在地下鑽孔中使用的具有可伸出構件的工具及其相關方法

2023-05-17 01:42:21 2

在地下鑽孔中使用的具有可伸出構件的工具及其相關方法
【專利摘要】一種在地下鑽孔中使用的可擴展設備，包括構造成能夠在縮回位置和伸出位置之間移動的至少一個構件。可擴展設備的部件可以包括用於去除緊鄰管狀體的碎屑的至少一個表面。可擴展設備的部件可構造成使可擴展設備能夠增大地下鑽孔的直徑超過20%。可擴展設備的部件可以構造成限制流向噴嘴組件的流體流動。可擴展設備可以包括具有設置在其中的推頂套筒的保護套筒。操作可擴展設備的方法可以包括用可擴展設備的表面去除碎屑。操作可擴展設備的方法還可以包括有選擇地使流體流向噴嘴組件。
【專利說明】在地下鑽孔中使用的具有可伸出構件的工具及其相關方法
[0001]優先權聲明
[0002]本申請要求2011年2月11日提交的美國專利申請序列號13/025，884的 優先權日:，發明名稱為"在地下鑽孔中使用的具有可伸出構件的工具及其相關方法"。
【技術領域】
[0003]概括來說，本發明的實施例涉及一種在地下鑽孔中使用的可擴展設備，更尤其是，涉及一種用於擴大地下鑽孔的可擴展擴眼器設備、用於在鑽井作業期間穩定井底組件的可擴展穩定器設備及其相關方法。
【背景技術】
[0004]可擴展擴眼器典型用於對地下鑽孔進行擴大。通常，在鑽探油井、氣井和地熱井時，套管被安裝並灌注水泥，以防止井眼壁塌陷到地下鑽孔內，同時為後續鑽井作業提供必要的支護以實現更深的深度。套管通常還安裝成隔離不同的地層，以防止地層流體交叉流動，實現鑽孔時地層流體和壓力的控制。為了增大先前已鑽孔的深度，需將新的套管放置在先前的套管內，並延伸到先前的套管的下方。雖然通過增加額外的套管能夠使鑽孔實現更深的深度，但是也具有使鑽孔變窄的缺陷。鑽孔的變窄限制了所有後續井段的直徑，因為鑽頭和任何其他套管必須穿過已有的套管。人們不希望鑽孔直徑減小，因為這限制了油氣通過鑽孔的生產流量，人們通常希望擴大地下鑽孔，從而為超出先前安裝的套管之外安裝另外的套管提供更大的鑽孔直徑，並通過鑽孔實現更好的烴流量。
[0005]人們已經採用了各種方法來擴大鑽孔直徑。其中一種傳統的用於擴大地下鑽孔的方法包括使用偏心鑽頭和雙心鑽頭。例如，一帶有橫向延伸或擴大的切削部分的偏心鑽頭繞其軸線旋轉，形成擴大的鑽孔直徑。轉讓於本發明的受讓人的美國專利N0.4，635，738披露了偏心鑽頭的例子。雙心鑽頭組件採用兩個縱向疊加的鑽頭部分，鑽頭部分帶有橫向偏置軸線，該鑽頭組件旋轉時形成擴大的鑽孔直徑。同樣轉讓於本發明的受讓人的美國專利N0.5，957，223披露了雙心鑽頭的例子。
[0006]用於擴大地下鑽孔的另一種傳統方法包括採用延展的底部鑽具組合，其遠端帶有先導鑽頭，先導鑽頭上方一定距離處帶有擴眼器組件。這種配置容許利用任何傳統的迴轉式鑽頭類型(例如，鑽巖鑽頭或刮刀鑽頭)，先導鑽頭和組件的擴展性容許穿過鑽孔中的卡阻部位時具有更大的靈活性，同時能夠更有效地穩定先導鑽頭，以便使先導鑽頭及後面的擴眼器橫切為鑽孔設計的路徑。延展的底部鑽具組合的這個方面在定向鑽井中尤其重要。為此，本發明的受讓人設計了擴眼結構，即所謂的〃擴眼翼狀物"，其通常包括具有捕撈頸部的管狀體，所述捕撈頸部的頂部帶有螺紋連接部，其底部帶有大鉗牙板表面，該大鉗牙板表面也帶有螺紋連接部。轉讓於本發明的受讓人的美國專利N0.RE36, 817和N0.5，495，899都披露了包括擴眼翼狀物的擴眼結構。擴眼翼狀物工具的中上部包括一個或更多個縱向延伸的刀片，這些刀片大體上從管狀體向外徑向突出，在這些刀片上設置有聚晶金剛石複合片(PDC)切削元件。[0007]如上所述，傳統的可擴展擴眼器可用來擴大地下鑽孔，其可包括可樞轉地或可鉸接地附著於管狀體並由設置在其中的活塞致動的刀片，正如Warren的美國專利N0.5，402，856所披露的那樣。另外，Akesson等的美國專利號N0.6，360，831披露了一種傳統的鑽孔開啟器，其包括裝備有至少兩個開孔臂的主體，所述開孔臂具有切削裝置，通過暴露於流過主體的鑽井流體的壓力，所述切削裝置可從在主體內安放的位置移動至作用位置。這些擴眼器中的刀片初始是縮回的，以容許工具在鑽柱上下入鑽孔，一旦工具到達套管端部之外，刀片就伸展開來，這樣就會增大套管下方的孔直徑。

【發明內容】

[0008]在有些實施例中，本發明包括一種在地下鑽孔中使用的可擴展設備。可擴展設備包括具有縱向孔的管狀體以及處於管狀體的壁中的至少一個開口。至少一個構件位於管狀體的壁中的所述至少一個開口內，並構造成在縮回位置和伸出位置之間移動。一軛狀件連接於所述至少一個構件。軛狀件和管狀體二者中的至少一個包括具有中心部的至少一個表面，所述中心部包括頂點以用於去除緊鄰管狀體的壁中的所述至少一個開口的碎屑。
[0009]在另外的實施例中，本發明包括一種在地下鑽孔中使用的可擴展設備。可擴展設備包括管狀體，所述管狀體具有在管狀體的縱向孔與管狀體的外表面之間延伸的至少兩個開口。至少兩個構件均位於管狀體的所述至少兩個開口中的一個開口內，並構造成在縮回位置和伸出位置之間移動。所述至少兩個構件在縮回位置時基本上位於管狀體內。一推頂套筒設置在管狀體的縱向孔內，並連接於至少一個構件。推頂套筒構造成響應於鑽井流體流過縱向孔的流量而使所述至少兩個構件從縮回位置移動到伸出位置。一行進套筒位於管狀體的縱向孔內並部分在推頂套筒內。行進套筒構造成固定推頂套筒，防止其在初始位置在管狀體內進行軸向運動。管狀體、推頂套筒和行進套筒的尺寸設計成並構造成使所述至少兩個構件的尺寸設計成和構造成使地下鑽孔的直徑增加超過20%。
[0010]在另外的又一個實施例中，本發明包括一種在地下鑽孔中使用的可擴展設備。可擴展設備包括具有縱向孔的管狀體和管狀體的壁中的至少一個開口。至少一個構件位於管狀體的壁中的至少一個開口內，並構造成能夠在縮回位置和伸出位置之間移動。至少一個噴嘴組件位於管狀體內且緊鄰所述至少一個構件，並與管狀體的縱向孔流體連通。一行進套筒位於管狀體的縱向孔內，其包括一朝向井口的部分，所述朝向井口的部分構造成:在行進套筒位於初始位置時，該朝向井口的部分通過抵接管狀體的一部分而至少部分地限制穿過所述至少一個噴嘴組件的流體流動，以及在行進套筒位於觸發位置時，至少部分地實現流體流動。
[0011]在另外的又一個實施例中，本發明包括一種在地下鑽孔中使用的可擴展設備。可擴展設備包括具有縱向孔的管狀體和管狀體的壁中的至少一個開口。至少一個構件位於管狀體的壁中的至少一個開口內，並構造成在縮回位置和伸出位置之間移動。一保護套筒設置在管狀體的縱向孔內。一推頂套筒設置在管狀體的縱向孔內，並至少部分地位於保護套筒內。推頂套筒連接於所述至少一個構件，並構造成響應於鑽井流體流過縱向孔的流量而使所述至少一個構件從縮回位置移動到伸出位置。
[0012]在另外的又一個實施例中，本發明包括一種用於操作在地下鑽孔中使用的可擴展設備的方法。該方法包括:克服設置在可擴展設備中的彈簧的偏壓力而壓縮彈簧，使連接於一軛狀件的可擴展設備的至少一個構件從縮回位置移動到伸出位置，利用彈簧的偏壓力，迫使所述至少一個構件和軛狀件從伸出位置到縮回位置；和利用具有包括頂點的中心部的軛狀件和管狀體中的至少一個的至少一個表面以及彈簧的偏壓力，從緊鄰所述至少一個構件的可擴展設備的外部去除碎屑。
[0013]在另外的又一個實施例中，本發明包括一種用於操作在地下鑽孔中使用的可擴展設備的方法。該方法包括:利用設置在可擴展設備的管狀體內的行進套筒，將可擴展設備的至少一個構件固定在縮回位置，在可擴展設備的管狀體內移動行進套筒，以不再固定所述至少一個構件，使可擴展設備的所述至少一個構件從縮回位置移動到伸出位置，以及，當所述至少一個構件位於縮回位置以及位於伸出位置時，使穿過管狀體的縱向孔的鑽井流體流過至少一個噴嘴組件，所述至少一個噴嘴組件位於管狀體的縱向孔中且緊鄰所述至少一個構件。
[0014]在另外的又一個實施例中，本發明包括一種用於操作在地下鑽孔中使用的可擴展設備的方法。該方法包括:利用設置在可擴展設備的管狀體內的行進套筒，將可擴展設備的至少一個構件固定在縮回位置，在可擴展設備的管狀體內移動行進套筒，以不再固定所述至少一個構件，使可擴展設備的所述至少一個構件從縮回位置移動到伸出位置，當所述至少一個構件位於縮回位置時，限制穿過管狀體的一縱向孔的鑽井流體流過至少一個噴嘴組件，所述至少一個噴嘴組件位於管狀體的縱向孔中且緊鄰所述至少一個構件，和在所述至少一個構件位於伸出位置時，使穿過管狀體的縱向孔的鑽井流體流過至少一個噴嘴組件。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]雖然說明書最後附有特別指出並清楚地要求保護被認為是本發明的實施例的權利要求書，但是，在結合附圖閱讀時，從本發明的某些實施例的下列描述中可以容易地確定本發明的實施例的各種特徵和優點，其中:
[0016]圖1是依照本發明一實施例的可擴展擴眼器設備的實施例的側視圖；
[0017]圖2顯示了可擴展擴眼器設備沿圖1中剖面線2-2的橫向剖視圖；
[0018]圖3顯示了可擴展擴眼器設備沿圖2中剖面線3-3的縱向剖視圖；
[0019]圖4顯示了圖3所示的可擴展擴眼器設備的朝向井下的部分的放大剖視圖；
[0020]圖5顯示了可擴展擴眼器設備的一實施例的朝向井口的部分的放大剖視圖；
[0021]圖6顯示了位於伸出位置的可擴展擴眼器設備的另一個實施例的局部縱向剖視圖；和
[0022]圖7顯示了位於伸出位置的可擴展擴眼器設備的又一個實施例的局部縱向剖視圖。
【具體實施方式】
[0023]在此提供的示圖在一些情況下，並不是任何特定鑽土工具、可擴展設備、切削元件或鑽土工具的其他特徵的實際視圖，僅僅是用來描述本發明的實施例的理想化表示。另外，附圖之間共有的元件可以保留相同的數字標記。
[0024]在此所使用的術語〃遠端〃和〃近端〃是用於描述可擴展設備的一些部分或其構件相對於正在被鑽制的井眼的相對術語。例如，可擴展設備的〃遠端〃部分是指可擴展設備在鑽井或擴眼作業期間設置在伸入地層中的井眼中時相對更靠近鑽孔的井下部分(例如相對更靠近鑽孔的最遠範圍且相對更靠近伸入鑽孔中的鑽柱的最遠範圍)的部分。可擴展設備的〃近端〃部分是指可擴展設備在鑽井或擴眼作業期間設置在伸入地層中的井眼中時相對地更靠近鑽孔的井口部分(例如相對更遠離鑽孔的最遠範圍以及伸入鑽孔中的鑽柱的最遠範圍)的部分。
[0025]在有些實施例中，在此描述的可擴展設備類似於下列專利文獻中描述的可擴展設備:例如，2007年12月3日提交的、發明名稱為〃用於鑽土應用的可擴展擴眼器〃的美國專利申請公開N0.US2008/0102175A1 ;2009年9月30日提交的、發明名稱為〃具有可伸出構件的鑽土工具及製造和使用這種鑽土工具的方法〃的美國專利申請N0.12/570，464 ；2010年9月30日提交的、發明名稱為"具有可伸出構件的鑽土工具及其相關方法"的美國專利申請N0.12/894，937 ;和2010年11月8日提交的、發明名稱為〃具有可伸出構件的鑽土工具及其相關方法〃的美國臨時專利申請N0.61/411，201。
[0026]圖1顯示了可擴展設備(例如，可擴展擴眼器設備100)的實施例。可擴展擴眼器設備100可包括一大體上圓柱形的管狀體108，所述管狀體具有一縱向軸線Lltl8t5可擴展擴眼器設備100的管狀體108可具有遠端190，近端191和外表面111。可擴展擴眼器設備100的管狀體108的遠端190可以包括一組用於將遠端190連接到鑽柱的另一段或底部鑽具組合(BHA)的另一部件的螺紋(例如帶螺紋的銷式構件)，所述另一部件例如為用於承載鑽探井眼的先導鑽頭的鑽箍。在有些實施例中，可擴展擴眼器設備100可包括下接頭109，所述下接頭連接於擴眼器管狀體108的下箱連接處。同樣，可擴展擴眼器設備100的管狀體108的近端191可以包括一組用於將近端191連接到鑽柱的另一段或底部鑽具組合(BHA)的另一部件的螺紋(例如帶螺紋的箱式構件)。應當注意，雖然圖1的實施例示出可擴展擴眼器設備100攜帶多個刀片101，但是，可擴展設備也可以包括其他設備，例如用於在鑽井作業期間穩定鑽井組件的可擴展穩定器設備，其上攜帶穩定塊。
[0027]三個滑動構件(例如，刀片101、穩定塊等等)在位置上周向間隔開地保持在管狀體108上，如下所述，它們可以沿著可擴展擴眼器設備100設置在第一遠端190和第二近端191中間的位置上。刀片101可以由鋼、碳化鎢、顆粒基體複合材料(例如，分散在整個金屬基體材料上的硬質顆粒)或本領域已知的其他合適的材料構成。如圖3所示，刀片101在可擴展擴眼器設備100的管狀體108內保持初始縮回位置上，但可響應於液壓作用而移入伸出位置，如圖6所示，並根據需要回到縮回位置，正如本申請中將描述的那樣。可擴展擴眼器設備100可構造成使刀片101接合圍繞井眼的地下地層的壁，其中，當刀片101位於伸出位置時，可擴展擴眼器設備100設置成去除地層材料，但當刀片101位於縮回位置時，所述刀片不能操作成接合井眼內部的地下地層的壁。雖然可擴展擴眼器設備100包括三個刀片101，但根據有利的需要，也可以考慮使用一個、兩個或超過三個的刀片。此外，雖然可擴展擴眼器設備100的刀片101沿著管狀體108圍繞縱向軸線Lltl8周向對稱地定位，但是，這些刀片也可以沿周向不對稱地定位，以及圍繞縱向軸線Lltl8不對稱地定位。可擴展擴眼器設備100還可以包括多個穩定器墊，用以在鑽井或擴眼工序期間穩定可擴展擴眼器設備100的管狀體108。例如，可擴展擴眼器設備100可以包括上硬面墊、中間硬面墊以及下硬面墊。
[0028]圖2是圖1所示的可擴展擴眼器設備100沿其中所示的剖面線2-2剖取的剖視圖。如圖2所示，管狀體108的延伸圓柱形壁圍住一縱向貫穿管狀體108的流體通路192。流體可以在管狀體108的縱向孔151 (和套筒構件的縱向孔)穿過流體通路192行進。
[0029]繼續參照圖2，為了更好地描述本發明實施例的各個方面，所示的其中一個刀片101位於向外或伸出位置，而所示的其他刀片101位於初始或縮回位置。在縮回或縮進位置，可擴展擴眼器設備100的刀片101基本上位於可擴展擴眼器設備100的管狀體108內。例如，可擴展擴眼器設備100可以構造成:當刀片處於初始或縮回位置時，每個刀片101的最外徑向範圍或橫向範圍縮進到管狀體108內，以致使其不會伸出超過管狀體108的最大外徑範圍。在將可擴展擴眼器設備100設置在鑽孔套管內時，這樣的配置可以保護刀片101，並且可以使可擴展擴眼器設備100能夠通過鑽孔內的這種套管。在其他實施例中，刀片101的最外徑向範圍可以與管狀體108的外徑相一致或者略微延伸超過管狀體108的外徑。刀片101在伸出位置時可以延伸超過管狀體108的外徑，例如以便在擴眼作業時接合鑽孔的壁。
[0030]這三個滑動刀片101可以保持於在管狀體108中形成的三個刀片軌道148中。刀片101均攜帶多個切削元件118，用於在刀片101處於伸出位置時(如圖3所示)接合地下地層的限定裸眼鑽孔壁的材料。切削元件118可以是聚晶金剛石複合片(PDC)刀具或本領域普通技術人員已知的其他切削元件，
[0031]可選擇地，多個刀片101中的一個或更多個可替換為穩定塊，所述穩定塊具有在此所述的引導件和導軌以被接收到可擴展擴眼器設備100的軌道148的凹槽179中，所述穩定塊可以用作可擴展的同心穩定器而不是擴眼器，並且還可以在鑽柱中與其他同心擴眼器或偏心擴眼器一起使用。
[0032]圖3顯示了可擴展擴眼器設備沿圖2中剖面線3-3的縱向剖視圖。可擴展擴眼器設備100可以包括致動件，例如連接於可伸出、可縮回的刀片101的推頂套筒115。擴眼器設備100的致動件還可以包括連接於推頂套筒115的鎖閂套筒117。在有些實施例中，鎖閂套筒117可形成為推頂套筒115的一部分。推頂套筒115可直接地或間接地連接(例如，通過聯動裝置)到可擴展擴眼器設備100的一個或更多個刀片101上。正如下面進一步地詳細描述的那樣，推頂套筒115可沿著朝井口方向159移動，以便使刀片101在伸出位置和縮回位置之間運動。可擴展擴眼器設備100的刀片101可以通過諸如套筒構件(例如行進套筒102)這樣的保持件保持在縮回位置。
[0033]如圖4所示，可擴展擴眼器設備100可以包括行進套筒102，所述行進套筒可從圖4所示的第一初始位置沿著朝井下方向157移動到圖6所示的第二位置(例如觸發位置)。在有些實施例中，行進套筒102可以形成可擴展擴眼器設備100的縱向孔151中的收縮部。例如，行進套筒102可以包括在行進套筒102的一部分中形成的收縮部分104 (例如，與可擴展擴眼器設備100的縱向孔151的另一部分相比，具有減少的橫截面面積的節流口或噴嘴)。在流過縱向孔151的鑽井流體的流體流量相對較低的情況下，行進套筒102的收縮部分104可以允許流體流過。但是，在流體流量相對較高的情況下，行進套筒102的收縮部分104可以開始限制流過行進套筒102的流體量。
[0034]行進套筒102的收縮部分104的近端處增大的壓力和行進套筒102的收縮部分104的遠端處減少的壓力可形成一壓力差，由此對行進套筒102施加沿朝井下方向157的作用力。該作用力使行進套筒102沿朝井下方向157運動。在有些實施例中，行進套筒102的收縮部分104可以由耐磨材料(例如燒結碳化物)形成，以便減少行進套筒102的收縮部分104由於鑽井流體流過而引起的磨損。
[0035]在另外的實施例中，也可以使用其他方法來使流過行進套筒102的流體流動變小，以便使行進套筒102沿朝井下方向157移動。例如，一阻塞物可有選擇地設置在行進套筒102內，以至少部分地堵塞流體流過，以便對行進套筒102施加沿朝井下方向157的作用力。
[0036]行進套筒102可以至少部分地接收在擴眼器設備100的致動件的一部分內(例如，推頂套筒115的一部分和鎖閂套筒117的一部分中的一個或更多個)。例如，推頂套筒115和鎖閂套筒117可以圓筒的形式保持在行進套筒102與可擴展擴眼器設備100的管狀體108的內表面112之間。
[0037]推頂套筒115可以由行進套筒102保持在初始位置。例如，行進套筒102的一部分可以起作用將推頂套筒115的一部分(或與之附著的另一個部件，例如鎖閂套筒117)固定到可擴展擴眼器設備100的管狀體108的內壁109的一部分上。例如，鎖閂套筒117可以連接於推頂套筒115，並可包括用於接合管狀體108的內壁109的一個或更多個鎖閂構件122。鎖閂套筒117可以包括具有設置在其中的一個或更多個鎖閂構件122的一個或更多個孔120 (例如，相對於管狀體108的縱向軸線Lltl8 (圖1)貫穿鎖閂套筒117橫向延伸的孔120)。
[0038]在有些實施例中，推頂套筒115可以被偏壓在初始位置(例如，由一彈簧116)。例如，如圖4所示，彈簧116可以抵抗推頂套筒115沿朝井口方向159的運動。在有些實施例中，可擴展擴眼器設備100可以構造成對彈簧116進行預加載。例如，彈簧116可以保持在推頂套筒115的外表面上且處於附著在管狀體108的臺肩部分174中的環130與鎖閂套筒117之間。鎖閂套筒117在管狀體108中、行進套筒102周圍的大小和位置設計成使得彈簧116被預加載(S卩，壓縮)在鎖閂套筒117和環130之間。換句話說，管狀體108中的鎖閂套筒117和環130之間的距離小於處於未壓縮狀態的彈簧116的距離。當彈簧116插入到管狀體108中時，一作用力施加於彈簧116，以在鎖閂套筒117和環130之間壓縮彈簧116。預加載的彈簧116將推頂套筒115與鎖H套筒117偏壓到它們的初始位置，這樣，鑽井流體停止(即，在可擴展擴眼器設備100處於伸出位置後通過減少鑽井流體流動返回到縮回狀態之後)。換句話說，預加載的彈簧116將利用比未預加載的彈簧的作用力更大的作用力重新定位推頂套筒115和鎖閂套筒117。在有些實施例中，鎖閂套筒117可以連接於推頂套筒115，這樣，鎖閂套筒117的遠端緊鄰推頂套筒115的遠端，並可以預加載彈簧116。
[0039]在有些實施例中，彈簧116可選擇具有較大的作用力。例如，可選擇彈簧116，使其所具有的尺寸、構造或它們的組合在彈簧116 (例如圖6所示位於加載位置的彈簧116)使推頂套筒115返回至其原來的初始位置時具有沿朝井下方向157的較大的作用力。在有些實施例中，具有較大的作用力的彈簧116可如上所述進行預加載。選擇這樣的彈簧116，確保可擴展擴眼器設備100適當情況下不工作。也就是說，彈簧116加載時具有較大的作用力，將確保刀片101 (圖3)和鎖閂套筒117可以在致動可擴展擴眼器設備100以後返回到它們的初始位置，正如下面更詳細地論述的。
[0040]繼續參照圖4，當行進套筒102位於初始位置時，液壓可作用於行進套筒102的外表面與管狀體108的內表面之間的推頂套筒115上，推頂套筒連接鎖閂套筒117。不管有還是沒有液壓，當可擴展擴眼器設備100位於初始位置時，鎖閂套筒117的鎖閂構件122都能防止推頂套筒115移動(例如，沿朝井口方向159)。鎖閂構件122可以由行進套筒102保持在於管狀體108的縱向孔151中形成的(例如，內壁109中形成的)一個或更多個凹槽124(例如，環形凹槽)之間。
[0041]在行進套筒102從初始位置沿朝井下方向157行進足夠遠(例如，到觸發位置)而使鎖閂套筒117的鎖閂構件122能夠脫離管狀體108的凹槽124之後，連接於推頂套筒115的鎖閂套筒117的鎖閂構件122都能夠沿朝井口方向159移動。為了使推頂套筒115沿朝井口方向159移動，由液壓流體流動引起的管狀體108的縱向孔151與該管狀體的外表面111之間的壓力差必須足夠克服彈簧116的回覆力或偏壓。
[0042]圖5顯示了可擴展擴眼器設備100的一實施例的朝向井口的部分的放大縱向剖視圖。如圖5所示，推頂套筒115在其近端包括連接於推頂套筒115的軛狀件114。軛狀件114包括三個臂177，每個臂177均與其中一個刀片101通過帶銷的聯動裝置178連接。當致動裝置(例如，推頂套筒115、軛狀件114和聯動裝置178)使刀片101在伸出位置和縮回位置之間轉換時，帶銷的聯動裝置178使刀片101能夠繞軛狀件114的臂177旋轉地運動。
[0043]在有些實施例中，可擴展擴眼器設備100的一部分(例如，軛狀件114的臂177)可以包括一個或更多個表面或部件(例如，耐磨插入件)，所述一個或更多個表面或部件適合於隨著刀片101在伸出位置和縮回位置之間的轉換(例如，沿朝井下方向157朝縮回位置移動)而排出碎屑。例如，臂177可以包括具有頂點或尖端的一個或更多個表面或者可以包括具有附著於臂177的頂點或尖端的外部部件，所述頂點或尖端用於去除(例如，壓碎、圓鑿、剪切等等)可能已經緊鄰可擴展擴眼器設備100的管狀體108形成的碎屑。如圖5所示，每個臂177均可以具有附著於其(例如，粘合於其，形成在其上，等等)的用於去除碎屑(例如利用刀片101對鑽孔進行擴眼所產生的碎屑)的碎屑去除元件200。例如，臂177上的碎屑去除元件200有助於移去和去除任何填充其中的頁巖，並可以包括低摩擦表面材料，用以防止粘著巖屑及其他碎屑。碎屑去除元件200可以位於軛狀件114的朝著井下的表面201上(即，軛狀件的沿朝井下方向157的表面)。例如，碎屑去除元件200可以位於軛狀件114的朝向井下的表面201的中心區域(例如，遠離軛狀件114的朝向井下的表面201的邊緣或邊緣部分)。碎屑去除元件200可以包括具有頂點或尖端的所述一個或更多個表面，以形成具有較少表面面積的表面。由於壓力是每單位面積上的作用力，當軛狀件114受彈簧116沿朝井下方向157的作用力時，該表面使高壓由碎屑去除元件200在頂點或尖端處施加給碎屑。在有些實施例中，碎屑去除元件200可以由較硬且耐磨的材料(例如，金屬材料，複合材料，金剛石增強材料等等)形成。在其他實施例中，管狀體108的表面可以包括一個或更多個表面或部件，所述一個或更多個表面或部件適合於隨著刀片101在伸出位置和縮回位置之間的轉換而排出碎屑。例如，管狀體108可以包括具有如圖6所示的頂點或尖端的一體式或外部碎屑去除元件250。在另外的實施例中，管狀體108和軛狀件114的臂177兩者均可以包括碎屑去除元件200。
[0044]當刀片101、軛狀件114、推頂套筒115和鎖閂套筒117在可擴展擴眼器設備100致動之後將返回到初始位置時(如圖6所示)，碎屑(例如，來自鑽孔擴眼或其他井下活動的碎屑)傾向於儲積在可擴展擴眼器設備100的一部分中(例如，沿著軌道148，在刀片通道埠 182 (圖5)中，等等)。該碎屑可能會阻止刀片101在伸出之後適時縮回。如上所述，當刀片101即將縮回時(例如，流過可擴展擴眼器設備100的流體流動減少至預定水平或以下時)，刀片101、軛狀件114、推頂套筒115和鎖閂套筒117將受彈簧116沿朝井下方向157的作用力(例如，在刀片101伸出時，彈簧116在加載位置具有較大的作用力)。具有附著於其上的碎屑去除元件200的軛狀件114通過碎屑受彈簧116的作用力，可以起到去除碎屑的作用，否則碎屑會阻止刀片101移動到縮回位置。
[0045]繼續參照圖5，可擴展擴眼器設備100可包括噴嘴組件110 (例如，碳化鎢噴嘴)。噴嘴組件Iio用來冷卻和清潔切削元件105，並且用來在鑽井期間從刀片101清除碎屑。在有些實施例中，噴嘴組件Iio可以構造成沿朝井下方向157朝著刀片101引導鑽井流體。例如，噴嘴組件110可以定向為使得流體流過可擴展擴眼器設備100而從管狀體108內向下、徑向向外引導至管狀體108與鑽孔之間的環空。沿這種向下的方向定向噴嘴組件110，在流體從噴嘴排出並與沿著鑽孔向上返回的環空內反向流動流體混合時，會引起逆流，從而並可以改善刀片清潔和切屑去除。在其他實施例中，噴嘴組件110可以構造成沿側向或沿朝井口方向159引導流體。
[0046]在有些實施例中，可擴展擴眼器設備100可以限制流過可擴展擴眼器設備100的縱向孔151的鑽井流體與噴嘴組件110的連通。例如，擴眼器設備100的部分可防止鑽井流體流向一個或更多個噴嘴組件110。在有些實施例中，行進套筒102的一部分可以起到限制流體流向噴嘴組件110的作用。例如，行進套筒102可以沿朝井口方向159延伸到緊鄰刀片101和軌道148的部位。如圖5所示，行進套筒102可以沿朝井口方向159穿過管狀體108的一部分(例如，設置在管狀體108中的密封套筒126)而延伸到沿朝井口方向159軸向經過噴嘴組件110的部位。在可擴展擴眼器設備100的朝向井口的部分處，行進套筒102的近端部分210 (即，朝向井口的部分)可以與可擴展擴眼器設備100的管狀體108的一部分形成密封。例如，行進套筒102的近端部分210可以與可擴展擴眼器設備100的管狀體108的突出部分212形成密封。在可擴展擴眼器設備100的遠端部(即，朝向井下的部分)處，行進套筒102的外表面的一部分可以與密封套筒126的一部分形成密封。
[0047]在有些實施例中，可擴展擴眼器設備100的管狀體108和行進套筒102的近端部分210之一可以具有設置在一凹槽中的O形環密封件(例如，密封件214)，用以防止流體在可擴展擴眼器設備100的管狀體108的突出部分210與行進套筒102的近端部分210之間流動。類似地，密封套筒126和行進套筒102之一可以具有設置在一凹槽中的O形環密封件(例如，密封件216)，用以防止流體在密封套筒126和行進套筒102之間流動。應當注意，雖然圖5的實施例示出的密封在一端由行進套筒102和可擴展擴眼器設備100的管狀體108形成，在另一端由密封套筒126和行進套筒102形成，但是，噴嘴組件110可以以任何合適的構造密封住流體。例如，行進套筒102可以與管狀體108在兩端都形成密封，行進套筒102可以與密封套筒在兩端都形成密封，或者上述方式的組合。
[0048]可擴展擴眼器設備100緊鄰噴嘴組件110的部件之間形成的密封(例如，由行進套筒102、可擴展擴眼器設備100的管狀體108和密封套筒126的組合形成)可以形成緊鄰噴嘴組件110的入口 220的環空218。如圖5所示，當行進套筒102位於初始位置時，環空218基本上被密封住，防止流體流過可擴展擴眼器設備100的縱向孔151。當行進套筒102向下移動時(例如，在來自流過其的流體的力的作用下，如下所述以及如圖6所示)，環空218暴露於流過可擴展擴眼器設備100的縱向孔151的流體，流體可以流向噴嘴組件110的入口220，並通過噴嘴組件110從可擴展擴眼器設備100的管狀體108流出。
[0049]在這樣的實施例中，行進套筒102在致動可擴展擴眼器設備100期間的向下運動，正如下面所論述的，也可以通過使流體流向噴嘴組件110而得以指示。例如，一旦行進套筒102沿朝井下方向157行進足夠的距離而使流體流向噴嘴組件110，例如由於流過噴嘴組件110的流體流動引起的鑽孔內的鑽井流體的可檢測或可測量壓力或壓力變化形式的信號就可以被操作者檢測到，從而指示出可擴展擴眼器設備100已經被致動。換句話說，當流體流過噴嘴組件110時，可擴展擴眼器設備100內的流體壓力將隨著流體通過噴嘴組件110引出可擴展擴眼器設備100並進入鑽孔而降低。
[0050]在其他實施例中(例如，如圖6所示)，不管行進套筒102的位置在哪裡或者不管刀片101是伸出還是縮回，噴嘴組件110都會暴露於流過可擴展擴眼器設備100的縱向孔151的流體。該實施例可以在流體被泵送通過可擴展擴眼器設備100時使流體緊鄰刀片101流動，並且可以起到減少刀片101及可擴展擴眼器設備100的其他外部部件上的碎屑聚集的作用，防止碎屑阻塞噴嘴組件110。
[0051]現在參照圖4和6，描述可擴展擴眼器設備100的操作情況。在〃觸發〃可擴展擴眼器設備100至伸出位置之前，可擴展擴眼器設備100保持在初始縮回位置，如圖4所示。當行進套筒102位於初始位置時，防止刀片致動件(例如，推頂套筒115)致動刀片101。當希望觸發可擴展擴眼器設備100時，行進套筒102沿朝井下方向157移動而釋放鎖閂套筒117的鎖閂構件122。例如，通過擴眼器設備100的鑽井流體的流量增大，以增加行進套筒102的收縮部分104處的液壓力，並對行進套筒102施加力的作用(例如，由於壓差引起的力)，使行進套筒102沿朝井下方向157平移。
[0052]如圖6所示，行進套筒102可以從初始位置沿朝井下方向157行進足夠遠而使鎖閂套筒117的鎖閂構件122能夠脫離管狀體108的凹槽124。與壓力致動的推頂套筒115連接在一起的鎖閂套筒117在流體壓力作用(例如，來自通過鎖閂套筒117 (例如其裙邊凹口部136)、行進套筒102和環113中的一個或更多個上的節流口供給的流體)下沿朝井口方向159移動。隨著流體流量增加而使流體壓力增加，彈簧116的偏壓力被克服，使得推頂套筒115沿朝井口方向159移動。推頂套筒115沿朝井口方向159的運動又使軛狀件114和刀片101沿朝井口方向159移動。在沿朝井口方向159移動時，刀片101均遵循坡道或軌道148而動，這些刀片安裝到所述坡道或軌道148 (例如，經由一種變形的正方形燕尾凹槽179 (圖2))上。
[0053]又如圖6所示，當行進套筒102在來自流過其中的流體的作用力的作用下向下移動時，環空218會暴露於流過可擴展擴眼器設備100的縱向孔151的流體(例如，通過在行進套筒102的近端部分210與可擴展擴眼器設備100的管狀體108的突出部分212之間形成的開口的流體)。流體可以進入環空218並流向噴嘴組件110。
[0054]只要流過行進套筒102的鑽井流體的流量減少到一選定流量值以下，行進套筒102就在彈簧116的偏壓力作用下返回到如圖4所示的初始位置。當行進套筒102返回到初始位置時，鎖閂套筒117和鎖閂構件122可返回到初始位置，行進套筒102再次將鎖閂構件122固定在管狀體108的凹槽124中。推頂套筒115、軛狀件114、刀片101和鎖閂套筒117也可以在彈簧116的力的作用下返回到初始位置或縮回位置。行進套筒102的近端部分210與可擴展擴眼器設備100的管狀體108的突出部分212之間形成的開口被密封，到環空218和噴嘴組件110的流體流動再次被限制。
[0055]只要流過行進套筒102的鑽井流體的流量升到或超過一選定流量值，行進套筒102就可以再次沿朝井下方向157移動而釋放鎖閂套筒117的鎖閂構件122，如圖6所示。然後，推頂套筒115與軛狀件114和刀片101就可以向上移動，刀片101遵循軌道148而動，以再次在鑽孔中擴眼出規定大直徑。這樣，可擴展擴眼器設備100可以使刀片101在縮回位置和伸出位置之間重複移動(例如，無限次)。環空218可再次暴露於流過可擴展擴眼器設備100的縱向孔151的流體，從而使流體能夠進入環空218並流向噴嘴組件110。
[0056]回到圖3，在有些實施例中，一保護套筒222可設置在可擴展擴眼器設備100的縱向孔151內。例如，保護套筒222可以沿著可擴展擴眼器設備100的管狀體108的一部分、在縱向孔151內緊鄰推頂套筒115延伸。在有些實施例中，保護套筒222可以與用於保持彈簧116的一端的環130相抵接。
[0057]保護套筒222可以由較硬且耐磨的材料(例如，金屬材料，複合材料，金剛石增強材料等等)形成，其可以保護可擴展擴眼器設備100的管狀體108的內表面，防止在井下鑽井活動過程中對可擴展擴眼器設備100的內表面引起的磨損。例如，隨著可擴展擴眼器設備100在伸出位置和縮回位置之間移動，保護套筒222可以使推頂套筒115在保護套筒222的內表面上滑動。推頂套筒115可以與保護套筒222形成密封(例如，在密封件224處)。保護套筒222還可以保護管狀體108的內表面的部分而防止受到由流過可擴展擴眼器設備100的鑽井流體所引起的磨損。在有些實施例中，保護套筒222可以用密封螺釘固定到可擴展擴眼器設備100的管狀體108上。在有些實施例中，保護套筒222可以包括用於密封保護套筒222的外表面和可擴展擴眼器設備100的管狀體108的內表面的一個或更多個密封件(例如，O形環密封件226)。
[0058]在需要時，保護套筒222可以容易地從可擴展擴眼器設備100的縱向孔151移除並更換。包括保護套筒222的這種構造通過能夠更換可擴展擴眼器設備100的縱向孔151的高磨損和使用區域，使可擴展擴眼器設備100實現了相對較長的使用壽命。
[0059]如圖7所示，一可擴展擴眼器設備300，其尺寸設置為使得縱向孔351比類似的可擴展設備(例如，可擴展擴眼器設備100)相對較小。例如，縱向孔351和設置在縱向孔351內的部件(例如，行進套筒302、推頂套筒315、彈簧316等等)的橫向尺寸(例如，直徑)比類似的可擴展設備小。換句話說，通常，可擴展擴眼器設備構造成形成直徑比擴眼之前(例如，由先導鑽頭形成的鑽孔直徑)大大約20%的鑽孔。縱向孔351和設置在縱向孔351內的部件的尺寸較小，從而使可擴展擴眼器設備300可使用較大的刀片301。換句話說，縱向孔351以及設置在縱向孔351內的部件較小則能夠使相對較大的刀片301定位在可擴展擴眼器設備300的管狀體內的縮回位置。相對較大的刀片301使可擴展擴眼器設備300形成比擴眼之前大大約20%以上(例如，大30%，大40%，大50%，等等)的鑽孔。例如，相對較大的刀片301能夠使可擴展擴眼器設備300形成比擴眼之前大大約50%之上的鑽孔。
[0060]本發明的實施例尤其用於提供更可靠、更穩固的可擴展設備。例如，一可擴展設備可以包括確保可擴展構件適當伸出和縮回並去除緊鄰可擴展構件的碎屑的部件和機構。進一步地，一可擴展設備可以包括能夠實現較大可擴展構件的使用的內部部件。更進一步地，一可擴展設備可以包括能夠實現以選定次數流過噴嘴組件的流體流動、包括流過噴嘴組件的恆流的內部部件。最後，一可擴展設備可以包括與類似可擴展設備相比，可以延長可擴展設備的使用壽命的可更換內部部件。
[0061]另外的非限制性的實施例描述如下。
[0062]實施例1:一種在地下鑽孔中使用的可擴展設備，其包括:具有縱向孔的管狀體以及處於管狀體的壁中的至少一個開口 ；位於管狀體的壁中的所述至少一個開口內的至少一個構件，所述至少一個構件構造成在縮回位置和伸出位置之間移動；和連接於所述至少一個構件的軛狀件，軛狀件和管狀體中的至少一個包括至少一個具有中心部的表面，所述中心部包括有頂點而用於去除緊鄰管狀體的壁中的所述至少一個開口的碎屑。
[0063]實施例2:如實施例1的可擴展設備，還包括設置在管狀體的縱向孔內的彈簧，所述彈簧構造成朝著縮回位置偏壓所述軛狀件以及與該軛狀件連接的所述至少一個構件。
[0064]實施例3:如實施例2的可擴展設備，其中，彈簧的尺寸設計並構造成對軛狀件施加一朝縮回位置的偏壓力，所述偏壓力的大小足以容許在所述至少一個構件從伸出位置移動到縮回位置的過程中去除緊鄰軛狀件的碎屑。
[0065]實施例4:如實施例1至3中任一的可擴展設備，其中，所述至少一個構件包括至少三個構件，所述至少三個構件中的每個構件都位於在管狀體中形成的開口內，以及其中，軛狀件還包括至少三個臂，每個臂具有至少一個表面，所述表面具有包括用於去除碎屑的頂點的中心部，所述至少三個臂中的每個臂均連接於所述至少三個構件中的一個。
[0066]實施例5:如實施例1至4中任一的可擴展設備，其中，具有用於去除碎屑的頂點的所述至少一個表面包括軛狀件和管狀體二者中的至少一個的完整的表面(integralsurface)。
[0067]實施例6:如實施例1至5中任一的可擴展設備，其中，具有用於去除碎屑的頂點的所述至少一個表面包括連接於軛狀件和管狀體二者中的至少一個的表面的碎屑去除元件。
[0068]實施例7:如實施例6的可擴展設備，其中，碎屑去除元件包括耐磨材料。
[0069]實施例8:一種在地下鑽孔中使用的可擴展設備，其包括:管狀體，所述管狀體具有在管狀體的縱向孔與管狀體的外表面之間延伸的至少兩個開口 ；至少兩個構件，所述至少兩個構件中的每個構件都位於管狀體的所述至少兩個開口中的一個開口內，所述至少兩個構件構造成能夠在縮回位置和伸出位置之間移動，所述至少兩個構件在縮回位置中時基本上位於管狀體內；推頂套筒，其設置在管狀體的縱向孔內，並連接於所述至少一個構件，所述推頂套筒構造成響應於鑽井流體流過縱向孔的流量使所述至少兩個構件從縮回位置移動到伸出位置；和行進套筒，其位於管狀體的縱向孔內，並部分地位於推頂套筒內，所述行進套筒構造成固定所述推頂套筒而防止其在初始位置在管狀體內軸向運動，其中，所述管狀體、推頂套筒和行進套筒的尺寸設計成並構造成使所述至少兩個構件的尺寸設計和構造成能夠使地下鑽孔的直徑增大超過20%。
[0070]實施例9:如實施例8的可擴展設備，其中，當所述至少兩個構件處於縮回位置時，所述至少兩個構件中的每個構件的最外側向範圍小於或等於管狀體的最外側向範圍。
[0071]實施例10:如實施例9的可擴展設備，其中，當所述至少兩個構件處於縮回位置時，所述至少兩個構件中的每個構件的最內側向範圍位於處於管狀體內的行進套筒的徑向外部。
[0072]實施例11:如實施例8至10中任一的可擴展設備，其中，推頂套筒和行進套筒的尺寸設計成並構造成使所述至少兩個構件的尺寸設計成和構造成能夠使地下鑽孔的直徑增大至少50%。
[0073]實施例12:—種在地下鑽孔中使用的可擴展設備，其包括:管狀體，所述管狀體具有在管狀體的縱向孔與管狀體的外表面之間延伸的至少一個開口 ；位於管狀體的所述至少一個開口內的至少一個構件，所述至少一個構件構造成能夠在縮回位置和伸出位置之間移動；至少一個噴嘴組件，其位於管狀體內且緊鄰所述至少一個構件，所述至少一個噴嘴組件與管狀體的縱向孔流體連通；和行進套筒，該行進套筒位於管狀體的縱向孔內，並包括一朝向井口的部分，所述朝向井口的部分構造成在行進套筒位於初始位置時，通過抵接管狀體的一部分，至少部分地限制穿過所述至少一個噴嘴組件的流體流動，以及在行進套筒位於觸發位置時，至少部分地實現流體流動。
[0074]實施例13:如實施例12的可擴展設備，其中，行進套筒是構造成:在行進套筒位於初始位置時，將所述至少一個構件固定在縮回位置，以及在行進套筒位於觸發位置時，使所述至少一個構件能夠運動。
[0075]實施例14:如實施例12或13的可擴展設備，其中，設置在所述至少一個噴嘴組件的遠端的管狀體的一部分和行進套筒的一部分以及設置在所述至少一個噴嘴組件的近端的管狀體的另一部分和行進套筒的另一部分形成緊鄰所述至少一個噴嘴組件的密封環空，以在行進套筒處於初始位置時，基本上防止鑽井流體流向所述至少一個噴嘴組件。
[0076]實施例15:如實施例12至14中任一的可擴展設備，其中，可擴展設備包括設置在所述至少一個噴嘴組件的遠端的第一密封環和設置在所述至少一個噴嘴組件的近端的第二密封環，以及其中，在行進套筒處於初始位置時，第一密封環和第二密封環基本上防止鑽井流體流向所述至少一個噴嘴組件。
[0077]實施例16:—種在地下鑽孔中使用的可擴展設備，其包括:管狀體，所述管狀體具有在管狀體的縱向孔與管狀體的外表面之間延伸的至少一個開口 ；位於管狀體的所述至少一個開口內的至少一個構件，所述至少一個構件構造成能夠在縮回位置和伸出位置之間移動；保護套筒，其設置在管狀體的縱向孔內；和推頂套筒，位於管狀體的縱向孔內，並至少部分地位於保護套筒內，所述推頂套筒連接於所述至少一個構件，並構造成響應於鑽井流體流過縱向孔的流量而使所述至少一個構件從縮回位置移動到伸出位置。
[0078]實施例17:如實施例16的可擴展設備，其中，當所述至少一個構件由推頂套筒作用而在縮回位置和伸出位置之間移動時，推頂套筒的一部分與保護套筒接觸地沿著管狀體的縱向孔行進。
[0079]實施例18:—種用於操作在地下鑽孔中使用的可擴展設備的方法，其包括:克服設置在可擴展設備中的彈簧的偏壓力而壓縮彈簧，使連接於軛狀件的可擴展設備的至少一個構件從縮回位置移動到伸出位置；利用彈簧的偏壓力，迫使所述至少一個構件和軛狀件從伸出位置到縮回位置；和利用具有包括頂點的中心部的軛狀件和管狀體二者中的至少一個的至少一個表面以及彈簧的偏壓力，從緊鄰所述至少一個構件的可擴展設備的外部去除碎屑。
[0080]實施例19:如實施例18的方法，還包括:利用可擴展設備的所述至少一個構件對地下鑽孔進行擴眼，使擴眼的地下鑽孔的直徑比擴眼之前的地下鑽孔直徑大至少25%。
[0081]實施例20:—種用於操作在地下鑽孔中使用的可擴展設備的方法，其包括:利用設置在可擴展設備的管狀體內的行進套筒將可擴展設備的至少一個構件固定在縮回位置；在可擴展設備的管狀體內移動行進套筒，以不再固定所述至少一個構件；使可擴展設備的所述至少一個構件從縮回位置移動到伸出位置；和當所述至少一個構件位於縮回位置以及位於伸出位置時，使穿過管狀體的縱向孔的鑽井流體流過至少一個噴嘴組件，所述至少一個噴嘴組件位於管狀體的縱向孔中且緊鄰所述至少一個構件。
[0082]實施例21:—種用於操作在地下鑽孔中使用的可擴展設備的方法，其包括:利用設置在可擴展設備的管狀體內的行進套筒將可擴展設備的至少一個構件固定在縮回位置；在可擴展設備的管狀體內移動所述行進套筒，以不再固定所述至少一個構件；使可擴展設備的所述至少一個構件從縮回位置移動到伸出位置；當所述至少一個構件位於縮回位置時，限制穿過管狀體的縱向孔的鑽井流體流過至少一個噴嘴組件，所述至少一個噴嘴組件位於管狀體的縱向孔中且緊鄰所述至少一個構件；和在所述至少一個構件位於伸出位置時，使穿過管狀體的縱向孔的鑽井流體流過所述至少一個噴嘴組件。
[0083]實施例22:如實施例21的方法，其中，限制流過管狀體的鑽井流體流過至少一個噴嘴組件的步驟包括用可擴展設備的管狀體的一部分抵接行進套筒的一部分。
[0084]雖然已經顯示和描述了本發明的特定實施例，但是，本領域技術人員可以想到對此的許多變形或其它實施例。因此，這意味著，本發明僅由所附的權利要求書及其法定等同物限定。
【權利要求】
1.一種在地下鑽孔中使用的可擴展設備，包括: 具有縱向孔的管狀體，管狀體的壁中具有至少一個開口 ； 位於管狀體的壁中的至少一個開口內的至少一個構件，所述至少一個構件構造成能夠在縮回位置和伸出位置之間移動；和 連接於所述至少一個構件的軛狀件，軛狀件和管狀體二者中的至少一個包括具有中心部的至少一個表面，所述中心部包括用於去除緊鄰管狀體的壁中的所述至少一個開口的碎屑。
2.如權利要求1所述的可擴展設備，還包括設置在管狀體的縱向孔內的彈簧，所述彈簧構造成朝著縮回位置偏壓所述軛狀件和與所述軛狀件連接的所述至少一個構件。
3.如權利要求2所述的可擴展設備，其中，彈簧的尺寸設計成並構造成對軛狀件施加朝縮回位置的偏壓力，所述偏壓力的大小足以容許在所述至少一個構件從伸出位置移動到縮回位置的過程中去除緊鄰軛狀件的碎屑。
4.如權利要求1所述的可擴展設備，其中，所述至少一個構件包括至少三個構件，所述至少三個構件中的每個構件都位於在管狀體中形成的開口內，以及其中，軛狀件還包括至少三個臂，每個臂具有至少一個表面，所述臂的表面具有包括用於去除碎屑的頂點的中心部，所述至少三個臂中的每個臂均連接於所述至少三個構件中的一個。
5.如權利要求1所述的可擴展設備，其中，具有用於去除碎屑的頂點的所述至少一個表面包括軛狀件和管狀體二者中的至少一個的完整的表面。
6.如權利要求1至5中任一所述的可擴展設備，其中，具有用於去除碎屑的頂點的所述至少一個表面包括連接於軛狀件和管狀體二者中的至少一個的表面的碎屑去除元件。
7.如權利要求6所述的可擴展設備，其中，碎屑去除元件包括耐磨材料。
8.—種在地下鑽孔中使用的可擴展設備，其包括: 管狀體，所述管狀體具有在管狀體的縱向孔與管狀體的外表面之間延伸的至少兩個開Π ； 至少兩個構件，所述至少兩個構件中的每個構件都位於管狀體的所述至少兩個開口中的一個開口內，所述至少兩個構件構造成能夠在縮回位置和伸出位置之間移動，所述至少兩個構件在縮回位置時基本上位於管狀體內； 推頂套筒，該推頂套筒設置在管狀體的縱向孔內並連接於所述至少一個構件，推頂套筒構造成響應於鑽井流體流過所述縱向孔的流量而使所述至少兩個構件從縮回位置移動到伸出位置；和 行進套筒，該行進套筒位於管狀體的縱向孔內，並部分地位於推頂套筒內，行進套筒構造成固定推頂套筒而防止推頂套筒在初始位置中在管狀體內進行軸向運動，其中，所述管狀體、推頂套筒和行進套筒的尺寸設計成並構造成使所述至少兩個構件的尺寸設計成和構造成能夠使地下鑽孔的直徑增大超過20%。
9.如權利要求8所述的可擴展設備，其中，當所述至少兩個構件處於縮回位置時，所述至少兩個構件中的每個構件的最外側向範圍小於或等於管狀體的最外側向範圍。
10.如權利要求9所述的可擴展設備，其中，當所述至少兩個構件處於縮回位置時，所述至少兩個構件中的每個構件的最內側向範圍位於所述管狀體內的行進套筒的徑向外部。
11.如權利要求8至10中任一所述的可擴展設備，其中，推頂套筒和行進套筒的尺寸設計成並構造成使所述至少兩個構件的尺寸設計成和構造成使地下鑽孔的直徑增大至少50%。
12.—種在地下鑽孔中使用的可擴展設備，包括: 管狀體，所述管狀體具有在管狀體的縱向孔與管狀體的外表面之間延伸的至少一個開Π ； 位於管狀體的所述至少一個開口內的至少一個構件，所述至少一個構件構造成能夠在縮回位置和伸出位置之間移動； 至少一個噴嘴組件，位於管狀體內且緊鄰所述至少一個構件，所述至少一個噴嘴組件與管狀體的縱向孔流體連通；和 行進套筒，位於管狀體的縱向孔內並包括朝向井口的部分，所述朝向井口的部分構造成:在行進套筒位於初始位置時，該朝向井口的部分通過抵接管狀體的一部分而至少部分地限制穿過所述至少一個噴嘴組件的流體流動，以及在行進套筒位於已觸發位置時，至少部分地實現流體流動。
13.如權利要求12所述的可擴展設備，其中，行進套筒構造成:在行進套筒位於初始位置時將所述至少一個構件固定在縮回位置，以及在行進套筒位於觸發位置時，使所述至少一個構件能夠運動。
14.如權利要求12或13所述的可擴展設備，其中，在行進套筒處於初始位置時，設置在所述至少一個噴嘴組件的遠端的管狀體的一部分和行進套筒的一部分以及設置在所述至少一個噴嘴組件的近端的管狀體的另一部分和行進套筒的另一部分形成緊鄰所述至少一個噴嘴組件的密封環空，以基本上防止鑽井流體流向所述至少一個噴嘴組件。
15.如權利要求12所述的 可擴展設備，其中，可擴展設備包括設置在所述至少一個噴嘴組件的遠端的第一密封環和設置在所述至少一個噴嘴組件的近端的第二密封環，以及其中，在行進套筒處於初始位置時，第一密封環和第二密封環基本上防止鑽井流體流向所述至少一個噴嘴組件。
16.一種在地下鑽孔中使用的可擴展設備，其包括: 管狀體，所述管狀體具有在管狀體的縱向孔與管狀體的外表面之間延伸的至少一個開Π ； 位於管狀體的所述至少一個開口內的至少一個構件，所述至少一個構件構造成能夠在縮回位置和伸出位置之間移動； 保護套筒，設置在管狀體的縱向孔內；和 推頂套筒，該推頂套筒位於管狀體的縱向孔內並至少部分地位於保護套筒內，該推頂套筒連接於所述至少一個構件並構造成響應於鑽井流體流過縱向孔的流量而使所述至少一個構件從縮回位置移動到伸出位置。
17.如權利要求16所述的可擴展設備，其中，當所述至少一個構件由推頂套筒作用而在縮回位置和伸出位置之間移動時，所述推頂套筒的一部分與保護套筒接觸地沿著管狀體的縱向孔行進。
18.一種用於操作在地下鑽孔中使用的可擴展設備的方法，包括: 克服設置在可擴展設備中的彈簧的偏壓力而壓縮彈簧，使連接於軛狀件的可擴展設備的至少一個構件從縮回位置移動到伸出位置；利用彈簧的偏壓力迫使所述至少一個構件和軛狀件從伸出位置移至縮回位置；和 利用所述軛狀件和管狀體二者中的至少一個的至少一個表面以及彈簧的偏壓力，從緊鄰所述至少一個構件的可擴展設備的外部去除碎屑，所述至少一個表面具有包括頂點的中心部。
19.如權利要求18所述的方法，還包括:利用可擴展設備的所述至少一個構件對地下鑽孔進行擴眼，使得地下鑽孔的直徑比擴眼之前的地下鑽孔直徑大至少25%。
20.一種用於操作在地下鑽孔中使用的可擴展設備的方法，包括: 利用設置在可擴展設備的管狀體內的行進套筒將可擴展設備的至少一個構件固定在縮回位置； 在可擴展設備的管狀體內移動所述行進套筒，以不再固定所述至少一個構件； 使可擴展設備的所述至少一個構件從縮回位置移動到伸出位置；和 當所述至少一個構件位於縮回位置以及伸出位置時，使穿過管狀體的縱向孔的鑽井流體流過至少一個噴嘴組件，所述至少一個噴嘴組件位於管狀體的縱向孔中且緊鄰所述至少一個構件。`
【文檔編號】E21B10/62GK103443389SQ201280013692
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2012年2月8日 優先權日:2011年2月11日
【發明者】S·D·雷德福, K·Q·特林, 李麗 申請人:貝克休斯公司