[发明专利]钻井工具

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于钻井眼的钻井工具，例如后续使用于石油和/或天然气开采中。本发明特别涉及一种钻井工具，借助该工具，能够形成增大的导向器的井眼区域。

背景技术

在进行钻井或完成井眼时，有时需要提供直径扩大的区域。显然，用于形成井眼的直径扩大的区域的工具必须能够通过位于较大直径区域要形成处上方的任何较小的井眼直径区域。这对在该用途中使用的工具形成相当的设计限制。

已知使用具有多个可动部件的钻井工具，这些部件可以移动从而改变所钻井眼的直径。然而，可动部件多会导致该工具变得较为复杂，容易由于其部件的堵塞而失效，并且还需要具有相应的控制系统以控制其操作。

另一种熟知的适用于该用途的工具为双中心工具。该工具可包括导向或中间扩眼区和相对中间扩眼区偏心定位的主扩眼区。在这样的布置中，当工具需要形成直径相对较大的区域时，它就会绕中间扩眼区的旋转轴旋转，同时施加钻压载荷。中间扩眼区形成或完成直径相对较小的钻孔区域，随后通过偏心主扩眼区扩大该区域，中间扩眼区挤靠孔壁用于引导工具，对由于主扩眼区的偏心定位而施加的侧面载荷作出反应。在需要较小的直径区域时，该工具由相对井眼中心偏心定位的中间扩眼区的旋转轴支撑，工具尺寸使其能够通过孔的较小直径区域。例如，在US5678644和US 2002/0104688中描述了这种通用类型的工具。

正如在双中心工具中是必要的一样，主扩眼区的偏心位置导致工具在使用中会以上文所描述的方式不平衡。例如，由于工具不平衡造成的侧面载荷可能会导致工具易于倾斜，并且导致工具推进的方向与需要扩大井眼的方向不同。不平衡力还可能导致工具易于绕与想要其围绕旋转的中间扩眼区的旋转轴不同的旋转轴旋转，这将导致主扩眼区所钻的井眼的一部分与希望的不同，例如具有较小的直径。而且，不平衡力可能会导致工具的某些部件遭受过度磨损或导致那里在使用中损坏。显然，这些效应是不利的，且本发明的目标在于提供一种能够克服或减小上文所述的不利效应的钻井工具。

在US5678644的布置中，钻井工具的设计方式为：包括穿透限制装置，该装置可操作地限制工具上的至少某些刀头的穿透深度。人们认为，用这种方式限制穿透深度能够减小钻头的倾斜和旋转。但是，用这种方式限制穿透深度仅仅是解决了由过量的穿透引发的问题，并没有解决由其它因素引发的不稳定问题。US5678644进一步地描述了钻头的导向部分和扩眼部分产生的切削力能够基本平衡的设计技术，这两个切削力基本是方向相反并基本大小相等。

发明内容

根据本发明，提供一种双中心钻井工具，其包括相对于工具旋转轴偏心定位的主扩眼区和位于主扩眼区之前的不平衡前导切削结构，在钻井方向，前导切削结构的定位应能对钻井工具施加侧面载荷，侧面载荷的作用方向应能抵消在使用中由于主扩眼区偏心于旋转轴所施加的侧面载荷。

前导切削结构优选包括至少一个设有刀头的前导刀片。方便地，提供单个这类前导刀片。

优选地，中间扩眼区位于主扩眼区域和前导切削结构之间。

优选地，主扩眼区以与中间扩眼区在导向方向上的转动轴间隔开的轴线为中心，前导刀片沿与第一方向相反的第二方向、延伸离开中间扩眼区的旋转轴。

前导刀片具有外表面，该外表面优选设有耐磨损层，例如采用TSP保护的形式。前导刀片优选包括多个刀头，这些刀头的设计和/或取向应能提高可由此获得的侧面载荷的大小。这种布置的优点在于：其允许平衡或补偿在提供较大或更偏心的主钻井区域时施加的侧面载荷，从而允许钻出直径较大的井眼区域。因此，其可以使通常难以保持平衡的直径较大的工具保持平衡。通过提供实现平衡或改善平衡的钻井工具，将克服或减少上文中提到的缺点。例如，将减小形成尺寸过小的孔区域的风险，还将减小在井眼中发生不希望的偏差的风险。

附图说明

结合附图，通过例子对本发明进行进一步说明，其中：

图1为根据本发明的一个实施例，钻井工具的示意侧视图；

图2为图1所示的工具的端视图；

图3a和3b为图1所示的工具在使用中的示意图示。

具体实施方式

参照附图，对双中心钻井工具10进行说明。工具10包括意欲沿着钻管组中途安装的扩眼器，并且可操作地允许完成需要扩大的井眼区域。尽管所说明的工具为扩眼器，但是应理解，本发明也适用于其它类型的钻井工具。