钻井用高孔密扩孔器的制作方法

本实用新型涉及一种石油钻井扩孔器具，特别涉及一种钻井用高孔密扩孔器，属于石油钻井设备技术领域。

背景技术：

石油钻井作业中，盐膏层蠕变和挤压可造成井眼缩径、卡钻、下套管困难、固井质量差以及挤毁套管等，引发严重的钻井事故。钻遇盐膏层地层时，常规的做法是采取早开泵、晚摘泵、勤划眼、严格控制钻速的方法，以及增加钻井液密度，通过压差来防止盐膏层蠕变，但都不能从根本上解决以上隐患。更为稳妥的做法是采用井下扩眼技术，扩大盐膏层井段的井眼，来抵消盐膏层蠕变所造成的位移，从而增大了水泥环厚度，提高了固井质量和保护了套管。此外，在钻遇易漏失、易垮塌、易缩径等复杂地层时，需要实施膨胀管封堵复杂地层施工；或者受井身结构中上层套管尺寸的限制需下入大尺寸的套管，以上也需要对所钻井段进行扩孔作业。

传统扩孔作业方法通常采用水力液压扩孔器进行钻后扩孔和双心钻头进行随钻扩孔。水力液压扩孔器主体内的上部安装有一个活塞，活塞顶部与弹簧相连。扩孔器处于闲置状态时，扩孔刀翼缩回在本体内；需要进行扩眼作业时，即加大钻井液流速，高压钻井液经过节流装置形成一定的压差，压差推动活塞做压缩弹簧的运动，同时活塞下端的齿条与扩眼体上的齿轮啮合，使扩孔刀翼张开，实现扩孔钻进。双心钻头由领眼钻头和扩孔刀翼两部分组成，领眼部分与常规钻头结构几乎相同，钻进时处于井筒的最下端，可钻出一个直径较小的领眼；扩孔刀翼是带有切削刃的棱柱结构，沿圆周方向布置双心钻头的侧面，通常只分布在1/4圆周范围内，能将领眼扩大为工艺要求尺寸的井眼。

由于受扩孔地层压实强度、岩石硬度和井眼井斜的影响，常规水力液压扩孔器进行钻后扩孔存在扩孔器断刀翼、扩孔时间长、扩孔扭矩大、钻具风险高、扩孔效果差等问题。双心钻头进行随钻扩孔存在扩孔时间长、扩孔扭矩大、钻头寿命短等问题。特别是在漏失、易坍塌的地层中进行扩孔作业，难度较大，风险较高，扩孔精度有时无法保证，这很大程度上限制了钻井作业的下一步施工。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于，克服现有技术中存在的问题，提供一种钻井用高孔密扩孔器，扩孔速度快，扩孔效果好且井下风险低。

为解决以上技术问题，本实用新型的一种钻井用高孔密扩孔器，包括相互旋接的扩孔上接头和扩孔下接头，所述扩孔上接头的内腔上部设有扩孔上接头母螺纹，所述扩孔下接头的下端旋接有传爆接头，所述传爆接头的下端旋接有向下延伸的扩孔枪，所述扩孔枪的下端旋接有枪尾，所述枪尾的下端设有锥形导向头；所述扩孔枪的枪管上均匀分布有多个盲孔，所述扩孔枪内腔中心设有弹架，所述弹架上均匀分布有与所述扩孔枪上的盲孔一一对应且共轴线的扩孔弹，所述弹架的中心设有引爆各扩孔弹的导爆索，所述导爆索的下端固定在所述弹架的下端，所述导爆索的上端插入所述传爆接头的中心孔中；所述传爆接头的内腔设有可引爆导爆索的传爆管，所述扩孔下接头的内腔下部安装有引爆所述传爆管的起爆器，所述扩孔上接头的内腔安装有可撞击所述起爆器的压力起爆装置；所述传爆接头的内腔设有扶正套，所述扶正套的中心孔上部安装有所述传爆管，所述扶正套的中心孔呈上小下大结构，所述导爆索的上端插入所述扶正套的中心孔与所述传爆管相连。

相对于现有技术，本实用新型取得了以下有益效果：在枪尾的导向领眼作用下，扩孔枪随钻杆被下放至预定的扩孔位置，然后开启泥浆泵向钻杆内腔加压，钻井液的压力使压力起爆装置解锁，撞击下方的起爆器，起爆器输出的冲击波引爆传爆管和导爆索，导爆索内装钝感猛炸药，爆速高达7800m/s，瞬间扩孔枪内的各扩孔弹剧烈爆炸，扩孔枪上的盲孔被炸开，爆炸产生的冲击波作用在井壁岩石上，造成该段全圆周的地层岩石压碎和破裂，从而达到扩孔的效果；然后将泥浆泵开至施工排量，将爆炸扩孔所产生的岩屑携带出地面，然后通过电缆下入井径测井仪检测井径，判断是否符合预定的扩孔要求。扶正套的中心孔呈上小下大结构，便于导爆索的插入；传爆管的结构更加简单，使得传爆组件的安装更加方便快捷。该装置不需要旋转钻具和启动其他动力设备，无井下钻具风险，可以实现定点、快速、安全、高效、低成本的井下扩孔，而且操作方便。

作为本实用新型的改进，所述扩孔弹包括弹壳，所述弹壳指向扩孔枪轴线的内端头呈平头锥形，所述弹壳的内端头设有弹壳传爆中心孔，所述弹壳传爆中心孔中装填有扩孔弹传爆药，所述弹壳的内腔设有药型罩，所述药型罩为锥形且与所述弹壳共轴线，所述药型罩为锥顶垂直指向扩孔枪的轴线，所述药型罩与所述弹壳的内壁之间装填有扩孔弹主装药，所述扩孔弹主装药的锥顶与所述扩孔弹传爆药相对接。导爆索将扩孔弹传爆药引爆，扩孔弹传爆药将扩孔弹主装药引爆，将药型罩炸开，爆炸产生的冲击波将扩孔枪上的盲孔炸开，并且作用在井壁岩石上，实现扩孔的目的。

作为本实用新型的改进，所述压力起爆装置包括位于所述扩孔上接头内腔下部的开孔挡板和撞针，所述开孔挡板位于所述扩孔上接头母螺纹的下方，所述撞针位于所述开孔挡板的下方且沿所述扩孔上接头的中心孔向下延伸，所述撞针的外周通过O型圈与所述扩孔上接头中心孔实现密封；所述撞针的下端插入所述扩孔下接头的内腔中，所述撞针的下端圆周上插接有剪切销，所述剪切销的外端头嵌装在撞针衬套中，所述撞针衬套的下端支撑在所述扩孔下接头的台阶上，所述撞针衬套的上端抵靠在所述扩孔上接头的下端面下方；所述撞针的下端尖部对准所述起爆器的上端中心。剪切销将撞针固定在撞针衬套及扩孔上接头的中心孔中，撞针衬套被固定在扩孔上接头的下端面与扩孔下接头的内台阶之间，防止撞针在下井过程中由于重力作用下移；剪切销具有一定的强度以免在管串震动时损坏，并且能在设计的剪切压力下可靠剪断。当泥浆泵向钻杆内腔加压至设定值时，剪切销被剪断，撞针快速下行，撞针的下端尖部高速撞击起爆器将其引爆产生冲击波。

作为本实用新型的进一步改进，所述起爆器的内腔密封填充有起爆炸药，所述起爆器的上端位于所述扩孔下接头的中心孔中，所述起爆器的下端插接在螺塞的沉孔中，所述螺塞的外周旋接在所述扩孔下接头的下端螺孔中，所述螺塞的底部中心设有螺塞中心孔与所述螺塞沉孔相贯通。螺塞从下方向上旋接在扩孔下接头的螺孔中将起爆器固定，起爆器受到压力起爆装置的撞针撞击后引爆，冲击波从螺塞底部的螺塞中心孔向下方的传爆管传递。

作为本实用新型的进一步改进，所述扩孔上接头的中心孔内壁设有上接头内环槽，所述上接头内环槽环绕在所述撞针的上部圆周外侧，所述扩孔上接头上对称设有上接头径向孔与所述上接头内环槽相贯通。撞针处于未解锁状态时，钻杆内腔的钻井液即泥浆被撞针外周的O型圈密封住；当泥浆泵加压至设定值时，剪切销被剪断，撞针快速下行撞击起爆器，此时上接头径向孔露出，钻杆内腔的钻井液从上接头内环槽及上接头径向孔流出，泥浆泵的压力出现剧烈波动，施工人员在井上通过泥浆泵压力的波动得知井下已实现爆炸扩孔。

作为本实用新型的进一步改进，所述扩孔下接头的上部圆周上对称旋接有沉头螺钉，所述沉头螺钉的内端头分别插入在所述扩孔上接头外周壁的环状凹槽中。沉头螺钉可以防止扩孔上接头和扩孔下接头在下井过程中出现松动。

作为本实用新型的进一步改进，所述扩孔枪的枪管上每米设有120个所述盲孔，各盲孔沿枪管表面的多头螺旋线均匀分布，所述盲孔在枪管上的相位数为18个，同一横截面上的相邻两个盲孔之间的相位角为140°。枪管上采用超高孔密，保证了穿孔深度和穿孔孔径；盲孔及扩孔弹沿多头螺旋线分布，相邻两个盲孔之间的相位角为140°，解决了弹间干扰的问题。

作为本实用新型的进一步改进，所述弹架的上下两端分别固定在定位盘的中心，所述定位盘的外周分别于所述扩孔枪的枪管内壁间隙配合，所述扩孔枪内壁的上下两端分别设有对定位盘进行轴向定位的孔用挡圈，所述定位盘的外端面上分别通过螺钉固定有定位片，所述定位片的外端头分别嵌于所述扩孔枪的内壁凹槽中。上下两端的定位盘确保弹架与扩孔枪共轴线， 孔用挡圈对弹架进行轴向定位，定位片对弹架进行径向定位，确保每个扩孔弹与枪管上相应的盲孔共轴线，使得爆炸冲击波发挥最大的扩孔作用。

作为本实用新型的进一步改进，所述药型罩的锥顶角为38°~52°，所述药型罩的壁厚为0.5~3mm；所述弹壳传爆中心孔的直径为Φ2.5mm~Φ5mm，长度为20mm~30mm。

附图说明

图1为本实用新型钻井用高孔密扩孔器的主视图。

图2为图1中压力起爆装置部位的放大图。

图3为图1中扩孔弹的剖视图。

图4为图1中A部位的放大图。

图中：1.扩孔上接头；1a.扩孔上接头母螺纹；1b.上接头内环槽；1c.上接头径向孔；2.扩孔下接头；2a.沉头螺钉；3.传爆接头；4.扩孔枪； 4a.弹架；4b.导爆索；4c.定位盘；4d.定位片；5.枪尾；6.压力起爆装置；6a.开孔挡板；6b.撞针；6c.剪切销；6d.撞针衬套；7.起爆器；8.螺塞；8a.螺塞中心孔；9.传爆管；10.扶正套；11.扩孔弹；11a.弹壳；11b.扩孔弹传爆药；11c.扩孔弹主装药；11d.药型罩。

具体实施方式

如图1至图4所示，本实用新型的钻井用高孔密扩孔器包括相互旋接的扩孔上接头1和扩孔下接头2，扩孔上接头1的内腔上部设有扩孔上接头母螺纹1a，扩孔下接头2的下端旋接有传爆接头3，传爆接头3的下端旋接有向下延伸的扩孔枪4，扩孔枪4的下端旋接有枪尾5，枪尾5的下端设有锥形导向头；扩孔枪4的枪管上均匀分布有多个盲孔，扩孔枪4内腔中心设有弹架4a，弹架4a上均匀分布有与扩孔枪4上的盲孔一一对应且共轴线的扩孔弹11，弹架4a的中心设有引爆各扩孔弹11的导爆索4b，导爆索4b的下端固定在弹架4a的下端，导爆索4b的上端插入传爆接头3的中心孔中；传爆接头3的内腔设有可引爆导爆索4b的传爆管9，扩孔下接头2的内腔下部安装有引爆传爆管9的起爆器7，扩孔上接头1的内腔安装有可撞击起爆器7的压力起爆装置6。

压力起爆装置6包括位于扩孔上接头1内腔下部的开孔挡板6a和撞针6b，开孔挡板6a位于扩孔上接头母螺纹1a的下方，撞针6b位于开孔挡板6a的下方且沿扩孔上接头1的中心孔向下延伸，撞针6b的外周通过O型圈与扩孔上接头中心孔实现密封；撞针6b的下端插入扩孔下接头2的内腔中，撞针6b的下端圆周上插接有剪切销6c，剪切销6c的外端头嵌装在撞针衬套6d中，撞针衬套6d的下端支撑在扩孔下接头2的台阶上，撞针衬套6d的上端抵靠在扩孔上接头1的下端面下方；撞针6b的下端尖部对准起爆器7的上端中心。

剪切销6c将撞针6b固定在撞针衬套6d及扩孔上接头1的中心孔中，撞针衬套6d被固定在扩孔上接头1的下端面与扩孔下接头2的内台阶之间，防止撞针6b在下井过程中由于重力作用下移；剪切销6c具有一定的强度以免在管串震动时损坏，并且能在设计的剪切压力下可靠剪断。当泥浆泵向钻杆内腔加压至设定值时，剪切销6c被剪断，撞针6b快速下行，撞针6b的下端尖部高速撞击起爆器7将其引爆产生冲击波。

起爆器7的内腔密封填充有起爆炸药，起爆器7的上端位于扩孔下接头2的中心孔中，起爆器7的下端插接在螺塞8的沉孔中，螺塞8的外周旋接在扩孔下接头2的下端螺孔中，螺塞8的底部中心设有螺塞中心孔8a与螺塞沉孔相贯通。螺塞8从下方向上旋接在扩孔下接头2的螺孔中将起爆器7固定，起爆器7受到压力起爆装置6的撞针6b撞击后引爆，冲击波从螺塞8底部的螺塞中心孔8a向下方的传爆管9传递。

扩孔上接头1的中心孔内壁设有上接头内环槽1b，上接头内环槽1b环绕在撞针6b的上部圆周外侧，扩孔上接头1上对称设有上接头径向孔1c与上接头内环槽1b相贯通。撞针6b处于未解锁状态时，钻杆内腔的钻井液即泥浆被撞针6b外周的O型圈密封住；当泥浆泵加压至设定值时，剪切销6c被剪断，撞针6b快速下行撞击起爆器7，此时上接头径向孔1c露出，钻杆内腔的钻井液从上接头内环槽1b及上接头径向孔1c流出，泥浆泵的压力出现剧烈波动，施工人员在井上通过泥浆泵压力的波动得知井下已实现爆炸扩孔。

扩孔下接头2的上部圆周上对称旋接有沉头螺钉2a，沉头螺钉2a的内端头分别插入在扩孔上接头1外周壁的环状凹槽中。沉头螺钉2a可以防止扩孔上接头1和扩孔下接头2在下井过程中出现松动。

传爆接头3的内腔设有扶正套10，扶正套10的中心孔上部安装有传爆管9，扶正套10的中心孔呈上小下大结构，导爆索4b的上端插入扶正套10的中心孔与传爆管9相连。扶正套10的中心孔呈上小下大结构，便于导爆索4b的插入；传爆管9的结构更加简单，使得传爆组件的安装更加方便快捷。

扩孔弹11包括弹壳11a，弹壳11a指向扩孔枪轴线的内端头呈平头锥形，弹壳11a的内端头设有弹壳传爆中心孔，弹壳传爆中心孔中装填有扩孔弹传爆药11b，弹壳11a的内腔设有药型罩11d，药型罩11d为锥形且与弹壳11a共轴线，药型罩11d为锥顶垂直指向扩孔枪4的轴线，药型罩11d与弹壳11a的内壁之间装填有扩孔弹主装药11c，扩孔弹主装药11c的锥顶与扩孔弹传爆药11b相对接。导爆索4b将扩孔弹传爆药11b引爆，扩孔弹传爆药11b将扩孔弹主装药11c引爆，将药型罩11d炸开，爆炸产生的冲击波将扩孔枪4上的盲孔炸开，并且作用在井壁岩石上，实现扩孔的目的。

弹架4a的上下两端分别固定在定位盘4c的中心，定位盘4c的外周分别于扩孔枪4的枪管内壁间隙配合，扩孔枪内壁的上下两端分别设有对定位盘4c进行轴向定位的孔用挡圈，定位盘4c的外端面上分别通过螺钉固定有定位片4d，定位片4d的外端头分别嵌于扩孔枪4的内壁凹槽中。上下两端的定位盘4c确保弹架4a与扩孔枪4共轴线， 孔用挡圈对弹架4a进行轴向定位，定位片4d对弹架4a进行径向定位，确保每个扩孔弹11与枪管上相应的盲孔共轴线，使得爆炸冲击波发挥最大的扩孔作用。

扩孔枪4的枪管上每米设有120个盲孔，各盲孔沿枪管表面的多头螺旋线均匀分布，盲孔在枪管上的相位数为18个，同一横截面上的相邻两个盲孔之间的相位角为140°。枪管上采用超高孔密，保证了穿孔深度和穿孔孔径；盲孔及扩孔弹11沿多头螺旋线分布，相邻两个盲孔之间的相位角为140°，解决了弹间干扰的问题。

药型罩11d的锥顶角为38°~52°，药型罩11d的壁厚为0.5~3mm；弹壳传爆中心孔的直径为Φ2.5mm~Φ5mm，长度为20mm~30mm。

在枪尾5的导向领眼作用下，扩孔枪4随钻杆被下放至预定的扩孔位置，然后开启泥浆泵向钻杆内腔加压，钻井液的压力使压力起爆装置6解锁，撞击下方的起爆器7，起爆器7输出的冲击波引爆传爆管9和导爆索4b，导爆索4b内装钝感猛炸药，爆速高达7800m/s，瞬间扩孔枪4内的各扩孔弹11剧烈爆炸，扩孔枪4上的盲孔被炸开，爆炸产生的冲击波作用在井壁岩石上，造成该段全圆周的地层岩石压碎和破裂，从而达到扩孔的效果；然后将泥浆泵开至施工排量，将爆炸扩孔所产生的岩屑携带出地面，然后通过电缆下入井径测井仪检测井径，判断是否符合预定的扩孔要求。该装置不需要旋转钻具和启动其他动力设备，无井下钻具风险，可以实现定点、快速、安全、高效、低成本的井下扩孔，而且操作方便。

导爆索4b的外皮为特种塑料，内装猛炸药，是一种高爆速导爆索，爆速高达7800m/s；该猛炸药可以应用于井下温度不超过160℃，井下压力不超过70MPa，井下施工时间不超过48h的环境下；扩孔弹传爆药11b和扩孔弹主装药11c飞性能同样如此。

以上所述仅为本实用新型之较佳可行实施例而已，非因此局限本实用新型的专利保护范围。除上述实施例外，本实用新型还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围内。本实用新型未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述。