一种浅层长破碎带井壁支撑工具
技术领域
本发明涉及一种油气钻探用的石油钻井工具，尤其涉及一种浅层长破碎带井壁支撑工具。
背景技术
在油气钻探过程中，常会在前部地层钻遇溶洞或破碎带地层，该地层一经揭开，井壁掉块、垮塌比较普遍，复杂与事故也对多发生于此处；在引起的井下复杂状况中，轻则卡钻憋钻具，重则发生钻具断裂、埋死钻具等严重事故，这严重影响了施工安全与进度，如何针对破碎带进行技术处理，是实现安全、高效、优质钻井的关键。
现有针对浅层长破碎带处理方法主要有以下三种：第一类是调整钻井液性能，该方法主要从井壁稳定性出发，通过调节钻井液性能来实现对井壁稳定性的保持；第二类是打水泥塞稳固破碎带，通过对井筒中注入水泥浆，水泥浆凝固后稳定井壁；第三类是强钻工艺处理，通过强钻后，连续通井来保证井筒通畅，而后下入套管固井实现井壁稳定。
上述三种类选型方各有特点，但现场处理时间长，实施效果差，未能真正解决现场实际难题；第一类调整钻井液性能方法：浅层长破碎带钻进过程时，常伴随恶性漏失，无法建立井筒循环，井眼始终处于失稳状态；第二类方法打水泥塞稳固破碎带方法：长破碎带，井眼四周地层连通性强，水泥塞进入底部井眼后即向四周扩散，无法维持在井眼中；第三类方法强钻工艺处理：强钻破碎带地层之后，井壁四周碎石不断向井眼中心掉落，卡钻、憋钻具等复杂频发，且通过通井始终无法保证井眼中无碎石堆积， 则无法实现套管下入井眼之中，造成上述结果的一个主要原因是因为上述三类选型方法都忽视了一个关键问题，即破碎带的主要性质：连通性强、稳定性差，为了有效解决浅层长破碎带的问题，可研制针对性工具，来提高井眼破碎带的稳定性，以实现下部钻井施工安全钻进工作。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能够稳固井眼周围破碎带，实现后续钻进工作的安全性的浅层长破碎带井壁支撑工具。
为了解决上述技术问题，本发明的浅层长破碎带井壁支撑工具，包括管体、管体内腔中安置的支撑胶塞以及管体外设置的井壁支撑体，井壁支撑体内壁上设置有一段井壁支撑体滑道，井壁支撑体滑道内设置有支撑力臂以及与支撑力臂配合的弹性体，支撑力臂上具有径向伸入到管体内腔中的支撑杆；所述支撑胶塞能够推动支撑杆移动使支撑力臂动作进而使得井壁支撑体扩张。
所述管体内腔形成梯形台柱结构的梯形过渡通道，所述梯形过渡通道的顶部直径大于所述支撑胶塞的最大外径处，梯形过渡通道的中下部直径小于支撑胶塞的最大外径处。
所述支撑杆的内端径向伸入到管体的中心，支撑杆的外端配合安装在所述支撑力臂的滑槽内，所述支撑杆的内端能够在所述支撑胶塞的挤压下沿着所述管体径向移动，同时所述支撑杆外端在支撑力臂的滑槽内相对滑动推动支撑力臂外扩。
所述支撑力臂的下端与所述管体活动连接，支撑力臂的上端与弹性体连接并使其上端在弹性件的作用下靠压在井壁支撑体滑道的表面上，所述支撑力臂的上端能够沿井壁支撑体滑道向下运动并推动井壁支撑体径向变大。
所述弹性体附着于所述管体上并与所述支撑力臂连接，其初始状态为自由伸展状态；所述支撑胶塞完全通过所述支撑杆后在弹性体的弹力作用下能够使所述支撑力臂贴附在所述管体表面。
所述支撑胶塞的上部为圆柱体，其直径大于所述管体中下部的梯形过渡通道的直径，支撑胶塞的下部为梯形圆柱体，所述支撑杆的内部设置有导向斜面，所述支撑胶塞的梯形圆柱体的梯度与所述支撑杆的导向斜面的倾斜角度相同。
所述井壁支撑体内设置有用于对井壁支撑体进行限位的支撑限位构件以及用于对井壁支撑体进行支撑的本体支撑构件。
所述支撑限位构件包括单向移动卡位齿以及与单向移动卡位齿配合的单向移动限位腔，所述单向移动卡位齿能够在单向移动限位腔中单向移动且不可退。
所述本体支撑构件包括移动体以及与移动体配合的移动腔，所述移动体能够在所述移动腔中环形移动使其内径发生变化；
所述井壁支撑体的上部设置有能够使井壁支撑体固定于所述管体外表面的稳定构件。
所述井壁支撑体的上部外壁上设置有锥形结构的岩壁嵌入爪牙。
相对于现有技术，本发明的有益效果为：
通过支撑胶塞、圆形支撑杆、支撑力臂和井壁支撑体的设置，可以在支撑胶塞在管体内轴向向下运动的过程中，推动圆形支撑杆径向向外移动带动支撑力臂推动井壁支撑体向外扩张使其直径扩大；通过井壁支撑体上、下部分设置的支撑限位构件中的单向移动卡位齿与单向移动限位腔，井壁支撑体径向扩张过程中，单向移动卡位齿在单向移动限位腔中单向移动且不可退，实现井壁支撑体内径只可以逐渐变大而不会再支撑力臂分离后收缩；通过井壁支撑体内部设置的井壁支撑体滑道，实现支撑力臂在支撑井壁支撑体外扩的过程中沿着滑道方向滑动；通过井壁支撑体顶部与底部设置的稳定构件，稳定构件为非弹性体，少量形变后即可断裂，实现初期将井壁支撑体稳定固定于管体上不发生相对位移；通过井壁支撑体外壁上设置的岩壁嵌入爪牙，实现在井壁支撑体完全扩张后，在井壁外径稍大井段实现岩壁嵌入爪牙嵌入井壁中稳固井壁支撑体不发现轴向滑动；通过支撑力臂连接的弹性体的设置，实现支撑胶塞通过圆形支撑杆后，弹性体通过弹性变形收缩将支撑力臂拉回稳固于管体上，由此能够稳固井眼周围破碎带，实现后续钻进工作的安全性。
附图说明
图1为本发明浅层长破碎带井壁支撑工具的垂直剖面结构示意图；
图2为本发明浅层长破碎带井壁支撑工具的顶部径向剖面图；
图3为本发明浅层长破碎带井壁支撑工具的中部径向剖面图；
图4为本发明浅层长破碎带井壁支撑工具的底部径向剖面图。
图中，1、管体；2、梯形过渡通道；3、支撑杆；4、支撑力臂；5、弹性体；6、支撑胶塞；7、井壁支撑体；8、井壁支撑体滑道；9、稳定构件；10、岩壁嵌入爪牙；11、支撑限位构件；12、单向移动卡位齿；13、单向移动限位腔；14、本体支撑构件；15、移动体；16、移动腔。
具体实施方式
下面通过示例性的实施方式对本发明进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“上”、“下”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如图所示，本发明的浅层长破碎带井壁支撑工具，包括管体1、管体1内腔中安置的支撑胶塞6以及管体外设置的井壁支撑体7，管体1内腔形成梯形过渡通道2，梯形过渡通道2为梯形台柱，其顶部直径大，底部直径小，梯形过渡通道2的顶部直径大于支撑胶塞6最大外径处，梯形过渡通道2的底部直径稍小于支撑胶塞6最大外径处，可供流体流动以及支撑胶塞垂向移动，井壁支撑体7内设置有用于对井壁支撑体进行限位的支撑限位构件11以及用于对井壁支撑体的中部进行支撑的本体支撑构件14，井壁支撑体7内壁上设置有一段井壁支撑体滑道8，井壁支撑体滑道8内设置有支撑力臂4以及与支撑力臂配合的弹性体5，井壁支撑体7的井壁支撑体滑道8供支撑力臂上下垂向移动支撑，换句话说井壁支撑滑道提供支撑力臂滑动场所，且在井壁支撑体滑道中上部可稳定支撑力臂不脱离，但下部可让支撑力臂分离滑道，由此通过井壁支撑体7内部设置的井壁支撑体滑道8，实现支撑力臂4在支撑井壁支撑体外扩的过程中沿着井壁支撑体滑道8方向滑动，满足支撑外扩井壁支撑体要求，具体地说，支撑力臂4的下端与管体1活动连接，支撑力臂4的上端与弹性体连接，支撑力臂上端贴近井壁支撑体滑道中，在其外扩支撑过程中上端沿井壁支撑体滑道向下运动并推动井壁支撑体径向变大，弹性体5附着于管体上并与支撑力臂4连接，其初始状态为自由伸展状态，在支撑力臂外扩过程中处于拉伸状态，当支撑胶塞完全通过圆形支撑杆后，弹性体拉伸状态下提供的弹力足以将支撑力臂拉回贴近管体，由此通过支撑力臂4连接的弹性体5，实现支撑胶塞7通过圆形支撑杆3后，弹性体5通过弹性变形收缩将支撑力臂4拉回稳固于管体上，满足了管体支撑件及时收缩的要求，支撑力臂4上具有径向伸入到管体内腔中的圆形支撑杆3，在实际设计中，通过设置圆形支撑杆4长度，控制圆形支撑杆4径向外移动量，实现井壁支撑体外扩直径的设计，满足支撑体外扩尺寸要求，由图可见，圆形支撑杆3的内端径向伸入到管体的中心，圆形支撑杆3的外端配合安装在支撑力臂的滑槽内，圆形支撑杆3的内端能够在支撑胶塞的挤压下沿着管体径向移动，同时圆形支撑杆外端在支撑力臂的滑槽内相对滑动推动支撑力臂外扩，需要说明的是，圆形支撑杆只可做径向滑动，不可进行旋转运动，由此，支撑胶塞6能够推动支撑杆3移动使支撑力臂动作进而使得井壁支撑体7扩张，通过支撑胶塞6、圆形支撑杆3、支撑力臂4和井壁支撑体7的结构设计，可以在支撑胶塞6在管体1内轴向向下运动的过程中，推动圆形支撑杆3径向向外移动带动所述支撑力臂4推动所述井壁支撑体7向外扩张使其直径扩大，满足了支撑井壁要求。
进一步地，所说的支撑胶塞6的上部为圆柱体，其直径略大于管体1中下部的梯形过渡通道的直径，支撑胶塞6的下部为梯形圆柱体，支撑杆3的内部设置有导向斜面，支撑胶塞6的梯形圆柱体的梯度与支撑杆的导向斜面的倾斜角度相同，在水力作用下，支撑胶塞在管体内垂向上逐渐向下滑动，进入管体中部推动圆形支撑杆径向外移动。
再进一步地，图2为图1的A-A截面结构示意图，图4为图1的C-C截面结构示意图，由图2和图4可见，所说的支撑限位构件11包括一个支撑在井壁支撑体7上部的上支撑限位构件和一个支撑在井壁支撑体7下部的下支撑限位构件两个支撑限位构件11均包括单向移动卡位齿12以及与单向移动卡位齿配合的单向移动限位腔13，井壁支撑体径向扩张过程中，单向移动卡位齿12能够在单向移动限位腔中单向移动，在井壁支撑体直径变大过程中只可以向腔体外方向移动且不可退，实现井壁支撑体内径只可以逐渐变大而不会再支撑力臂分离后收缩，由此满足井壁支撑体支撑完成后直径不发生变化的要求，图3为图1的B-B截面结构示意图，由图3可见，本体支撑构件14包括移动体15以及与移动体配合的移动腔16，移动体15能够在移动腔16中环形移动使其内径发生变化。
再进一步地，所说的井壁支撑体7的上部和下部均设置有能够使井壁支撑体固定于管体外表面的稳定构件9，稳定构件不可发生形变，在初始状态下处于收紧状态，稳固井壁支撑体固定于管体之上，当井壁支撑体直径变化后，稳定构件随即断裂，具体地说，通过井壁支撑体7顶部与底部设置的稳定构件9，稳定构件9为非弹性体，少量形变后即可断裂，实现初期将井壁支撑体7稳定固定于管体1上不发生相对位移，在支撑过程初期，稳定构件9受外扩力作用随即断裂开，由此满足初始状态下井壁支撑体稳定附着于管体上的要求；对于井眼稍小井段，在井壁支撑体7支撑过程中外挤压碎石扩张，支撑完成后，井壁支撑体7始终受井眼周围碎石内压力存在，保证井壁支撑体温度附着；对于井眼稍大井段，在井壁支撑体7的上部外壁上设置有多个锥形结构的岩壁嵌入爪牙10，岩壁嵌入爪牙可向下发生形变，不可向上发生形变；随井壁支撑体直径扩大后嵌入岩壁中，在支撑杆脱离井壁支撑体后，岩壁切入爪牙带着井壁支撑体贴近岩壁，由此实现在井壁支撑体完全扩张后，在井壁外径稍大井段实现岩壁嵌入爪牙10嵌入井壁中稳固井壁支撑体不发生轴向滑动，满足了支撑后井壁支撑体稳固附着于井壁之上的要求
采用本发明的本发明的浅层长破碎带井壁支撑工具的碎石带井壁支撑方法，包括如下步骤：
步骤一、对碎石带井眼进行扩眼或者通井；
步骤二、调整圆形支撑杆4长度后组合钻具组合并下入井底；
步骤三、充分循环井眼；
步骤四、管柱中投入支撑胶塞6并缓慢注入钻井液推进支撑胶塞6下移；
步骤五、在支撑胶塞6开始挤压圆形支撑杆3过程中，泵压逐渐升高，圆形支撑杆3径向向外推动支撑力臂4，支撑力臂4沿着井壁支撑体滑道8向下方移动，稳定构件9断裂，井壁支撑体7逐渐外扩推动井眼四周碎石外移，岩壁嵌入爪牙10逐渐嵌入碎石；
步骤六、支撑胶塞6逐渐下移通过圆形支撑杆3，井壁支撑体7停止外扩，弹性体5收缩拉动支撑力臂4紧靠管体；
步骤七、支撑胶塞重复步骤五与步骤六通过多个井壁支撑工具；
步骤八、充分循环后起钻。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
