带有辊子扩眼器元件的可展开稳定器 优先权声明
本申请要求 2009 年 1 月 28 日提交的美国专利申请序列号 12/361428、 发明名称 为″带有辊子扩眼器元件的可展开稳定器″的提交日期的优先权， 其是 2007 年 12 月 3 日 提交的非临时专利申请号 11/949259 的部分继续， 该专利申请号 11/949259 目前处于未决 状态， 并要求 2006 年 12 月 4 日提交的临时专利申请号 60/872744 的优先权。
技术领域
概括来说， 在此披露和教导的发明涉及一种用于对地下钻孔进行扩眼的可展开扩 眼器设备 ； 更具体地说， 涉及对套管或衬管下方的地下钻孔进行扩眼。 背景技术
可展开扩眼器典型用于对地下钻孔进行扩大。通常， 在钻探油井、 气井和地热井 时， 套管被安装并充注水泥， 以防止井眼壁塌陷到地下钻孔内， 同时为后面的钻井作业提供 必要的支护以实现更大的深度。套管通常还安装成隔离不同的地层， 以防止地层流体交叉流动， 并实现钻孔时地层流体和压力的控制。 为增加先前已钻孔的深度， 将新的套管搁在先 前套管的内部， 并在其下方延伸。 虽然通过增加额外的套管能够使钻孔实现更大的深度， 但 是具有使钻孔变窄的缺点。钻孔的变窄制约了井的任何后续部分的直径， 因为钻头和任何 其他的套管必须穿过已有的套管。钻孔直径的减小是不希望的， 因为这限制了油气通过钻 孔的生产流量， 因此， 通常所希望的是扩大地下钻孔， 从而为在先前安装的套管之外安装另 外的套管提供更大的钻孔直径， 并实现烃通过钻孔的更好的生产流量。
为了扩大钻孔直径， 已经采用了各种各样的方法。其中一种用于扩大地下钻孔的 传统方法包括使用偏心钻头和双心钻头。例如， 一带有横向延伸或扩大的切割部分的偏心 钻头绕其轴线旋转， 生成扩大的钻孔直径。转让于本发明的受让人的美国专利 No.4635738 披露了偏心钻头的例子。双心钻头组件采用两个纵向叠加的钻头部分， 钻头部分带有横向 偏置轴线， 该钻头组件旋转时生成扩大的钻孔直径。同样转让于本发明的受让人的美国专 利 No.5957223 披露了双心钻头的例子。
另一种用于扩大地下钻孔的传统方法包括采用延伸的底孔组件， 其远端带有先导 钻头， 上方一定距离处带有扩眼器组件。 这种配置容许利用任何标准的回转式钻头类型， 可 以用钻岩钻头、 刮刀钻头或其他钻头作为先导钻头。组件的延伸性容许穿过钻孔中的卡阻 部位具有更大的灵活性， 同时能够更有效地稳定先导钻头， 以便使先导孔及后面的扩眼器 横切用于钻孔的路径。延伸底孔组件的这个方面在定向钻井中尤其重要。为此， 本发明的 受让人设计了扩眼结构， 即所谓的″扩眼器翼状物″， 其通常包括一具有捕捞颈部的管状 体， 所述捕捞颈部的顶部带有螺纹连接部， 其底部带有大钳牙板表面， 该大钳牙板表面也带 有螺纹连接部。转让于本发明的受让人的美国专利 No.5497842 和 No.5495899 披露了包括 扩眼器翼状物的扩眼结构。扩眼器翼状物的中上部包括一个或更多个纵向延伸的叶片， 这 些叶片大体上从管状体向外径向突出， 叶片的外边缘承载聚晶金刚石复合片 (PDC) 切割元件。 如上所述， 传统的可展开扩眼器可用来扩大地下钻孔， 其可包括可枢转地或 可铰接地附着于管状体并由设置在其中的活塞致动的叶片， 正如 Warren 的美国专利 No.5402856 所披露的那样。另外， Akesson 等的美国专利 No.6360831 披露了一种传统的钻 孔开启器， 其包括装备有至少两个开孔臂的主体， 所述开孔臂具有切割装置， 通过暴露于流 过主体的钻井流体的压力， 所述切割装置可从在主体内安放的位置移动至作用位置。这些 扩眼器中的叶片初始是缩回的， 以容许工具穿过钻柱上的钻孔， 一旦工具到达套管端部之 外， 叶片就伸展开来， 这样就会增大套管下方的孔直径。
传统的可展开扩眼器的叶片的尺寸设计成使它们本身与管状体之间的间隙最小， 以防止任何钻井流体和泥土碎片堵塞在间隙中并将叶片束缚在管状体上。 这些传统可展开 扩眼器的叶片利用工具内部的压力向活塞施加径向向外的力， 活塞横向向外移动承载切割 元件的叶片。 有些人觉得， 传统扩眼器的性质允许错位的作用力翘起并卡死活塞和叶片， 阻 止弹簧横向向内缩回叶片。 而且， 当卡死而靠着钻孔套管向上拉动时， 这些传统可展开扩眼 器组件的结构不能帮助叶片缩回。此外， 某些传统液压致动的扩眼器运用了昂贵的设置在 非常复杂的形状周围的密封件和昂贵的承载切割元件的活塞或叶片。为了防止翘起， 某些 传统扩眼器设计成具有特殊形状的活塞， 以尽力避免假设的翘起、 需要匹配的或者复杂的 密封配置。这些密封件在扩眼器伸展使用后或许会产生泄漏。
其他传统扩眼器在活塞或叶片周围需要非常小的公差 ( 例如， 在某些区域中， 为 一英寸的六千分之一 (0.006″ ))。试验显示， 由于载运颗粒的钻井泥浆引起的束缚， 这可 能是活塞不能使叶片向后缩回至工具内的问题的主要因素。
即使现有技术中存在各种方法在较小直径钻孔下方钻探和 / 或扩眼较大直径钻 孔， 但是仍然需要改进的设备和方法。例如， 双心和扩眼器翼状物组件在以下方面受到限 制： 这些工具的穿过直径不可以调整， 并且受到扩眼直径的限制。此外， 传统双心和偏心钻 头具有摇摆和偏离用于钻孔的路径的倾向。传统可展开扩眼组件， 虽然有时比双心和偏心 钻头更稳定， 但是， 在穿过较小直径钻孔或套管部分时可能会损坏， 可能会被提前致动， 或 者可能在致动之后从钻孔移除时存在困难。
另外， 可展开扩眼器可用于不以扩大钻孔作为主要目的或者根本不是目的的其他 扩眼应用中。可展开扩眼器可用作稳定器、 定中心器， 或者用于其他井下用途， 其中可能希 望或期望接触钻孔壁。如上所述， 可展开扩眼器可在其缩回状态时用于行进至所期望的井 下位置， 接着在这里可以展开扩眼器。虽然扩眼器可以在后面用来扩大钻孔壁， 如上所述， 但这不是必须的。例如， 扩眼器的叶片上可能没有切割元件， 叶片可以接触钻孔壁， 以尽力 稳定或对其他钻孔设备定中心。 然而， 当扩眼器向井下旋转时， 叶片可能靠着钻孔壁拖曳而 产生径向和 / 或轴向方向的摩擦力。
对于径向方向， 现有的扩延器或钻井工具的方法已包括设置在工具外表面周围的 滚动元件。例如， Bassinger 的美国专利 No.4227586 披露了一种″安装在扩眼器主体中的 辊子扩眼器组件， 其具有可纵向滑动的支承块″。再例如， Furse 等的美国专利 No.4693328 披露了一种″三辊子定中心器″， 其″可从辊子缩回的位置展开至辊子伸展至较大直径的 位置， 以便在下面扩眼的孔中保持同心″。 但是， 诸如这些的传统扩眼器具有诸如上述的那 些缺陷， 例如束缚或者不能缩回。
因此， 即使现有技术存在这些方法， 也一直希望改善或扩展可展开扩眼器设备的 性能， 无论进行钻孔或扩眼的地下地层是什么类型。 此外还希望提供一种扩眼器设备， 其能 够提供可靠的叶片缩回， 设计有牢固的传统密封或套筒构造， 并且移动部分之间不需要敏 感的公差。此外还希望提供一种扩眼器设备， 其能够使井下旋转引起的径向扭矩和摩擦力 最小。
在此披露和教导的发明旨在一种改进的用于对地下井孔进行扩眼的系统以及与 之相关的方法。 发明内容 为了防止或者至少基本上消除承载用于扩大钻孔的切割元件的叶片的卡死， 提供 一种设备， 在本发明的至少一个实施例， 所述设备具有构造成沿着设备主体中的轨道向上 滑动的叶片， 从而能够用更大的力去开启设备的叶片实现更完全的伸展位置， 而不会产生 损坏或束缚， 同时允许叶片直接沿着轨道缩回。
在本发明的其他实施例中， 提供一种用于对地下地层进行扩眼的可展开扩眼器设 备， 其包括 ： 管状体 ； 一个或更多个叶片， 各叶片在位置上耦合于管状体的轨道 ； 一推进套 筒； 和钻井流体流动路径， 其延伸穿过管状体而用于引导钻井流体通过。 管状体包括有纵向 轴线、 内孔、 外表面和至少一个在所述内孔和外表面之间贯通管状体的轨道， 所述轨道呈现 与所述纵向轴线成一锐角的倾斜。所述一个或更多个叶片均包括至少一个切割元件， 所述 切割元件构造并定向成响应于设备的旋转， 从地下地层的钻孔壁移除材料， 以扩大钻孔直 径。 推进套筒在位置上耦合于管状体的内孔， 并耦合于至少一个叶片， 以便构造成有选择地 允许穿过管状体的钻井流体的连通， 响应于钻井流体的力或压力而进行轴向运动， 从而使 所述至少一个叶片沿着轨道从缩回位置转移至进行扩眼的伸展位置。
还提供了可展开扩眼器设备的其他实施例。
在至少一个实施例中， 一个或更多个叶片可包括一个或更多个用于对井眼进行扩 眼的扩眼器辊子元件。 当叶片处于一个或更多个位置时， 各辊子元件可以接触钻孔壁， 这可 以稳定井下设备或对井下设备进行定中心。叶片可以在扩眼作业期间移除材料， 但这不是 必须的。
附图说明
图 1 示出了运用本发明某些方面的可展开扩眼器设备的多个实施例中的一个的 侧视图 ；
图 2 示出了运用本发明某些方面的可展开扩眼器设备沿图 1 中剖面线 2-2 的横向 剖视图 ；
图 3 示出了运用本发明某些方面的图 1 所示可展开扩眼器设备的纵向剖视图 ；
图 4 示出了运用本发明某些方面的图 3 所示可展开扩眼器设备的一部分的放大的 纵向剖视图 ；
图 5 示出了运用本发明某些方面的图 3 所示可展开扩眼器设备的另一部分的放大 剖视图 ；
图 6 示出了运用本发明某些方面的图 3 所示可展开扩眼器设备的又一部分的放大剖视图 ；
图 7 示出了运用本发明某些方面的图 3 所示可展开扩眼器设备的其他一部分的放 大剖视图 ；
图 8 示出了运用本发明某些方面的可展开扩眼器设备的多个实施例中的一个的 剪切组件的剖视图 ；
图 9 示出了运用本发明某些方面的可展开扩眼器设备的多个实施例中的一个的 喷嘴组件的剖视图 ；
图 10 示出了运用本发明某些方面的扩眼器的多个实施例中的一个的叶片的俯视 图；
图 11 示出了运用本发明某些方面的叶片沿图 10 中剖面线 11-11 的纵向剖视图 ；
图 12 示出了运用本发明某些方面的图 10 叶片的纵向端部视图 ；
图 13 示出了运用本发明某些方面的沿图 11 中剖面线 13-13 的剖视图 ；
图 14 示出了运用本发明某些方面的沿图 11 中剖面线 14-14 的剖视图 ；
图 15 示出了运用本发明某些方面的可展开扩眼器设备的多个实施例中的一个的 上锁套筒 (uplock sleeve) 的剖视图 ； 图 16 示出了运用本发明某些方面的可展开扩眼器设备的多个实施例中的一个的 叉形件 (yoke) 的透视图 ；
图 17 示出了运用本发明某些方面的可展开扩眼器设备的一个或多个实施例在关 闭位置或缩回位置、 初始工具位置的局部纵向剖视图 ；
图 18 示出了运用本发明某些方面的图 17 可展开扩眼器设备在接收流体路径中的 球的初始工具位置的局部纵向剖视图 ；
图 19 示出了运用本发明某些方面的图 17 可展开扩眼器设备在球移入球座并被捕 获的初始工具位置的局部纵向剖视图 ；
图 20 示出了运用本发明某些方面的图 17 可展开扩眼器设备的局部纵向剖视图， 其中随着压力的积累， 剪切组件被触发， 行进套筒在设备内部开始向下移动， 从而离开初始 工具位置 ；
图 21 示出了运用本发明某些方面的图 17 可展开扩眼器设备的局部纵向剖视图， 其中行进套筒朝着下保持位置移动， 同时在流体压力的作用下由推进套筒推动的叶片朝着 伸展位置移动 ；
图 22 示出了运用本发明某些方面的图 17 可展开扩眼器设备的局部纵向剖视图， 其中在流体压力的作用下， 叶片 ( 仅描绘了一个 ) 由推进套筒保持在完全伸展位置， 行进套 筒移入保持位置 ；
图 23 示出了运用本发明某些方面的图 17 可展开扩眼器设备的局部纵向剖视图， 其中当流体压力消失时， 叶片 ( 仅描绘了一个 ) 通过一偏置弹簧缩回至缩回位置 ；
图 24 示出了运用本发明某些方面的可展开扩眼器设备的多个实施例中的一个的 局部纵向剖视图， 其包括钻孔尺寸测量装置 ；
图 25 示出了运用本发明某些方面的可展开扩眼器设备的多个实施例中的一个的 局部纵向剖视图， 其结合有运动限制元件 ；
图 26 示出了运用本发明某些方面的可展开扩眼器设备的多个实施例中的一个的
局部纵向剖视图， 其结合有另一运动限制元件 ；
图 27 示出了运用本发明某些方面的可展开扩眼器设备的多个实施例中的一个， 其具有滚动元件。
图 28 示出了运用本发明某些方面的可展开扩眼器设备的多个实施例中的另一 个， 其具有滚动元件。
图 29 示出了运用本发明某些方面的可展开扩眼器设备的多个实施例中的一个， 其具有带有辊子元件的叶片。
图 30 示出了运用本发明某些方面的可展开扩眼器设备的多个实施例中的另一 个， 其具有带有倾斜辊子元件的叶片。
图 31 示出了运用本发明某些方面的可展开扩眼器设备的多个实施例中的另一 个， 其具有辊子元件。 具体实施方式
上述附图以及下文具体结构和功能的文字描述不用于限制申请人发明的范围或 者附加的权利要求的范围。相反， 提供附图和文字描述来教导本领域普通技术人员去制造 和使用寻求专利保护的发明。 本领域技术人员应当明白， 为便于清楚和理解， 没有描述或显 示这些发明的商业实施例的所有特征。本领域技术人员还应当领会， 包含本发明的方面的 实际商业实施例的开发将需要许多具体实施方案才能实现开发者的最终用于商业实施例 的目标。这样的依实施方案而定的决定可包括 ( 但不限于 )， 有关系统、 有关业务、 有关政 府及其他约束的符合， 而这些约束可以随具体的实施、 位置而随时变化。 虽然开发者的工作 在独立意义上可能是复杂并且费时的， 但是对于本领域普通技术人员来说， 在本发明的教 导下， 这样的工作只不过是常规任务。 必须明白， 在此披露和教导的发明适合于很多和各种 各样的变形和替代形式。 最后， 单个术语的使用， 例如 ( 但不限于 )″一″， 并不作为对物品 数量的限制。而且， 关系术语的使用， 例如但不限于″顶″、″底″、″左″、″右″、″ 上″、″下″、″向下″、″向上″、″侧″等等， 用于具体参考附图来进行清楚的文字 描述， 不在于限制本发明或者附加的权利要求的范围。术语″耦合″、″被耦合″、″正 在耦合″、″耦合器″及类似术语在此广泛使用， 并且可包括用于固定、 结合、 联结、 紧固、 附着、 连接、 插入其中、 在其上或其中形成、 连通、 或其他方式的相联、 例如机械地、 磁性地、 电气地、 化学地、 利用中间元件、 一件或多件部件共同地直接或间接地相联的任何方法或者 设备， 此外还可包括但不限于， 与另一个元件形成单体形式的一个功能元件。 耦合可以在任 何方向上进行， 包括旋转。术语″扩眼″、″被扩眼″、″正在扩眼″、″扩眼器″及类 似术语在此广泛使用， 其可包括但不限于， 直接或间接、 持续或间歇、 有意或无意接触或与 地下井眼或其部分连通的任何操作， 并且可以 ( 但不是必须 ) 包括扩大井眼， 移除井眼、 地 层或其他材料， 或者接触井下材料， 修整、 压碎、 压紧、 钻井或其他井下工序， 或者上述操作 的单独或组合的一个或多个。 扩眼可以在任何方向上进行， 虽然扩眼可包括扩大井眼， 但不 限于此。
申请人提出了一种用于对地下地层进行扩眼的可展开扩眼器设备， 其可包括管状 体和一个或更多个叶片。各叶片在位置上耦合于管状体的倾斜轨道， 扩眼器可包括一推进 套筒和钻井流体流动路径， 所述钻井流体流动路径贯穿管状体的内孔延伸， 用于引导钻井流体通过。 所述一个或更多个叶片中的每个叶片可以但不必须包括至少一个构造成在扩眼 期间从地下地层移除材料的切割元件。作为选择， 各叶片可以是平滑的、 起伏状的， 可以没 有切割元件， 或者可以包括辊子元件。 辊子元件可以是特定应用所需的任何类型， 例如平滑 的或起伏状的， 可以 ( 但不必须 ) 包括切割元件、 插入物或与之耦合的其他元件。推进套筒 可以配置在管状体的内孔中， 并与叶片中的一个或多个耦合， 以便响应于对内孔的流动路 径中的例如钻井流体或其他流体的力或压力的暴露而实施其沿轨道至展开位置的轴向运 动。本申请还提供了可展开扩眼器设备的其他实施例。在一些情况下， 在此提供的示图并 不是任何特定扩眼器工具、 切割元件或扩眼器工具的其他特征的实际视图， 仅仅是用来描 述本发明的理想化表示。另外， 附图之间共有的元件可以保留相同的数字标记。
图 1 示出了运用本发明某些方面的可展开扩眼器设备 100 的多个实施例中的一个 的侧视图。 可展开扩眼器设备 100 可包括一大体上圆柱形的管状体 108， 所述管状体 108 具 有一纵向轴线 L8。可展开扩眼器设备 100 的管状体 108 可具有一下端 190 和一上端 191。 参照端部 190 和 191， 在此使用的术语″下″和″上″指的是可展开扩眼器设备 100 位于井 眼之内时端部 190 和 191 彼此相对的通常位置。可展开扩眼器设备 100 的管状体 108 的下 端 190 可以包括一组螺纹 ( 例如带螺纹的插销元件 )， 用于将下端 190 连接到钻柱的另一部 分或连接到例如诸如用于承载钻探井眼的先导钻头的钻箍的底孔组件 (BHA) 的另一部件。 同样， 可展开扩眼器设备 100 的管状体 108 的上端 191 可以包括用于将上端 191 连接到钻 柱的另一部分或底孔组件 (BHA) 的另一部件的一组螺纹 ( 例如带螺纹的母箱元件 )。 三个滑动刀具块或叶片 101、 102、 103( 参见图 2) 在位置上圆周间隔开地保持在管 状体 108 上， 如下所述， 它们可以设置在沿着可展开扩眼器设备 100 的第一下端 190 和第二 上端 191 中间的位置上。叶片 101、 102、 103 可以由钢、 碳化钨、 颗粒基体复合材料 ( 例如硬 颗粒分散在整个金属基体材料上 ) 或本领域已知的其他合适的材料构成。叶片 101、 102、 103 保持在可展开扩眼器设备 100 的管状体 108 内的初始缩回位置上， 如图 17 所示， 但可响 应于液压的作用而移入扩展位置 ( 如图 22 所示 )， 并根据需要移入缩回位置 ( 如图 23 所 示 )， 正如下文中将要描述的那样。可展开扩眼器设备 100 可以 ( 但不是必须的 ) 构造成使 得叶片 101、 102、 103 接合环绕井眼的地下地层的壁， 其中， 当叶片 101、 102、 103 在伸展位置 时， 设备 100 设置成移除地层材料， 但是， 当叶片 101、 102、 103 位于缩回位置时， 不可以操作 成接合井眼内部的地下地层的壁。 虽然可展开扩眼器设备 100 包括三个叶片 101、 102、 103， 但是也可以考虑使用一个、 两个或超过三个的叶片。此外， 虽然叶片 101、 102、 103 圆周对称 地位于管状体 108 的轴向方向上， 但是， 这些叶片也可以圆周不对称以及不对称地位于任 一端部 190 和 191 的方向上的纵向轴线 L8 上。
图 2 示出了运用本发明某些方面的可展开扩眼器设备 100 沿图 1 中剖面线 2-2 的横向剖视图。管状体 108 可环绕一纵向贯穿管状体 108 延伸的流体通路 192。流体通路 192 可以以旁通的关系引导流体大体上通过例如行进套筒 128 的内孔 151， 以保护叶片 101、 102、 103 基本上不暴露于尤其是横向方向上或垂直于纵向轴线 L8 的钻井流体。
有利的是， 通过保护叶片 101、 102、 103 不暴露于流体， 夹带颗粒的流体很少会引 起积聚或者妨碍可展开扩眼器设备 100 的操作情况。但是， 应当认识到， 正如下文进一步详 细地解释的， 当操作、 即从初始位置、 伸展位置和缩回位置的延伸是通过流体压力和弹簧偏 置作用力合成的轴向力进行时， 对叶片 101、 102、 103 的有益保护不是为可展开扩眼器设备
100 的操作所必需的。在这个实施例中， 该实施例只是许多实施例中的一个， 轴向力可以通 过轴向作用致动装置、 例如但不限于推进套筒 115( 如图 3 所示 ) 直接致动叶片 101、 102、 103， 正如下文更清楚地描述的。
参照图 2， 为了更好地描述本发明的各个方面， 所示的叶片 102 和 103 处于初始或 缩回位置， 而所示的叶片 101 位于向外或伸展位置。可展开扩眼器设备 100 可以 ( 但不是 必须的 ) 构造成， 当处于初始或缩回位置时， 每个叶片 101、 102、 103 的最外侧径向范围或横 向伸展范围凹入到管状体 108 内部， 这样， 其不会伸展超过管状体 108 最大外径。在可展开 扩眼器设备 100 设置在钻孔套管之内时， 这样的配置可以保护叶片 101、 102、 103， 并且可以 允许可展开扩眼器设备 100 通过钻孔内的套管。在其他实施例中， 叶片 101、 102、 103 的最 外侧径向范围可以与管状体 108 的外径一致或者略微伸展超过管状体 108 的外径。如图中 叶片 101 所示， 在伸展位置时， 叶片可以伸展超过管状体 108 的外径， 以便在扩眼操作时接 合钻孔的壁。
图 3 示出了运用本发明某些方面的图 1 和图 2 所示可展开扩眼器设备沿图 2 所示 剖面线 3-3 的纵向剖视图。同时还可以参照图 4-7， 图 4-7 显示了图 3 所示可展开扩眼器 设备 100 的各个部分的局部放大纵向剖视图。根据需要， 也可以回到图 1 和图 2 进行参照。 管状体 108 在位置上分别在三个叶片轨道 148 保持三个滑动刀具块或叶片 101、 102、 103。 叶片 101、 102、 103 均可以 ( 但不必须 ) 承载多个切割元件 104， 用于在叶片 101、 102、 103 处于伸展位置 ( 如图 22 所示 ) 时， 接合限定开口钻孔壁的地下地层的材料。切割元件 104 可以是聚晶金刚石复合片 (PDC) 刀具或本领域普通技术人员已知的其他切割元件， 如发明 名称为″用于在钻孔的同时扩大钻孔的可展开扩眼器设备及其使用方法″的美国专利号 No.7036611 中所述的， 其全部公开内容在此引入作为参考。
可展开扩眼器设备 100 可以包括剪切组件 150， 其用于通过朝着上端 191 固定行进 套筒 128 而将可展开扩眼器设备 100 保持在初始位置。同样可参考图 8， 其显示了剪切组 件 150 的局部视图。剪切组件 150 可以包括一上锁套筒 124、 一些剪切螺钉 127 和行进套筒 128。上锁套筒 124 可以保持在管状体 108 的内孔 151 中且在唇部 152 与挡圈 132( 如图 7 所示 ) 之间， 所述上锁套筒 124 可包括 O 形密封环 135， 用以防止流体在上锁套筒 124 的外 孔 153 与管状体 108 的内孔 151 之间流动。上锁套筒 124 可以包括用于保持每个剪切螺钉 127 的剪切槽 154， 其中， 在本发明的该实施例中， 各剪切螺钉 127 可螺纹拧入行进套筒 128 的剪切口 155 中。剪切螺钉 127 可以将行进套筒 128 保持在上锁套筒 124 的内孔 156 中， 以有条件地防止行进套筒 128 沿着朝井下方向 157、 即朝着可展开扩眼器设备 100 的下端 190 进行轴向移动。上锁套筒 124 可包括一内唇 158， 用以防止行进套筒 128 沿着朝井上方 向 159、 即朝着可展开扩眼器设备 100 的上端 191 移动。一 O 形密封环 134 在上锁套筒 124 的内孔 156 之间密封行进套筒 128。
当剪切螺钉 127 被剪切时， 例如， 行进套筒 128 可允许在管状体 108 内沿着朝井下 方向 157 轴向行进。有利的是， 剪切时， 剪切螺钉 127 的部分保持在上锁套筒 124 和行进套 筒 128 内， 可防止这些部分在对钻孔进行扩眼时变松或者存放在其他部件中。虽然显示的 是剪切螺钉 127， 但是， 其他剪切元件也带来好处， 例如但不限于， 剪切杆、 剪切线或剪切销， 这样元件单独或组合使用。可选择地， 其他剪切元件可包括用于在排出后正确地保持在构 成部件内的结构， 方式类似于本发明该实施例的剪切螺钉 127。参照图 6， 上锁套筒 124 还可包括一筒夹 160， 所述筒夹 160 将一密封套筒 126 轴 向保持在管状体 108 的内孔 151 和行进套筒 128 的外孔 162 之间。上锁套筒 124 还可包括 在周围轴向间隔开的一个或更多个耳部 163 和一个或更多个口 161。当行进套筒 128 位于 沿朝井下方向 157 足够的轴向距离时， 该一个或更多个耳部 163 可以径向向内弹起， 以将行 进套筒 128 的运动锁定在上锁套筒 124 的耳部 163 之间以及安装在密封套筒 126 上端的减 震部件 125 之间。而且， 当行进套筒 128 位于沿朝井下方向 157 足够的轴向距离时， 上锁套 筒 124 的所述一个或多个口 161 可能暴露于流体， 这使得流体从流体通路 192 连通到喷嘴 入口 164。所述密封套筒 126 的减震元件 125 可以提供行进套筒 128 与上锁套筒 124 的耳 部的弹性保持， 还可以减轻碰撞冲击， 例如由行进套筒 128 的运动受到密封套筒 126 的阻止 时引起的碰撞冲击。
减震元件 125 可以包括柔性或顺从材料， 例如弹性体或其他聚合物。在至少一个 实施例中， 例如， 减震元件 125 可以包括丁腈橡胶。利用行进套筒 128 与密封套筒 126 之间 的减震元件 125， 可以减少或防止行进套筒 128 和密封套筒 126 中的至少一个的变形， 否则 会由于其间的碰撞而出现变形。
应该注意， 在此披露的包含在可展开扩眼器设备 100 内的任何密封元件或减震 元件可以包括本领域中已知的任何合适的材料， 例如聚合物或弹性体。可选择地， 可选择 构成密封元件的材料用于较高温度使用 ( 例如约 400 华氏度或更高 )。例如， 密封可以由 TM TM Teflon 、 聚醚醚酮 (″ PEEK ″ ) 材料、 聚合物材料或弹性体构成， 或者可以包括根据特定 应用适于所期望的钻孔工况的金属对金属密封。特别地， 在此披露的任何密封元件或减震 元件， 例如上文所述的减震元件 125 和密封元件 134、 135， 或密封元件例如下文所述的密封 件 136， 或者本发明可展开扩眼器设备所包含的其他密封元件， 均可以包括构造成用于较高 温度用途、 高腐蚀性钻孔环境或任何特定应用所需的工况的任何材料。
密封套筒 126 可以包括例如用于在管状体 108 的内孔 151 之间密封的 O 形密封环 136 和 / 或例如用于在行进套筒 128 的外孔 162 之间密封的 T 形密封件 137， 所述 T 形密封 件 137 可以 ( 但不必须 ) 实现行进套筒 128 与喷嘴入口 164 之间的流体密封。此外， 密封 套筒 126 可以在管状体 108 内轴向定位、 引导和 / 或支撑行进套筒 128， 实现上述作用中的 单独一种或组合。此外， 密封套筒密封件 136 和 137 还可以防止液压流体例如在行进套筒 128 从其初始位置释放之前从可展开扩眼器设备 100 内经由喷嘴入口 164 泄漏到可展开扩 眼器设备 100 外面。
行进套筒 128 的朝井下方向端 165( 还是参见图 5) 可包括一支座停止套筒 130， 所 述朝井下方向端 165 由一环形活塞或下锁套筒 117 定位、 轴向引导和 / 或支撑。下锁套筒 117 可轴向耦合于一推进套筒 115， 所述推进套筒 115 可圆柱形地保持在行进套筒 128 与管 状体 108 的内孔 151 之间。当行进套筒 128 在钻孔过程中处于″备好″或初始位置时， 液 压可作用于与工具轴线同心的推进套筒 115 以及行进套筒 128 的外孔 162 与管状体 108 内 孔 151 之间的下锁套筒 117。在可展开扩眼器设备 100 处于初始位置时， 有或没有液压， 都 可以防止推进套筒 115 在下锁组件、 例如下锁套筒 117 的一个或多个卡爪 166 的作用下沿 着朝井口方向 159 移动。
卡爪 166 在位置上可以保持在管状体 108 的内孔 151 中的环形凹槽 167 与支座停 止套筒 130 之间。 下锁套筒 117 的各个卡爪 166 为具有可展开棘爪 168 的筒夹或锁定卡爪，所述可展开棘爪 168 在由支座停止套筒 130 压缩地接合时， 可接合管状体 108 的凹槽 167。 卡爪 166 将下锁套筒 117 保持在适当位置上， 并可以防止推进套筒 115 沿朝井口方向 159 移动直至″端部″或支座停止套筒 130 的较大外径 169 行进超过下锁套筒 117， 这可以允许 卡爪 166 朝着行进套筒 128 的较小外径 170 轴向向内缩回。例如， 当卡爪 166 轴向向内缩 回时， 卡爪 166 可脱离管状体 108 的凹槽 167， 这使得推进套筒 115 在轴向方向、 例如在朝井 口方向 159 上主要承受液压作用。
在剪切螺钉 127 剪切之前， 剪切组件 150 需要确认动作， 例如将一滚珠或其他限制 元件导入可展开扩眼器设备 100 中， 以使液压流体流的压力增加。行进套筒 128 的朝井下 方向端 165 可包括位于其内孔之内的滚珠捕获套筒 129， 所述滚珠捕获套筒可包括一插塞 131。O 形密封环 139 也可提供滚珠捕获套筒 129 与插塞 131 之间的密封。滚珠 147 形式的 限制元件可导入到可展开扩眼器设备 100 中， 以便实现可展开扩眼器设备 100 启动或″触 发″剪切组件 150 动作的操作。在滚珠 147 被导入之后， 流体携带滚珠 147 进入滚珠捕获 套筒 129 中， 这使得滚珠 147 可以由插塞 131 的支座部分和滚珠捕获套筒 129 保持和密封。 如果或当滚珠 147 通过被捕获在滚珠捕获套筒 129 中而堵塞流体流动时， 流体或液压积聚 在可展开扩眼器设备 100 内部， 直到例如剪切螺钉 127 剪切。在剪切螺钉 127 剪切之后， 行 进套筒 128 与同轴地保持的支座停止套筒 130 一起在液压的作用下沿着朝井下方向 157 轴 向行进， 直到行进套筒 128 再次由如上所述移动到下位置的上锁套筒 124 轴向保持。而后， 在滚珠 147 上方重新建立通过行进套筒 128 的流体口 173 的流体流动。 可选择地， 用于激活可展开扩眼器设备 100 的滚珠 147 可接合滚珠捕获套筒 129 和插塞 131， 滚珠捕获套筒 129 和插塞 131 包括可延展特征， 这样滚珠 147 可以在其承坐时 能够挤压 (swage) 在其中。这可以防止滚珠 147 来回移动以及潜在引起可展开扩眼器设备 100 的故障或损坏。
而且， 为了在行进套筒 128 轴向保持之后支撑行进套筒 128 并减轻振动效应， 例 如， 支座停止套筒 130 和行进套筒 128 的朝井下方向端 165 可保持在一稳定套筒 122 中。 同 时还可以参照图 5 和 22。稳定套筒 122 可耦合于管状体 108 的内孔 151， 并保持在一挡圈 133 和一保护套筒 121 之间， 所述保护套筒可由管状体 108 内孔 151 中的环形唇部 171 保 持。挡圈 133 可以保持在管状体 108 的内孔 151 中的环形凹槽 172 内。通过允许液压流体 流过行进套筒 128 的流体口 173 并在行进套筒 128 保持在其中时冲击保护套筒 121 和流过 稳定套筒 122， 保护套筒 121 可对管状体 108 提供对液压流体腐蚀性的保护。
在行进套筒 128 行进得足够远以允许下锁套筒 117 的卡爪 166 脱离管状体 108 的 凹槽之后， 例如， 下锁套筒 117 的卡爪 166 可以全部沿朝井口方向 159 移动， 下锁套筒可连 接到推进套筒 115 上。同时还可以参照图 5、 6 和 21。为了使推进套筒 115 沿朝井口方向 159 移动， 由液压流体流动引起的管状体 108 的内孔 151 与外侧 183 之间的压差必须足够 克服弹簧 116 的回复力或偏置作用力， 也可以是特定应用所需的任何力或偏置作用力。阻 止推进套筒 115 沿朝井口方向 159 的运动的压缩弹簧 116 可以保持在推进套筒 115 的外表 面 175 上， 例如， 在附着在管状体 108 的凹槽 174 中的环 113 与下锁套筒 117 之间。推进套 筒 115 在液压流体的作用下可沿朝井口方向 159 轴向行进， 但可被阻止沿朝井下方向 157 移动而不能超过环 113 的顶唇以及超过保护套筒 184。推进套筒 115 可包括诸如位于管状 体 108 之间的 T 形密封 138 的密封件、 诸如位于行进套筒 128 之间的 T 形密封 137 的密封
件以及诸如位于行进套筒 128 与推进套筒 115 之间的刮油密封 141 的密封件。
推进套筒 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 与之耦合， 如图 6 所示。叉形件 114( 还如图 16 所示 ) 可包括三个臂 177， 每个臂均通过例 如带销连杆 178 与叶片 101、 102、 103 中的一个耦合。各个臂 177 可包括适于在叶片 101、 102、 103 向缩回位置缩回时排出碎屑的成形表面。臂 177 的成形表面结合主体 108 的空腔 的相邻壁可以提供大约 20 度的夹角， 所述夹角优选用于驱除或移除任何挤进来的页岩， 所 述成形表面还可以包括低摩擦表面材料， 用以防止粘着岩屑或其他碎屑。带销连杆 178 可 以包括将叶片耦合于臂 177 的连杆 118， 其中连杆 118 可通过销、 例如叶片销 119 耦合于叶 片， 并通过挡圈 142 固定， 连杆 118 可以通过叉头销 120 耦合于臂 177， 例如， 所述叉头销 120 通过开口销 144 固定。特别是， 当致动装置直接在伸展位置和缩回位置之间移动叶片 101、 102、 103 时， 带销连杆 178 可以允许叶片 101、 102、 103 绕叉形件 114 的臂 177 旋转地移动。 有利的是， 致动装置、 即推进套筒 115、 叉形件 114 和 / 或连杆 178， 可以直接缩回和伸展叶 片 101、 102、 103， 而传统观点是直接利用一个用于控制液压的部件去强制叶片横向向外以 及利用另一个部件、 例如弹簧去强制叶片向内。
为了使叶片 101、 102、 103 可以在伸展位置和缩回位置之间移动， 叶片 101、 102、 103 各自在位置上耦合于管状体 108 中的其中一个叶片轨道 148， 尤其是如图 3 和 6 所示。 叶片 101 还显示在图 10-14 中。叶片轨道 148 可包括位于相对于纵向轴线 L8 成锐角的斜 坡 180 上的燕尾形凹槽 179， 所述燕尾形凹槽沿管状体 108 轴向延伸。每一叶片 101、 102、 103 可以包括大体上与叶片轨道 148 的燕尾形凹槽 179 相匹配的燕尾形导轨 181， 以便将 叶片 101、 102、 103 滑动地固定到管状体 108 上。例如， 当推进套筒 115 受液压作用时， 叶片 101、 102、 103 可穿过叶片通道口 182 向上、 向外延伸到伸展位置， 以便准备好对地层或井眼 壁进行扩眼。可以沿着叶片轨道 148 推动叶片 101、 102、 103， 直到该前进运动被管状体 108 或耦合于管状体 108 的上稳定块 105 停止。在向上 - 向外或充分伸展位置， 叶片 101、 102、 103 可以 ( 但非必须 ) 设置成使得切割元件 104 扩大地下地层中的钻孔一规定量， 该规定量 可以是任意量， 包括零。例如， 当流过可展开扩眼器设备 100 的钻井流体提供的液压被释放 时， 弹簧 116 可以经由推进套筒 115 和带销连杆 178 推动叶片 101、 102、 103 进入缩回位置。 假如组件通过弹簧力不容易缩回， 那么， 当工具被拉出钻孔而放入套管靴时， 该套管靴可接 触叶片 101、 102、 103， 这有助于推动或强制叶片沿轨道 148 向下， 以允许可展开扩眼器设备 100 从钻孔收回。在这点上， 可展开扩眼器设备 100 可以包括一缩回保证特征， 用以进一步 帮助从钻孔移除可展开扩眼器设备。叶片轨道 148 的斜坡 180 可以是任意值， 在本发明的 该示例性实施例中， 其相对于可展开扩眼器设备 100 的纵向轴线 L8 大约为 10 度。虽然所 示的叶片轨道 148 的斜坡 180 大约为 10 度， 但是也可以从比所示角度更大的范围至更小的 范围之间变化。然而， 由于下面将提到的原因， 斜坡 180 应该大体上小于 35 度， 以便获得本 发明这个方面的全部好处。叶片 101、 102、 103 在轴向进入伸展位置时被″锁定″到带有燕 尾形导轨 181 的叶片轨道 148 中， 与传统液压扩眼器相比， 所述叶片 101、 102、 103 容许更宽 的公差， 传统液压扩眼器需要叶片活塞与管状体之间更小的公差， 以径向驱动叶片活塞进 入伸展位置。因此， 叶片 101、 102、 103 更稳固， 更不易于由于流体堵塞而被束缚或失效。在 本发明的该示例性实施例中， 叶片 101、 102、 103 在燕尾形导轨 181 与燕尾形凹槽 179 之间 的叶片轨道 148 的凹槽 179 中具有宽大间隙， 例如大约 1/16 英寸的间隙。应当认识到， 涉及凹槽 179 或导轨 181 的术语″燕尾″是非限制性的， 其宽泛涉及其中各个叶片 101、 102、 103 可与可展开扩眼器设备 100 的主体 108 保持在一起的结构， 这种结构同时进一步允许叶 片 101、 102、 103 沿着叶片轨道 148 在两个或更多个位置之间没有束缚或机械锁定地移动。
有利的是， 在与地层接合的可展开扩眼器设备 100 旋转同时对钻孔进行扩眼期间 作用于叶片 101、 102、 103 上的刀具 104 上的固有反作用力有助于进一步在向外伸展方向上 推动叶片 101、 102、 103， 从而通过该作用力将它们保持在完全向外或伸展位置上。所以， 作 用于刀具 104 的钻井力以及与工具外部的钻孔压力形成压差的可展开扩眼器设备 100 内的 高压一起可有助于进一步将叶片 101、 102、 103 保持在伸展或向外位置。而且， 随着可展开 扩眼器设备 100 的扩眼或钻孔， 在叶片轨道 148 的斜坡 180 的组合变得足够浅时， 流体压力 降低， 从而允许作用于刀具 104 或叶片 101、 102、 103 的反作用力补偿偏置弹簧 116 的偏移 作用。 在这点上， 液压的应用基本上可以在钻孔的时候最小化， 因为机械增益可以允许在耦 合轨道 148 的基本较浅的斜坡 180 时作用于刀具 104 的反作用力提供了用于将叶片 101、 102、 103 保持在它们的伸展位置的必要的反作用力。传统扩眼器具有从 35 度或更大的范 围 ( 相对于纵向轴线 ) 大体上横向向外地延伸的叶片， 其需要完全、 连续地应用液压来将叶 片保持在伸展位置。因此， 与传统可展开扩眼器的情况不同， 可展开扩眼器设备 100 的叶片 101、 102、 103 具有与扩眼钻孔时关闭倾向相反的打开倾向。净切割力以及反作用力的方向 都可以通过改变刀具 104 的后倾角、 出刃量和侧向斜度而进行调节， 例如可以有或没有， 从 而更好地实现趋向于朝着完全向外的范围移动叶片 101、 102、 103 的净力。例如， 在其他实 施例中的也可以在不使用刀具 104 的情况下实现类似的作用。
所谓″浅轨道″、 即具有锐角的基本上小的斜坡 180 的另一个优点是弹簧力缩回 效率更高。改善缩回效率能够改善或定制所使用的弹性系数， 以控制弹簧 116 的偏置作用 力范围， 从而选择需要液压克服的偏置作用力， 以开始移动或完全伸展叶片 101、 102、 103。 而且， 通过改善缩回效率， 当从可展开扩眼器设备 100 移除液压时， 能够更好地保证叶片缩 回。可选择地， 当可展开扩眼器设备 100 处于初始或缩回位置时， 可对弹簧进行预加载， 这 使得只需持续地施加极小的缩回力。
叶片轨道 148 的另一个优点是各个″燕尾形″凹槽 179 的单一结构， 在叶片 101、 102、 103 的各个侧面设有一个用于接收引导件 187 的相对″燕尾形″导轨 181 中的一个的 凹槽 179。 在传统的可展开扩眼器中， 能够移动的叶片的每个侧面可包括多个用于分别被接 收到扩眼器主体的相对通道或肋状物中的肋状物或通道， 其中， 例如， 当叶片承受操作力和 压力时， 这样的配置很容易产生束缚。除便于沿着轨道 148 或在轨道 148 中无束缚地延伸 和缩回叶片外， 单轨和合作的凹槽设计可以提供用于叶片操作的非束缚结构支撑， 例如， 尤 其是在接合地层同时进行扩眼时。
除所述上稳定块 105 外， 可展开扩眼器设备 100 还可以包括一中间稳定块 106 和 一下稳定块 107。可选择地， 中间稳定块 106 和下稳定块 107 可组合成单一稳定块。稳定 块 105、 106、 107 有助于将可展开扩眼器设备 100 在钻孔中定中心， 同时通过套管或衬管管 柱运行到位， 或者作为另外的例子， 有助于在钻孔的同时对钻孔进行扩眼。如上所述， 上稳 定块 105 可用来阻止或限制叶片 101、 102、 103 的前向运动， 该前向运动可以确定叶片 101、 102、 103 钻孔时接合钻孔的程度。 除了提供用于限制叶片的横向范围的后退停止之外， 上稳 定块 105 还用于例如在叶片 101、 102、 103 缩回以及钻柱的可展开扩眼器设备 100 位于钻柱旋转时不要求扩孔的区域中的钻孔之内时提供额外的稳定性。
有利的是， 上稳定块 105 可以由技术人员安装、 移除和 / 或更换， 尤其是本领域的 技术人员， 这可以使得叶片 101、 102、 103 接合钻孔的程度更容易增加或减少到与所示不同 的程度。可选择地， 应当认识到， 在上稳定块 105 的轨道侧相联的停止是可以定制的， 以便 在完全定位到沿着叶片轨道 148 的伸展位置时阻止叶片 101、 102、 103 可以横向伸展的范 围。例如， 稳定块 105、 106、 107 可以包括表面硬化的支承垫片 ( 未显示 )， 用以提供用于接 触钻孔壁、 同时在钻孔操作期间在其中稳定设备的表面。
而且， 可展开扩眼器设备 100 可包括碳化钨喷嘴 110， 如图 9 所示。喷嘴 110 设置 来用于冷却和清洁切割元件 104， 或者在钻孔期间从叶片 101、 102、 103 清除碎屑。喷嘴 110 可包括位于各个喷嘴 110 与管状体 108 之间的密封件、 例如 O 形密封环 140， 以提供两部件 之间的密封。如图所示， 喷嘴 110 构造成在朝井下方向 157 上朝着叶片 101、 102、 103 引导 钻井流体， 但也可以构造成在朝井口方向 159 上或在特定应用所需的任何方向上横向引导 流体。
现在描述可展开扩眼设备或扩眼器 100 的操作情况。 尤其是参照图 17-23， 根据需 要可选择参照图 1-16。可展开扩眼器设备 100 可安装在先导钻头上方的底孔组件中， 如果 包括随钻测量 (MWD) 装置， 可安装在随钻测量 (MWD) 装置上方或下方， 并结合到旋转导向系 统 (RSS) 和旋转闭环系统 (RCLS) 中。在″触发″可展开扩眼器设备 100 之前， 可展开扩眼 器设备 100 可保持在初始缩回位置， 如图 17 所示。例如， 可展开扩眼器设备 100 内的行进 套筒 128 可隔离流体流动路径， 并防止叶片 101、 102、 103 的无意中的伸展， 如前面所述， 并 可以由带有固定于上锁套筒 124 的剪切螺钉 127 的剪切组件 150 保持， 所述上锁套筒 124 可附着于管状体 108。 当行进套筒 128 保持在初始位置时， 无论是否作用有偏置作用力或液 压力， 可以防止叶片致动装置直接致动叶片 101、 102、 103。行进套筒 128 在其下端可具有 扩大端件， 例如支座停止套筒 130。该大直径的支座停止套筒 130 可以将下锁套筒 117 的 卡爪 166 保持在一固定位置， 该固定位置可防止推进套筒 115 在压差的作用下向上移动并 激活叶片 101、 102、 103。闭锁卡爪 166 可以将闭锁的或可展开棘爪 168 锁定到管状体 108 的内孔 151 中的凹槽 167 中。如果希望触发可展开扩眼器设备 100， 则根据需要可随时中 止钻井流体流动， 一滚珠 147 或其他流体节流元件落入钻柱中， 重新开始钻井流体的泵送。 滚珠 147 在重力的作用下和 / 或在钻井流体流动作用下沿朝井下方向 157 移动， 如图 18 所 示。例如， 经过一较短时间， 滚珠 147 可以到达滚珠捕获套筒 129 的滚珠座， 如图 19 所示。 滚珠 147 可以阻止钻井流体流动， 从而在滚珠 147 上方的钻柱中形成压力积累。随着压力 的积累， 滚珠可进一步承坐到插塞 131 中或抵靠在插塞 131 上， 所述插塞 131 可以由弹性材 料例如四氟乙烯 (TFE) 制成或衬以弹性材料例如四氟乙烯 (TFE)。
参照图 20， 在以最初安装在可展开扩眼器设备 100 中的剪切螺钉 127( 由黄铜或其 他合适材料制成 ) 的数量和各自剪切强度为基础设定的预定压力水平下， 剪切螺钉 127 在 剪切组件 150 中失效， 从而允许行进套筒 128 不再密封并向下移动。当行进套筒 128 与支 座停止套筒 130 的大端一起向下移动时， 下锁套筒 117 的闭锁卡爪 166 可朝着行进套筒 128 的较小直径向内自由移动， 从而脱离主体 108。
而后， 如图 21 所示， 下锁套筒 117 可附着于压力激活的推进套筒 115， 随着行进套 筒 128 向下移动时流体被允许通过流体口 173 而暴露， 推进套筒 115 此刻则在流体压力下向上移动。随着流体压力的增加， 可克服弹簧的偏置作用力， 这使得推进套筒 115 沿朝井口 方向 159 移动。推进套筒 115 可附着于叉形件 114， 而叉形件 114 可通过销和连杆组件 178 附着到三个叶片 101、 102、 103 上， 此刻所述三个叶片在推进套筒 115 的带动下向上移动。 在 向上移动过程中， 叶片 101、 102、 103 均可附随坡道或轨道 148 而动， 这些叶片经由一种变形 正方形燕尾凹槽 179( 如图 2 所示 ) 安装到所述坡道或轨道 148 上。
参照图 22， 处于完全伸展位置的叶片 101、 102、 103 的行程由稳定块 105 上的表面 硬化的上垫片阻止。 可选择地， 正如上面所述的， 在钻孔之前可以将定制的稳定块组装到可 展开扩眼器设备 100 上， 以便调节和限制叶片 101、 102、 103 可以伸展的范围。当叶片 101、 102、 103 在伸展位置时， 可以开始对钻孔进行扩眼。
当可展开扩眼器设备 100 进行扩眼时， 在叶片 101、 102、 103 的刀具 104 对较大钻 孔扩眼时， 表面硬化的下垫片和中垫片 106、 107 可帮助稳定管状体 108， 在叶片 101、 102、 103 处于缩回位置时， 表面硬化的上垫片 105 也可以帮助稳定可展开扩眼器设备 100 的顶 部。
在行进套筒 128 与滚珠 147 一起向下移动之后， 可以停止位于行进套筒 128 中的 滚珠 147 上方的流动旁通或流体口 173 对着表面硬化的保护套筒 121 的内壁 184 的排放， 这有助于防止或最小化与所述内壁撞击的钻井流体流动的腐蚀损坏。 钻井流体流动则可以 沿着底孔组件向下继续进行， 行进套筒 128 的上端被″捕获″、 即锁定在上锁套筒 124 的耳 部 163 与密封套筒 126 的减震元件 125 之间， 行进套筒 128 的下端则可由稳定套筒 122 横 向稳定。
当钻井流体压力被释放时， 弹簧 116 可以帮助驱动下锁套筒 117 和推进套筒 115 与附着的叶片 101、 102、 103 一起向下、 向内后退至其原始或初始位置， 并进入缩回位置， 参 见图 23。但是， 由于行进套筒 128 已经移到向下的锁定位置， 较大直径的支座停止套筒 130 不再将卡爪 166 保持在凹槽 167 之外和之内， 因而闭锁或下锁套筒 117 保持未闭锁， 并承受 用于后续操作或激活的压差。
只要钻井流体流动在钻杆中通过可展开扩眼器设备 100 重新建立， 推进套筒 115 与叉形件 114 以及叶片 101、 102、 103 可就可以向上移动， 叶片 101、 102、 103 附随坡道或轨 道 148 而动， 以再次切割或扩眼钻孔中的规定直径。只要钻井流体流动停止， 即压差低于弹 簧 116 的回复力， 叶片 101、 102、 103 就可以经由弹簧 116 缩回， 如上所述。
在本发明的许多方面， 可展开扩眼器设备 100 可以克服传统扩眼器的缺点。例如， 传统液压扩眼器可以使用工具内部的压力向径向向外移动的刀具活塞施加作用力力。 有些 人觉得， 传统扩眼器的性质允许不重合的作用力翘起并卡死活塞， 阻止弹簧使叶片缩回。 通 过提供使得每个叶片沿着较浅角度斜坡向上滑动的可展开扩眼器设备 100， 可以使用较高 的钻孔力来打开和伸展叶片至它们的最大位置， 同时将作用力传递直到表面硬化的上垫片 而没有损坏地停止， 并随后允许弹簧使叶片没有卡死或翘起地缩回。
可展开扩眼器设备 100 可以包括叶片， 这些叶片如果没有通过弹簧缩回， 则可以 通过与钻孔壁或者套管的接触而沿着轨道的坡道向下推动， 这允许可展开扩眼器设备 100 穿过套管， 从而提供一种故障保护功能。可展开扩眼器设备 100 可以在或者可以不在叶片 周围密封， 但是不需要在上面的密封件， 例如在某些传统可展开扩眼器中使用的定制密封 件。可展开扩眼器设备 100 可以包括位于具有动密封的相邻部件之间的间隙， 所述间 隙范围从大约 0.010 英寸到 0.030 英寸。动密封都可以是传统的、 环形密封件， 或者可以是 常规密封或特定应用所需的任何类型的密封。此外， 滑动机构或致动机构可包括在轨道上 的叶片， 并且可以包括例如尤其在燕尾部分周围的范围从大约 0.050 英寸到大约 0.100 英 寸的间隙。 可展开扩眼器设备中叶片与轨道之间的间隙可以变化至比在此所示的稍微更大 或更小的范围。可展开扩眼器设备 100 的部件的较大间隙和公差促进了操作的简易， 尤其 是减少了由钻井流体中的颗粒和从钻孔壁切下的地层碎屑引起的束缚的可能性。
可展开扩眼器设备 100 的其他方面提供在此 ：
叶片 101 由引导件 187 沿着轨道 148( 如图 2 所示 ) 保持在适当位置上。叶片 101 可以包括如图 10-14 所示的配合引导件 187。各引导件 187 可由相对地位于块 101 的每个 侧面上的单个导轨 108 构成， 并可以包括一夹角 θ， 所述夹角 θ 可选择成防止与轨道 148 的配合引导件束缚在一起或者用于特定应用所需的其他目的。在本实施例中， 例如， 叶片 101 的导轨 181 的夹角 θ 约为 30 度， 这样叶片 101 在例如受到液压作用时易于从主体 108 中的轨道 148 离开或者在轨道 148 周围提供间隙。
叶片 101、 102、 103 可通过连杆组件附着于一叉形件 114， 正如在此所述的， 在本发 明的该实施例中， 当致动装置、 即叉形件 114 和推进套筒 115 轴向向上移动时， 所述叉形件 允许叶片 101、 102、 103 沿着 10 度坡道向上且径向向外移动。 连杆组件的连杆可以 ( 但不一 定必须 ) 以类似的方式销接到块和叉形件两者上。在致动装置和叶片 101、 102、 103 的直接 致动期间， 连杆组件除了允许致动装置大体上在纵向或轴向方向直接伸展和缩回叶片 101、 102、 103 之外， 连杆组件还可以通过旋转一定角度实现叶片 101、 102、 103 的向上、 径向向外 的伸展， 所述角度可以是任意角度， 在本发明实施例中， 该角度约为 48 度。
在叶片 101、 102、 103 由于某种原因在缩回弹簧 116 的偏置作用力作用下不能容易 地沿着叶片轨道 148 的坡道向下后退的情况下， 则随着可展开扩眼器设备 100 被拉出钻孔， 与钻孔壁的接触会沿着轨道 148 的斜坡 180 向下撞击叶片 101、 102、 103。 必要时， 可从套管 拔出可展开扩眼器设备 100 的叶片 101、 102、 103， 这可以推动叶片 101、 102、 103 进一步退回 到缩回位置， 从而允许可展开扩眼器设备 100 进入套管并通过套管移除。在本发明的其他 实施例中， 可以密封行进套筒以防止流体流通过叶片通道口 182 而流出工具， 在触发后， 可 以保持该密封。
如上所述， 喷嘴 110 可以沿着流过可展开扩眼器设备 100 的流动方向从管状体 108 里面向下、 径向向外引导至管状体 108 与钻孔之间的环空。沿这种向下的方向引导喷嘴 110， 在流体从喷嘴排出并与沿着钻孔向上返回的环空移动逆流混合时， 会引起逆向流动， 并可以改善叶片清洁和清除岩屑。喷嘴 110 可以对准叶片 101、 102、 103 的刀具， 以便进行 最大化的清洁， 可以利用计算流体动力学 (″ CFD″ ) 分析来优化方向对准。
可展开扩眼器设备 100 可包括下保护接头 109， 诸如图 4 中所示的那个， 所述下保 护接头可连接于扩眼器主体 108 的下箱体连接处。通过允许主体 108 为单块结构， 保护接 头 109 实现了两者之间比具有上接头和下接头的传统两件式工具更强的连接 ( 具有更高的 补偿扭矩 )。保护接头 109， 尽管不是必需的， 但是其为其他井下设备或工具提供了更有效 的连接。
可展开扩眼器设备 100 的另外的其他方面也提供在此 ：将行进套筒 128 和上锁套筒 124 保持在初始位置的剪切组件 150 的剪切螺钉 127 可用来提供或形成一触发器， 所述触发器在压力积累到一预定值时释放， 所述预定值可以 任意值。剪切螺钉在可展开扩眼器设备 100 内的钻井流体压力下剪切的预定值优选例如为 1000psi， 或者甚至为 2000psi。应当认识到， 该压力的范围可以为比在此所述的更大或更 小， 用以触发可展开扩眼器设备 100。 可选择地， 应当认识到， 可以提供使剪切螺钉 127 剪切 的更大压力， 以使得弹簧元件 116 有条件地配置和偏置作用至更大程度， 以便进一步提供 液压流体释放时叶片缩回的所希望的保证。可选择地， 叶片 101、 102、 103 中的一个或多个 可替换为具有在此所述的引导件和导轨的、 可接收到可展开扩眼器设备 100 的轨道 148 的 凹槽 179 中的稳定块， 所述稳定块可以用作可展开的同心稳定器而不是扩眼器， 并且还可 以在钻柱中与其他同心扩眼器或偏心扩眼器一起使用。作为选择， 叶片 101、 102、 103 中的 一个或更多个可以包括一个或更多个辊子元件， 这将在下文进一步描述。
可选择地， 叶片 101、 102、 103 均可包括单排或三排或多排切割元件 104 而不是如 图 2 所示的两排切割元件 104。有利的是， 两排或多排切割元件有助于延长叶片 101、 102、 103 的寿命， 尤其是在硬地层中钻孔的时候。叶片 101、 102、 103 可以包括上述任何元件， 根 据特定应用需要单独或组合使用。
图 24 显示了依照本发明另一个实施例具有测量装置 20 的可展开扩眼器设备 10 的实施例的剖视图。测量装置 20 可以提供可展开扩眼器设备 10 与所钻钻孔的壁之间的距 离指示， 该距离能够确定可展开扩眼器设备 10 可以扩大钻孔的程度。如图所示， 测量装置 20 大体上在垂直于可展开扩眼器设备 10 的纵向轴线 L8 的方向上安装到管状体 108 上。测 量装置 20 可耦合于贯穿可展开扩眼器设备 10 的管状体 108 延伸的通讯线 30， 所述通讯线 30 可包括位于可展开扩眼器设备 10 的上端 191 的端接头 40。端接头 40 构造成用于兼容 地连接特定或专用设备， 例如随钻测井 (MWD) 通讯组件。通讯线 30 还可以用来向测量装置 20 供电。测量装置 20 可构造成用于检测、 分析和 / 或确定钻孔的尺寸， 或者可以完全用来 检测， 其中钻孔尺寸的分析或确定可通过其他设备进行， 这对随钻测井 (MWD) 领域的技术 人员都是明白的， 从而提供钻孔尺寸的基本精确的确定。测量装置 20 也可以帮助确定可展 开扩眼器设备 10 没有钻成想要的直径的时间， 允许采取补救办法， 而不是延长伸展时间或 伸展数千英尺进行钻孔， 以扩眼必须再扩眼的钻孔。
测量装置 20 可以是 Hall 等的美国专利 No.5175429 中披露的核基测量系统的一 部分， 该专利转让给在此披露的本发明的受让人， 其全部公开内容在此引入作为参考。 测量 装置 20 还可以包括声学卡钳、 接近传感器或适于确定钻孔壁与可展开扩眼器设备 10 之间 的距离的其他传感器。可选择地， 测量装置 20 可配置、 安装并用来确定可展开扩眼器设备 20 的能够移动的叶片和 / 或支承垫片的位置， 其中从这样的测量可以推定进行扩眼的最小 钻孔直径。 类似地， 可以在能够移动的叶片之内设置一测量装置， 例如在能够移动的叶片被 致动至其最外最大程度的时候， 所述测量装置接触或邻近钻孔壁上的地层。
图 25 显示了供可展开扩眼器设备 200 使用的用于限制叶片可以向外伸展的程度 的运动限制部件 210 的剖视图。正如上面有关包括用于限制叶片沿着叶片轨道可以向上、 向外伸展的程度的后退停止部的稳定块 105 所述的， 运动限制部件 210 可用来限制致动装 置、 即推进套筒 115 在轴向朝井口方向 159 上延伸的程度。运动限制部件 210 可具有位于 推进套筒 115 的外表面与管状体 108 的内孔 151 之间的圆柱形套筒本体 212。如图所示， 弹簧 116 可位于运动限制部件 210 与管状体 108 之间， 而运动限制部件 210 的基端 211 保持 在弹簧 116 与挡圈 113 之间。当推进套筒 115 在例如如上所述的液压作用下进行运动时， 使得弹簧 116 沿朝井口方向 159 压缩， 直到其运动被运动限制部件 20 阻止， 所述运动限制 部件 20 防止弹簧 116 和推进套筒 115 沿朝井口方向 159 进一步运动。在这点上， 可防止可 展开扩眼器设备 200 的叶片伸展超过运动限制部件 210 设定的限度。
如图 26 所示， 供可展开扩眼器设备 200 使用的另一运动限制部件 220 可构造成带 有一弹簧盒体 222， 所述弹簧盒体 222 具有敞口圆筒段 223 和基端 221。弹簧 116 的一部分 可容纳在弹簧盒体 222 的敞口圆筒段 223 内， 基端 221 安放在弹簧 116 与下锁套筒 117 的 上端之间。例如， 当弹簧盒体 222 伸展至撞击接触挡圈 113 或位于管状体 108 的内孔 151 中的突出部或唇部 188 时， 弹簧 116 和推进套筒 115 的运动被阻止。
虽然所述的运动限制部件 210 和 220( 如图 25 和 26 所示 ) 基本上为圆柱形， 但是 它们也可以具有其他形状和构造， 例如可具有台、 腿或细长片段， 这是没有限制的。广义上 来说， 运动限制部件可以允许被阻止的轴向运动范围随着应用种类的不同而不同， 尤其是 在利用只需微小变更的共同的可展开扩眼器设备就可以对不同钻孔进行扩眼的时候。
在其他实施例中， 运动限制部件 210 或 220 可以是用于限制致动装置可以伸展的 程度的简单结构， 以限制叶片的运动。例如， 运动限制部件可以是缸筒， 该缸筒在推进套筒 115 的外表面与或者位于弹簧 116 与推进套筒 115 之间或者位于弹簧 116 与管状体 108 之 间的管状体 108 的内孔 151 之间的空间内浮动。 参照图 1-23， 如上所述， 可展开扩眼器设备 100 可为叶片 101、 102、 103 沿着同样的 非束缚的路径 ( 在任一方向上 ) 提供稳固致动， 这相对于传统扩眼器来说是相当大的改进， 传统扩眼器具有与叶片一体的活塞， 用以积累液压以向外操作活塞， 因而需要不同位置的 强制机构、 例如弹簧， 来使叶片向内缩回。 在这点上， 可展开扩眼器设备可以包括激活装置、 即连杆组件、 叉形件、 推进套筒和 / 或其他用于伸展和缩回叶片的相同部件， 从而允许用于 移动叶片的驱动力沿着相同的路径、 但在相反方向上设置。 利用传统扩眼器， 用于伸展叶片 的致动力不能保证在相反方向上以及至少不沿着相同路径准确地设置， 增加了束缚的可能 性。在此所述的可展开扩眼器可以克服传统扩眼器的相关的缺陷。
在本发明的另一个方面， 可展开扩眼器设备 100 沿着第一方向轴向驱动致动装 置、 即所述推动套筒， 同时迫使叶片移动至伸展位置 ( 叶片由叉形件和连杆组件直接耦合 于推进套筒 )。在相反方向上， 推进套筒通过叉形件和连杆组件并通过拉动， 直接使叶片缩 不管是否像传统那样设置偏置弹簧或 回。 因而， 激活装置可以为叶片提供直接伸展和缩回， 液压流体。
现在将描述可展开扩眼器设备 100 的又一实施例， 其中与上述那些实施共同的元 件保留相同的标记。如上所述， 扩眼器 100 可包括一个或更多个用于扩眼的部件， 这些部件 耦合于一个或更多个叶片 101、 102、 103。虽然有些扩眼部件可以构造成从钻孔切割或移除 材料， 但是不一定必需这样。 作为选择， 扩眼部件也可以构造成不通过移除材料对钻孔进行 扩眼， 或者通过移除极少的材料对钻孔进行扩眼， 或者作为另一个例子， 根据特定应用， 通 过仅仅根据需要接触钻孔壁来定中心或稳定设备， 这可以包括或可以不包括切割、 钻孔或 其他扩眼工序 ( 以连续地、 间歇地、 集中地或者其他方式 )。下文所述的实施例起到的功能 与上述基本上一样， 各种各样的实施例的机械结构相类似或相同， 除非另有明确、 隐含或其
他方式指示。为了有效和清楚描述的目的， 有关各个实施例的结构或功能在下文具有上述 的结构或功能的地方不再重复， 不过可以不时地参照上述附图， 以便完全描述本发明。
图 27 示出了运用本发明某些方面的可展开扩眼器设备 100 的多个实施例中的一 个， 其具有滚动元件。除非在此另有指示， 图 27 的实施例操作基本上与上述那些实施例无 异， 其中的差别更加详细地描述在下文。扩眼器 100 的叶片 101、 102、 103(103n 没有显示在 图 27 中 ) 可以包括滚动元件， 例如辊子扩眼器元件 202、 204。各个叶片 101、 102 可包括任 意数量的辊子元件 202、 204， 并且每个叶片优选包括一个。各个叶片 101、 102 可以 ( 但不 必须 ) 单独地包括一个或更多个辊子元件 202、 204， 或者包括一个或更多个辊子元以及特 定应用所需的一个或更多个其他扩眼部件， 例如一个或更多个切割元件， 诸如聚晶金刚石 复合片 (PDC) 刀具 206。各个辊子元件 202、 204 可以包括一主体， 诸如辊子主体 208， 其优 选可以为圆柱形的， 但是也可以是特定应用所需的任何形状。辊子主体 208 可以由任何材 料制成， 例如复合材料， 但是优选由钢形成。辊子主体 208 可以是平滑的、 起伏状的、 网纹状 的， 或其他用于扩眼的配置， 例如具有插入件， 比如一个或多个碳化钨钮 210， 或者特定应用 所需的其他插入件。 各辊子元件 202、 204 可耦合于叶片 101、 102， 使得辊子元件的至少一部 分或者与之耦合的元件可以相对于相关叶片 101、 102 的径向最外表面 212 径向向外伸展。 例如， 辊子元件 202、 204 可以耦合成限定扩眼器 100 处于展开状态 ( 参见图 22) 时扩眼器 100 的最外直径或展开直径， 或者辊子元件可以耦合成限定扩眼器处于任何状态， 包括缩回 状态 ( 对应于缩回直径 )， 以便在扩眼期间连续地、 间歇地或其他方式接触井眼。
图 28 示出了运用本发明某些方面的可展开扩眼器设备 100 的多个实施例中的另 一个， 其具有滚动元件。各辊子元件 202 可以特定应用所需的任何方式耦合于叶片 101， 优 选可旋转地与之耦合。如图 28 的示例性实施例所示， 其只是多个中的一个， 辊子元件 202 可整个或局部地配置在叶片 101 主体之内。例如， 辊子主体 208 可耦合于轴 214， 它们的组 合则可以耦合于叶片 101， 以致耦合于辊子插孔 216。 辊子保持板 218 可耦合于叶片 101， 以 将辊子元件 202 固定到适当位置。虽然所示的保持板 218 包括用于耦合用途的孔， 例如用 于螺钉或螺栓 ( 未显示 ) 的孔， 但是， 应当明白， 辊子元件 202 可以以任何特定应用所需的 方式耦合， 例如焊接、 摩擦、 销钉连接或任何方法。另外， 辊子元件 202 可容易移除或更换地 耦合于叶片 101， 但也不一定必须这样。辊子元件 202 可以是与块 101 或块 101 中用于接 收辊子元件 202 的孔 217 的尺寸有关的任意尺寸。例如， 凹处或孔 217 可以正好足够大以 允许辊子元件 202 在其中旋转， 辊子元件可以包括插入件 210。作为另一个例子， 辊子元件 202 可以基本上小于孔 217 或者为特定应用所需的任意尺寸。虽然一个或多个示例性实施 例使用的辊子元件 202 的直径为一英寸、 二英寸或者另一个例子， 为三英寸， 但是， 各辊子 元件可以大于或小于这些尺寸， 或者为其间的任何尺寸。 本领域普通技术人员应当明白， 各 辊子元件 202 可以是特定应用所需的任何尺寸， 而且， 虽然各辊子元件 202 在特定应用中可 以为相同尺寸， 但是不一定必须相同， 一个或更多个辊子元件 202 的尺寸是可以不同的。
进一步参照图 28， 各辊子元件 202 可以包括一个或更多个轴承， 例如滚柱轴承 220， 用于绕辊子轴 214 的纵向轴线旋转。例如， 辊子元件 202 可以包括在各个端部的轴承 220， 所述轴承 220 可以耦合于轴 214， 举例来说， 如图 27 所示， 或者可以以允许辊子元件 202 相对于叶片 101 旋转的任何方式耦合。作为其他例子， 轴承 220 可耦合于插孔 216 中或 者紧邻插孔 216 耦合或者耦合在轴 214 与辊子主体 208 之间， 以便允许辊子主体 208 绕轴214 旋转， 同时轴 214 基本上保持不动。虽然轴承 220 关系到径向旋转， 但是辊子元件 202 可以 ( 但不是必须 ) 包括一个或更多个与轴向方向有关的轴承， 例如止推轴承 222， 该轴承 单独使用或与一个或更多个径向轴承组合。
例如， 当扩眼器 100 沿着井眼向上或向下移动时， 辊子元件 202 被强制在朝井口方 向或朝井下方向运动， 轴向轴承， 例如止推轴承 222， 可以降低辊子元件 202 与叶片 101 之间 的摩擦。应当明白， 图 28 中所示的止推轴承 222 仅仅是示例性的， 根据特定应用需要， 可以 使用任何轴承， 单独使用或与支撑旋转的其他部件结合， 例如润滑剂或铍铜垫片。
图 29 示出了运用本发明某些方面的可展开扩眼器 100 的多个实施例中的一个， 其 具有带有辊子元件 202 的叶片 101。如上所述， 叶片 101 可具有与之耦合的辊子元件 202， 所述辊子元件 202 可以包括轴 214、 辊子主体 208 和 / 或用于扩眼的其他部件。辊子元件 202 可耦合于例如叶片 101 中的凹槽， 其可以包括耦合于块 101 的用于将辊子元件 202 固 定到适当位置的保持板 218， 所述适当位置为， 例如平行于井眼轴线、 平行或倾斜于块的外 表面或者块滑动的轨道、 或者特定应用所需的任何位置。保持板 218 可以 ( 但不必须 ) 包 括孔 224， 例如用于螺钉、 螺栓或销 ( 未显示 ) 的孔， 或者也可以以任何特定应用所需的方 式耦合， 如上所述。另外， 辊子元件 202 可以包括支撑旋转的部件， 例如轴承， 所述旋转可以 包括任意方向上的旋转， 例如径向或纵向。作为例子， 轴承可以放置在辊子主体 208 与保持 板 218 之间、 轴 214 与叶片 101 之间、 辊子主体 208 与轴 214 之间或任何部位， 单独使用或 组合使用， 这是本领域中应当明白的。图 29 中所示的三个滚柱轴承 226 仅仅是示例性的， 本领域普通技术人员应当明白， 轴承可以是特定应用所需的任何类型或任何尺寸， 轴承可 以以任何方式耦合在任何部位。作为例子， 轴承 226 或 222( 图 28) 可以为滚珠轴承、 滚柱 轴承、 滚珠止推轴承、 深槽滚珠轴承或容许平滑、 低摩擦运动或特定应用所需的其它运动的 由任意材料制成的任何类型的轴承。
图 30 示出了运用本发明某些方面的可展开扩眼器 100 的多个实施例中的另一个， 其具有带有倾斜辊子元件 202 的叶片 101。 虽然所示的辊子元件 202 基本上平行于叶片 101 的径向最外表面， 但这不是必须的。如图 30 所示， 辊子元件 202 可以是歪斜的或者不平行 于叶片 101 的外表面， 或者作为另一个例子， 相对于井眼的纵向轴线歪斜一个角度 α， 以便 对特定应用所需的钻孔进行扩眼。 在这样的实施例中， 该实施例只是许多实施例中的一个， 对钻孔进行扩眼可以 ( 但不是必须 ) 包括在操作期间从钻孔壁修整或移除一定量的材料。 可以根据许多因素选择与井眼的纵向轴线偏离的角度 α， 包括但不限于， 扩眼前后钻孔的 直径， 材料被修整或移除的多少 ( 如果有 )， 或者作为另一个例子， 辊子主体 208 的外表面配 置的侵占量 (aggressiveness)， 其可以 ( 但不是必须 ) 包括一个或更多个插入件 210。如 上有关一个或多个其他实施例所述的， 辊子元件 202 可以包括一个或更多个轴承， 例如止 推轴承 228， 其可以单独或结合其他轴承起到支撑辊子元件 202 的一个或多个部件的旋转 的作用， 并且可以例如耦合于辊子元件 202 的任意一端或耦合于特定应用所需的另外的部 位。
图 31 示出了运用本发明某些方面的可展开扩眼器设备 100 的多个实施例中的另 一个， 其具有辊子元件 202、 204、 205。类似于上文图 2 的描述， 图 31 显示的叶片 101、 102 和 103 分别具有辊子元件 202、 204 和 205， 其中所示的叶片 101 位于向外或伸展位置。所示的 叶片 102 和 103 处于许多缩回位置中的两个或多个位置。例如， 叶片 102 显示了一个缩回位置， 其中一个或更多个插入件 210， 整个地或部分地， 与辊子元件 204 的辊子主体 208 的至 少一部分、 例如外表面延伸超过叶片 102 主体的径向最外部分。再例如， 叶片 103 显示了另 一个缩回位置， 其中一个或更多个插入件 210 的至少一部分延伸超过叶片 103 主体的径向 最外部分， 但是辊子元件 205 的辊子主体 208 径向保留在叶片 103 的主体内部。例如， 在辊 子元件 204 的该实施例中， 辊子主体 208 和一个或更多个插入件 210 在扩眼操作期间都接 触钻孔壁。 另一方面， 在辊子元件 205 的该实施例中， 一个或更多个插入件 210， 整个地或部 分地， 在扩眼操作期间接触钻孔壁， 但辊子主体 208 没有接触钻孔壁， 因为辊子主体 208 的 外表面径向设置在叶片 103 主体的最外部分内部。如上文参照图 2 所述的， 可展开扩眼器 设备 100 可以 ( 但不是必须 ) 构造成， 当处于初始或缩回位置时， 每个叶片 101、 102、 103 的 最外侧半径范围或横向伸展范围凹入到管状体 108 内部， 这样其不会伸展超过管状体 108 最大外径范围。在可展开扩眼器设备 100 设置在钻孔套管之内时， 这样的配置可以保护叶 片 101、 102、 103， 并且可以允许可展开扩眼器设备 100 通过钻孔内的该套管。 在其他实施例 中， 包括相应的辊子元件 202、 204、 205 的叶片 101、 102、 103 的最外侧半径范围可以与管状 体 108 的外径一致或者略微伸展超过管状体 108 的外径。如图中叶片 101 所示， 在伸展位 置时， 叶片可以伸展超过管状体 108 的外径， 以便在扩眼操作时接合钻孔的壁。如图中叶片 102 和 103 所示， 在一个或多个缩回位置时， 叶片可以 ( 但不是必须 ) 延伸超过管状体 108 的外径， 以便在扩眼操作期间接合钻孔的壁。例如， 特定应用 ( 只是许多特定应用中的一 个 ) 可能需要在相同或不同的井眼中对两个不同直径的钻孔进行扩眼。因此， 具有辊子元 件 202、 204、 205 的叶片 101、 102、 103 可以在缩回位置限定第一扩眼直径， 所述第一扩眼直 径大于或小于管状体 108 的外径， 也可以限定在操纵扩眼器 100 至展开位置时的第二扩眼 直径， 例如更大直径。举例来说， 叶片 101、 102、 103 缩回时的第一扩眼直径大约为十又八分 之五英寸， 叶片 101、 102、 103 展开时的第二扩眼直径大约为十二又四分之一英寸。本领域 普通技术人员应当明白， 扩眼直径可以是特定应用所需的任何直径， 无论比在此所述的这 些直径大还是小。
虽然已经显示和描述了本发明的特定实施例， 但是， 本领域技术人员可以想到对 此的数目众多的变化或其它实施例。 因此， 这意味着， 本发明仅由所附的权利要求书及其法 定等同物限定。
在不背离申请人发明的精神的情况下， 可以想出运用本发明的一个或更多个方面 的其他和进一步的实施例。 例如， 各叶片可以包括刀具、 稳定部件、 辊子元件或其他部件， 可 以是任何组合。此外， 可展开扩眼器的各种方法和实施例都可以被归入到产生所披露的方 法和实施例的变化的相互组合中。单个元件的叙述可以包括多个元件， 反之亦然。
步骤的次序可以以多种顺序中发生， 除非另外明确限定。在此描述的各种步骤可 以结合其他步骤、 插入所述步骤和 / 或分成多个步骤。同样， 这些元件在功能上进行了描 述， 它们可以具体化成独立的部件或者可以组合成具有多个功能的部件。
本发明已经在优选及其他实施例的上下文中进行了描述， 但不是对每个本发明的 实施例都进行了描述。 对本领域普通技术人员来说可得到对所述实施例的显而易见的改变 和变形。 披露和未披露的实施例目的不在于限制或限定申请人构想的本发明的范围或适用 性， 而是依照专利法， 申请人目的在于完全保护落入下列权利要求的等价物的范围内的全 部这样的改变和改进。