CN113006696B - 一种用于下套管作业的可钻性扩孔器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于下套管作业的可钻性扩孔器，其包括壳体、主轴、驱动组件和钻头组件，壳体的顶部设置有可拆卸连接结构，用于和套管可拆卸连接；主轴转动设置在壳体内部；驱动组件设置在壳体内部，并与主轴固定连接；钻头组件与主轴的底部固定连接。本发明提供的一种用于下套管作业的可钻性扩孔器，在下套管遇阻时，通过驱动组件带动所述主轴和所述钻头组件转动，达到修整井眼内壁、清理井眼沉砂、刮削堵塞物而扩大井眼直径的目的，确保套管顺利下入；并且在完成固井作业后，下入较小直径的钻头，可将所述壳体内的所述主轴和所述驱动组件钻除，确保后续施工作业顺利进行。

Description

一种用于下套管作业的可钻性扩孔器

技术领域

本发明涉及石油钻井技术领域，尤其涉及一种用于下套管作业的可钻性扩孔器。

背景技术

在石油、天然气开采过程中，对于已钻成的井眼，需要进行固井作业，即向井眼中下入套管，然后在套管外侧与井壁的环形空间内注入水泥，以支撑井眼，防止井壁岩石坍塌。在实际固井作业过程中，由于地层应力引起的井眼直径缩小或局部崩塌、钻井液沉淀积砂堵塞井眼、或井眼弯曲段井眼变形等原因，导致向井眼内下入套管遇阻，影响作业的进行，因此，在套管最下端安装一种动力扩孔工具，对变形的井眼进行修整、或对井下沉砂进行刮削清除，是解决下套管遇阻的有效途径。同时要求扩眼工具的内部结构易于钻除，便于后续施工的进行。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种用于下套管作业的可钻性扩孔器，用以解决在实际固井作业过程中，由于地层应力引起的井眼直径缩小或局部坍塌、钻井液沉淀积砂堵塞井眼或井眼弯曲段变形等原因，导致向井眼内下入套管困难的问题。

本发明提供一种用于下套管作业的可钻性扩孔器，其包括：

壳体，其顶部设置有可拆卸连接结构，用于和套管可拆卸连接；

主轴，转动设置在所述壳体内部；

驱动组件，设置在所述壳体内部，并与所述主轴固定连接，用于驱动所述主轴转动；

钻头组件，与所述主轴的底部固定连接。

进一步的，所述驱动组件包括沿所述主轴轴向串联的若干组涡轮定子和涡轮转子，所述涡轮定子与所述壳体的内壁固定连接，所述涡轮转子与所述主轴的外壁固定连接。

进一步的，所述壳体的内壁沿其轴向开设有第一限位槽，所述涡轮定子的外缘固定设置有形状、宽度与所述第一限位槽形状、宽度相匹配的第一凸块；所述主轴的外壁沿其轴向开设有键槽，所述键槽内固定安装有连接键，所述涡轮转子的内缘沿其轴向开设有第二限位槽。

进一步的，所述主轴上位于所述驱动组件的底部设置有第一轴肩，所述主轴上位于所述驱动组件的顶部通过螺纹连接有压紧螺母，所述压紧螺母将所述驱动组件压紧固定在所述第一轴肩上。

进一步的，所述压紧螺母与所述驱动组件之间，且在所述主轴的外壁固定连接有扶正轴承，所述扶正轴承的外圈上沿周向开有若干个第一流入孔。

进一步的，所述扶正轴承的外圈固定设置有第二凸块，其形状、尺寸与所述第一限位槽的形状、尺寸相匹配，所述第二凸块与所述第一限位槽相互配合，避免所述扶正轴承的外圈转动。

进一步的，位于所述驱动组件底部且在所述主轴外壁沿周向开有若干个通孔，位于所述通孔底部且在所述主轴内开设有液体通道，所述钻头组件的底部开设有若干个出液孔，所述套管的内腔、所述第一流入孔、所述通孔、所述液体通道及所述出液孔依次连通，构成钻井液循环通道。

进一步的，所述钻头组件包括：

钻头体，所述主轴的底端穿过所述壳体与所述钻头体固定连接，所述钻头体的外壁固定设置有若干个切削齿；

引鞋，固定安装在所述钻头体的底端，所述出液孔开设在所述引鞋的底部。

进一步的，所述壳体的外壁沿轴向开设有若干个环形的第一滚道槽，所述钻头体的内壁沿轴向开设有若干个环形的第二滚道槽，所述第一滚道槽与所述第二滚道槽一一对应，且对应的所述第一滚道槽与所述第二滚道槽内放置有若干个钢球。

进一步的，所述钻头体的底部内壁开设有第一螺纹，所述主轴的底端外壁开设有第二螺纹，所述引鞋的顶部外壁开设有第三螺纹，所述第二螺纹和所述第三螺纹均与所述第一螺纹相匹配，所述主轴和所述引鞋均通过螺纹与所述钻头体固定连接。

本发明提供的一种用于下套管作业的可钻性扩孔器，在下套管遇阻时，通过所述驱动组件带动所述主轴和所述钻头组件转动，达到修整井眼内壁、清理井眼沉砂、刮削堵塞物而扩大井眼直径的目的，确保套管顺利下入；并且在完成固井作业后，下入较小直径的钻头，可将所述壳体内的所述主轴和所述驱动组件钻除，确保后续施工作业顺利进行。

附图说明

图1为本发明提供的一种用于下套管作业的可钻性扩孔器的剖视图；

图2为图1中B-B截面剖视图；

图3为图1中A-A截面剖视图；

图4为图1中C-C截面剖视图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

本发明提供了一种用于下套管作业的可钻性扩孔器，如图1所示为所述用于下套管作业的可钻性扩孔器的剖视图，所述用于下套管作业的可钻性扩孔器包括壳体1、主轴2、驱动组件3和钻头组件4，所述壳体1的顶部设置有可拆卸连接结构，用于和套管可拆卸连接；所述主轴2转动设置在所述壳体1内部；所述驱动组件3设置在所述壳体1内部，并与所述主轴2固定连接，用于驱动所述主轴2转动；所述钻头组件4与所述主轴2的底部固定连接。

在下套管遇阻时，通过所述驱动组件3带动所述主轴2和所述钻头组件4转动，达到修整井眼内壁、清理井眼沉砂、刮削堵塞物而扩大井眼直径的目的，确保套管顺利下入。

作为优选的实施例，所述驱动组件3包括沿所述主轴2轴向串联的若干组涡轮定子31和涡轮转子32，所述涡轮定子31与所述壳体1的内壁固定连接，所述涡轮转子32与所述主轴2的外壁固定连接。其中，所述涡轮定子31和所述涡轮转子32的叶片呈反向弯曲，钻井液沿所述涡轮定子31叶片的偏斜方向流动，有力地冲击所述涡轮转子32的叶片，使所述涡轮转子32带动所述主轴2旋转。

作为优选的实施例，请参照图1和图2，所述壳体1的内壁沿其轴向开设有第一限位槽11，所述涡轮定子31的外缘固定设置有形状、宽度与所述第一限位槽11形状、宽度相匹配的第一凸块33；所述主轴2的外壁沿其轴向开设有键槽，所述键槽内固定安装有连接键34，所述涡轮转子32的内缘沿其轴向开设有第二限位槽35，用于和所述连接键34配合连接。所述第一凸块33和所述第一限位槽11、以及所述连接键34和所述第二限位槽35分别相互配合连接，避免所述涡轮定子31相对于所述壳体1转动，以及避免所述涡轮转子32相对于所述主轴2转动。

作为优选的实施例，请继续参照图1，所述涡轮定子31内缘轮毂的下端面开有第一环形槽，所述第一环形槽内安装有第一止推耐磨环36；所述涡轮转子32内缘轮毂的上端面开有第二环形槽，所述第二环形槽内安装有第二止推耐磨环37，所述第二止推耐磨环37与所述第一止推耐磨环36共同作用，用于限定所述涡轮定子31的轴向位置。

作为优选的实施例，所述主轴2上位于所述驱动组件3的底部设置有第一轴肩21，所述主轴2上位于所述驱动组件3的顶部通过螺纹连接有压紧螺母22，所述压紧螺母22将所述驱动组件3压紧固定在所述第一轴肩21上。所述第一轴肩21用于为所述驱动组件3提供轴向支撑，所述第一轴肩21还可以是固定连接在所述主轴2外壁的环形套。

作为优选的实施例，请参照图1和图3，所述压紧螺母22与所述驱动组件3之间，且在所述主轴2的外壁固定连接有扶正轴承38，所述扶正轴承38的外圈上沿周向开有若干个第一流入孔381，使得从所述壳体1上端流入的钻井液能够流向所述驱动组件3，以靠钻井液的冲击力驱动所述驱动组件3。所述第一流入孔381的截面可以为扇形、圆形或方形。

作为优选的实施例，所述扶正轴承38的外圈固定设置有第二凸块382，其形状、尺寸与所述第一限位槽11的形状、尺寸相匹配，所述第二凸块382与所述第一限位槽11相互配合，避免所述扶正轴承38的外圈转动。所述扶正轴承38的外圈开有横向孔，所述壳体1与所述横向孔的对应位置处开有螺纹孔，所述螺纹孔内安装有螺钉销383，阻止所述扶正轴承38的外圈沿轴向滑动。

作为优选的实施例，请继续参照图1，位于所述驱动组件3底部且在所述主轴2外壁沿周向开有若干个通孔20，位于所述通孔20底部且在所述主轴2内开设有液体通道23，所述钻头组件4的底部开设有若干个出液孔41，所述套管的内腔、所述第一流入孔381、所述通孔20、所述液体通道23及所述出液孔41依次连通，构成钻井液循环通道。在该实施例中，所述主轴2外壁沿周向均匀开有2～3个所述通孔20，所述通孔20与所述主轴2轴线之间的夹角为20°～70°。

作为优选的实施例，请参照图1和图4，所述钻头组件4包括钻头体42和引鞋43，所述主轴2的底端穿过所述壳体1与所述钻头体42固定连接，所述钻头体42的外壁固定设置有若干个切削齿420；所述引鞋43固定安装在所述钻头体42的底端，所述出液孔41开设在所述引鞋43的底部。在该实施例中，所述钻头体42为外表面分布有条状凸出刀翼的环状零件，所述切削齿420设置在所述钻头体凸出刀翼的外侧面和下端冠部；所述引鞋43为中空的锥状体。

作为优选的实施例，所述钻头体42的底部内壁开设有第一螺纹421，所述主轴2的底端外壁开设有第二螺纹24，所述引鞋43的顶部外壁开设有第三螺纹431，所述第二螺纹24和所述第三螺纹431均与所述第一螺纹421相匹配，所述主轴2和所述引鞋43均通过螺纹与所述钻头体42固定连接。所述第一螺纹421的小径不小于所述壳体1的内径。

作为优选的实施例，所述壳体1的外壁沿轴向开设有若干个环形的第一滚道槽，所述钻头体42的内壁沿轴向开设有若干个环形的第二滚道槽，所述第一滚道槽与所述第二滚道槽一一对应，且对应的所述第一滚道槽与所述第二滚道槽内放置有若干个钢球422，可避免所述主轴2带动所述钻头体42转动过程中，所述钻头体42与所述壳体1产生较大的摩擦损耗。在该实施例中，所述钻头体42的凸出刀翼上沿轴向开设有若干个横向通孔，所述横向通孔与所述第二滚道槽连通，用于向所述第二滚道槽内放置钢球422；钢球422放置完毕后，在所述横向通孔内堆焊有堵头423，避免所述钢球422脱落。

作为优选的实施例，请继续参照图1，所述壳体1的底部且在所述主轴2上固定设有第二轴肩25，所述第二轴肩25的顶部沿周向开设有若干个第二流入孔250。

作为优选的实施例，所述壳体1的顶部内壁开设有锥螺纹13，用于和套管密封连接。

作为优选的实施例，所述主轴2、所述压紧螺母22、所述扶正轴承38、所述螺钉销383、所述涡轮定子31、涡轮转子32和所述引鞋43的材料包括铜或铝合金等易钻材料。在该实施例中，所述主轴2整体为空心结构，能够减轻自重，并容易钻除。

工作原理：

使用时，将本发明实施例提供的所述用于下套管作业的可钻性扩孔器通过所述锥螺纹13与套管固定连接。当下套管遇阻时，向套管内通入一定流量的钻井液，钻井液在所述第一流入孔381、所述通孔20、所述液体通道23和所述出液孔41构成的钻井液循环通道内流动，流经所述驱动组件3时，钻井液驱动所述涡轮转子32旋转，从而带动所述主轴2和所述钻头组件4转动，分布于所述钻头体42刀翼外侧和冠部的若干切削齿420修整井眼内壁、清理井眼沉砂、刮削堵塞物，从而扩大井眼直径，确保套管顺利下入。当套管下入至设定位置并完成注水泥的固井作业后，再下入较小直径的钻头，将所述壳体1内的所述主轴2、所述压紧螺母22、所述扶正轴承38、所述螺钉销383、所述涡轮定子31、所述涡轮转子32和所述引鞋43钻除，确保后续施工作业顺利进行；所述壳体1、所述钻头体42则固定于套管下端并用水泥固结留置于井眼内。

本发明提供的一种用于下套管作业的可钻性扩孔器，在下套管遇阻时，通过所述驱动组件3带动所述主轴2和所述钻头组件4转动，达到修整井眼内壁、清理井眼沉砂、刮削堵塞物而扩大井眼直径的目的，确保套管顺利下入；并且在完成固井作业后，下入较小直径的钻头，可将所述壳体1内的所述主轴2、所述压紧螺母22、所述扶正轴承38、所述螺钉销383、所述涡轮定子31、所述涡轮转子32和所述引鞋43钻除，确保后续施工作业顺利进行。

以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (1)

1.一种用于下套管作业的可钻性扩孔器，其特征在于，包括：壳体，其顶部设置有可拆卸连接结构，用于和套管可拆卸连接；主轴，转动设置在所述壳体内部；驱动组件，设置在所述壳体内部，并与所述主轴固定连接，用于驱动所述主轴转动；钻头组件，包括钻头体和引鞋，所述主轴的底端穿过所述壳体与所述钻头体固定连接，所述钻头体的外壁固定设置有若干个切削齿；所述引鞋固定安装在所述钻头体的底端；

所述壳体的外壁沿轴向开设有若干个环形的第一滚道槽，所述钻头体的内壁沿轴向开设有若干个环形的第二滚道槽，所述第一滚道槽与所述第二滚道槽一一对应，且对应的所述第一滚道槽与所述第二滚道槽内放置有若干个钢球；

所述驱动组件包括沿所述主轴轴向串联的若干组涡轮定子和涡轮转子，所述涡轮定子与所述壳体的内壁固定连接，所述涡轮转子与所述主轴的外壁固定连接；

所述涡轮定子内缘轮毂的下端面开有第一环形槽，所述第一环形槽内安装有第一止推耐磨环；所述涡轮转子内缘轮毂的上端面开有第二环形槽，所述第二环形槽内安装有第二止推耐磨环；

所述壳体的内壁沿其轴向开设有第一限位槽，所述涡轮定子的外缘固定设置有形状、宽度与所述第一限位槽形状、宽度相匹配的第一凸块；所述主轴的外壁沿其轴向开设有键槽，所述键槽内固定安装有连接键，所述涡轮转子的内缘沿其轴向开设有第二限位槽；

所述主轴上位于所述驱动组件的底部设置有第一轴肩，所述主轴上位于所述驱动组件的顶部通过螺纹连接有压紧螺母，所述压紧螺母将所述驱动组件压紧固定在所述第一轴肩上；

所述压紧螺母与所述驱动组件之间，且在所述主轴的外壁固定连接有扶正轴承，所述扶正轴承的外圈上沿周向开有若干个第一流入孔；

所述扶正轴承的外圈固定设置有第二凸块，其形状、尺寸与所述第一限位槽的形状、尺寸相匹配，所述第二凸块与所述第一限位槽相互配合，避免所述扶正轴承的外圈转动；所述扶正轴承的外圈开有横向孔，所述壳体与所述横向孔的对应位置处开有螺纹孔，所述螺纹孔内安装有螺钉销，阻止所述扶正轴承的外圈沿轴向滑动；

所述钻头体的底部内壁开设有第一螺纹，所述主轴的底端外壁开设有第二螺纹，所述引鞋的顶部外壁开设有第三螺纹，所述第二螺纹和所述第三螺纹均与所述第一螺纹相匹配，所述主轴和所述引鞋均通过螺纹与所述钻头体固定连接；

位于所述驱动组件底部且在所述主轴外壁沿周向开有若干个通孔，位于所述通孔底部且在所述主轴内开设有液体通道，所述钻头组件的底部开设有若干个出液孔，所述套管的内腔、所述第一流入孔、所述通孔、所述液体通道及出液孔连通，构成钻井液循环通道；所述出液孔开设在所述引鞋的底部。