專利名稱：帶有輥?zhàn)訑U(kuò)眼器元件的可展開穩(wěn)定器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
概括來(lái)說(shuō)，在此披露和教導(dǎo)的發(fā)明涉及一種用于對(duì)地下鉆孔進(jìn)行擴(kuò)眼的可展開擴(kuò)眼器設(shè)備；更具體地說(shuō)，涉及對(duì)套管或襯管下方的地下鉆孔進(jìn)行擴(kuò)眼。
背景技術(shù)：
可展開擴(kuò)眼器典型用于對(duì)地下鉆孔進(jìn)行擴(kuò)大。通常，在鉆探油井、氣井和地?zé)峋畷r(shí)，套管被安裝并充注水泥，以防止井眼壁塌陷到地下鉆孔內(nèi)，同時(shí)為后面的鉆井作業(yè)提供必要的支護(hù)以實(shí)現(xiàn)更大的深度。套管通常還安裝成隔離不同的地層，以防止地層流體交叉流動(dòng)，并實(shí)現(xiàn)鉆孔時(shí)地層流體和壓力的控制。為增加先前已鉆孔的深度，將新的套管擱在先前套管的內(nèi)部，并在其下方延伸。雖然通過(guò)增加額外的套管能夠使鉆孔實(shí)現(xiàn)更大的深度，但是具有使鉆孔變窄的缺點(diǎn)。鉆孔的變窄制約了井的任何后續(xù)部分的直徑，因?yàn)殂@頭和任何其他的套管必須穿過(guò)已有的套管。鉆孔直徑的減小是不希望的，因?yàn)檫@限制了油氣通過(guò)鉆孔的生產(chǎn)流量，因此，通常所希望的是擴(kuò)大地下鉆孔，從而為在先前安裝的套管之外安裝另外的套管提供更大的鉆孔直徑，并實(shí)現(xiàn)烴通過(guò)鉆孔的更好的生產(chǎn)流量。為了擴(kuò)大鉆孔直徑，已經(jīng)采用了各種各樣的方法。其中一種用于擴(kuò)大地下鉆孔的傳統(tǒng)方法包括使用偏心鉆頭和雙心鉆頭。例如，一帶有橫向延伸或擴(kuò)大的切割部分的偏心鉆頭繞其軸線旋轉(zhuǎn)，生成擴(kuò)大的鉆孔直徑。轉(zhuǎn)讓于本發(fā)明的受讓人的美國(guó)專利No. 4635738 披露了偏心鉆頭的例子。雙心鉆頭組件采用兩個(gè)縱向疊加的鉆頭部分，鉆頭部分帶有橫向偏置軸線，該鉆頭組件旋轉(zhuǎn)時(shí)生成擴(kuò)大的鉆孔直徑。同樣轉(zhuǎn)讓于本發(fā)明的受讓人的美國(guó)專利No. 5957223披露了雙心鉆頭的例子。另一種用于擴(kuò)大地下鉆孔的傳統(tǒng)方法包括采用延伸的底孔組件，其遠(yuǎn)端帶有先導(dǎo)鉆頭，上方一定距離處帶有擴(kuò)眼器組件。這種配置容許利用任何標(biāo)準(zhǔn)的回轉(zhuǎn)式鉆頭類型，可以用鉆巖鉆頭、刮刀鉆頭或其他鉆頭作為先導(dǎo)鉆頭。組件的延伸性容許穿過(guò)鉆孔中的卡阻部位具有更大的靈活性，同時(shí)能夠更有效地穩(wěn)定先導(dǎo)鉆頭，以便使先導(dǎo)孔及后面的擴(kuò)眼器橫切用于鉆孔的路徑。延伸底孔組件的這個(gè)方面在定向鉆井中尤其重要。為此，本發(fā)明的受讓人設(shè)計(jì)了擴(kuò)眼結(jié)構(gòu)，即所謂的"擴(kuò)眼器翼狀物"，其通常包括一具有捕撈頸部的管狀體，所述捕撈頸部的頂部帶有螺紋連接部，其底部帶有大鉗牙板表面，該大鉗牙板表面也帶有螺紋連接部。轉(zhuǎn)讓于本發(fā)明的受讓人的美國(guó)專利No. 5497842和No. 5495899披露了包括擴(kuò)眼器翼狀物的擴(kuò)眼結(jié)構(gòu)。擴(kuò)眼器翼狀物的中上部包括一個(gè)或更多個(gè)縱向延伸的葉片，這些葉片大體上從管狀體向外徑向突出，葉片的外邊緣承載聚晶金剛石復(fù)合片(PDC)切割元件。如上所述，傳統(tǒng)的可展開擴(kuò)眼器可用來(lái)擴(kuò)大地下鉆孔，其可包括可樞轉(zhuǎn)地或可鉸接地附著于管狀體并由設(shè)置在其中的活塞致動(dòng)的葉片，正如Warren的美國(guó)專利 No. 5402856所披露的那樣。另外，Akesson等的美國(guó)專利No. 6360831披露了一種傳統(tǒng)的鉆孔開啟器，其包括裝備有至少兩個(gè)開孔臂的主體，所述開孔臂具有切割裝置，通過(guò)暴露于流過(guò)主體的鉆井流體的壓力，所述切割裝置可從在主體內(nèi)安放的位置移動(dòng)至作用位置。這些擴(kuò)眼器中的葉片初始是縮回的，以容許工具穿過(guò)鉆柱上的鉆孔，一旦工具到達(dá)套管端部之外，葉片就伸展開來(lái)，這樣就會(huì)增大套管下方的孔直徑。傳統(tǒng)的可展開擴(kuò)眼器的葉片的尺寸設(shè)計(jì)成使它們本身與管狀體之間的間隙最小， 以防止任何鉆井流體和泥土碎片堵塞在間隙中并將葉片束縛在管狀體上。這些傳統(tǒng)可展開擴(kuò)眼器的葉片利用工具內(nèi)部的壓力向活塞施加徑向向外的力，活塞橫向向外移動(dòng)承載切割元件的葉片。有些人覺(jué)得，傳統(tǒng)擴(kuò)眼器的性質(zhì)允許錯(cuò)位的作用力翹起并卡死活塞和葉片，阻止彈簧橫向向內(nèi)縮回葉片。而且，當(dāng)卡死而靠著鉆孔套管向上拉動(dòng)時(shí)，這些傳統(tǒng)可展開擴(kuò)眼器組件的結(jié)構(gòu)不能幫助葉片縮回。此外，某些傳統(tǒng)液壓致動(dòng)的擴(kuò)眼器運(yùn)用了昂貴的設(shè)置在非常復(fù)雜的形狀周圍的密封件和昂貴的承載切割元件的活塞或葉片。為了防止翹起，某些傳統(tǒng)擴(kuò)眼器設(shè)計(jì)成具有特殊形狀的活塞，以盡力避免假設(shè)的翹起、需要匹配的或者復(fù)雜的密封配置。這些密封件在擴(kuò)眼器伸展使用后或許會(huì)產(chǎn)生泄漏。其他傳統(tǒng)擴(kuò)眼器在活塞或葉片周圍需要非常小的公差(例如，在某些區(qū)域中，為一英寸的六千分之一(0.006"))。試驗(yàn)顯示，由于載運(yùn)顆粒的鉆井泥漿引起的束縛，這可能是活塞不能使葉片向后縮回至工具內(nèi)的問(wèn)題的主要因素。即使現(xiàn)有技術(shù)中存在各種方法在較小直徑鉆孔下方鉆探和/或擴(kuò)眼較大直徑鉆孔，但是仍然需要改進(jìn)的設(shè)備和方法。例如，雙心和擴(kuò)眼器翼狀物組件在以下方面受到限制這些工具的穿過(guò)直徑不可以調(diào)整，并且受到擴(kuò)眼直徑的限制。此外，傳統(tǒng)雙心和偏心鉆頭具有搖擺和偏離用于鉆孔的路徑的傾向。傳統(tǒng)可展開擴(kuò)眼組件，雖然有時(shí)比雙心和偏心鉆頭更穩(wěn)定，但是，在穿過(guò)較小直徑鉆孔或套管部分時(shí)可能會(huì)損壞，可能會(huì)被提前致動(dòng)，或者可能在致動(dòng)之后從鉆孔移除時(shí)存在困難。另外，可展開擴(kuò)眼器可用于不以擴(kuò)大鉆孔作為主要目的或者根本不是目的的其他擴(kuò)眼應(yīng)用中。可展開擴(kuò)眼器可用作穩(wěn)定器、定中心器，或者用于其他井下用途，其中可能希望或期望接觸鉆孔壁。如上所述，可展開擴(kuò)眼器可在其縮回狀態(tài)時(shí)用于行進(jìn)至所期望的井下位置，接著在這里可以展開擴(kuò)眼器。雖然擴(kuò)眼器可以在后面用來(lái)擴(kuò)大鉆孔壁，如上所述， 但這不是必須的。例如，擴(kuò)眼器的葉片上可能沒(méi)有切割元件，葉片可以接觸鉆孔壁，以盡力穩(wěn)定或?qū)ζ渌@孔設(shè)備定中心。然而，當(dāng)擴(kuò)眼器向井下旋轉(zhuǎn)時(shí)，葉片可能靠著鉆孔壁拖曳而產(chǎn)生徑向和/或軸向方向的摩擦力。對(duì)于徑向方向，現(xiàn)有的擴(kuò)延器或鉆井工具的方法已包括設(shè)置在工具外表面周圍的滾動(dòng)元件。例如，Bassinger的美國(guó)專利No. 4227586披露了一種〃安裝在擴(kuò)眼器主體中的輥?zhàn)訑U(kuò)眼器組件，其具有可縱向滑動(dòng)的支承塊〃。再例如，F(xiàn)urse等的美國(guó)專利No. 46933 披露了一種"三輥?zhàn)佣ㄖ行钠?，其"可從輥?zhàn)涌s回的位置展開至輥?zhàn)由煺怪凛^大直徑的位置，以便在下面擴(kuò)眼的孔中保持同心"。但是，諸如這些的傳統(tǒng)擴(kuò)眼器具有諸如上述的那些缺陷，例如束縛或者不能縮回。
因此，即使現(xiàn)有技術(shù)存在這些方法，也一直希望改善或擴(kuò)展可展開擴(kuò)眼器設(shè)備的性能，無(wú)論進(jìn)行鉆孔或擴(kuò)眼的地下地層是什么類型。此外還希望提供一種擴(kuò)眼器設(shè)備，其能夠提供可靠的葉片縮回，設(shè)計(jì)有牢固的傳統(tǒng)密封或套筒構(gòu)造，并且移動(dòng)部分之間不需要敏感的公差。此外還希望提供一種擴(kuò)眼器設(shè)備，其能夠使井下旋轉(zhuǎn)引起的徑向扭矩和摩擦力最小。在此披露和教導(dǎo)的發(fā)明旨在一種改進(jìn)的用于對(duì)地下井孔進(jìn)行擴(kuò)眼的系統(tǒng)以及與之相關(guān)的方法。

發(fā)明內(nèi)容
為了防止或者至少基本上消除承載用于擴(kuò)大鉆孔的切割元件的葉片的卡死，提供一種設(shè)備，在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例，所述設(shè)備具有構(gòu)造成沿著設(shè)備主體中的軌道向上滑動(dòng)的葉片，從而能夠用更大的力去開啟設(shè)備的葉片實(shí)現(xiàn)更完全的伸展位置，而不會(huì)產(chǎn)生損壞或束縛，同時(shí)允許葉片直接沿著軌道縮回。在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，提供一種用于對(duì)地下地層進(jìn)行擴(kuò)眼的可展開擴(kuò)眼器設(shè)備，其包括管狀體；一個(gè)或更多個(gè)葉片，各葉片在位置上耦合于管狀體的軌道；一推進(jìn)套筒；和鉆井流體流動(dòng)路徑，其延伸穿過(guò)管狀體而用于引導(dǎo)鉆井流體通過(guò)。管狀體包括有縱向軸線、內(nèi)孔、外表面和至少一個(gè)在所述內(nèi)孔和外表面之間貫通管狀體的軌道，所述軌道呈現(xiàn)與所述縱向軸線成一銳角的傾斜。所述一個(gè)或更多個(gè)葉片均包括至少一個(gè)切割元件，所述切割元件構(gòu)造并定向成響應(yīng)于設(shè)備的旋轉(zhuǎn)，從地下地層的鉆孔壁移除材料，以擴(kuò)大鉆孔直徑。推進(jìn)套筒在位置上耦合于管狀體的內(nèi)孔，并耦合于至少一個(gè)葉片，以便構(gòu)造成有選擇地允許穿過(guò)管狀體的鉆井流體的連通，響應(yīng)于鉆井流體的力或壓力而進(jìn)行軸向運(yùn)動(dòng)，從而使所述至少一個(gè)葉片沿著軌道從縮回位置轉(zhuǎn)移至進(jìn)行擴(kuò)眼的伸展位置。還提供了可展開擴(kuò)眼器設(shè)備的其他實(shí)施例。在至少一個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)或更多個(gè)葉片可包括一個(gè)或更多個(gè)用于對(duì)井眼進(jìn)行擴(kuò)眼的擴(kuò)眼器輥?zhàn)釉?。?dāng)葉片處于一個(gè)或更多個(gè)位置時(shí)，各輥?zhàn)釉梢越佑|鉆孔壁，這可以穩(wěn)定井下設(shè)備或?qū)略O(shè)備進(jìn)行定中心。葉片可以在擴(kuò)眼作業(yè)期間移除材料，但這不是必須的。


圖1示出了運(yùn)用本發(fā)明某些方面的可展開擴(kuò)眼器設(shè)備的多個(gè)實(shí)施例中的一個(gè)的側(cè)視圖；圖2示出了運(yùn)用本發(fā)明某些方面的可展開擴(kuò)眼器設(shè)備沿圖1中剖面線2-2的橫向剖視圖；圖3示出了運(yùn)用本發(fā)明某些方面的圖1所示可展開擴(kuò)眼器設(shè)備的縱向剖視圖；圖4示出了運(yùn)用本發(fā)明某些方面的圖3所示可展開擴(kuò)眼器設(shè)備的一部分的放大的縱向剖視圖；圖5示出了運(yùn)用本發(fā)明某些方面的圖3所示可展開擴(kuò)眼器設(shè)備的另一部分的放大剖視圖；圖6示出了運(yùn)用本發(fā)明某些方面的圖3所示可展開擴(kuò)眼器設(shè)備的又一部分的放大剖視圖；圖7示出了運(yùn)用本發(fā)明某些方面的圖3所示可展開擴(kuò)眼器設(shè)備的其他一部分的放大剖視圖；圖8示出了運(yùn)用本發(fā)明某些方面的可展開擴(kuò)眼器設(shè)備的多個(gè)實(shí)施例中的一個(gè)的剪切組件的剖視圖；圖9示出了運(yùn)用本發(fā)明某些方面的可展開擴(kuò)眼器設(shè)備的多個(gè)實(shí)施例中的一個(gè)的噴嘴組件的剖視圖；圖10示出了運(yùn)用本發(fā)明某些方面的擴(kuò)眼器的多個(gè)實(shí)施例中的一個(gè)的葉片的俯視圖；圖11示出了運(yùn)用本發(fā)明某些方面的葉片沿圖10中剖面線11-11的縱向剖視圖；圖12示出了運(yùn)用本發(fā)明某些方面的圖10葉片的縱向端部視圖；圖13示出了運(yùn)用本發(fā)明某些方面的沿圖11中剖面線13-13的剖視圖；圖14示出了運(yùn)用本發(fā)明某些方面的沿圖11中剖面線14-14的剖視圖；圖15示出了運(yùn)用本發(fā)明某些方面的可展開擴(kuò)眼器設(shè)備的多個(gè)實(shí)施例中的一個(gè)的上鎖套筒(uplock sleeve)的剖視圖；圖16示出了運(yùn)用本發(fā)明某些方面的可展開擴(kuò)眼器設(shè)備的多個(gè)實(shí)施例中的一個(gè)的叉形件(yoke)的透視圖；圖17示出了運(yùn)用本發(fā)明某些方面的可展開擴(kuò)眼器設(shè)備的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例在關(guān)閉位置或縮回位置、初始工具位置的局部縱向剖視圖；圖18示出了運(yùn)用本發(fā)明某些方面的圖17可展開擴(kuò)眼器設(shè)備在接收流體路徑中的球的初始工具位置的局部縱向剖視圖；圖19示出了運(yùn)用本發(fā)明某些方面的圖17可展開擴(kuò)眼器設(shè)備在球移入球座并被捕獲的初始工具位置的局部縱向剖視圖；圖20示出了運(yùn)用本發(fā)明某些方面的圖17可展開擴(kuò)眼器設(shè)備的局部縱向剖視圖， 其中隨著壓力的積累，剪切組件被觸發(fā)，行進(jìn)套筒在設(shè)備內(nèi)部開始向下移動(dòng)，從而離開初始工具位置；圖21示出了運(yùn)用本發(fā)明某些方面的圖17可展開擴(kuò)眼器設(shè)備的局部縱向剖視圖， 其中行進(jìn)套筒朝著下保持位置移動(dòng)，同時(shí)在流體壓力的作用下由推進(jìn)套筒推動(dòng)的葉片朝著伸展位置移動(dòng)；圖22示出了運(yùn)用本發(fā)明某些方面的圖17可展開擴(kuò)眼器設(shè)備的局部縱向剖視圖， 其中在流體壓力的作用下，葉片(僅描繪了一個(gè))由推進(jìn)套筒保持在完全伸展位置，行進(jìn)套筒移入保持位置；圖23示出了運(yùn)用本發(fā)明某些方面的圖17可展開擴(kuò)眼器設(shè)備的局部縱向剖視圖， 其中當(dāng)流體壓力消失時(shí)，葉片(僅描繪了一個(gè))通過(guò)一偏置彈簧縮回至縮回位置；圖M示出了運(yùn)用本發(fā)明某些方面的可展開擴(kuò)眼器設(shè)備的多個(gè)實(shí)施例中的一個(gè)的局部縱向剖視圖，其包括鉆孔尺寸測(cè)量裝置；圖25示出了運(yùn)用本發(fā)明某些方面的可展開擴(kuò)眼器設(shè)備的多個(gè)實(shí)施例中的一個(gè)的局部縱向剖視圖，其結(jié)合有運(yùn)動(dòng)限制元件；圖沈示出了運(yùn)用本發(fā)明某些方面的可展開擴(kuò)眼器設(shè)備的多個(gè)實(shí)施例中的一個(gè)的局部縱向剖視圖，其結(jié)合有另一運(yùn)動(dòng)限制元件；圖27示出了運(yùn)用本發(fā)明某些方面的可展開擴(kuò)眼器設(shè)備的多個(gè)實(shí)施例中的一個(gè)， 其具有滾動(dòng)元件。圖觀示出了運(yùn)用本發(fā)明某些方面的可展開擴(kuò)眼器設(shè)備的多個(gè)實(shí)施例中的另一個(gè)，其具有滾動(dòng)元件。圖四示出了運(yùn)用本發(fā)明某些方面的可展開擴(kuò)眼器設(shè)備的多個(gè)實(shí)施例中的一個(gè)， 其具有帶有輥?zhàn)釉娜~片。圖30示出了運(yùn)用本發(fā)明某些方面的可展開擴(kuò)眼器設(shè)備的多個(gè)實(shí)施例中的另一個(gè)，其具有帶有傾斜輥?zhàn)釉娜~片。圖31示出了運(yùn)用本發(fā)明某些方面的可展開擴(kuò)眼器設(shè)備的多個(gè)實(shí)施例中的另一個(gè)，其具有輥?zhàn)釉?br> 具體實(shí)施例方式上述附圖以及下文具體結(jié)構(gòu)和功能的文字描述不用于限制申請(qǐng)人發(fā)明的范圍或者附加的權(quán)利要求的范圍。相反，提供附圖和文字描述來(lái)教導(dǎo)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員去制造和使用尋求專利保護(hù)的發(fā)明。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明白，為便于清楚和理解，沒(méi)有描述或顯示這些發(fā)明的商業(yè)實(shí)施例的所有特征。本領(lǐng)域技術(shù)人員還應(yīng)當(dāng)領(lǐng)會(huì)，包含本發(fā)明的方面的實(shí)際商業(yè)實(shí)施例的開發(fā)將需要許多具體實(shí)施方案才能實(shí)現(xiàn)開發(fā)者的最終用于商業(yè)實(shí)施例的目標(biāo)。這樣的依實(shí)施方案而定的決定可包括(但不限于)，有關(guān)系統(tǒng)、有關(guān)業(yè)務(wù)、有關(guān)政府及其他約束的符合，而這些約束可以隨具體的實(shí)施、位置而隨時(shí)變化。雖然開發(fā)者的工作在獨(dú)立意義上可能是復(fù)雜并且費(fèi)時(shí)的，但是對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在本發(fā)明的教導(dǎo)下，這樣的工作只不過(guò)是常規(guī)任務(wù)。必須明白，在此披露和教導(dǎo)的發(fā)明適合于很多和各種各樣的變形和替代形式。最后，單個(gè)術(shù)語(yǔ)的使用，例如(但不限于)"一"，并不作為對(duì)物品數(shù)量的限制。而且，關(guān)系術(shù)語(yǔ)的使用，例如但不限于〃頂〃、“底〃、“左〃、“右〃、“ 上〃、“下〃、“向下〃、“向上〃、“側(cè)〃等等，用于具體參考附圖來(lái)進(jìn)行清楚的文字描述，不在于限制本發(fā)明或者附加的權(quán)利要求的范圍。術(shù)語(yǔ)"耦合"、“被耦合"、“正在耦合"、“耦合器"及類似術(shù)語(yǔ)在此廣泛使用，并且可包括用于固定、結(jié)合、聯(lián)結(jié)、緊固、 附著、連接、插入其中、在其上或其中形成、連通、或其他方式的相聯(lián)、例如機(jī)械地、磁性地、 電氣地、化學(xué)地、利用中間元件、一件或多件部件共同地直接或間接地相聯(lián)的任何方法或者設(shè)備，此外還可包括但不限于，與另一個(gè)元件形成單體形式的一個(gè)功能元件。耦合可以在任何方向上進(jìn)行，包括旋轉(zhuǎn)。術(shù)語(yǔ)〃擴(kuò)眼〃、“被擴(kuò)眼〃、“正在擴(kuò)眼〃、“擴(kuò)眼器〃及類似術(shù)語(yǔ)在此廣泛使用，其可包括但不限于，直接或間接、持續(xù)或間歇、有意或無(wú)意接觸或與地下井眼或其部分連通的任何操作，并且可以(但不是必須)包括擴(kuò)大井眼，移除井眼、地層或其他材料，或者接觸井下材料，修整、壓碎、壓緊、鉆井或其他井下工序，或者上述操作的單獨(dú)或組合的一個(gè)或多個(gè)。擴(kuò)眼可以在任何方向上進(jìn)行，雖然擴(kuò)眼可包括擴(kuò)大井眼，但不限于此。申請(qǐng)人:提出了一種用于對(duì)地下地層進(jìn)行擴(kuò)眼的可展開擴(kuò)眼器設(shè)備，其可包括管狀體和一個(gè)或更多個(gè)葉片。各葉片在位置上耦合于管狀體的傾斜軌道，擴(kuò)眼器可包括一推進(jìn)套筒和鉆井流體流動(dòng)路徑，所述鉆井流體流動(dòng)路徑貫穿管狀體的內(nèi)孔延伸，用于引導(dǎo)鉆井流體通過(guò)。所述一個(gè)或更多個(gè)葉片中的每個(gè)葉片可以但不必須包括至少一個(gè)構(gòu)造成在擴(kuò)眼期間從地下地層移除材料的切割元件。作為選擇，各葉片可以是平滑的、起伏狀的，可以沒(méi)有切割元件，或者可以包括輥?zhàn)釉］佔(zhàn)釉梢允翘囟☉?yīng)用所需的任何類型，例如平滑的或起伏狀的，可以(但不必須)包括切割元件、插入物或與之耦合的其他元件。推進(jìn)套筒可以配置在管狀體的內(nèi)孔中，并與葉片中的一個(gè)或多個(gè)耦合，以便響應(yīng)于對(duì)內(nèi)孔的流動(dòng)路徑中的例如鉆井流體或其他流體的力或壓力的暴露而實(shí)施其沿軌道至展開位置的軸向運(yùn)動(dòng)。本申請(qǐng)還提供了可展開擴(kuò)眼器設(shè)備的其他實(shí)施例。在一些情況下，在此提供的示圖并不是任何特定擴(kuò)眼器工具、切割元件或擴(kuò)眼器工具的其他特征的實(shí)際視圖，僅僅是用來(lái)描述本發(fā)明的理想化表示。另外，附圖之間共有的元件可以保留相同的數(shù)字標(biāo)記。圖1示出了運(yùn)用本發(fā)明某些方面的可展開擴(kuò)眼器設(shè)備100的多個(gè)實(shí)施例中的一個(gè)的側(cè)視圖?？烧归_擴(kuò)眼器設(shè)備100可包括一大體上圓柱形的管狀體108，所述管狀體108具有一縱向軸線L8?？烧归_擴(kuò)眼器設(shè)備100的管狀體108可具有一下端190和一上端191。 參照端部190和191，在此使用的術(shù)語(yǔ)"下"和"上"指的是可展開擴(kuò)眼器設(shè)備100位于井眼之內(nèi)時(shí)端部190和191彼此相對(duì)的通常位置?？烧归_擴(kuò)眼器設(shè)備100的管狀體108的下端190可以包括一組螺紋(例如帶螺紋的插銷元件)，用于將下端190連接到鉆柱的另一部分或連接到例如諸如用于承載鉆探井眼的先導(dǎo)鉆頭的鉆箍的底孔組件(BHA)的另一部件。 同樣，可展開擴(kuò)眼器設(shè)備100的管狀體108的上端191可以包括用于將上端191連接到鉆柱的另一部分或底孔組件(BHA)的另一部件的一組螺紋(例如帶螺紋的母箱元件)。三個(gè)滑動(dòng)刀具塊或葉片101、102、103(參見(jiàn)圖2)在位置上圓周間隔開地保持在管狀體108上，如下所述，它們可以設(shè)置在沿著可展開擴(kuò)眼器設(shè)備100的第一下端190和第二上端191中間的位置上。葉片101、102、103可以由鋼、碳化鎢、顆?；w復(fù)合材料(例如硬顆粒分散在整個(gè)金屬基體材料上)或本領(lǐng)域已知的其他合適的材料構(gòu)成。葉片101、102、 103保持在可展開擴(kuò)眼器設(shè)備100的管狀體108內(nèi)的初始縮回位置上，如圖17所示，但可響應(yīng)于液壓的作用而移入擴(kuò)展位置(如圖22所示)，并根據(jù)需要移入縮回位置(如圖23所示)，正如下文中將要描述的那樣?？烧归_擴(kuò)眼器設(shè)備100可以(但不是必須的)構(gòu)造成使得葉片101、102、103接合環(huán)繞井眼的地下地層的壁，其中，當(dāng)葉片101、102、103在伸展位置時(shí)，設(shè)備100設(shè)置成移除地層材料，但是，當(dāng)葉片101、102、103位于縮回位置時(shí)，不可以操作成接合井眼內(nèi)部的地下地層的壁。雖然可展開擴(kuò)眼器設(shè)備100包括三個(gè)葉片101、102、103， 但是也可以考慮使用一個(gè)、兩個(gè)或超過(guò)三個(gè)的葉片。此外，雖然葉片101、102、103圓周對(duì)稱地位于管狀體108的軸向方向上，但是，這些葉片也可以圓周不對(duì)稱以及不對(duì)稱地位于任一端部190和191的方向上的縱向軸線L8上。圖2示出了運(yùn)用本發(fā)明某些方面的可展開擴(kuò)眼器設(shè)備100沿圖1中剖面線2-2 的橫向剖視圖。管狀體108可環(huán)繞一縱向貫穿管狀體108延伸的流體通路192。流體通路 192可以以旁通的關(guān)系引導(dǎo)流體大體上通過(guò)例如行進(jìn)套筒1 的內(nèi)孔151，以保護(hù)葉片101、 102,103基本上不暴露于尤其是橫向方向上或垂直于縱向軸線L8的鉆井流體。有利的是，通過(guò)保護(hù)葉片101、102、103不暴露于流體，夾帶顆粒的流體很少會(huì)引起積聚或者妨礙可展開擴(kuò)眼器設(shè)備100的操作情況。但是，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，正如下文進(jìn)一步詳細(xì)地解釋的，當(dāng)操作、即從初始位置、伸展位置和縮回位置的延伸是通過(guò)流體壓力和彈簧偏置作用力合成的軸向力進(jìn)行時(shí)，對(duì)葉片101、102、103的有益保護(hù)不是為可展開擴(kuò)眼器設(shè)備100的操作所必需的。在這個(gè)實(shí)施例中，該實(shí)施例只是許多實(shí)施例中的一個(gè)，軸向力可以通過(guò)軸向作用致動(dòng)裝置、例如但不限于推進(jìn)套筒115(如圖3所示)直接致動(dòng)葉片101、102、 103，正如下文更清楚地描述的。參照?qǐng)D2，為了更好地描述本發(fā)明的各個(gè)方面，所示的葉片102和103處于初始或縮回位置，而所示的葉片101位于向外或伸展位置?？烧归_擴(kuò)眼器設(shè)備100可以(但不是必須的)構(gòu)造成，當(dāng)處于初始或縮回位置時(shí)，每個(gè)葉片101、102、103的最外側(cè)徑向范圍或橫向伸展范圍凹入到管狀體108內(nèi)部，這樣，其不會(huì)伸展超過(guò)管狀體108最大外徑。在可展開擴(kuò)眼器設(shè)備100設(shè)置在鉆孔套管之內(nèi)時(shí)，這樣的配置可以保護(hù)葉片101、102、103，并且可以允許可展開擴(kuò)眼器設(shè)備100通過(guò)鉆孔內(nèi)的套管。在其他實(shí)施例中，葉片101、102、103的最外側(cè)徑向范圍可以與管狀體108的外徑一致或者略微伸展超過(guò)管狀體108的外徑。如圖中葉片101所示，在伸展位置時(shí)，葉片可以伸展超過(guò)管狀體108的外徑，以便在擴(kuò)眼操作時(shí)接合鉆孔的壁。圖3示出了運(yùn)用本發(fā)明某些方面的圖1和圖2所示可展開擴(kuò)眼器設(shè)備沿圖2所示剖面線3-3的縱向剖視圖。同時(shí)還可以參照?qǐng)D4-7，圖4-7顯示了圖3所示可展開擴(kuò)眼器設(shè)備100的各個(gè)部分的局部放大縱向剖視圖。根據(jù)需要，也可以回到圖1和圖2進(jìn)行參照。 管狀體108在位置上分別在三個(gè)葉片軌道148保持三個(gè)滑動(dòng)刀具塊或葉片101、102、103。 葉片101、102、103均可以(但不必須)承載多個(gè)切割元件104，用于在葉片101、102、103 處于伸展位置(如圖22所示)時(shí)，接合限定開口鉆孔壁的地下地層的材料。切割元件104 可以是聚晶金剛石復(fù)合片(PDC)刀具或本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的其他切割元件，如發(fā)明名稱為"用于在鉆孔的同時(shí)擴(kuò)大鉆孔的可展開擴(kuò)眼器設(shè)備及其使用方法"的美國(guó)專利號(hào) No. 7036611中所述的，其全部公開內(nèi)容在此引入作為參考。可展開擴(kuò)眼器設(shè)備100可以包括剪切組件150，其用于通過(guò)朝著上端191固定行進(jìn)套筒1 而將可展開擴(kuò)眼器設(shè)備100保持在初始位置。同樣可參考圖8，其顯示了剪切組件150的局部視圖。剪切組件150可以包括一上鎖套筒124、一些剪切螺釘127和行進(jìn)套筒 128。上鎖套筒IM可以保持在管狀體108的內(nèi)孔151中且在唇部152與擋圈132(如圖7 所示)之間，所述上鎖套筒1 可包括0形密封環(huán)135，用以防止流體在上鎖套筒124的外孔153與管狀體108的內(nèi)孔151之間流動(dòng)。上鎖套筒IM可以包括用于保持每個(gè)剪切螺釘 127的剪切槽154，其中，在本發(fā)明的該實(shí)施例中，各剪切螺釘127可螺紋擰入行進(jìn)套筒1 的剪切口 155中。剪切螺釘127可以將行進(jìn)套筒1 保持在上鎖套筒124的內(nèi)孔156中， 以有條件地防止行進(jìn)套筒1 沿著朝井下方向157、即朝著可展開擴(kuò)眼器設(shè)備100的下端 190進(jìn)行軸向移動(dòng)。上鎖套筒IM可包括一內(nèi)唇158，用以防止行進(jìn)套筒1 沿著朝井上方向159、即朝著可展開擴(kuò)眼器設(shè)備100的上端191移動(dòng)。一 0形密封環(huán)1；34在上鎖套筒124 的內(nèi)孔156之間密封行進(jìn)套筒128。當(dāng)剪切螺釘127被剪切時(shí)，例如，行進(jìn)套筒1 可允許在管狀體108內(nèi)沿著朝井下方向157軸向行進(jìn)。有利的是，剪切時(shí)，剪切螺釘127的部分保持在上鎖套筒IM和行進(jìn)套筒128內(nèi)，可防止這些部分在對(duì)鉆孔進(jìn)行擴(kuò)眼時(shí)變松或者存放在其他部件中。雖然顯示的是剪切螺釘127，但是，其他剪切元件也帶來(lái)好處，例如但不限于，剪切桿、剪切線或剪切銷， 這樣元件單獨(dú)或組合使用?？蛇x擇地，其他剪切元件可包括用于在排出后正確地保持在構(gòu)成部件內(nèi)的結(jié)構(gòu)，方式類似于本發(fā)明該實(shí)施例的剪切螺釘127。
參照?qǐng)D6，上鎖套筒IM還可包括一筒夾160，所述筒夾160將一密封套筒1 軸向保持在管狀體108的內(nèi)孔151和行進(jìn)套筒128的外孔162之間。上鎖套筒124還可包括在周圍軸向間隔開的一個(gè)或更多個(gè)耳部163和一個(gè)或更多個(gè)口 161。當(dāng)行進(jìn)套筒1 位于沿朝井下方向157足夠的軸向距離時(shí)，該一個(gè)或更多個(gè)耳部163可以徑向向內(nèi)彈起，以將行進(jìn)套筒128的運(yùn)動(dòng)鎖定在上鎖套筒124的耳部163之間以及安裝在密封套筒1 上端的減震部件125之間。而且，當(dāng)行進(jìn)套筒1 位于沿朝井下方向157足夠的軸向距離時(shí)，上鎖套筒124的所述一個(gè)或多個(gè)口 161可能暴露于流體，這使得流體從流體通路192連通到噴嘴入口 164。所述密封套筒126的減震元件125可以提供行進(jìn)套筒128與上鎖套筒124的耳部的彈性保持，還可以減輕碰撞沖擊，例如由行進(jìn)套筒1 的運(yùn)動(dòng)受到密封套筒1 的阻止時(shí)引起的碰撞沖擊。減震元件125可以包括柔性或順從材料，例如彈性體或其他聚合物。在至少一個(gè)實(shí)施例中，例如，減震元件125可以包括丁腈橡膠。利用行進(jìn)套筒1 與密封套筒1 之間的減震元件125，可以減少或防止行進(jìn)套筒1 和密封套筒126中的至少一個(gè)的變形，否則會(huì)由于其間的碰撞而出現(xiàn)變形。應(yīng)該注意，在此披露的包含在可展開擴(kuò)眼器設(shè)備100內(nèi)的任何密封元件或減震元件可以包括本領(lǐng)域中已知的任何合適的材料，例如聚合物或彈性體?？蛇x擇地，可選擇構(gòu)成密封元件的材料用于較高溫度使用(例如約400華氏度或更高)。例如，密封可以由 Teflon 、聚醚醚酮(“PEEK ")材料、聚合物材料或彈性體構(gòu)成，或者可以包括根據(jù)特定應(yīng)用適于所期望的鉆孔工況的金屬對(duì)金屬密封。特別地，在此披露的任何密封元件或減震元件，例如上文所述的減震元件125和密封元件134、135，或密封元件例如下文所述的密封件136，或者本發(fā)明可展開擴(kuò)眼器設(shè)備所包含的其他密封元件，均可以包括構(gòu)造成用于較高溫度用途、高腐蝕性鉆孔環(huán)境或任何特定應(yīng)用所需的工況的任何材料。密封套筒1 可以包括例如用于在管狀體108的內(nèi)孔151之間密封的0形密封環(huán) 136和/或例如用于在行進(jìn)套筒128的外孔162之間密封的T形密封件137，所述T形密封件137可以(但不必須)實(shí)現(xiàn)行進(jìn)套筒128與噴嘴入口 164之間的流體密封。此外，密封套筒1 可以在管狀體108內(nèi)軸向定位、引導(dǎo)和/或支撐行進(jìn)套筒128，實(shí)現(xiàn)上述作用中的單獨(dú)一種或組合。此外，密封套筒密封件136和137還可以防止液壓流體例如在行進(jìn)套筒 1 從其初始位置釋放之前從可展開擴(kuò)眼器設(shè)備100內(nèi)經(jīng)由噴嘴入口 164泄漏到可展開擴(kuò)眼器設(shè)備100外面。行進(jìn)套筒1 的朝井下方向端165(還是參見(jiàn)圖幻可包括一支座停止套筒130，所述朝井下方向端165由一環(huán)形活塞或下鎖套筒117定位、軸向引導(dǎo)和/或支撐。下鎖套筒 117可軸向耦合于一推進(jìn)套筒115，所述推進(jìn)套筒115可圓柱形地保持在行進(jìn)套筒1 與管狀體108的內(nèi)孔151之間。當(dāng)行進(jìn)套筒1 在鉆孔過(guò)程中處于"備好"或初始位置時(shí)，液壓可作用于與工具軸線同心的推進(jìn)套筒115以及行進(jìn)套筒128的外孔162與管狀體108內(nèi)孔151之間的下鎖套筒117。在可展開擴(kuò)眼器設(shè)備100處于初始位置時(shí)，有或沒(méi)有液壓，都可以防止推進(jìn)套筒115在下鎖組件、例如下鎖套筒117的一個(gè)或多個(gè)卡爪166的作用下沿著朝井口方向159移動(dòng)?？ㄗ?66在位置上可以保持在管狀體108的內(nèi)孔151中的環(huán)形凹槽167與支座停止套筒130之間。下鎖套筒117的各個(gè)卡爪166為具有可展開棘爪168的筒夾或鎖定卡爪，所述可展開棘爪168在由支座停止套筒130壓縮地接合時(shí)，可接合管狀體108的凹槽167。 卡爪166將下鎖套筒117保持在適當(dāng)位置上，并可以防止推進(jìn)套筒115沿朝井口方向159 移動(dòng)直至"端部"或支座停止套筒130的較大外徑169行進(jìn)超過(guò)下鎖套筒117，這可以允許卡爪166朝著行進(jìn)套筒128的較小外徑170軸向向內(nèi)縮回。例如，當(dāng)卡爪166軸向向內(nèi)縮回時(shí)，卡爪166可脫離管狀體108的凹槽167，這使得推進(jìn)套筒115在軸向方向、例如在朝井口方向159上主要承受液壓作用。在剪切螺釘127剪切之前，剪切組件150需要確認(rèn)動(dòng)作，例如將一滾珠或其他限制元件導(dǎo)入可展開擴(kuò)眼器設(shè)備100中，以使液壓流體流的壓力增加。行進(jìn)套筒128的朝井下方向端165可包括位于其內(nèi)孔之內(nèi)的滾珠捕獲套筒129，所述滾珠捕獲套筒可包括一插塞 131。0形密封環(huán)139也可提供滾珠捕獲套筒1 與插塞131之間的密封。滾珠147形式的限制元件可導(dǎo)入到可展開擴(kuò)眼器設(shè)備100中，以便實(shí)現(xiàn)可展開擴(kuò)眼器設(shè)備100啟動(dòng)或"觸發(fā)"剪切組件150動(dòng)作的操作。在滾珠147被導(dǎo)入之后，流體攜帶滾珠147進(jìn)入滾珠捕獲套筒1 中，這使得滾珠147可以由插塞131的支座部分和滾珠捕獲套筒1 保持和密封。 如果或當(dāng)滾珠147通過(guò)被捕獲在滾珠捕獲套筒129中而堵塞流體流動(dòng)時(shí)，流體或液壓積聚在可展開擴(kuò)眼器設(shè)備100內(nèi)部，直到例如剪切螺釘127剪切。在剪切螺釘127剪切之后，行進(jìn)套筒1 與同軸地保持的支座停止套筒130 —起在液壓的作用下沿著朝井下方向157軸向行進(jìn)，直到行進(jìn)套筒1 再次由如上所述移動(dòng)到下位置的上鎖套筒1 軸向保持。而后， 在滾珠147上方重新建立通過(guò)行進(jìn)套筒128的流體口 173的流體流動(dòng)?？蛇x擇地，用于激活可展開擴(kuò)眼器設(shè)備100的滾珠147可接合滾珠捕獲套筒1 和插塞131，滾珠捕獲套筒1 和插塞131包括可延展特征，這樣滾珠147可以在其承坐時(shí)能夠擠壓(swage)在其中。這可以防止?jié)L珠147來(lái)回移動(dòng)以及潛在引起可展開擴(kuò)眼器設(shè)備 100的故障或損壞。而且，為了在行進(jìn)套筒1 軸向保持之后支撐行進(jìn)套筒128并減輕振動(dòng)效應(yīng)，例如，支座停止套筒130和行進(jìn)套筒1 的朝井下方向端165可保持在一穩(wěn)定套筒122中。同時(shí)還可以參照?qǐng)D5和22。穩(wěn)定套筒122可耦合于管狀體108的內(nèi)孔151，并保持在一擋圈 133和一保護(hù)套筒121之間，所述保護(hù)套筒可由管狀體108內(nèi)孔151中的環(huán)形唇部171保持。擋圈133可以保持在管狀體108的內(nèi)孔151中的環(huán)形凹槽172內(nèi)。通過(guò)允許液壓流體流過(guò)行進(jìn)套筒128的流體口 173并在行進(jìn)套筒1 保持在其中時(shí)沖擊保護(hù)套筒121和流過(guò)穩(wěn)定套筒122，保護(hù)套筒121可對(duì)管狀體108提供對(duì)液壓流體腐蝕性的保護(hù)。在行進(jìn)套筒1 行進(jìn)得足夠遠(yuǎn)以允許下鎖套筒117的卡爪166脫離管狀體108的凹槽之后，例如，下鎖套筒117的卡爪166可以全部沿朝井口方向159移動(dòng)，下鎖套筒可連接到推進(jìn)套筒115上。同時(shí)還可以參照?qǐng)D5、6和21。為了使推進(jìn)套筒115沿朝井口方向 159移動(dòng)，由液壓流體流動(dòng)引起的管狀體108的內(nèi)孔151與外側(cè)183之間的壓差必須足夠克服彈簧116的回復(fù)力或偏置作用力，也可以是特定應(yīng)用所需的任何力或偏置作用力。阻止推進(jìn)套筒115沿朝井口方向159的運(yùn)動(dòng)的壓縮彈簧116可以保持在推進(jìn)套筒115的外表面175上，例如，在附著在管狀體108的凹槽174中的環(huán)113與下鎖套筒117之間。推進(jìn)套筒115在液壓流體的作用下可沿朝井口方向159軸向行進(jìn)，但可被阻止沿朝井下方向157 移動(dòng)而不能超過(guò)環(huán)113的頂唇以及超過(guò)保護(hù)套筒184。推進(jìn)套筒115可包括諸如位于管狀體108之間的T形密封138的密封件、諸如位于行進(jìn)套筒1 之間的T形密封137的密封件以及諸如位于行進(jìn)套筒128與推進(jìn)套筒115之間的刮油密封141的密封件。推進(jìn)套筒115可以包括位于其朝向井口部分176上的叉形件114，所述叉形件114 與之耦合，如圖6所示。叉形件114(還如圖16所示)可包括三個(gè)臂177，每個(gè)臂均通過(guò)例如帶銷連桿178與葉片101、102、103中的一個(gè)耦合。各個(gè)臂177可包括適于在葉片101、 102、103向縮回位置縮回時(shí)排出碎屑的成形表面。臂177的成形表面結(jié)合主體108的空腔的相鄰壁可以提供大約20度的夾角，所述夾角優(yōu)選用于驅(qū)除或移除任何擠進(jìn)來(lái)的頁(yè)巖，所述成形表面還可以包括低摩擦表面材料，用以防止粘著巖屑或其他碎屑。帶銷連桿178可以包括將葉片耦合于臂177的連桿118，其中連桿118可通過(guò)銷、例如葉片銷119耦合于葉片，并通過(guò)擋圈142固定，連桿118可以通過(guò)叉頭銷120耦合于臂177，例如，所述叉頭銷120 通過(guò)開口銷144固定。特別是，當(dāng)致動(dòng)裝置直接在伸展位置和縮回位置之間移動(dòng)葉片101、 102、103時(shí)，帶銷連桿178可以允許葉片101、102、103繞叉形件114的臂177旋轉(zhuǎn)地移動(dòng)。 有利的是，致動(dòng)裝置、即推進(jìn)套筒115、叉形件114和/或連桿178，可以直接縮回和伸展葉片101、102、103，而傳統(tǒng)觀點(diǎn)是直接利用一個(gè)用于控制液壓的部件去強(qiáng)制葉片橫向向外以及利用另一個(gè)部件、例如彈簧去強(qiáng)制葉片向內(nèi)。為了使葉片101、102、103可以在伸展位置和縮回位置之間移動(dòng)，葉片101,102, 103各自在位置上耦合于管狀體108中的其中一個(gè)葉片軌道148，尤其是如圖3和6所示。 葉片101還顯示在圖10-14中。葉片軌道148可包括位于相對(duì)于縱向軸線L8成銳角的斜坡180上的燕尾形凹槽179，所述燕尾形凹槽沿管狀體108軸向延伸。每一葉片101、102、 103可以包括大體上與葉片軌道148的燕尾形凹槽179相匹配的燕尾形導(dǎo)軌181，以便將葉片101、102、103滑動(dòng)地固定到管狀體108上。例如，當(dāng)推進(jìn)套筒115受液壓作用時(shí)，葉片 101、102、103可穿過(guò)葉片通道口 182向上、向外延伸到伸展位置，以便準(zhǔn)備好對(duì)地層或井眼壁進(jìn)行擴(kuò)眼?？梢匝刂~片軌道148推動(dòng)葉片101、102、103，直到該前進(jìn)運(yùn)動(dòng)被管狀體108 或耦合于管狀體108的上穩(wěn)定塊105停止。在向上-向外或充分伸展位置，葉片101、102、 103可以(但非必須)設(shè)置成使得切割元件104擴(kuò)大地下地層中的鉆孔一規(guī)定量，該規(guī)定量可以是任意量，包括零。例如，當(dāng)流過(guò)可展開擴(kuò)眼器設(shè)備100的鉆井流體提供的液壓被釋放時(shí)，彈簧116可以經(jīng)由推進(jìn)套筒115和帶銷連桿178推動(dòng)葉片101、102、103進(jìn)入縮回位置。 假如組件通過(guò)彈簧力不容易縮回，那么，當(dāng)工具被拉出鉆孔而放入套管靴時(shí)，該套管靴可接觸葉片101、102、103，這有助于推動(dòng)或強(qiáng)制葉片沿軌道148向下，以允許可展開擴(kuò)眼器設(shè)備 100從鉆孔收回。在這點(diǎn)上，可展開擴(kuò)眼器設(shè)備100可以包括一縮回保證特征，用以進(jìn)一步幫助從鉆孔移除可展開擴(kuò)眼器設(shè)備。葉片軌道148的斜坡180可以是任意值，在本發(fā)明的該示例性實(shí)施例中，其相對(duì)于可展開擴(kuò)眼器設(shè)備100的縱向軸線L8大約為10度。雖然所示的葉片軌道148的斜坡180大約為10度，但是也可以從比所示角度更大的范圍至更小的范圍之間變化。然而，由于下面將提到的原因，斜坡180應(yīng)該大體上小于35度，以便獲得本發(fā)明這個(gè)方面的全部好處。葉片101、102、103在軸向進(jìn)入伸展位置時(shí)被"鎖定"到帶有燕尾形導(dǎo)軌181的葉片軌道148中，與傳統(tǒng)液壓擴(kuò)眼器相比，所述葉片101、102、103容許更寬的公差，傳統(tǒng)液壓擴(kuò)眼器需要葉片活塞與管狀體之間更小的公差，以徑向驅(qū)動(dòng)葉片活塞進(jìn)入伸展位置。因此，葉片101、102、103更穩(wěn)固，更不易于由于流體堵塞而被束縛或失效。在本發(fā)明的該示例性實(shí)施例中，葉片101、102、103在燕尾形導(dǎo)軌181與燕尾形凹槽179之間的葉片軌道148的凹槽179中具有寬大間隙，例如大約1/16英寸的間隙。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，涉及凹槽179或?qū)к?81的術(shù)語(yǔ)"燕尾"是非限制性的，其寬泛涉及其中各個(gè)葉片101、102、 103可與可展開擴(kuò)眼器設(shè)備100的主體108保持在一起的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)同時(shí)進(jìn)一步允許葉片101、102、103沿著葉片軌道148在兩個(gè)或更多個(gè)位置之間沒(méi)有束縛或機(jī)械鎖定地移動(dòng)。有利的是，在與地層接合的可展開擴(kuò)眼器設(shè)備100旋轉(zhuǎn)同時(shí)對(duì)鉆孔進(jìn)行擴(kuò)眼期間作用于葉片101、102、103上的刀具104上的固有反作用力有助于進(jìn)一步在向外伸展方向上推動(dòng)葉片101、102、103，從而通過(guò)該作用力將它們保持在完全向外或伸展位置上。所以，作用于刀具104的鉆井力以及與工具外部的鉆孔壓力形成壓差的可展開擴(kuò)眼器設(shè)備100內(nèi)的高壓一起可有助于進(jìn)一步將葉片101、102、103保持在伸展或向外位置。而且，隨著可展開擴(kuò)眼器設(shè)備100的擴(kuò)眼或鉆孔，在葉片軌道148的斜坡180的組合變得足夠淺時(shí)，流體壓力降低，從而允許作用于刀具104或葉片101、102、103的反作用力補(bǔ)償偏置彈簧116的偏移作用。在這點(diǎn)上，液壓的應(yīng)用基本上可以在鉆孔的時(shí)候最小化，因?yàn)闄C(jī)械增益可以允許在耦合軌道148的基本較淺的斜坡180時(shí)作用于刀具104的反作用力提供了用于將葉片101、 102,103保持在它們的伸展位置的必要的反作用力。傳統(tǒng)擴(kuò)眼器具有從35度或更大的范圍(相對(duì)于縱向軸線)大體上橫向向外地延伸的葉片，其需要完全、連續(xù)地應(yīng)用液壓來(lái)將葉片保持在伸展位置。因此，與傳統(tǒng)可展開擴(kuò)眼器的情況不同，可展開擴(kuò)眼器設(shè)備100的葉片
101、102、103具有與擴(kuò)眼鉆孔時(shí)關(guān)閉傾向相反的打開傾向。凈切割力以及反作用力的方向都可以通過(guò)改變刀具104的后傾角、出刃量和側(cè)向斜度而進(jìn)行調(diào)節(jié)，例如可以有或沒(méi)有，從而更好地實(shí)現(xiàn)趨向于朝著完全向外的范圍移動(dòng)葉片101、102、103的凈力。例如，在其他實(shí)施例中的也可以在不使用刀具104的情況下實(shí)現(xiàn)類似的作用。所謂"淺軌道"、即具有銳角的基本上小的斜坡180的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是彈簧力縮回效率更高。改善縮回效率能夠改善或定制所使用的彈性系數(shù)，以控制彈簧116的偏置作用力范圍，從而選擇需要液壓克服的偏置作用力，以開始移動(dòng)或完全伸展葉片101、102、103。 而且，通過(guò)改善縮回效率，當(dāng)從可展開擴(kuò)眼器設(shè)備100移除液壓時(shí)，能夠更好地保證葉片縮回。可選擇地，當(dāng)可展開擴(kuò)眼器設(shè)備100處于初始或縮回位置時(shí)，可對(duì)彈簧進(jìn)行預(yù)加載，這使得只需持續(xù)地施加極小的縮回力。葉片軌道148的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是各個(gè)〃燕尾形〃凹槽179的單一結(jié)構(gòu)，在葉片101、 102,103的各個(gè)側(cè)面設(shè)有一個(gè)用于接收引導(dǎo)件187的相對(duì)"燕尾形"導(dǎo)軌181中的一個(gè)的凹槽179。在傳統(tǒng)的可展開擴(kuò)眼器中，能夠移動(dòng)的葉片的每個(gè)側(cè)面可包括多個(gè)用于分別被接收到擴(kuò)眼器主體的相對(duì)通道或肋狀物中的肋狀物或通道，其中，例如，當(dāng)葉片承受操作力和壓力時(shí)，這樣的配置很容易產(chǎn)生束縛。除便于沿著軌道148或在軌道148中無(wú)束縛地延伸和縮回葉片外，單軌和合作的凹槽設(shè)計(jì)可以提供用于葉片操作的非束縛結(jié)構(gòu)支撐，例如，尤其是在接合地層同時(shí)進(jìn)行擴(kuò)眼時(shí)。除所述上穩(wěn)定塊105外，可展開擴(kuò)眼器設(shè)備100還可以包括一中間穩(wěn)定塊106和一下穩(wěn)定塊107?？蛇x擇地，中間穩(wěn)定塊106和下穩(wěn)定塊107可組合成單一穩(wěn)定塊。穩(wěn)定塊105、106、107有助于將可展開擴(kuò)眼器設(shè)備100在鉆孔中定中心，同時(shí)通過(guò)套管或襯管管柱運(yùn)行到位，或者作為另外的例子，有助于在鉆孔的同時(shí)對(duì)鉆孔進(jìn)行擴(kuò)眼。如上所述，上穩(wěn)定塊105可用來(lái)阻止或限制葉片101、102、103的前向運(yùn)動(dòng)，該前向運(yùn)動(dòng)可以確定葉片101、
102、103鉆孔時(shí)接合鉆孔的程度。除了提供用于限制葉片的橫向范圍的后退停止之外，上穩(wěn)定塊105還用于例如在葉片101、102、103縮回以及鉆柱的可展開擴(kuò)眼器設(shè)備100位于鉆柱旋轉(zhuǎn)時(shí)不要求擴(kuò)孔的區(qū)域中的鉆孔之內(nèi)時(shí)提供額外的穩(wěn)定性。有利的是，上穩(wěn)定塊105可以由技術(shù)人員安裝、移除和/或更換，尤其是本領(lǐng)域的技術(shù)人員，這可以使得葉片101、102、103接合鉆孔的程度更容易增加或減少到與所示不同的程度?？蛇x擇地，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，在上穩(wěn)定塊105的軌道側(cè)相聯(lián)的停止是可以定制的，以便在完全定位到沿著葉片軌道148的伸展位置時(shí)阻止葉片101、102、103可以橫向伸展的范圍。例如，穩(wěn)定塊105、106、107可以包括表面硬化的支承墊片(未顯示)，用以提供用于接觸鉆孔壁、同時(shí)在鉆孔操作期間在其中穩(wěn)定設(shè)備的表面。而且，可展開擴(kuò)眼器設(shè)備100可包括碳化鎢噴嘴110，如圖9所示。噴嘴110設(shè)置來(lái)用于冷卻和清潔切割元件104，或者在鉆孔期間從葉片101、102、103清除碎屑。噴嘴110 可包括位于各個(gè)噴嘴110與管狀體108之間的密封件、例如0形密封環(huán)140，以提供兩部件之間的密封。如圖所示，噴嘴110構(gòu)造成在朝井下方向157上朝著葉片101、102、103引導(dǎo)鉆井流體，但也可以構(gòu)造成在朝井口方向159上或在特定應(yīng)用所需的任何方向上橫向引導(dǎo)流體?，F(xiàn)在描述可展開擴(kuò)眼設(shè)備或擴(kuò)眼器100的操作情況。尤其是參照?qǐng)D17-23，根據(jù)需要可選擇參照?qǐng)D1-16?？烧归_擴(kuò)眼器設(shè)備100可安裝在先導(dǎo)鉆頭上方的底孔組件中，如果包括隨鉆測(cè)量(MWD)裝置，可安裝在隨鉆測(cè)量(MWD)裝置上方或下方，并結(jié)合到旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)(RSS)和旋轉(zhuǎn)閉環(huán)系統(tǒng)(RCLS)中。在"觸發(fā)"可展開擴(kuò)眼器設(shè)備100之前，可展開擴(kuò)眼器設(shè)備100可保持在初始縮回位置，如圖17所示。例如，可展開擴(kuò)眼器設(shè)備100內(nèi)的行進(jìn)套筒1 可隔離流體流動(dòng)路徑，并防止葉片101、102、103的無(wú)意中的伸展，如前面所述，并可以由帶有固定于上鎖套筒124的剪切螺釘127的剪切組件150保持，所述上鎖套筒IM 可附著于管狀體108。當(dāng)行進(jìn)套筒1 保持在初始位置時(shí)，無(wú)論是否作用有偏置作用力或液壓力，可以防止葉片致動(dòng)裝置直接致動(dòng)葉片101、102、103。行進(jìn)套筒1 在其下端可具有擴(kuò)大端件，例如支座停止套筒130。該大直徑的支座停止套筒130可以將下鎖套筒117的卡爪166保持在一固定位置，該固定位置可防止推進(jìn)套筒115在壓差的作用下向上移動(dòng)并激活葉片101、102、103。閉鎖卡爪166可以將閉鎖的或可展開棘爪168鎖定到管狀體108 的內(nèi)孔151中的凹槽167中。如果希望觸發(fā)可展開擴(kuò)眼器設(shè)備100，則根據(jù)需要可隨時(shí)中止鉆井流體流動(dòng)，一滾珠147或其他流體節(jié)流元件落入鉆柱中，重新開始鉆井流體的泵送。 滾珠147在重力的作用下和/或在鉆井流體流動(dòng)作用下沿朝井下方向157移動(dòng)，如圖18所示。例如，經(jīng)過(guò)一較短時(shí)間，滾珠147可以到達(dá)滾珠捕獲套筒129的滾珠座，如圖19所示。 滾珠147可以阻止鉆井流體流動(dòng)，從而在滾珠147上方的鉆柱中形成壓力積累。隨著壓力的積累，滾珠可進(jìn)一步承坐到插塞131中或抵靠在插塞131上，所述插塞131可以由彈性材料例如四氟乙烯(TFE)制成或襯以彈性材料例如四氟乙烯(TFE)。參照?qǐng)D20，在以最初安裝在可展開擴(kuò)眼器設(shè)備100中的剪切螺釘127 (由黃銅或其他合適材料制成)的數(shù)量和各自剪切強(qiáng)度為基礎(chǔ)設(shè)定的預(yù)定壓力水平下，剪切螺釘127在剪切組件150中失效，從而允許行進(jìn)套筒1 不再密封并向下移動(dòng)。當(dāng)行進(jìn)套筒128與支座停止套筒130的大端一起向下移動(dòng)時(shí)，下鎖套筒117的閉鎖卡爪166可朝著行進(jìn)套筒1 的較小直徑向內(nèi)自由移動(dòng)，從而脫離主體108。而后，如圖21所示，下鎖套筒117可附著于壓力激活的推進(jìn)套筒115，隨著行進(jìn)套筒128向下移動(dòng)時(shí)流體被允許通過(guò)流體口 173而暴露，推進(jìn)套筒115此刻則在流體壓力下向上移動(dòng)。隨著流體壓力的增加，可克服彈簧的偏置作用力，這使得推進(jìn)套筒115沿朝井口方向159移動(dòng)。推進(jìn)套筒115可附著于叉形件114，而叉形件114可通過(guò)銷和連桿組件178 附著到三個(gè)葉片101、102、103上，此刻所述三個(gè)葉片在推進(jìn)套筒115的帶動(dòng)下向上移動(dòng)。在向上移動(dòng)過(guò)程中，葉片101、102、103均可附隨坡道或軌道148而動(dòng)，這些葉片經(jīng)由一種變形正方形燕尾凹槽179(如圖2所示)安裝到所述坡道或軌道148上。參照?qǐng)D22，處于完全伸展位置的葉片101、102、103的行程由穩(wěn)定塊105上的表面硬化的上墊片阻止?？蛇x擇地，正如上面所述的，在鉆孔之前可以將定制的穩(wěn)定塊組裝到可展開擴(kuò)眼器設(shè)備100上，以便調(diào)節(jié)和限制葉片101U02U03可以伸展的范圍。當(dāng)葉片101、 102、103在伸展位置時(shí)，可以開始對(duì)鉆孔進(jìn)行擴(kuò)眼。當(dāng)可展開擴(kuò)眼器設(shè)備100進(jìn)行擴(kuò)眼時(shí)，在葉片101、102、103的刀具104對(duì)較大鉆孔擴(kuò)眼時(shí)，表面硬化的下墊片和中墊片106、107可幫助穩(wěn)定管狀體108，在葉片101、102、 103處于縮回位置時(shí)，表面硬化的上墊片105也可以幫助穩(wěn)定可展開擴(kuò)眼器設(shè)備100的頂部。在行進(jìn)套筒128與滾珠147 —起向下移動(dòng)之后，可以停止位于行進(jìn)套筒128中的滾珠147上方的流動(dòng)旁通或流體口 173對(duì)著表面硬化的保護(hù)套筒121的內(nèi)壁184的排放， 這有助于防止或最小化與所述內(nèi)壁撞擊的鉆井流體流動(dòng)的腐蝕損壞。鉆井流體流動(dòng)則可以沿著底孔組件向下繼續(xù)進(jìn)行，行進(jìn)套筒1 的上端被"捕獲"、即鎖定在上鎖套筒1 的耳部163與密封套筒126的減震元件125之間，行進(jìn)套筒128的下端則可由穩(wěn)定套筒122橫向穩(wěn)定。當(dāng)鉆井流體壓力被釋放時(shí)，彈簧116可以幫助驅(qū)動(dòng)下鎖套筒117和推進(jìn)套筒115 與附著的葉片101、102、103 —起向下、向內(nèi)后退至其原始或初始位置，并進(jìn)入縮回位置，參見(jiàn)圖23。但是，由于行進(jìn)套筒128已經(jīng)移到向下的鎖定位置，較大直徑的支座停止套筒130 不再將卡爪166保持在凹槽167之外和之內(nèi)，因而閉鎖或下鎖套筒117保持未閉鎖，并承受用于后續(xù)操作或激活的壓差。只要鉆井流體流動(dòng)在鉆桿中通過(guò)可展開擴(kuò)眼器設(shè)備100重新建立，推進(jìn)套筒115 與叉形件114以及葉片101、102、103可就可以向上移動(dòng)，葉片101、102、103附隨坡道或軌道148而動(dòng)，以再次切割或擴(kuò)眼鉆孔中的規(guī)定直徑。只要鉆井流體流動(dòng)停止，即壓差低于彈簧116的回復(fù)力，葉片101、102、103就可以經(jīng)由彈簧116縮回，如上所述。在本發(fā)明的許多方面，可展開擴(kuò)眼器設(shè)備100可以克服傳統(tǒng)擴(kuò)眼器的缺點(diǎn)。例如， 傳統(tǒng)液壓擴(kuò)眼器可以使用工具內(nèi)部的壓力向徑向向外移動(dòng)的刀具活塞施加作用力力。有些人覺(jué)得，傳統(tǒng)擴(kuò)眼器的性質(zhì)允許不重合的作用力翹起并卡死活塞，阻止彈簧使葉片縮回。通過(guò)提供使得每個(gè)葉片沿著較淺角度斜坡向上滑動(dòng)的可展開擴(kuò)眼器設(shè)備100，可以使用較高的鉆孔力來(lái)打開和伸展葉片至它們的最大位置，同時(shí)將作用力傳遞直到表面硬化的上墊片而沒(méi)有損壞地停止，并隨后允許彈簧使葉片沒(méi)有卡死或翹起地縮回?？烧归_擴(kuò)眼器設(shè)備100可以包括葉片，這些葉片如果沒(méi)有通過(guò)彈簧縮回，則可以通過(guò)與鉆孔壁或者套管的接觸而沿著軌道的坡道向下推動(dòng)，這允許可展開擴(kuò)眼器設(shè)備100 穿過(guò)套管，從而提供一種故障保護(hù)功能。可展開擴(kuò)眼器設(shè)備100可以在或者可以不在葉片周圍密封，但是不需要在上面的密封件，例如在某些傳統(tǒng)可展開擴(kuò)眼器中使用的定制密封件。
可展開擴(kuò)眼器設(shè)備100可以包括位于具有動(dòng)密封的相鄰部件之間的間隙，所述間隙范圍從大約0. 010英寸到0. 030英寸。動(dòng)密封都可以是傳統(tǒng)的、環(huán)形密封件，或者可以是常規(guī)密封或特定應(yīng)用所需的任何類型的密封。此外，滑動(dòng)機(jī)構(gòu)或致動(dòng)機(jī)構(gòu)可包括在軌道上的葉片，并且可以包括例如尤其在燕尾部分周圍的范圍從大約0. 050英寸到大約0. 100英寸的間隙?？烧归_擴(kuò)眼器設(shè)備中葉片與軌道之間的間隙可以變化至比在此所示的稍微更大或更小的范圍?？烧归_擴(kuò)眼器設(shè)備100的部件的較大間隙和公差促進(jìn)了操作的簡(jiǎn)易，尤其是減少了由鉆井流體中的顆粒和從鉆孔壁切下的地層碎屑引起的束縛的可能性。可展開擴(kuò)眼器設(shè)備100的其他方面提供在此葉片101由引導(dǎo)件187沿著軌道148(如圖2所示)保持在適當(dāng)位置上。葉片101 可以包括如圖10-14所示的配合引導(dǎo)件187。各引導(dǎo)件187可由相對(duì)地位于塊101的每個(gè)側(cè)面上的單個(gè)導(dǎo)軌108構(gòu)成，并可以包括一夾角θ，所述夾角θ可選擇成防止與軌道148 的配合引導(dǎo)件束縛在一起或者用于特定應(yīng)用所需的其他目的。在本實(shí)施例中，例如，葉片 101的導(dǎo)軌181的夾角θ約為30度，這樣葉片101在例如受到液壓作用時(shí)易于從主體108 中的軌道148離開或者在軌道148周圍提供間隙。葉片101、102、103可通過(guò)連桿組件附著于一叉形件114，正如在此所述的，在本發(fā)明的該實(shí)施例中，當(dāng)致動(dòng)裝置、即叉形件114和推進(jìn)套筒115軸向向上移動(dòng)時(shí)，所述叉形件允許葉片101、102、103沿著10度坡道向上且徑向向外移動(dòng)。連桿組件的連桿可以(但不一定必須)以類似的方式銷接到塊和叉形件兩者上。在致動(dòng)裝置和葉片101、102、103的直接致動(dòng)期間，連桿組件除了允許致動(dòng)裝置大體上在縱向或軸向方向直接伸展和縮回葉片101、 102、103之外，連桿組件還可以通過(guò)旋轉(zhuǎn)一定角度實(shí)現(xiàn)葉片101、102、103的向上、徑向向外的伸展，所述角度可以是任意角度，在本發(fā)明實(shí)施例中，該角度約為48度。在葉片101、102、103由于某種原因在縮回彈簧116的偏置作用力作用下不能容易地沿著葉片軌道148的坡道向下后退的情況下，則隨著可展開擴(kuò)眼器設(shè)備100被拉出鉆孔， 與鉆孔壁的接觸會(huì)沿著軌道148的斜坡180向下撞擊葉片101、102、103。必要時(shí)，可從套管拔出可展開擴(kuò)眼器設(shè)備100的葉片101、102、103，這可以推動(dòng)葉片101、102、103進(jìn)一步退回到縮回位置，從而允許可展開擴(kuò)眼器設(shè)備100進(jìn)入套管并通過(guò)套管移除。在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，可以密封行進(jìn)套筒以防止流體流通過(guò)葉片通道口 182而流出工具，在觸發(fā)后，可以保持該密封。如上所述，噴嘴110可以沿著流過(guò)可展開擴(kuò)眼器設(shè)備100的流動(dòng)方向從管狀體108 里面向下、徑向向外引導(dǎo)至管狀體108與鉆孔之間的環(huán)空。沿這種向下的方向引導(dǎo)噴嘴 110，在流體從噴嘴排出并與沿著鉆孔向上返回的環(huán)空移動(dòng)逆流混合時(shí)，會(huì)引起逆向流動(dòng)， 并可以改善葉片清潔和清除巖屑。噴嘴110可以對(duì)準(zhǔn)葉片101、102、103的刀具，以便進(jìn)行最大化的清潔，可以利用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(“CFD")分析來(lái)優(yōu)化方向?qū)?zhǔn)?？烧归_擴(kuò)眼器設(shè)備100可包括下保護(hù)接頭109，諸如圖4中所示的那個(gè)，所述下保護(hù)接頭可連接于擴(kuò)眼器主體108的下箱體連接處。通過(guò)允許主體108為單塊結(jié)構(gòu)，保護(hù)接頭109實(shí)現(xiàn)了兩者之間比具有上接頭和下接頭的傳統(tǒng)兩件式工具更強(qiáng)的連接(具有更高的補(bǔ)償扭矩)。保護(hù)接頭109，盡管不是必需的，但是其為其他井下設(shè)備或工具提供了更有效的連接。可展開擴(kuò)眼器設(shè)備100的另外的其他方面也提供在此
將行進(jìn)套筒1 和上鎖套筒IM保持在初始位置的剪切組件150的剪切螺釘127 可用來(lái)提供或形成一觸發(fā)器，所述觸發(fā)器在壓力積累到一預(yù)定值時(shí)釋放，所述預(yù)定值可以任意值。剪切螺釘在可展開擴(kuò)眼器設(shè)備100內(nèi)的鉆井流體壓力下剪切的預(yù)定值優(yōu)選例如為 lOOOpsi，或者甚至為2000psi。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，該壓力的范圍可以為比在此所述的更大或更小，用以觸發(fā)可展開擴(kuò)眼器設(shè)備100?？蛇x擇地，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，可以提供使剪切螺釘127剪切的更大壓力，以使得彈簧元件116有條件地配置和偏置作用至更大程度，以便進(jìn)一步提供液壓流體釋放時(shí)葉片縮回的所希望的保證?？蛇x擇地，葉片101、102、103中的一個(gè)或多個(gè)可替換為具有在此所述的引導(dǎo)件和導(dǎo)軌的、可接收到可展開擴(kuò)眼器設(shè)備100的軌道148的凹槽179中的穩(wěn)定塊，所述穩(wěn)定塊可以用作可展開的同心穩(wěn)定器而不是擴(kuò)眼器，并且還可以在鉆柱中與其他同心擴(kuò)眼器或偏心擴(kuò)眼器一起使用。作為選擇，葉片101、102、103中的一個(gè)或更多個(gè)可以包括一個(gè)或更多個(gè)輥?zhàn)釉?，這將在下文進(jìn)一步描述?？蛇x擇地，葉片101、102、103均可包括單排或三排或多排切割元件104而不是如圖2所示的兩排切割元件104。有利的是，兩排或多排切割元件有助于延長(zhǎng)葉片101、102、 103的壽命，尤其是在硬地層中鉆孔的時(shí)候。葉片101、102、103可以包括上述任何元件，根據(jù)特定應(yīng)用需要單獨(dú)或組合使用。圖M顯示了依照本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例具有測(cè)量裝置20的可展開擴(kuò)眼器設(shè)備10 的實(shí)施例的剖視圖。測(cè)量裝置20可以提供可展開擴(kuò)眼器設(shè)備10與所鉆鉆孔的壁之間的距離指示，該距離能夠確定可展開擴(kuò)眼器設(shè)備10可以擴(kuò)大鉆孔的程度。如圖所示，測(cè)量裝置 20大體上在垂直于可展開擴(kuò)眼器設(shè)備10的縱向軸線L8的方向上安裝到管狀體108上。測(cè)量裝置20可耦合于貫穿可展開擴(kuò)眼器設(shè)備10的管狀體108延伸的通訊線30，所述通訊線 30可包括位于可展開擴(kuò)眼器設(shè)備10的上端191的端接頭40。端接頭40構(gòu)造成用于兼容地連接特定或?qū)Ｓ迷O(shè)備，例如隨鉆測(cè)井(MWD)通訊組件。通訊線30還可以用來(lái)向測(cè)量裝置 20供電。測(cè)量裝置20可構(gòu)造成用于檢測(cè)、分析和/或確定鉆孔的尺寸，或者可以完全用來(lái)檢測(cè)，其中鉆孔尺寸的分析或確定可通過(guò)其他設(shè)備進(jìn)行，這對(duì)隨鉆測(cè)井(MWD)領(lǐng)域的技術(shù)人員都是明白的，從而提供鉆孔尺寸的基本精確的確定。測(cè)量裝置20也可以幫助確定可展開擴(kuò)眼器設(shè)備10沒(méi)有鉆成想要的直徑的時(shí)間，允許采取補(bǔ)救辦法，而不是延長(zhǎng)伸展時(shí)間或伸展數(shù)千英尺進(jìn)行鉆孔，以擴(kuò)眼必須再擴(kuò)眼的鉆孔。測(cè)量裝置20可以是Hall等的美國(guó)專利No. 5175429中披露的核基測(cè)量系統(tǒng)的一部分，該專利轉(zhuǎn)讓給在此披露的本發(fā)明的受讓人，其全部公開內(nèi)容在此引入作為參考。測(cè)量裝置20還可以包括聲學(xué)卡鉗、接近傳感器或適于確定鉆孔壁與可展開擴(kuò)眼器設(shè)備10之間的距離的其他傳感器?？蛇x擇地，測(cè)量裝置20可配置、安裝并用來(lái)確定可展開擴(kuò)眼器設(shè)備 20的能夠移動(dòng)的葉片和/或支承墊片的位置，其中從這樣的測(cè)量可以推定進(jìn)行擴(kuò)眼的最小鉆孔直徑。類似地，可以在能夠移動(dòng)的葉片之內(nèi)設(shè)置一測(cè)量裝置，例如在能夠移動(dòng)的葉片被致動(dòng)至其最外最大程度的時(shí)候，所述測(cè)量裝置接觸或鄰近鉆孔壁上的地層。圖25顯示了供可展開擴(kuò)眼器設(shè)備200使用的用于限制葉片可以向外伸展的程度的運(yùn)動(dòng)限制部件210的剖視圖。正如上面有關(guān)包括用于限制葉片沿著葉片軌道可以向上、 向外伸展的程度的后退停止部的穩(wěn)定塊105所述的，運(yùn)動(dòng)限制部件210可用來(lái)限制致動(dòng)裝置、即推進(jìn)套筒115在軸向朝井口方向159上延伸的程度。運(yùn)動(dòng)限制部件210可具有位于推進(jìn)套筒115的外表面與管狀體108的內(nèi)孔151之間的圓柱形套筒本體212。如圖所示，彈簧116可位于運(yùn)動(dòng)限制部件210與管狀體108之間，而運(yùn)動(dòng)限制部件210的基端211保持在彈簧116與擋圈113之間。當(dāng)推進(jìn)套筒115在例如如上所述的液壓作用下進(jìn)行運(yùn)動(dòng)時(shí)， 使得彈簧116沿朝井口方向159壓縮，直到其運(yùn)動(dòng)被運(yùn)動(dòng)限制部件20阻止，所述運(yùn)動(dòng)限制部件20防止彈簧116和推進(jìn)套筒115沿朝井口方向159進(jìn)一步運(yùn)動(dòng)。在這點(diǎn)上，可防止可展開擴(kuò)眼器設(shè)備200的葉片伸展超過(guò)運(yùn)動(dòng)限制部件210設(shè)定的限度。如圖沈所示，供可展開擴(kuò)眼器設(shè)備200使用的另一運(yùn)動(dòng)限制部件220可構(gòu)造成帶有一彈簧盒體222，所述彈簧盒體222具有敞口圓筒段223和基端221。彈簧116的一部分可容納在彈簧盒體222的敞口圓筒段223內(nèi)，基端221安放在彈簧116與下鎖套筒117的上端之間。例如，當(dāng)彈簧盒體222伸展至撞擊接觸擋圈113或位于管狀體108的內(nèi)孔151 中的突出部或唇部188時(shí)，彈簧116和推進(jìn)套筒115的運(yùn)動(dòng)被阻止。雖然所述的運(yùn)動(dòng)限制部件210和220(如圖25和沈所示)基本上為圓柱形，但是它們也可以具有其他形狀和構(gòu)造，例如可具有臺(tái)、腿或細(xì)長(zhǎng)片段，這是沒(méi)有限制的。廣義上來(lái)說(shuō)，運(yùn)動(dòng)限制部件可以允許被阻止的軸向運(yùn)動(dòng)范圍隨著應(yīng)用種類的不同而不同，尤其是在利用只需微小變更的共同的可展開擴(kuò)眼器設(shè)備就可以對(duì)不同鉆孔進(jìn)行擴(kuò)眼的時(shí)候。在其他實(shí)施例中，運(yùn)動(dòng)限制部件210或220可以是用于限制致動(dòng)裝置可以伸展的程度的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)，以限制葉片的運(yùn)動(dòng)。例如，運(yùn)動(dòng)限制部件可以是缸筒，該缸筒在推進(jìn)套筒 115的外表面與或者位于彈簧116與推進(jìn)套筒115之間或者位于彈簧116與管狀體108之間的管狀體108的內(nèi)孔151之間的空間內(nèi)浮動(dòng)。參照?qǐng)D1-23，如上所述，可展開擴(kuò)眼器設(shè)備100可為葉片101、102、103沿著同樣的非束縛的路徑(在任一方向上)提供穩(wěn)固致動(dòng)，這相對(duì)于傳統(tǒng)擴(kuò)眼器來(lái)說(shuō)是相當(dāng)大的改進(jìn)， 傳統(tǒng)擴(kuò)眼器具有與葉片一體的活塞，用以積累液壓以向外操作活塞，因而需要不同位置的強(qiáng)制機(jī)構(gòu)、例如彈簧，來(lái)使葉片向內(nèi)縮回。在這點(diǎn)上，可展開擴(kuò)眼器設(shè)備可以包括激活裝置、 即連桿組件、叉形件、推進(jìn)套筒和/或其他用于伸展和縮回葉片的相同部件，從而允許用于移動(dòng)葉片的驅(qū)動(dòng)力沿著相同的路徑、但在相反方向上設(shè)置。利用傳統(tǒng)擴(kuò)眼器，用于伸展葉片的致動(dòng)力不能保證在相反方向上以及至少不沿著相同路徑準(zhǔn)確地設(shè)置，增加了束縛的可能性。在此所述的可展開擴(kuò)眼器可以克服傳統(tǒng)擴(kuò)眼器的相關(guān)的缺陷。在本發(fā)明的另一個(gè)方面，可展開擴(kuò)眼器設(shè)備100沿著第一方向軸向驅(qū)動(dòng)致動(dòng)裝置、即所述推動(dòng)套筒，同時(shí)迫使葉片移動(dòng)至伸展位置(葉片由叉形件和連桿組件直接耦合于推進(jìn)套筒)。在相反方向上，推進(jìn)套筒通過(guò)叉形件和連桿組件并通過(guò)拉動(dòng)，直接使葉片縮回。因而，激活裝置可以為葉片提供直接伸展和縮回，不管是否像傳統(tǒng)那樣設(shè)置偏置彈簧或液壓流體?，F(xiàn)在將描述可展開擴(kuò)眼器設(shè)備100的又一實(shí)施例，其中與上述那些實(shí)施共同的元件保留相同的標(biāo)記。如上所述，擴(kuò)眼器100可包括一個(gè)或更多個(gè)用于擴(kuò)眼的部件，這些部件耦合于一個(gè)或更多個(gè)葉片101、102、103。雖然有些擴(kuò)眼部件可以構(gòu)造成從鉆孔切割或移除材料，但是不一定必需這樣。作為選擇，擴(kuò)眼部件也可以構(gòu)造成不通過(guò)移除材料對(duì)鉆孔進(jìn)行擴(kuò)眼，或者通過(guò)移除極少的材料對(duì)鉆孔進(jìn)行擴(kuò)眼，或者作為另一個(gè)例子，根據(jù)特定應(yīng)用，通過(guò)僅僅根據(jù)需要接觸鉆孔壁來(lái)定中心或穩(wěn)定設(shè)備，這可以包括或可以不包括切割、鉆孔或其他擴(kuò)眼工序(以連續(xù)地、間歇地、集中地或者其他方式)。下文所述的實(shí)施例起到的功能與上述基本上一樣，各種各樣的實(shí)施例的機(jī)械結(jié)構(gòu)相類似或相同，除非另有明確、隱含或其他方式指示。為了有效和清楚描述的目的，有關(guān)各個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)或功能在下文具有上述的結(jié)構(gòu)或功能的地方不再重復(fù)，不過(guò)可以不時(shí)地參照上述附圖，以便完全描述本發(fā)明。圖27示出了運(yùn)用本發(fā)明某些方面的可展開擴(kuò)眼器設(shè)備100的多個(gè)實(shí)施例中的一個(gè)，其具有滾動(dòng)元件。除非在此另有指示，圖27的實(shí)施例操作基本上與上述那些實(shí)施例無(wú)異，其中的差別更加詳細(xì)地描述在下文。擴(kuò)眼器100的葉片101、102、103(103n沒(méi)有顯示在圖27中)可以包括滾動(dòng)元件，例如輥?zhàn)訑U(kuò)眼器元件202、204。各個(gè)葉片101、102可包括任意數(shù)量的輥?zhàn)釉?02、204，并且每個(gè)葉片優(yōu)選包括一個(gè)。各個(gè)葉片101、102可以(但不必須)單獨(dú)地包括一個(gè)或更多個(gè)輥?zhàn)釉?02、204，或者包括一個(gè)或更多個(gè)輥?zhàn)釉约疤囟☉?yīng)用所需的一個(gè)或更多個(gè)其他擴(kuò)眼部件，例如一個(gè)或更多個(gè)切割元件，諸如聚晶金剛石復(fù)合片(PDC)刀具206。各個(gè)輥?zhàn)釉?02、204可以包括一主體，諸如輥?zhàn)又黧w208，其優(yōu)選可以為圓柱形的，但是也可以是特定應(yīng)用所需的任何形狀。輥?zhàn)又黧w208可以由任何材料制成，例如復(fù)合材料，但是優(yōu)選由鋼形成。輥?zhàn)又黧w208可以是平滑的、起伏狀的、網(wǎng)紋狀的，或其他用于擴(kuò)眼的配置，例如具有插入件，比如一個(gè)或多個(gè)碳化鎢鈕210，或者特定應(yīng)用所需的其他插入件。各輥?zhàn)釉?02、204可耦合于葉片101、102，使得輥?zhàn)釉闹辽僖徊糠只蛘吲c之耦合的元件可以相對(duì)于相關(guān)葉片101、102的徑向最外表面212徑向向外伸展。 例如，輥?zhàn)釉?02、204可以耦合成限定擴(kuò)眼器100處于展開狀態(tài)(參見(jiàn)圖22)時(shí)擴(kuò)眼器 100的最外直徑或展開直徑，或者輥?zhàn)釉梢择詈铣上薅〝U(kuò)眼器處于任何狀態(tài)，包括縮回狀態(tài)(對(duì)應(yīng)于縮回直徑)，以便在擴(kuò)眼期間連續(xù)地、間歇地或其他方式接觸井眼。圖觀示出了運(yùn)用本發(fā)明某些方面的可展開擴(kuò)眼器設(shè)備100的多個(gè)實(shí)施例中的另一個(gè)，其具有滾動(dòng)元件。各輥?zhàn)釉?02可以特定應(yīng)用所需的任何方式耦合于葉片101，優(yōu)選可旋轉(zhuǎn)地與之耦合。如圖觀的示例性實(shí)施例所示，其只是多個(gè)中的一個(gè)，輥?zhàn)釉?02 可整個(gè)或局部地配置在葉片101主體之內(nèi)。例如，輥?zhàn)又黧w208可耦合于軸214，它們的組合則可以耦合于葉片101，以致耦合于輥?zhàn)硬蹇?16。輥?zhàn)颖３职?18可耦合于葉片101，以將輥?zhàn)釉?02固定到適當(dāng)位置。雖然所示的保持板218包括用于耦合用途的孔，例如用于螺釘或螺栓(未顯示)的孔，但是，應(yīng)當(dāng)明白，輥?zhàn)釉?02可以以任何特定應(yīng)用所需的方式耦合，例如焊接、摩擦、銷釘連接或任何方法。另外，輥?zhàn)釉?02可容易移除或更換地耦合于葉片101，但也不一定必須這樣。輥?zhàn)釉?02可以是與塊101或塊101中用于接收輥?zhàn)釉?02的孔217的尺寸有關(guān)的任意尺寸。例如，凹處或孔217可以正好足夠大以允許輥?zhàn)釉?02在其中旋轉(zhuǎn)，輥?zhàn)釉梢园ú迦爰?10。作為另一個(gè)例子，輥?zhàn)釉?202可以基本上小于孔217或者為特定應(yīng)用所需的任意尺寸。雖然一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施例使用的輥?zhàn)釉?02的直徑為一英寸、二英寸或者另一個(gè)例子，為三英寸，但是，各輥?zhàn)釉梢源笥诨蛐∮谶@些尺寸，或者為其間的任何尺寸。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明白，各輥?zhàn)釉?02可以是特定應(yīng)用所需的任何尺寸，而且，雖然各輥?zhàn)釉?02在特定應(yīng)用中可以為相同尺寸，但是不一定必須相同，一個(gè)或更多個(gè)輥?zhàn)釉?02的尺寸是可以不同的。進(jìn)一步參照?qǐng)D28，各輥?zhàn)釉?02可以包括一個(gè)或更多個(gè)軸承，例如滾柱軸承 220，用于繞輥?zhàn)虞S214的縱向軸線旋轉(zhuǎn)。例如，輥?zhàn)釉?02可以包括在各個(gè)端部的軸承 220，所述軸承220可以耦合于軸214，舉例來(lái)說(shuō)，如圖27所示，或者可以以允許輥?zhàn)釉?202相對(duì)于葉片101旋轉(zhuǎn)的任何方式耦合。作為其他例子，軸承220可耦合于插孔216中或者緊鄰插孔216耦合或者耦合在軸214與輥?zhàn)又黧w208之間，以便允許輥?zhàn)又黧w208繞軸214旋轉(zhuǎn)，同時(shí)軸214基本上保持不動(dòng)。雖然軸承220關(guān)系到徑向旋轉(zhuǎn)，但是輥?zhàn)釉?02 可以(但不是必須)包括一個(gè)或更多個(gè)與軸向方向有關(guān)的軸承，例如止推軸承222，該軸承單獨(dú)使用或與一個(gè)或更多個(gè)徑向軸承組合。例如，當(dāng)擴(kuò)眼器100沿著井眼向上或向下移動(dòng)時(shí)，輥?zhàn)釉?02被強(qiáng)制在朝井口方向或朝井下方向運(yùn)動(dòng)，軸向軸承，例如止推軸承222，可以降低輥?zhàn)釉?02與葉片101之間的摩擦。應(yīng)當(dāng)明白，圖觀中所示的止推軸承222僅僅是示例性的，根據(jù)特定應(yīng)用需要，可以使用任何軸承，單獨(dú)使用或與支撐旋轉(zhuǎn)的其他部件結(jié)合，例如潤(rùn)滑劑或鈹銅墊片。圖四示出了運(yùn)用本發(fā)明某些方面的可展開擴(kuò)眼器100的多個(gè)實(shí)施例中的一個(gè)，其具有帶有輥?zhàn)釉?02的葉片101。如上所述，葉片101可具有與之耦合的輥?zhàn)釉?02， 所述輥?zhàn)釉?02可以包括軸214、輥?zhàn)又黧w208和/或用于擴(kuò)眼的其他部件。輥?zhàn)釉?202可耦合于例如葉片101中的凹槽，其可以包括耦合于塊101的用于將輥?zhàn)釉?02固定到適當(dāng)位置的保持板218，所述適當(dāng)位置為，例如平行于井眼軸線、平行或傾斜于塊的外表面或者塊滑動(dòng)的軌道、或者特定應(yīng)用所需的任何位置。保持板218可以(但不必須)包括孔224，例如用于螺釘、螺栓或銷(未顯示)的孔，或者也可以以任何特定應(yīng)用所需的方式耦合，如上所述。另外，輥?zhàn)釉?02可以包括支撐旋轉(zhuǎn)的部件，例如軸承，所述旋轉(zhuǎn)可以包括任意方向上的旋轉(zhuǎn)，例如徑向或縱向。作為例子，軸承可以放置在輥?zhàn)又黧w208與保持板218之間、軸214與葉片101之間、輥?zhàn)又黧w208與軸214之間或任何部位，單獨(dú)使用或組合使用，這是本領(lǐng)域中應(yīng)當(dāng)明白的。圖四中所示的三個(gè)滾柱軸承2 僅僅是示例性的， 本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明白，軸承可以是特定應(yīng)用所需的任何類型或任何尺寸，軸承可以以任何方式耦合在任何部位。作為例子，軸承2 或222(圖28)可以為滾珠軸承、滾柱軸承、滾珠止推軸承、深槽滾珠軸承或容許平滑、低摩擦運(yùn)動(dòng)或特定應(yīng)用所需的其它運(yùn)動(dòng)的由任意材料制成的任何類型的軸承。圖30示出了運(yùn)用本發(fā)明某些方面的可展開擴(kuò)眼器100的多個(gè)實(shí)施例中的另一個(gè)， 其具有帶有傾斜輥?zhàn)釉?02的葉片101。雖然所示的輥?zhàn)釉?02基本上平行于葉片101 的徑向最外表面，但這不是必須的。如圖30所示，輥?zhàn)釉?02可以是歪斜的或者不平行于葉片101的外表面，或者作為另一個(gè)例子，相對(duì)于井眼的縱向軸線歪斜一個(gè)角度α，以便對(duì)特定應(yīng)用所需的鉆孔進(jìn)行擴(kuò)眼。在這樣的實(shí)施例中，該實(shí)施例只是許多實(shí)施例中的一個(gè)， 對(duì)鉆孔進(jìn)行擴(kuò)眼可以(但不是必須)包括在操作期間從鉆孔壁修整或移除一定量的材料。 可以根據(jù)許多因素選擇與井眼的縱向軸線偏離的角度α，包括但不限于，擴(kuò)眼前后鉆孔的直徑，材料被修整或移除的多少(如果有)，或者作為另一個(gè)例子，輥?zhàn)又黧w208的外表面配置的侵占量(aggressiveness)，其可以(但不是必須)包括一個(gè)或更多個(gè)插入件210。如上有關(guān)一個(gè)或多個(gè)其他實(shí)施例所述的，輥?zhàn)釉?02可以包括一個(gè)或更多個(gè)軸承，例如止推軸承228，其可以單獨(dú)或結(jié)合其他軸承起到支撐輥?zhàn)釉?02的一個(gè)或多個(gè)部件的旋轉(zhuǎn)的作用，并且可以例如耦合于輥?zhàn)釉?02的任意一端或耦合于特定應(yīng)用所需的另外的部位。圖31示出了運(yùn)用本發(fā)明某些方面的可展開擴(kuò)眼器設(shè)備100的多個(gè)實(shí)施例中的另一個(gè)，其具有輥?zhàn)釉?02、204、205。類似于上文圖2的描述，圖31顯示的葉片101、102和 103分別具有輥?zhàn)釉?02、204和205，其中所示的葉片101位于向外或伸展位置。所示的葉片102和103處于許多縮回位置中的兩個(gè)或多個(gè)位置。例如，葉片102顯示了一個(gè)縮回位置，其中一個(gè)或更多個(gè)插入件210，整個(gè)地或部分地，與輥?zhàn)釉?04的輥?zhàn)又黧w208的至少一部分、例如外表面延伸超過(guò)葉片102主體的徑向最外部分。再例如，葉片103顯示了另一個(gè)縮回位置，其中一個(gè)或更多個(gè)插入件210的至少一部分延伸超過(guò)葉片103主體的徑向最外部分，但是輥?zhàn)釉?05的輥?zhàn)又黧w208徑向保留在葉片103的主體內(nèi)部。例如，在輥?zhàn)釉?04的該實(shí)施例中，輥?zhàn)又黧w208和一個(gè)或更多個(gè)插入件210在擴(kuò)眼操作期間都接觸鉆孔壁。另一方面，在輥?zhàn)釉?05的該實(shí)施例中，一個(gè)或更多個(gè)插入件210，整個(gè)地或部分地，在擴(kuò)眼操作期間接觸鉆孔壁，但輥?zhàn)又黧w208沒(méi)有接觸鉆孔壁，因?yàn)檩佔(zhàn)又黧w208的外表面徑向設(shè)置在葉片103主體的最外部分內(nèi)部。如上文參照?qǐng)D2所述的，可展開擴(kuò)眼器設(shè)備100可以(但不是必須)構(gòu)造成，當(dāng)處于初始或縮回位置時(shí)，每個(gè)葉片101、102、103的最外側(cè)半徑范圍或橫向伸展范圍凹入到管狀體108內(nèi)部，這樣其不會(huì)伸展超過(guò)管狀體108 最大外徑范圍。在可展開擴(kuò)眼器設(shè)備100設(shè)置在鉆孔套管之內(nèi)時(shí)，這樣的配置可以保護(hù)葉片101、102、103，并且可以允許可展開擴(kuò)眼器設(shè)備100通過(guò)鉆孔內(nèi)的該套管。在其他實(shí)施例中，包括相應(yīng)的輥?zhàn)釉?02、204、205的葉片101、102、103的最外側(cè)半徑范圍可以與管狀體108的外徑一致或者略微伸展超過(guò)管狀體108的外徑。如圖中葉片101所示，在伸展位置時(shí)，葉片可以伸展超過(guò)管狀體108的外徑，以便在擴(kuò)眼操作時(shí)接合鉆孔的壁。如圖中葉片 102和103所示，在一個(gè)或多個(gè)縮回位置時(shí)，葉片可以(但不是必須)延伸超過(guò)管狀體108 的外徑，以便在擴(kuò)眼操作期間接合鉆孔的壁。例如，特定應(yīng)用(只是許多特定應(yīng)用中的一個(gè))可能需要在相同或不同的井眼中對(duì)兩個(gè)不同直徑的鉆孔進(jìn)行擴(kuò)眼。因此，具有輥?zhàn)釉?02、204、205的葉片101、102、103可以在縮回位置限定第一擴(kuò)眼直徑，所述第一擴(kuò)眼直徑大于或小于管狀體108的外徑，也可以限定在操縱擴(kuò)眼器100至展開位置時(shí)的第二擴(kuò)眼直徑，例如更大直徑。舉例來(lái)說(shuō)，葉片101、102、103縮回時(shí)的第一擴(kuò)眼直徑大約為十又八分之五英寸，葉片101、102、103展開時(shí)的第二擴(kuò)眼直徑大約為十二又四分之一英寸。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明白，擴(kuò)眼直徑可以是特定應(yīng)用所需的任何直徑，無(wú)論比在此所述的這些直徑大還是小。雖然已經(jīng)顯示和描述了本發(fā)明的特定實(shí)施例，但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以想到對(duì)此的數(shù)目眾多的變化或其它實(shí)施例。因此，這意味著，本發(fā)明僅由所附的權(quán)利要求書及其法定等同物限定。在不背離申請(qǐng)人發(fā)明的精神的情況下，可以想出運(yùn)用本發(fā)明的一個(gè)或更多個(gè)方面的其他和進(jìn)一步的實(shí)施例。例如，各葉片可以包括刀具、穩(wěn)定部件、輥?zhàn)釉蚱渌考?，可以是任何組合。此外，可展開擴(kuò)眼器的各種方法和實(shí)施例都可以被歸入到產(chǎn)生所披露的方法和實(shí)施例的變化的相互組合中。單個(gè)元件的敘述可以包括多個(gè)元件，反之亦然。步驟的次序可以以多種順序中發(fā)生，除非另外明確限定。在此描述的各種步驟可以結(jié)合其他步驟、插入所述步驟和/或分成多個(gè)步驟。同樣，這些元件在功能上進(jìn)行了描述，它們可以具體化成獨(dú)立的部件或者可以組合成具有多個(gè)功能的部件。本發(fā)明已經(jīng)在優(yōu)選及其他實(shí)施例的上下文中進(jìn)行了描述，但不是對(duì)每個(gè)本發(fā)明的實(shí)施例都進(jìn)行了描述。對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)可得到對(duì)所述實(shí)施例的顯而易見(jiàn)的改變和變形。披露和未披露的實(shí)施例目的不在于限制或限定申請(qǐng)人構(gòu)想的本發(fā)明的范圍或適用性，而是依照專利法，申請(qǐng)人目的在于完全保護(hù)落入下列權(quán)利要求的等價(jià)物的范圍內(nèi)的全部這樣的改變和改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.一種用于對(duì)地下地層中的鉆孔進(jìn)行擴(kuò)眼的可展開擴(kuò)眼器設(shè)備，其包括管狀體，所述管狀體具有縱向軸線、內(nèi)孔、外表面和位于管狀體內(nèi)且處于內(nèi)孔與外表面之間的至少一個(gè)軌道，所述軌道相對(duì)于所述縱向軸線以銳角向上、向外傾斜；貫穿所述內(nèi)孔延伸的鉆井流體流動(dòng)路徑；一個(gè)或更多個(gè)葉片，其中至少一個(gè)葉片能夠滑動(dòng)地耦合于管狀體的所述至少一個(gè)軌道，以及所述至少一個(gè)葉片具有與其耦合的輥?zhàn)釉缓驮O(shè)置在管狀體的內(nèi)孔中并與所述至少一個(gè)葉片耦合的推進(jìn)套筒，所述推進(jìn)套筒構(gòu)造成響應(yīng)于流過(guò)鉆井流體流動(dòng)路徑的鉆井流體的壓力向上軸向移動(dòng)，以使所述至少一個(gè)葉片沿著所述至少一個(gè)軌道伸展并進(jìn)入伸展位置。
2.如權(quán)利要求1所述的可展開擴(kuò)眼器設(shè)備，還包括設(shè)置在管狀體的內(nèi)孔中并與所述推進(jìn)套筒相接觸的偏置元件，所述偏置元件定向成沿軸向向下方向偏置推進(jìn)套筒，以使所述至少一個(gè)葉片在推進(jìn)套筒不受力或不受鉆井流體的壓力時(shí)沿著所述至少一個(gè)軌道縮回至縮回位置。
3.如權(quán)利要求1所述的可展開擴(kuò)眼器設(shè)備，其中，所述至少一個(gè)軌道從所述縱向軸線徑向向外延伸。
4.如權(quán)利要求1所述的可展開擴(kuò)眼器設(shè)備，其中，所述銳角約為10度。
5.如權(quán)利要求1所述的可展開擴(kuò)眼器設(shè)備，其中，所述銳角小于大約35度。
6.如權(quán)利要求1所述的可展開擴(kuò)眼器設(shè)備，其中，所述至少一個(gè)葉片通過(guò)一連桿組件直接耦合于所述推進(jìn)套筒。
7.如權(quán)利要求1所述的可展開擴(kuò)眼器設(shè)備，進(jìn)一步還包括用于在位置上保持和引導(dǎo)所述至少一個(gè)軌道內(nèi)的所述至少一個(gè)葉片的引導(dǎo)結(jié)構(gòu)。
8.如權(quán)利要求7所述的可展開擴(kuò)眼器設(shè)備，其中，所述引導(dǎo)結(jié)構(gòu)包括位于所述至少一個(gè)葉片上的兩個(gè)相對(duì)的燕尾形導(dǎo)軌和位于所述至少一個(gè)軌道的相對(duì)兩側(cè)上的兩個(gè)燕尾形凹槽，所述燕尾形凹槽能夠配合滑動(dòng)地接收所述燕尾形導(dǎo)軌。
9.如權(quán)利要求1所述的可展開擴(kuò)眼器設(shè)備，還包括一耦合于管狀體與推進(jìn)套筒之間的運(yùn)動(dòng)限制部件，用以限制推進(jìn)套筒的軸向運(yùn)動(dòng)范圍。
10.如權(quán)利要求1所述的可展開擴(kuò)眼器設(shè)備，還包括一行進(jìn)套筒，所述行進(jìn)套筒位于管狀體的內(nèi)孔中，并構(gòu)造成有選擇地將推進(jìn)套筒、葉片與作用力或鉆井流體壓力隔離開而不使所述推進(jìn)套筒和葉片暴露至所述作用力或鉆井流體壓力。
11.如權(quán)利要求10所述的可展開擴(kuò)眼器設(shè)備，其中，所述行進(jìn)套筒通過(guò)管狀體的內(nèi)孔中的剪切組件軸向保持在初始位置。
12.如權(quán)利要求10所述的可展開擴(kuò)眼器設(shè)備，其中，所述推進(jìn)套筒通過(guò)耦合在管狀體中的下鎖組件軸向保持在初始位置，所述下鎖組件包括行進(jìn)套筒的下端，在行進(jìn)套筒軸向移動(dòng)得足以從下鎖組件釋放推進(jìn)套筒之后，推進(jìn)套筒能夠在伸展位置與縮回位置之間軸向移動(dòng)。
13.如權(quán)利要求10所述的可展開擴(kuò)眼器設(shè)備，還包括一上鎖套筒，用于在管狀體內(nèi)充分行進(jìn)時(shí)以及在使推進(jìn)套筒暴露于作用力或流動(dòng)路徑內(nèi)鉆井流體的壓力時(shí)軸向保持行進(jìn)套筒。
14.如權(quán)利要求1所述的可展開擴(kuò)眼器設(shè)備，還包括用于確定所擴(kuò)大的鉆孔的直徑的測(cè)量裝置。
15.如權(quán)利要求14所述的可展開擴(kuò)眼器設(shè)備，其中，所述測(cè)量裝置為基本上垂直于所述縱向軸線的用于測(cè)量至擴(kuò)大的鉆孔的壁的距離的聲學(xué)卡鉗。
16.如權(quán)利要求10所述的可展開擴(kuò)眼器設(shè)備，還包括穩(wěn)定套筒，所述穩(wěn)定套筒耦合于管狀體下端的內(nèi)孔以用于接收行進(jìn)套筒的下端。
17.一種用于對(duì)地下地層中的鉆孔進(jìn)行擴(kuò)眼的可展開擴(kuò)眼器設(shè)備，其包括管狀體，所述管狀體具有縱向軸線、內(nèi)孔、外表面、以及位于管狀體內(nèi)且處于所述內(nèi)孔與外表面之間的多個(gè)向上、向外傾斜的軌道，所述軌道與所述縱向軸線成銳角；貫穿管狀體延伸而用于引導(dǎo)鉆井流體通過(guò)的鉆井流體流動(dòng)路徑；多個(gè)沿周向間隔開的、大體上徑向和縱向伸展的葉片，各葉片能夠滑動(dòng)地與多個(gè)軌道中的一個(gè)相接合，在所述葉片上承載至少一個(gè)輥?zhàn)釉⑶宜鋈~片能夠沿著與其相關(guān)的軌道在伸展位置與縮回位置之間移動(dòng)；和位于管狀體內(nèi)的致動(dòng)結(jié)構(gòu)，所述致動(dòng)機(jī)構(gòu)構(gòu)造成響應(yīng)于流動(dòng)路徑內(nèi)的鉆井流體的壓力以及相反的作用力，直接引起葉片在軌道上沿著兩相反方向運(yùn)動(dòng)。
18.如權(quán)利要求17所述的可展開擴(kuò)眼器設(shè)備，其中，所述作用力為由一結(jié)構(gòu)提供的偏置作用力，所述結(jié)構(gòu)定向成大體上與縱向軸線在一條直線上，并接觸所述致動(dòng)結(jié)構(gòu)，用于通過(guò)所述作用力將葉片保持在軌道中的縮回位置上，所述縮回位置僅僅相應(yīng)于不超過(guò)可展開擴(kuò)眼器設(shè)備的初始直徑。
19.如權(quán)利要求17所述的可展開擴(kuò)眼器設(shè)備，還包括用于有選擇地限制葉片沿軌道的運(yùn)動(dòng)超過(guò)伸展位置的結(jié)構(gòu)，所述伸展位置相應(yīng)于可展開擴(kuò)眼器設(shè)備的展開直徑。
20.的權(quán)利要求18所述的可展開擴(kuò)眼器設(shè)備，其中，偏置作用力是由一彈簧結(jié)構(gòu)施加的。
21.如權(quán)利要求17所述的可展開擴(kuò)眼器設(shè)備，其中，所述致動(dòng)結(jié)構(gòu)響應(yīng)于內(nèi)孔中的鉆井流體壓力有選擇地操作。
22.如權(quán)利要求17所述的可展開擴(kuò)眼器設(shè)備，其中，當(dāng)承載輥?zhàn)釉娜~片位于一個(gè)或更多個(gè)位置時(shí)，所述至少一個(gè)輥?zhàn)釉薅藬U(kuò)眼器的徑向最外擴(kuò)眼直徑。
23.如權(quán)利要求17所述的可展開擴(kuò)眼器設(shè)備，還包括在管狀體內(nèi)能夠軸向延伸的行進(jìn)套筒，其響應(yīng)于限制元件的存在而具有橫截面面積減少的節(jié)流口，所述限制元件用于響應(yīng)于其中的鉆井流體流動(dòng)而在致動(dòng)結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生軸向力；其中，行進(jìn)套筒的初始位置防止致動(dòng)結(jié)構(gòu)使葉片移動(dòng)超過(guò)初始位置，并使致動(dòng)結(jié)構(gòu)不受內(nèi)孔中的鉆井流體壓力的作用；和行進(jìn)套筒的觸發(fā)位置允許鉆井流體與致動(dòng)結(jié)構(gòu)連通，用于在軌道中直接移動(dòng)葉片。
24.如權(quán)利要求23所述的可展開擴(kuò)眼器設(shè)備，其中，所述限制元件包括具有某一尺寸的滾珠，所述滾珠構(gòu)造成在具有互補(bǔ)尺寸的承坐表面上接合行進(jìn)套筒，且構(gòu)造成大體上防止鉆井流體流過(guò)所述行進(jìn)套筒，并引起行進(jìn)套筒在可展開擴(kuò)眼器內(nèi)位移至允許內(nèi)孔中的鉆井流體與所述致動(dòng)結(jié)構(gòu)之間進(jìn)行連通的位置。
25.如權(quán)利要求17所述的可展開擴(kuò)眼器設(shè)備，其中，能夠移動(dòng)的葉片的最外伸展位置是可調(diào)的。
26.如權(quán)利要求17所述的可展開擴(kuò)眼器設(shè)備，還包括可更換的穩(wěn)定塊，其緊鄰軌道的一個(gè)縱向端設(shè)置，用以限制能夠移動(dòng)的葉片在所述軌道中向外運(yùn)動(dòng)的范圍。
27.一種用于對(duì)地下地層中的鉆孔進(jìn)行擴(kuò)眼的可展開擴(kuò)眼器設(shè)備，其包括管狀體，所述管狀體具有縱向軸線、外表面和位于管狀體內(nèi)的軌道，所述軌道相對(duì)于所述縱向軸線以銳角向上、向外傾斜；貫穿管狀體的內(nèi)孔延伸的鉆井流體流動(dòng)路徑；具有至少一個(gè)輥?zhàn)釉娜~片，輥?zhàn)釉?gòu)造成在擴(kuò)眼期間從地下地層移除材料，并能夠滑動(dòng)地耦合于軌道；設(shè)置在管狀體的內(nèi)孔中并與葉片直接耦合的推進(jìn)套筒，所述推進(jìn)套筒構(gòu)造成響應(yīng)于流過(guò)所述內(nèi)孔的鉆井流體的壓力軸向向上移動(dòng)，以沿軌道伸展所述葉片；和耦合于推進(jìn)套筒的內(nèi)部孔的行進(jìn)套筒，所述行進(jìn)套筒構(gòu)造成有選擇地允許流過(guò)內(nèi)孔的鉆井流體與推進(jìn)套筒的連通，以影響其軸向運(yùn)動(dòng)并在推進(jìn)套筒運(yùn)動(dòng)之前將推進(jìn)套筒固定在初始位置。
28.如權(quán)利要求27所述的可展開擴(kuò)眼器設(shè)備，還包括設(shè)置在管狀體的內(nèi)孔中并與所述推進(jìn)套筒相接觸的用于朝著縮回位置偏置推進(jìn)套筒的壓縮彈簧。
29.如權(quán)利要求27所述的可展開擴(kuò)眼器設(shè)備，還包括耦合于管狀體與推進(jìn)套筒之間的運(yùn)動(dòng)限制部件，用以限制推進(jìn)套筒軸向運(yùn)動(dòng)的范圍。
30.一種用于對(duì)地下地層中的鉆孔進(jìn)行擴(kuò)眼的可展開擴(kuò)眼器設(shè)備，其包括管狀體，所述管狀體具有縱向軸線和位于管狀體的壁內(nèi)的至少一個(gè)軌道，所述軌道相對(duì)于所述縱向軸線向上、向外傾斜成銳角；貫穿管狀體的內(nèi)孔延伸的鉆井流體流動(dòng)路徑；至少一個(gè)葉片，其具有構(gòu)造成對(duì)地下地層進(jìn)行擴(kuò)眼的至少一個(gè)輥?zhàn)釉?，所述至少一個(gè)葉片能夠滑動(dòng)地耦合于所述至少一個(gè)軌道；設(shè)置在管狀體的內(nèi)孔中并與所述至少一個(gè)葉片直接耦合的推進(jìn)套筒，所述推進(jìn)套筒構(gòu)造成響應(yīng)于流過(guò)所述內(nèi)孔的鉆井流體的壓力向上軸向移動(dòng)，以沿軌道伸展所述至少一個(gè)葉片；設(shè)置在管狀體的內(nèi)孔中并與所述推進(jìn)套筒相接觸的縱向偏置元件；和耦合于管狀體與推進(jìn)套筒之間的運(yùn)動(dòng)限制部件，用以限制推進(jìn)套筒響應(yīng)于所述壓力的軸向運(yùn)動(dòng)的范圍。
31.如權(quán)利要求30所述的可展開擴(kuò)眼器設(shè)備，還包括耦合于推進(jìn)套筒的內(nèi)部孔的行進(jìn)套筒，用于有選擇地允許流過(guò)所述內(nèi)孔的鉆井流體與推進(jìn)套筒的連通，以影響其中的軸向運(yùn)動(dòng)，并且所述行進(jìn)套筒還構(gòu)造成在位置上將推進(jìn)套筒在運(yùn)動(dòng)之前固定在初始位置。
32.如權(quán)利要求30所述的可展開擴(kuò)眼器設(shè)備，其中，所述運(yùn)動(dòng)限制部件隨偏置元件的運(yùn)動(dòng)浮動(dòng)，同時(shí)限制推進(jìn)套筒的軸向運(yùn)動(dòng)的范圍。
33.一種用于對(duì)地下地層中的鉆孔進(jìn)行擴(kuò)眼的可展開擴(kuò)眼器，其包括 具有縱向軸線的主體；貫穿所述主體延伸的用于引導(dǎo)鉆井流體通過(guò)的鉆井流體流動(dòng)路徑； 由所述主體承載的多個(gè)葉片，所述葉片相對(duì)于縱向軸線成銳角，各葉片具有至少一個(gè)與之耦合的輥?zhàn)釉?；和位于所述主體內(nèi)的致動(dòng)器，所述致動(dòng)器構(gòu)造成響應(yīng)于流動(dòng)路徑中的鉆井流體提供的壓力以及一相反的作用力，而直接在伸展位置與縮回位置之間致動(dòng)所述多個(gè)葉片。
34.如權(quán)利要求33所述的可展開擴(kuò)眼器，還包括耦合于所述致動(dòng)器而用于提供所述相反的作用力的至少一個(gè)偏置元件，以及還包括用于有選擇地限制所述多個(gè)葉片的運(yùn)動(dòng)超過(guò)最外伸展位置的結(jié)構(gòu)，所述伸展位置相應(yīng)于可展開擴(kuò)眼器設(shè)備的展開直徑。
35.如權(quán)利要求34所述的可展開擴(kuò)眼器，其中，各輥?zhàn)釉邱詈嫌谙鄳?yīng)葉片的圓柱形輥?zhàn)釉?，這樣多個(gè)輥?zhàn)釉械拿恳粋€(gè)的至少一部分共同限定了所述展開直徑，以便在輥?zhàn)釉佑|鉆孔壁同時(shí)擴(kuò)眼器位于展開位置時(shí)，各輥?zhàn)釉@其縱向軸線旋轉(zhuǎn)。
36.如權(quán)利要求33所述的可展開擴(kuò)眼器，其中，所述縮回位置對(duì)應(yīng)于一縮回直徑，各輥?zhàn)釉邱詈嫌谙鄳?yīng)葉片的圓柱形輥?zhàn)釉?，這樣，多個(gè)輥?zhàn)釉械拿恳粋€(gè)的至少一部分共同限定了縮回直徑，以便在輥?zhàn)釉佑|鉆孔壁同時(shí)擴(kuò)眼器位于縮回位置時(shí)，各輥?zhàn)釉@其縱向軸線旋轉(zhuǎn)。
37.如權(quán)利要求33所述的可展開擴(kuò)眼器，其中，在擴(kuò)眼期間，輥?zhàn)釉目v向軸線平行于井眼的縱向軸線。
38.如權(quán)利要求33所述的可展開擴(kuò)眼器，其中，在擴(kuò)眼期間，輥?zhàn)釉目v向軸線不平行于井眼的縱向軸線。
39.如權(quán)利要求35所述的可展開擴(kuò)眼器，其中，輥?zhàn)釉耐獗砻媸瞧交摹?br> 40.如權(quán)利要求35所述的可展開擴(kuò)眼器，其中，輥?zhàn)釉耐獗砻婢哂信c之耦合的插入件。
41.如權(quán)利要求33所述的可展開擴(kuò)眼器，其中，至少一個(gè)輥?zhàn)釉耐獗砻婢哂卸鄠€(gè)與之耦合的插入件，以及其中，輥?zhàn)釉詈嫌谌~片，以便在擴(kuò)眼期間，多個(gè)插入件中的一個(gè)的至少一部分接觸井眼。
42.如權(quán)利要求33所述的可展開擴(kuò)眼器，其中，至少一個(gè)輥?zhàn)釉耐獗砻婢哂卸鄠€(gè)與之耦合的插入件，以及其中，輥?zhàn)釉詈嫌谌~片，以便在擴(kuò)眼期間，多個(gè)插入件中的至少一個(gè)以及輥?zhàn)釉耐獗砻娴闹辽僖徊糠纸佑|井眼。
43.一種用于對(duì)井眼進(jìn)行擴(kuò)眼的可展開擴(kuò)眼器的輥?zhàn)訑U(kuò)眼器葉片，其包括塊體，所述塊體具有外表面、與井眼的縱向軸線平行的縱向軸線和將所述塊體可滑動(dòng)地耦合于可展開擴(kuò)眼器的結(jié)構(gòu)，所述可展開擴(kuò)眼器具有將葉片配置在縮回位置、展開位置或縮回位置與展開位置之間的任何位置的至少一個(gè)軌道；輥?zhàn)釉?，其具有耦合于一軸的圓柱形輥?zhàn)又黧w，輥?zhàn)釉哂型鈹U(kuò)眼表面和縱向旋轉(zhuǎn)軸線；和其中，輥?zhàn)釉尚D(zhuǎn)地耦合于所述塊體，以便所述擴(kuò)眼表面的至少一部分突伸過(guò)所述塊體的外表面。
44.如權(quán)利要求43所述的輥?zhàn)訑U(kuò)眼器葉片，其中，輥?zhàn)釉目v向軸線平行于所述塊體的縱向軸線。
45.如權(quán)利要求43所述的輥?zhàn)訑U(kuò)眼器葉片，其中，輥?zhàn)釉目v向軸線不平行于所述塊體的縱向軸線。
46.如權(quán)利要求43所述的輥?zhàn)訑U(kuò)眼器葉片，其中，擴(kuò)眼表面包括多個(gè)與之耦合的插入件。
47.如權(quán)利要求46所述的輥?zhàn)訑U(kuò)眼器葉片，其中，擴(kuò)眼表面的突伸過(guò)所述塊體的外表面的部分僅由多個(gè)插入件中的一個(gè)或更多個(gè)的至少一部分構(gòu)成。
全文摘要
一種用于對(duì)地下地層進(jìn)行鉆孔的可展開擴(kuò)眼器設(shè)備，其可包括一管狀體；一個(gè)或更多個(gè)葉片，各葉片在位置上耦合于管狀體的傾斜軌道；一推進(jìn)套筒；和鉆井流體流動(dòng)路徑，其貫穿管狀體的內(nèi)孔延伸，用于引導(dǎo)鉆井流體通過(guò)。所述一個(gè)或更多個(gè)葉片中的每一個(gè)都構(gòu)造成對(duì)地下地層進(jìn)行擴(kuò)眼。推進(jìn)套筒可以配置在管狀體的內(nèi)孔中，并與所述一個(gè)或更多個(gè)葉片中的每一個(gè)耦合，以便響應(yīng)于對(duì)一作用力或內(nèi)孔的流動(dòng)路徑中鉆井流體的壓力的暴露而影響其沿軌道至展開位置的軸向運(yùn)動(dòng)。各葉片可包括一個(gè)或更多個(gè)用于對(duì)井眼進(jìn)行擴(kuò)眼的輥?zhàn)釉?br> 文檔編號(hào)E21B10/62GK102341560SQ201080009996
公開日2012年2月1日 申請(qǐng)日期2010年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月28日
發(fā)明者S·雷福德, T·K·馬維爾 申請(qǐng)人:貝克休斯公司