專利名稱：具有可徑向展開部件的擴(kuò)孔器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種井下裝置(downhole apparatus),且更具體地，涉及一 種具有可伸縮部件的井下裝置。
背景技術(shù)：
有各種各樣的具有可展開刀具的工具被用于油和氣的探測(cè)和生產(chǎn)工 業(yè)，包括擴(kuò)孔器(under-reamer)。所述刀具可通過應(yīng)用重力或通過液壓驅(qū) 動(dòng)。本申請(qǐng)人的國際專利申請(qǐng)WO00/31371和WO2004/097163中描述了這 種工具的例子，其公開的內(nèi)容通過引用結(jié)合到本文中。擴(kuò)孔器(imder-reamer)將通常被結(jié)合到鉆柱中，位于鉆頭的上方， 并且所述擴(kuò)孔器(imder-reamer)的切割刀片，或刀片展開裝置最初將被 限制在收縮位置，通常通過安全銷或類似物。這允許操作員使用鉆頭鉆通 套管最后一個(gè)分段的下端的水泥塞和套管鞋，所述擴(kuò)孔器(imder-reamer) 被布置在所述套管(casing)中。只有當(dāng)孔被鉆到所述擴(kuò)孔器(imder-reamer) 超出所述套管的末端的程度時(shí)，所述擴(kuò)孔器(imder-reamer)才被觸發(fā)啟 動(dòng)，并且所述刀具展開，從而將由所述鉆頭切割出的孔擴(kuò)展使其直徑大于 現(xiàn)有的套管。發(fā)明內(nèi)容根據(jù)本發(fā)明，提供了一種井下裝置，其包括 主體；可展開部件，其安裝在所述主體上并且可在收縮和展開形態(tài)之間移動(dòng)；以及操作員可觸發(fā)啟動(dòng)的保持構(gòu)件，其用于將所述可展開部件保持在所述 收縮形態(tài)。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種井下裝置，其包括-主體；可展開部件，其安裝在所述主體上并且可在收縮和展開形態(tài)之間移 動(dòng)；以及可遙控操作的保持構(gòu)件，其用于將所述可展開部件保持在所述收縮形態(tài)。所述可展開部件可以是刀具，這樣所述裝置可以是如擴(kuò)孔器之類的切 割裝置。對(duì)于這種應(yīng)用，本發(fā)明提供了優(yōu)于現(xiàn)有的擴(kuò)孔器(under-reamer) 的優(yōu)勢(shì)，其在于操作員可以控制所述裝置使得所述切割部件保持在所述收縮形態(tài)，或防止所述切割部件的展開。當(dāng)操作員想要在擴(kuò)孔操作之后執(zhí)行 操作時(shí)，但是想要確保所述切割部件將被保持在所述收縮形態(tài)，這個(gè)特別 有用。所述保持構(gòu)件可鎖定從而將所述可展開部件固定在所述收縮形態(tài)， 所述部件沒有被再次展開的可能，或者可設(shè)定成將所述可展開構(gòu)件保持在 收縮形態(tài)，具有隨后展開所述部件的可能。之前的裝置提供操作員以確定 的舒適，其在于所述可展開部件不能被展開，同時(shí)之后的裝置提供操作員 以額外的靈活程度，其在于如果必要或合適時(shí)所述可展開部件可被重新展 開。本發(fā)明對(duì)于流體驅(qū)動(dòng)的可展開部件具有特別的效用，通常部件通過應(yīng) 用在所述主體的內(nèi)部和圍繞的環(huán)形套筒之間或所述主體中流動(dòng)限制兩端 的壓差的作用被展開。在這種裝置中，本發(fā)明允許操作員使流體以相對(duì) 高的速度流動(dòng)通過所述裝置，否則其將展開所述部件，然而所述可展開部 件由所述保持構(gòu)件固定在所述收縮形態(tài)。在一個(gè)實(shí)施例中，所述裝置包括用來展開所述可展開部件的構(gòu)件。這 個(gè)構(gòu)件可以是機(jī)械驅(qū)動(dòng)的，例如通過重力或張力的應(yīng)用，但是優(yōu)選流體驅(qū) 動(dòng)，首選通過從表面泵通過或進(jìn)入所述裝置的流體。在一個(gè)實(shí)施例中，所 述可展開部件由活塞驅(qū)動(dòng)，部件展開活塞在第一方向的移動(dòng)導(dǎo)致所述部件 的展開，以及活塞在第二方向的移動(dòng)使得所述部件收縮，或者更優(yōu)選的是 徹底地(positively)或完全地收縮所述部件。所述活塞可最初被固定在部件 收縮位置，并且可最初與驅(qū)動(dòng)壓力隔離。所述展開構(gòu)件可通過任何合適的 方法觸發(fā)啟動(dòng)，例如投入球或類似物。同樣地，在其它實(shí)施例中使用不同的構(gòu)件用來展開所述可展開部件，這些構(gòu)件最初可以是不活動(dòng)的或不起作 用的。所述保持構(gòu)件可通過如重力，張力或電驅(qū)動(dòng)之類的任何合適的方法驅(qū) 動(dòng)。盡管如此，但是優(yōu)選用流體驅(qū)動(dòng)所述保持構(gòu)件，并且可包括部件保持 活塞，驅(qū)動(dòng)流體壓力趨向于導(dǎo)致所述活塞將所述可展開部件固定在所述收 縮形態(tài)?？蛇x地，或者另外，驅(qū)動(dòng)流體壓力將趨向于促使所述部件保持活 塞收縮所述部件。所述裝置包括部件保持活塞和部件展開活塞，所述活塞可被構(gòu)造成工 作于相反地響應(yīng)驅(qū)動(dòng)的液體壓力，并且所述活塞可被如此設(shè)定，以至于響 應(yīng)同樣水平的驅(qū)動(dòng)流體壓力，所述部件保持活塞產(chǎn)生的力超出所述部件展 開活塞產(chǎn)生的力。所述活塞中的一個(gè)或者兩個(gè)都是環(huán)形的，從而允許流體從其中通過。 盡管如此，但是優(yōu)選的所述部件保持活塞適合于接收或與密封部件配合， 所述密封部件限制或阻礙通過所述活塞的流動(dòng)，觸發(fā)啟動(dòng)所述活塞并且產(chǎn) 生相對(duì)大面積的活塞，這樣超巨大的壓力可被產(chǎn)生穿過活塞。所述可展開 部件是流體驅(qū)動(dòng)的，并且被布置在所述活塞的下游，所述密封部件與所述 部件保持活塞的接合也可用來使所述可展開部件與驅(qū)動(dòng)壓力隔離，促使所 述部件的收縮?？蛇x地，或者另外，所述密封部件與所述部件保持活塞的 接合可阻礙流體循環(huán)通過所述裝置并且可停止孔中的流體循環(huán)。在這些圓 周中，所述裝置內(nèi)部所述活塞下方與圍繞的環(huán)形套筒之間的壓差將趨向于 相等，促使壓差驅(qū)動(dòng)可展開部件的收縮。所述活塞下方和所述圍繞的環(huán)形 套筒中的壓力還將趨向于下降接近于流體靜壓力，因此增加所述部件保持 活塞的效力，特別是如果所述活塞通過所述裝置內(nèi)部和所述圍繞的環(huán)形套 筒之間的壓差運(yùn)行。所述部件保持活塞和密封部件的組合可重新構(gòu)造從而恢復(fù)流體流通 的通道。因此， 一旦所述部件被收縮，通過所述裝置的流動(dòng)可被恢復(fù)。這 個(gè)可使用任何合適的機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，包括提供包括多個(gè)元件活塞，所述元件最初相互鎖定，但是在所述活塞平移(translation)之后可移動(dòng)從而打開流體 通道。所述部件保持活塞或至少其中的部分，可被鎖定在所述部件保持位置。優(yōu)選地，所述部件保持活塞可與所述可展幵部件關(guān)聯(lián)運(yùn)行，這樣所述 活塞的移動(dòng)可被用來徹底地收縮所述部件。優(yōu)選地，所述可展開部件通常是收縮的，也就是說沒有驅(qū)動(dòng)力時(shí)，所 述部件往往是接近于所述收縮形態(tài)。這個(gè)可通過提供作用在所述部件上的 彈簧裝置實(shí)現(xiàn)。所述彈簧裝置可直接作用在所述部件上，或者通過所述裝 置的另一元件作用，如部件驅(qū)動(dòng)活塞或凸輪。優(yōu)選地，所述主體為管狀，具有適合于與支撐柱結(jié)合的末端，所述支 撐柱通常為鉆柱?？蛇x地，所述主體可適合于安裝到支撐的末端。所述可 展開部件可展開通過所述主體上的窗口。優(yōu)選地，所述可展幵部件可相對(duì) 于所述主體徑向線性移動(dòng)，但是可相對(duì)于所述主體樞轉(zhuǎn)。所述保持構(gòu)件最初可不活動(dòng)或者另外被迫使不起作用。因此，沒有所 述保持裝置的運(yùn)行，所述裝置最初可運(yùn)行使得所述可展開部件展開或收 縮。所述保持部件接著可被選擇性地觸發(fā)啟動(dòng)，例如通過投入球，套或類 似物，施加重力或張力，運(yùn)行開關(guān)，或者收縮或展開狗或鍵。如上所述， 所述保持構(gòu)件包括環(huán)形活塞，球可被投入使得通過所述活塞的通道被關(guān)閉 并且因此觸發(fā)啟動(dòng)活塞?？蛇x地，所述保持構(gòu)件可在活動(dòng)與不活動(dòng)形態(tài)之間循環(huán)。這個(gè)可通過 重力的應(yīng)用和釋放，或者通過循環(huán)流體壓力實(shí)現(xiàn)。例如，所述保持構(gòu)件可 包括凸輪和如連續(xù)的J槽之類的凸輪從動(dòng)裝置，其控制部件保持活塞相對(duì) 于所述主體的移動(dòng)。在一個(gè)實(shí)施例中，所述保持構(gòu)件包括至少一個(gè)最初不活動(dòng)的部件保持 活塞。所述活塞可通過打幵從所述活塞的低壓側(cè)到所述主體的外部或其他 低壓區(qū)域的流體通道，允許所述活塞響應(yīng)內(nèi)部施加的驅(qū)動(dòng)壓力的位移觸發(fā) 啟動(dòng)。所述流體通道可通過任何合適的構(gòu)件打開，并且在優(yōu)選的實(shí)施例中 設(shè)置有閥用來控制沿著所述流體通道的流動(dòng)。所述閥本身可通過任何合適 的構(gòu)件打開，但是優(yōu)選地通過將觸發(fā)啟動(dòng)器件投入到所述閥中打開，所述 器件促使所述閥兩邊壓差的產(chǎn)生，所述壓力可被用于使所述閥相對(duì)于所述 主體移動(dòng)并且打開所述流動(dòng)通道?？蛇x地，部件保持活塞可通過將球，鏢 狀物或類似物投入或泵入所述活塞中的開口，從而關(guān)閉通過所述活塞的流體通道。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供有操作井下裝置的方法，所述方法包括: 提供一種井下裝置，其具有可在收縮和展開形態(tài)之間移動(dòng)的部件； 利用流體壓力展開所述部件；以及接著重新構(gòu)造所述裝置并且利用流體壓力將所述部件保持在所述收縮形態(tài)。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供有操作井下裝置的方法，所述方法包括: 提供一種井下裝置，其具有可在收縮和展開形態(tài)之間移動(dòng)的部件； 展開所述部件；以及選擇性地將所述部件保持在所述收縮形態(tài)。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供有一種操作井下裝置的方法，所述方法 包括提供一種井下裝置，其具有可在第一和第二形態(tài)之間移動(dòng)的部件； 利用第一流體壓力驅(qū)動(dòng)裝置使所述部件向所述第一形態(tài)移動(dòng)；以及 利用第二流體壓力驅(qū)動(dòng)裝置使所述部件保持在所述第二形態(tài)，所述第 二流體壓力驅(qū)動(dòng)裝置相反于所述第一流體壓力驅(qū)動(dòng)裝置運(yùn)行。
本發(fā)明的這些和/或其它方面將以示例的方式結(jié)合附圖描述，其中 圖l， 2， 3和4是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的擴(kuò)孔器(imder-reamer) 的剖視圖；圖5是圖1中擴(kuò)孔器(under-reamer)的刀具展開活塞的放大透視圖； 圖6是放大透視圖，圖示了圖5中活塞和關(guān)聯(lián)的刀具； 圖7和8是圖1中擴(kuò)孔器(imder-reamer)的刀具保持活塞的部分放大剖 視圖；圖7a是圖7中活塞的部分透視圖；圖9， 10， 11和12是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的擴(kuò)孔器(under-reamer) 的剖視圖；圖13， 14和15是圖9中擴(kuò)孔器(under-reamer)的刀具保持活塞的放大 剖視圖；圖16是可選的刀具保持活塞裝置的剖視圖；圖17是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的擴(kuò)孔器(imder-reamer)的視圖；以及圖18， 19， 20， 21和22是圖17中的擴(kuò)孔器(under-reamer)在各種不 同形態(tài)下的剖視圖。
具體實(shí)施方式
首先參照附圖中的圖1至4，所述圖1至4是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的擴(kuò)孔 器(under-reamer) IO的剖視圖。如將被描述的，如圖2所示，擴(kuò)孔器 (under-reamer) IO被如此布置，使得擴(kuò)孔器(under-reamer)刀具12 可被展開，從而進(jìn)行切割操作，并且此外如圖3和4所示，當(dāng)進(jìn)行其它井下 操作時(shí)，擴(kuò)孔器(under-reamer)刀具12可被完全地或徹底地(positively) 保持在收縮形態(tài)。擴(kuò)孔器(under-reamer) 10包括一般管狀主體14，其包括4個(gè)螺紋連 接在一起的部分14a， 14b， 14c， 14d。傳統(tǒng)的銷和套筒連接16， 17被設(shè)置 在主體14的末端，從而使得擴(kuò)孔器(under-reamer) IO可被結(jié)合到鉆柱中，位于所述鉆頭的上方。擴(kuò)孔器(under-reamer) 10具有3個(gè)刀具12,所述刀具12被布置在主 體部分14b中的各自的窗口18中。每個(gè)刀具12與刀具驅(qū)動(dòng)活塞22的凸輪表 面20配合。如圖5和6所示，凸輪表面20和刀具12定義配合的燕尾槽輪廓24， 25，這樣活塞22通過凸輪表面20被完全地或徹底地接合。因此，活塞22 相對(duì)于主體14的向上移動(dòng)導(dǎo)致刀具12從主體14徑向地展開，然而活塞22 沿反方向的移動(dòng)使刀具12完全地或徹底地收縮。刀具展開活塞22定義通孔26，所述通孔26形成延伸通過擴(kuò)孔器 (under-reamer) IO的孔的一部分。與孔26連接并且從活塞22的上端延伸 的是密封套筒28，同時(shí)從密封套筒28的上端延伸的是彈簧支撐套筒30。密 封套筒28從活塞22延伸通過固定在主體部分14b， 14c的末端之間的支撐軸 環(huán)32。軸環(huán)32設(shè)置有主體和套筒接合密封件34， 35，其用于阻礙主體部分 14b， 14c的內(nèi)部和主體14的外部之間通過刀具窗口18的流體連通。刀具展 開活塞22當(dāng)然還設(shè)置有合適的密封件36，使得通過活塞22下方的孔的主體與刀具窗口18隔離。設(shè)定活塞密封件36和支撐軸環(huán)密封件35之間的面積 差，和圍繞所述工具的環(huán)空中的更低的壓力，主體14中的提高的流體壓力 在活塞22上產(chǎn)生向上的力，并且所述力趨向展開刀具12。盡管如此，但是 刀具回復(fù)壓縮彈簧38被設(shè)置在主體部分14c和彈簧支撐套筒30之間的腔40 中，彈簧38的下端支撐在套筒肩42上，同時(shí)彈簧38的上端抵靠在軸環(huán)44 的下端，所述軸環(huán)44固定在主體14上，軸環(huán)44具有肩48，所述肩48被限制 在主體部分14c的上端和14d的下端之間。如圖1所示，當(dāng)沒有刀具展開的 提高的流體壓力時(shí)，彈簧38向下推動(dòng)套筒30，并且因此向下推動(dòng)活塞22， 趨向于將刀具22保持在所述收縮形態(tài)。如下文將被描述的，擴(kuò)孔器(under-reamer)主體14的上端包括鎖定 裝置50，所述鎖定裝置50用來選擇性地將刀具12保持在所述收縮形態(tài)。鎖 定裝置50包括刀具保持活塞52，所述刀具保持活塞52可在上主體部分14d 中軸向移動(dòng)，并且更詳細(xì)地顯示在圖7和8中。盡管如此，但是活塞52的軸 向移動(dòng)由凸輪裝置53控制，所述凸輪裝置53包括在活塞52的外表面的連續(xù) 的凸輪槽54(圖7a)，其與主體安裝銷55接合。凸輪槽54在圍繞活塞套筒58 安裝的活塞軸環(huán)56中定義，所述活塞套筒58從軸環(huán)56上方的肩60延伸通過 軸環(huán)56，并且直至彈簧接合軸環(huán)44。弱壓縮彈簧62被設(shè)置在軸環(huán)肩48和活 塞軸環(huán)56的下表面之間，并且趨向于朝著圖l中顯示的位置向上推動(dòng)活塞 52?；钊恢弥甘酒?4被設(shè)置在主體部分14d中，位于活塞52的上方，并 且通過安全銷66相對(duì)于主體14固定。在放大圖7和8所示，指示器64具有軸 向延伸探針68，當(dāng)活塞52在上面位置時(shí)，所述探針68延伸到活塞套筒58 的上端，限制通過套筒58的流體流動(dòng)。該流動(dòng)限制在表面上產(chǎn)生可被操作 員探測(cè)的背壓，因此允許操作員確定活塞52在主體14中的位置?；钊淄布?0攜帶有圓周密封件70，所述密封件70和與活塞套筒58 的下端配合的軸環(huán)肩48上的密封件一起，用來隔離活塞52下方的腔74,所 述腔74中容納彈簧62。腔74與主體14的外部通過徑向端口76進(jìn)行流體連 通，這樣擴(kuò)孔器(under-reamer)主體14中提高的流體壓力趨向于向下推 動(dòng)活塞52。盡管如此，但是如下所述，活塞52的移動(dòng)由凸輪裝置53控制。當(dāng)擴(kuò)孔器(under-rearner)主體14中有很少或沒有內(nèi)壓力時(shí)，擴(kuò)孔器(under-reamer) 10呈現(xiàn)如圖1中的形態(tài)。也就是說弱彈簧62將活塞52保 持在上升位置的同時(shí)，強(qiáng)彈簧38向下推動(dòng)刀具展開活塞22，從而收縮刀具 12，這樣活塞套筒58的下端與彈簧支撐套筒30的上端脫開。如圖2所示，如果擴(kuò)孔器(under-reamer) IO中的流體壓力增加，作 用在刀具展開活塞22兩邊的增加的壓差將向上移動(dòng)活塞22，克服彈簧38 作用，并且徑向向外推動(dòng)刀具12。盡管如此，但是因?yàn)橥馆嗕N55沿槽54 移動(dòng)一步，凸輪裝置53只允許非常有限的活塞52向下移動(dòng)，這樣彈簧支 撐套筒30自由地向上移動(dòng)通過擴(kuò)孔器(under-rearner)主體14。當(dāng)所述壓力隨后被降低，彈簧38將導(dǎo)致活塞22向下移動(dòng)，并且收縮刀 具12。銷55還將沿凸輪槽54前進(jìn)。當(dāng)所述擴(kuò)孔器(under-rearner)內(nèi)部壓力接著被再一次增加，凸輪裝 置53此刻被如此設(shè)定，凸輪銷55相對(duì)于活塞52自由地向上移動(dòng)。因此，假 設(shè)密封件70和72之間定義的相對(duì)大的面積，以及弱彈簧62，活塞52將向下 移動(dòng)到呈現(xiàn)如圖3所示位置。因?yàn)榇艘苿?dòng)將使得活塞52從指示器64分離， 因而產(chǎn)生的背壓的下降可在表面確認(rèn)，通知操作員活塞52已經(jīng)移動(dòng)。當(dāng)活塞52向下移動(dòng)通過主體14時(shí)，所以活塞套筒58的下端向下移動(dòng)通 過套筒44，從而與支撐彈簧套筒30的上端接合。進(jìn)一步增加擴(kuò)孔器 (under-reamer)主體14的內(nèi)部流體壓力將趨向于向上推動(dòng)刀具展開活塞 22，盡管如此，但是假設(shè)刀具保持活塞52的更大的有效面積，以及彈簧38 的作用，在相反方向作用有更大的力，因此將刀具12保持在收縮形態(tài)，如 圖3所示。如果隨后希望展開刀具12，擴(kuò)孔器(under-reamer)主體14中的壓力 可被循環(huán)使得活塞52保持在上面的位置，如圖1和2所示，在所述位置刀具 展開活塞22可自由移動(dòng)并且徑向向外推動(dòng)刀具12。如果，無論任何原因，刀具12在擴(kuò)孔操作之后沒有收縮，阻礙了包括 擴(kuò)孔器(under-rearner) IO的柱從所述孔取回，球80可被投入到所述鉆柱 中，降落在上活塞位置指示器64中，如圖4和8所示。從圖7和8中顯而易見 的是，指示器64定義流體通道，所述通道包括中心進(jìn)口82，所述中心進(jìn)口 82接著分開成4個(gè)出口84。進(jìn)口82定義底座86，球80降落在所述底座86上。 通過關(guān)閉進(jìn)口82和通過指示器64的流體通道，球80使指示器64轉(zhuǎn)換到大面積活塞，并且通過增加表面的泵壓，對(duì)于產(chǎn)生相當(dāng)大的穿過指示器64的壓力是可能的。壓力最初的上升將導(dǎo)致銷66剪切，指示器64的側(cè)壁與上主體 部分14d密封接觸，這樣，所述指示器64接著被向下推動(dòng)到活塞52的上表 面，并且指示器64經(jīng)歷的實(shí)際壓力接著被傳遞給活塞52。這個(gè)力，可能比 任何機(jī)械力都大，可通過所述鉆柱被傳遞，將表現(xiàn)為向下推動(dòng)活塞22，因 此使刀具12縮回。上述擴(kuò)孔器(imder-rearner) IO對(duì)于希望鉆孔和向下擴(kuò)孔并且接著清 理所述孔從而移除碎塊或類似物的操作員來說是有用的。這包括通過高速 旋轉(zhuǎn)的柱循環(huán)流體，使用傳統(tǒng)的流體驅(qū)動(dòng)擴(kuò)孔器(under-reamer),將導(dǎo) 致所述刀具展開，破壞擴(kuò)孔器(under-reamer)所處的套管。使用上述擴(kuò) 孔器(under-rearner) 10，操作員可使鉆孔液壓泵循環(huán)，從而將活塞52 設(shè)定在刀具保持位置，并且清楚地知道刀具12將保持在收縮形態(tài)，安全地 進(jìn)行泵送或旋轉(zhuǎn)?，F(xiàn)在參照附圖中的圖9至15，圖9至15圖示了根據(jù)本發(fā)明的另外的實(shí)施 例的擴(kuò)孔器(under-reamer) 90。擴(kuò)孔器(under-reamer) 90提供有與上 述擴(kuò)孔器(under-reamer) IO —樣的優(yōu)勢(shì)，盡管如此，但是擴(kuò)孔器 (under-reamer )90包括刀具保持裝置，其最初靜止或不活動(dòng)(dormant or inactive),這樣擴(kuò)孔器(under-reamer) 90中的循環(huán)流體壓力對(duì)所述刀 具保持裝置無效直到所述裝置被觸發(fā)啟動(dòng)，如將被描述的。此外，如圖9 所示，通過將活塞92與擴(kuò)孔器(under-reamer)內(nèi)部流體壓力隔離開的鎖 94的作用，刀具展開活塞92最初還被布置成不活動(dòng)或靜止。盡管如此，但 是如果球96被投入或泵入鎖94中，鎖94和球96的組合產(chǎn)生活塞，鎖94的兩 邊因而產(chǎn)生的流體壓差剪切保持銷98并且軸向向下移動(dòng)鎖94，使其與活塞 92的下端脫離，從而將活塞92暴露給擴(kuò)孔器(under-reamer)內(nèi)部液體壓 力。應(yīng)注意的是鎖94包括中心通孔100，其具有底座102，球96降落在所述 底座102上。 一旦鎖94被向下移動(dòng)到使活塞92暴露給內(nèi)部流體壓力，鎖94 中另外的流動(dòng)通道104被暴露，允許流體再次流動(dòng)通過鎖94。釋放鎖94也允許流體通過擴(kuò)孔器(under-reamer) 90的內(nèi)部與警告端 口106之間，通過其流體可從擴(kuò)孔器(under-reamer)的內(nèi)部流入圍繞的環(huán)形套筒并流向刀具108。端口106在清潔刀具108時(shí)有用，并且因而發(fā)生 的背壓的下降能被看見，當(dāng)端口106打開還在表面提供活塞92已被觸發(fā)啟 動(dòng)的指示。如圖10所示，釋放鎖94之后，通過啟動(dòng)表面鉆孔流體泵增加擴(kuò)孔器 (under-rearner)內(nèi)部的流體壓力，導(dǎo)致活塞92在擴(kuò)孔器(under-reamer) 主體110中向上移動(dòng)，從而展開刀具108。刀具保持活塞112被布置在擴(kuò)孔器(under-reamer)主體110的上部并 且類似于上述擴(kuò)孔器(under-rearner) 10，具有活塞肩114和套筒116。如 下所述， 一旦所述活塞被觸發(fā)啟動(dòng)，套筒116的下端可移動(dòng)至與彈簧支撐 套筒118的上端接觸，所述彈簧支撐套筒118被結(jié)合到刀具展開活塞92。刀具保持活塞112被布置在圓柱體120中，圓柱體120低于活塞112的部 分最初被油充滿。如圖13， 14和15中更清晰所示，圓柱體120下端的端口 122與管道124相通，所述管道124在擴(kuò)孔器(under-reamer)主體110和圓 柱體120之間向上延伸。至少在最初，管道124的上端由布置在擴(kuò)孔器 (under-reamer)通孔中的一般圓柱閥126關(guān)閉。在其最初位置，閥126 將管道124與端口128隔離，所述端口128提供擴(kuò)孔器(under-reamer)主 體110的內(nèi)部與所述主體的外部的傳遞。如果需要觸發(fā)啟動(dòng)刀具保持活塞112，操作員將第二個(gè)更大的球130 投入到所述柱中，所述球130通過所述柱并且降落在閥126中(圖14)，在彈 簧保持銷132的內(nèi)端。因而產(chǎn)生的壓力穿過閥126剪切保持銷134，所述保 持銷134使閥126相對(duì)于主體110固定，允許閥126軸向向下移動(dòng)通過主體 110直到銷132的頭部越過在圓柱體120的壁上切出的圓周槽136，其使得銷 132向外移動(dòng)，將閥126相對(duì)于主體110鎖定，并且釋放球130。如圖15所示， 閥126軸向向下的移動(dòng)打開管道124和端口128之間的液體傳遞，使得油從 圓柱體120轉(zhuǎn)移。與首先描述的實(shí)施例一樣，定義在密封件138， 139之間 的保持活塞112的有效面積大于定義在密封件140， 141之間的展開活塞192 的有效面積。如圖11所示，因此，任何驅(qū)動(dòng)流體壓力將在活塞112上產(chǎn)生 大于活塞92的力，這樣流體壓力將趨向于保持刀具108在所述收縮形態(tài)。 當(dāng)然，刀具回復(fù)彈簧142也將趨向于移動(dòng)活塞92從而使刀具108收縮。與首先描述的實(shí)施例一樣，如果刀具108在展開形態(tài)被堵塞，可能的是，將另外的球146(圖12)投入到所述柱中，降落到活塞套筒116的下端的 底座上。當(dāng)球146有效地關(guān)閉所述擴(kuò)孔器(under-reamer)通孔時(shí)，環(huán)形 套筒活塞112接著變成大面積循環(huán)活塞，使得超巨大的壓力被施加在活塞 92上，從而使刀具108收縮。因此，將顯而易見的是，擴(kuò)孔器(under-reamer) 90提供給操作員以 選擇性地觸發(fā)啟動(dòng)擴(kuò)孔器(under-reamer)使刀具108展開的能力，并且 接著操作員可進(jìn)一步選擇徹底地將刀具108保持在所述收縮形態(tài)，雖然在 以提高的速度旋轉(zhuǎn)和泵流體通過擴(kuò)孔器(under-reamer) 90，清楚地知道 擴(kuò)孔器(under-reamer)刀具108將被保持在收縮形態(tài)，使得清潔和其他 操作被執(zhí)行。如圖16所示，在其他實(shí)施例中，可能的是包括兩個(gè)刀具保持活塞，一 前一后運(yùn)行。在此實(shí)施例中，設(shè)置有兩個(gè)活塞212a， 212b，并且以類似于 上文中參照擴(kuò)孔器(under-reamer)112的運(yùn)行描述的活塞112的方式運(yùn)行。 盡管如此，但是在管道224和擴(kuò)孔器(under-reamer)主體的外部之間開 始的傳遞中，由活塞212a， 212b產(chǎn)生的向下力將雙倍于從對(duì)應(yīng)單個(gè)活塞可 得到的力，所述力趨向于收縮關(guān)聯(lián)的刀具，或?qū)⑺龅毒弑３衷谒鍪湛s 形態(tài)?，F(xiàn)在將參照?qǐng)D17至22，圖17至22圖示了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的擴(kuò) 孑L器(under—reamer) 310。擴(kuò)孑L器(under—reamer) 310與上述J廣孑L器 (under-reamer) 10， 90具有許多相同的操作特征，盡管如此，但是如下 文所述刀具保持鎖定裝置350稍微不同。刀具保持鎖350包括3個(gè)主要元件，分成兩部分的活塞352和流動(dòng)控制 導(dǎo)管353?；钊?52包括外套筒352a和內(nèi)套筒352b。外套筒352a最初通過安 全銷355相對(duì)于主體314固定。內(nèi)套筒352b被布置在外套筒352a中并且通過 保持球352c相對(duì)于外套筒352a固定，所述保持球352c被布置在內(nèi)套筒352 上的圓周槽352d中。盡管如此，但是如將被描述的，如果活塞352被平移 (translation)通過主體314，這樣球352c可向外移動(dòng)進(jìn)入主體314的內(nèi) 表面上的槽314e中，內(nèi)套筒352b可相對(duì)于外套筒352a前進(jìn)并且將活塞352 鎖定在刀具鎖定位置，如圖22所示。流動(dòng)控制導(dǎo)管353相對(duì)于主體314固定并且最初延伸進(jìn)入活塞352中。導(dǎo)管353在所述底座上方定義球底座353a和橫向流動(dòng)通道353b，所述底座 為導(dǎo)管353的內(nèi)部和活塞352上方環(huán)狀體積之間提供流體連通。使用中，工具310被結(jié)合到鉆柱中，位于鉆頭的上方，并且工具310 以圖17和18所示的形態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)入孔。所述鉆頭最初將被用來鉆動(dòng)通過最低 的套管柱的下端的水泥塞和套管鞋。鉆孔流體將循環(huán)通過所述鉆柱，并且 因此通過擴(kuò)孔器(under-reamer) 310，盡管如此，但是這對(duì)于所述最初 不活動(dòng)的工具沒有作用。與上述擴(kuò)孔器(under-reamer) 90方式的相似， 一旦所述鉆頭將所述孔充分地延伸至布置刀具312超出所述套管的末端， 球396 (圖19)從表面被投入或泵入通過所述柱并且降落在鎖394的底座402 上，所述鎖394最初將刀具展開活塞392與壓差隔離。球396阻塞了通過鎖 394的流體通道并且在鎖394兩側(cè)因而產(chǎn)生的壓力差剪切保持銷398(圖18) 并且軸向向下移動(dòng)所述鎖與鎖軸環(huán)395脫離，并且其隨后將活塞392暴露到 工具內(nèi)部壓力，如圖19所示。鎖394包括中心通孔400，其包括底座402，球396降落在所述底座402 上。 一旦鎖394被向下移動(dòng)通過軸環(huán)395并且將活塞392暴露給內(nèi)部流體壓 力，鎖394中位于底座402下方的橫向流動(dòng)通道404允許流體再次流過鎖 394。如圖20所示，增加所述擴(kuò)孔器(under-reamer)的內(nèi)部流體壓力現(xiàn)在 將導(dǎo)致活塞392在擴(kuò)孔器(under-reamer)主體314中向上移動(dòng)，從而展開 刀具312。所述工具處于這個(gè)形態(tài)時(shí)，操作員可鉆動(dòng)或擴(kuò)展超出現(xiàn)有套管 的孔。降低所述內(nèi)部流體壓力使得刀具回復(fù)彈簧38向下移動(dòng)活塞392，從而 收縮刀具312。如果，鉆孔或擴(kuò)孔操作之后，操作員僅僅想要從所述孔中 取回所述鉆柱，不需要其它的動(dòng)作。盡管如此，但是如下所述如果操作員 想要取回所述鉆柱的同時(shí)，例如旋轉(zhuǎn)所述鉆柱的同時(shí)，以相對(duì)高的速度將 泵入的流體引入通過所述鉆柱執(zhí)行清潔操作，必需的是將刀具312鎖定在 所述收縮形態(tài)。為了將刀具312鎖定在所述收縮形態(tài)，操作員通過將球380(圖21)投入 或泵入所述鉆柱中觸發(fā)啟動(dòng)鎖350，所述球380以一定尺寸制作從而降落在 導(dǎo)管球底座353a上。這阻礙了流體通過導(dǎo)管353和活塞352，這樣活塞352經(jīng)受巨大的壓力差。此外，流動(dòng)的缺少導(dǎo)致活塞352下方壓力的降低，如果刀具312無論任何原因抵抗收縮時(shí)促進(jìn)刀具312的收縮。如圖21所示，這個(gè)力剪切外套筒保持銷355，并且活塞套筒352a， b 被迫使向下通過主體314。當(dāng)球380被投入時(shí)，如果刀具312被展開，套筒 352a的前端將推動(dòng)結(jié)合到刀具展開活塞392的套筒358的末端，徹底地收縮 刀具312?；钊?52向下移動(dòng)通過主體314直到保持球352c徑向向外移動(dòng)進(jìn)入所 述主體槽。內(nèi)套筒352b繼續(xù)相對(duì)于外套筒352a移動(dòng)，將球352c限制在所述 內(nèi)套筒和主體槽314e之間，并且將活塞352鎖定在所述刀具收縮形態(tài)。套筒352a、 b最后的相對(duì)移動(dòng)將內(nèi)套筒352b的上端移動(dòng)超出導(dǎo)管353 的下端，如圖22所示，通過流動(dòng)通道353b，并且繞過球380，恢復(fù)通過所 述工具的流動(dòng)通道，。清楚地知道刀具312將被鎖定在所述收縮形態(tài)，操作員現(xiàn)在可以將流 體以提高的速度泵入通過所述鉆柱和工具310。對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員是顯而易見的，上述實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的典 型的實(shí)例，以及不背離如附加權(quán)利要求定義的本發(fā)明的范圍的情況下可對(duì) 其進(jìn)行各種各樣的更改變改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.一種井下裝置，包括主體；可展開部件，安裝在所述主體上并且能夠在收縮和展開形態(tài)之間移動(dòng)；以及可遙控操作的保持構(gòu)件，用于將所述可展開部件保持在所述收縮形態(tài)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的裝置，其中所述保持構(gòu)件為操作員可觸發(fā)啟 動(dòng)的。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其中所述可展開部件是刀具。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其中所述裝置是擴(kuò)孔器。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述保持構(gòu)件適 合于將所述可展開部件鎖定在所述收縮形態(tài)。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述可展開部件 是流體驅(qū)動(dòng)的。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其中所述可展開部件是流體壓差驅(qū)動(dòng)的。
8. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的裝置，其中在流體流動(dòng)通過 所述裝置的同時(shí)，所述保持構(gòu)件被構(gòu)造成將所述可展開部件保持在所述收 縮形態(tài)。
9. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的裝置，其包括展開所述可展 開部件的構(gòu)件。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其中展開所述可展開部件的所述構(gòu) 件包括流體驅(qū)動(dòng)活塞。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其中部件展開活塞沿第一方向的移 動(dòng)導(dǎo)致所述部件展開，并且所述活塞沿第二方向的移動(dòng)使所述部件收縮。
12. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的裝置，其中所述活塞沿第二方向的移動(dòng)完 全地收縮所述部件。
13. 根據(jù)權(quán)利要求10至12中的任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述活塞最初 被固定在部件收縮位置。
14. 根據(jù)權(quán)利要求10至13中的任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述活塞最初 與驅(qū)動(dòng)壓力隔離。
15. 根據(jù)前述的權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述保持構(gòu)件 是流體驅(qū)動(dòng)的。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的裝置，其中所述保持構(gòu)件包括部件保持活 塞，其被構(gòu)造成使驅(qū)動(dòng)流體壓力趨向于導(dǎo)致所述活塞將所述可展開部件保 持在所述收縮形態(tài)。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置，其中所述保持構(gòu)件被構(gòu)造成使驅(qū)動(dòng) 流體壓力趨向于引起所述部件保持活塞的移動(dòng)，從而收縮所述部件。
18. 根據(jù)前述的權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述裝置包括 部件保持活塞和部件展開活塞。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的裝置，其中所述活塞被構(gòu)造成響應(yīng)驅(qū)動(dòng)流 體壓力對(duì)抗地工作。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的裝置，其中所述活塞被構(gòu)造成響應(yīng)同樣水 平的驅(qū)動(dòng)流體壓力時(shí)所述部件保持活塞產(chǎn)生的力超過所述部件展開活塞 產(chǎn)生的力。
21. 根據(jù)前述的權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的裝置，其包括至少一個(gè)流 體驅(qū)動(dòng)活塞，并且其中所述活塞被構(gòu)造成允許流體在其中通過。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21的所述的裝置，其中所述活塞是環(huán)形的。
23. 根據(jù)權(quán)利要求21或22所述的裝置，其中所述活塞適合與密封部件 配合，所述密封部件至少限制通過所述活塞的流動(dòng)并且啟動(dòng)所述活塞。
24. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的裝置，其中所述可展開部件是流體驅(qū)動(dòng)的， 并且被布置在部件保持活塞的下游，并且所述密封部件與所述部件保持活 塞的接合使所述可展開部件與驅(qū)動(dòng)壓力隔離。
25. 根據(jù)前述權(quán)利要求23或24所述的裝置，其中所述密封部件與所述部件保持活塞的接合至少限制通過所述裝置的流體的循環(huán)。
26. 根據(jù)前述權(quán)利要求23， 24或25所述的裝置，其中所述活塞和密封 部件的組合可被重新構(gòu)造成恢復(fù)流體通過其中的通道。
27. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的裝置，其中所述活塞包括多個(gè)元件，所述 多個(gè)元件最初相互鎖定，但是在所述活塞平移之后所述多個(gè)元件可以移動(dòng) 從而打開流體通道。
28. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的裝置，其中部件保持活塞可 被鎖定在部件保持位置中。
29. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的裝置，其中部件保持活塞與 所述展開部件操作地關(guān)聯(lián)，從而使所述活塞的移動(dòng)被用于完全地收縮所述 部件。
30. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述可展開部件 通常是收縮的。
31. 根據(jù)權(quán)利要求30所述的裝置，其包括彈簧裝置，所述彈簧裝置作 用在所述可展開部件上以收縮所述可展開部件。
32. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述主體是管狀 的，并具有適合于被結(jié)合到支撐柱的末端。
33. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述可展開部件 展開通過所述主體中的窗口 。
34. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述可展開部件 可相對(duì)于所述主體徑向線性移動(dòng)。
35. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述保持部件初 始是不活動(dòng)的。
36. 根據(jù)權(quán)利要求35所述的裝置，其中所述保持裝置包括環(huán)形活塞， 從而使密封部件可被投入從而關(guān)閉通過所述活塞的通道并且啟動(dòng)所述活 塞。
37. 根據(jù)權(quán)利要求35或36所述的裝置，其中所述保持構(gòu)件適合于在活 動(dòng)與不活動(dòng)形態(tài)之間循環(huán)。
38. 根據(jù)權(quán)利要求35或36所述的裝置，其中所述保持構(gòu)件包括最初不 活動(dòng)的至少一個(gè)部件保持活塞，所述活塞適合于通過打開從所述活塞的低 壓側(cè)到更低的壓力區(qū)域的流體通道而被啟動(dòng)，并允許所述活塞響應(yīng)內(nèi)部施 加的驅(qū)動(dòng)壓力而位移。
39. —種井下裝置，包括主體；可展開部件，所述可展開部件安裝在所述主體上并且可在收縮和展開形態(tài)之間移動(dòng)；以及操作員可啟動(dòng)的保持構(gòu)件，用于將所述可展開部件保持在所述收縮形 態(tài)中。
40. —種操作井下裝置的方法，所述方法包括提供井下裝置，所述井下裝置具有在收縮和展開形態(tài)之間可移動(dòng)的部件；利用流體壓力展開所述部件；以及接著重新構(gòu)造所述裝置并且利用流體壓力將所述部件保持在所述收縮形態(tài)。
41. 一種操作井下裝置的方法，所述方法包括提供井下裝置，所述井下裝置具有在收縮和展開形態(tài)之間可移動(dòng)的部件；展開所述部件；以及接著 選擇性地將所述部件保持在所述收縮形態(tài)。
42. 根據(jù)權(quán)利要求40或41所述的方法，進(jìn)一步包括將所述可移動(dòng)部件 鎖定在所述收縮形態(tài)。
43. —種操作井下裝置的方法，所述方法包括提供井下裝置，所述井下裝置具有在第一和第二形態(tài)之間可移動(dòng)的部件；利用第一流體壓力驅(qū)動(dòng)裝置使所述部件向所述第一形態(tài)移動(dòng)；以及 利用第二流體壓力驅(qū)動(dòng)裝置使所述部件保持在所述第二形態(tài)，所述第 二流體壓力驅(qū)動(dòng)裝置與所述第一流體壓力驅(qū)動(dòng)裝置相反地操作。
44. 根據(jù)權(quán)利要求43所述的方法，進(jìn)一步包括將所述可移動(dòng)部件鎖定 在所述第二形態(tài)中。
45. 根據(jù)權(quán)利要求40至44中的任一項(xiàng)所述的方法，其中所述裝置為擴(kuò) 孔器，并且所述部件為可展開刀具。
全文摘要
一種井下裝置，其包括主體(14)，可展開部件(12)，其安裝在主體(14)上并且可在收縮和展開形態(tài)之間移動(dòng)，以及可遙控操作的保持裝置，其用于將所述可展開部件保持在所述收縮形態(tài)。可展開部件(12)可以是刀具，這樣所述裝置可以是如擴(kuò)孔器之類的切割裝置。操作員可控制所述裝置將切割部件(12)保持在所述收縮形態(tài)，或阻礙切割部件(12)的展開。
文檔編號(hào)E21B10/32GK101278101SQ200680036552
公開日2008年10月1日 申請(qǐng)日期2006年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月6日
發(fā)明者艾倫·馬丁·埃迪森 申請(qǐng)人:安德格治有限公司