[发明专利]用于对更靠近通径中心的井孔表面扩孔的方法和装置

说明书

本发明公开了一种井孔扩孔装置和方法。该装置包括：钻柱；连接到钻柱的钻头；连接到钻柱的底部偏心扩孔器；以及连接到钻柱的顶部偏心扩孔器，其中底部偏心扩孔器和顶部偏心扩孔器具有预定的间隔和取向。

相关申请的引用

本申请要求于2011年4月8日提交的标题为“用于对更靠近通径中心的井孔表面扩孔的方法和装置”的美国临时申请序列号61/473,587的优先权，其通过引用而特别且完全地合并于本文。

技术领域

本申请涉及用于钻出井孔的装置和方法，特别地，本发明涉及用于增大通径直径以及提高井孔质量的方法和装置。

背景技术

水平井、定向井、S形弯曲井以及大部分竖直井通过由容纳井下泥浆/空气马达的弯头驱动的钻头而钻出，该钻头可被定向为增加或者降低角度以及可以向右转或者向左转。钻柱被定向为使容纳泥浆/空气马达的弯头指向期望的方向。这通常被称为“滑动”。滑动迫使钻头沿着期望的路径行进，而钻柱的剩余部分跟随。

对井孔方向的反复修正导致微台肩和“狗腿”（doglegs），从而引起井孔与井底钻具组合和钻柱之间的摩擦和拖拽。该不期望的摩擦导致在钻井过程方面的若干负面影响，包括但并不限于：增加扭矩和拖拽力，钻压传递失效，钻柱和井底钻具组合（BHA）上的偏心磨损，钻井天数增加，钻柱失效，限制井孔可延伸的距离，以及与将生产管柱插入到井孔中相关的事件。

当由钻头切削出狗腿、螺旋形路径或弯曲路径时，遵循井孔中心的相对无阻碍通道可产生比井孔自身小的直径。该相对无阻碍通道有时候被称为“通径”并且该通道的标称直径有时候被称为“通径直径”。通道的“通径”通常由井孔表面形成，该井孔表面形成了沿着井孔路径的曲线的内径。穿过井孔的相对无阻碍通径的管子或者工具有时候被称为“通径规”或者“通径器”。

通常而言，为了解决这些困难，通径直径已经利用传统的扩孔技术通过扩大整个井孔的直径而被扩大。这种扩孔已经随着在钻出井孔之后完成的附加步骤而完成。这样做对于在钻井期间避免扭矩或拖拽的不可接受的增大已经成为必需。这种附加的扩孔使得完井成本和时间明显增加。而且，传统的扩孔技术常常并未改善井孔，而是简单地扩大了井孔的某些区域。

因此，存在一种对于减小钻柱上的扭矩和拖拽以及产生更靠近通径井孔的扩孔器的需要。

还一种存在对于能够扩大井孔通径通道的直径而无需扩大整个井孔的直径的需要。

发明内容

本发明克服了与当前策略相关的问题和缺点，设计并且提供了钻出井孔的新工具和方法。

本发明的一个实施例针对一种井孔扩孔装置。该装置包括：钻柱；连接到钻柱的钻头；连接到钻柱的井底钻具组合；连接到钻柱的底部偏心扩孔器；以及连接到钻柱的顶部偏心扩孔器。底部偏心扩孔器和顶部偏心扩孔器在钻柱上沿径向对置。

在一个优选实施例中，该装置还包括切削元件，所述切削元件连接到顶部偏心扩孔器和连接到底部偏心扩孔器。优选地，底部偏心扩孔器的切削元件具有相对于连接到顶部偏心扩孔器的切削元件的取向预定的取向。每个偏心扩孔器优选地包括多组切削元件。在优选的实施例中，每组切削元件沿着螺旋形路径布置，该螺旋形路径沿着各偏心扩孔器的表面。在优选的实施例中，该装置还包括靠近每组切削元件的流动区域。

优选地，底部偏心扩孔器和顶部偏心扩孔器在预定位置处间隔开。底部偏心扩孔器和顶部偏心扩孔器的最外部半径优选地小于井孔和套管的最内部半径。在优选的实施例中，底部偏心扩孔器与顶部偏心扩孔器相同。

本发明的另一个实施例针对一种对井孔扩孔的方法。该方法包括：设置钻柱；设置连接到钻柱的钻头；设置连接到钻柱的井底钻具组合；设置连接到钻柱的底部偏心扩孔器；设置连接到钻柱的顶部偏心扩孔器；将顶部偏心扩孔器和底部偏心扩孔器在径向上对置的位置处定位在钻柱上；以及使钻柱在井孔中旋转。