专利名称：裸眼造穴工具的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种裸眼造穴工具，主要用于油气井或煤层气井裸眼段的造穴施工，属于石油天然气、煤层气钻井工具技术领域。
背景技术：
裸眼造穴技术起源于美国西部圣胡安盆地的煤层气开采，至今已有近30年历史。 目前，为了提高低效油气藏和煤层气井开发效率，研究、开发裸眼造穴工工具和施工工艺已成为天然气和煤层气开发的关键技术。目前，在国内钻井过程中扩大井眼直径，一般采取扩孔器。如中国专利公告号为CN2544085，名称为井下大直径扩孔器专利，是一种采用机械扩孔和水力喷射相结合方法进行扩孔的工具，这种结构可减少扩孔扭距，保证扩孔的规则，但由于这种钻井扩孔器扩孔过程是自上而下，扩孔效率低；孔径小，扩孔器的结构也不适用于油气井裸眼造穴。此外，专利号为ZL200620007271.0，名称为油气井裸眼造穴工具专利，是一种能够应用于大排量、高泵压、大直径条件下的油气井造穴工具，结构较复杂，经现场应用，发现其不适用于小排量、低泵压条件下的油气井裸眼造穴，难以满足小排量、低泵压条件下的油气井裸眼造穴的需求。
实用新型内容本实用新型目的在于提供一种裸眼造穴工具，适用于小排量、低泵压条件下的油气井或煤层气井的裸眼造穴，进一步提高扩孔效率，通过利用钻井液压力，推动刀杆张开， 且刀杆收回后不影响工具通过井筒套管，可在井筒裸眼段造出一个直径在600毫米至2500 毫米的洞穴，实现石油、天然气井或煤层气井裸眼段造穴的要求。本实用新型采用如下的技术方案，即一种裸眼造穴工具，由上本体、下本体、节流喷嘴座体、刮泥环、节流喷嘴、节流喷嘴压盖、心轴、防退螺钉、双头推块、轴销、刀杆、切削刃、轴销压板、固定螺钉和密封圈构成，上本体的上端开有钻具螺纹，其特征在于上本体的下端螺纹连接下本体，用防退螺钉将上本体和下本体固定，上本体的内腔为设有台阶面的变径的圆柱孔，上本体的颈部内的圆柱孔径小于上本体心轴腔内的圆柱孔径，上本体内腔中的台阶面设在上本体颈部与上本体心轴腔的连接处，心轴呈“T”型的阶梯轴状，心轴为空心轴，心轴上部为心轴头部，心轴头部的外径与上本体的心轴腔内径相等，心轴的下部呈杆状，心轴杆的外径小于心轴头部的外径，心轴安装在上本体的心轴腔内，心轴头部的外侧面与上本体的心轴腔的内侧圆周面密封接触，心轴头部外圆面上设计有刮泥环，心轴头部中心开槽安装有节流喷嘴座体，节流喷嘴安装在节流喷嘴座体内，并由节流喷嘴压盖在底部顶住节流喷嘴，节流喷嘴与心轴中心孔连通，心轴杆穿过下本体头部的中心孔至下本体的方形墙体内，心轴杆的下端连接双头推块，上本体侧壁上开有出液孔，出液孔位于螺纹连接入上本体中的下本体的顶部位置，双头推块安装与下本体内的方形墙体内，双头推块下端的双头分别与两个刀杆的锥面贴合，刀杆通过轴销与下本体铰接，轴销径向插入下本体的阶梯孔内，由轴销压板限位，轴销压板通过固定螺钉与下本体固定成一体，刀杆外表面焊接有硬质合金或PDC切削刃，面对刀杆锥面的下本体侧面下端开有豁口，以便刀杆向外张开。上本体最大外径与下本体的外径相同。防退螺钉置于上本体和下本体螺纹连接处。上述裸眼造穴工具，其所述的密封圈为节流喷嘴座体密封圈、心轴密封圈、喷嘴密封圈。为了适应造穴的需要，工具上、下本体的最大外径在110毫米至216毫米之间，工具长度在600毫米至1200毫米之间；心轴头部的直径在100毫米至200毫米之间。为使心轴有足够的推力推动刀杆，节流喷嘴的内径为8毫米至25毫米。本实用新型的工作原理。本裸眼造穴工具的上本体连接在钻柱下端，并将本工具送入裸眼井眼内。地面泥浆泵起动，泵送循环泥浆。循环泥浆在流过节流喷嘴时产生压差， 该压差作用在心轴上推动心轴下行。心轴通过双头推块的传递作用，推动两个刀杆向外张开。旋转钻柱，液压张开钻压式裸眼造穴工具在钻柱的带动下旋转，刀杆外表面的硬质合金切削井壁地层，直到造出需要直径的洞穴，即刀杆撑开到最大夹角(两刀杆成水平180°C )。 此时，旋转钻柱的同时，逐步缓慢下放钻柱，液压张开钻压式油气井裸眼造穴工具自上而下在地层造出具有一定直径和一定高度的洞穴，达到提高石油、天然气或煤层气开采效率的目的。刀杆收拢则是在地面停泵后，直接上提钻柱和造穴工具，靠井壁对刀杆的向下推力带动双头推块，并推动心轴上行，从而使刀杆收拢。本实用新型的裸眼造穴工具的有益效果即液压张开钻压式裸眼造穴工具在井眼内起下容易、可靠，工具未开启或收回后刀杆外围尺寸不大于主体外径，可以保证工具顺利通过上层套管；裸眼造穴工具打开和收回机构简单、安全可靠。工具的打开是靠钻井液流经节流装置时产生的压降作用在心轴上，形成下行的推力，通过双头推块推动刀杆张开；刀杆收拢则是在地面停泵后，直接上提钻柱和造穴工具，靠井壁对刀杆的向下推力带动双头推块，并推动心轴上行，从而使刀杆收拢；下本体下端刀杆槽设计为台阶式，可以实现刀杆张到最大时，轴销不在承受任何载荷，提高工具的承载能力和作业安全性；造穴过程是自上而下，旋转刀具破碎岩石或煤层，造穴效率高。本造穴工具的整个造穴过程与常规钻井作业操作过程无差别，便于推广，能够降低造穴成本。
图1是本实用新型的裸眼造穴工具结构示意图；图2是本实用新型裸眼造穴工具张开状态的剖面示意图；图3是图1中的A-A剖面图；图4是图1中的B-B剖面图；图5是图3的C向视图；上述图中，上本体1、节流喷嘴座体2、节流喷嘴座体密封圈3、刮泥环4、节流喷嘴 5、心轴密封圈6、喷嘴密封圈7、节流喷嘴压盖8、心轴9、防退螺钉10、双头推块11、下本体 12、轴销13、刀杆14、切削刃15、轴销压板16、固定螺钉17、出液孔18、上本体颈部19、心轴头部20、心轴杆21、心轴腔22、刀杆锥面23、豁口 M。
具体实施方式
[0018]
以下结合附图和实施例对本实用新型结构予以进一步说明，即一种裸眼造穴工具，其上、下本体最大外径均为216毫米，工具长度为1200毫米，心轴头部外径为150毫米， 节流喷嘴的内径为25毫米，该工具其由上本体1、下本体12、节流喷嘴座体2、刮泥环4、节流喷嘴5、节流喷嘴压盖8、心轴9、防退螺钉10、双头推块11、轴销13、刀杆14、切削刃15、 轴销压板16、固定螺钉17和密封圈(3、6、7)构成，上本体1的上端开有钻具螺纹，其特征在于上本体1的下端螺纹连接下本体12，用防退螺钉10将上本体和下本体固定，上本体1的内腔为设有台阶面的变径的圆柱孔，上本体1的颈部19内的圆柱孔径小于上本体心轴腔22 内的圆柱孔径，上本体1内腔中的台阶面设在上本体颈部19与上本体心轴腔22的连接处， 心轴9呈“T”型的阶梯轴状，心轴9为空心轴，心轴9上部为心轴头部20，心轴头部20的外径与上本体1的心轴腔20内径相等，心轴9的下部呈杆状，心轴杆21的外径小于心轴头部 20的外径，心轴9安装在上本体的心轴腔22内，心轴头部20的外侧面与上本体的心轴腔22 的内侧圆周面密封接触，心轴头部20外圆面上设计有刮泥环4，心轴头部20中心开槽安装有节流喷嘴座体2，节流喷嘴5安装在节流喷嘴座体2内，并由节流喷嘴压盖8在节流喷嘴座体7底部顶住节流喷嘴5，节流喷嘴5与心轴中心孔连通，心轴杆21穿过下本体12头部的中心孔至下本体的方形墙体内，心轴杆21的下端连接双头推块11，上本体1侧壁上开有出液孔18，出液孔18位于螺纹连接入上本体1中的下本体12的顶部位置，双头推块11安装在下本体12内的方形墙体内，双头推块11下端的双头分别与两个刀杆14的锥面23贴合，刀杆14通过轴销13与下本体12铰接，轴销13径向插入下本体12的阶梯孔内，由轴销压板16限位，轴销压板16通过固定螺钉17与下本体12固定成一体，刀杆14外表面焊接有PDC切削刃15，面对刀杆锥面23的下本体12侧面下端开有豁口 24。凡与本实用新型相同或相似的结构和原理设计出裸眼造穴工具均属本实用新型的保护范围。本实用新型的裸眼造穴工具在井眼内起下容易、可靠，保证工具顺利通过上层套管；刀杆的打开和收回机构简单、安全可靠，造穴过程与常规钻井作业操作过程相同，便于推广，可降低造穴成本。
权利要求1.一种裸眼造穴工具，由上本体(1)、下本体(12)、节流喷嘴座体O)、刮泥环、节流喷嘴(5)、节流喷嘴压盖(8)、心轴(9)、防退螺钉(10)、双头推块(11)、轴销(13)、刀杆 (14)、切削刃(15)、轴销压板(16)、固定螺钉(17)和密封圈(3、6、7)构成，上本体(1)的上端开有钻具螺纹，其特征在于上本体(1)的下端螺纹连接下本体(12)，用防退螺钉(10)将上本体(1)和下本体(1 固定，上本体(1)的内腔为设有台阶面的变径的圆柱孔，上本体 ⑴的颈部(19)内的圆柱孔径小于上本体心轴腔02)内的圆柱孔径，上本体⑴内腔中的台阶面设在上本体颈部(19)与上本体心轴腔02)的连接处，心轴(9)呈“T”型的阶梯轴状，心轴(9)为空心轴，心轴(9)上部为心轴头部(20)，心轴头部OO)的外径与上本体(1) 的心轴腔OO)内径相等，心轴(9)的下部呈杆状，心轴杆的外径小于心轴头部OO)的外径，心轴(9)安装在上本体的心轴腔0 内，心轴头部OO)的外侧面与上本体的心轴腔 (22)的内侧圆周面密封接触，心轴头部OO)外圆面上设计有刮泥环G)，心轴头部OO)中心开槽安装有节流喷嘴座体O)，节流喷嘴(5)安装在节流喷嘴座体O)内，由节流喷嘴压盖(8)在节流喷嘴座体(7)底部顶住节流喷嘴(5)，节流喷嘴( 与心轴中心孔连通，心轴杆穿过下本体(1 头部的中心孔至下本体(1 的方形墙体内，心轴杆的下端连接双头推块(11)，上本体(1)侧壁上开有出液孔(18)，出液孔(18)位于螺纹连接入上本体(1)中的下本体(1 的顶部位置，双头推块(11)安装在下本体(1 内的方形墙体内，双头推块(11)下端的双头分别与两个刀杆(14)的锥面03)贴合，刀杆(14)通过轴销(13) 与下本体(12)铰接，轴销(13)径向插入下本体(12)的阶梯孔内，由轴销压板(16)限位， 轴销压板(16)通过固定螺钉(17)与下本体(1 固定成一体，刀杆(14)外表面焊接有硬质合金或PDC切削刃(15)，面对刀杆锥面03)的下本体(12)侧面下端开有豁口 04)。
2.如权利要求1所述的裸眼造穴工具，其特征在于上本体(1)最大外径与下本体(12) 的外径相同。
3.如权利要求1所述的裸眼造穴工具，其特征在于所述的防退螺钉(10)置于上本体 (1)和下本体(12)螺纹连接处。
4.如权利要求1所述的裸眼造穴工具，其特征在于所述的密封圈为节流喷嘴座体密封圈(3)、心轴密封圈(6)、喷嘴密封圈(7)。
专利摘要本实用新型涉及一种裸眼造穴工具，适用于小排量、低泵压条件下油气井或煤层气井裸眼段的造穴施工，该工具由上本体、下本体、心轴、双头推块、轴销、刀杆、切削刃等构成，上本体上端连接钻具，下端连接下本体，心轴呈“T”型的阶梯轴状，心轴头部的外侧面与上本体的心轴腔的内侧面密封接触，心轴头部中心安装有节流喷嘴，该喷嘴与心轴中心孔连通，心轴下端装双头推块，推块与刀杆的锥面贴合，刀杆通过轴销与下本体铰接，刀杆外表面焊接有硬质合金或PDC切削刃。施工时，工具送入裸眼井内，循环泥浆流过节流喷嘴产生压差，推动心轴下行，双头推块将两个刀杆向外张开，钻柱旋转，刀杆外表面的硬质合金切削井壁地层，造出地层的洞穴。
文档编号E21B7/28GK202338203SQ20112042643
公开日2012年7月18日 申请日期2011年11月2日 优先权日2011年11月2日
发明者周俊然, 王合林, 王益山, 蒋海涛 申请人:中国石油集团渤海钻探工程有限公司