[发明专利]孔底切削工具

说明书

技术领域相关申请的交叉引用

本申请要求于2011年12月27日提交的题为“孔底切削工具”的美国临时专利申请序列号61/580,443的权益，其公开内容在此通过引用以其整体并入。

关于联邦资助研究或开发的声明

不适用。

技术领域

本申请主要涉及孔底钻凿操作。更具体地，本发明涉及用于钻凿钻孔的工具。仍更具体地，本发明涉及用于在钻凿操作期间扩大钻孔的扩孔钻工具。

背景技术

钻土钻头被连接至钻柱的下端，且通过从地面旋转钻柱，通过孔底马达，或以这两种方式，旋转该钻头。通过施加的钻压(WOB)，旋转的钻头接合地层，并且继续沿预定路径朝着目标区域形成钻孔。

在钻凿操作中，成本通常与将钻孔钻至期望深度和位置所耗费的时间长度成比例。继而，钻凿钻井所需的时间主要受必须将钻孔工具改变或添加至钻柱以便完成钻孔的次数影响。这确实如此，这是因为每次改变或添加工具，必须一段一段地从钻孔中收回可能有几英里长的钻管的整个钻柱。一旦钻柱已经收回，并且已经改变或添加工具，则钻柱必须被一段一段地构造且降回至钻孔中。被称为钻柱的“起下钻(trip)”的该过程需要很多的时间、工作和成本。因为钻凿成本通常约为每小时几千美元，所以期望减少必须对钻柱起下钻以完成钻孔的次数。

在油和气钻凿操作中，也期望实现良好的钻孔质量。然而，当钻凿长的水平钻孔时，实现良好的钻孔质量能够特别有挑战性。特别地，为了保持钻孔路径尽可能地接近水平，钻机可能必须定期改变钻孔路径的方向，这是因为重力趋向于导致钻头下降至稍微低于水平。因此，钻机必须通过方向马达或可旋转操纵组件做出修正，从而将钻头重新提回水平。不幸地，这些重复修正能够导致在钻孔中形成突起和/或尖锐角部，它们干涉随后经过的工具的通道。

可使用扩孔钻，以去除钻孔中的突起和尖锐角部。对于非膨胀式扩孔钻，扩孔钻的直径受钻头和扩孔钻必须穿过的钻孔中的套管直径的限制。如果与钻头一起使用具有相同或小于钻头直径的同心非膨胀式扩孔钻，则扩孔钻将大体沿钻头的路径，并且可能在去除突起和/或尖锐角部时无效。偏心扩孔钻将钻孔扩大为大于钻头直径的直径，并且通常有效地去除突起和尖锐角。大多数传统的偏心扩孔钻都具有多个笔直的周向间隔的刀片，该刀片衬有被设计成接合并剪切钻孔侧壁的切削元件。刀片绕工具不均匀地分布，且因而占用的空间小于工具的总周长，由此使扩孔钻偏心。

传统实施是当钻出新一段钻孔时，不与钻头一起使用偏心扩孔钻，这是因为担心导致损伤套管和/或扩孔钻刀片上的切削元件。因此，在钻凿新一段钻孔之后，钻机将做出专门的钻孔起钻，以将偏心扩孔钻联接至钻头，并且然后将钻头和扩孔钻一起下钻回到钻孔中，以便对先前产生的钻孔段扩孔。替代地，钻机可单独以钻头钻出新一段，对钻孔起钻，并且然后通过偏心扩孔钻回到钻孔中，以对钻孔扩孔。然而，在两种情况下，都需要附加的对钻柱起下钻，以对钻孔扩孔。

在钻孔操作期间，可从地面(例如，通过顶驱动装置或转盘)，和/或通过孔底泥浆马达来旋转钻头。在仅通过孔底泥浆马达旋转钻头的钻凿操作中(即，当滑动时)，通常在泥浆马达之后不使用偏心扩孔钻。特别地，当滑动时，偏心扩孔钻不旋转，并且因而不打开钻孔。此外，由于偏心扩孔钻通常与下列钻头一起使用，该钻头所具有的直径小于套管柱的内径(以允许扩孔钻穿过)，不旋转的偏心扩孔钻不能穿过这种钻头形成的钻孔。

因此，本领域中仍存在一种对改进偏心扩孔钻的需求，以在钻凿操作期间，通过沿钻孔侧壁去除突起和尖锐角部而使钻孔的轮廓平滑。如果这种改进的偏心扩孔钻适合用于结合钻凿新一段钻孔的钻头一起使用，以及用于结合仅通过孔底马达旋转的钻头一起使用，则这种改进的偏心扩孔钻将特别受欢迎。

发明内容