具有可沿徑向伸展的構件的井下工具的製作方法
2023-05-30 13:37:11 2
專利名稱：具有可沿徑向伸展的構件的井下工具的製作方法
技術領域：
本發明涉及井下工具(downhole tool)，尤其涉及具有諸如管下擴孔器(under-reamer)、套管割刀或者可調整穩定器等可伸展構件的井下工具。
背景技術：
在石油和天然氣勘探和開採行業中，有眾多的井下工具，其特徵在於具有可沿徑向伸展的構件。在鉸刀的情況下，這些構件是刀片或切刀，一旦管下擴孔器通過了現有的孔襯套管，那麼這些刀片或切刀就會伸展，以便能穿出套管鑽出直徑大於套管內徑的孔。一旦鉸孔操作已經完成，那麼刀片縮回以便管下擴孔器以及鑽柱的剩餘部分被拉出孔。管下擴孔器的一個例子在申請人的國際(PCT)申請公開No.WO 00/31371中進行了說明，其披露的內容作為參考合併於此。
管下擴孔器的刀片必須保持在縮回結構中，直到管下擴孔器已經通過了套管，以免損壞套管。然後可以釋放並伸展刀片。用於使刀片保持在縮回結構的裝置必須是可靠且安全的，因為刀片的過早伸展很可能會導致嚴重的損壞，這種損壞可能難以修補且代價昂貴。不過，這必須通過操作員在理想的時候釋放刀片的能力來平衡。
此外，無論什麼原因，在下鉸孔的操作完成之後，管下擴孔器的刀片不能縮回會使得難以從孔中移走管下擴孔器或者就不可能從孔中移走管下擴孔器，因為管下擴孔器將不能通入並通過現有的套管。如果可能的話，補救這種問題會花費很多時間和費用。
本發明實施例的目的之一是提供一種具有一種結構的管下擴孔器，如果發生操作困難，該結構有助於管下擴孔器刀片的縮回。
本發明另一些實施例的目的之一是提供一種具有一種結構的管下擴孔器，該結構確保管下擴孔器刀片可靠安全地保持在縮回結構中並可靠地致動刀片到伸展結構。
本發明的其他實施例涉及以可沿徑向伸展的構件為特徵的井下工具的其他形式。
發明內容
根據本發明的第一個方面，提供一種井下工具，包括主體；至少一個可沿徑向伸展的構件，所述至少一個構件安裝到主體上並且能夠在縮回和伸展位置之間移動；凸輪構件，所述凸輪構件可操作地與可伸展構件相關聯並可相對於主體運動，以伸展可伸展構件；以及支撐構件，所述支撐構件可構造成允許可伸展構件從伸展位置縮回。
本發明的這個方面提供了這樣的優點即支撐構件允許可伸展構件的縮回獨立於或至少基本獨立於凸輪構件。這在凸輪構件不能被移動或者被操作允許可伸展構件縮回的情況下，例如凸輪構件粘住或堵塞時，會很有用。在向下鑽進的操作中，例如在所述工具是管下擴孔器時，具有切削刀片形式的可伸展構件的直徑比工具之上最小孔的內徑更大。因此，如果刀片不能被縮回，那麼工具就不能從孔中移走，為操作員製造很大的困難並需要耗費時間和昂貴的修補工作以克服所產生的問題。
優選地，支撐構件可構造成允許可伸展構件相對於凸輪構件和主體中的至少一個運動，以允許可伸展構件縮回。
凸輪構件可以是任何適當的形式，但優選地是可相對於主體沿軸向運動以伸展和縮回可伸展構件。因此，支撐構件可構造成允許可伸展構件相對於凸輪構件沿軸向運動。
在本發明的實施例中，對於許多現有的操作凸輪的井下工具，凸輪可以合併在鑽柱的一部分中，而主體合併在鑽柱的另一部分中，從而凸輪能夠相對於主體運動且通過把拉力或重量施加到鑽柱上來伸展或縮回可伸展構件。這為操作員提供了一定的舒適度，因為凸輪構件相對於主體堵塞或粘住的可能性很低；可通過施加來自表面的重量並通過依靠底孔組件(BHA)的重量來向凸輪構件施加充分的力。不過，利用本發明，凸輪構件可獨立於鑽柱運動。如上所述，即使這種凸輪構件會堵塞或粘住完全伸展的可伸展構件，可伸展構件也仍然可以被縮回。因此，操作員可以因為可伸展構件的縮回不依賴於凸輪構件的成功縮回而安心地使用包括這種可獨立運動的凸輪構件的工具。
凸輪構件可向著可伸展構件被縮回的位置被正常地驅動，或者所述工具可適於使得可伸展構件被正常地縮回。在優選實施例中，凸輪構件被驅動以通過彈簧縮回可伸展構件。
凸輪構件可以通過任何適當的方式被致動，但優選的是液壓致動，且最優的是通過壓差，即通過利用工具內部和工具外部之間的液壓差被致動。在優選實施例中凸輪構件是活塞致動的，並可以合併環形差動活塞裝置，從而工具內的可流過工具和活塞的流體產生跨經活塞的壓差。其他實施例可以是流體驅動的，其中凸輪構件可操作地與噴嘴或其他流體節流結構相關聯。
支撐構件可適於保持在支撐結構中；在該結構中可伸展構件單獨地或主要通過凸輪相對於主體的運動而被伸展和縮回。支撐構件可通過任何適當的手段保持在支撐結構中，包括可釋放聯結器，比如安全銷，或者通過彈簧。在優選實施例中支撐構件適於至少部分地通過液壓保持在支撐結構中。在一個實施例中支撐構件可操作地與活塞裝置相關聯，在存在適當液壓的情況下，朝著支撐結構驅動支撐構件。活塞裝置可適於通過工具內部與工具外部之間的壓差或者通過流過工具的流體而被致動。因此，當減小致動液壓時，可從支撐結構除去支撐構件以使可伸展構件相對於凸輪構件運動，從而允許伸展構件縮回。
儘管在其他實施例中可伸展構件可相對於主體旋轉，然而，優選地，可伸展構件可相對於主體徑向地線性平移，儘管這會限制可施加到構件上的打開力(opening force)，而在工具是切削工具且當可伸展構件被伸展時它需要進行切削的情況下，這會引發困難。
根據本發明的工具可用於廣泛的需要可伸展構件或刀片(包括套管割刀和擴管機)的應用中。不過，對於本發明工具的優選應用是其中可伸展構件是刀片或切削刀的管下擴孔器。更優選地，鉸孔刀片在兩個軸向上都能進行切削，即在一個主方向鉸孔並在相反方向上反向鉸孔。
可伸展構件可以用任何適當的方式安裝在主體內，但優選地位於主體的窗口或開口中，其中根據工具的預定用途，窗口的側邊為構件提供橫向或軸向支撐。在其中的工具為主要用來向前鉸孔的管下擴孔器的優選實施例中，主體窗口的側邊為構件提供橫向支撐，而窗口的尾端為構件提供軸向支撐。支撐構件可延伸入窗口中，並為可伸展構件的至少一側或端部提供支撐。在優選實施例中支撐構件為伸展構件的前引面或端部提供支撐。因此，如果伸展構件將要被縮回，那麼工具可被拉出孔，直到伸展構件受到孔的限制。這在伸展構件上產生軸向力，該力被轉移到支撐構件上。根據支撐構件的結構，可伸展構件保持在伸展位置或被允許縮回。
優選地，凸輪構件具有相對於工具軸線傾斜的凸輪表面，且最優的是凸輪表面具有銳角，通常在十度區域內。這提供了很大的機械優勢，從而在可伸展構件上提供高的開口或伸展力，並且在對抗沿徑向作用的關閉力方面很有效；本發明的第一個方面的支撐構件的設置對於這種凸輪裝置更加重要。
優選地，凸輪構件確定地接合可伸展構件。在一個實施例中凸輪構件和可伸展構件具有相應的燕尾外形。這種外形確保可伸展構件可確定地被凸輪構件收回，並且諸如燕尾形等形狀可布置成提供的支承表面比平面所能提供的更大。在另一些實施例中凸輪構件不必要確定地接合可伸展構件，從而可伸展構件的縮回通過施加外力或通過提供回動彈簧等來實現。
優選地，所述工具可構造成至少最初將可伸展構件限定或保持在縮回位置。該特徵對於防止可伸展構件的過早或意外伸展是有用的；如果工具是管下擴孔器並被包括在鑽頭以上的鑽柱中，同時鑽頭被用來鑽出套管鞋，則重要的是管下擴孔器不被致動，因為這會導致切削刀延伸到現有的套管內。凸輪構件和可伸展構件中的一個或兩個可以是可鎖定的，例如通過可釋放的聯結器(諸如安全銷或環等)。在另一些實施例中凸輪構件可通過選擇性地限制凸輪構件的運動並且在凸輪構件自由運動到可伸展構件可被伸展的位置處之前需要凸輪構件旋轉預定次數的連續J-槽或筒形凸輪裝置等被安裝到主體上。本發明的另一些實施例可合併棘齒裝置，該裝置包括如我們的在先申請WO 02/075104中所述的水力棘齒裝置，其披露的內容作為參考合併於此。可選地，在凸輪構件是流體致動的情況下，可提供一種裝置以用於使凸輪構件與液壓或流體流隔離開來，或用於取消制動凸輪構件所需的流體密封，如下面關於本發明的第三方面所述的那樣。
通過伸展的可伸展構件，工具被構造用來避免提供隔離空隙，但該空隙可以在可伸展構件向縮回結構運動時被形成。這避免了構件被伸展時具有空隙特徵的工具中出現困難；可用固體材料填充這些空隙，已知為「填塞(packing-off)」，從而防止可伸展構件縮回。本發明的特定實施例可以以空隙為特徵，但這種空隙不是隔離的，並且例如可以限定流動通道，以便流體流過空隙，從而防止固體堆積在空隙中。本發明的一個實施例的特徵在於包括至少一個外部空隙，不過工具適於把一股或一束流體引入空隙，從而確保空隙保持清潔。在本發明的優選實施例中，工具主體被形成用來限定至少一個軸向延伸溝道，以助於流體從工具外部與孔的包圍壁之間通過。最優選地，該至少一個軸向延伸的溝道至少部分地由外部空隙來限定，該外部空隙被提供用來適應可伸展構件與支撐構件中的至少一個相對於工具主體的移動。空隙可形成主體中的凹穴的一部分。溝道可以成螺旋形地延伸，儘管最大的可能是由空隙限定的溝道的所述部分只會沿軸向延伸。以這種方式形成溝道使得主體上穩定化或集中化的表面近似地沿著一螺旋路徑前進，從而提供了能夠提供更大的周向延伸的表面，因此提供了比僅沿軸向延伸的表面更有效的的穩定性和集中性。
優選地，工具以用於指示可伸展構件已經伸展的裝置為特徵，該裝置可具有任何適當的形式。在一個實施例中可以設置流體埠，當構件伸展時該埠是打開的，這可以在背壓下降時的表面上來檢測。
根據本發明的第二個方面，提供一種結合在鑽柱中的井下工具，該工具包括主體，所述主體適於形成鑽柱的一部分；至少一個可沿軸向線性伸展的構件，所述構件被安裝到主體上並可在縮回和伸展位置之間運動；凸輪構件，所述凸輪構件可操作地與可伸展構件相關聯，並可相對於主體並獨立於鑽柱而運動，以伸展可伸展構件；以及支撐構件，所述支撐構件被構造成允許可伸展構件相對於凸輪構件和主體中的至少一個運動，以允許可伸展構件的縮回。
根據本發明的第三個方面，提供一種井下工具，包括主體；至少一個沿軸向可伸展的構件，所述構件被安裝到主體上，並可在縮回和伸展位置之間移動；致動構件，所述致動構件在操作上與可伸展構件相關聯，並適於使可伸展構件響應於流體壓差而向著伸展位置運動；以及密封構件，所述密封構件具有第一結構和第二結構，在該第一結構中致動構件與差壓隔離，在該第二結構中致動構件暴露於差壓中。
本發明的這個方面提供了壓差致動工具，其中壓差的變化幾乎不會影響工具的致動，直到密封構件被適當地構造。這與限制壓差致動工具(比如安全銷)的傳統方法相比，能提供有利之處。壓差根據許多因素而變化，包括工具的深度以及在工具下遊是否存在流動節流口(flow restriction)。因此，很難預計正常操作下工具將要經受的壓差，從而難以選擇適當的安全銷。
該致動構件可與凸輪構件結合起來設置，該凸輪構件在操作上與可伸展構件相關聯，並可相對於主體運動以伸展可伸展構件。
優選地，密封構件適於在有關流動的流體壓力的影響下運動。密封構件在操作上與流動節流口有關，從而可橫跨該節流口建立壓差。流動節流口可以是噴嘴的形式。密封構件可以這樣形成使得壓差作用在相對大的面積上，最優的是在工具通孔的面積上。
對本領域熟練技術人員而言顯而易見的是以上所述的各種特徵可以與本發明的一個或多個不同方面相結合，而這些特徵本身確實也可以形成本發明的另外的單獨的方面。
現在將參考附圖以舉例的方式說明本發明的這些和其他方面，其中圖1是根據本發明實施例的以管下擴孔器形式的井下工具的透視圖，其處於切削刀片縮回的狀態；圖2是圖1所示的管下擴孔器的透視圖，其中切削刀片是伸展的；
圖3是圖1所示的管下擴孔器的透視圖，其中切削刀片在可選的縮回位置處；圖4、5和6是圖1、2和3的管下擴孔器的剖面圖；圖7是圖2所示的管下擴孔器的致動凸輪和切削刀片的放大透視圖；圖8a、9a、10a、11a和12a是根據本發明另一實施例的井下工具的剖面圖，示出不同結構下的工具；圖8b、9b和10b是工具密封構件的放大剖面圖，並分別對應於圖8a、9a和10a；圖13是圖12a所示的工具的透視圖；圖14a和15a是根據本發明另一實施例的井下工具的剖面圖，示出處於不同結構下的工具；以及圖14b是圖14a所示的工具的密封構件的放大剖面圖。
具體實施例方式
首先參考附圖中的圖1，它是根據本發明一個實施例的採用管下擴孔器10形式的井下工具的透視圖。如將要說明的那樣，管下擴孔器10適於結合在鑽柱12中，並且通常會被定位於鑽柱12中且在鑽頭(未示出)上方的位置。這樣，管下擴孔器10可用來增大由鑽頭形成的「引導」孔的直徑。
管下擴孔器10包括大致呈圓柱形的主體14，所述主體根據便於製造和裝配的需要而被形成為包括適當數量的段。由於主體14將要結合在鑽柱中，因此主體的末端會設有傳統的陽螺紋—陰螺紋連接。在主體14內安裝了三個可徑向伸展的採用刀片或切刀16形式的構件。當管下擴孔器10進入孔中或從孔中出來時，切刀16位於縮回位置，如圖1所示。為了進行切削操作，切刀可以運動到伸展位置，如附圖中的圖2所示，其中切刀16延伸超過主體的外徑以切削孔壁。在該實施例中每一個切刀16攜帶周向分開的兩排切削插刀18，其中切削插刀18在朝著管下擴孔器10的前引端的方向上具有較小的直徑。槽或溝道20在每一排切削插刀18之間延伸，以允許流體流經插刀的尾排並保持切刀的切削清潔。還通過在容納切刀16的主體24的顛倒部分之間設置三個溝道或槽22來幫助鑽孔流體的流動以及經過管下擴孔器10的切削。
如可從圖1至3所看到的那樣，每一個切刀16位於主體14中的相應窗口26中。在正常條件下，每一個切刀16被定位成朝向相應窗口26的上端或尾端，由窗口26的上端和側邊支撐並與它們緊密接合。實際上，可圍繞每一個切刀16設置定位在狹槽28(圖7)中的周邊刮油密封環(wiperseal)，以防止或最小化切刀16周圍的材料進入和通過。
每一個切刀16的下端或前引端接合相應的支撐構件30，如圖3所示，該支撐構件可以相對於主體14沿軸向運動，以允許切刀16如將要說明的那樣縮回。
現在參考附圖的圖4、5和6，它們是分別對應於圖1、2和3的管下擴孔器10的剖面圖。現在參考附圖中的圖7，它們表示安裝在致動凸輪32上的切刀16。圖7表示對應於圖2和5的切刀16與凸輪32的相對位置。
凸輪32具有三個凸輪表面34，每一個用於與相應的切刀16合作。每一個凸輪表面34具有燕尾形36，其與切刀16基座中的對應燕尾槽38合作。因此，凸輪32可以與每一個切刀16正接合(positively engage)，這樣就可以用來伸展並正縮回(positively retract)切刀16。此外，使用燕尾形還能用來保持切刀16相對於凸輪32的正確對準。
凸輪32是管形的，其通過滑動配合在主體14內而被定位。此外，凸輪32安裝在細長的管套40上，該管套延伸通過主體到達與壓縮彈簧44的上端相接合的末端件42。這種布置使得彈簧44迫使套管44和凸輪32向上朝著切刀16完全縮回的位置(圖4)。
在使用中，鑽孔流體被泵送經過主體14，從而經過凸輪32和套管40。該流體被用來通過直徑有差別的密封件46、47在凸輪32上產生軸向致動力，上面較大直徑的密封件46接合主體14的內表面，而下面較小直徑的密封件14設置在部分支撐構件組件48與套管40的外表面之間。
如上所述，在正常的操作條件下，每一個切刀16定位在由主體窗口26以及支撐構件30的上端限定的開口內並由該開口支撐。利用支撐結構中的支撐構件30，凸輪32在主體14中的軸向運動產生了切刀16的線性徑向運動。儘管主體窗口26的上端和側邊是固定的，但每一個支撐構件30可從最初的支撐結構中釋放，並可相對於主體14和凸輪32向下滑動，以允許切刀16相對於主體14和凸輪32軸向運動，從而縮回(圖6)。
支撐構件組件48包括三個支撐構件30，所述三個支撐構件30沿徑向向外延伸到主體窗口26中。支撐構件30形成於套管組件50的上端上，該套管組件安裝在凸輪套管40周圍，並包括在主體的內徑與凸輪套管40之間延伸的下環形活塞52。支撐構件組件活塞52最初由安全銷54相對於主體14被固定。此外，當使用管下擴孔器10並且受壓的流體流過管下擴孔器時，在管下擴孔器10內的流體與圍繞管下擴孔器的套環中的流體之間存在壓差，從而流體壓力差作用在活塞52上，該活塞用來將組件48支撐在切刀支撐位置上。
可從圖4、5和6注意到活塞52包括噴嘴56，所述噴嘴被布置用來把成束鑽孔流體引向支撐組件30下面的窗口26中，從而保持空隙53不存在固體材料並有助於清潔切刀16。
在使用時，如上所述，管下擴孔器10結合在鑽柱中且在鑽頭的上方，並且通常在其他鑽孔工具之上，諸如旋轉的可控工具和MWD工具。鑽柱可以進入預先加套的孔中以延伸該孔，並在這種情況下鑽頭最初用來鑽透位於現有的套管下端的套管鞋，也用來鑽透積累在孔下端的任何膠泥。在這一點上，管下擴孔器10將仍然位於現有的套管內，當然並不想在此時延伸切刀16。因此，將設置裝置來限制凸輪32與切刀16中的一個或兩個，例如適當定位的安全銷。
一旦鑽頭已經前進並且管下擴孔器10在現有套管的下端是乾淨的，就可以增大鑽孔流體的流速和壓力，以沿軸向向下移動凸輪32通過主體14，從而當鑽柱旋轉時沿徑向向外推動切刀16以接合併切削孔壁(圖5)。所示的凸輪32具有凸輪表面34，其處在相對窄的大約10度的角度上。這需要凸輪更大程度地運動以延伸切刀16，不過相對較窄的凸輪角度在切刀16上產生了相對大的徑向力，從而在切刀16沿徑向向外運動時有助於切削孔壁。此外，一旦切刀16完全伸展開，且管下擴孔器正前進穿過孔，那麼切刀16將會受到軸向力，該力會在切刀16上產生充分的向內的力，該力部分地由窄凸輪角以及由凸輪設置的較大支撐面積來抵抗。
安全銷54和作用在支撐活塞52上的流體壓力會將支撐構件30保持在它們的初始支撐位置上。此外，在正常的鉸孔操作中，切刀16將受到主要沿軸向向上及沿徑向向內的力，從而由支撐構件30承受的力會相對較低。
隨著鉸孔操作的完成，如果減小鑽孔流體的流速和壓力，彈簧44將延伸並使凸輪32在主體14中向上運動，從而縮回切刀16並允許管下擴孔器10被拉出孔中。
當切刀16伸展時，在管下擴孔器10中不存在內部空隙會有助於切刀16的可靠縮回。因此，切刀結構要避免內部空隙被填充或填塞有固體材料時所出現的情形，這會阻礙切刀的縮回。可從圖4和6注意到，當切刀16被縮回時會存在或產生空隙60、61，不過當切刀16被伸展時沒有明顯的空隙存在。
在凸輪32遇到問題的情況下，例如凸輪32被堵塞在如圖5所述的伸展位置中，那麼可以通過減小流經工具的流體的流速和壓力、然後提取工具並抬升工具直到伸展的切刀16遇到限制來實現切刀16的縮回。這會產生向下和向內的力，該力將主要由支撐構件30抵抗。在不存在橫跨活塞52的壓差的情況下，力將會剪斷銷54，從而支撐構件組件48會自由地相對於主體14和凸輪32沿軸向向下運動，使得切刀16可以向下移動各個凸輪表面34並縮回至如圖6所示的位置。然後，管下擴孔器10可以從孔移走。
本領域熟練技術人員會確認以上工具結構提供了有效和可靠的裝置來允許可伸展切刀的縮回，即使是在使用獨立於鑽柱的切刀致動凸輪32的情況下。
現在參考附圖中的圖8a、9a、10a、11a和12a，它們是根據本發明另一實施例的採用管下擴孔器110形式的井下工具的剖面圖，表示處於不同結構下的工具，另外還參考附圖中的圖8b、9b和10b，它們是工具110的密封構件160的放大剖面圖並分別對應於圖8a、9a和10a。工具110與上述工具10共有許多特徵，那些特徵將不會再作詳細的說明。
在本實施例中，用於伸展和縮回切刀116的凸輪132被安裝在細長的套管140上，該套管延伸通過工具主體114。套管140的上端通過並連接到壓縮彈簧144的上端，該壓縮彈簧通常迫使套管140和凸輪132朝向切刀116完全縮回的位置(圖8a)。套管140的下端最初與密封構件160密封接合，該密封構件在初始結構中用來隔離並抵消由直徑不同的密封件146、147產生的對活塞的影響；作用於較大直徑的密封件146所限定的面積上的壓力基本上通過作用在密封構件160的密封件162所限定的近似面積上的壓力來平衡。
在圖8b中表示得更詳細的密封構件160，是兩個主要的大致呈圓柱形的部分164、166，上面的部分164帶有密封件162並具有密封地容納套管140末端的內管狀部分168。該密封構件部分164、166結合在一起以允許一定程度的相對軸向運動，該軸向運動由從部分166的上端開始延伸的套管172上的臺肩170與在上面部分164上的環174之間的接合來限制(參見圖8c)。密封構件部分164、166最初由作用在較小的周向間隔的活塞176的面積上的壓差而保持在一起，其中活塞被連接到下面部分166，並延伸進入形成在上面部分164中的對應各個圓柱體(cylinder)178中。
下面部分166具有通孔，該通孔設有流動節流口180，從而流體流經節流口180會產生跨越部分166的面積的流體壓差力，其中該部分由密封件182限定。
密封構件160由安全銷184保持在它的初始位置，該安全銷在主體114和下面部分166之間延伸。工具110的致動通過切斷銷184來啟動，如下所述。
在工具110的初始結構中，如圖8a和8b所示，主體114內部與主體外部之間的壓差變化對工具110沒有影響；密封構件160抵消了由密封件146、147所產生的壓差活塞的影響。但是，考慮到被泵送通過工具110的鑽孔流體的密度，如果流體流動的速度增大到跨越節流口產生的壓力足以切斷銷184，那麼密封構件160可被重新構造以允許工具110的致動和切刀116的延伸。這使得能夠更加可靠地啟動工具110的致動，因為對於給定的節流口180僅有兩個變量，即鑽孔流體重量或密度以及流速。
一旦銷184被剪斷，那麼密封構件160的下面部分上的有關流動的差壓力將會把部分166向下拉並拉離上面部分164，如圖9a和9b所示。如上所述，上面部分164最初被工具內部與工具外部之間的壓差保持在上面的位置；部分164的上表面通過噴嘴156暴露於外部壓力下。部分166的初始運動被從部分164拉動的活塞176所衰減，直到被接合環188的活塞臺肩186限制住，隨後的運動由從圓柱體178抽出的活塞176所衰減，如圖10a和10b所示。
隨著活塞176從圓柱體178抽出，密封構件160將簡單地被向下被推到落在位於工具110下端處的臺肩上，如圖11a所示。此外，一旦活塞176已經從圓柱體178中抽出，那麼由直徑不同的密封件146、147產生的面積相對較大的活塞被帶入運轉，以致足夠大的軸向力施加到凸輪132上，然後該凸輪向下運動通過主體114並使切刀116伸展，如圖12a所示。
當工具110被操作時，鑽孔流體被泵壓，從地面向下通過工具，流到工具110的噴嘴156以外並從工具110下面的鑽頭中的噴嘴噴出，然後經過柱與孔壁之間的環槽流回地面。為了有助於流體通過工具110，螺旋式延伸的溝道122形成在主體中，如附圖中的圖13所示。溝道122包括前引和尾部的成角度的表面槽122a、122b，以及中間軸刀片槽122c，它們由在主體114中切出的凹穴或窗口126形成，以容納切刀116和切刀支座130的軸向運動。主體110在溝道122之間的表面也大致呈螺旋形，這比軸表面提供了更有效的穩定和集中化。還可以注意到，尾槽122b形成在切刀116的前面且主體的厚度大大超過切刀116，有助於切刀116的支撐。
在其操作的其他方面，工具110基本上類似於上述工具10。
現在參考附圖的圖14a和15a，它們是管下擴孔器210的剖面圖，並參考附圖的圖14b，它是工具210的密封構件260的放大剖面圖。管下擴孔器210以基本上類似於上述工具110的方式操作，不過工具210具有的密封構件260的結構在一定程度上更簡單，並需要球290落入密封構件260中以致動工具210。密封構件260包括兩個主要部分264、266，它們被固定在一起，外面的部分264帶有密封件262以便接合主體孔且部分264的下面的更大直徑部分通過安全銷284連接到主體214中，而裡面的部分266提供與套管240的下端間的密封，還具有球掣(ball-catching)節流口280。
在使用時，使球290從地面落入工具210中，並從地面施加液壓，這會產生跨越球與節流口290、280的流體差動力，該力足夠大到剪斷銷284。然後該力會對抗工具內部與外部之間的壓差使密封構件260向下運動，直到密封件262移動到主體孔的更大直徑部分中，且隨後密封構件會離開套管240的端部並清潔該端部，如圖15a所示。然後操作該由密封件246、247形成的差動活塞，並伸展切刀216。
一旦密封構件260清潔了套管240的末端，流體可以通過流經節流口280上面的部分266中的埠292而繞過經過球290，並進入部分264、266之間的環形通道294。
上述實施例對本領域熟練技術人員而言顯然僅僅是本發明的解釋性說明，可以對其進行各種變更和改進而不會背離本發明的範圍。
權利要求
1.一種井下工具，包括主體；至少一個可沿徑向伸展的構件，其安裝到主體上並可在縮回與伸展位置之間運動；凸輪構件，所述凸輪構件在操作上與可伸展構件相關聯，並可相對於主體運動以伸展可伸展構件；以及支撐構件，所述支撐構件可被構造成允許可伸展構件從伸展位置縮回。
2.權利要求1所述的工具，其中該工具具有管下擴孔器的形式，並且至少一個可伸展構件具有切削刀片的形式。
3.權利要求1或2所述的工具，其中支撐構件可構造成允許可伸展構件相對於凸輪構件和主體中的至少一個運動，以允許可伸展構件的縮回。
4.前面任何一項權利要求所述的工具，其中凸輪構件可相對於主體沿軸向運動，以伸展和縮回可伸展構件。
5.權利要求4所述的工具，其中支撐構件可構造成允許可伸展構件相對於凸輪構件沿軸向運動。
6.前面任何一項權利要求所述的工具，其中主體適於形成管形柱的一部分，且凸輪構件適於獨立於所述柱運動。
7.前面任何一項權利要求所述的工具，其中凸輪構件通常被迫使朝著可伸展構件的縮回位置運動。
8.權利要求7所述的工具，其中凸輪構件被迫使運動以通過彈簧縮回可伸展構件。
9.前面任何一項權利要求所述的工具，其中凸輪構件適於由流體壓力致動。
10.權利要求9所述的工具，其中凸輪構件適於由壓差致動。
11.權利要求10所述的工具，其中凸輪構件包括環形差動活塞裝置，從而工具內的流體相對於工具外的流體產生跨越活塞的壓差。
12.前面任何一項權利要求所述的工具，其中支撐構件保持著支撐結構，其中至少一個可伸展構件通過凸輪構件相對於主體的運動而伸展和縮回。
13.權利要求12所述的工具，其中支撐構件通過可釋放連接件保持著支撐結構。
14.權利要求13所述的工具，其中可釋放連接件是安全銷。
15.權利要求12至14中任何一項所述的工具，其中支撐構件適於至少部分地通過流體壓力保持著支撐結構。
16.權利要求15所述的工具，其中支撐構件在操作上與活塞裝置相關聯，該活塞裝置在存在適當的流體壓力的情況下迫使支撐構件向著支撐結構運動。
17.權利要求16所述的工具，其中活塞裝置適於由工具內部與工具外部之間的壓差致動。
18.前面任何一項權利要求所述的工具，其中可伸展構件可相對於主體在徑向上線性移動。
19.前面任何一項權利要求所述的工具，其中至少一個可伸展構件是鉸刀片，其適於在兩個軸向上進行切削。
20.前面任何一項權利要求所述的工具，其中可伸展構件位於主體的窗口中。
21.權利要求20所述的工具，其中窗口的側邊適於為該構件提供橫向和軸向支撐中的至少一種。
22.權利要求20或21所述的工具，其中支撐構件延伸入窗口，並為可伸展構件的至少一個側部提供支撐。
23.權利要求22所述的工具，其中支撐構件為可伸展構件的前引端面提供支撐。
24.前面任何一項權利要求所述的工具，其中凸輪構件具有相對於主工具軸線傾斜的凸輪表面。
25.權利要求24所述的工具，其中凸輪表面相對於工具軸線成狹小的角。
26.權利要求25所述的工具，其中凸輪構件正接合可伸展構件。
27.權利要求26所述的工具，其中凸輪構件與可伸展構件限定對應的燕尾形狀。
28.前面任何一項權利要求所述的工具，其中工具可構造成至少最開始將至少一個可伸展構件限定在縮回位置。
29.權利要求28所述的工具，其中凸輪構件和可伸展構件中的至少一個是可鎖定的。
30.權利要求29所述的工具，其中凸輪構件和可伸展構件中的至少一個可通過可釋放連接件被鎖定。
31.前面任何一項權利要求所述的工具，其中致動構件在操作上與至少一個可伸展構件相關聯，並適於使可伸展構件響應於流體壓力差朝向伸展位置移動，且還包括具有第一結構和第二結構的密封構件，在該第一結構中致動構件與壓差相隔離，在該第二結構中致動構件暴露於壓差下。
32.權利要求31所述的工具，其中致動構件與凸輪構件結合起來設置。
33.權利要求31或32所述的工具，其中密封構件適於在有關流動的流體壓力作用下運動。
34.權利要求31、32或33所述的工具，其中密封構件在操作上與流動節流口相關聯，從而可跨越節流口建立壓差。
35.權利要求34所述的工具，其中流動節流口是噴嘴的形式。
36.權利要求34或35所述的工具，其中密封構件這樣設置使得壓差作用在密封構件的相對大的面積上。
37.前面任何一項權利要求所述的工具，其中至少一個外部空隙設在主體中以容納可伸展構件和支撐構件中的至少一個相對於工具主體的移動。
38.權利要求37所述的工具，其中工具適於把流體流導入空隙中。
39.前面任何一項權利要求所述的工具，其中工具主體具有至少一個沿軸向延伸溝道，以便流體通過工具外部和孔的周壁之間。
40.權利要求39所述的工具，其中至少一個沿軸向延伸溝道至少部分地由外部空隙限定，該外部空隙被設置用來容納可伸展構件與支撐構件中的至少一個相對於工具主體的移動。
41.權利要求40所述的工具，其中溝道成螺旋形地延伸。
42.權利要求41所述的工具，其中溝道包括前引和尾端的成角度的表面槽。
43.權利要求42所述的工具，其中尾槽形成在可伸展構件的前面且主體的厚度遠在可伸展構件之後。
44.權利要求40至43中任一項所述的工具，其中設有多個溝道，且溝道之間的主體表面基本上為螺旋狀。
45.一種將要結合在鑽柱中的井下工具，該工具包括適於形成鑽柱的一部分的主體；至少一個可沿徑向伸展的構件，其安裝到主體上並可在縮回與伸展位置之間運動；凸輪構件，所述凸輪構件在操作上與可伸展構件相關聯並可相對於主體運動，並且獨立於鑽柱地伸展可伸展構件；以及支撐構件，所述支撐構件可構造成允許可伸展構件相對於凸輪構件和主體中的至少一個運動，以允許該可伸展構件的縮回。
46.一種井下工具，包括主體；至少一個可沿徑向伸展的構件，其安裝到主體上並可在縮回與伸展位置之間運動；致動構件，其在操作上與可伸展構件相關聯並適於使可伸展構件響應於流體壓差朝向伸展位置運動；以及密封構件，其具有第一結構和第二結構，在該第一結構中致動構件與壓差相隔離，在該第二結構中致動構件暴露於壓差下。
47.權利要求46所述的工具，其中致動構件與凸輪構件結合起來設置，該凸輪構件在操作上與可伸展構件相關聯並可相對於主體運動以伸展可伸展構件。
48.權利要求46或47所述的工具，其中密封構件適於在有關流動的流體壓力的影響下運動。
49.權利要求46、47或48所述的工具，其中密封構件在操作上與流動節流口相關聯，從而可跨越節流口建立壓差。
50.權利要求49所述的工具，其中流動節流口具有噴嘴的形式。
全文摘要
一種井下工具(10)，包括主體(14)、安裝到主體上並可在縮回與伸展位置之間運動的可沿徑向伸展的構件(16)、在操作上與可伸展構件相關聯並可相對於主體運動以伸展可伸展構件的凸輪構件(32)、以及可構造成允許可伸展構件從伸展位置縮回的支撐構件(30)。該工具可以是管下擴孔器，且可伸展構件可以是切削刀片(16)。
文檔編號E21B10/32GK1816679SQ200480018785
公開日2006年8月9日 申請日期2004年4月26日 優先權日2003年4月30日
發明者艾倫·馬丁·埃迪森, 馬克·亞當 申請人:安德格治有限公司