一种适用于耐磨岩层水力旋转式随钻扩眼器技术领域
本发明涉及石油钻井技术领域，具体涉及一种适用于耐磨岩层水力旋转式随钻扩
眼器。
背景技术
在石油勘探开发的各项任务中，钻井起着十分重要的作用。但随着浅层油气资源
的枯竭，钻井行业逐渐向深层油气资源进军。深井硬地层、超硬地层和高研磨性地层钻井，
到现在为止还是世界性的、普遍性的难题。在这种地层钻井，机械钻速慢、瞥跳钻严重、直井
防斜和纠斜困难，钻具事故多，钻头、扶正器磨损严重，井径问题等等。
深井钻井所钻遇的地层坚硬、岩石致密，井径扩大率很小，钻头、钻柱磨损严重，钻
头直径逐渐减小，井眼逐渐成锥形井眼，下一趟钻下钻困难；加之钻屑呈细粉状，在规则的
井壁上形成致密泥饼，PDC钻头或普通扶正器下钻需要长井段划眼，这种情况非常危险，下
放钻具太快的话，钻头或扶正器塞入小井眼卡住，这样就会出现两种情况：第一种情况扭断
钻具或钻具涨扣；第二种情况因钻具扭转之后变短，卡住部分拔出，但是下部钻柱因弹性能
释放急剧转动，很可能造成上部钻柱倒扣、脱扣，下部大部分钻柱落井，钻头和扶正器被砸
入小井眼卡钻。即使通过划眼等措施PDC钻头和普通扶正器下钻到底，钻进之后起钻也会困
难，并且下套管间隙太小，固井压力太高。
在钻井过程中，由于深度等因素，钻头往往会偏离所设计的轨迹，所钻出的井眼并
不平滑，高低不平，深浅不一，即狗腿度。这些问题对钻井过程中的起钻，下套管，固井等一
系列后期钻井作业影响严重。
针对上述问题，亟需一套有效的技术方案。
发明内容
基于以上分析，本发明设计了一种适用于耐磨岩层水力旋转式随钻扩眼器，该工
具通过钻井液作为动力源，并带动工具内部的齿轮转动，齿轮带动两端的自旋钻头旋转，自
旋钻头的旋转方向与钻杆旋转方向一致，当井壁出现不平整的凸起时自旋钻头表面安装的
PDC复合片会持续旋转切削凸起岩石，使井壁光滑；当起钻遇阻时，通过工具上部的扩眼头
对阻碍位置持续旋转切削，井壁光滑后，即可起出钻具。
为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种适用于耐磨岩层水力旋转式随钻扩眼器主要由内螺纹、外螺纹、钻井液流道、
自旋钻头、齿轮、钻井液孔眼、涡轮、封堵器、传动轴、动力腔、密封轴承和镶齿切削刃组成。
一种适用于耐磨岩层水力旋转式随钻扩眼器通过内螺纹和外螺纹分别与上下钻
井工具连接，上下两个自旋钻头通过密封轴承安装在工具本体，两个自旋钻头表面安装镶
齿切削刃，镶齿切削刃工作的一侧镶有PDC复合片，自旋钻头的内部安装齿轮，齿轮固定在
自旋钻头上，齿轮与自旋钻头内壁齿咬合；上下两个自旋钻头的内部分别有四个齿轮，并且
上下位置相同；上部自旋钻头的齿轮与下部自旋钻头的齿轮通过传动轴连接；传动轴上安
装涡轮；传动轴与涡轮所形成的空间为动力腔；动力腔与齿轮之间密封隔绝钻井液。
钻井液通过内螺纹进入工具内，并通过空间逐渐减小的钻井液流道，钻井液流道
变小使得钻井液流道内的压力增大，流速加快；工具中部安装封堵器，对高压高速的钻井液
进行封堵；封堵器上下的钻井液流道上分别开有四个钻井液孔眼，四个钻井液孔眼在同一
平面内，相邻两个钻井液孔眼成90°，每个钻井液孔眼方向与工具轴线方向成60°；高压高速
的钻井液通过钻井液孔眼进入动力腔中，同时高速冲击涡轮；涡轮带动动力轴旋转，动力轴
带动上下齿轮转动，转动的齿轮带动自旋钻头快速旋转，自旋钻头表面的镶齿切削刃对地
层进行切削。
高压高速的钻井液通过动力腔后，由下部的钻井液孔眼喷出，进入钻头；所诉动力
腔有四个，通过对涡轮叶片角度进行设计，使得齿轮旋转方向一致，对自旋钻头提供动力；
自旋钻头旋转方向与钻头旋转方向相同，旋转速度比钻头旋转速度高；自旋钻头表面的相
邻两个镶齿切削刃之间有一定距离的工具外部钻井液回流通道。
本发明的有益效果是：(1)通过安装一种适用于耐磨岩层水力旋转式随钻扩眼器
后，上下两个自旋钻头同时切削钻深井耐磨地层时出现的凸出井壁，使井壁光滑。(2)自旋
钻头旋转速度更快，切削效果更好(3)上下两个自旋钻头可以在钻进和起钻两种情况下，对
井壁进行磨削，使井壁更光滑。
附图说明
附图1为本发明的结构示意图。
附图2为本发明横截面示意图。
附图3为本发明横截面示意图。
图中标号：内螺纹1、钻井液流道2、自旋钻头3、齿轮4、钻井液孔眼5、涡轮6、封堵器
7、传动轴8、镶齿切削刃9、动力腔10、密封轴承11、外螺纹12、PDC复合片13。
具体实施方式
以下结合附图1，详细说明本发明，如下：
一种适用于耐磨岩层水力旋转式随钻扩眼器主要由内螺纹1、钻井液流道2、自旋
钻头3、齿轮4、钻井液孔眼5、涡轮6、封堵器7、传动轴8、镶齿切削刃9、动力腔10、密封轴承
11、外螺纹12组成。
本发明安装在钻头上部，钻井过程中，钻井液通过工具内螺纹1进入工具，随后通
过逐渐变窄的钻井液流道2，钻井液流道2底部连接封堵器7；钻井液随后通过钻井液流道2
底部的钻井液孔眼5进入动力腔10，高压高速的钻井液冲击涡轮6，涡轮6带动传动轴8旋转，
传动轴8带动动力腔10上下的齿轮4旋转，齿轮4与自旋钻头3内的齿咬合，齿轮4带动自旋钻
头3旋转；自旋钻头3上的镶齿切削刃9对井壁逐渐切削；通过对涡轮6的调整，上下两个自旋
钻头3的旋转方向与钻杆旋转方向一致，并且旋转速度高于钻杆的旋转速度。
动力腔10内的钻井液通过钻井液孔眼5进入工具下部的钻井液流道2，通过工具外
螺纹12后进入钻头。