一种可调控的扩眼器装置

本发明属于采油采气设备，尤其涉及一种可调控的扩眼器装置。

背景技术：

1、扩眼器是一种用于扩大既有孔洞直径的专用工具，在石油钻井工程中应用尤为普遍，其核心功能在于对初次钻成的井眼进行二次扩大。在钻井实践中，初始阶段常采用小尺寸钻头开钻，后续为满足下入套管的技术要求，或为了增加油层裸露面积以提升原油采收率，需借助扩眼器将井眼扩大至设计尺寸。

2、当前常规扩眼器多依赖液压驱动，其动作机制与泵送状态直接关联：开泵时刀翼展开实施扩眼，停泵后刀翼回收以便起下钻。然而，该设计存在控制逻辑单一的根本性缺陷——工具入井后即处于“全时段工作”状态，无法根据地层实际需求选择性启用。例如，在井壁稳定性良好、无需扩眼的层段，刀翼依然强制切削，不仅无谓增加钻具负荷与振动，还加速了切削齿的磨损。更为棘手的是，当扩眼器的刀翼卡阻负载过大时，地面无法发送指令使刀翼停转或者临时回收，刀翼被迫出现非正常磨损，磨损严重后起钻更换工具，极大制约了作业的连续性与时效性。

技术实现思路

1、为了解决背景技术中的不足，本发明提供一种可调控的扩眼器装置，本发明既能够保护主轴不受过载扭矩而变形或断裂，又能补偿主轴弯曲，还能在刀翼主体卡阻后自动产生轴向和径向振荡，松动刀翼主体，解除刀卡，本发明还可根据地层状态来调整扭矩限制器的极限扭矩值，以适应各种地层状态的使用需求。

2、本发明提供的技术方案是：一种可调控的扩眼器装置，包括动力短节和刀翼短节，动力短节为刀翼短节提供动力；动力短节包括驱动涡轮和动力短节外筒，动力短节外筒内设置有输入主轴、扭矩限制器、输出主轴上段、液压组件和轴偏组件；

3、驱动涡轮与动力短节外筒固接，钻井液的流经为驱动涡轮提供动力；输入主轴与驱动涡轮的涡轮轴固接，输入主轴随驱动涡轮转动，扭矩限制器的输入端与输入主轴固接，扭矩限制器的输出端与输出主轴上段固接，扭矩限制器的下端与动力短节外筒之间通过推力轴承配合，推力轴承承受轴向推力并限定扭矩限制器的轴向位置；

4、所述的液压组件包括液压缸，液压缸为扭矩限制器的预紧件，液压缸包括上腔室、活塞推杆和下腔室，液压缸的活塞推杆在扭矩限制器上的推力决定扭矩限制器的扭矩极限值，液压缸的上腔室连接有顺序阀，液压缸外部钻井液通过顺序阀进入上腔室，当上腔室的液压超过顺序阀的泄压设定值时，顺序阀流向转换，上腔室的钻井液通过顺序阀流出，顺序阀的泄压设定值直接影响扭矩限制器的扭矩极限值；

5、所述的轴偏组件包括支撑杆、输出主轴下段、滚珠和滑动盖板，滑动盖板滑动套装于输出主轴下段上，输出主轴下段上设置有一个固定环，固定环下端面与滑动盖板之间设置有压缩弹簧或碟簧，在压缩弹簧或碟簧的弹力作用下，滑动盖板具有向下的运动趋势，支撑杆在滑动盖板和扭矩限制器之间的空间的环向上均匀分布，支撑杆的两端分别与滑动盖板和扭矩限制器固接，支撑杆的中部带有万向轴节，所述的滚珠位于输出主轴上段与输出主轴下段之间，当负载产生使输出主轴弯曲的力时，支撑杆可弯曲并克服压缩弹簧或碟簧的弹力拉动滑动盖板向着靠近扭矩限制器的方向滑动，输出主轴上段与输出主轴下段在滚珠处产生弯曲。

6、进一步的技术方案是：所述的可调控的扩眼器装置还包括振荡复位短节，振荡复位短节包括振荡复位短节外筒，振荡复位短节外筒内由上至下依次设置有限流器、传感器电机和振荡装置，限流器包括上盖和下盖，上盖内固接有上部限流片，下盖内固接有下部限流片，所述上盖与刀翼短节固接，上盖及上部限流片跟随刀翼短节旋转，所述下盖与振荡复位短节外筒固接，在井壁的摩擦力作用下，振荡复位短节外筒相对不动，下盖和下部限流片也处于相对不转动的状态，上部限流片和下部限流片为同心的半环形片，初始状态下，上部限流片和下部限流片重叠，刀翼短节正常切屑状态下，上部限流片和下部限流片的重叠面积呈周期性变化，限流能力呈周期性变化，所述的传感器电机上集成有流量传感器和自动控制器，当流量传感器监测到流量异常时，自动控制器下达指令启动电机；所述的振荡装置与传感器电机的输出端连接，通过传感器电机为振荡装置提供动力，振荡装置产生振动通过振荡复位短节外筒传递给上部的刀翼短节，使得卡死在地层内的刀翼短节产生松动。

7、更进一步的：所述的振荡装置包括动力齿轮、传递齿轮、双连杆、径向振动滑块和轴向振动圆环；所述的动力齿轮与传感器电机的输出轴固接，传递齿轮的轮轴安装在振荡复位短节外筒上，传递齿轮可相对振荡复位短节外筒转动，传递齿轮上偏心连接有双连杆，双连杆的另一端铰接有径向振动滑块，所述的轴向振动圆环在振荡复位短节外筒内滑动，轴向振动圆环的上端面开设有供径向振动滑块滑行的轨道。

8、进一步的技术方案是：所述的刀翼短节包括刀翼短节外筒和内筒，刀翼短节外筒与内筒固接，内筒与动力短节的输出主轴下段通过花键插接，从而将旋转动力由动力短节传递到刀翼短节，刀翼短节外筒与内筒之间带有环形空间，环形空间内设置有刀翼组件和推刀组件；刀翼组件包括刀翼主体和弹性收缩杆，刀翼主体的上端铰接在刀翼短节外筒的内壁，刀翼短节外筒带有供刀翼主体伸出的开窗，弹性收缩杆的上端与刀翼主体的内侧铰接，弹性收缩杆的下端与刀翼短节外筒铰接，在弹性收缩杆的收缩力作用下，刀翼主体具有向内收拢的运动趋势；推刀组件包括动力短节外筒承接环、推刀杆、推刀环和支撑弹簧；刀翼的内侧带有斜面，推刀环滑动套装在内筒上，推刀环的外缘与斜面接触，动力短节外筒承接环与动力短节外筒的下端固接，所述推刀杆穿过刀翼短节外筒将推刀环和动力短节外筒承接环固接，支撑弹簧的下端相对内筒固定，上端直接或者间接的与推刀环接触，在支撑弹簧的弹力作用下，推刀环具有向上滑动的运动趋势。

9、进一步的技术方案是：所述的扭矩限制器包括预紧环、基台、旋转轴承、同步环和轴承压台，预紧环和同步环均套装于基台的外侧，预紧环与基台间隙配合，同步环与基台通过旋转轴承配合，预紧环和同步环之间的基台带有外凸的圆台，圆台在轴向上设置有贯通的孔，孔内设置有自由滑动的限位钢球，限位钢球的两侧均露于圆台之外并分别与预紧环和同步环相抵，其中同步环上开设有球面槽，限位钢球抵在球面槽中，基台与输入主轴键配合，同步环与输出主轴上段之间通过轴承压台间接的连接以传递旋转运动。

10、与现有技术相比较，本发明的有益效果在于：

11、1.本发明在涡轮与刀翼短节之间增添了液压式的扭矩限制器，对负载的极限扭矩进行保护，当负载达到扭矩限制器的极限扭矩时，扭矩限制器将输入主轴和输出主轴上段自动脱开，切断涡轮向刀翼传递动力，保护主轴不被扭断，另外，扭矩限制器的极限扭矩值是可调的，通过调整扭矩限制器的扭矩极限值，可增加整个装置适用不同地层复杂情况的能力。

12、尤为重要的，本发明的扭矩限制器的预紧件不是碟簧而是液压缸，在液压缸的上腔室连接有顺序阀，负载的扭矩通过刀翼传递最终反作用在液压缸的活塞推杆上，活塞推杆挤压液压缸的上腔室，当上腔室的液压大于顺序阀的泄压设定压力值时，顺序阀泄压，液压缸对扭矩限制器的预紧力解除，扭矩限制器脱开。与使用碟簧预紧相比较，碟簧不间断地受到负载的反作用力而发生弹动，弹动的过程对与碟簧接触的部件的磨损非常地严重，导致与碟簧接触的部件需要极其频繁的更换，虽然部件采购成本不高，但是更换过程浪费的时间成本巨大。

13、2.本发明在主轴较长的情况下，利用轴偏组件补偿输出主轴上段与输出主轴下段间微小的轴向或径向位移，让动力传递时在面对振动和变形时更稳定，防止主轴在较大扭矩或产生微小弯曲时变形或断裂。

14、3.利用推刀环的结构，使得刀翼展开的半径可以通过钻井液的流量进行控制，有利于在不同地层条件下，直接通过改变钻井液流量，对扩眼功能进行调整。同时设置多个弹性收缩杆，确保了刀翼可以在不使用时及时收缩，使用完后快速复位，减少刀翼磨损的同时，防止对井壁产生损坏。

15、4.下部添加限流器与振荡装置进行结合作业，在刀翼卡顿或卡死的情况下，通过限流器对钻井液流量的控制，进入到传感器内进行判断，从而启动电机，带动下部振荡装置运动，产生径向和轴向的振荡，从而解放卡顿或卡死的刀翼，使得刀翼成功复位，防止刀翼损坏，提高扩眼效率。