CN111032989B - 具有在枢转上固定的刀具的切割工具 - Google Patents

具有在枢转上固定的刀具的切割工具 Download PDF

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Abstract

一种用于在井眼中执行铣削、扩眼或其它切削操作的工具。所述工具包括：工具本体，所述工具本体被构造成用于在所述井眼内绕着所述工具本体的纵向轴线旋转；以及刀具组，所述刀具组包括两个或更多个刀具，所述两个或更多个刀具至少在展开构型下从所述工具本体向外延伸，并且被固定地联接在一起，同时大致在所述轴线上枢转地联接至所述工具本体，使得所述刀具在切削期间与所述工具本体一起旋转，同时能够相对于所述工具本体一起枢转。

Description

具有在枢转上固定的刀具的切割工具
技术领域
本发明涉及一种自调节式井下工具，尤其涉及一种用于移除材料的自调节式井下工具，例如扩眼器或铣削工具。
背景技术
在将井筒或井眼初步钻入地层之后，有时必须对井眼进行扩眼或扩大。例如，可能需要井眼的直径大于当前装配在该井眼内的钻头所能达到的直径。另选地，如果钻头在钻出井眼期间已经磨损，则井眼的一部分可能不是其应有的大小，或者井眼的壁的一部分会塌陷或移动到井眼中，至少部分地阻塞井眼。
图1示出了传统的井眼扩大工具或扩眼器10，其由附接到钻柱或在钻柱内的管状本体11组成，并且该管状本体11具有围绕其圆周间隔开的多个径向突出的刀片或臂12。刀片是能够伸缩/能够展开的，例如通过液压驱动的推杆14、驱动液压力F2以及用于使臂在其上滑动以迫使臂从本体伸出的内部斜坡15。刀片在其端部或前端上设有切削刃或切削元件13。在使用中，扩眼器10在井眼内旋转，使得突出的刀片上的切削元件13与井眼的边缘或壁接触，从而移走地层材料并扩大井眼。
图2示出了传统的铣削工具，其例如可以用于通过铣削移除位于井眼内的管件的一部分。这例如对于为了使井眼对于临时或永久性封堵并废弃(P&A)操作准备好所需要的，在这种情况下井眼的一部分被清理掉以暴露地层，并且允许该部分填充诸如水泥的密封剂。如同图1的扩眼器，铣削工具配备有多个铣削刀片22，铣削刀片22中的每个能够通过液压驱动的推动活塞或杆24和通过驱动液压力F2推动刀片打开来移动到展开位置。
通常，对于铣削工具和扩眼器，一旦刀片(或刀具)被展开，其就被相对于工具本体21固定在位置23，而没有后续调节的可能性。当工具旋转时，载荷可能会在刀片之间不均匀地分布，从而导致刀片过度磨损和不均匀磨损。例如，在铣削期间将铣削工具向上拉动或向下推动的情况下，刀片中的一个的切削面会比其它刀片更高/更低，这意味着该刀片将完成大部分铣削工作，从而导致该刀片过度磨损。这又会降低铣削速度，并导致需要比其它情况更频繁地更换刀片。载荷不均匀还会导致工具振动，这会加剧问题和/或对工具及相关部件、例如对敏感的电子元件造成其它损坏。
发明内容
本发明的目的是提供一种铣削工具或扩眼器，其用于减少各个刀片上的磨损和/或提高操作效率。
根据本发明，提供了一种用于在井眼中执行铣削、扩眼或其它切削操作的工具。所述工具包括：工具本体，所述工具本体被构造成用于在所述井眼内绕着所述工具本体的纵向轴线旋转；以及刀具组，所述刀具组包括两个或更多个刀具，所述两个或更多个刀具至少在展开构型下从所述工具本体向外延伸，并且被固定地联接在一起，同时大致在所述轴线上枢转地联接至所述工具本体，使得所述刀具在切削期间与所述工具本体一起旋转，同时能够相对于所述工具本体一起枢转。
所述刀具组中的刀具可以围绕所述工具基本等角度地间隔开。
所述工具可以包括一组臂，所述一组臂将相应的刀具固定地连接到位于所述轴线上的中心点，所述臂在所述中心点处被固定地连接在一起，并且通过能够枢转的联接来连接到所述工具。
所述工具可以包括两组或更多组所述刀具组，每组中的刀具能够与所述刀具组或其它每组刀具组中的刀具无关地相对于所述工具本体枢转。
所述刀具组可以包括两个刀具。
所述工具可以包括展开机构，所述展开机构用于将所述刀具保持在基本位于所述工具本体内的缩回位置以使得所述工具能够下降到所述井眼中，并且用于将所述刀具径向向外地展开到所述展开位置。
附图说明
图1示意性地示出了包括多个扩眼刀片的传统扩眼器；
图2示意性地示出了包括多个铣削刀片的传统铣削工具；
图3示意性地示出了根据本发明的实施例的铣削工具，其包括固定在一起并且能够相对于工具本体枢转的一对铣削刀片；以及
图4示意性地示出了根据本发明的可选实施例的铣削工具，其包括固定在一起并且能够相对于工具本体枢转的一组四个铣削刀片。
具体实施方式
如上所述，传统的铣削工具和扩眼器例如用于从井眼内移除材料，传统的铣削工具和扩眼器利用至少在展开、即径向延伸之后刚性地固定到工具本体的刀片和刀具。这会导致叶片的磨损不均匀以及其它问题。
为了减轻这些问题，本申请提出将刀片联接到工具本体，以便允许刀片和工具本体之间的一定程度的运动，并且将刀片连结(link)在一起以帮助分担和调节各个刀片上的载荷。取决于要实现的目的，这种联动(linkage)可以采取各种形式，但是，简而言之，目的是将一部分载荷从承受高载荷的一个叶片传递到承受较低载荷的另一个叶片，从而使载荷更均匀地分布。好处是可以延长工具寿命，因为刀具的均匀磨损可以防止工具过早失效和/或过快的铣削或扩眼速度。进一步的好处包括延长铣削长度和减少进入井眼的行程次数。
图3示意性地示出了在钻杆21的端部上在井眼(未示出)内展开的工具20。在该示例中，井眼容纳一个或多个管件(例如套管)22，并且可能容纳其它井下设备，例如电缆、管道等。作为封堵并废弃操作的一部分，必须通过铣削移除一部分管件和其它设备。如此，工具20是铣削工具，其包括固定到钻杆的工具本体23以及一对刀具24a、24b。每个刀具具有面向上的切割表面25a、25b，以允许在钻杆和工具被旋转同时被向上拉动穿过井眼时执行铣削。[注意，无论铣削方向如何，都可以使用本文描述的原理。]。
刀具24a、24b被附接至相应的臂26a、26b，其中臂在工具本体的中心点处被连接在一起。在图3所示的完全展开状态下，臂被以固定的角度固定在一起，同时能够绕着枢轴点27枢转。优选地，仅允许在图中的平面内枢转，但是在该平面之外枢转也是可能的。
图3示出了一种情况，其中一个刀具24a比另一个刀具24b经受更大的向下力，从而导致刀具之间的力差F1。由于臂和枢轴点的作用，该差力被从一个刀具传递到另一个刀具，即，一个刀具24a上的向下力被转变为另一个刀具24b上的向上力。这种作用趋向于使这两个刀具执行的功相等。铣削方向D也被标出。
虽然未在图3中示出，但是提供了一种合适的机构，其用于在开始铣削之前径向展开刀具。通常，在将工具20降低到井眼中期间，刀具和臂被完全容纳在工具本体23内。在这种构型中，臂被向内折叠。一旦工具20处于正确的位置，钻杆21被旋转，并且臂和刀具被(例如使用某种液压机构)径向向外地推动穿过设置在工具本体中的纵向狭槽28a、28b。刀具24a、24b被成形为确保能最初穿透待切割的管件。继续旋转和径向展开，直到臂和刀具完全张开到臂被锁定在一起的程度，使得臂绕着枢轴点27一起枢转。在铣削操作完成之后，为了将臂和刀具完全收入工具本体以允许将钻杆和工具从井眼中向上拉出，可以反转此过程。
图4(作为穿过刀具截取的侧视横截面图和横向横截面图)示出了一种可选择的铣削工具30，当该铣削工具30完全展开时，其具有等距离间隔开的四个刀具31，所述四个刀具31在枢轴点33处经由相应的臂34固定到工具本体32[本文描述的原理与刀具的数量无关。例如，在可选实施例中，可以使用六个刀具。]。臂34和刀具31可以成对布置，使在直径方向上相反的臂和刀具被连接成绕着枢轴点一起枢转。换言之，每对在直径方向上相反的刀具和臂能够与另一对在直径方向上相反的刀具和臂无关地绕着枢轴点枢转。与图3的实施例一样，对于每对刀具，任何力的不平衡都通过臂传递，以便趋于平衡由每对刀具执行的功。
在对图3的实施例的改型中，所有四个臂在完全径向展开之后可以被刚性地固定在一起，其中臂绕枢轴点一起枢转。在这种情况下，枢轴点由将臂的最内端连接至工具本体的万向接头或类似部件提供。
除了平衡施加在刀具上的向下力之外，上述布置还可以减小当刀具咬入管件或地层中时的不均匀的侧向力，从而趋于使刀具居中并减少由扩眼或铣削操作引起的振动。这也可以减轻在单个臂咬入地层或套管时产生的任何突然的侧向力的破坏作用。
将理解到，在不脱离本发明的区域的情况下，可以对上述实施例进行各种修改。

Claims (5)

1.一种用于在井眼中执行铣削、扩眼或其它切削操作的工具，包括：
工具本体，所述工具本体被构造成用于在所述井眼内绕着所述工具本体的纵向轴线旋转；
刀具组，所述刀具组包括两个或更多个刀具，所述两个或更多个刀具至少在展开构型下从所述工具本体向外延伸，并且被固定地联接在一起，同时大致在所述轴线上枢转地联接至所述工具本体，使得所述刀具在切削期间与所述工具本体一起旋转，同时能够相对于所述工具本体一起枢转；以及
一组臂，其中，所述两个或更多个刀具被附接到所述一组臂中的相应臂，并且所述臂被在所述工具本体的中心点处连接在一起，在所述展开构型下，所述臂被以固定的角度固定在一起，同时能够绕着枢轴点枢转，使得在所述两个或更多个刀具中的一个刀具上的向下力被转变为在所述两个或更多个刀具中的另一个刀具上的向上力。
2.根据权利要求1所述的工具，其特征在于，所述刀具组中的刀具围绕所述工具基本等角度地间隔开。
3.根据前述权利要求中的任一项所述的工具，其特征在于，所述工具包括两组或更多组所述刀具组，每组中的刀具能够与所述刀具组或其它每组刀具组中的刀具无关地相对于所述工具本体枢转。
4.根据权利要求1所述的工具，其特征在于，所述刀具组包括两个刀具。
5.根据权利要求1所述的工具，其特征在于，所述工具包括展开机构，所述展开机构用于将所述刀具保持在基本位于所述工具本体内的缩回位置以使得所述工具能够下降到所述井眼中，并且用于将所述刀具径向向外地展开到所述展开构型。
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