一种机械式偏心扩眼回收定位装置

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机械式偏心扩眼回收定位装置。

背景技术

在石油天然气行业，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。

目前国内外随钻扩眼技术使用的随钻扩眼工具大多是具有扩眼刀翼，利用机械或者液压作用力控制扩眼刀翼撑开进行扩眼作业，然而该类型随钻裸眼工具结构复杂，传动件多，发生故障概率高，维护困难。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，难以保证偏心钻头中心轴和钻柱中心轴对齐，致使偏心钻头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，大大增加钻井成本。

针对现有随钻扩眼工具存在的技术缺陷，本发明特提供一种机械式偏心扩眼回收定位装置。

发明内容

本发明的目的是：为了解决提高随钻扩眼作业效率，降低钻井成本问题，特提供一种机械式偏心扩眼回收定位装置。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种机械式偏心扩眼回收定位装置，是由主筒体、上芯轴、滚珠、轴承座、下芯轴、封盖、转换接头、偏心钻头、活塞销、封环和弹簧构成；其结构特征是：主筒体上端和螺杆钻具的外壳下端丝扣连接，上芯轴上端和螺杆钻具的万向轴下端丝扣连接；主筒体内腔设置一偏心台阶孔，主筒体下部设置一活塞孔，主筒体内腔设置一传压孔连通活塞孔和内腔上端面；上芯轴上部设置一通孔连通内外腔空间，上芯轴外圆下部设置为外花键；下芯轴内腔上部设置为内花键，下芯轴外圆上部周向均匀设置六个半球形凹槽，下芯轴外圆柱中部设置一圈换向槽；上芯轴外圆下部外花键插入下芯轴内腔上部内花键；六个滚珠分别安装在下芯轴外圆上部的六个半球形凹槽内；轴承座内腔上部设置为圆弧形台阶，轴承座置入主筒体内腔的偏心台阶孔内，轴承座外圆和主筒体偏心台阶孔紧配合；上芯轴和下芯轴整体置入主筒体内腔的偏心台阶孔内，滚珠与轴承座内腔上部圆弧形台阶压紧承受钻压；活塞销和弹簧置入主筒体下部的活塞孔内，封环和主筒体下部活塞孔孔口螺纹固紧；在弹簧作用下，活塞销前端圆柱头插入下芯轴外圆中部的换向槽内；封盖内腔设置一偏心孔，下芯轴穿过封盖内腔偏心孔；封盖与主筒体下端面法兰连接；转换接头上端与下芯轴下端丝扣连接，转换接头下端与偏心钻头上端丝扣连接；偏心钻头上部连接螺纹中心线与偏心钻头下部本体中心线设置有偏心距。

下放本装置，初始状态偏心钻头下部本体中心线和主筒体中心线对齐，进行随钻扩眼作业时，先用方钻盘旋转钻柱，再开泵循环钻井液，高压钻井液从主筒体的传压孔流入活塞孔，推动活塞销克服弹簧的作用力产生移动，活塞销前端圆柱头脱离下芯轴外圆中部的换向槽；螺杆钻具的万向轴驱动上芯轴旋转，上芯轴驱动下芯轴、转换接头和偏心钻头旋转，偏心钻头同时产生自转和公转运动，进行随钻扩眼作业；完成随钻扩眼作业后，停泵上提钻柱，活塞销在弹簧的作用下产生回移，活塞销前端圆柱头插入下芯轴外圆中部的换向槽内；上提钻柱的过程中，下芯轴、转换接头和偏心钻头在下部阻力作用下轴向下移，下芯轴在换向槽的作用下旋转固定的角度；下放本发明至井底，下芯轴、转换接头和偏心钻头相对上芯轴轴向上移，再次上提钻柱，下芯轴、转换接头和偏心钻头在下部阻力作用下轴向下移，下芯轴在换向槽的作用下再次旋转固定的角度；重复上述上提下放钻柱的操作方式，直至偏心钻头下部本体中心线和主筒体中心线对齐，使下部阻力消失，实现顺利起钻。

本发明的有益效果是：（1）本发明利用偏心钻头进行随钻扩眼作业，相比扩眼刀翼式的扩眼工具，结构简单，故障率低，有利于降低钻井成本；（2）本发明随钻扩眼作业结束后偏心钻头回收方便、可靠，克服偏心钻头中心线对正困难的问题；（3）本发明纯机械结构，适应井下复杂工况。

附图说明

图1是本发明一种机械式偏心扩眼回收定位装置原始状态的结构示意图。

图2是本发明一种机械式偏心扩眼回收定位装置钻井工作状态的结构示意图。

图3是本发明一种机械式偏心扩眼回收定位装置起钻状态的结构示意图。

图4是图3A-A截面的剖视图。

图5是图3B处局部放大图。

图6是下芯轴的三维结构图。

图中：1.主筒体、2.上芯轴、3.滚珠、4.轴承座、5.下芯轴、6.封盖、7.转换接头、8.偏心钻头、9.活塞销、10.封环、11.弹簧、101.传压孔、51.换向槽。

具体实施方式

如图1、图2、图3、图4、图5和图6所示，本发明一种机械式偏心扩眼回收定位装置，是由主筒体1、上芯轴2、滚珠3、轴承座4、下芯轴5、封盖6、转换接头7、偏心钻头8、活塞销9、封环10和弹簧11构成；其结构特征是：主筒体1上端和螺杆钻具的外壳下端丝扣连接，上芯轴2上端和螺杆钻具的万向轴下端丝扣连接；主筒体1内腔设置一偏心台阶孔，主筒体1下部设置一活塞孔，主筒体1内腔设置一传压孔101连通活塞孔和内腔上端面；上芯轴2上部设置一通孔连通内外腔空间，上芯轴2外圆下部设置为外花键；下芯轴5内腔上部设置为内花键，下芯轴5外圆上部周向均匀设置六个半球形凹槽，下芯轴5外圆柱中部设置一圈换向槽51；上芯轴2外圆下部外花键插入下芯轴5内腔上部内花键；六个滚珠3分别安装在下芯轴5外圆上部的六个半球形凹槽内；轴承座4内腔上部设置为圆弧形台阶，轴承座4置入主筒体1内腔的偏心台阶孔内，轴承座4外圆和主筒体1偏心台阶孔紧配合；上芯轴2和下芯轴5整体置入主筒体1内腔的偏心台阶孔内，滚珠3与轴承座4内腔上部圆弧形台阶压紧承受钻压；活塞销9和弹簧11置入主筒体1下部的活塞孔内，封环10和主筒体1下部活塞孔孔口螺纹固紧；在弹簧11作用下，活塞销9前端圆柱头插入下芯轴5外圆中部的换向槽51内；封盖6内腔设置一偏心孔，下芯轴5穿过封盖6内腔偏心孔；封盖6与主筒体1下端面法兰连接；转换接头7上端与下芯轴5下端丝扣连接，转换接头7下端与偏心钻头8上端丝扣连接；偏心钻头8上部连接螺纹中心线与偏心钻头8下部本体中心线设置有偏心距。

下放本装置，初始状态偏心钻头8下部本体中心线和主筒体1中心线对齐，进行随钻扩眼作业时，先用方钻盘旋转钻柱，再开泵循环钻井液，高压钻井液从主筒体1的传压孔101流入活塞孔，推动活塞销9克服弹簧11的作用力产生移动，活塞销9前端圆柱头脱离下芯轴5外圆中部的换向槽51；螺杆钻具的万向轴驱动上芯轴2旋转，上芯轴2驱动下芯轴5、转换接头7和偏心钻头8旋转，偏心钻头8同时产生自转和公转运动，进行随钻扩眼作业。完成随钻扩眼作业后，停泵上提钻柱，活塞销9在弹簧11的作用下产生回移，活塞销9前端圆柱头插入下芯轴5外圆中部的换向槽51内。上提钻柱的过程中，当本装置被上提至扩眼井段缩径段时，若偏心钻头8下部本体中心线和主筒体1中心线对齐，则钻柱和本装置被顺利起出井口；若偏心钻头8下部本体中心线和主筒体1中心线未对齐，即起钻至扩眼井段缩径段时遇卡，此时缓慢上提钻柱，下芯轴5、转换接头7和偏心钻头8在下部阻力作用下相对上芯轴2轴向下移，下芯轴5在换向槽51的作用下旋转固定的角度；下放本发明至井底，下芯轴5、转换接头7和偏心钻头8相对上芯轴2轴向上移，再次上提钻柱，下芯轴5、转换接头7和偏心钻头8在下部阻力作用下相对上芯轴2轴向下移，下芯轴5在换向槽51的作用下再次旋转固定的角度；重复上述上提下放钻柱的操作方式，直至偏心钻头8下部本体中心线和主筒体1中心线对齐，使下部阻力消失，实现顺利起钻，将整个扩眼工具全部可靠回收。