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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 新型液壓式隨鉆擴(kuò)眼器的研制
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”作品
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 鑒于目前國(guó)內(nèi)外擴(kuò)眼器存在的服務(wù)費(fèi)用高、擴(kuò)眼效率低和工作安全性差等方面的不足，本文研制了一種安全性和可靠性較高的新型液壓式隨鉆擴(kuò)眼器。該擴(kuò)眼器具有性能穩(wěn)定，作業(yè)范圍廣和經(jīng)濟(jì)效益高等特點(diǎn)。其獨(dú)特的設(shè)計(jì)彌補(bǔ)了傳統(tǒng)擴(kuò)眼器工具存在的缺陷，打破了國(guó)外的技術(shù)壟斷。經(jīng)過(guò)地面測(cè)試和海上試驗(yàn)井的應(yīng)用檢測(cè)，該擴(kuò)眼器各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，擴(kuò)眼效果良好，能滿足我國(guó)陸地和海上油氣田擴(kuò)眼作業(yè)要求，具有較強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
- 詳細(xì)介紹：
- 在石油天然氣的開(kāi)發(fā)鉆井過(guò)程中，由于井壁不穩(wěn)和受地層擠壓等原因，經(jīng)常會(huì)遇到井眼直徑縮小導(dǎo)致鉆井過(guò)程難以繼續(xù)、以及水平井眼縮小等問(wèn)題，因此需要使用擴(kuò)眼器來(lái)進(jìn)行擴(kuò)眼作業(yè)。鑒于目前國(guó)內(nèi)外擴(kuò)眼器存在的服務(wù)費(fèi)用高、擴(kuò)眼效率低和工作安全性差等方面的不足，以及不能滿足海洋優(yōu)快鉆井技術(shù)要求的狀況，本文研制了一種安全性和可靠性較高的新型液壓式隨鉆擴(kuò)眼器。該作品具有以下技術(shù)特點(diǎn)： 1、在擴(kuò)眼器中首次引入彈爪鎖定裝置有效解決了傳統(tǒng)擴(kuò)眼器刀翼在作業(yè)過(guò)程中回縮的問(wèn)題。該裝置通過(guò)彈爪彈指上的齒扣與芯管外壁上的齒扣間的咬合實(shí)現(xiàn)鎖定彈爪的鎖定功能。擴(kuò)眼作業(yè)時(shí)，井壁施加給刀翼的力越大，彈爪和芯管的咬合越緊，確保了擴(kuò)眼作業(yè)的穩(wěn)定性。 2、擴(kuò)眼井徑可調(diào)節(jié)。本擴(kuò)眼器可以在下井前通過(guò)更換調(diào)整套長(zhǎng)度來(lái)調(diào)節(jié)擴(kuò)眼器的最大外徑，實(shí)現(xiàn)一種擴(kuò)眼器可以進(jìn)行多種尺寸的擴(kuò)眼作業(yè)，滿足不同的鉆、完井要求，適應(yīng)范圍廣。 3、采用雙彈簧雙投球和雙噴嘴設(shè)計(jì)。小彈簧推動(dòng)解鎖套實(shí)現(xiàn)擴(kuò)眼器解鎖，主彈簧推動(dòng)復(fù)位頂套實(shí)現(xiàn)刀翼的收回。主彈簧和小彈簧間的配合，使擴(kuò)眼器刀翼能夠順利收回。二次投球則是刀翼成功收回的一個(gè)備份式的保險(xiǎn)。即在外界因素的影響下，主彈簧和小彈簧間的相互作用未能實(shí)現(xiàn)刀翼的收回時(shí)，通過(guò)設(shè)置二次投球，確保刀翼能成功收回以繼續(xù)實(shí)施鉆進(jìn)作業(yè)，因此二次投球很好的體現(xiàn)出了本擴(kuò)眼器的隨鉆特點(diǎn)：即在擴(kuò)眼器下到擴(kuò)眼層段進(jìn)行擴(kuò)眼，擴(kuò)眼結(jié)束后刀翼收回在不提鉆的情況下繼續(xù)進(jìn)行正常鉆進(jìn)作業(yè)。 4、此外，本擴(kuò)眼器在刀翼上下方安裝了內(nèi)置水射流噴嘴，能有效防止泥包的形成，解決了傳統(tǒng)產(chǎn)品自潔能力差的問(wèn)題，噴嘴內(nèi)部安裝單流閥，能有效防止雜質(zhì)進(jìn)入工具內(nèi)部。 經(jīng)過(guò)中海石油天津分公司的地面測(cè)試和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，使用本作品進(jìn)行擴(kuò)眼作業(yè)時(shí)，擴(kuò)眼作業(yè)效果非常明顯，井眼擴(kuò)大率為20%～25%，誤差小于5%，能很好的滿足鉆井?dāng)U眼作業(yè)要求，尤其能滿足海上石油優(yōu)快鉆探要求，時(shí)效性和安全性要，經(jīng)濟(jì)效益顯著，推廣應(yīng)用前景廣闊。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 設(shè)計(jì)目的： 油氣鉆井過(guò)程中，由于井壁不穩(wěn)和受地層擠壓等原因，經(jīng)常會(huì)遇到井眼直徑縮小導(dǎo)致鉆井過(guò)程難以繼續(xù)等問(wèn)題。新型液壓式隨鉆擴(kuò)眼器的研制能夠解決上述鉆井過(guò)程井徑縮小的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)油氣開(kāi)采作業(yè)的順利進(jìn)行。 設(shè)計(jì)思路： 在井下擴(kuò)眼作業(yè)時(shí)，擴(kuò)眼器安裝在鉆井管柱上，由鉆桿下入至需要擴(kuò)眼作業(yè)的地層，工作人員通過(guò)液壓投球的方式控制擴(kuò)眼器上切削刀翼的伸出，然后通過(guò)鉆井管柱的旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)帶動(dòng)擴(kuò)眼器刀翼的旋轉(zhuǎn)破碎地層巖石，實(shí)現(xiàn)擴(kuò)大井眼直徑的目的。 創(chuàng)新點(diǎn)： 1、一趟管柱下入可同時(shí)完成擴(kuò)眼和鉆進(jìn)兩個(gè)過(guò)程。本擴(kuò)眼器在不僅能實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)擴(kuò)眼器在擴(kuò)眼作業(yè)同時(shí)時(shí)能鉆進(jìn)的功能，而且在擴(kuò)眼作業(yè)后能通過(guò)二次投球的方式確保刀翼的收回，井下鉆具在不起鉆的情況能繼續(xù)往深部地層鉆進(jìn)。 2、解決了傳統(tǒng)擴(kuò)眼器的切削刀翼在擴(kuò)眼過(guò)程回縮的問(wèn)題。傳統(tǒng)擴(kuò)眼器切削刀翼在擴(kuò)眼作業(yè)時(shí)經(jīng)常因受井壁擠壓而縮回導(dǎo)致擴(kuò)眼不成功，而本作品設(shè)計(jì)有獨(dú)特的彈爪鎖定機(jī)構(gòu)和刀翼導(dǎo)向槽，擴(kuò)眼作業(yè)時(shí)井壁施加給刀翼的壓力越大，彈爪機(jī)構(gòu)鎖定越緊，有效解決了上述問(wèn)題。 3、擴(kuò)眼尺寸可調(diào)。傳統(tǒng)擴(kuò)眼器不能實(shí)現(xiàn)由一種擴(kuò)眼器進(jìn)行多種尺寸井徑的擴(kuò)眼作業(yè)功能，而本作品可以調(diào)節(jié)擴(kuò)眼刀翼的伸出量，實(shí)現(xiàn)多種尺寸的擴(kuò)眼作業(yè)。 技術(shù)關(guān)鍵： 鎖定機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)；刀翼伸縮過(guò)程的實(shí)現(xiàn)；擴(kuò)眼器力學(xué)分析和液壓水力學(xué)計(jì)算；擴(kuò)眼器結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核。 技術(shù)指標(biāo)： 1）井眼擴(kuò)大率：>15%,誤差<5%;2)刀翼能實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的伸縮；3)作品液壓損失:<2MPa；4)密封性：20MPa保持穩(wěn)壓20min。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 該作品的科學(xué)性和先進(jìn)性體現(xiàn)在以下三個(gè)方面： 1、形成自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，打破國(guó)外技術(shù)壟斷； 2、相比目前現(xiàn)有的擴(kuò)眼器產(chǎn)品具有切削刀翼不會(huì)被地層壓回，工作性能穩(wěn)定； 3、擴(kuò)眼直徑可調(diào)，能進(jìn)行多尺寸井徑擴(kuò)眼作業(yè)，適應(yīng)性和經(jīng)濟(jì)效益高； 4、通過(guò)二次投球確保刀翼收回，可實(shí)現(xiàn)下入一趟管柱同時(shí)進(jìn)行鉆進(jìn)和擴(kuò)眼作業(yè)等技術(shù)特點(diǎn)，真正實(shí)現(xiàn)隨鉆擴(kuò)眼的技術(shù)要求，能滿足我國(guó)陸地和海洋石油鉆探要求。 5、采用虛擬樣機(jī)技術(shù)，為產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)帶來(lái)全新的設(shè)計(jì)、驗(yàn)證和演示手段，縮短開(kāi)發(fā)周期、節(jié)約開(kāi)發(fā)成本。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 2010年6月，本作品開(kāi)始在中海石油能源發(fā)展監(jiān)督監(jiān)理技術(shù)公司開(kāi)展地面測(cè)試與現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，地面測(cè)試和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用結(jié)果良好，作品各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。 2011年3月，本作品獲得中海石油（中國(guó)）有限公司天津分公司“新型液壓式隨鉆擴(kuò)眼器現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用證明”，經(jīng)證明，本作品在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用時(shí)“擴(kuò)眼效果良好，有效提高了作業(yè)時(shí)效、降低了作業(yè)費(fèi)用”。 2011年4月，本作品獲我國(guó)科學(xué)技術(shù)部教育部科技查新工作站（SH01）“新型液壓式隨鉆擴(kuò)眼器的研制”成果查新證明（查新編號(hào)：20113600SH010275），經(jīng)查新鑒定，現(xiàn)有擴(kuò)眼器產(chǎn)品 “其原理都與本設(shè)計(jì)不同，都不是采用鎖定彈爪作為刀翼鎖定裝置”、“都不能進(jìn)行多種尺寸的擴(kuò)眼作業(yè)”，且目前“沒(méi)有通過(guò)液壓作用實(shí)現(xiàn)自動(dòng)解鎖收回刀翼的相關(guān)研究”。 2011年6月，本作品獲第六屆“挑戰(zhàn)杯”首都大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽特等獎(jiǎng)
作品所處階段
- 經(jīng)過(guò)地面測(cè)試和現(xiàn)場(chǎng)試應(yīng)用階段，進(jìn)入專利申請(qǐng)和逐步推廣使用階段。
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 專利轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- √圖紙√圖片√錄像√實(shí)物√模型
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 技術(shù)特點(diǎn)：該液壓擴(kuò)眼器通過(guò)投球、憋壓實(shí)現(xiàn)刀翼的準(zhǔn)確伸縮，能滿足鉆井作業(yè)的安全性要求；彈爪鎖定機(jī)構(gòu)和刀翼伸縮結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)獨(dú)特，能保證擴(kuò)眼作業(yè)的穩(wěn)定性和可靠性；刀翼伸出的直徑可調(diào)，能進(jìn)行多種尺寸井徑的擴(kuò)眼作業(yè)；刀翼上下方都安裝有內(nèi)置噴嘴，且噴嘴內(nèi)部安裝單流閥，能有效防止雜質(zhì)進(jìn)入工具內(nèi)部。 推廣前景：本作品的研制能有效打破國(guó)外擴(kuò)眼器產(chǎn)品的技術(shù)壟斷，降低工具使用費(fèi)用，提高國(guó)產(chǎn)石油工具的競(jìng)爭(zhēng)力，由于本作品具有安全性能好、使用可靠、作業(yè)時(shí)效高等特點(diǎn)，能很好的滿足海上石油優(yōu)快鉆井的作業(yè)要求，可以在油氣田尤其是海洋油氣田中使用，市場(chǎng)應(yīng)用前景廣闊。 經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)：由于本作品完全國(guó)產(chǎn)化，具有價(jià)格優(yōu)勢(shì)，且擴(kuò)眼井徑范圍廣，可避免更換選擇不同直徑的擴(kuò)眼產(chǎn)品。經(jīng)中海石油天津分公司現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用證明，傳統(tǒng)擴(kuò)眼器產(chǎn)品單井作業(yè)費(fèi)用約為55萬(wàn)元，而采用本作品服務(wù)費(fèi)用為20萬(wàn)元，單以天津渤海油田一年擴(kuò)井作業(yè)50口井計(jì)算，則每年可節(jié)省1750萬(wàn)元，因此該作品具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。
同類課題研究水平概述
- （1）國(guó)外研究現(xiàn)狀：國(guó)外在20世紀(jì)90年代初開(kāi)始隨鉆擴(kuò)眼的研究工作，其技術(shù)水平相對(duì)較高。迄今為止，國(guó)外已研制出多種隨鉆擴(kuò)眼器，主要有偏心鉆頭和液壓擴(kuò)眼器。偏心鉆頭使用過(guò)程中主要存在以下問(wèn)題:擴(kuò)眼刀翼單邊受力，扭矩大，憋跳嚴(yán)重，對(duì)鉆頭和鉆柱易造成很大的傷害;井眼為螺旋形，井身質(zhì)量較差; 自潔能力差，擴(kuò)眼切削齒不能及時(shí)完成擴(kuò)眼，造成扭矩偏大，機(jī)械鉆速低;影響造斜;易形成泥包;井眼擴(kuò)大尺寸有限。目前使用的液壓擴(kuò)眼器在使用過(guò)程中存在的主要問(wèn)題有以下幾點(diǎn):服務(wù)費(fèi)用昂貴;利用壓差推動(dòng)刀翼張開(kāi)，但不能準(zhǔn)確判斷刀翼是否張開(kāi)到擴(kuò)眼所需尺寸，擴(kuò)眼效果達(dá)不到要求;刀翼張到最大后沒(méi)有鎖定機(jī)構(gòu)，隨著壓力的變化外徑易發(fā)生變化;如產(chǎn)生泥包，彈簧的推力不夠，刀翼不能收回;水眼處沒(méi)有單流閥，水眼容易堵塞等問(wèn)題。 （2）國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀：國(guó)內(nèi)開(kāi)展隨鉆擴(kuò)眼鉆井相關(guān)研究較晚，從當(dāng)前來(lái)看，對(duì)隨鉆擴(kuò)眼工具相關(guān)研究與實(shí)踐應(yīng)用尚處于起步階段，有關(guān)介紹隨鉆擴(kuò)眼工具理論分析、隨鉆擴(kuò)眼工具研發(fā)及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的文章較少，許多理論尚不完善。進(jìn)口偏心鉆頭及液壓擴(kuò)眼器在使用過(guò)程中存在的問(wèn)題在國(guó)產(chǎn)工具中都有所體現(xiàn)，同時(shí)，國(guó)產(chǎn)液壓擴(kuò)眼器擴(kuò)眼效率低、結(jié)構(gòu)不合理、工作安全性差和壽命短的問(wèn)題更為突出，難以滿足海洋鉆井的技術(shù)要求;因此，目前國(guó)產(chǎn)擴(kuò)眼器的結(jié)構(gòu)迫切需要進(jìn)一步完善以提高其工作可靠性。
