鉸孔工具的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]根據(jù)35USC 119(e)，本申請(qǐng)要求了對(duì)2014年3月10日提交的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)第61/950，684號(hào)的優(yōu)先權(quán)，本文以參見方式引入其全部?jī)?nèi)容。
[0002]本實(shí)用新型涉及油氣勘探和開采領(lǐng)域，具體來說，涉及鉸孔工具和在井孔的運(yùn)行方法中對(duì)這種鉸孔工具的使用。
【背景技術(shù)】
[0003]在油氣工業(yè)中，使用垂直和定向的鉆探技術(shù)來形成井。鉆探過程包括使用鉆柱最先鉆探出先導(dǎo)的鉆孔，該鉆柱具有井底鉆具組件(BHA)，該井底鉆具組件在其前端處具有鉆頭。先導(dǎo)的鉆孔隨后必須使用一個(gè)或多個(gè)鉸孔工具進(jìn)行鉸孔，以容納套管、生產(chǎn)管等，并改進(jìn)鉆孔尺寸、形狀和狀況。如此形成的井然后“完工”，即，通過安裝套管(如果使用的話)、生產(chǎn)管和相關(guān)工具以及打孔和激勵(lì)井底孔，以此準(zhǔn)備好進(jìn)行生產(chǎn)。
[0004]—般地，鉆頭向下挺進(jìn)，直到鉆頭達(dá)到目標(biāo)深度為止。然后拉出鉆柱，將鉸孔BHA附連到鉆柱的前端上。該鉸孔BHA然后在井下推進(jìn)，在井完工之前，進(jìn)行鉸孔和完善鉆孔，其后將其拉出，同時(shí)在拉出的路上鉸孔該鉆孔。如上所討論的，在先導(dǎo)孔已經(jīng)形成之后和井完工之前，該類型的鉸孔需要特定的鉸孔行程，這是不方便和低效率的。必須將鉆探BHA拉出鉆孔外以便用鉸孔BHA替換它，這導(dǎo)致耗費(fèi)昂貴的非生產(chǎn)時(shí)間。
[0005]目前可供使用的某些鉸孔工具只適用于在軟土地層內(nèi)改進(jìn)鉆孔尺寸，不太適用于鉸孔硬地層。在大多數(shù)井孔中，地層一般地從軟地層變化到硬地層，以及反之亦然。因此，需要一種工具和方法，來對(duì)軟地層和硬地層提供高的鉆孔質(zhì)量。還需要降低在轉(zhuǎn)動(dòng)鉆柱時(shí)造成的過度扭矩，同時(shí)鉸孔表面一直接觸到地層。此外，還需要這樣的鉸孔工具，其在經(jīng)受磨損之后，可從井孔中的使用容易地更換或進(jìn)行修理。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]根據(jù)第一方面，本實(shí)用新型涉及鉸孔工具，該鉸孔工具包括工具本體，該工具本體具有縱向軸線以及與下端相對(duì)的上端，以及包括從工具本體的外表面突出的至少一個(gè)刀片。所述刀片包括限定鉸孔工具的尺寸(gauge，規(guī)格)的滾動(dòng)元件，以及布置成比滾動(dòng)元件尺寸小(undergauge，在滾動(dòng)元件的尺寸之內(nèi))并包括切削表面的刀片表面。
[0007]較佳地，鉸孔工具的尺寸和刀片表面的尺寸之間的偏移量在Imm和20mm之間。
[0008]較佳地，刀片表面包括第一部分和第二部分，第一部分包括滾動(dòng)元件，而第二部分從第一部分的端部朝向工具本體逐漸地減小。
[0009]較佳地，刀片還包括與第二部分相對(duì)的第三部分，該第三部分包括第二切削表面，第三部分從第一部分的與所述第一端相對(duì)的第二端朝向工具本體逐漸地減小。
[0010]較佳地，刀片表面的第一部分以相對(duì)于工具的中心軸線的一定距離沿刀片延伸，該距離在刀片表面的第一點(diǎn)與刀片表面的第二點(diǎn)兩點(diǎn)之間:第一點(diǎn)是處于相對(duì)于中心軸線為較大距離處的刀片表面的第一點(diǎn)，以及刀片表面的第二點(diǎn)位于第一點(diǎn)和刀片表面的所述尺寸相對(duì)于工具本體的外表面的高度的至少50%之間。換句話說，刀片表面的第一部分的一部分沿刀片延伸在以下兩點(diǎn)之間:刀片表面的第一點(diǎn)，該第一點(diǎn)在滾動(dòng)元件的第一側(cè)上、相對(duì)于中心軸線為較大距離處，以及刀片表面的第二點(diǎn)，第二點(diǎn)位于滾動(dòng)元件的同一側(cè)上、在第一點(diǎn)和刀片表面的尺寸相對(duì)于工具本體的外表面的高度的至少50%之間。
[0011]較佳地，刀片表面的第一部分基本上平行于中心軸線。
[0012]較佳地，刀片表面的第二部分包括切削表面，該切削表面設(shè)置有位于其至少一部分上的一個(gè)或多個(gè)切削元件，切削元件構(gòu)造在所述切削表面上、在距離工具本體的所述縱向中心軸線的一定徑向距離處，該徑向距離小于或等于刀片表面的第一部分和工具本體的縱向中心軸線之間的最大徑向距離。
[0013]較佳地，切削表面包括切削元件的結(jié)構(gòu)，切削元件從工具本體的外表面附近延伸到刀片表面的第一部分附近。
[0014]較佳地，一個(gè)或多個(gè)切削元件構(gòu)造在所述切削表面上，以使所述切削元件的延伸的縱向軸線定位在相對(duì)于與所述工具本體的縱向軸線垂直的平面的角度下，該角度在0°和85。之間。
[0015]較佳地，切削元件定位在負(fù)的后傾角。
[0016]較佳地，滾動(dòng)元件包括鉸孔元件。
[0017]較佳地，刀片表面的第一部分包括鉸孔元件，鉸孔元件相對(duì)于鉸孔工具尺寸為尺寸較小。
[0018]較佳地，滾動(dòng)元件具有轉(zhuǎn)動(dòng)軸線，該轉(zhuǎn)動(dòng)軸線被包括在平行于工具本體的縱向軸線的平面內(nèi)。
[0019]較佳地，刀片包括凹腔，包括所述滾動(dòng)元件的盒固定在其中。
[0020]較佳地，所述盒包括支承軸的第一塊體和第二塊體，所述滾動(dòng)元件圍繞所述軸布置。
[0021]較佳地，第一塊體和/或第二塊體設(shè)置有鉸孔元件或硬材料涂層。
[0022]較佳地，鉸孔元件是帶有平頂?shù)你q孔嵌入物。
【附圖說明】
[0023]圖1示出根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的鉸孔工具的側(cè)視圖。
[0024]圖2是根據(jù)本實(shí)用新型另一實(shí)施例的鉸孔工具的簡(jiǎn)化圖，其中，包括鉸孔元件和切削元件的細(xì)節(jié)未予示出。
【具體實(shí)施方式】
[0025]圖1示出根據(jù)本實(shí)用新型一實(shí)施例的鉸孔工具。該鉸孔工具包括工具本體1，該工具本體具有縱向軸線2、與下端4相對(duì)的上端3，以及該鉸孔工具包括從工具本體I的外表面向外延伸的至少一個(gè)刀片5。較佳地，工具本體I基本上是圓柱形。圖1示出鉸孔工具的優(yōu)選實(shí)施例，鉸孔工具包括三個(gè)刀片，它們較佳地被凹槽12等距離地隔開。替代地，刀片也可不是等距離地隔開。鉸孔工具可具有任何數(shù)量的刀片。每個(gè)刀片5包括滾動(dòng)元件9和形成刀片最外表面的刀片表面。滾動(dòng)元件9限定鉸孔工具的尺寸。刀片表面包括遠(yuǎn)離滾動(dòng)元件9的切削表面。該切削表面具有比滾動(dòng)元件9小的外直徑。較佳地，鉸孔工具的尺寸偏離刀片表面的尺寸一定距離，該距離在Imm和20mm之間，較佳地在Imm和1mm之間，且更加較佳地在2mm和8mm之間。
[0026]刀片表面包括第一部分6，第一部分包括滾動(dòng)元件9，刀片表面還包括第二和第三部分7、8，它們的直徑從第一部分6的各端部朝向工具本體I逐漸減小。如圖2所示，刀片表面的第一部分6以相對(duì)于工具的中心軸線2為距離(D)地沿刀片延伸。該距離(D)可在以下兩距離之間變化:⑴從中心軸線到最大直徑處刀片表面的第一點(diǎn)的距離，以及⑵從中心軸線到刀片表面的第二點(diǎn)的距離，其中，第二點(diǎn)位于第一點(diǎn)和刀片表面的尺寸相對(duì)于工具本體I的外表面的高度(H)的至少50%之間，或較佳地，位于第一點(diǎn)和刀片表面尺寸相對(duì)于工具本體I的外表面的高度(H)的至少75%之間，或更加較佳地，位于第一點(diǎn)和刀片表面尺寸相對(duì)于工具本體I的外表面的高度(H)的至少90%之間。圖1示出基本上平行于鉸孔工具中心軸線2的刀片表面的第一部分6的實(shí)施例，因此，第二點(diǎn)基本上處于與刀片表面上第一點(diǎn)相同的高度處。
[0027]滾動(dòng)元件9減小鉸孔工具的刀片5和鉆孔壁之間的摩擦力，由此，在井中轉(zhuǎn)動(dòng)鉆柱時(shí)減小扭矩。滾動(dòng)元件9具有大致的圓柱形形狀，以在井孔中轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)穩(wěn)定鉆柱。較佳地，滾動(dòng)元件9包括鉸孔元件，于是，鉸孔元件切削凹進(jìn)(indent)地層，并通過壓碎地層來碎裂地層。更加較佳地，鉸孔元件是碳化媽嵌入物。替代地，滾動(dòng)元件包括銑過的齒作為鉸孔元件。銑過的齒式滾動(dòng)元件較佳地由鋼材制成，并借助于諸如滲碳工藝那樣的熱處理，或借助于表面硬化處理或通過兩種處理的組合來進(jìn)行硬化。在兩種類型的滾動(dòng)元件中，在壓碎地層時(shí)作用在鉸孔元件上的力主分量是徑向的而不是切向的。替代地，滾動(dòng)元件9可以沒有任何鉸孔元件。在一個(gè)實(shí)施例中，滾動(dòng)元件在其兩個(gè)末端14上具有較小的直徑，以接合地層。
[0028]較佳地，切削表面7、8包括設(shè)置在其至少一部分上的一個(gè)或多個(gè)切削元件15。較佳地，該切削元件15是多晶金剛石刀具(roc)。更加較佳地，切削元件15構(gòu)造在切削表面7、8上，在距離工具本體I的縱向中心軸線2的一定徑向距離處，該徑向距離小于或等于刀片表面的第一部分6和工具本體的縱向中心軸線2之間的徑向距離。預(yù)備孔位于每個(gè)切削元件15的后面，且通常用接合銷21塞住。如果切削元件15損壞，則移去就在損壞的切削元件后面的接合銷21，并將新的切削元件安裝在預(yù)備孔內(nèi)。這樣，切削元件15 —次性地在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了調(diào)整。一旦大部分保留的切削元件損壞了，則工具送到維護(hù)保養(yǎng)作大修。
[0029]在一個(gè)實(shí)施例