CN102341560A - 带有辊子扩眼器元件的可展开稳定器 - Google Patents

带有辊子扩眼器元件的可展开稳定器 Download PDF

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Abstract

一种用于对地下地层进行钻孔的可展开扩眼器设备，其可包括一管状体；一个或更多个叶片，各叶片在位置上耦合于管状体的倾斜轨道；一推进套筒；和钻井流体流动路径，其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一个都构造成对地下地层进行扩眼。推进套筒可以配置在管状体的内孔中，并与所述一个或更多个叶片中的每一个耦合，以便响应于对一作用力或内孔的流动路径中钻井流体的压力的暴露而影响其沿轨道至展开位置的轴向运动。各叶片可包括一个或更多个用于对井眼进行扩眼的辊子元件。

Description

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TeflonTM、聚醚醚酮(″PEEKTM″)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，直接使叶片缩回。因而，激活装置可以为叶片提供直接伸展和缩回，不管是否像传统那样设置偏置弹簧或液压流体。
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。

Claims (47)

1.一种用于对地下地层中的钻孔进行扩眼的可展开扩眼器设备，其包括：
管状体，所述管状体具有纵向轴线、内孔、外表面和位于管状体内且处于内孔与外表面之间的至少一个轨道，所述轨道相对于所述纵向轴线以锐角向上、向外倾斜；
贯穿所述内孔延伸的钻井流体流动路径；
一个或更多个叶片，其中至少一个叶片能够滑动地耦合于管状体的所述至少一个轨道，以及所述至少一个叶片具有与其耦合的辊子元件；和
设置在管状体的内孔中并与所述至少一个叶片耦合的推进套筒，所述推进套筒构造成响应于流过钻井流体流动路径的钻井流体的压力向上轴向移动，以使所述至少一个叶片沿着所述至少一个轨道伸展并进入伸展位置。
2.如权利要求1所述的可展开扩眼器设备，还包括设置在管状体的内孔中并与所述推进套筒相接触的偏置元件，所述偏置元件定向成沿轴向向下方向偏置推进套筒，以使所述至少一个叶片在推进套筒不受力或不受钻井流体的压力时沿着所述至少一个轨道缩回至缩回位置。
3.如权利要求1所述的可展开扩眼器设备，其中，所述至少一个轨道从所述纵向轴线径向向外延伸。
4.如权利要求1所述的可展开扩眼器设备，其中，所述锐角约为10度。
5.如权利要求1所述的可展开扩眼器设备，其中，所述锐角小于大约35度。
6.如权利要求1所述的可展开扩眼器设备，其中，所述至少一个叶片通过一连杆组件直接耦合于所述推进套筒。
7.如权利要求1所述的可展开扩眼器设备，进一步还包括用于在位置上保持和引导所述至少一个轨道内的所述至少一个叶片的引导结构。
8.如权利要求7所述的可展开扩眼器设备，其中，所述引导结构包括位于所述至少一个叶片上的两个相对的燕尾形导轨和位于所述至少一个轨道的相对两侧上的两个燕尾形凹槽，所述燕尾形凹槽能够配合滑动地接收所述燕尾形导轨。
9.如权利要求1所述的可展开扩眼器设备，还包括一耦合于管状体与推进套筒之间的运动限制部件，用以限制推进套筒的轴向运动范围。
10.如权利要求1所述的可展开扩眼器设备，还包括一行进套筒，所述行进套筒位于管状体的内孔中，并构造成有选择地将推进套筒、叶片与作用力或钻井流体压力隔离开而不使所述推进套筒和叶片暴露至所述作用力或钻井流体压力。
11.如权利要求10所述的可展开扩眼器设备，其中，所述行进套筒通过管状体的内孔中的剪切组件轴向保持在初始位置。
12.如权利要求10所述的可展开扩眼器设备，其中，所述推进套筒通过耦合在管状体中的下锁组件轴向保持在初始位置，所述下锁组件包括行进套筒的下端，在行进套筒轴向移动得足以从下锁组件释放推进套筒之后，推进套筒能够在伸展位置与缩回位置之间轴向移动。
13.如权利要求10所述的可展开扩眼器设备，还包括一上锁套筒，用于在管状体内充分行进时以及在使推进套筒暴露于作用力或流动路径内钻井流体的压力时轴向保持行进套筒。
14.如权利要求1所述的可展开扩眼器设备，还包括用于确定所扩大的钻孔的直径的测量装置。
15.如权利要求14所述的可展开扩眼器设备，其中，所述测量装置为基本上垂直于所述纵向轴线的用于测量至扩大的钻孔的壁的距离的声学卡钳。
16.如权利要求10所述的可展开扩眼器设备，还包括稳定套筒，所述稳定套筒耦合于管状体下端的内孔以用于接收行进套筒的下端。
17.一种用于对地下地层中的钻孔进行扩眼的可展开扩眼器设备，其包括：
管状体，所述管状体具有纵向轴线、内孔、外表面、以及位于管状体内且处于所述内孔与外表面之间的多个向上、向外倾斜的轨道，所述轨道与所述纵向轴线成锐角；
贯穿管状体延伸而用于引导钻井流体通过的钻井流体流动路径；
多个沿周向间隔开的、大体上径向和纵向伸展的叶片，各叶片能够滑动地与多个轨道中的一个相接合，在所述叶片上承载至少一个辊子元件，并且所述叶片能够沿着与其相关的轨道在伸展位置与缩回位置之间移动；和
位于管状体内的致动结构，所述致动机构构造成响应于流动路径内的钻井流体的压力以及相反的作用力，直接引起叶片在轨道上沿着两相反方向运动。
18.如权利要求17所述的可展开扩眼器设备，其中，所述作用力为由一结构提供的偏置作用力，所述结构定向成大体上与纵向轴线在一条直线上，并接触所述致动结构，用于通过所述作用力将叶片保持在轨道中的缩回位置上，所述缩回位置仅仅相应于不超过可展开扩眼器设备的初始直径。
19.如权利要求17所述的可展开扩眼器设备，还包括用于有选择地限制叶片沿轨道的运动超过伸展位置的结构，所述伸展位置相应于可展开扩眼器设备的展开直径。
20.的权利要求18所述的可展开扩眼器设备，其中，偏置作用力是由一弹簧结构施加的。
21.如权利要求17所述的可展开扩眼器设备，其中，所述致动结构响应于内孔中的钻井流体压力有选择地操作。
22.如权利要求17所述的可展开扩眼器设备，其中，当承载辊子元件的叶片位于一个或更多个位置时，所述至少一个辊子元件限定了扩眼器的径向最外扩眼直径。
23.如权利要求17所述的可展开扩眼器设备，还包括：
在管状体内能够轴向延伸的行进套筒，其响应于限制元件的存在而具有横截面面积减少的节流口，所述限制元件用于响应于其中的钻井流体流动而在致动结构上产生轴向力；
其中，行进套筒的初始位置防止致动结构使叶片移动超过初始位置，并使致动结构不受内孔中的钻井流体压力的作用；和
行进套筒的触发位置允许钻井流体与致动结构连通，用于在轨道中直接移动叶片。
24.如权利要求23所述的可展开扩眼器设备，其中，所述限制元件包括具有某一尺寸的滚珠，所述滚珠构造成在具有互补尺寸的承坐表面上接合行进套筒，且构造成大体上防止钻井流体流过所述行进套筒，并引起行进套筒在可展开扩眼器内位移至允许内孔中的钻井流体与所述致动结构之间进行连通的位置。
25.如权利要求17所述的可展开扩眼器设备，其中，能够移动的叶片的最外伸展位置是可调的。
26.如权利要求17所述的可展开扩眼器设备，还包括可更换的稳定块，其紧邻轨道的一个纵向端设置，用以限制能够移动的叶片在所述轨道中向外运动的范围。
27.一种用于对地下地层中的钻孔进行扩眼的可展开扩眼器设备，其包括：
管状体，所述管状体具有纵向轴线、外表面和位于管状体内的轨道，所述轨道相对于所述纵向轴线以锐角向上、向外倾斜；
贯穿管状体的内孔延伸的钻井流体流动路径；
具有至少一个辊子元件的叶片，辊子元件构造成在扩眼期间从地下地层移除材料，并能够滑动地耦合于轨道；
设置在管状体的内孔中并与叶片直接耦合的推进套筒，所述推进套筒构造成响应于流过所述内孔的钻井流体的压力轴向向上移动，以沿轨道伸展所述叶片；和
耦合于推进套筒的内部孔的行进套筒，所述行进套筒构造成有选择地允许流过内孔的钻井流体与推进套筒的连通，以影响其轴向运动并在推进套筒运动之前将推进套筒固定在初始位置。
28.如权利要求27所述的可展开扩眼器设备，还包括设置在管状体的内孔中并与所述推进套筒相接触的用于朝着缩回位置偏置推进套筒的压缩弹簧。
29.如权利要求27所述的可展开扩眼器设备，还包括耦合于管状体与推进套筒之间的运动限制部件，用以限制推进套筒轴向运动的范围。
30.一种用于对地下地层中的钻孔进行扩眼的可展开扩眼器设备，其包括：
管状体，所述管状体具有纵向轴线和位于管状体的壁内的至少一个轨道，所述轨道相对于所述纵向轴线向上、向外倾斜成锐角；
贯穿管状体的内孔延伸的钻井流体流动路径；
至少一个叶片，其具有构造成对地下地层进行扩眼的至少一个辊子元件，所述至少一个叶片能够滑动地耦合于所述至少一个轨道；
设置在管状体的内孔中并与所述至少一个叶片直接耦合的推进套筒，所述推进套筒构造成响应于流过所述内孔的钻井流体的压力向上轴向移动，以沿轨道伸展所述至少一个叶片；
设置在管状体的内孔中并与所述推进套筒相接触的纵向偏置元件；和
耦合于管状体与推进套筒之间的运动限制部件，用以限制推进套筒响应于所述压力的轴向运动的范围。
31.如权利要求30所述的可展开扩眼器设备，还包括耦合于推进套筒的内部孔的行进套筒，用于有选择地允许流过所述内孔的钻井流体与推进套筒的连通，以影响其中的轴向运动，并且所述行进套筒还构造成在位置上将推进套筒在运动之前固定在初始位置。
32.如权利要求30所述的可展开扩眼器设备，其中，所述运动限制部件随偏置元件的运动浮动，同时限制推进套筒的轴向运动的范围。
33.一种用于对地下地层中的钻孔进行扩眼的可展开扩眼器，其包括：
具有纵向轴线的主体；
贯穿所述主体延伸的用于引导钻井流体通过的钻井流体流动路径；
由所述主体承载的多个叶片，所述叶片相对于纵向轴线成锐角，各叶片具有至少一个与之耦合的辊子元件；和
位于所述主体内的致动器，所述致动器构造成响应于流动路径中的钻井流体提供的压力以及一相反的作用力，而直接在伸展位置与缩回位置之间致动所述多个叶片。
34.如权利要求33所述的可展开扩眼器，还包括耦合于所述致动器而用于提供所述相反的作用力的至少一个偏置元件，以及还包括用于有选择地限制所述多个叶片的运动超过最外伸展位置的结构，所述伸展位置相应于可展开扩眼器设备的展开直径。
35.如权利要求34所述的可展开扩眼器，其中，各辊子元件是耦合于相应叶片的圆柱形辊子元件，这样多个辊子元件中的每一个的至少一部分共同限定了所述展开直径，以便在辊子元件接触钻孔壁同时扩眼器位于展开位置时，各辊子元件绕其纵向轴线旋转。
36.如权利要求33所述的可展开扩眼器，其中，所述缩回位置对应于一缩回直径，各辊子元件是耦合于相应叶片的圆柱形辊子元件，这样，多个辊子元件中的每一个的至少一部分共同限定了缩回直径，以便在辊子元件接触钻孔壁同时扩眼器位于缩回位置时，各辊子元件绕其纵向轴线旋转。
37.如权利要求33所述的可展开扩眼器，其中，在扩眼期间，辊子元件的纵向轴线平行于井眼的纵向轴线。
38.如权利要求33所述的可展开扩眼器，其中，在扩眼期间，辊子元件的纵向轴线不平行于井眼的纵向轴线。
39.如权利要求35所述的可展开扩眼器，其中，辊子元件的外表面是平滑的。
40.如权利要求35所述的可展开扩眼器，其中，辊子元件的外表面具有与之耦合的插入件。
41.如权利要求33所述的可展开扩眼器，其中，至少一个辊子元件的外表面具有多个与之耦合的插入件，以及其中，辊子元件耦合于叶片，以便在扩眼期间，多个插入件中的一个的至少一部分接触井眼。
42.如权利要求33所述的可展开扩眼器，其中，至少一个辊子元件的外表面具有多个与之耦合的插入件，以及其中，辊子元件耦合于叶片，以便在扩眼期间，多个插入件中的至少一个以及辊子元件的外表面的至少一部分接触井眼。
43.一种用于对井眼进行扩眼的可展开扩眼器的辊子扩眼器叶片，其包括：
块体，所述块体具有外表面、与井眼的纵向轴线平行的纵向轴线和将所述块体可滑动地耦合于可展开扩眼器的结构，所述可展开扩眼器具有将叶片配置在缩回位置、展开位置或缩回位置与展开位置之间的任何位置的至少一个轨道；
辊子元件，其具有耦合于一轴的圆柱形辊子主体，辊子元件具有外扩眼表面和纵向旋转轴线；和
其中，辊子元件可旋转地耦合于所述块体，以便所述扩眼表面的至少一部分突伸过所述块体的外表面。
44.如权利要求43所述的辊子扩眼器叶片，其中，辊子元件的纵向轴线平行于所述块体的纵向轴线。
45.如权利要求43所述的辊子扩眼器叶片，其中，辊子元件的纵向轴线不平行于所述块体的纵向轴线。
46.如权利要求43所述的辊子扩眼器叶片，其中，扩眼表面包括多个与之耦合的插入件。
47.如权利要求46所述的辊子扩眼器叶片，其中，扩眼表面的突伸过所述块体的外表面的部分仅由多个插入件中的一个或更多个的至少一部分构成。
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