一种随钻扩眼器的变径调节结构及随钻扩眼器

技术领域

本发明涉及扩眼器技术领域，具体而言，涉及一种随钻扩眼器的变径调节结构及随钻扩眼器。

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：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；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；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井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，在石油天然气的开发钻井过程中，钻井的深度逐步加深，钻井面临越来越多的复杂井身结构和复杂地层结构，遇到的问题也越来越复杂。由于井壁不稳和受地层挤压等原因，经常会遇到井眼直径缩小，导致钻井过程难以继续与水平井眼缩小等问题。常规的方法只能在钻井过程中或者起下钻时进行长时间的划眼操作，已达到去除缩径与修壁的目的，这会耗费大量的人力、物力和时间。因此，现有技术中，需要使用扩眼器来进行扩眼作业。

现有技术中，随钻扩眼器的扩眼孔径较为固定，导致在扩眼作业中随钻扩眼器的起下钻次数多，增加了非生产时间，导致其工作效率较低，其使用灵活性较低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种随钻扩眼器的变径调节结构及随钻扩眼器。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

本发明提供一种随钻扩眼器的变径调节结构，包括竖直布置的安装管，所述安装管的管壁上沿周向开设有至少一个开口槽；所述安装管内安装有至少一个与所述开口槽位置一一对应的刀翼组件；

所述安装管内沿其轴向设有连接杆，所述连接杆的至少一端套设一个挤压套，所述挤压套可沿所述连接杆滑动并定位；所述挤压套的一端为大直径端，另一端为小直径端，并且所述挤压套的直径由所述小直径端至所述大直径端逐渐增大；所述小直径端接近所述刀翼组件；

所述挤压套的侧壁与所述刀翼组件抵接；所述刀翼组件可随所述挤压套的滑动而沿所述安装管的径向移动至其部分穿过对应所述开口槽延伸至所述安装管外并定位。

本发明的有益效果是：在挤压套沿连接杆滑动时，挤压套滑动并且其与刀翼组件抵接的位置直径逐渐增大，能够驱动刀翼组件向安装管外展开；在挤压套停止滑动时，刀翼组件也停止展开，实现定位；这样，刀翼组件在进行扩孔作业时，根据伸出的不同位置，可以使扩孔的孔径变化，从而实现变径调节的功能。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述刀翼组件还包括刀体和至少一组复位装置，所述刀体位于对应的所述开口槽内，每组所述复位装置包括安装件和复位弹簧；所述安装件固定在所述刀体的上端和/或下端，并与所述挤压套抵接；所述复位弹簧的一端固定或抵接在所述安装件上，另一端固定或抵接在所述安装管的内管壁上。

采用上述进一步方案的有益效果是，通过复位弹簧可以实现刀体的复位，可以提高变径调节结构的灵活性。

进一步，所述刀体的上端和下端均固定有安装件；所述连接杆的两端均套设一个所述挤压套，两个所述挤压套相对于所述刀翼组件的水平中线对称布置，并且两个所述挤压套的两个小直径端相对布置；两个所述挤压套分别与对应的所述安装件抵接。

采用上述进一步方案的有益效果是，采用两个挤压套同时驱动刀翼组件径向移动，能够提高变径的稳定性。

进一步，所述安装管的上下两端分别固定安装有固定板；所述安装管内安装两个液压气缸，每个所述液压气缸固定在一个所述固定板上；所述液压气缸包括液压杆；

还包括滑动板、限位件以及支撑弹簧；所述滑动板固定于所述挤压套22的大直径端上，所述液压杆的端部与所述滑动板抵接；所述限位件固定在所述安装管的内壁上，并且位于所述挤压套的一侧；所述支撑弹簧的两端分别与所述滑动板和所述限位件固定连接或抵接。

采用上述进一步方案的有益效果是，通过液压气缸和液压杆可以驱动两个挤压套相向滑动，通过滑动板和支撑弹簧可以驱动两个挤压套背向滑动，从而实现稳定的变径。

进一步，还包括导向杆；所述滑动板上开设有导向孔，所述导向杆的一端穿过所述导向孔，另一端固定在所述限位件上，所述支撑弹簧套设在所述导向杆上。

采用上述进一步方案的有益效果是，通过设置导向杆和导向孔可以保证弹簧压缩和伸展过程的稳定。

进一步，所述开口槽为两个，两个所述开口槽相对于所述安装管的轴线对称布置；所述刀翼组件为两个，两个所述刀翼组件的所述刀体分别位于对应的所述开口槽内；

所述连接与所述安装管同轴布置，并且两个所述挤压套均与两个所述刀翼组件抵接。

采用上述进一步方案的有益效果是，设置对称的刀翼组件可以提高扩孔效率，同时保证扩孔孔径的均匀。

进一步，各个所述刀槽均位于所述刀体穿过对应所述开口槽延伸至所述安装管外的部分上；每个所述刀槽内固定有扩眼刀头。

本发明还提供一种随钻扩眼器，包括上述的变径调节结构。

本发明的随钻扩眼器可以在钻孔作业的过程中，无需多次起下钻即可实现扩孔孔径调节。

进一步，还包括旋转驱动装置、射流短节和钻柱；

所述旋转驱动装置与所述安装管的上端连接；所述射流短节可拆卸的安装于所述安装管的下端，所述钻柱可拆卸的安装于所述射流短节的下端，并且所述安装管、所述射流短节以及所述钻柱同轴布置；

所述钻柱的下端安装有钻头组件。

进一步，所述钻头组件包括安装在所述钻柱端部的钻头，所述钻头的周侧面可拆卸的安装有多个旋转切割片。

采用上述进一步方案的有益效果是，旋转切割片可拆卸的安装在钻头侧面，便于后期的维护和更换。

附图说明

图1为本发明的变径调节结构的剖视图；结构示意图；

图2为本发明的随钻扩眼器的主视结构示意图；

图3为本发明的随钻扩眼器的后视结构示意图；

图4为本发明的随钻扩眼器的右视结构示意图；

图5为本发明的随钻扩眼器的前视结构示意图；

图6为本发明的随钻扩眼器的俯视结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、上接套筒；2、安装管；3、射流短节；4、喷嘴；5、钻柱；6、安装杆；7、连接板；8、三角板；9、钻头；10、旋转切割片；11、安装螺栓；12、开口槽；13、刀翼组件；14、刀槽；15、扩眼刀头；16、安装件；17、复位弹簧；18、固定板；19、液压气缸；20、液压杆；21、滑动板；22、挤压套；23、连接杆；24、限位件；25、导向杆；26、导向孔；27、支撑弹簧。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，本发明的随钻扩眼器的变径调节结构，包括竖直布置的安装管2，安装管2的管壁上开设有至少一个开口槽12；安装管2内安装有至少一个与开口槽12位置对应的刀翼组件13，每个刀翼组件13包括刀体；每个刀体位于一个开口槽12内；安装管2内沿其轴向设有连接杆23，连接杆23的至少一端,套设一个挤压套22，挤压套22可沿连接杆23滑动并定位；挤压套22的一端为大直径端，另一端为小直径端，小直径端接近刀翼组件13，并且挤压套22的直径由小直径端至大直径端逐渐增大；挤压套22的侧壁与刀翼组件13抵接；刀翼组件13的刀体可随挤压套22的滑动而沿安装管2的径向移动并定位。

本发明的变径调节结构，通过设置直径渐变的挤压套22，在挤压套22沿连接杆23滑动时，挤压套22滑动并且其与刀翼组件13抵接的位置直径逐渐增大，能够驱动刀翼组件13的刀体向安装管2外展开；在挤压套22停止滑动时，刀翼组件13也停止展开，实现定位；这样，刀翼组件13在进行扩孔作业时，根据刀体伸出的不同位置，可以使扩孔的孔径变化，从而实现变径调节的功能。

优选的，本发明的挤压套22为圆台柱形结构。

理论上，只要能够通过上述方案将刀体沿径向展开即可实现对扩孔孔径直径的调节。然而在实际使用中，往往需要扩孔装置不仅能够以直径由小到大的方式变径，还要能够以直径由大到小的方式变径，以适应不同的扩孔孔径的需求。

因此，在本发明的一个实施例中，刀翼组件13还包括至少一组安装件16和复位弹簧17；安装件16固定在刀体的上端和/或下端，并与挤压套22抵接；复位弹簧17的一端固定在安装件16上，另一端固定在安装管2的内管壁上；复位弹簧17始终为张紧状态，为刀翼组件13提供径向向内的力，这样，当挤压套22滑动并且其与刀翼组件13抵接的位置直径逐渐增大时，刀体展开，此时复位弹簧17进一步张紧；当挤压套22滑动并且其与刀翼组件13抵接的位置直径逐渐减小时，复位弹簧17伸展，使刀翼组件13始终与挤压套22抵接，从而实现刀体的回缩。

上述实施例中，刀翼组件13可以实现直径由小变大的变径调节，也可以实现直径由大变小的变径调节；这样，该变径装置的功能更加完善，适应的作业场景更加丰富，本发明的变径调节结构，可控制刀翼组件13的刀体伸出长度，便于在随钻测井的过程中改变扩眼孔径，避免装置的多次起下钻，提高其工作效率和使用灵活性。

上述实施例中，优选的，刀体的结构为具有一定厚度的矩形刀体，该刀体的机构强度大，扩孔时更加稳定。开口槽12沿安装管2的轴向方向开设；在开口槽12内伸缩时，刀体的上下和两侧壁与开口槽12的边缘紧密配合，这样在扩孔过程中，岩壁上的碎屑不易进入刀体与开口槽12之间的缝隙，从而保证刀体能够顺利伸缩。

上述实施例中，优选的，刀体的上端和下端均固定有安装件16；连接杆23的两端均套设一个挤压套22，两个挤压套22相对于刀翼组件13的水平中线对称布置，并且两个挤压套22的两个小直径端相对布置；每个挤压套22与一个安装件16抵接两个挤压套22可相向滑动或背向滑动；当两个挤压套22相向滑动时，两个挤压套22与刀翼组件13抵接的位置直径逐渐变大，当两个挤压套22背向滑动时，两个挤压套22与刀翼组件13的安装件16抵接的位置直径逐渐变小；设置两个挤压套22同时控制刀翼组件13，能够保证刀翼组件13在展开或回缩的过程中，上下位置能够保持平衡，从而使该变径调节结构的变径过程更加稳定，调节后的扩孔孔径能够在扩孔时保持不变。

挤压套22沿连接杆23的滑动可以通过各种驱动装置实现，如电机、气缸、液压机构等。优选的，本发明采用液压机构控制挤压套22的滑动，具体结构如下：

上述实施例中，优选的，安装管2的上下两端分别固定安装有固定板18；安装管2内安装两个液压气缸19，每个液压气缸19固定在一个固定板18上；液压气缸19包括液压杆20；还包括滑动板21、限位件24以及导向杆25；滑动板21固定于挤压套22的大直径端上，液压杆20的端部与滑动板21抵接；限位件24固定在安装管2的内壁上，并且位于挤压套22的一侧；滑动板21上开设有导向孔26，导向杆25的一端穿过导向孔26，另一端固定在限位件24上，导向杆25上套设有支撑弹簧27，支撑弹簧27的两端分别与滑动板21和限位件24抵接；液压气缸19控制液压杆20伸展，液压杆20推动滑动板21和挤压套22，使两个挤压套22沿连接杆23相向滑动，在该过程中，导向杆25上的支撑弹簧27缩紧；液压气缸19控制液压杆20收缩，支撑弹簧27伸展，推动滑动板21带动挤压套22滑动，使两个挤压套22沿连接杆23反向滑动；将支撑弹簧27套设在导向杆25上，可以使支撑弹簧27的压缩和伸展过程保持稳定。

上述实施例中，优选的，两个液压气缸19同步作业，在控制液压杆20时，具有相同的伸缩量；这样可以保证两个挤压套22同步滑动，使刀翼组件13的上下两端受到的挤压力相同，从而使刀体的各部位在径向移动时具有相同的移动量，从而使刀体的整体扩孔孔径一致。

优选的，液压气缸19的型号为SC。

上述实施例中，优选的，滑动板21是与安装管2的横截面同圆心的圆形板；导向孔26为两个，并相对于滑动板21的圆心对称布置。限位件24可以采用多种具体形式，例如限位块、限位板等。当限位件24为限位板时，其中心设有孔，可供挤压套22穿过。但是，考虑到尽可能缩减装置的总重量，采用限位块优于限位板；限位块体积小、重量轻，可以对应导向杆25的位置进行安装。

另外，需要说明的是，对于复位弹簧17、安装件16、支撑弹簧27、限位件24和的相对位置，本领域技术人员可以根据实际需求自行调节，使两组弹簧互不影响。

在本发明的一个实施例中，一个复位弹簧17布置于开口槽12的上下两侧，限位件24固定于复位弹簧17与安装管2一端之间，并且，当复位弹簧17伸缩时，限位件24不会对安装件16造成遮挡。

上述实施例中，优选的，开口槽12为两个，两个开口槽12沿安装管2的径向相对布置；刀翼组件13为两个，每个刀翼组件13的刀体位于一个开口槽12内；连接杆23位于两个刀翼组件13之间，并且每个挤压套22均与两个刀翼组件13抵接设置两组刀翼组件13，能够使该变径调节结构的两侧均具有可伸展的刀体，这样，在扩孔作业时，不仅能够提高扩孔效率，而且能够进一步保证扩孔的孔径均匀。

优选的，连接杆23与安装管2同轴布置；使挤压套22能够对称的将两个刀体推出。

优选的，刀翼组件13还包括多个刀槽14，刀槽14位于刀体朝向安装管2外的一侧上；每个刀槽14内固定有扩眼刀头15；多个扩眼刀头15能够同时进行括眼，提高扩孔效率。

优选的，刀槽14沿竖直方向排列布置，并且分为两排；这样的布置方式能够有效提高扩孔时的破岩效率，提高刀翼组件13的寿命。

如图2～6所示，本发明的随钻扩眼器，包括上述的变径调节结构；采用本发明的随钻扩眼器，能够对扩眼的刀体进行变径调节，实现对扩孔孔径的调节。

本发明的随钻扩眼器，还包括旋转驱动装置、射流短节3和钻柱5；旋转驱动装置与安装管2的上端连接，可以控制安装管2旋转进行扩孔；射流短节3可拆卸的安装于安装管2的下端，并且其侧壁上开设有喷嘴4；钻柱5可拆卸的安装于射流短节3的下端，并且安装管2、射流短节3以及钻柱5同轴布置；钻柱5的下端安装有钻头组件，用于钻孔。喷嘴4的作用主要是冷却刀体和防止刀体泥包。

优选的，安装管2、射流短节3以及钻柱5之间可以通过螺纹连接实现可拆卸。另外，需要说明的是，上述结构的横截面直径相近，总体上该随钻扩眼器是一个圆柱形的装置。

优选的，钻头组件包括安装在钻柱5下端的钻头9，钻头9的周侧面可拆卸的安装有多个旋转切割片10；使旋转切割片10可拆卸，便于更换。

优选的，旋转切割片10通过安装螺栓11与钻头9的周侧面可拆卸的连接。

优选的，安装筒的上端可拆卸的连接安装有上接套筒1，钻转驱动装置通过上接套筒1与安装管2连接。

优选的，钻柱5的下端可拆卸的安装有安装杆6，安装杆6的下端固定安装连接板7；连接板7的上表面固定有多个三角板8，三角板8也与安装杆6的外壁固定连接；连接板7的下表面固定安装钻头9。

本发明的变径调节结构以及随钻扩眼器的工作过程为：

初始时，两个刀翼组件13的刀体外侧边缘宽度小于钻头组件的总宽度，使得在钻孔时，随钻扩眼器向下移动深入孔内的过程中，刀体不会被卡住。

另外，在初始时，变径调节结构的安装管2内，两个挤压套22的小直径端之间具有距离，刀翼组件13与挤压套22抵接位置位于挤压套22的大直径端和小直径端之间。

启动旋转驱动装置使随钻扩眼器转动，钻头9和旋转切割片10旋转，同时，控制随钻扩眼器在竖直方向向下移动，完成钻孔作业。

钻孔完毕后，停止转动和向下移动，此时，开口槽12位于孔内。

开始进行扩孔作业。开启位于上下两侧的液压气缸19，两个液压气缸19同时以相同的速度驱动两个液压杆20相对伸展，推动两个挤压套22相对滑动，使挤压套22与刀翼组件13抵接位置的直径逐渐变大，从而使两个刀体径向向外伸展。此时，复位弹簧17和支撑弹簧27均被压缩并处于张紧状态。

当两个刀体的外侧边缘之间的距离达到所需的扩孔孔径使(通常是与钻孔的内壁抵接或稍微延伸进钻孔内壁)，液压气缸19停止驱动；此时，继续启动旋转驱动装置控制扩眼器整体旋转，使两个刀体对其接触的钻孔直径进行扩孔。

扩孔作业结束后，先停止旋转驱动装置，再开启两个液压气缸19，两个液压气缸19同时以相同的速度驱动两个液压杆20相对回缩。此时，支撑弹簧27开始伸展，并通过滑动板21带动挤压套22与液压杆20沿相同的方向运动，这样，两个挤压套22反向滑动，使挤压套22与刀翼组件13抵接位置的直径逐渐变小；同时，复位弹簧17也开始伸展，并通过安装件16带动刀体径向向内回缩。

当两个刀体的外侧边缘之间的距离重新回到初始距离时，可根据需求继续沿竖直方向移动该随钻扩眼器。可以直接移出，也可以重复上述过程继续向下钻孔和扩孔。

可以看出，本发明的变径调节结构以及随钻扩眼器，便于在随钻测井的过程中改变扩眼孔径，避免装置的多次起下钻，提高其工作效率和使用灵活性。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。