分析新型随钻液压扩眼器的研制

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1、石油机械CHINAPETROLEUMMACHINERY2010年第38卷第7期钻井新技术新型随钻液压扩眼器的研制于小龙刘贵远左凯于海永程仲杨进巩立根(1．中海油能源发展监督监理技术公司2．中国石油大学(北京)石油_T-程教育部重点实验室)摘要鉴于目前国内外随钻扩眼器存在的问题，以及不能满足海洋钻井技术要求的状况，研制了一种安全性和可靠性较高的新型随钻液压扩眼器。该液压扩眼器通过投球、憋压实现刀翼的收放。扩眼器直径为215．9／rim，扩眼后井眼直径为254mm，误差小于5％，刀翼伸出力为15．533kN，刀翼的缩回力为55．477kN。现场应用表明，使用~215．9mlTl扩眼器扩眼后，井眼

2、扩大率为20％～25％，能满足海洋石油钻探的要求。新型随钻液压扩眼器采用投球、憋压推动活塞高效运行的方法，使扩眼器刀翼伸出和收回的动作准确无误。关键词钻井液压扩眼器随钻扩眼刀翼尚不完善。进口偏心钻头及液压扩眼器在使用过程0引言中存在的问题在国产工具中都有所体现。同时，国产液压扩眼器扩眼效率低、结构不合理、工作安全国外在20世纪90年代初便开始了随钻扩眼的性差和寿命短的问题更为突出，难以满足海洋钻井研究工作，其技术水平相对较高。迄今为止，国外的技术要求；因此。目前国产扩眼器的结构迫已研制出多种随钻扩眼器，主要有偏心钻头和液压切需要进一步完善以提高其工作可靠性。扩眼器。偏心钻头使用过程中主要存在

3、以下问题：鉴于目前国内、外随钻扩眼器存在的问题，以①扩眼刀翼单边受力，扭矩大，憋跳严重，对钻头及不能满足海洋钻井技术要求的状况，2007年中和钻柱易造成很大的伤害；②井眼为螺旋形，井身海油能源发展监督监理技术公司和中国石油大学质量较差；③自洁能力差，扩眼切削齿不能及时完(北京)开始对液压扩眼器的结构原理和力学性能成扩眼，造成扭矩偏大，机械钻速低；④影响造进行研究，2009年3月成功研制出安全性和可靠斜；⑤易形成泥包；⑥井眼扩大尺寸有限l】]。目性较高的新型随钻液压扩眼器。该随钻液压扩眼器前使用的液压扩眼器在使用过程中存在的主要问题可大大降低钻完井过程中的作业风险，提高固井和有以下几点：①服务

4、费用昂贵；②利用压差推动刀完井质量，增加单井产能。翼张开，但不能准确判断刀翼是否张开到扩眼所需尺寸；③刀翼张到最大后没有锁定机构，随着压力1技术分析的变化外径易发生变化；④如产生泥包，弹簧的推力不够，刀翼不能收回；⑤水眼处没有单流阀，．水1．1结构眼容易堵塞。。新型随钻液压扩眼器主要由外壳、调整接头、国内开展随钻扩眼钻井相关研究较晚，从当前呼吸喷嘴、弹簧、上活塞、滑块、刀翼、清洗喷来看，对随钻扩眼工具相关研究与实践应用尚处于嘴、主活塞、弹爪、主活塞座、销钉、心轴、调整起步阶段，有关介绍随钻扩眼工具、理论分析、随套(由部件1、部件2和部件3构成)、密封筒和钻扩眼工具研发及现场应用的文章较少，许

5、多理论主喷嘴等组成，结构如图1所示。$基金项目：周家科技重大专项“多枝导流适度出砂技术”(2008ZX05024—003)部分研究成果。随钻液压扩眼器已获得圉家实用新型专利，专利号：ZL200820124565．0。2010年第38卷第7期于小龙等：新型随钻液压扩眼器的研制图l液压扩眼器结构示意图1一外壳；2-调整接头；3一呼吸喷嘴；4一弹簧；5-上活塞；6-滑块；7-刀翼；8-清洗喷嘴；9-主活塞；10一弹爪；l1—主活塞座；12一销钉；13一主喷嘴；14一密封筒；15一调整套部件3；16一调整套部件2；17一调整套部件1；18一心轴。推杆上部与活塞相连，弹簧支撑活塞，喷嘴固刀翼伸出力：1

6、5．533kN；定在刀片底部和上部，调压杆通过金属爪固定在调刀翼最小缩回力：55．477kN。压杆支架上，扩眼器刀翼上装有PDC切削齿，推1．4技术特点杆与限位块一起利用弹簧的伸缩控制扩眼刀翼的缩(1)本体上增加了导向槽，使刀翼始终承受放。调整套部件3的作用是限定主活塞下移的极限向上的推力，可有效防止刀翼的径向运动；位置。调整套部件2的主要作用是限定弹爪锁定位(2)扩眼作业时，投球、憋压，刀翼张开，置，即在上活塞上移至极限位置时，调整部件2的张到最大外径后由自锁机构锁定，刀翼不能收回，长度，使弹爪刚好锁定主活塞。调整套部件1的作从而提高了扩眼器切削的稳定性；用是限定上活塞上移的极限位置，即调

7、整部件1的(3)增加了刀翼的有效切削长度、分段式加长度可达到调整扩孑L直径的目的。其长度的增加可长保径刀翼设计，并根据扩眼地层岩性的不同，采以增加活塞上移距离，增大扩孔直径，同时一13、"轴也用了阶梯状切磨混合布齿方法，从而提高了刀翼的随之上移，所以调整套部件1长度的变化不会影响切削能力；弹爪锁定性能。(4)在喷嘴内安装有单流阀，能够防止杂质1．2工作原理进入工具内部；在钻具组合时，液压扩眼器应放在定向工具和