一種定向用擴眼螺桿鉆具的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種定向用擴眼螺桿鉆具，包括：轉子；外殼；扶正器，設置在外殼上，具有多個徑向設置的第一導孔，以及設置在第一導孔的第一活塞，其中第一活塞連接有扶正塊；擴眼刀，設置在轉子頭端，具有多個徑向設置的第二導孔，以及設置在第二導孔的第二活塞，其中第二活塞連接有切削刀翼；其中，扶正器和擴眼刀所在的轉子段的內孔為泥漿孔，密封腔通過泥漿孔與第一導孔和第二導孔連通。依據本實用新型的螺桿鉆具具有良好的扶正適應性。
【專利說明】
一種定向用擴眼螺桿鉆具
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種定向用擴眼螺桿鉆具，具體是一種可以在定向過程中實現井眼擴大的螺桿鉆具。
【背景技術】
[0002]隨著石油勘探開發技術、鉆井技術的不斷發展，定向井、叢式井、水平井等鉆井技術得到越來越廣泛的應用。
[0003]在目前的石油鉆采過程中，因為螺桿鉆具具有較強的造斜能力和比較寬的造斜率范圍，使得螺桿鉆具在定向作業過程中得到了廣泛的應用。在定向過程中，螺桿鉆具的彎殼體彎角方向是不可以發生改變的，螺桿鉆具的馬達此時就是提供鉆頭動力的唯一途徑，當轉盤開動時，螺桿鉆具這一定向效果就消失了。
[0004]現有的擴眼工具有機械式的，有液壓式的，但是這類擴眼工具的動力來源都來自于轉機的轉盤轉動傳遞出的扭矩，由于彎角方向會隨轉盤轉動不斷地發生變化，所以市場上的擴眼工具無法實現定向功能。
[0005]螺桿鉆具在鉆進過程中帶動鉆頭旋轉，鉆出井眼直徑是由鉆頭直徑大小決定的，假設可把螺桿鉆具和擴眼工具組合使用(是否能夠組合使用還沒有得到驗證)，即帶擴眼工具同時旋轉鉆進達到擴眼目的，但是此時螺桿鉆具殼體上的扶正器隨著井眼的擴大就起不到扶正井壁的作用，這樣嚴重影響了造斜率，無法達到定向造斜。
[0006]此外，螺桿鉆具在使用過程中，不可避免的會遇到易縮地層，例如石膏地層，受易縮地層的擠壓，螺桿鉆具的定向鉆進及鉆具起下鉆受到很大的限制。
[0007]中國專利文獻CN104948122A公開了一種用于螺桿鉆具的滾珠式扶正器，其包括本體和滾珠，其中本體為凸棱式結構，為固定式結構，其固定式結構的本體決定了其使用會受到很大的限制，例如不會隨著擴眼而變大，從而無法起到扶正效果。
【實用新型內容】
[0008]因此，本實用新型的目的在于提供一種基于泥漿輸送壓而具有扶正良好適應性的定向用擴眼螺桿鉆具。
[0009]本實用新型采用以下技術方案:
[0010]一種定向用擴眼螺桿鉆具，包括:
[0011 ]轉子，該轉子為具有多頭螺旋的螺桿；
[0012]外殼，套裝在轉子上形成定子，與轉子間基于所述多頭螺旋形成多個用于輸送泥漿的密封腔；
[0013]扶正器，設置在外殼上，具有多個徑向設置的第一導孔，以及設置在第一導孔的第一活塞，其中第一活塞連接有扶正塊；
[0014]擴眼刀，設置在轉子頭端，具有多個徑向設置的第二導孔，以及設置在第二導孔的第二活塞，其中第二活塞連接有切削刀翼；
[0015]其中，扶正器和擴眼刀所在的轉子段的內孔為泥漿孔，密封腔通過泥漿孔與第一導孔和第二導孔連通。
[0016]上述定向用擴眼螺桿鉆具，可選地，用于連通泥漿孔與第二導孔的液壓通道包括與第二導孔同軸線的第一部分和與第一部分平行并設置在擴眼刀后側而與泥漿孔連通的第三部分，以及在轉子軸向連通第一部分與第三部分的第二部分。
[0017]優選地，第二部分的長度與泥漿孔直徑的長徑比為10:1?16:1。
[0018]優選地，所述扶正塊兩端以及切削刀翼的兩端均設有倒角。
[0019]在一些實施例中，在第一導孔內設有用于扶正塊復位的復位裝置，在第二導孔內設有用于切削刀翼復位的復位裝置。
[0020]在另一些實施例中，所述第一導孔和第二導孔均為圓孔，相應地，第一活塞和第二活塞均為圓形活塞；
[0021 ]扶正塊為沿轉子軸向設置的條形塊，相應地，在外殼上設有對扶正塊導向的第一條形導孔，用于扶正塊復位的復位裝置設置在第一條形導孔內；
[0022]切削刀翼為沿轉子軸向設置的條形切削刀翼，相應地，在轉子上設有對切削刀翼導向的第二條形導孔，用于切削刀翼復位的復位裝置設置在第二條形導孔內。
[0023]進一步地，用于扶正塊復位的復位裝置為相應于扶正塊條形方向的兩端設置的各一個彈簧，相應的兩個彈簧關于第一條形導孔的軸線軸對稱設置。
[0024]可選地，所述扶正塊有3?6個。
[0025]可選地，所述扶正塊包括具有鑲嵌槽的塊體，在鑲嵌槽內鑲嵌有鑲塊而形成扶正塊的支撐結構。
[0026]可選地，所述轉子與外殼間通過軸承裝配，且軸承在轉子軸向的位置位于第一導孔的后側。
[0027]依據本實用新型，巧妙的利用泥漿的輸送壓，實現扶正器和擴眼刀的擴張和縮回，擴眼狀態時，泥漿栗將泥漿送出，泥漿在泥漿孔內形成具有一定壓強的泥漿流，為其設置旁路，連通扶正器和擴眼刀的導孔，驅動相應的活塞，從而使相應扶正塊和切削刀翼張開，尤其是扶正塊，能夠適應擴眼后的鉆孔的大小，自適應的調整其扶正直徑，因而具有良好的適應性。停鉆后，泥漿栗停止，扶正塊和切削刀翼縮回，整體直徑變小，有利于螺桿鉆頭退出。
【附圖說明】
[0028]圖1為依據本實用新型的一種定向用擴眼螺桿立體結構示意圖。
[0029]圖2為一種定向用擴眼螺桿的剖視結構示意圖。
[0030]圖3為圖2的A部放大圖。
[0031]圖4為圖3的C部放大圖。
[0032]圖5為圖2的B部放大圖。
[0033]圖中:1.轉子，2.外殼(即定子)，3.扶正器，4.擴眼刀，5.泥漿孔，6.襯套，7.密封套，8.軸承。
[0034]31.扶正塊，32.液壓通道，33.倒角，34.鑲塊，35.活塞，36.導孔，37.彈簧，38.裝配體，39.扶正塊體。
[0035]41.切削刀翼，42.液壓通道，43.倒角，44.切削刃，45.活塞，46.導孔，47.彈簧。
【具體實施方式】
[0036]在螺桿鉆具技術領域，螺桿在鉆進方向的前方為頭端或者前端，相應地，另一端為尾端或者后端，因而，在方位上，頭尾和前后是為螺桿鉆具所明確限定的，同時，螺桿鉆具上的配件在此條件下也是為該頭尾或者前后所限定。
[0037]此外，螺桿鉆具也是基于轉動實現的鉆銷，因而，相適應的徑向、軸向、周向均是以鉆進方向或者轉子1、外殼2所限定的。
[0038]圖1所示的結構是一種定向用擴眼螺桿的基本結構，圖中轉子I用于連接螺桿鉆具馬達，提供鉆銷動力，外殼2可以與螺桿鉆具馬達一體，都是在周向上不可動的部件。
[0039]圖1中未顯示轉子I與外殼2的螺桿段裝配結構，轉子I通常具有多頭螺旋，形成螺桿，外殼2的內表面為圓柱面，從而多頭螺旋與外殼2的內表面配合形成多個螺旋形的密封腔，用于輸送泥漿。在鉆頭部分，從密封腔輸送的泥漿經由轉子I的內孔，即泥漿孔5輸出。
[0040]設置在外殼2上的扶正器3因而也是在外殼2的周向不可動的。
[0041]扶正器3所扶正的是擴眼刀4，用于保證擴眼刀4姿態，或者說用于擴眼刀4的定向。
[0042]鉆銷需要切削液，切削液主要成分是水，各種化工切削液與水的混合物統稱為泥漿，使用泥漿栗將泥漿栗出，圖2中泥漿孔5內的從左向右的箭頭表示泥漿栗出的方向。
[0043]即便是不考慮栗送壓，深入地層的泥漿柱也具有很大的泥漿壓，從而，扶正器3和擴眼刀4基于泥漿壓所實現的擴張狀態的保持是比較穩定的。
[0044]轉子I是提供切削動力的部件，用于擴眼刀4與鉆具馬達的動力連接，其中該轉子I(螺桿部分之外)部分的內孔為用于輸送泥漿的泥漿孔5，如圖2所示，用于通過泥漿向鉆頭側的輸送。
[0045]同時配置外殼2，外殼2相對而言是不轉動的，或者說在周向是靜態的，一般與轉子I形成轉動連接，例如通過軸承8所形成的連接。相對而言，外殼2構成定子，即相對于轉子I是固定設置的。
[0046]如圖1和2所示，定子是扶正器3的載體，用于擴眼刀4的定向，因而，其需要在井眼上可靠定位，如【背景技術】部分所述，如果采用徑向固定結構的扶正器3，隨著擴眼刀4的切肖IJ，井眼會擴大，扶正器3的定向作用下降。
[0047]在本實用新型中，扶正器3仍然設置在外殼2上，但其扶正塊31采用浮動設置，即能夠隨著井眼的擴大其整體軸徑(等效軸徑)也變大。
[0048]具體地，扶正器3具有多個徑向設置導孔36，例如圖1和2中所示的4個導孔36，這些導孔36需要與泥漿孔5連通。
[0049]由于外殼2與轉子I的基本結構是同軸線裝配的結構，因此，徑向設置的導孔36，通過徑向孔可實現與泥漿孔5的連通。
[0050]由于外殼2相對于轉子I在周向是靜態的，因此，可以在導孔36分布的圓周上，在外殼2的內壁開設一個環槽，該環槽用于所有導孔36的連通。
[0051]相應地，在轉子I上相應于環槽的部位開設若干側孔，形成環槽與泥漿孔5的連通，從而形成回轉副的靜態構件與動態構件上液壓通道32的連通。
[0052]導孔36所在的結構構成為缸體，為每一個導孔36設置一個活塞35，從而，當泥漿栗開始工作，泥漿從圖中泥漿孔5的右側向左側栗出，具有一定壓強的泥漿流入液壓通道32，推動活塞35向導孔36的離心側移動。
[0053]由于扶正塊31安裝在活塞35上，那么扶正塊31就具有了向外伸出的能力，即向離心側移動的能力，整體而言，成扶正器3此時處于張開狀態。如前所述，由于泥漿壓比較高，張開的扶正器3具有相對穩定的狀態。
[0054]當然，扶正塊31的最大行程需要被限制，在其工作行程內屬于浮動，從而適應不同直徑的井眼，因而具有非常好的適應性。
[0055]對于擴眼刀4，采用與扶正器3相類似的設置，其切削刀翼41采用浮動設置，但不同于扶正器3的設置，切削刀翼41屬于切削件，在泥漿壓的推動下，能夠到達其工作行程的止點，即離心側止點，無所謂浮動的問題。
[0056]具體地，擴眼刀4設置在轉子I的頭端，如圖2所示的右端，參見附圖5，擴眼刀4具有多個徑向設置并與所述泥漿孔5連通的導孔46，導孔46與導孔36的設置方式有所差異，但從泥漿壓的應用上是相同的，即通過泥漿壓將切削刀翼41推出，讓擴眼刀4處于張開狀態。
[0057]所依據的原理也是相同的，都是采用活塞結構，例如圖5中所示的活塞45，活塞45與導孔46形成活塞結構。
[0058]在開鉆狀態，泥漿栗工作，隨著切削的開始，切削刀翼41在泥漿壓推動活塞45的條件下，擴張到位(到達離心止點)，進行擴眼作業。
[0059]此時，井眼被擴大與切削刀翼41相適應的程度，如果扶正器3是固定設置的，其支撐會受到比較大的限制，而在圖3所示的結構中，泥漿壓會推動活塞35將扶正塊31外推(離心側)，使扶正器3可靠的支撐在井壁上。
[0060]在扶正塊31的極限行程內，其擴張隨著井眼的大小而變化，因而具有良好的適應性，或者說具有在不同井眼中的定向功能。
[0061 ]由于如圖1-5所示的結構巧妙的使用了泥漿壓，而不必設置專門的液壓擴張設備，設計制造相對比較容易。
[0062]退刀時，停鉆，泥漿栗也不再工作，扶正器3上的扶正塊31受外部壓力的作用復位或者被強制復位，擴眼刀4上的切削刀翼41也受外部壓力的作用復位或者被強制復位，不僅容易從井眼中退出，而且切削刀翼41退回，不容易損傷井眼。
[0063]由于泥漿壓比較高，因此，擴眼刀4可以保持穩定的擴張姿態。同時，從加工難易程度上看，切削刀翼41的擴張結構采用與扶正塊31的擴張結構完全相同的結構也是可取的。即液壓通道32與液壓通道42都直接采用徑向孔。
[0064]在一些優選的實施例中，盡管加工難度增加，但可以獲得更加穩定的擴眼刀4的擴張姿態。在圖2所示的結構中，液壓通道42不是采用簡單的徑向孔，而是將其進口向后側偏置，出口則與導孔46同軸線。參見說明書附圖2，圖中可見擴眼刀4的頭端孔徑比較大，該處為變徑的接頭部分，泥漿壓相對較小，且由于變徑部分泥漿壓不穩，或者說波動性比較大，會影響切削刀翼41的工作穩定性。因此，采用將液壓通道42向后偏置，有利于保證切削刀翼41的工作穩定性。
[0065]具體地，用于連通泥漿孔5與導孔46的液壓通道42包括與第二導孔同軸線的第一部分和與第一部分平行并設置在擴眼刀4后側而與泥漿孔5連通的第三部分，以及在轉子I軸向連通第一部分與第三部分的第二部分，液壓通道42的具體形態所采用的三個部分均是直孔，利于加工，且能有效的將液壓通道42的進口后置，使泥漿壓的穩定性比較好，從而使切削刀翼41外擴狀態的穩定性比較好。
[0066]經過現場測試，第二部分的長度與泥漿孔5直徑的長徑比為12:1左右時，所擴出的井眼表面質量較好，可用地，第二部分的長度與泥漿孔5直徑的長徑比為10:1?16:1，仍是可用選擇，顯然，長徑比相對較小時，加工難度較小，長徑比較大時，擴眼刀4的穩定性會更好，但液壓通道42的進口選擇靈活性在此條件下會比較差。
[0067]此外，由于擴眼刀4直接安裝在轉子I上，因而不需要考慮扶正器3上液壓通道42回轉條件下連通的問題，因而其加工難度相對較小。
[0068]如前文所述，在一些實施例中，扶正塊31、切削刀翼41可以依靠外部壓力進行復位，即向相應導孔36、導孔46的向心側移動，為了更有利于退刀，所述扶正塊31兩端以及切削刀翼41的兩端均設有倒角，該種結構有利于扶正塊31和切削刀翼41的回位，并且也有利于擴眼螺桿從井眼中的退出。
[0069]進一步地，為了保證回位的精確性和快速性，采用強制復位結構。
[0070]在一些實施例，可以參照液壓缸的常規設置，將活塞35和活塞45的復位結構設置在相應的導孔內，即在導孔36內設有用于扶正塊31復位的復位裝置，在導孔46設有用于切削刀翼41復位的復位裝置。該種結構參照單作用液壓缸的復位方式，在此不再贅述。
[0071]在另一些實施例中，采用有別于單作用液壓缸的外部結構復位方式，具體地參見說明書附圖3?5，相適應的復位結構為:
[0072]所述導孔36和導孔46均為圓孔，相應地，活塞35和活塞45均為圓形活塞，為了提高運行的穩定性，活塞35和活塞45均采用柱塞結構。
[0073]如圖1所示，扶正塊31為沿轉子I軸向設置的條形塊，相應地，在外殼2上設有對扶正塊31導向的第一條形導孔，從而扶正塊31由于與活塞35裝配在一起，第一條形導孔和導孔36的配合形成雙導向結構，使得扶正塊31的裝配可靠性更好。
[0074]同時，用于扶正塊31復位的復位裝置設置在第一條形導孔內，據此可以降低復位裝置設置的難度，即不必將其設置在較深的導孔36內。
[0075]相應地，切削刀翼41為沿轉子I軸向設置的條形切削刀翼，相應地，在轉子I上設有對切削刀翼41導向的第二條形導孔，基于同樣的考慮，雙導引結構有利于使切削刀翼41的裝配可靠性更好。
[0076]而且用于切削刀翼41復位的復位裝置設置在第二條形導孔內，據此可以降低復位裝置設置的難度。
[0077]在優選的實施例中，例如扶正塊31復位裝置的設置，參見附圖3和附圖4，圖中扶正塊31為T型結構，通過裝配體38在扶正器3本體上形成T型槽，扶正塊被設置在T型槽內，扶正塊31在外殼2軸向的兩端會被約束，形成向外伸出的最大量，即T型槽的槽口形成相適應的約束，槽口處相應于T型結構的扶正塊31的兩邊各設有一個彈簧37，且相應的兩個彈簧37關于導孔36的軸線軸對稱設置，所形成的軸對稱結構具有良好的復位功能。
[0078]裝配體38為條片狀體，通過螺釘緊固在扶正器3上。
[0079]進一步地，切削刀翼41的一種強制復位結構可見于圖5，圖中也采用類同于扶正塊31另一實施例中的所述復位結構，即采用軸對稱分布的兩個彈簧47用于切削刀翼41的復位。
[0080]由于切削刀翼需要更好的穩定性，為其所配的活塞45的截面可以相對較大，相應地，為其配置的彈簧47可以每側兩個。
[0081]關于所述扶正塊31優選為4個，如圖1所示，成正四邊形分布，在一些實施例中，具有三個扶正塊31也能夠起到較好的支撐作用，但不能少于三個。
[0082]在一些實施例中，扶正塊31最多使用6個，太多時不僅支撐效果沒有明顯的提高，而且加工難度和成本也比較大，也會對殼體產生較大的強度消弱。
[0083]同理，切削刀翼41一般選擇為3?5個，在一些實施例中還可以選擇為兩個，最多不能超過5個。
[0084]為了提高可維護性，所述扶正塊31包括具有鑲嵌槽的塊體，在鑲嵌槽內鑲嵌有鑲塊34而形成扶正塊的支撐結構，可以理解的是，扶正塊31容易失效的部分是其離心端結構，需要支撐，并與支撐面產生摩擦，如果整體更換會增加比較大的成本，如果僅僅是更換其中的易損部分，具體是支撐部分，則會大大的降低使用成本。采用鑲嵌結構，可以有利于快速更換，提高可維護性。
[0085]相應地，切削刀翼41的切削刃44也采用可替換結構，從而不必整體更換切削刀翼41，節約整體的使用成本。
[0086]在圖2所示的結構中，所述轉子I與外殼2間通過軸承8裝配，如圖2所示，圖中軸承8為寬體軸承，以提高回轉支撐的穩定性。
[0087]進一步地，軸承8在轉子I軸向的位置位于導孔36的后側，以利于導孔36的設置，或者說導孔36不能形成對軸承8的干涉。
【主權項】
1.一種定向用擴眼螺桿鉆具，其特征在于，包括: 轉子(I)，該轉子(I)為具有多頭螺旋的螺桿； 外殼(2)，套裝在轉子(I)上形成定子，并與轉子(I)間基于所述多頭螺旋形成多個用于輸送泥漿的密封腔； 扶正器(3)，設置在外殼(2)上，具有多個徑向設置的第一導孔，以及設置在第一導孔的第一活塞，其中第一活塞連接有扶正塊(31);以及 擴眼刀(4)，設置在轉子(I)頭端，具有多個徑向設置的第二導孔，以及設置在第二導孔的第二活塞，其中第二活塞連接有切削刀翼(41); 其中，扶正器(3)和擴眼刀(4)所在的轉子(I)段的內孔為泥漿孔(5)，密封腔通過泥漿孔(5)與第一導孔和第二導孔連通。2.根據權利要求1所述的定向用擴眼螺桿鉆具，其特征在于，用于連通泥漿孔(5)與第二導孔的液壓通道(42)包括與第二導孔同軸線的第一部分和與第一部分平行并設置在擴眼刀(4)后側而與泥漿孔(5)連通的第三部分，以及在轉子(I)軸向連通第一部分與第三部分的第二部分。3.根據權利要求2所述的定向用擴眼螺桿鉆具，其特征在于，第二部分的長度與泥漿孔(5)直徑的長徑比為10:1?16:1。4.根據權利要求1-3任一所述的定向用擴眼螺桿鉆具，其特征在于，所述扶正塊(31)兩端以及切削刀翼(41)的兩端均設有倒角。5.根據權利要求4所述的定向用擴眼螺桿鉆具，其特征在于，在第一導孔內設有用于扶正塊(31)復位的復位裝置，在第二導孔內設有用于切削刀翼復位的復位裝置。6.根據權利要求4所述的定向用擴眼螺桿鉆具，其特征在于，所述第一導孔和第二導孔均為圓孔，相應地，第一活塞和第二活塞均為圓形活塞； 扶正塊(31)為沿轉子(I)軸向設置的條形塊，相應地，在外殼(2)上設有對扶正塊(31)導向的第一條形導孔，用于扶正塊(31)復位的復位裝置設置在第一條形導孔內； 切削刀翼(41)為沿轉子(I)軸向設置的條形切削刀翼，相應地，在轉子(I)上設有對切削刀翼(41)導向的第二條形導孔，用于切削刀翼(41)復位的復位裝置設置在第二條形導孔內。7.根據權利要求6所述的定向用擴眼螺桿鉆具，其特征在于，用于扶正塊復位的復位裝置為相應于扶正塊(31)條形方向的兩端設置的各一個彈簧(37)，相應的兩個彈簧(37)關于第一條形導孔的軸線軸對稱設置。8.根據權利要求1所述的定向用擴眼螺桿鉆具，其特征在于，所述扶正塊(31)有3?6個。9.根據權利要求1所述的定向用擴眼螺桿鉆具，其特征在于，所述扶正塊(31)包括具有鑲嵌槽的塊體，在鑲嵌槽內鑲嵌有鑲塊(34)而形成扶正塊的支撐結構。10.根據權利要求1所述的定向用擴眼螺桿鉆具，其特征在于，所述轉子(I)與外殼(2)間通過軸承(8)裝配，且軸承(8)在轉子(I)軸向的位置位于第一導孔的后側。
【文檔編號】E21B17/10GK205477370SQ201620066547
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年1月23日
【發明人】岳林, 朱杰, 于廣海
【申請人】德州聯合石油機械有限公司