專利名稱：靈敏式有線擴孔器的制作方法
靈敏式有線擴孔器 有關(guān)聯(lián)邦資助研究或開發(fā)的聲明
不適用
背景技術(shù)：
在油氣田鉆井作業(yè)中，常常必須或要求對先前已用鉆頭或其它切割工具所形成的井孔進行"擴鉸"以鉸除突起邊沿、清除破碎部分和溝道、將井孔整直、使鉆桿穩(wěn)定、并將井孔擴大。由于這些原因，會在鉆井組件上鉆頭或其它切割結(jié)構(gòu)后設(shè)置擴孔器。有時較佳的是，在將鉆頭從井孔抽回時實施擴鉸步驟，該工藝步驟稱為"回退擴鉸"。而且，有時還必須使擴孔器再走一個行程來將井孔整直或搞干凈。在敷加套管的鉆井作業(yè)場合，必須在套管柱之前先用擴孔器來鉆鉸初始井孔。 在采用可操縱的旋轉(zhuǎn)工具來進行油氣田鉆井作業(yè)時，要求盡可能靠近鉆頭來對井孔進行擴鉸以使鉆頭孔與擴孔器孔間的距離最小化。因為可操縱旋轉(zhuǎn)工具通常必須與隨鉆測量(麗D)系統(tǒng)通訊，所以重要的是，位于可操縱旋轉(zhuǎn)工具與MND遙測系統(tǒng)之間的所有工具都能將電力和通訊傳輸通過該工具。 有三種主要類型的擴孔器。固定刀片擴孔器，包括近鉆頭擴孔器，它們具有不活動或不擴張的固定刀片。由于固定刀片擴孔器的外徑大于引導(dǎo)鉆頭的外徑，因此它的切孔較大。固定刀片擴孔器可用將井孔擴大一個相對較小的量。由于擴孔器刀片固定不動，因此其井孔開口位于地面處或在較大的開孔段附近。固定刀片擴孔器可用來鉸除突出邊沿、將井孔整直、清除溝道并清除破碎部分。輥子擴孔器具有可安裝于主體的輥子切割刀而可用來將中孔擴大、鉸除突出邊沿、將井孔整直、清除溝道和破碎部分，以及能使鉆桿穩(wěn)定并能減小鉆桿的總扭矩?？缮煺沟镀蚩蓴U張擴孔器，包括下部擴孔器，它們具有可在地面或下井伸展至預(yù)定直徑以切割較大井孔的臂。可伸展刀片擴孔器可用來將井孔擴大一個相當(dāng)大的量、鉸除突出邊沿、將開孔整直、以及清除溝道和破碎部分。 傳統(tǒng)的下部擴孔器通常與設(shè)置在下部擴孔器下面或下游的引導(dǎo)鉆頭結(jié)合起來使用。下部擴孔器可用來鉆出并擴大在套管截面下方的井孔，或者，在敷加套管的鉆井作業(yè)場合，它可用來鉆出從地面或在較大的套管截面下方的井孔。在敷加套管的鉆井作業(yè)場合，采用包括至少一個鉆頭和擴孔器的鉆井組件來鉆出在套管柱下方的井孔。采用套管柱來替代鉆井管而將流體和扭矩向下傳送至鉆井組件。在井孔鉆好后，將下部擴孔器臂收進，并將鉆井組件回收至地面。 下部擴孔器通常具有其上固連有輥錐和PDC切割器的鉸接臂。這些臂由作用在其上的機械或液壓作用力來致動，以使它們在與臂的切割端相反向的一端處樞轉(zhuǎn)從而伸展或收進?？捎没钊蝌?qū)動臂來迫使這些臂伸出而壓靠地層結(jié)構(gòu)。在傳統(tǒng)作業(yè)中，下部擴孔器的這些臂可收進以使工具可通過較小的孔截面或套管孔截面。 一旦工具通過了較小的孔截面或套管孔截面后，下部擴孔器的臂就伸展。該引導(dǎo)鉆頭鉆出井孔，而同時，下部擴孔器將該鉆頭所形成的井孔擴大。這些類型的下部擴孔器的典型例子可在美國專利3， 224， 507、3， 425， 500和4， 055， 226中找到。
6
在敷加套管的鉆井作業(yè)場合，下部擴孔器在地面上打開，并在擴孔器后連接有套 管柱。該套管柱用來替代傳統(tǒng)的鉆井管。下部擴孔器必須能收回到可將鉆井組件從開孔中 撤離的尺寸大小。如果鉆井組件部分故障、或如果井孔鉆好后，就會要將鉆井組件撤除。
傳統(tǒng)的擴孔器具有若干缺點。如果擴孔器的切割結(jié)構(gòu)遭受磨損，就不會將孔的幾 何尺寸開成所要求的尺寸大小。而且，擴孔器的切割結(jié)構(gòu)也不會正確地選擇成可使鉆井組 件正常穩(wěn)定。此外，傳統(tǒng)的下部擴孔器會不能完全展開或完全收進。傳統(tǒng)的下部擴孔器通 常具有形成在本體中的旋轉(zhuǎn)割刀存放凹槽，用以在工具呈閉合狀態(tài)時存放收進的臂和輥錐 割刀。存放凹槽往往會堵滿由鉆井作業(yè)產(chǎn)生的碎屑，這些碎屑會阻礙這些臂的收縮。如果 這些臂不完全收縮，則在試圖將鉆柱從井孔撤離時該鉆柱就容易扣掛在井孔中。在敷加套 管的鉆井作業(yè)場合，如果擴孔器臂不收縮，則下部擴孔器就會扣掛在套管上。
下部擴孔器臂的致動和停止方法也會弓|起鉆井作業(yè)限制。某些下部擴孔器采用一 個球珠來幫助擴孔器臂的致動和停止。盡管可采用球珠跌落來鎖定擴孔器臂位置，但下部 擴孔器不能用在無通孔可供球珠通過的那些工具的下方。此外，對于擴孔器臂的致動和停 止的循環(huán)次數(shù)也有限制。另外，某些下部擴孔器設(shè)計成在將鉆井流體泵入而通過鉆柱時自 動擴張。單單對流動作出反應(yīng)而致動的下部擴孔器對流動十分敏感。因此，每當(dāng)泵接通或 關(guān)閉時，這些下部擴孔器就會打開和關(guān)閉?；镜淖鳂I(yè)限制會是在所要求的、鉆井所需的流 量下保持?jǐn)U孔器臂完全展開的能力。許多下部擴孔器在地面處提供極有限或根本沒有給出 該下部擴孔器處于完全擴張或收縮狀態(tài)的指示。因此，在某些場合，就會要求控制下部擴孔 器何時擴張或收縮、而和流動無關(guān)，并依賴于對鉆井流體作出反應(yīng)而自動擴張。還會要求根 據(jù)井孔位置來改變已鉆開的下井的尺寸大小。 在先前已敷加套管的井孔截面下方進行擴孔的另一種方法包括采用在傳統(tǒng)的鉆 頭后的帶翼的擴孔器。在這種組件上中，傳統(tǒng)的引導(dǎo)鉆頭設(shè)置在鉆井組件的最下端處，且?guī)?有設(shè)置在鉆頭后一定距離處的帶翼的擴孔器。該帶翼的擴孔器通常包括管狀主體，并帶有 一個或多個縱向延伸的"翼"或從管狀主體徑向向外突出的刀片。 一旦帶翼的擴孔器通常 了井孔的任何敷加套管的部分后，該引導(dǎo)鉆頭就繞鉆探軸的中心線旋轉(zhuǎn)，以在所要求的井 道軌跡中心鉆出下井孔，而同心的帶翼擴孔器隨從該引導(dǎo)鉆頭并與地層結(jié)構(gòu)嚙合而將引導(dǎo) 開孔擴大到所要求的直徑。 在先前已敷加套管的開孔截面下方進行擴孔的又一種方法包括采用雙中心鉆頭， 該鉆頭是個可形成為下部擴孔器和引導(dǎo)鉆頭組合體的整體式鉆井結(jié)構(gòu)。該引導(dǎo)鉆頭設(shè)置在 鉆井組件的最下端上，而該同心下部擴孔器鉆頭設(shè)置在引導(dǎo)鉆頭的稍稍上方。 一旦該雙中 心鉆頭通過了任何敷加套管的井孔部分后，該引導(dǎo)鉆頭就繞鉆探軸的中心旋轉(zhuǎn)，在井道軌 跡的中心鉆出引導(dǎo)井孔，而同心下部擴孔器鉆頭隨從該引導(dǎo)鉆頭并與地層結(jié)構(gòu)嚙合而將引 導(dǎo)井孔擴大至所要求的直徑。引導(dǎo)鉆頭的直徑做成穩(wěn)定性好但同時仍能通過帶有套管的井 孔的、盡可能地大。雙中心鉆頭的例子可從美國專利6， 039， 131和6， 269， 893中找到。
如上所述，帶翼擴孔器和雙中心鉆頭包括同心的下部擴孔器部分。許多缺點都與 該設(shè)計有關(guān)。由于方向性趨勢問題，同心的下部擴孔器部分難以可靠地將井孔下鉸到所要 求的直徑。井孔的幾何形狀具有大量的螺旋形線，這就增加了井孔的扭矩和軸向摩擦力。對 于雙中心鉆頭，同心的下部擴孔器往往會引起引導(dǎo)鉆頭的晃動而不合要求地偏離中心，因 而將引導(dǎo)鉆頭推離最佳的鉆井井道軌跡。對于帶翼擴孔器也有類似的問題，只有在鉆井過程中引導(dǎo)鉆頭保持定中心于井孔中才能將井孔下鉸到所要求的直徑。 在油氣田鉆井業(yè)中，要求檢測并控制作用在工具上的操作力以確定工具是否在持 續(xù)地受損、以限制工具可能會有的損壞、和/或以確保正確地實施特定的作業(yè)?？刹捎脵z 測振動、軸向力、扭轉(zhuǎn)力和彎曲力的傳感器以及將數(shù)據(jù)實時地傳送至地面的傳感器，來識別 鉆井工具何時經(jīng)受有超過作業(yè)參數(shù)的作用力。然后就可修改鉆井作業(yè)以防止或限制工具損 壞、和/或以改正正在進行的作業(yè)。 為了優(yōu)化鉆井作業(yè)和/或井孔設(shè)置，要求提供有關(guān)鉆柱的作業(yè)參數(shù)、以及周圍鉆 井地層結(jié)構(gòu)的環(huán)境條件的信息。例如，通常必須經(jīng)常調(diào)整鉆井時的井孔方向，以適應(yīng)于平面 方向變化或者以補償意外和不想要的井孔偏斜。此外，還要求給操作人員實時提供有關(guān)工 具工作情況、鉆井環(huán)境條件以及地層結(jié)構(gòu)類型或特性方面的信息。鉆井時獲取實時數(shù)據(jù)測 量的能力可使鉆井作業(yè)更為經(jīng)濟、更為高效。因此，重要的是，在麗D或LWD傳感器與MND 遙測系統(tǒng)之間的任何工具都能將電力和/或通訊傳輸通過該工具。 為了獲取鉆井時的實時數(shù)據(jù)，在鉆柱的下井端處設(shè)有通常稱為下井組件(BHA)的 一套鉆井工具和測量裝置。通常，該BHA包括鉆頭、任何方向或地層結(jié)構(gòu)評估工具、偏位鉆 井機構(gòu)、泥漿電動機以及鉆井作業(yè)用稱重軸環(huán)。隨鉆測量(麗D)或隨鉆測井(LWD)軸環(huán)常 常就設(shè)置在鉆頭的緊接上方，以測量在鉆井時的井孔方向或井孔地層結(jié)構(gòu)特性?？刹捎帽?技術(shù)領(lǐng)域工作人員所知曉的各種方法來將由麗D和LWD系統(tǒng)所記錄的測量值實時地傳送至 地面。 一旦收到了這些測量值后，這些測量值就能使地面處的工作人員對鉆井作業(yè)作出決 定。由于信息傳輸?shù)南拗?，通常在將工具回到到地面上后將更詳細的信息或工具可靠性?息作下載存儲。 因此，已研發(fā)了允許下井傳感器實時測量鉆井參數(shù)并將最終信息或數(shù)據(jù)基本與測 量同時地傳送至地面的各種系統(tǒng)。例如，泥漿脈沖遙測系統(tǒng)將信號從相關(guān)的下井傳感器經(jīng) 過鉆柱中的鉆井泥漿傳送到地面。作為另一個例子，帶有內(nèi)置遙測裝置的鉆井管或硬導(dǎo)線 管將信號從下井傳感器經(jīng)過包含在鉆井管壁內(nèi)的電路傳送到地面。這些遙測系統(tǒng)和相關(guān)的 傳感器可設(shè)置在離鉆頭相當(dāng)遠的距離處。由該系統(tǒng)測得的環(huán)境信息并不一定用鉆頭周圍的 實際情況來修正。而且，該系統(tǒng)相應(yīng)于離鉆頭隔開相當(dāng)遠的距離的情況。例如，傳統(tǒng)的遙測 系統(tǒng)可有高達或大于60英尺的深度遲后。由于這種信息遲后，就可能在探測到該出口之前 就鉆出油氣田地層結(jié)構(gòu)，造成需要鉆掘幾英尺井孔來回到油氣生產(chǎn)層中。針對這種不合要 求的信息遲后或深度遲后，已研發(fā)出多種靠近鉆頭的傳感器系統(tǒng)或組件，它們設(shè)計成放置 在鉆頭的附近或近旁。不過，這種靠近鉆頭的傳感器還是設(shè)置在離鉆頭組件一定間距處，仍 然會有確定信息變化的遲后。 為了采用靠近鉆頭傳感器系統(tǒng)并可實時監(jiān)測和調(diào)整作業(yè)參數(shù)，必須提供一種系統(tǒng) 或方法來將所測得的數(shù)據(jù)或所傳感的信息從下井傳感器直接傳送到地面或傳送給另一個 遙測系統(tǒng)而隨后再傳送到地面。類似地，需要提供一種系統(tǒng)或方法來將所要的電力從地面 或另外一個電源傳送給下井傳感器系統(tǒng)。結(jié)果，在方向性BHA中的所有工具都必須能將電 力和通訊傳輸經(jīng)過其本體，或者這些工具必須設(shè)置在遙測系統(tǒng)上方?，F(xiàn)有的傳統(tǒng)擴孔器沒 有這種可將電力和通訊傳輸經(jīng)過其本體的能力，而其結(jié)果，下部擴孔器的設(shè)置離鉆頭有相 當(dāng)遠的距離。在敷加套管的鉆井作業(yè)場合，這就意味著在套管柱下方的方向性BHA很長且 容易發(fā)生諸如形成碎屑和發(fā)生振動之類的作業(yè)問題。
已研發(fā)出多種系統(tǒng)來將信息與地面直接連通或?qū)⑿畔魉偷降孛?，例如通過電氣 線路、電線或電纜傳送到地面。這些硬線連接件提供了從鉆頭附近至地面的連接；但是，電 線或電纜必須安裝在鉆柱中或者固連或連接至鉆柱。該電線或電纜在使用中會經(jīng)受磨損或 撕損，并因而在正常鉆井作業(yè)過程中也容易損壞或者甚至于毀壞。鉆井組件可能并不特別 適于接納這些電線，其結(jié)果使這些有線傳感器不能設(shè)置在接近于鉆頭附近。這些電線和電 線連接件因其本質(zhì)而會在鉆井管中形成阻塞，因此就不能用某些類型的擴孔器致動機構(gòu)。
還研發(fā)出一些系統(tǒng)來將聲響或地層震動信號或聲波傳送經(jīng)過鉆柱或周圍的地層 結(jié)構(gòu)。這些聲響和地層震動信號由下井聲響或地層震動發(fā)生器來形成。但是，通常要求在 下井處設(shè)有相對較強的電力來形成足夠強的信號，以在地面處可檢測到該信號，在下井處 必須設(shè)有相對較強的電源或者必須沿鉆柱間隔地采用中繼器以在這些信號沿鉆柱傳播時 將這些信號放大。 此外，還研發(fā)出要求將電磁信號傳輸經(jīng)過周圍地層結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)。傳感信息的電磁 傳輸通常包括采用設(shè)置在鉆頭附近的螺線來形成穿過地層結(jié)構(gòu)的電磁波。與聲響和地層震 動信號傳輸同樣，穿過地層結(jié)構(gòu)的電磁信號傳輸通常要求有相對較強的電力，尤其是必須 在地面處可檢測到該電磁信號的情況下。另外，電磁信號在經(jīng)過地層結(jié)構(gòu)傳播時的衰減還 隨該電磁信號要傳輸?shù)木嚯x的增加而增加。 還研發(fā)出可將大量的數(shù)據(jù)從下井傳送到地面的硬導(dǎo)線鉆井管。這些系統(tǒng)要求硬導(dǎo) 線延伸鉆柱的長度并與鉆井BHA通訊連通。穿過連接件的通訊連通會成問題，并且，如果在 典型的鉆柱中有大量的連接件，則這些系統(tǒng)就會容易引起可靠性和維修保養(yǎng)方面的問題。


參照附圖來詳細描述本發(fā)明的較佳實施例，在這些附圖中 圖1是根據(jù)本發(fā)明的有線擴孔器的代表性結(jié)構(gòu)示意圖，該有線擴孔器具有經(jīng)過擴 孔器流通孔的電力和/或通訊線路； 圖2示出圖1的有線擴孔器，其具有經(jīng)過擴孔器本體的電力和/或通訊線路；
圖3是根據(jù)本發(fā)明的有線可調(diào)節(jié)刀片擴孔器的代表性結(jié)構(gòu)示意圖，該有線的可調(diào) 節(jié)刀片擴孔器具有經(jīng)過擴孔器流通孔的電力和/或通訊線路； 圖4示出圖3的有線擴孔器，其具有通過擴孔器本體的電力和/或通訊線路；
圖5示出了圖1的有線擴孔器，其具有通向擴孔器流通孔的電力和/或通訊線路；
圖6示出了圖2的有線擴孔器，其具有通向擴孔器流本體的電力和/或通訊線路；
圖7示出了圖1的有線擴孔器，其具有包含在擴孔器流通孔內(nèi)的電力和/或通訊 線路； 圖8示出了圖2的有線擴孔器，其具有包含擴孔器本體內(nèi)的電力和/或通訊線路； 圖9示出了圖1的有線擴孔器，其具有傳感器； 圖10示出了圖2的有線擴孔器，其具有傳感器； 圖11示出了圖3的有線擴孔器，其具有傳感器； 圖12示出了圖4的有線擴孔器，其具有傳感器； 圖13示出了圖1的有線擴孔器，其具有無線傳感器； 圖14示出了圖2的有線擴孔器，其具有無線傳感器；
9
圖15示出了圖9的具有傳感器的的有線擴孔器，其具有通向處理器的接口 ； 圖16示出了圖5的具有傳感器的有線擴孔器，其具有通向處理器的接口 ； 圖17示出了圖7的有線擴孔器，其具有傳感器和處理器； 圖18示出了圖1的有線擴孔器，其具有控制器和致動器； 圖19示出了圖2的有線擴孔器，其具有控制器和致動器； 圖20示出了圖15的靈敏式擴孔器，其具有控制器和致動器； 圖21示出了圖16的靈敏式擴孔器，其具有控制器和致動器； 圖22示出了圖20的靈敏式擴孔器，其具有控制器和致動器；以及 圖23示出了圖21的靈敏式擴孔器，其具有控制器和致動器。
具體實施例方式
以下，針對本發(fā)明的各種實施例來進行討論。盡管本發(fā)明的一個或多個實施例是 較佳的，但不應(yīng)將所揭示的這些實施例解釋為或者用作為對本發(fā)明和權(quán)利要求范圍的限 制。此外，本技術(shù)領(lǐng)域中的工作人員會理解以下的描述具有寬泛的應(yīng)用，對任何實施例的說 明僅意味著是該實施例的示例，而并不暗指本發(fā)明和權(quán)利要求的范圍就限于該實施例。
在以下的整個描述和權(quán)利要求書采用一些術(shù)語來闡述特定的特征件或部件。如本 技術(shù)領(lǐng)域中的工作人員所知曉的，不同的人會對相同的特征件或部件采用不同的名稱。本 文件并不想在名稱不同而作功能不同的部件或特征件之間來加以區(qū)分。附圖并不一定成比 例。某些特征件和部件在此可以放大比例或以某種程度簡化的形式來示出，而為了簡單明 了起見對某些慣用元件的詳細情況就不再示出了 。 在以下描述和在權(quán)利要求書中，術(shù)語"包括"和"包含"用作寬泛的含義，因此而應(yīng) 解釋為"包括但并不限于…"此外，術(shù)語"連接"意指直接或間接連接。因此，如果第一裝置 連接到第二裝置，則該連接可通過直接連接或者通過其它裝置和連接件來間接連接。
有線擴孔器可使電力和/或通訊經(jīng)過擴孔器傳送到其它下井工具、地面上的設(shè)備 或者擴孔器本身。使電力和/或通訊經(jīng)過擴孔器的能力可克服與將擴孔器放置在鉆井BHA 中相關(guān)的某些限制。此外，在擴孔器上設(shè)置傳感器可得到與工具作業(yè)、井孔幾何尺寸形狀、 鉆井環(huán)境以及鉆井周圍的地層結(jié)構(gòu)評估相關(guān)的數(shù)據(jù)組?？蓪⑦@些數(shù)據(jù)通過經(jīng)過工具的通訊 傳送到地面或傳送給遙測工具，并可用來優(yōu)化鉆井作業(yè)或者儲存在工具內(nèi)以供今后下載。 而且，還可將傳感器所測得的數(shù)據(jù)傳輸給位于地面處、另一個下井工具上或擴孔器本身上 的處理器。在這些結(jié)構(gòu)中，該擴孔器的"靈敏式"就是指它可與處理器通訊以對傳感器所收 集的數(shù)據(jù)進行譯碼。 此外，在擴孔器上設(shè)置控制器和致動器就可在鉆井作業(yè)過程中通過直接命令或從 作為傳感器所測得的數(shù)據(jù)的函數(shù)的算法反饋來控制擴孔器?？刹捎媒?jīng)過工具的通訊來將直 接命令或反饋傳輸給控制器，指令控制器來致動致動器，根據(jù)需要來優(yōu)化鉆井作業(yè)。例如， 在擴孔器上的控制器可伸展或收進擴孔器臂或者將擴孔器重新配置來限制擴孔器所受到 的作用力。 監(jiān)測擴孔器的性能會有助于確定何時擴孔器發(fā)生機械故障，例如切割結(jié)構(gòu)過度磨 損、滾柱軸承損壞、擴孔器臂斷裂，或者確定何時擴孔器臂并未完全伸展或收進。監(jiān)測鉆井 參數(shù)的情況會有助 決定擴孔器臂上的承重是否過高或過低、擴孔器的振動是否已在不可接受的范圍內(nèi)或者擴孔器臂上的扭矩是否已在不可接受的范圍內(nèi)。 有線擴孔器可設(shè)置在隨鉆測量(麗D)遙測系統(tǒng)與所配備的可操縱的旋轉(zhuǎn)鉆頭或 隨鉆測井(LWD)傳感器之間。在可操縱的旋轉(zhuǎn)鉆井下井組件(BHA)中，有線擴孔器允許將 擴孔器設(shè)置在較靠近鉆頭，可縮小所形成的穿通孔。在敷加套管的鉆井作業(yè)場合，有線擴孔 器可允許有較短的桿子伸出于直型或方向性BHA之外。 在某些有線擴孔器實施例中，將電力和/或通訊經(jīng)過擴孔器孔或擴孔器本體供給 到位于擴孔器下井處的工具或擴孔器本身上。通訊通路可以經(jīng)過擴孔器孔或埋入擴孔器本 體中。此外，短行程電力和/或通訊通路可以是一根導(dǎo)線、導(dǎo)電桿、光纖線路、聲音或聲響通 路、振動通路、電磁(EM)信號或者無線傳輸。在導(dǎo)線或?qū)щ姉U的情況下，該導(dǎo)體要與擴孔器 殼體絕緣。 圖1是允許電力和/或通訊經(jīng)過擴孔器的代表性實施例的示意圖。有線擴孔器 100包括其上有流通孔穿過的本體105、以及沿本體105的外表面的切割結(jié)構(gòu)113。饋通組 件115延伸經(jīng)過流通孔110。饋通組件115還包括環(huán)繞在電力和/或通訊線路125的至少 一部分的受保護通道120。線路125允許電力和/或通訊傳送到和/或傳送自位于擴孔器 100的上井或下井處的其它工具。 在該代表性實施例中，用于電力和/或通訊線路125的通道延伸穿過有線擴孔器 100的流通孔110。在其它實施例中，用于線路125的通道120可延伸經(jīng)過擴孔器本體105， 而并非流通孔110。圖2示出圖1所說明的有線擴孔器IIO，該有線擴孔器110具有用于電 力和/或通訊線路125的、延伸經(jīng)過擴孔器102的本體105的通道120。因為通道120位于 本體105內(nèi)，所以就不需要有饋通組件來罩蓋和保護線路125，如圖1所示。
此外，圖1所示的代表性實施例是個固定刀片擴孔器。在其它實施例中，擴孔器 100也可為其它類型的擴孔器，包括可調(diào)節(jié)刀片擴孔器。圖3是有線可調(diào)節(jié)刀片擴孔器的 代表性實施例的示意圖。由此，擴孔器100還包括可以伸展和收縮的臂130。如圖所示，臂 130從右邊(相應(yīng)于擴孔器100的下井端)打開。或者，臂130也可從左邊打開，或從擴孔 器100的上井端打開，或從擴孔器100的中心向外彎曲。臂130還包括切割結(jié)構(gòu)113。盡管 圖3示出的切割結(jié)構(gòu)113是設(shè)置在臂130上，但它也可替代地或附加地設(shè)置在臂130的上 井或下井處的擴孔器本體105上。 如上所述，用于線路125的通道120可延伸經(jīng)過擴孔器本體105，而并非經(jīng)過流通 孔110。圖4示出圖3所示的具有用于電力和/或通訊線路125、延伸經(jīng)過擴孔器100的本 體105的通道120。因為通道120設(shè)置在本體105內(nèi)，所以就無需有饋通組件來罩蓋和保護 線路125，如圖3所示。 電力和/或通訊不一定要如圖1至4所示連續(xù)經(jīng)過擴孔器。而是可將電力和/或 通訊設(shè)置成經(jīng)過擴孔器。此外，電力和/或通訊也不一定貫穿擴孔器，而可僅將其設(shè)置至擴 孔器。圖5示出圖1所示的有線擴孔器IOO，其中用于電力和/或通訊線路125的通道120 延伸至但并不貫穿擴孔器100的流通孔110。類似地，圖6示出圖2所示的有線擴孔器100， 其中用于電力和/或通訊線路125的通道120延伸至但并不貫穿擴孔器100的本體105。 此外，電力和/或通訊也不一定要貫穿或通至擴孔器，而可整體地包含在擴孔器內(nèi)。圖7示 出圖1所示的有線擴孔器100，其中用于電力和/或通訊線路125的通道120包含在擴孔器 100的流通孔110內(nèi)。類似地，圖8示出圖2所示的有線擴孔器IOO，其中用于電力和/或
11通訊線路125的通道120包含在擴孔器100的本體105內(nèi)。 為了優(yōu)化鉆井作業(yè)和/或地層結(jié)構(gòu)評估，要求提供有關(guān)擴孔器的作業(yè)參數(shù)、以及 來自周圍的鉆井地層結(jié)構(gòu)的地層結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的信息。因此，在某些實施例中，所配備的有線擴 孔器安裝有用來收集這些信息的傳感器。這些實施例可適用于所有的這三種擴孔器固定 刀片、可調(diào)節(jié)和可擴張擴孔器。傳感器工作用電力可由與擴孔器相連接的、諸如下井發(fā)電機 或電池組之類的電源來提供，或從地面經(jīng)由線路或硬導(dǎo)線管來提供?；蛘?，該電源也可設(shè)置 在有線擴孔器本身上。 傳感器可設(shè)置在擴孔器內(nèi)及其包括臂在內(nèi)的外表面上。例如，某些測量地層結(jié)構(gòu)
數(shù)據(jù)的傳感器通過與井孔壁相接觸來優(yōu)化，而其它的傳感器則最佳地定中心于井孔中。一
些傳感器可在擴孔器臂的下方或上方和/或擴孔器臂上設(shè)置在擴孔器的外表面上。其它傳
感器可用來監(jiān)測鉆井或環(huán)境數(shù)據(jù)。例如，為了監(jiān)測井孔的尺寸和可能有的炮順度，可將傳感
器、特別是井徑儀設(shè)置在臂的上方、臂中或臂的下方。井徑儀傳感器可以是個諸如彈簧傳感
器之類的簡單的機械式傳感器，或者是個較復(fù)雜的、基于脈沖回聲、間距速測或其它數(shù)據(jù)獲
取技術(shù)的聲響測徑器。在測量中，機械式傳感器最好位于臂中，而聲響式傳感器最好設(shè)置于
擴孔器的本體中。傳感器可定位在擴孔器上用以監(jiān)測并報告其它信息，諸如位置(例如擴
孔器臂的打開、關(guān)閉和部分打開)和作用在工具上的力(例如振動、擴孔器臂上的承重、擴
孔器臂上的扭矩)、工具每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)、溫度、壓力和/或貫穿工具的應(yīng)力/應(yīng)變。 某些類型的地層結(jié)構(gòu)評估傳感器可更佳地適于放置在擴孔器的本體上而不是擴
孔器臂上。例如，某些阻力傳感器更佳地適于放置在擴孔器的臂上而不是擴孔器的本體上，
而其它類型的阻力傳感器最好定中心于井孔中，并因此而在擴孔器本體上。但并不是說，這
些傳感器只能工作在這些位置中?？稍O(shè)置在擴孔器中的其它地層結(jié)構(gòu)評估傳感器包括核孔
隙率、聲音、磁成像和地層結(jié)構(gòu)測試類型的傳感器。 可將從傳感器收集到的信息儲存在位于擴孔器中的存儲芯片中?？稍跀U孔器從下 井移離至地面時采用地面處的外接口或無線通訊來回收信息?？筛郊拥鼗蛱娲?，將收集 到的信息傳送給或者位于另一個下井上或者位于地面上的其它儲存裝置。可通過硬導(dǎo)線電 氣連接或藉助于諸如短行程EM或聲響傳輸之類的其它通訊技術(shù)來進行工具間的通訊?？?采用諸如泥漿脈沖遙測、聲響遙測、電磁感應(yīng)、電線線路、光纖或硬導(dǎo)線管之類的各種通訊 技術(shù)來將信息實時地傳送到地面。 圖9示出圖1的有線擴孔器100，其具有用來收集數(shù)據(jù)的傳感器。有線擴孔器100 還包括沿擴孔器100設(shè)置的傳感器140。如圖所示，傳感器140在切割結(jié)構(gòu)113的上井處、 切割結(jié)構(gòu)113的下井處以及切割結(jié)構(gòu)113上設(shè)置在擴孔器100的外表面上。有線擴孔器 100還包括跨接結(jié)構(gòu)145，該跨接結(jié)構(gòu)145可將傳感器140所收集的數(shù)據(jù)通訊連通到電力和 /或通訊線路125，在該實施例中，該線路125延伸經(jīng)過插入穿過擴孔器流通孔110的饋通 組件115。 類似地，圖IO示出圖2的有線擴孔器100，其具有用于收集數(shù)據(jù)的傳感器。在該實 施例中，用于電力和/或通訊線路125的通道120通過擴孔器本體105。因為線路125通過 擴孔器本體105而非擴孔器流通孔110，所以在傳感器140和線路125之間的跨接結(jié)構(gòu)就不 需要了。 圖9和圖IO示出固定刀片擴孔器。如上所述，該擴孔器也可為另一種類型的擴孔
12器，包括可調(diào)節(jié)刀片擴孔器。而且，也可將諸如圖3和圖4所示的那些有線的可調(diào)節(jié)刀片擴 孔器構(gòu)成為具有用于收集數(shù)據(jù)的傳感器。圖11和圖12示出圖3和圖4的有線的可調(diào)節(jié)刀 片擴孔器100，其分別具有設(shè)置在擴孔器100上的傳感器140和在圖11情況下與傳感器140 和線路125相連接的跨接結(jié)構(gòu)145。 圖9和圖11所例示的實施例包括硬導(dǎo)線連接件、即在傳感器140和電力和/或通 訊線路125之間的跨接結(jié)構(gòu)145。在其它實施例中，該連接用無線來代替硬導(dǎo)線。例如，圖 13示出圖9所示的、具有傳感器140的有線擴孔器100，它具有無線連接150來代替?zhèn)鞲衅?140與線路125之間的跨接結(jié)構(gòu)145。無線連接150還包括信號源155和接收器160，它們 分別用于進行將傳感器140所收集到的數(shù)據(jù)從傳感器140至線路125的發(fā)送和接收工作。
類似地，可用無線連接來代替位于切割結(jié)構(gòu)113上的傳感器140與延伸經(jīng)過圖10 和圖12所例示的實施例的擴孔器本體105的電力和/或通訊線路125之間的硬導(dǎo)線連接 件。例如，圖14示出圖10所示的、具有傳感器140的有線擴孔器100，它用無線連接150來 代替位于切割結(jié)構(gòu)113上的傳感器140與線路125之間的硬導(dǎo)線連接。如前所述，無線連 接150還包括信號源155和接收器160，它們分別用于進行將傳感器140所收集到的數(shù)據(jù)從 傳感器140至線路125和發(fā)送和接收工作。 電力和/或通訊不一定要如圖9-14所示連續(xù)經(jīng)過擴孔器。而可將電力和/或通 訊設(shè)置成經(jīng)過擴孔器。此外，電力和/或通訊也不一定要貫穿擴孔器，而可僅將其設(shè)置至擴 孔器，如圖5和圖6所示。此外，電力和/或通訊也不一定要貫穿擴孔器或通至擴孔器，而 可整體地包含在擴孔器內(nèi)，如圖7和圖8所示。 可采用處理器來收集、處理、分析和儲存下井傳感器所測得的信息。因此，在某些 實施例中，具有傳感器的有線擴孔器設(shè)有藉由經(jīng)過工具通訊通達處理器的接口。在這些實 施例中，將該擴孔器稱為"靈敏式的"。處理器可設(shè)置在地面上、位于另一個下井工具上、或 在該靈敏式擴孔器本身中。 由位于靈敏式擴孔器上的傳感器收集到的數(shù)據(jù)藉助于經(jīng)過工具通訊傳送給處理 器。還將由位于另一個下井工具上的傳感器收集到的數(shù)據(jù)藉助于擴孔器的經(jīng)過工具通訊傳 送給處理器。或者，可將從傳感器包括位于擴孔器上的和其它下井工具上的傳感器收集來 的信息儲存在位于擴孔器中的存儲芯片中，可采用外部接口或在地面處的無線通訊，或者 在將擴孔器從下井移離到地面上時，從該存儲芯片中回收這些信息。可附加地或替代地，采 用經(jīng)過工具通訊來將所收集到的信息傳送給位于地面上或另一下井工具上的另一個儲存 裝置?？赏ㄟ^硬導(dǎo)線電氣連接或藉助于諸如短行程GM或聲響傳輸之類的其它通訊技術(shù)來 進行工具間的通訊?？刹捎弥T如泥漿脈沖遙測、聲響遙測、電磁感應(yīng)、電線線路、光纖或硬導(dǎo) 線管之類的各種通訊技術(shù)來將信息實時地傳送到地面。不過，可從傳感器回收數(shù)據(jù)，最終將 這些數(shù)據(jù)傳送給處理器來作處理和分析。 圖15示出圖9的具有傳感器的有線擴孔器，其具有藉助于擴孔器的經(jīng)過工具通訊 而通向處理器的接口。如前所述，有線擴孔器100包括穿過其的流通孔110、沿本體105的 外表面的切割結(jié)構(gòu)113、以及也沿擴孔器100設(shè)置的傳感器140。饋通組件115延伸穿過流 通孔110。饋通組件115還包括環(huán)繞電力和/或通訊線路125的至少一部分的通道120。線 路125允許電力和/或通訊通至和/或來自位于擴孔器100的上井或下井處的其它工具， 包括處理器165在內(nèi)。處理器165可位于地面處或位于另一個下井工具上。在擴孔器IOO
1其它下井工具上與擴孔器100的電力和/或通訊線路125相連的 傳感器所收集到的數(shù)據(jù)藉助于電力和/或通訊線路125傳送給處理器165。
圖16示出圖7的有線擴孔器，其具有傳感器和藉助于擴孔器的經(jīng)過工具通訊通向 處理器的接口。在圖15和圖16之間的僅有的差別在于擴孔器100的電力和/或通訊線路 125。在圖15中，線路125延伸貫穿擴孔器100，而在圖16中，線路125延伸至但并不貫穿 擴孔器100。與圖15和圖16不同，圖17示出圖5的有線擴孔器，其具有傳感器和處理器。 圖17所例示的實施例包括在擴孔器100內(nèi)的電力和/或通訊線路125，而并非延伸貫穿或 延伸至擴孔器100。因此，在由圖17例示的這些實施例中，處理器165—定位于擴孔器100 內(nèi)。 如同前述的一些實施例那樣，電力和/或通訊不一定要如圖15所示連續(xù)經(jīng)過靈敏
式擴孔器。而可將電力和/或通訊設(shè)置成經(jīng)過靈敏式擴孔器。此外，電力和/或通訊也不
一定要貫穿該靈敏式擴孔器，而可僅設(shè)置到該擴孔器，如圖16所示。此外，電力和/或通訊
也不一定要貫穿或通到該靈敏式擴孔器，而可整體地包含在擴孔器內(nèi)，如圖17所示。此外，
如同前述的一些實施例那樣，該靈敏式擴孔器可以是固定刀片擴孔器(如圖15-17所示)、
可調(diào)節(jié)刀片擴孔器或另一種類型的擴孔器。在具有經(jīng)過或通向其的通訊的靈敏式擴孔器的
實施例中，處理器或位于地面處、在另一個下井工具上或在該擴孔器本身上。在具有包含在
其內(nèi)的通訊的靈敏式擴孔器的實施例中，處理器必定位于擴孔器本身上。 為了優(yōu)化鉆井作業(yè)和/或井孔設(shè)置，要求控制擴孔器的運作。因此，在某些有些擴
孔器的實施例中，在擴孔器中設(shè)置控制器和致動器。這些控制器和致動器可以是電動的、液
壓的、機械的或本行業(yè)中已知的其它合適的類型?？蓪⑿盘杺魉徒o控制器，導(dǎo)致該控制器致
動致動器，從而控制擴孔器的動作。例如，可將信號傳送給控制器導(dǎo)致該控制器致動致動器
以使擴孔器臂伸展、收進和/或鎖定。 在某些實施例中，信號可以是個源自地面操作人員的直接指示?？赏ㄟ^諸如泥漿 脈沖、聲響或硬導(dǎo)線管之類的任何多種通訊技術(shù)類將該直接命令傳送給位于擴孔器上的控 制器。 一旦控制器接收到了該直接命令，它就會致動也位于擴孔器上的致動器，導(dǎo)致致動器 作出呈所要求的樣式的反應(yīng)，例如使擴孔器臂收進。 用于致動致動器的各種裝置包括但不限于電動機、內(nèi)部隔絕的液壓致動器、井孔 流體驅(qū)動致動器、壓力致動裝置或鉆柱驅(qū)動裝置。例如，可采用壓靠于內(nèi)部活塞上的液壓流 或壓力來致動擴孔器臂，隨后又可將擴孔器臂推出。此外，可采用球珠跌落裝置來幫助打 開、關(guān)閉和或鎖定擴孔器臂的位置。作為另一個例子，可采用電動致動器來限制擴孔器臂的 運動，并將擴孔器鎖定在打開、關(guān)閉或部分打開的狀態(tài)。電動致動器可以是個螺線管、開關(guān) 或電路。作為又一個例子，可采用電動機來致動擴孔器臂?？刹捎脗鞲衅鱽泶_定擴孔器臂 的位置用以確認(rèn)工具的正常動作。作為另一種替代方式，可采用電動閥來改變擴孔器的活 塞面積，從而改變與擴孔器臂配合所需的致動流或壓力。作為又一種替代方式，可采用斜盤 泵來致動擴孔器臂。電動閥可控制泵的致動或?qū)嚎吭跀U孔器臂上或與擴孔器臂相連的活 塞上的壓力釋放。最后，可通過暫時將電動機驅(qū)動桿連接至擴孔器臂來致動擴孔器臂。
圖18示出圖1的有線擴孔器IOO，其具有用于改變擴孔器的切割結(jié)構(gòu)的位置的控 制器和致動器。有線擴孔器100還包括設(shè)于擴孔器本體105和切割結(jié)構(gòu)113之間的控制器 致動器組件170。每個控制器致動器組件170還包括控制器和致動器，而該控制器一旦通過
14電力和/或通訊線路125接收到信號后就致動致動器來修正切割結(jié)構(gòu)113的位置，例如，將 切割結(jié)構(gòu)113收進以減小井孔直徑，或者使切割結(jié)構(gòu)113擴張以增大井孔直徑。
類似地，圖19示出圖2的有線擴孔器100，其具有用于改變擴孔器的切割結(jié)構(gòu)的位 置的控制器和致動器。在該實施例中，用于電力和/或通訊線路125的通道120通過擴孔 器本體105。因為線路125通過擴孔器本體105，而不是通過擴孔器流通孔IIO，所以在控制 器致動器組件170和線路125之間的跨接結(jié)構(gòu)就不需要了。 如同先前所述的實施例那樣，電力和/或通訊不一定要如圖18和圖19所示連續(xù) 經(jīng)過擴孔器。而可將電力和/或通訊設(shè)置成通過擴孔器。此外，電力和/或通訊也不一定要 如圖18和圖19所示貫穿擴孔器，而可僅將其設(shè)置至擴孔器或整體地包含在擴孔器內(nèi)。此 外，如同先前所述的實施例那樣，該有線擴孔器可以是如圖18和圖19所示的固定刀片擴孔 器，也可以是可調(diào)節(jié)刀片擴孔器，或者是另一種類型的擴孔器。 在具有控制器和致動器的有線擴孔器的另一些實施例中，控制器一旦接收到源自 處理器的信號后，就會致動致動器。如上所述，具有傳感器和藉助于經(jīng)過工具通訊通向處理 器的接口的有線擴孔器是"靈敏式擴孔器"。在靈敏式擴孔器的一些實施例中，控制器和致 動器可設(shè)置在擴孔器上，且控制器可由源自處理器的直接命令來致動。 直接命令可由靈敏式擴孔器的操作人員來發(fā)出?；蛘撸撝苯用钜部梢允莻€由 作為測量數(shù)據(jù)之函數(shù)且儲存在處理器上的算法所產(chǎn)生的信號或反饋。位于其它下井工具上 的傳感器會測量數(shù)據(jù)，尤其是有關(guān)擴孔器的作業(yè)參數(shù)以及周圍的鉆井地層結(jié)構(gòu)的地層結(jié)構(gòu) 特性的數(shù)據(jù)?？蓪y得的數(shù)據(jù)傳送給處理器以用作算法的輸入。處理器在接收到了測量數(shù) 據(jù)后就根據(jù)所測得的數(shù)量進行算法運算以形成反饋。可藉助于經(jīng)過工具通訊來將該反饋以 一種信號方式傳送給靈敏式擴孔器。該信號可給靈敏式擴孔器上的控制器下指令以致動致 動器，使該靈敏式擴孔器改進至所要求的樣式。 圖20示出圖15的靈敏式擴孔器100，其具有用于改變擴孔器切割結(jié)構(gòu)的位置的控 制器和致動器。靈敏式擴孔器100還包括設(shè)置在擴孔器本體105和切割結(jié)構(gòu)113之間的控 制器致動器組件170。每個控制器致動器組件170還包括控制器和致動器，而該控制器一旦 通過電力和/或通訊線路125接收到信號后就致動致動器來修正切割結(jié)構(gòu)113的位置，例 如，將切割結(jié)構(gòu)113收進以減小井孔直徑，或者使切割結(jié)構(gòu)113擴張以增大井孔直徑。
類似地，圖21示出圖16的有線擴孔器IOO，其具有用于改變擴孔器的切割結(jié)構(gòu)的 位置的控制器和致動器。在該實施例中，用于電力和/或通訊線路125的通道120通過擴 孔器本體105。因為線路125通過擴孔器本體105，而不是通過擴孔器流通孔IIO，所以在控 制器致動器組件170和線路之間的跨接結(jié)構(gòu)就不需要了。 如同先前所述的實施例那樣，電力和/或通訊不一定要如圖20和圖21所示連續(xù) 經(jīng)過擴孔器。而可將電力和/或通訊設(shè)置成通過擴孔器。此外，電力和/或通訊也不一定要 如圖20和圖21所示貫穿擴孔器，而可僅將其設(shè)置至擴孔器或整體地包含在擴孔器內(nèi)。此 外，如同先前所述的實施例那樣，該有線擴孔器可以是如圖20和圖21所示的固定刀片擴孔 器，也可以是可調(diào)節(jié)刀片擴孔器，或者是另一種類型的擴孔器。在具有通過或通至擴孔器的 通訊的靈敏式擴孔器的實施例中，處理器可位于地面處、在另一個下井工具上或在擴孔器 本身上。在具有包含在擴孔器內(nèi)的通訊的靈敏式擴孔器的實施例中，處理器必定位于擴孔 器本身上。
作為又一種替代方式，直接命令可以是個由作為位于靈敏式擴孔器上的傳感器所 測得的數(shù)據(jù)的函數(shù)的算法所形成的信號或反饋。在這些實施例中，以閉環(huán)方式對傳感器數(shù) 據(jù)作出反應(yīng)來致動對靈敏式擴孔器部件的控制。這些部件可以是如下的器件例如一些可 調(diào)節(jié)穩(wěn)定墊(位于擴孔器刀片前面和后面)，用于控制過度的施加于擴孔器切割刀片上的 扭矩和軸向力、或控制工具的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)的一些附件。傳感器監(jiān)測擴孔器的狀態(tài)，例如振 動、鉆頭上的扭矩、鉆頭上的承重、地層結(jié)構(gòu)特性和每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)，而控制器和致動器可致動 相應(yīng)的穩(wěn)定墊或附件來控制(限制或調(diào)整)工具上的作用力。例如，控制器和致動器可使 穩(wěn)定墊伸展或收進以使工具的振動減到最小。作為另一個例子，控制器和致動器可有一個 離合器來使鉆柱旋轉(zhuǎn)，或者有一個彈簧附件來在擴孔器經(jīng)受高扭矩或高轉(zhuǎn)速時暫時地吸收 高扭矩。作為又一個例子，控制器和致動器可使附件伸展或收進而修正擴孔器切割刀片上 的承重。作為還有的一個例子，對于來自擴孔器臂上的成像裝置的、表明擴孔器切割刀片并 未切割到地層結(jié)構(gòu)壁的數(shù)據(jù)作出反應(yīng)，控制器和致動器可使擴孔器臂在切割刀片處對周圍 地層結(jié)構(gòu)施加更大的壓力。 圖22示出圖20的靈敏式擴孔器100，其中傳感器140所測得的數(shù)據(jù)用作為由處理 器165所儲存和執(zhí)行的算法的輸入，以形成反饋或信號。隨后再將該信號傳送給靈敏式擴 孔器100的控制器致動器組件170，給控制器致動器170下指令來修正切割結(jié)構(gòu)113的位 置。這樣，以閉環(huán)方式來控制、甚至優(yōu)化切割結(jié)構(gòu)113的位置。 類似地，圖23示出圖21的靈敏式擴孔器IOO，其也以閉環(huán)方式工作來控制切割結(jié) 構(gòu)113的位置。在該實施例中，用于電力和/或通訊的線路125的通道120通過擴孔器本 體105。因為線路125通過擴孔器本體105，而不是通過擴孔器流通孔IIO，所以在控制器致 動器組件170和線路125之間的跨接結(jié)構(gòu)就不需要了。 如同先前所述的實施例那樣，電力和/或通訊不一定要如圖22和圖23所示連續(xù) 經(jīng)過擴孔器。而可將電力和/或通訊設(shè)置成通過擴孔器。此外，電力和/或通訊也不一定 要如圖22和圖23所示貫穿擴孔器，而僅設(shè)置成通至擴孔器或整體地包含在擴孔器內(nèi)。此 外，如同先前所述的實施例那樣，該有線擴孔器可以是如圖22和圖23所示的固定刀片擴孔 器，也可以是可調(diào)節(jié)刀片擴孔器，或者是另一種類型的擴孔器。在具有通過或通至擴孔器的 通訊的靈敏式擴孔器的實施例中，處理器可位于地面處、在另一個下井工具上或是擴孔器 本身上。在具有包含在擴孔器內(nèi)的通訊的靈敏式擴孔器的實施例，處理器必定位于擴孔器 本身上。 盡管已示出并描述了較佳的實施例，但對于本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的工作人員來說還可對 其作出修改而不脫離本發(fā)明的范圍和內(nèi)容。這里所描述的實施例僅為示例性而非限制性 的?？梢詫ο到y(tǒng)和裝置作出多種變型和改型，而這些變型和改型都在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。例 如，各種部件的相對尺度、制造它們所用的材料以及其它參數(shù)都可改變。因此，本發(fā)明所要 求保護的范圍并不只限于這里所描述的實施例，而僅由下述的權(quán)利要求書來限定，本發(fā)明 的范圍應(yīng)該包括與權(quán)利要求書的主題事項相等同的所有的相應(yīng)內(nèi)容。
權(quán)利要求
一種用在下井鉆柱上的擴孔器，包括擴孔器本體，所述擴孔器本體含有通過其的通道；以及線路，所述線路位于所述通道內(nèi)，用以傳輸電力或通訊中的至少一項。
2. 如權(quán)利要求1所述的擴孔器，其特征在于，所述擴孔器本體通道包括延伸通過所述擴孔器本體的流通孔。
3. 如權(quán)利要求2所述的擴孔器，其特征在于，還包括饋通組件，所述饋通組件環(huán)繞所述線路的至少一部分。
4. 如權(quán)利要求1所述的擴孔器，其特征在于，所述擴孔器本體還包括環(huán)繞延伸通過所述擴孔器本體的流通孔的壁，并且，所述通道延伸穿過所述壁。
5. 如權(quán)利要求1所述的擴孔器，其特征在于，還包括位于所述擴孔器本體內(nèi)的傳感器，所述傳感器與所述線路相連接，用以將所述傳感器所測得的數(shù)據(jù)通過所述線路傳輸出去。
6. 如權(quán)利要求5所述的擴孔器，其特征在于，所述傳感器選自如下傳感器振動傳感器、鉆壓傳感器、鉆頭扭矩傳感器、溫度傳感器、隨鉆壓力傳感器、阻力傳感器、核傳感器、聲響傳感器、核磁共振傳感器、以及地層結(jié)構(gòu)評估傳感器。
7. 如權(quán)利要求5所述的擴孔器，其特征在于，所述擴孔器本體還包括切割結(jié)構(gòu)，并且，所述傳感器的位置選自如下位置所述切割結(jié)構(gòu)上方、所述切割結(jié)構(gòu)下方、以及所述切割結(jié)構(gòu)上。
8. 如權(quán)利要求5所述的擴孔器，其特征在于，還包括與所述線路無線連接的傳感器。
9. 如權(quán)利要求5所述的擴孔器，其特征在于，還包括與所述線路相連接、用以接收來自所述傳感器的數(shù)據(jù)的處理器。
10. 如權(quán)利要求9所述的擴孔器，其特征在于，所述傳感器與所述線路無線連接。
11. 如權(quán)利要求9所述的擴孔器，其特征在于，所述處理器位于選自如下位置的位置處所述擴孔器本體內(nèi)、地面處、以及另一個下井工具上。
12. 如權(quán)利要求1所述的擴孔器，其特征在于，還包括所述擴孔器是含有可調(diào)節(jié)刀片的可調(diào)節(jié)刀片擴孔器；可操作地與所述可調(diào)節(jié)刀片相連接、用以調(diào)節(jié)所述可調(diào)節(jié)刀片的位置的致動器；以及可操作地與所述致動器相連接、用以控制所述可調(diào)節(jié)刀片的位置的控制器。
13. 如權(quán)利要求12所述的擴孔器，其特征在于，所述控制器構(gòu)造成可改變所述可調(diào)節(jié)刀片的切割直徑。
14. 如權(quán)利要求12所述的擴孔器，其特征在于，所述致動器選自如下致動器電動致動器、機械致動器、以及液壓致動器。
15. 如權(quán)利要求12所述的擴孔器，其特征在于，還包括與所述控制器相連接、用以將信號傳輸給所述控制器的處理器，所述信號指令所述控制器致動所述致動器。
16. 如權(quán)利要求15所述的擴孔器，其特征在于，所述處理器位于選自如下位置的位置處所述擴孔器本體內(nèi)、地面處、以及另一個下井工具上。
17. 如權(quán)利要求12所述的擴孔器，其特征在于，還包括在所述擴孔器本體內(nèi)的傳感器，所述傳感器與所述線路相連接，用以通過所述線路將所述傳感器測得的數(shù)據(jù)傳輸出去；以及與所述線路相連接用以接收來自所述傳感器的數(shù)據(jù)、并與所述控制器相連接用以將信號傳輸給所述控制器的處理器，所述信號指令所述控制器來致動所述致動器。
18. 如權(quán)利要求17所述的擴孔器，其特征在于，所述控制器構(gòu)造成可改變所述可調(diào)節(jié)刀片的切割直徑。
19. 如權(quán)利要求17所述的擴孔器，其特征在于，所述致動器選自如下致動器電動致動 器、機械致動器、以及液壓致動器。
20. 如權(quán)利要求17所述的擴孔器，其特征在于，所述處理器位于選自如下位置的位置處所述擴孔器本體內(nèi)、地面處、以及另一個下井工具上。
21. 如權(quán)利要求17所述的擴孔器，其特征在于，所述處理器產(chǎn)生隨著從所述傳感器接收的數(shù)據(jù)而變的信號。
22. —種用在下井鉆柱上的擴孔器，包括擴孔器本體，所述擴孔器本體包括延伸通過其至少一部分的通道；以及線路，所述線路位于所述通道內(nèi)，用以向/從所述擴孔器傳輸電力或通訊中的至少一項。
23. 如權(quán)利要求22所述的擴孔器，其特征在于，所述擴孔器本體通道包括延伸通過所述擴孔器本體的流通孔的一部分。
24. 如權(quán)利要求23所述的擴孔器，其特征在于，還包括饋通組件，所述饋通組件環(huán)繞所述線路的至少一部分。
25. 如權(quán)利要求22所述的擴孔器，其特征在于，所述擴孔器本體還包括環(huán)繞延伸通過所述擴孔器本體的流通孔的壁，并且，所述通道延伸穿過所述壁的一部分。
26. 如權(quán)利要求22所述的擴孔器，其特征在于，還包括位于所述擴孔器本體內(nèi)的傳感器，所述傳感器與所述線路相連接，用以將所述傳感器所測得的數(shù)據(jù)通過所述線路傳輸出去。
27. 如權(quán)利要求26所述的擴孔器，其特征在于，所述擴孔器本體還包括切割結(jié)構(gòu)，并且，所述傳感器的位置選自如下位置所述切割結(jié)構(gòu)上方、所述切割結(jié)構(gòu)下方、以及所述切割結(jié)構(gòu)上。
28. 如權(quán)利要求26所述的擴孔器，其特征在于，還包括與所述線路無線連接的傳感器。
29. 如權(quán)利要求26所述的擴孔器，其特征在于，還包括與所述線路相連接、用以接收來自所述傳感器的數(shù)據(jù)的處理器。
30. 如權(quán)利要求29所述的擴孔器，其特征在于，所述傳感器與所述線路無線連接。
31. 如權(quán)利要求29所述的擴孔器，其特征在于，所述處理器位于選自如下位置的位置處所述擴孔器本體內(nèi)、地面處、以及另一個下井工具上。
32. 如權(quán)利要求22所述的擴孔器，其特征在于，還包括所述擴孔器是含有可調(diào)節(jié)刀片的可調(diào)節(jié)刀片擴孔器；可操作地與所述可調(diào)節(jié)刀片相連接、用以調(diào)節(jié)所述可調(diào)節(jié)刀片的位置的致動器；以及可操作地與所述致動器相連接、用以控制所述可調(diào)節(jié)刀片的位置的控制器。
33. 如權(quán)利要求32所述的擴孔器，其特征在于，所述控制器構(gòu)造成可改變所述可調(diào)節(jié)刀片的切割直徑。
34. 如權(quán)利要求32所述的擴孔器，其特征在于，所述致動器選自如下致動器電動致動器、機械致動器、以及液壓致動器。
35. 如權(quán)利要求32所述的擴孔器，其特征在于，還包括與所述控制器相連接、用以將信 號傳輸給所述控制器的處理器，所述信號指令所述控制器來致動所述致動器。
36. 如權(quán)利要求35所述的擴孔器，其特征在于，所述處理器位于選自如下位置的位置 處所述擴孔器本體內(nèi)、地面處、以及另一個下井工具上。
37. 如權(quán)利要求32所述的擴孔器，其特征在于，還包括在所述擴孔器本體內(nèi)的傳感器，所述傳感器與所述線路相連接，用以通過所述線路將 所述傳感器測得的數(shù)據(jù)傳輸出去；以及與所述線路相連接用以接收來自所述傳感器的數(shù)據(jù)、并與所述控制器相連接用以將信 號傳輸給所述控制器的處理器，所述信號指令所述控制器來致動所述致動器。
38. 如權(quán)利要求37所述的擴孔器，其特征在于，所述控制器構(gòu)造成可改變所述可調(diào)節(jié) 刀片的切割直徑。
39. 如權(quán)利要求37所述的擴孔器，其特征在于，所述致動器選自如下致動器電動致動 器、機械致動器、以及液壓致動器。
40. 如權(quán)利要求37所述的擴孔器，其特征在于，所述處理器位于選自如下位置的位置 處所述擴孔器本體內(nèi)、地面處、以及另一個下井工具上。
41. 如權(quán)利要求37所述的擴孔器，其特征在于，所述處理器產(chǎn)生隨著從所述傳感器接 收的數(shù)據(jù)而變的信號。
42. —種用在下井鉆柱上的擴孔器，包括 擴孔器本體，所述擴孔器本體包括封閉在其內(nèi)的通道； 線路，所述線路位于所述通道內(nèi)，用以傳輸電力或通訊中的至少一項；傳感器，所述傳感器位于所述擴孔器本體內(nèi)，并且與所述線路相連接，用以將所述傳感 器測得的數(shù)據(jù)通過所述線路傳輸出去；以及處理器，所述處理器位于所述擴孔器本體內(nèi)，并且與所述線路相連接，用以接收來自所 述傳感器的數(shù)據(jù)。
43. 如權(quán)利要求42所述的擴孔器，其特征在于，所述擴孔器本體通道包括延伸通過所 述擴孔器本體的流通孔。
44. 如權(quán)利要求43所述的擴孔器，其特征在于，還包括饋通組件，所述饋通組件環(huán)繞所 述線路的至少一部分。
45. 如權(quán)利要求42所述的擴孔器，其特征在于，所述擴孔器本體還包括環(huán)繞延伸通過 所述擴孔器本體的流通孔的壁，并且，所述通道延伸穿過所述壁。
46. 如權(quán)利要求42所述的擴孔器，其特征在于，所述擴孔器本體還包括切割結(jié)構(gòu)，并 且，所述傳感器的位置選自如下位置所述切割結(jié)構(gòu)上方、所述切割結(jié)構(gòu)下方、以及所述切 割結(jié)構(gòu)上。
47. 如權(quán)利要求42所述的擴孔器，其特征在于，所述傳感器與所述線路無線連接。
48. 如權(quán)利要求42所述的擴孔器，其特征在于，還包括 所述擴孔器是含有可調(diào)節(jié)刀片的可調(diào)節(jié)刀片擴孔器；可操作地與所述可調(diào)節(jié)刀片相連接、用以調(diào)節(jié)所述可調(diào)節(jié)刀片的位置的致動器；以及 可操作地與所述致動器相連接、用以控制所述可調(diào)節(jié)刀片的位置的控制器。
49. 如權(quán)利要求48所述的擴孔器，其特征在于，所述控制器構(gòu)造成可改變所述可調(diào)節(jié)刀片的切割直徑。
50. 如權(quán)利要求48所述的擴孔器，其特征在于，所述致動器選自如下致動器電動致動 器、機械致動器、以及液壓致動器。
51. 如權(quán)利要求48所述的擴孔器，其特征在于，所述處理器與所述控制器相連接，用以 將信號傳輸給所述控制器，所述信號指令所述控制器來致動所述致動器。
52. 如權(quán)利要求51所述的擴孔器，其特征在于，所述處理器產(chǎn)生隨著從所述傳感器接 收的數(shù)據(jù)而變的信號。
全文摘要
揭示了一種用在下井鉆柱上的有線擴孔器。在某些實施例中，該擴孔器包括擴孔器本體和線路，該擴孔器本體含有通過其的通道，而該線路位于通道內(nèi)，用以傳輸電力或通訊中的至少一項。在其它實施例中，該擴孔器包括擴孔器本體、線路、傳感器和處理器，該擴孔器含有包括在該擴孔器本體內(nèi)的通道，該線路位于通道內(nèi)，用以傳輸電力或通訊中的至少一項，該傳感器和處理器位于擴孔器本體內(nèi)。傳感器與線路相連接，用以將傳感器測得的數(shù)據(jù)通過線路傳輸出去，而處理器與線路相連接，用以接收來自傳感器的數(shù)據(jù)。
文檔編號E21B10/26GK101743376SQ200780053249
公開日2010年6月16日 申請日期2007年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月5日
發(fā)明者C·A·馬拉紐克, K·格拉斯, T·A·施羅特 申請人:哈里伯頓能源服務(wù)公司