之前，不需要专门下入扩眼工具进行钻后扩眼作业，保证井眼安全，提高钻井效率。
需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的和区别类似的对象，两者之间并不存在先后顺序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施方式和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照前述权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为申请人没有将该主题考虑为所公开的申请主题的一部分。
Claims (9)
1.一种扩眼器，所述扩眼器能与钻柱相连接，并在所述钻柱的带动下旋转；其特征在于，包括：本体，所述本体的上端和下端分别连接有上接头和下接头，所述上接头的外壁设置有多个第一螺旋刀翼，所述下接头的外壁设置有多个第二螺旋刀翼，多个所述第一螺旋刀翼的螺旋方向与多个所述第二螺旋刀翼的螺旋方向相反，多个所述第一螺旋刀翼沿周向部分包围所述上接头，多个所述第二螺旋刀翼沿周向部分包围所述下接头，且多个所述第一螺旋刀翼和多个所述第二螺旋刀翼分布在所述本体相对的两侧，多个所述第一螺旋刀翼的周向分布角度和多个所述第二螺旋刀翼的周向分布角度之和为360度。
2.如权利要求1所述的扩眼器，其特征在于，所述本体沿其轴向设置有通道，所述上接头和下接头轴向贯通。
3.如权利要求1所述的扩眼器，其特征在于，所述上接头和下接头与所述本体一体设置。
4.如权利要求1所述的扩眼器，其特征在于，多个所述第一螺旋刀翼沿周向0至180度分布，多个所述第二螺旋刀翼沿周向180至360度分布。
5.如权利要求1所述的扩眼器，其特征在于，由上至下的方向上，多个所述第一螺旋刀翼的螺旋方向为顺时针，多个所述第二螺旋刀翼的螺旋方向为逆时针。
6.如权利要求1所述的扩眼器，其特征在于，由上至下的方向上，多个所述第一螺旋刀翼的螺旋方向为逆时针，多个所述第二螺旋刀翼的螺旋方向为顺时针。
7.如权利要求1所述的扩眼器，其特征在于，所述本体呈柱状，其具有基准轴线，多个所述第一螺旋刀翼和多个所述第二螺旋刀翼的中心轴线偏离所述基准轴线设置，从而多个所述第一螺旋刀翼和多个所述第二螺旋刀翼相对所述本体偏心设置。
8.如权利要求1所述的扩眼器，其特征在于，由上至下的方向上，多个所述第一螺旋刀翼的厚度逐渐增大，每个所述第一螺旋刀翼的外壁面上设置有多个第一保径齿，多个所述第一保径齿分布在所述第一螺旋刀翼的下端，每个所述第一螺旋刀翼朝向旋转方向的侧壁面上设置有多个第一切削齿，所述第一切削齿的数量大于所述第一保径齿的数量。
9.如权利要求1所述的扩眼器，其特征在于，由上至下的方向上，多个所述第二螺旋刀翼的厚度逐渐减小，每个所述第二螺旋刀翼的外壁面上设置有多个第二保径齿，多个所述第二保径齿分布在所述第二螺旋刀翼的上端，每个所述第二螺旋刀翼朝向旋转方向的侧壁面上设置有多个第二切削齿，所述第二切削齿的数量大于所述第二保径齿的数量。
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