[发明专利]阶梯式井下工具和使用方法

说明书

一种井下工具，包括至少导向部分、第一扩张部分和第二扩张部分。所述导向部分具有多个切割元件以切割导向孔。所述扩张部分中的每一者具有多个切割元件以连续地扩张所述导向孔以实现最终井筒半径。所述导向部分、所述第一扩张部分和所述第二扩张部分各自在相应的基准上具有一个或多个稳定器垫以在井筒创建期间使所述井下工具稳定。

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年5月5日提交的美国专利号62/501,841的优先权和权益，所述申请的全部内容明确地以引用方式并入本文。

背景技术

出于多种勘探或开采目的，可将井筒钻探到地表位置或海床中。例如，可钻探井筒以获取储存在地下地层中的流体，诸如液态和气态烃，并且从地层提取流体。用于生产或提取流体的井筒可围绕井筒的壁内衬有套管。部分地取决于钻探井筒所穿过的地层的特性，可利用多种钻井方法。

在井筒的形成、维护和封闭期间，可通过井下工具来移除各种材料以延伸、加宽或重新导向井筒。例如，井下工具移除土质材料以延伸或加宽井筒。较大半径的井筒常常比较小半径的井筒需要更多的时间和资源。此外，相对于较小半径的井下工具，较大半径的井下工具可需要对于不同几何形状、排屑槽、切割元件放置和冷却的考虑。

发明内容

根据本公开的一些实施方案，井下工具包括导向部分、在导向部分的纵向井上方向上的第一扩张部分和在第一扩张部分的纵向井上方向上的第二扩张部分。导向部分包括导向切割元件，以及具有在导向半径下的至少一个导向稳定器垫的导向基准(pilotgage)。第一扩张部分包括第一扩张切割元件，以及具有在大于导向半径的第一扩张半径下的第一扩张稳定器垫的第一扩张基准。第二扩张部分包括第二扩张切割元件，以及具有在大于第一扩张半径半径的第二扩张半径下的第二扩张稳定器垫的第二扩张基准。

在相同或其他实施方案中，钻头包括导向部分、第一扩张部分和第二扩张部分，其中第二扩张部分联接到导向部分和第一扩张部分使得第一扩张部分纵向地在导向部分与第二扩张部分之间。导向部分包括具有导向切割半径的导向稳定器垫和导向切割元件。第一扩张部分具有第一扩张稳定器垫，以及在第一扩张表面上的第一扩张切割元件。第一扩张切割元件限定大于导向切割半径的第一扩张切割半径。第二扩张部分具有在第二扩张表面上的第二扩张切割元件，其限定大于第一扩张切割半径的第二扩张切割半径。

根据一个或多个实施方案，使用井下工具移除材料的方法包括使用井下工具的导向部分移除地层中的材料以创建具有导向半径的导向孔。使用定位于导向部分的导向基准上的导向稳定器垫来使井下工具稳定在导向孔中。使用井下工具的第一扩张部分将导向孔扩张至第一扩张半径，并且使用定位于第一扩张部分的第一扩张基准上的第一扩张稳定器垫来使井下工具稳定。使用井下工具的第二扩张部分将孔进一步从第一扩张半径扩张至第二扩张半径，并且使得导向半径介于第二扩张半径的50％与95％之间、65％与95％之间、75％与95％之间或80％与90％之间。

在一些实施方案中，钻头或井下工具的导向部分包括椎体、鼻部、肩部和基准区域。根据相同或其他实施方案，导向半径或导向切割半径介于第二扩张半径或第二扩张切割半径的70％与95％之间或85％与90％之间。在可与本文的任何其他方面结合的一个或多个方面中，第二扩张部分还可包括第二扩张稳定垫，和/或导向稳定垫、第一扩张稳定垫或第二扩张稳定垫中的任何一者或多者可以是锥形的。导向部分、第一扩张部分、第二扩张部分、第三扩张部分或第四扩张部分或上述中的任何者的切割元件可包括平面切割元件、非平面切割元件或平面与非平面切割元件的组合。