基本信息
- 項目名稱：
- 新型液壓式隨鉆擴眼器的研制
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 鑒于目前國內(nèi)外擴眼器存在的服務費用高、擴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眼器。該擴眼器具有性能穩(wěn)定，作業(yè)范圍廣和經(jīng)濟效益高等特點。其獨特的設計彌補了傳統(tǒng)擴眼器工具存在的缺陷，打破了國外的技術壟斷。經(jīng)過地面測試和海上試驗井的應用檢測，該擴眼器各項指標均達到了設計要求，擴眼效果良好，能滿足我國陸地和海上油氣田擴眼作業(yè)要求，具有較強的市場競爭力。
- 詳細介紹：
- 在石油天然氣的開發(fā)鉆井過程中，由于井壁不穩(wěn)和受地層擠壓等原因，經(jīng)常會遇到井眼直徑縮小導致鉆井過程難以繼續(xù)、以及水平井眼縮小等問題，因此需要使用擴眼器來進行擴眼作業(yè)。鑒于目前國內(nèi)外擴眼器存在的服務費用高、擴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眼器。該作品具有以下技術特點： 1、在擴眼器中首次引入彈爪鎖定裝置有效解決了傳統(tǒng)擴眼器刀翼在作業(yè)過程中回縮的問題。該裝置通過彈爪彈指上的齒扣與芯管外壁上的齒扣間的咬合實現(xiàn)鎖定彈爪的鎖定功能。擴眼作業(yè)時，井壁施加給刀翼的力越大，彈爪和芯管的咬合越緊，確保了擴眼作業(yè)的穩(wěn)定性。 2、擴眼井徑可調(diào)節(jié)。本擴眼器可以在下井前通過更換調(diào)整套長度來調(diào)節(jié)擴眼器的最大外徑，實現(xiàn)一種擴眼器可以進行多種尺寸的擴眼作業(yè)，滿足不同的鉆、完井要求，適應范圍廣。 3、采用雙彈簧雙投球和雙噴嘴設計。小彈簧推動解鎖套實現(xiàn)擴眼器解鎖，主彈簧推動復位頂套實現(xiàn)刀翼的收回。主彈簧和小彈簧間的配合，使擴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備份式的保險。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現(xiàn)刀翼的收回時，通過設置二次投球，確保刀翼能成功收回以繼續(xù)實施鉆進作業(yè)，因此二次投球很好的體現(xiàn)出了本擴眼器的隨鉆特點：即在擴眼器下到擴眼層段進行擴眼，擴眼結(jié)束后刀翼收回在不提鉆的情況下繼續(xù)進行正常鉆進作業(yè)。 4、此外，本擴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)品自潔能力差的問題，噴嘴內(nèi)部安裝單流閥，能有效防止雜質(zhì)進入工具內(nèi)部。 經(jīng)過中海石油天津分公司的地面測試和現(xiàn)場應用表明，使用本作品進行擴眼作業(yè)時，擴眼作業(yè)效果非常明顯，井眼擴大率為20%～25%，誤差小于5%，能很好的滿足鉆井擴眼作業(yè)要求，尤其能滿足海上石油優(yōu)快鉆探要求，時效性和安全性要，經(jīng)濟效益顯著，推廣應用前景廣闊。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 設計目的： 油氣鉆井過程中，由于井壁不穩(wěn)和受地層擠壓等原因，經(jīng)常會遇到井眼直徑縮小導致鉆井過程難以繼續(xù)等問題。新型液壓式隨鉆擴眼器的研制能夠解決上述鉆井過程井徑縮小的問題，實現(xiàn)油氣開采作業(yè)的順利進行。 設計思路： 在井下擴眼作業(yè)時，擴眼器安裝在鉆井管柱上，由鉆桿下入至需要擴眼作業(yè)的地層，工作人員通過液壓投球的方式控制擴眼器上切削刀翼的伸出，然后通過鉆井管柱的旋轉(zhuǎn)鉆進帶動擴眼器刀翼的旋轉(zhuǎn)破碎地層巖石，實現(xiàn)擴大井眼直徑的目的。 創(chuàng)新點： 1、一趟管柱下入可同時完成擴眼和鉆進兩個過程。本擴眼器在不僅能實現(xiàn)傳統(tǒng)擴眼器在擴眼作業(yè)同時時能鉆進的功能，而且在擴眼作業(yè)后能通過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。 2、解決了傳統(tǒng)擴眼器的切削刀翼在擴眼過程回縮的問題。傳統(tǒng)擴眼器切削刀翼在擴眼作業(yè)時經(jīng)常因受井壁擠壓而縮回導致擴眼不成功，而本作品設計有獨特的彈爪鎖定機構(gòu)和刀翼導向槽，擴眼作業(yè)時井壁施加給刀翼的壓力越大，彈爪機構(gòu)鎖定越緊，有效解決了上述問題。 3、擴眼尺寸可調(diào)。傳統(tǒng)擴眼器不能實現(xiàn)由一種擴眼器進行多種尺寸井徑的擴眼作業(yè)功能，而本作品可以調(diào)節(jié)擴眼刀翼的伸出量，實現(xiàn)多種尺寸的擴眼作業(yè)。 技術關鍵： 鎖定機構(gòu)設計；刀翼伸縮過程的實現(xiàn)；擴眼器力學分析和液壓水力學計算；擴眼器結(jié)構(gòu)強度校核。 技術指標： 1）井眼擴大率：>15%,誤差<5%;2)刀翼能實現(xiàn)準確的伸縮；3)作品液壓損失:<2MPa；4)密封性：20MPa保持穩(wěn)壓20min。
科學性、先進性
- 該作品的科學性和先進性體現(xiàn)在以下三個方面： 1、形成自主知識產(chǎn)權(quán)，打破國外技術壟斷； 2、相比目前現(xiàn)有的擴眼器產(chǎn)品具有切削刀翼不會被地層壓回，工作性能穩(wěn)定； 3、擴眼直徑可調(diào)，能進行多尺寸井徑擴眼作業(yè)，適應性和經(jīng)濟效益高； 4、通過二次投球確保刀翼收回，可實現(xiàn)下入一趟管柱同時進行鉆進和擴眼作業(yè)等技術特點，真正實現(xiàn)隨鉆擴眼的技術要求，能滿足我國陸地和海洋石油鉆探要求。 5、采用虛擬樣機技術，為產(chǎn)品的開發(fā)帶來全新的設計、驗證和演示手段，縮短開發(fā)周期、節(jié)約開發(fā)成本。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 2010年6月，本作品開始在中海石油能源發(fā)展監(jiān)督監(jiān)理技術公司開展地面測試與現(xiàn)場應用，地面測試和現(xiàn)場應用結(jié)果良好，作品各項指標均達到設計要求。 2011年3月，本作品獲得中海石油（中國）有限公司天津分公司“新型液壓式隨鉆擴眼器現(xiàn)場應用證明”，經(jīng)證明，本作品在現(xiàn)場應用時“擴眼效果良好，有效提高了作業(yè)時效、降低了作業(yè)費用”。 2011年4月，本作品獲我國科學技術部教育部科技查新工作站（SH01）“新型液壓式隨鉆擴眼器的研制”成果查新證明（查新編號：20113600SH010275），經(jīng)查新鑒定，現(xiàn)有擴眼器產(chǎn)品 “其原理都與本設計不同，都不是采用鎖定彈爪作為刀翼鎖定裝置”、“都不能進行多種尺寸的擴眼作業(yè)”，且目前“沒有通過液壓作用實現(xiàn)自動解鎖收回刀翼的相關研究”。 2011年6月，本作品獲第六屆“挑戰(zhàn)杯”首都大學生課外學術科技作品競賽特等獎
作品所處階段
- 經(jīng)過地面測試和現(xiàn)場試應用階段，進入專利申請和逐步推廣使用階段。
技術轉(zhuǎn)讓方式
- 專利轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- √圖紙√圖片√錄像√實物√模型
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 技術特點：該液壓擴眼器通過投球、憋壓實現(xiàn)刀翼的準確伸縮，能滿足鉆井作業(yè)的安全性要求；彈爪鎖定機構(gòu)和刀翼伸縮結(jié)構(gòu)設計獨特，能保證擴眼作業(yè)的穩(wěn)定性和可靠性；刀翼伸出的直徑可調(diào)，能進行多種尺寸井徑的擴眼作業(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)進入工具內(nèi)部。 推廣前景：本作品的研制能有效打破國外擴眼器產(chǎn)品的技術壟斷，降低工具使用費用，提高國產(chǎn)石油工具的競爭力，由于本作品具有安全性能好、使用可靠、作業(yè)時效高等特點，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，市場應用前景廣闊。 經(jīng)濟效益預測：由于本作品完全國產(chǎn)化，具有價格優(yōu)勢，且擴眼井徑范圍廣，可避免更換選擇不同直徑的擴眼產(chǎn)品。經(jīng)中海石油天津分公司現(xiàn)場應用證明，傳統(tǒng)擴眼器產(chǎn)品單井作業(yè)費用約為55萬元，而采用本作品服務費用為20萬元，單以天津渤海油田一年擴井作業(yè)50口井計算，則每年可節(jié)省1750萬元，因此該作品具有良好的經(jīng)濟效益。
同類課題研究水平概述
- （1）國外研究現(xiàn)狀：國外在20世紀90年代初開始隨鉆擴眼的研究工作，其技術水平相對較高。迄今為止，國外已研制出多種隨鉆擴眼器，主要有偏心鉆頭和液壓擴眼器。偏心鉆頭使用過程中主要存在以下問題:擴眼刀翼單邊受力，扭矩大，憋跳嚴重，對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，擴眼切削齒不能及時完成擴眼，造成扭矩偏大，機械鉆速低;影響造斜;易形成泥包;井眼擴大尺寸有限。目前使用的液壓擴眼器在使用過程中存在的主要問題有以下幾點:服務費用昂貴;利用壓差推動刀翼張開，但不能準確判斷刀翼是否張開到擴眼所需尺寸，擴眼效果達不到要求;刀翼張到最大后沒有鎖定機構(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;水眼處沒有單流閥，水眼容易堵塞等問題。 （2）國內(nèi)研究現(xiàn)狀：國內(nèi)開展隨鉆擴眼鉆井相關研究較晚，從當前來看，對隨鉆擴眼工具相關研究與實踐應用尚處于起步階段，有關介紹隨鉆擴眼工具理論分析、隨鉆擴眼工具研發(fā)及現(xiàn)場應用的文章較少，許多理論尚不完善。進口偏心鉆頭及液壓擴眼器在使用過程中存在的問題在國產(chǎn)工具中都有所體現(xiàn)，同時，國產(chǎn)液壓擴眼器擴眼效率低、結(jié)構(gòu)不合理、工作安全性差和壽命短的問題更為突出，難以滿足海洋鉆井的技術要求;因此，目前國產(chǎn)擴眼器的結(jié)構(gòu)迫切需要進一步完善以提高其工作可靠性。
