[发明专利]自动致动的扩孔器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于同时钻井和下套管操作的扩孔器。尤其是，本发明涉及一种扩大由旋转装置产生的井眼的装置。

背景技术

在同时钻井和下套管的操作中，套管部分跟随钻头进入到井眼中。位于钻头上游和套管下游的扩孔器用于在需要时，例如当遇到地层中的障碍时扩大井眼。这种扩孔器通常依靠弹簧或液压致动，使所述滚刀从缩入的非工作位置转为伸出的工作位置。当遇到堵塞时，移动所述扩孔器需要昂贵的费用，有时候移动过程需要将所述套管取出并且冒着损害井筒完整性的危险。

在Hahn等人的美国专利US6419033、Eppink等人的美国专利US6920944B2、Fanuel等人的美国专利US6929076和Dewey等人的美国专利US7048078中提供了牵引与套管一起使用的扩孔器的例子。

本发明的一个目的是提供一种扩孔器，其不需要弹簧或液压致动，并且提供一种扩大插入套管的井筒的有效手段。尤其是，本发明的一个目的是提供一种伸入到一个插到井筒中的管子之下来对该井筒扩孔，使其扩大到比所述管子更大的直径。

本发明的其他目的将通过参考所附的公开内容和权利要求得到理解。

发明内容

一方面，本发明提供了一种位于钻头上游和钻杆下游的扩孔器，在非工作条件下，其位于所述钻杆或套管内。

可枢转伸出的滚刀略微超过领眼钻头的直径延伸但是由所述套管保持在缩入位置。当遇到需要扩孔器工作的障碍时，钻机操作员将所述扩孔器推出套管外部，使刀具的外部边缘能够与所述障碍接触。钻杆连续向下的压力迫使滚刀臂朝外枢转至完全伸出的位置，在该位置通过钻杆的旋转所述刀具将所述孔扩大至比套管大的直径。

一旦障碍被清除掉，操作员使套管相对于扩孔器前进，从而迫使枢转臂缩回到套管内，并进入到扩孔器主体内，达到缩入位置。如果需要，可通过将扩孔器从套管内完全抽出而将其全部卸下。

另一方面，根据本发明的扩孔器只有当遇到障碍时才被下降到套管内，一旦障碍被清除则将其从套管内取出。

本发明与当钻制井筒时安装管子的旋转设备一起使用。这种装置特别应用于钻机和其他旋转设备中。当在钻制井筒或从井筒中退出过程中需要将管子推进到地层中或从地层中取回时，可以应用这种类型的装置。

一个方面，本发明包括包含套管、钻头和扩孔器的扩孔器部件。所述扩孔器包括安装于钻杆上的主体和至少一个可在缩回位置和伸出位置之间枢转的刀具。在缩回位置，所述刀具被限定在套管前端的直径内但是位于钻头有效钻孔直径外。在伸出位置，所述刀具延伸到套管直径之外。从缩回位置到伸出位置的移动通过使刀具伸出套管外并将其压到障碍上而致动。通过将套管顶着刀具压回来使刀具缩回。

本发明的另一个方面，所述扩孔器部件包括至少两个包含至少两个刀具的刀具部件，两个刀具部件中的每一个彼此相对，并且包括与每个所述刀具组件匹配以便约束所述两个刀具组件从而使其枢转一致的两个连接导向部件。

另一方面，本发明的扩孔器包括上部主体部分和下部主体部分，下部主体部分的直径小于上部主体部分的直径。安装至少一个在缩入位置与伸出位置之间运动的刀具。在缩入位置，所述刀具基本被限制在上部主体直径以内，但是具有延伸到下部主体直径之外的重叠部分。在伸出位置，所述刀具延伸到上部主体直径之外。从缩回位置到伸出位置的枢转运动通过顶着障碍物下压刀具的所述重叠部分来致动。

在另外一个方面，本发明包括一种使用钻杆，钻头和至少一部分具有前端直径的套管在钻井和在井筒内下套管的同时钻除障碍的方法，所述方法包括使用一个扩孔器，其具有至少一个在缩回位置与伸出位置之间枢轴运动的刀具。将扩孔器插入到套管内，套管将刀具保持在缩入位置。在套管中将所述扩孔器朝障碍物移动，直到刀具从套管中出来并且不再借助于与套管接触保持在缩回位置。利用钻头在障碍物内钻一个导向孔，并且顶着障碍物压刀具，使其枢转至超过套管前端直径的伸出位置。然后使用刀具对导向孔进行扩孔。

在一个相关方面，通过使所述套管和扩孔器相对移动，所述刀具撤回到套管内，并且所述套管与刀具之间的接触推动所述刀具进入缩回位置。就这样，刀具枢转至缩回位置。

参照优选实施例的详细描述和所附权利要求，将会理解本发明的其它方面。

附图说明

下面借助于附图描述本发明的优选实施例。

图1为按照本发明优选实施例的扩孔器的前部透视图，其中圆锥形滚刀臂位于伸出位置。

图2说明了具有止动销、旋转销、控制辊和以分解图示出的圆锥形刀具的扩孔器的侧向竖直截面图。