專利名稱：其鉆頭帶有鎖定的套管下擴(kuò)眼器臂形件的反向循環(huán)鉆井系統(tǒng)的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及一種地層鉆井設(shè)備，特別是涉及一種井下氣動(dòng)沖擊錘鉆井系統(tǒng)。正如在本申請(qǐng)人的共同未決的相關(guān)申請(qǐng)08/674123(申請(qǐng)日為1996年7月1日)和08/790066(申請(qǐng)日為1997年8月27日)中所指出的那樣，套管下擴(kuò)眼器用于在導(dǎo)向鉆頭(pilot bit)周圍形成徑向擴(kuò)大區(qū)域，以便插入一個(gè)套管。本申請(qǐng)是上述兩個(gè)申請(qǐng)的部分繼續(xù)申請(qǐng)。
偏心安裝的套管下擴(kuò)眼器(underreamer)是公知技術(shù)。這種偏心安裝的套管下擴(kuò)眼器包括一個(gè)臂形件，所述的臂形件沿著一定軌跡運(yùn)行以進(jìn)行套管下擴(kuò)眼的作業(yè)，并且為了取出鉆井工具，該臂形件可以向著井眼軸線回縮。然而，如果套管下擴(kuò)眼器遇到巖石碎塊、埋藏的金屬物體等等，偏心安裝的套管下擴(kuò)眼器可能偏離井眼軸線。在大多數(shù)鉆井操作中(特別是在需要形成多個(gè)密集分布的井眼時(shí))，一個(gè)大鉆頭的任何偏移均是令人無(wú)法接受的。任何的偏離都將會(huì)大大阻礙套管在一個(gè)已鉆井眼內(nèi)的安裝。
另外一些公知的套管下擴(kuò)眼設(shè)備使用安裝了三個(gè)鉆頭的板形件，這些板形件可以向外移動(dòng)，但是該板形件的整個(gè)工作表面基本上小于井眼的周邊。這樣的一個(gè)小尺寸的板形件將受到嚴(yán)重的磨損而使得鉆速緩慢。
套管下擴(kuò)眼作業(yè)也可以通過(guò)利用冠形頂鉆或者環(huán)狀鉆頭來(lái)實(shí)現(xiàn)，但是在鉆井完成后這些鉆頭的部件必須留在套管下擴(kuò)眼區(qū)域，這是非常浪費(fèi)的，因此在某些鉆井操作中是無(wú)人令人接受的。
本申請(qǐng)人的共同未決的美國(guó)專利申請(qǐng)08/674123以及本發(fā)明所公開(kāi)和要求保護(hù)的套管下擴(kuò)眼器解決了上述的每一個(gè)問(wèn)題。
除了與公知的套管下擴(kuò)眼器有關(guān)的上述問(wèn)題以外，快速而有效地從井眼和鉆頭處清除鉆屑也是一個(gè)問(wèn)題。在本申請(qǐng)人的美國(guó)專利5511628(在此引入作為參考)中，公開(kāi)了一種具有中央排放出口的氣動(dòng)井下鉆機(jī)。美國(guó)專利5511628中的設(shè)備允許大的鉆屑碎塊通過(guò)在鉆頭上形成的一個(gè)中央軸向孔眼以及通過(guò)連接到該中央軸向孔眼上的一個(gè)中央排放管進(jìn)行連續(xù)排出。壓縮空氣穿過(guò)周邊通道向下到達(dá)鉆頭下面然后進(jìn)入所述的中央排放管。壓縮空氣穿過(guò)中央排放管的流動(dòng)實(shí)現(xiàn)了從井眼連續(xù)和有效地清除地層碎塊，其包括快速清除無(wú)法通過(guò)套管的周邊通道進(jìn)行清除的較大碎塊。
然而，仍然需要提供一種反向循環(huán)氣動(dòng)鉆機(jī)，該鉆機(jī)可以實(shí)現(xiàn)井眼的套管下擴(kuò)眼、從井眼內(nèi)的鉆進(jìn)工作面連續(xù)排放鉆屑碎塊以及用于在鉆井操作的過(guò)程中或鉆井操作完成之后通過(guò)套管取出鉆頭。
發(fā)明概述本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)而用一個(gè)反向循環(huán)鉆井系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明的一個(gè)目的就是提供一種套管下擴(kuò)眼器，該套管下擴(kuò)眼器包括一個(gè)導(dǎo)向鉆頭，在該導(dǎo)向鉆頭上安裝有套管下擴(kuò)眼器臂形件，所述的臂形件可以通過(guò)所述導(dǎo)向鉆頭和所述套管下擴(kuò)眼器臂形件之間的相對(duì)旋轉(zhuǎn)而伸出和回縮。每一個(gè)套管下擴(kuò)眼器臂形件包括一個(gè)加強(qiáng)凸起。所述的加強(qiáng)凸起包括與所述導(dǎo)向鉆頭上的對(duì)應(yīng)軸向表面接合的軸向承載表面。所述臂形件的加強(qiáng)凸起的承載表面包括其形狀適合在所述導(dǎo)向鉆頭相對(duì)于所述導(dǎo)向鉆頭旋轉(zhuǎn)時(shí)伸出臂形件的表面。還提供用于將所述的臂形件鎖定在其伸出的擴(kuò)眼位置的表面。當(dāng)鉆頭沿著相反方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，鎖定表面脫離接合，臂形件可以回縮，而不需要鉆頭推進(jìn)器的垂向移動(dòng)。
根據(jù)本發(fā)明的另外一個(gè)方面，提供一種連續(xù)利用從井下沖擊錘排放出來(lái)的壓縮空氣來(lái)沖洗鉆頭的方法。排放空氣流按照設(shè)定的路線穿過(guò)鉆頭裝置上的開(kāi)口而進(jìn)入到中央排放管內(nèi)。還可以提供一個(gè)第二壓縮空氣流以便連續(xù)沖洗鉆頭的周邊區(qū)域。在一個(gè)實(shí)施例中，清洗周邊的空氣來(lái)自井口所產(chǎn)生的壓縮空氣，從而對(duì)套管加壓。
本發(fā)明的這些和其它方面將參照附圖詳細(xì)描述。
附圖簡(jiǎn)述

圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)鉆井裝置的局部剖面圖。
圖2是圖1中的鉆井裝置的放大的局部剖面圖，表示動(dòng)力壓頭裝置、壓縮空氣入口套和雙壁管裝置的上接頭。
圖3是圖1中的鉆井裝置的放大的剖面圖，更詳細(xì)地表示套管推進(jìn)器。
圖4是圖1中的鉆井裝置的放大的剖面圖，表示雙壁管裝置和箱體以及支撐壓頭裝置，該支撐壓頭裝置將雙壁管裝置的下接頭連接到井下氣動(dòng)沖擊錘。
圖5是井眼下氣動(dòng)沖擊錘的剖面圖，其中包括一個(gè)鉆頭裝置。
圖5A是井眼下氣動(dòng)沖擊錘的錘筒的另外一種形式的立體圖。
圖6A是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)鉆頭裝置的第一個(gè)實(shí)施例的分解立體圖。
圖7A是圖6A中的導(dǎo)向鉆頭的立體圖。
圖7B是圖7A中的導(dǎo)向鉆頭的底視圖。
圖8是圖6A中的實(shí)施例中使用的一個(gè)套管下擴(kuò)眼器臂形件的立體圖。
圖9A是圖8中所示的一個(gè)套管下擴(kuò)眼器臂形件的端視圖。
圖9B是圖8中所示的套管下擴(kuò)眼器臂形件的外側(cè)側(cè)視圖。
圖10是圖6A中的實(shí)施例的鉆頭推進(jìn)器的底視圖，表示該鉆頭推進(jìn)器的軸向表面形成了用于容納套管下擴(kuò)眼器臂形件的凹槽，該軸向表面抵靠著套管下擴(kuò)眼器臂形件以便臂形件的伸出和回縮。
圖11本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施例的鉆頭推進(jìn)器的底視圖。
圖12是圖11中實(shí)施例的一個(gè)套管下擴(kuò)眼器臂形件的底視圖。
圖13是圖12中的臂形件的底視圖，表示該臂形件在圖11中的鉆頭推進(jìn)器上處于其回縮位置。
圖14是與圖13中的鉆頭推進(jìn)器和套管下擴(kuò)眼器臂形件一起使用的導(dǎo)向鉆頭的俯視圖。
圖15是圖14中的導(dǎo)向鉆頭的底視圖。
圖16是圖13中的鉆頭推進(jìn)器和套管下擴(kuò)眼器臂形件，表示其套管下擴(kuò)眼器臂形件處于其伸出位置。
圖17是圖13中的鉆頭推進(jìn)器和套管下擴(kuò)眼器臂形件的放大的部分視圖。
圖18是圖11-17中所示的鉆頭裝置的部分剖開(kāi)的底視圖，表示其中的壓縮空氣流動(dòng)通道。
詳細(xì)描述參考圖1，一個(gè)反向循環(huán)鉆井系統(tǒng)用附圖標(biāo)記10表示，包括一個(gè)壓頭裝置11、一個(gè)雙壁管裝置12和一個(gè)位于一鉆孔套管14內(nèi)的井眼下氣動(dòng)沖擊錘13。參考圖2和3，壓頭裝置11包括一個(gè)套管推進(jìn)器15和一個(gè)動(dòng)力壓頭裝置16。其中，所述的套管推進(jìn)器15用于當(dāng)鉆頭前進(jìn)時(shí)向下推動(dòng)鉆孔套管14，而所述的動(dòng)力壓頭裝置16為標(biāo)準(zhǔn)類型，用于在鉆孔套管14向下移動(dòng)時(shí)旋轉(zhuǎn)該鉆孔套管14。套管推進(jìn)器15包括一個(gè)環(huán)形錘17，當(dāng)壓縮空氣交替進(jìn)入環(huán)形錘17上方和下方的腔室中時(shí)，該環(huán)形錘17作垂向往復(fù)運(yùn)動(dòng)。環(huán)形錘17沖擊砧18，該砧18則又沖擊套管帽19。套管帽19密封到鉆孔套管14的內(nèi)表面上，從而使得鉆孔套管14能在套管帽19和井眼下氣動(dòng)沖擊錘13之間通過(guò)開(kāi)口20充有一定壓力。鉆孔套管14充有一定壓力使得該鉆孔套管14與井眼下氣動(dòng)沖擊錘13之間形成一個(gè)向下的空氣流動(dòng)，因此可以防止井眼下氣動(dòng)沖擊錘13和鉆孔套管14之間的鉆屑向上運(yùn)移，因?yàn)檫@種運(yùn)移可能會(huì)阻礙沖擊錘的取出。動(dòng)力壓頭裝置16通過(guò)連桿裝置21連接到砧18，用于向雙壁管裝置和井眼下氣動(dòng)沖擊錘施加旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。動(dòng)力壓頭裝置16是本領(lǐng)域的一般性設(shè)計(jì)，只是其中央元件22有所不同，該中央元件22通過(guò)螺紋連接到雙壁管裝置14的上端，并包括一個(gè)與雙壁管裝置12相連通的中央孔，用于穿過(guò)動(dòng)力壓頭裝置16將鉆屑排放通道延伸到彎管29。中央元件22和雙壁管14之間的接頭包括一個(gè)開(kāi)口23，用于允許空氣進(jìn)入雙壁管裝置12的內(nèi)壁25和外壁26之間的環(huán)形空間24內(nèi)。套子27安裝在接頭周圍并包括空氣入口28，通過(guò)該空氣入口28壓縮空氣可以進(jìn)入雙壁管裝置，以按照如下所述的方式驅(qū)動(dòng)井下沖擊錘13。一個(gè)彎管29可旋轉(zhuǎn)地安裝和密封到中央元件22的上端。而彎管29、中央元件22和雙壁管裝置14的內(nèi)壁25一起形成一個(gè)中央鉆屑排放管，用于按照如下所述的方式從井眼下氣動(dòng)沖擊錘連續(xù)排放鉆屑。
參考圖4，雙壁管裝置12由單個(gè)的管段組裝而成，每一個(gè)管段包括一個(gè)內(nèi)管31和一個(gè)外管33。每一個(gè)管段的相對(duì)兩個(gè)端部分別包括一個(gè)公螺紋連接器33和一個(gè)母螺紋連接器35。公螺紋連接器14和母螺紋連接器15中的每一個(gè)均包括空氣開(kāi)口36和37，這兩個(gè)開(kāi)口分別與雙壁管裝置11的外側(cè)環(huán)形空間24連通。雙壁管裝置11的上端用螺紋連接到動(dòng)力壓頭裝置16的中央元件22。在雙壁管裝置11的下端則連接到一個(gè)箱體38，該箱體38又用螺紋連接到井眼下氣動(dòng)沖擊錘13的支撐壓頭40。開(kāi)口42和44與雙壁管裝置的環(huán)形空間24相連通，從而提供路線使得這里的壓縮空氣進(jìn)入井眼下氣動(dòng)沖擊錘。
參考圖5，井眼下氣動(dòng)沖擊錘13包括一個(gè)螺紋連接到支撐壓頭40上的箱體38。一個(gè)套筒41和一個(gè)錘筒42用螺紋連接到支撐壓頭40上。一個(gè)中央定位的排放管43被擠壓到套筒41內(nèi)。一個(gè)耐磨套筒44配合在錘筒42周圍并擠壓配合到環(huán)狀物45和支撐壓頭40的肩部46上。套筒41和錘筒42形成一個(gè)環(huán)形的上部空氣腔室48。而中央排放管43和錘筒42形成一個(gè)環(huán)形的下部空氣腔室50。錘筒42的下端與鉆頭推進(jìn)器52貼靠著，該錘筒42還包括周向唇部54，該周向唇部54與耐磨套筒44接合，從而將錘筒42定位在耐磨套筒的中央。沖擊錘53可滑動(dòng)地配合到錘筒42上，從而可以進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)。鉆頭推進(jìn)器52可滑動(dòng)地配合到錘筒42內(nèi)、位于沖擊錘53的下方且位于中央排放管43的下端的上方。鉆頭推進(jìn)器52通過(guò)多個(gè)鍵56保持在錘筒42內(nèi)。每一個(gè)鍵均配合到一個(gè)鍵槽58和鉆頭推進(jìn)器52的環(huán)形凹槽60中。(參見(jiàn)申請(qǐng)人的美國(guó)專利US5511628，該專利在上文中已經(jīng)引入進(jìn)行了參考，該專利公開(kāi)了另外一種形式的錘筒，其錘筒包括類似的鍵和鍵槽裝置，用于將鉆頭推進(jìn)器安裝在錘筒中)。這種鍵和鍵槽裝置使得鉆頭裝置在鉆進(jìn)過(guò)程中前進(jìn)到雙壁管裝置的前方。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)鉆頭裝置如圖6所示。參考圖6，一個(gè)鉆頭裝置包括一個(gè)鉆頭推進(jìn)器52、導(dǎo)向鉆頭82和臂形件88a-c。導(dǎo)向鉆頭82包括一個(gè)具有凹形槽(recessed chamfer)84的上部軸83、凸輪表面85a和85b以及一個(gè)下部86。下部86包括三個(gè)周邊凹槽87a-c。最好由硬質(zhì)合金材料制成的硬質(zhì)鉆井球齒安裝在導(dǎo)向鉆頭的周邊和底表面上(圖7)。臂形件88a-c座落在導(dǎo)向鉆頭82的頂部，并按照如下所述的方式沿著一定的弧形路徑在導(dǎo)向鉆頭上進(jìn)行滑動(dòng)。每一個(gè)臂形件包括一個(gè)隆起凸塊89，該隆起凸塊89可以容納到鉆頭推進(jìn)器52的對(duì)應(yīng)凹槽90內(nèi)(圖10)。隆起凸塊89具有幾個(gè)功能。首先，來(lái)自沖擊錘的沖擊力通過(guò)鉆頭推進(jìn)器52、隆起凸塊89和臂形件88向下傳遞到導(dǎo)向鉆頭82。其次，隆起凸塊89容納并保持在凹槽90內(nèi)，它可以在該凹槽90內(nèi)作有限弧度的旋轉(zhuǎn)以便伸出和回縮臂形件88。當(dāng)臂形件88處于其回縮位置時(shí)，表面91與凸輪表面85a相鄰。在該結(jié)構(gòu)中，鉆頭裝置的總體直徑小于鉆孔套管14的內(nèi)徑，因此允許鉆頭裝置從鉆孔套管中收回。當(dāng)臂形件88繞導(dǎo)向鉆頭82在鉆頭推進(jìn)器52的順時(shí)針旋轉(zhuǎn)作用下而沿著順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)時(shí)，傾斜表面85a與表面92接合，從而迫使臂形件88向外伸出。臂形件88的旋轉(zhuǎn)和伸出一直持續(xù)到表面92a與表面85b貼靠著且表面92b與表面85a貼靠著，從而將臂形件88保持鎖定在其伸出位置。為了釋放和回縮臂形件88，鉆頭推進(jìn)器52沿相反方向旋轉(zhuǎn)。在臂形件的完全回縮位置，套管下擴(kuò)眼器裝置的總體直徑小于鉆孔套管的內(nèi)徑，從而使得在需要時(shí)將整個(gè)套管下擴(kuò)眼器鉆頭裝置穿過(guò)套管取出。該特點(diǎn)相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)中的套管下擴(kuò)眼器具有顯著的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)樵诂F(xiàn)有技術(shù)中臂形件不可能在必要時(shí)通過(guò)套管回縮和取回。
在操作過(guò)程中，壓縮空氣通過(guò)開(kāi)口37、徑向開(kāi)口60、環(huán)形空間62和軸向開(kāi)口64輸送到環(huán)形腔室59。在圖5中，沖擊錘53處于向下的沖程。唇部66與唇部68接合，從而對(duì)腔室48進(jìn)行密封。唇部72與唇部74接合，從而密封腔室50。開(kāi)口78關(guān)閉。當(dāng)活塞53繼續(xù)向下移動(dòng)時(shí)，開(kāi)口76打開(kāi)，腔室48進(jìn)行排放。幾乎與此同時(shí)，唇部74脫離唇部72，從而在活塞53撞擊鉆頭推進(jìn)器52以后，使得新的壓縮空氣充入腔室50以將活塞53向上舉升到其上方位置。當(dāng)活塞53舉升時(shí)，開(kāi)口78打開(kāi)，腔室50進(jìn)行排放。唇部74與唇部72接合，從而密封腔室50。開(kāi)口76被活塞53密封，而唇部66與唇部68脫開(kāi)接合，從而使得新的壓縮空氣充入腔室48。腔室48內(nèi)重新充入壓縮空氣后能推動(dòng)活塞53向下移動(dòng)，從而開(kāi)始另外一個(gè)沖程。排放到開(kāi)口76和78內(nèi)的壓縮空氣收集在開(kāi)口80(如圖5A)中，然后通過(guò)鉆頭裝置排放到中央排放管43內(nèi)，從而攜帶著鉆頭切削下的鉆屑和地層碎塊。為了防止鉆屑在臂形件88a-c和導(dǎo)向鉆頭之間堵塞，在如圖6B中所示的實(shí)施例中，提供一個(gè)開(kāi)口91，壓縮空氣可以通過(guò)該開(kāi)口91排放以清洗鉆屑。壓縮空氣穿過(guò)鉆頭裝置的流動(dòng)基本上是連續(xù)的，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)鉆孔之鉆井工作面的鉆屑進(jìn)行連續(xù)的排放。而且，中央排放管和雙壁管裝置內(nèi)壁的基本上恒定的直徑也使得空氣流動(dòng)速度恒定，這有助于鉆屑的清除。從中央排放管連續(xù)清除鉆屑促進(jìn)了鉆井的進(jìn)行。很少有必要通過(guò)中止鉆井過(guò)程而將鉆頭舉升出來(lái)以清洗鉆孔內(nèi)的鉆屑。這直接導(dǎo)致鉆速的顯著提高。此外，由于鉆屑堵塞時(shí)可以被快速清除，故能夠從鉆孔內(nèi)獲得相對(duì)精確的“芯”樣。本發(fā)明的這個(gè)方面對(duì)于勘測(cè)和環(huán)境應(yīng)用都非常有用。
根據(jù)本發(fā)明的另外一個(gè)方面，導(dǎo)向鉆頭104利用鎖定在展開(kāi)位置的套管下擴(kuò)眼器臂形件鉆進(jìn)到地層內(nèi)，該展開(kāi)位置位于套管前端C的下方并徑向越過(guò)套管的前端C。套管的移動(dòng)則是通過(guò)相對(duì)較大的擴(kuò)眼面積和套管推進(jìn)器15(如果需要)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在如圖1和3所示的實(shí)施例中，如果鉆頭裝置前進(jìn)超過(guò)套管前面的一個(gè)預(yù)定的距離，則連桿21操作一個(gè)閥以將壓縮空氣提供到氣動(dòng)沖擊錘17和有關(guān)的套管推進(jìn)器15。
本發(fā)明的另外一個(gè)實(shí)施例將參照附圖11～19進(jìn)行描述。在該實(shí)施例中，鉆頭裝置也包括一個(gè)鉆頭推進(jìn)器100、臂形件102a-c和導(dǎo)向鉆頭104，這些部件如同圖6中的前述實(shí)施例那樣裝配在一起。然而在該實(shí)施例中，從開(kāi)口80排放的壓縮空氣沿著設(shè)定路線穿過(guò)鉆頭推進(jìn)器、臂形件和導(dǎo)向鉆頭中的內(nèi)部開(kāi)口。參考圖1，來(lái)自開(kāi)口80的沖擊錘排放空氣利用開(kāi)口106a-c流入并穿過(guò)鉆頭推進(jìn)器100。沖擊錘排放空氣然后分別流動(dòng)穿過(guò)臂形件102a-c上所形成的開(kāi)口108a-c(參見(jiàn)圖12)。在圖13中，如圖所示臂形件安裝到鉆頭推進(jìn)器100上，并且處于其閉合和回縮位置。來(lái)自開(kāi)口108a-c的排放空氣流動(dòng)到導(dǎo)向鉆頭104上的開(kāi)口110a-c(如圖14、15所示)中，并流動(dòng)通過(guò)通道112a-c、開(kāi)口114a-c進(jìn)入到中央排放管43(參考圖5)。對(duì)開(kāi)口106a-c、108a-c和110a-c的位置進(jìn)行設(shè)置，從而使得這些開(kāi)口可以在臂形件102a-c伸出時(shí)全部對(duì)齊；亦即，開(kāi)口106a、108a和110a對(duì)齊，開(kāi)口106b、108b和110b對(duì)齊，開(kāi)口106c、108c和110c對(duì)齊。參考圖16、17，當(dāng)鉆頭推進(jìn)器100相對(duì)于導(dǎo)向鉆頭104旋轉(zhuǎn)以將臂形件102a-c定位在閉合且回縮的位置中時(shí)，開(kāi)口108a-c(分別穿過(guò)臂形件102a-c)分別部分地偏離于開(kāi)口106a-c；而開(kāi)口110a-c(穿過(guò)導(dǎo)向鉆頭)分別完全偏離于開(kāi)口108a-c(穿過(guò)臂形件102a-c)。為了在臂形件回縮時(shí)也能夠提供穿過(guò)開(kāi)口106a-c、108a-c和110a-c的連續(xù)空氣流動(dòng)，在臂形件112的下面設(shè)置有通道112a-c。參考圖15，導(dǎo)向鉆頭104還包括軸向凹槽114a-c和橫向通道116a-c。凹槽114a-c和通道116a-c提供通路以用于從鉆孔套管的外側(cè)排放壓縮空氣并且還使壓縮空氣通過(guò)中央排放管43排放。
本發(fā)明的上述描述是說(shuō)明性的而不是限制性的。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該能夠理解，在不偏離本發(fā)明權(quán)利要求書所限定的范圍內(nèi)可以在細(xì)節(jié)上進(jìn)行多個(gè)變化。
權(quán)利要求
1.一種用于井眼下氣動(dòng)沖擊錘上的鉆頭裝置，該鉆頭裝置包括一個(gè)推進(jìn)器；一個(gè)導(dǎo)向鉆頭，該導(dǎo)向鉆頭具有一個(gè)軸、一個(gè)周邊鉆井工作面、一個(gè)下表面和一個(gè)從所述的下表面大體向上穿過(guò)所述軸延伸的通孔；連接裝置，該連接裝置可旋轉(zhuǎn)地將所述的推進(jìn)器連接到所述的導(dǎo)向鉆頭上；套管下擴(kuò)眼器臂形件，該臂形件可旋轉(zhuǎn)地安裝在所述推進(jìn)器和所述導(dǎo)向鉆頭的中間，該臂形件包括套管下擴(kuò)眼表面，該套管下擴(kuò)眼表面可以定位到所述導(dǎo)向鉆頭的周邊的外側(cè)；凸輪表面，所述的凸輪表面可以與套管下擴(kuò)眼器臂形件上的對(duì)應(yīng)表面接合，以用于將套管下擴(kuò)眼器臂形件展開(kāi)到一個(gè)伸出位置，并將該套管下擴(kuò)眼器臂形件鎖定在所述的伸出位置，以及通過(guò)所述推進(jìn)器和所述導(dǎo)向鉆頭之間的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而將所述套管下擴(kuò)眼器臂形件從所述的伸出位置回縮；以及表面，該表面在所述推進(jìn)器的一個(gè)外表面和所述導(dǎo)向鉆頭中的通孔之間形成至少一個(gè)空氣通道。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆頭裝置，其特征在于，所述的至少一個(gè)通道包括位于每一個(gè)所述臂形件和其對(duì)應(yīng)凸輪表面之間的一個(gè)通道。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鉆頭裝置，其特征在于，所述的通道與一個(gè)壓縮流體源連通。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鉆頭裝置，其特征在于，所述的壓縮流體包括壓縮空氣。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鉆頭裝置，其特征在于，所述的壓縮空氣包括從一個(gè)第一氣動(dòng)沖擊錘排放出來(lái)的壓縮空氣，其中所述的第一氣動(dòng)沖擊錘可操作地連接到所述的鉆頭裝置上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆頭裝置，還包括用以限定至少一個(gè)與壓縮流體源連通的流體通道以及至少一個(gè)所述凸輪表面的表面，所述的流體通道包括一個(gè)閥，該閥可操作地通過(guò)所述至少一個(gè)凸輪表面排放壓縮流體。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆頭，還包括一個(gè)井眼套管，所述的第一氣動(dòng)沖擊錘放置在該井眼套管內(nèi)；一個(gè)套管推進(jìn)器，該套管推進(jìn)器可操作地連接到所述的井眼套管上。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的鉆頭裝置，其特征在于，所述的套管推進(jìn)器包括一個(gè)第二氣動(dòng)沖擊錘和一個(gè)壓縮空氣源，所述的壓縮空氣源可操作地連接到所述的第二氣動(dòng)沖擊錘。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的鉆頭，還包括一個(gè)閥，該閥可操作地連接到所述的第二氣動(dòng)沖擊錘和所述的壓縮空氣源。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的鉆頭裝置，其特征在于，根據(jù)所述鉆頭推進(jìn)器和所述井眼套管下端之間的預(yù)定垂直偏移，所述的閥使得壓縮空氣進(jìn)入到第二氣動(dòng)沖擊錘。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆頭裝置，其特征在于，在所述推進(jìn)器的外表面和所述導(dǎo)向鉆頭上的通孔之間用以限定至少一個(gè)空氣通道的表面包括穿過(guò)各個(gè)所述推進(jìn)器、所述套管下擴(kuò)眼器臂形件和所述導(dǎo)向鉆頭的至少一個(gè)開(kāi)口。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的鉆頭裝置，其特征在于，在所述推進(jìn)器的外表面和所述導(dǎo)向鉆頭上的通孔之間用以限定至少一個(gè)空氣通道的表面還包括至少一個(gè)空氣通道，所述的空氣通道與穿過(guò)各所述套管下擴(kuò)眼器臂形件的至少一個(gè)開(kāi)口和穿過(guò)所述導(dǎo)向鉆頭的開(kāi)口相連通。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種套管下擴(kuò)眼器鉆頭裝置,該裝置包括一個(gè)導(dǎo)向鉆頭(82)和可伸出的套管下擴(kuò)眼器臂形件(88)。所述的臂形件可操作地連接到所述的導(dǎo)向鉆頭(82)。所述的套管下擴(kuò)眼器臂形件(88)具有一個(gè)用于擴(kuò)眼的伸出位置和一個(gè)回縮位置,其中所述套管下擴(kuò)眼器鉆頭裝置的總體外徑小于井眼套管的內(nèi)徑,從而使得整個(gè)鉆頭能通過(guò)井眼套管取出。根據(jù)本發(fā)明的另外一個(gè)方面,該鉆頭裝置可操作地連接到一個(gè)雙壁管裝置(12)。所供應(yīng)的壓縮空氣通過(guò)雙壁管裝置(12)的環(huán)形空間(24)提供到井眼下氣動(dòng)沖擊錘(13)。從井眼下氣動(dòng)沖擊錘(13)排放的空氣被引導(dǎo)至鉆頭裝置,用于連續(xù)地通過(guò)所述雙壁管裝置的一個(gè)中央排放管(43)清除鉆屑。
文檔編號(hào)E21B10/26GK1270655SQ98809208
公開(kāi)日2000年10月18日 申請(qǐng)日期1998年7月17日 優(yōu)先權(quán)日1997年7月18日
發(fā)明者阿迪斯·L·霍爾特 申請(qǐng)人:阿迪斯·L·霍爾特