[发明专利]灵敏式有线扩孔器

说明书

有关联邦资助研究或开发的声明

不适用

背景技术

在油气田钻井作业中，常常必须或要求对先前已用钻头或其它切割工具所 形成的井孔进行“扩铰”以铰除突起边沿、清除破碎部分和沟道、将井孔整直、 使钻杆稳定、并将井孔扩大。由于这些原因，会在钻井组件上钻头或其它切割 结构后设置扩孔器。有时较佳的是，在将钻头从井孔抽回时实施扩铰步骤，该 工艺步骤称为“回退扩铰”。而且，有时还必须使扩孔器再走一个行程来将井 孔整直或搞干净。在敷加套管的钻井作业场合，必须在套管柱之前先用扩孔器 来钻铰初始井孔。

在采用可操纵的旋转工具来进行油气田钻井作业时，要求尽可能靠近钻头 来对井孔进行扩铰以使钻头孔与扩孔器孔间的距离最小化。因为可操纵旋转工 具通常必须与随钻测量(MWD)系统通讯，所以重要的是，位于可操纵旋转 工具与MND遥测系统之间的所有工具都能将电力和通讯传输通过该工具。

有三种主要类型的扩孔器。固定刀片扩孔器，包括近钻头扩孔器，它们具 有不活动或不扩张的固定刀片。由于固定刀片扩孔器的外径大于引导钻头的外 径，因此它的切孔较大。固定刀片扩孔器可用将井孔扩大一个相对较小的量。 由于扩孔器刀片固定不动，因此其井孔开口位于地面处或在较大的开孔段附 近。固定刀片扩孔器可用来铰除突出边沿、将井孔整直、清除沟道并清除破碎 部分。辊子扩孔器具有可安装于主体的辊子切割刀而可用来将中孔扩大、铰除 突出边沿、将井孔整直、清除沟道和破碎部分，以及能使钻杆稳定并能减小钻 杆的总扭矩。可伸展刀片或可扩张扩孔器，包括下部扩孔器，它们具有可在地 面或下井伸展至预定直径以切割较大井孔的臂。可伸展刀片扩孔器可用来将井 孔扩大一个相当大的量、铰除突出边沿、将开孔整直、以及清除沟道和破碎部 分。

传统的下部扩孔器通常与设置在下部扩孔器下面或下游的引导钻头结合 起来使用。下部扩孔器可用来钻出并扩大在套管截面下方的井孔，或者，在敷 加套管的钻井作业场合，它可用来钻出从地面或在较大的套管截面下方的井 孔。在敷加套管的钻井作业场合，采用包括至少一个钻头和扩孔器的钻井组件 来钻出在套管柱下方的井孔。采用套管柱来替代钻井管而将流体和扭矩向下传 送至钻井组件。在井孔钻好后，将下部扩孔器臂收进，并将钻井组件回收至地 面。

下部扩孔器通常具有其上固连有辊锥和PDC切割器的铰接臂。这些臂由 作用在其上的机械或液压作用力来致动，以使它们在与臂的切割端相反向的一 端处枢转从而伸展或收进。可用活塞或驱动臂来迫使这些臂伸出而压靠地层结 构。在传统作业中，下部扩孔器的这些臂可收进以使工具可通过较小的孔截面 或套管孔截面。一旦工具通过了较小的孔截面或套管孔截面后，下部扩孔器的 臂就伸展。该引导钻头钻出井孔，而同时，下部扩孔器将该钻头所形成的井孔 扩大。这些类型的下部扩孔器的典型例子可在美国专利3,224,507、3,425,500 和4,055,226中找到。

在敷加套管的钻井作业场合，下部扩孔器在地面上打开，并在扩孔器后连 接有套管柱。该套管柱用来替代传统的钻井管。下部扩孔器必须能收回到可将 钻井组件从开孔中撤离的尺寸大小。如果钻井组件部分故障、或如果井孔钻好 后，就会要将钻井组件撤除。

传统的扩孔器具有若干缺点。如果扩孔器的切割结构遭受磨损，就不会将 孔的几何尺寸开成所要求的尺寸大小。而且，扩孔器的切割结构也不会正确地 选择成可使钻井组件正常稳定。此外，传统的下部扩孔器会不能完全展开或完 全收进。传统的下部扩孔器通常具有形成在本体中的旋转割刀存放凹槽，用以 在工具呈闭合状态时存放收进的臂和辊锥割刀。存放凹槽往往会堵满由钻井作 业产生的碎屑，这些碎屑会阻碍这些臂的收缩。如果这些臂不完全收缩，则在 试图将钻柱从井孔撤离时该钻柱就容易扣挂在井孔中。在敷加套管的钻井作业 场合，如果扩孔器臂不收缩，则下部扩孔器就会扣挂在套管上。