CN102434126A - 用于使用穿过地下岩层的通道的系统和方法 - Google Patents

Abstract

公开了可用于推进穿过地下岩层的通道的系统和方法，在地下岩层与所述通道的壁之间设置保护内衬导管柱，无需从所述通道移除推进装置，并通过提供用于减小岩屑颗粒尺寸以产生循环损失材料，与用于布置所述保护内衬导管柱的常规实践相比，本发明可将目标定位于更深的地下岩层结构，以抑制地下岩层断裂的萌生或扩展。

Description

用于使用穿过地下岩层的通道的系统和方法

本申请是于2011年8月16日进入中国国家阶段，申请号为200980156880.9(国际申请号为PCT/US2009/006641)发明专利申请的分案申请，其国际申请日为2009年12月18日，发明名称为“用于使用穿过地下岩层的通道的系统和方法”。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2009年12月18日提交的题为“用于使用穿过地下岩层的通道的系统和方法”的PCT/US2009/006641、于2009年12月16提交的英国专利申请0921954.4以及于2008年12月19日提交的英国专利申请0823194.6的优先权。前述专利申请的全部内容通过参考包括于本文。

技术领域

大体上，本发明各方面涉及可用于在穿过地下岩层的通道内执行操作的系统和方法，包括限制在地下岩层内的断裂的萌生和扩展、尾管的安置和粘固、钻井、套管钻井、尾管钻井、完井及它们的组合。

背景技术

本发明第一方面的实施例涉及由钻出通道内的岩屑存货制造地下堵漏剂(LCM)，用于抑制穿过地下岩层的通道的井壁内萌生断裂或扩展。利用该第一方面的装置可与钻柱接合，以便在紧靠穿过地下岩层的通道的钻孔部分的新暴露的地层井壁处产生LCM，用以及时地向所述井壁应用所产生的地下LCM。

包括该第一方面的碎石工具的实施例包括：通道扩大工具(图5-7的63)、偏心铣刀(图8-9的56)、套管铣刀(图10-12的57)和岩石浆化工具(图15-39的65)。通道扩大工具和偏心铣刀工具的可用实施例依赖于被选择使用的嵌套钻柱工具(图145-166的49)。所述套管铣刀工具的实施例展现了对描述于美国专利3,982,594中的类似传统工具的显著改进，该美国专利的内容通过参考包括于本文。涉及岩石浆化工具(图15-39的65)的实施例展现了描述于美国专利4,090,673中的传统地上技术的显著改进，该美国专利的内容通过参考包括于本文，该岩石浆化工具设置在钻柱内以便从地下环境中的岩屑产生LCM。涉及所述岩石浆化工具的实施例通过使用旋转叶轮冲击来破坏位于泥浆中的岩屑或其它可破坏材料，或者通过离心加速所述岩屑或附加材料来冲击相对固定或相对的旋转表面。

碎石工具的实施例还使用从钻头或开孔机产生的岩屑存货的岩石浆化和磨碎来产生LCM，而传统的方法依赖于表面添加LCM，其在通过循环浆料流的损失检测到地下断裂与后续添加LCM之间具有固有的时间差。本发明的实施例通过在出现断裂的萌生或显著扩展之前，从被涂覆所钻通道的岩壁的循环浆料经由所述通道推出的岩屑存货产生LCM来抑制岩层断裂的萌生或扩展。

由于它的无弹性性质，岩石在钻孔和压力浆料循环期间具有高度的断裂倾向。通过及时地应用LCM，本发明的实施例可用来通过增强地下岩层与循环浆料之间的压差挡板(称为滤饼)，在使用保护套管装衬岩层通道之前把更深的地下地层定为目标，其中通过将堵漏剂及时推入覆有循环浆料的所述井壁中的孔隙、断裂或小缝隙中来增强压差挡板，以减轻断裂萌生和扩展的倾向。将LCM封装在滤饼中，覆盖整个岩石的孔隙，通过提高所述滤饼的压差承受特性来抑制断裂的萌生。限制岩层内断裂的萌生和扩展存在多种方法，美国专利5,207,282中有所描述，该专利的内容通过参考包括于本文。

本发明的实施例，包括矿石工具(56，57，58，59)、浆料通道工具(图42至70、88-118及121至124的58)、及嵌套钻柱工具(图145至166的49)，使用地下生成LCM的机械和压力应用来将添加了LCM的表面补偿和/或替换至岩层孔和断裂空间，进一步增强所述汛饼的压差承受能力，以通过所述LCM的及时应用和封装来进一步抑制断裂的萌生或扩展，被本领域的专家称为钻孔应力笼加强。传统的方法通常需要停止钻孔来执行井孔的应力笼加强，而本发明的实施例可用来连续地改变作用在壁孔上的压力，在采用所述实施例的导管柱的钻孔、循环和/或旋转期间增强井孔。

本发明第二方面的实施例涉及在不需要移除钻柱的情况下模拟地下岩层中保护内衬的套管钻井和尾管钻井配置。另外，该第二方面可用于将防沙筛管、穿孔枪、采油封隔器及其它完井装置布置在地下岩层中。一旦达到期望的地下岩层孔深度，浆料通道工具(图42-70、88-118和121至124的58)或嵌套钻柱工具(图145-166的49)的实施例就拆除一个或多个同心钻柱，并将所述述钻柱接合至穿过地下岩层的通道。本发明的该第二方面可与利用本发明第一方面的碎石工具(56，57，63，65)的实施例组合，以减小断裂萌生和扩展的倾向，直到本发明的第二方面使用保护内衬隔离了地下岩层为止。该手段首先去除了抽出钻柱的风险，随后去除了在穿过地下岩层的通道中轴向向下推进衬砌、套管、完井或其它保护内衬钻柱，在此期间，限制了寻址地下危害物的能力。

本发明第三方面的实施例涉及穿过地下岩层与保护内衬之间的第一环形通道轴向向下或轴向向上推进结合剂浆料的能力，使用浆料通道工具(图42-70、88-118和121-124的58)将所述衬料与穿过地下岩层的通道的井壁接合。

传统的粘固方法依赖于推进结合剂浆料轴向向上通过第一环形通道，而本发明的第三方面可使用更高比重的所述结合剂浆料来帮助其推进轴向向下通过所述第一环形通道，有效允许施加最小的压力使浆料落入位置。由于为了产生隔绝脆弱薄岩层结构的压差挡板，保护内衬上端的粘固是最重要的，所以本发明第三方面的重力辅助布置增加了在上端布置结合剂浆料的可能性，与传统方法相比，不会引起岩层的损失。

所述浆料通道工具的实施例还设有用作钻井套管或尾管鞋的柔性隔膜(图58-59和88-93的76)，防止布置的结合剂一旦布置就从U形管中上下轴向窜动，无需移除内部的钻柱或强制结合剂通过敏感装置(例如在所述内部钻柱中的电机及测井仪器或钻井装置)。

在出现粘固和所述充气隔膜防止导管U形化之后，双导管柱应用(图145-166的49)的内部钻柱可用于继续钻孔地下通道，同时硬化布置的结合剂。

尽管粘固是本发明第三方面的常见应用，但是通过浆料通道工具(图42-70、88-118和121-124的58)的实施例可轴向向下或向上地转向包括钻井或完井流体的任意浆料流通过第一环形通道。在高环形摩擦因素的实例中，钻井或完井流体的循环，包括在损失之前设置砾石填充或钻井，第一环形通道的有限间隙的摩擦可用来减慢浆料的损失，同时保持循环任意流体时的静压头和/或重力流。

本发明第四方面的实施例去除了传统钻井、尾管钻井和套管钻井方法的在环空浆料速度与相关环空压力之间选择的需求。使用该第四方面，可以用来支撑具有钻井组件的保护内衬的大直径钻柱(图145-166的49)来模仿更加显著的环隙流速及相关环空压力效果。

如果使用保护内衬作为钻柱，那么用于在穿过地下岩层的通道内执行操作的传统方法需要独家选择尾管钻井或套管钻井高环隙流速及相关的环空压力。本发明的实施例(图145-166的49)支持具有钻柱的保护内衬，允许选择传统钻柱的较低环隙流速和环空压力，直到所述保护内衬与岩层壁接合，其后，钻柱可继续向前钻，如同本发明第三方面中所描述的，从未从穿过地下岩层的通道中脱离。如果内部钻柱支撑多个保护内衬，那么可设置一套保护内衬，无需移除内部钻柱，如图159的尾管钻井实施例中所述。

尾管钻井类似于套管钻井，其区别在于在钻柱的上端具有与其交叉的装置。由于所述交叉装置通常不是布置在地下岩层内，对岩层孔经受的环隙流速和压力仅有微小的影响，所以在本文其余部分中，尾管钻井与套管钻井含义相同。

另外，在现有套管钻井装置的大直接提供浆料涂抹效果益处的地方，通常无法应用于较小直径的钻柱，通过沿着与岩层和钻柱之间环形通道内的循环流体相同的轴向方向引导内部环形通道流，嵌套钻柱工具的实施例(图145-166的49)还模仿所述涂抹效果，无需更高的环隙流速并且没有与传统套管钻柱相关的摩擦损失，从而提高了沿环空流方向的流动能力，并降低了速度和相关压力损失。

包括本发明第四方面的实施例可模仿钻井或套管钻井的涂抹效果、环隙流速及相关的压力。与传统的套管钻井方法相反，嵌套钻柱工具的实施例(图145-166的49)具有多个内部循环通道，这些通道可被浆料通道工具(图42-70、88-118和121-124的58)在多个方向引导，以模仿在钻柱工具与穿过地下岩层的通道之间的第一环形通道内的钻井或套管钻井的环隙流速和摩擦损失。

本发明第五方面的实施例涉及反复选择和重新选择沿多个方向的浆料流循环速度及相关压力模仿的能力，通过使用上述本发明的第三和第四方面，多功能工具(图73-87和125-131)的实施例用于通过浆料通道工具的实施例(图42-70、88-118和121-124的58)控制通道的连接。

本发明第六方面的实施例涉及将本发明的各种实施例包括进具有多个导管柱的单一工具中(图145-166的49)的能力，所述单一工具具有浆料通道工具(图42-70、88-118和121-124的58)、控制所述浆料通道工具的多功能工具(图73-87和125-131)、及地下LCM产生工具(图5-39的56、57、63、65)，以实现所述五个方面的效果以及比那些当前使用传统技术更深的目标地下深度。

需要用来增大可用LCM量的系统和方法，以及时地应用于地下岩层，从而减小岩层断裂萌生和扩展的倾向。

需要这样的系统和方法，其用于将保护尾管、套管和完井装置与地下岩层接合，而无需移除钻柱。

需要这样的系统和方法，其在尾管、套管、完井、其它保护内衬与地下岩层之间轴向向上或轴向向下地借重力协助循环浆料和结合剂浆料，而不影响对浆料敏感的内部钻柱和完井装置，例如泥浆电机、测井钻井装置、穿孔枪和防沙筛管。

需要对钻井敏感的完井部件，其后钻柱可用作生产或流向柱。

需要这样的方法和系统，其模仿处在易受断裂影响的敏感性岩层结构中的现有钻井或完井钻柱的环隙流速和相关压力，而没有损失涂抹效果、保护内衬的支架，或者对所述钻柱内敏感装置的不利影响。

还需要这样的系统和方法，其中所述环隙流速、相关压力和涂抹效果的选择不是排外的，而是在反复推进通道穿过地下岩层和将保护内衬接合至通道期间是可重复的，无需移除内部钻柱，将井下操作暴露于脱离和重新进入所述通道的风险。

对于与现有技术相关的单独选择效果存在显著的危害和成本，当被设置的通道和保护内衬的数量加倍时，展现了极大的操作成本。

还需要这样的系统和方法，其通常可应用于易受断裂影响的整个地下岩层，以在旋转保护钻柱和完井衬之前达到比当前现有技术实际或现实可达到的更深的深度。

本发明满足了这些需要。

附图说明

本发明各实施例的详细描述通过参考附图说明如下，其中：

图1至4示出了用于确定深度的现有技术的方法，在该方法中必须在地下岩层中设置保护套管，根据地下岩层的断裂梯度及防止断裂萌生和扩展所需的泥浆密度来说明该方法，包括可说明和控制所述断裂萌生和扩展的现有技术方法。

图5-7示出了用于通过两段或多段可伸缩刀具来扩展地下孔的扩孔工具的实施例。

图8-9示出了岩石铣刀工具的实施例，其具有用于磨碎从岩层通道的井壁伸出的突起以及逆向岩层通道井壁破碎携带有流浆的岩石颗粒的固定结构。

图10-12示出了套管铣刀工具的实施例，其具有用于铣去从岩层通道壁伸出的突起以及逆向所述岩层通道的壁压碎携带有浆料流的岩层颗粒的多个偏心可旋转结构。

图13-14示出了用于离心破碎岩石颗粒的现有技术装置。

图15和图18-22示出了岩石浆化工具的实施例，其中穿过地下岩层的通道与所述工具的壁接合，该岩石浆化工具具有多种实施方式，其中布置在所述壁中与岩层接合的内部附加壁相对于固定在内部旋转导管柱上的内部叶轮旋转，并且布置成用于加速、冲击和破碎经由所述工具的内腔泵出的岩屑，其后，破碎的岩屑被泵出所述内腔。

图16-17示出了可接合至冲击表面以帮助破碎或切割岩石的冲击面的两个实例。

图23-25示出了岩石浆化工具的两个实施例，其可分别与单壁导管柱或双壁导管柱接合，以便通过经由所述工具的中心腔泵出浆料中所含的岩屑来产生LCM，所述工具通过叶轮冲击并离心加速密集的岩屑，以帮助所述岩屑的破碎。

图26-31示出了岩石浆化工具的实施例的构件，所述岩石浆化工具处于接合所述工具的所述构件的台阶，其中构件从图26到图30相继地接合，产生的组件示出在图30中，大小适于接合在图31的冲击壁中。

图32示出了本发明岩石浆化工具的实施例，包括图26-31的构件，其中图31的冲击壁布置在图30的内部构件的附近，旋转导管连接和推力轴承表面接合至用于接合布置在地下岩层中的导管柱的两端上。

图33-34示出了可与图32的岩石浆化工具组合的岩石浆化工具的构件的实施例，其中图33的工具可与单壁钻柱接合，图34的工具可与具有接合至图34的构件的端部的外导管柱的双壁导管柱接合，并且其中图32的工具可通过内部钻柱收回。

图35-39示出了图32的工具，其与图34的构件接合，以产生用于旋转单壁导管柱的岩石浆化工具。

图40-41示出了单壁钻井和套管钻柱，分别示出了传统的轴向向下和轴向向上推浆料。

图42示出了接合在双壁导管柱的末端的两个浆料通道工具的实施例，所述双壁导管柱具有分别识别上下浆料通道工具的明细线A和B。

图43-48分别示出了图42的上下浆料通道工具的放大明细线A和B视图，其中识别轴向向下和轴向向上推进浆料，图43和44示出传统钻柱浆料流模仿，图45和46示出套管钻柱流模仿，图47和48示出工具与通道之间轴向向下的循环，在通道中布置成轴向向上就能过内部通道。

图49-53示出了浆料通道工具组件的实施例的构件，示出了接合所述构件的台阶，其中从图49到图53构件相继接合，产生可用作钻入保护管悬挂器或钻入完井生产封隔器的图53的组件，其布置在穿过地下岩层的通道的壁内并与该壁接合。

图54-55示出了图52-53中所示工具的构件，用于将图52的保护内衬接合至穿过地下岩层的通道的壁，并压力差密封图52的保护内衬。

图56-59示出了浆料通道工具组件的实施例的构件，示出了接合所述构件的台阶，其中从图56到图59相继地接合，产生可用作钻入保护套管靴的图59的组件，该钻入保护套管靴防止结合剂的U管化，并便于图57中所示构件的释放，用以从穿过地下岩层的通道收回或继续钻井。

图60-64示出了浆料通道工具的实施例，其图示为图50中的内部构件，图60和63示出了具有用于图61、62和64中所示等距剖面图的剖面线的平面图，示出了内部可旋转径向延伸通道和具有用于输送浆料流的孔的壁的各种布置。

图65-70示出了图60-64的可旋转构件，图60-64示出了径向延伸通道和具有用于推进浆料的孔的壁。

图71-72示出了图60-70中用于旋转图68和70中所示构件的较低部分的另一布置的实施例，其中轴向移动接合在相关接收器中的心轴转动了图68和70的较低构件，而不是渐进所述构件的上部上所示齿。

图73-78示出了图60-64的构件，可用作内部多功能功具，用于在致动工具接合所述构件内的芯轴突起时反复反射图60-64的内部通道布置，在脱离所述构件之前将它们轴向地向下移动。

图79-87示出了图73-78中所示多工具的构件，图87为组装好的所述构件的平面图，虚线示出了隐藏面。

图88-93示出了图58中布置在穿过地下岩层的通道内的工具，剖面图示出了构件之间的操作配合。

图94-103示出了图49-53和图60-87中布置在穿过地下岩层的通道内的工具，剖面图示出了构件之间的操作配合。

图104示出了用于激活多功能工具实施例和/或密封浆料通道工具实施例的内部通道以改向流动的致动工具。

图105-107示出了浆料通道工具的实施例，其中该工具的轴向长度可变化，并且保护内衬可分离和接合至穿过地下岩层的通道的壁，致动工具改向通过轴向延伸通道的流动。

图108示出了通过浆料通道工具的垂直和向外径向延伸通道的实施例，在所述工具和大直径外导管之间具有花键，其中可发生在所述浆料通道工具上方和下方的轴向向下浆料流与轴向向上浆料流的交叉。

图109-117示出了浆料通道工具的实施例，其中具有孔的可旋转壁和堵塞第一环形通道的柔性隔膜可用于控制模仿传统钻柱或套管钻柱的浆料流、环隙流速及相关压力。

图118示出了浆料通道工具构件的实施例，其中具有孔的两个滑动壁可轴向地移动，以对正或堵塞所述钻孔，用以在所述滑动壁的内侧通道与外侧通道之间推进或阻止浆料流。

图119-120示出了用于去除内部通道内所设致动装置的堵塞功能的工具的各种实施例，允许多个装置被筐布置抓住。

图121-124示出了浆料通道工具的实施例，其中具有孔的轴向移动壁与第一环形通道以及最内通道和第一环形通道之间的附加环形通道连通，其中具有孔的滑动壁轴向地移动，以模仿钻柱和套管钻柱的压力和角速度。

图125-131示出了多功能工具的实施例，该多功能工具可用于反复地和有选择地旋转钻柱和轴向移动具有孔的滑动壁，或者接合和分离在双壁钻柱的相关接收器内的滑动芯轴，所述双壁钻柱使用通过轴向移动和旋转内导管柱而接合和致动的液压泵。

图132示出了图示为钻杆射镖的现有致动装置。

图133-135示出了钻杆射镖的实施例，其具有由叉镖刺穿的内部不同压力隔膜，以降低所述不同压力隔膜，并为通过内部通道的通道释放所述叉镖。

图136-139示出了用于连接布置在更大外钻柱内的两个内管柱的浆料通道工具的实施例。

图140-144示出了钻柱或套管钻井的现有实例。

图145-147示出了嵌套导管柱，其中图145中所示针柱的下部可与图146中所示钻柱的两个上部中的任意一个组合。

图148-155示出了可用于实施本发明范围内的多个方面的构件的接合和分离的实施例，其中所述接合和分离发生在穿过地下岩层的通道内。

图156-161示出了使用在本发明范围内的多个方面同时在地下岩层内钻孔通道和布置保护内衬的工具和/或接合构件的实施例，

图A-E示出了在布置保护内衬或完井期间使用的嵌套钻柱工具的上端的实施例。

图162-166示出了嵌套钻柱工具的用于与图A-E的上端接合的下端的实施例。

具体实施方式

在详细说明本发明所选的实施例之前，应当理解，本发明不限于本文所描述的特定实施例，本发明可以多种方式实施或实现。

大体上，本发明的第一方面涉及从岩屑及时产生堵漏剂(LCM)，用于在接合到岩层壁的被称作滤饼的挡板内沉积到压差密封岩层钻孔空间和断裂，从而抑制岩层内断裂的萌生或扩展。

现在参照图1，示出了叠加在具有两个钻孔布置的地下岩层柱上的普遍接受的现有技术曲线的等距视图，该曲线示出了地下深度与浆料密度及地下岩层的当量孔隙和断裂梯度压力之间的关系。该曲线示出了必须保持超过地下岩层钻孔压力(1)的有效循环浆料流密度，以防止不期望的地下物质进入所述循环浆料流或者岩石因压力从岩层通道的壁崩落。

图1还示出，钻井流体密度(3)必须介于地下岩层断裂压力(2)与地下孔隙压力(1)之间，以防止发生断裂和循环浆料流损失，形成的流体或气体流入岩层壁和/或岩层从岩层壁崩落。

在许多现有申请中，钻井流体密度(3)必须保持在可接受的界限(1和2)内，直到设置保护内衬(3A)以允许提高浆料密度(3)并防止岩层断裂的发生或扩展，其后，反复该过程并且可设置另外的保护内衬(3B和3C)直到达到最终深度。

本发明的第一方面使用碎石工具的实施例(图5-39的56、57、63、65)，通过在滤饼中嵌入LCM来将断裂梯度(2)提高到更高的梯度(6)，这被称为井孔应力笼加强，以便压差密封岩层中的孔和断裂空间，从而允许有效循环密度在设置保护内衬(4B)之前在新界限(1和6)之间变化，以防止岩层断裂萌生和扩展。

由于限制了浆料流的LCM携带能力，所以地下产生的LCM可取代或表面添加的补充LCM允许在表面上添加额外的具有小颗粒尺寸的LCM，并且LCM的总量可增加以用于井孔应力笼增强的问题。

通过井孔应力笼增强来提高断裂梯度压力(从2到6)，能够在布置更深的保护内衬(4B)之前通过增大地下岩层内的浆料流密度(4)将目标设定为新的深度而不萌生或扩展断裂，这样可潜在地节省时间和花费。在图1的实例中，在提高的断裂梯度压力(6)处，可以使用比在较低断裂梯度压力(2)处所用的保护内衬或笼柱(3A，3B，3C)更少的保护内衬或笼柱(4A，4B)来达到最终深度，从而节省时间和成本。

如果使用传统的钻井方法和装置来实现新的目标深度，则当钻井液有效循环密度(4)超过具有包括图1的损失循环面积(5)的密度与深度的各种组合的断裂梯度(2)时，钻井液浆料将会使岩层断裂并流失到所述断裂处。

现在参照图2，示出了地下岩层立方体的等距视图，还示出了覆盖薄弱断裂地下岩层构造的坚固地下岩层构造(7)以及覆盖坚固地下岩层构造(8)的地下断裂岩层构造(9)之间的关系的现有技术模型，其中通道(17)穿过各地下岩层构造。

现在参照图2和3，如图3中等距视图所示，作用在图2的模型和薄弱断裂构造(9)上的力包括由上部岩层重量引起的有效上覆岩层压力(图2中的10)，其中力作用在最大水平应力面(图2的11、12和13及图3的20)上，以及作用在最小水平应力面(图2的14、15和16及图3的21)上。

最大水平应力面内的断裂阻力随着深度(11)增加，但是经由较薄弱的地层结构(12)降低。在该实例中，显示为反力的钻井流体有效循环密度(13)超过较薄弱地层结构抵抗所述力的能力，结果断裂(18)萌生和/或扩展。

最小水平应力面内的断裂阻力也随着深度(14)增加，但是经由较薄弱的地层结构(15)降低，显示为反力的有效循环密度(16)超过较薄弱地层结构的阻力，结果断裂(18)萌生和/或扩展。

现在参照图3，由于大多地下岩层的相对无弹性，小的地下水平断裂(23)通常形成在最大水平应力面中。这可被直观地看作从最大水平应力面(20)向最小水平应力面(21)扩展的圆周应力(22)，从而在钻孔(17)的壁上产生小的断裂(23)

如果抵抗断裂扩展(图2中的12和15)的水平应力小于由循环浆料流的有效循环密度(ECD)所施加的压力(图2中的13和16)或所述浆料流的静态流体静压力，那么断裂(23)将扩展(24)，当它们通向最小水平应力面(21)时，最大水平应力面圆周应力(20)有助于所述扩展(24)，其中最小水平应力面(21)图示为作用在所述断裂边缘和断裂扩展点(25)的虚线凸起箭头。

现在参照图4，示出了与穿过涂覆有滤饼(26)的地下岩层的通道(17)相交叉的两个水平断裂的等距视图。尺寸比LCM颗粒尺寸分布大的岩屑(27)会堵塞在断裂内并产生大的钻孔空间，其中压力可穿过该大的钻孔空间直至断裂扩展点(25)，以允许断裂的进一步扩展。断裂扩展可通过在断裂内堵塞LCM尺寸颗粒(29)来抑制，使得滤饼在LCM颗粒之间桥接和密封，通过ECD和进一步的扩展来压差密封断裂扩展点(25)。

碎石工具的实施例(图5-39的56、57、63、65)可用于在岩层钻孔空间和断裂(18)的最近处产生LCM，以替换或补充表面添加的LCM，而浆料通道工具的实施例(图42-70、88-118和121-124的58)可用来降低ECD和相关的浆料流损失，直到在断裂中布置充足的LCM，和/或通过使用所述浆料通道工具在较低和较高压力之间选择性地转换以便以更高的ECD压力注射或压力压实所述LCM，这可通过使用多功能工具的实施例(图73-87和图125-131的112)来实现。嵌套钻柱工具的实施例(图145-166的49)也可用于抵靠岩层壁钻孔和断裂空间来机械涂抹和/或压实滤饼和LCM，以抑制断裂萌生或扩展。

本发明的实施例均匀地处理水平面(图2-4的18)中的断裂以及那些不在水平面(图2的19)中的断裂，通过使用产生LCM的向下钻井、表面添加LCM或它们的组合来填充，其中选择性地操作有效循环密度以便管理水平断裂萌生，并通过滤饼和LCM以及时的方式密封岩层钻孔空间和断裂，以防止断裂进一步萌生或扩展。

现在参照图5 to 39，示出了可用于产生向下钻孔LCM的碎石工具的实施例，包括：扩孔工具(图5-7的63)、偏心铣刀(图8-9的56)、偏心内衬铣刀(图10-12的57)和岩石浆化工具(图15至39的65)。

有关LCM的普遍做法是，足量供给尺寸范围从250微米到600微米或者细沙与粗沙大小之间的可见的颗粒，以抑制断裂萌生和断裂扩展。例如，如果对大多岩石类型使用PDC切割技术来产生相对一致的颗粒尺寸，并且破坏岩石颗粒的可能性与所述PDC技术产生的岩屑尺寸相关，则大约4到5个破碎岩屑将导致被循环浆料流推出钻孔岩层通道的一半以上的岩屑颗粒存量转化为LCM尺寸的颗粒。通过垂直和倾斜钻孔中的循环浆料的重力和滑移速度以及旋转扭曲路径的组合，提高了通过碎岩的大颗粒的难度，本发明的实施例为岩屑存量内的大颗粒提供了充足的存留时间，以便在变成易被循环浆料容易提取的有效尺寸之前破碎4到5次。

用于产生地下LCM的碎石工具(56，57，63或65)还可使用抛光类动作提高穿过地下岩层的通道的壁的摩擦特性，以减小摩擦阻力、扭矩和拖曳，同时将滤饼和LCM挤入到岩层钻孔空间和断裂中。

当来自井孔的岩屑破碎成LCM尺寸颗粒并被应用于滤饼时，岩层钻孔空间和岩层通道的断裂不仅抑制断裂萌生和扩展，并且减少了必须从井孔抽出的岩屑量，由于其减小了颗粒尺寸及相关的密度，所以该岩屑更易于携带。

尽管传统的方法包括在表面添加更大的LCM颗粒，例如压碎的坚果壳和其它硬质颗粒，但是在这些颗粒通常在返回的钻井浆料通过泥浆振动筛时的加工期间会损失掉。相反，本发明的实施例不断地替换所述较大颗粒，以允许小颗粒更容易地携带，并且在加工期间不易损失掉而是保留在钻井浆料中，从而降低了向表面连续添加较大颗粒的成本。

不同数量的颗粒尺寸的混合可用于堵塞地下断裂，以便在与滤饼组合时产生有效的压差密封。在浆料加工期间损失大颗粒的地方，如果可以避免钻井离心力，那么小较颗粒通常将保留下来。添加在表面的较小颗粒尺寸的LCM与产生较大颗粒尺寸LCM的向下钻孔的组合可用来提高可用的LCM的水平，并减少产生足够LCM水平所需的碎石机和/或碎石工具的数量。

由于在断裂附近持续向下钻井而产生LCM，同时轴向向下推进穿过地下岩层的通道，所以本发明的实施例降低了连续添加LCM颗粒的需求，并减少了岩层扩展与处理之间的时间。滤饼与LCM的组合通过密封断裂扩展点加强了井孔。传统钻井装置没有解决LCM的产生或及时应用的问题，或者只是在断裂扩展点之后附带且有效地解决上述问题，此时在泥浆振动筛处可看到较大比例的小尺寸岩屑，该小尺寸岩屑产生于不再需要的保护套管内。

通常，碎石工具(56，57，63或65)可具有上端和下端，其中上端与来自一个或多个浆料泵出口的通道的下端接合，下端与用于通过一个或多个旋转钻孔装置泵出的浆料的一个或多个通道的上端接合。

所示的碎石工具的实施例具有环绕第一壁(50)的一个或多个环绕壁(51，51A，51B)，其中第一壁(50)具有与导管柱的导管接合的上端和下端，导管柱具有迫使浆料沿轴向向下方向进入所述钻孔装置的内部通道。所述一个或多个环绕壁与岩屑和/或钻孔通道的壁接合，碎石工具的叶片(56A，111)、突起或类似构件抵靠冲击壁或岩层壁压碎岩屑，以便磨光所述岩层壁，并将LCM尺寸的颗粒压实到岩层孔和断裂空间。

所述碎石工具的环绕壁将使得浆料抵靠壁和/或通过更小的向上通道，从而横断所述工具产生扭曲路径和压降，并抑制较大岩屑通过以便进一步压碎或磨碎。

岩石浆化工具(65)的实施例包括位于壁(50，51，51A，51B)之间的内腔，其中叶轮或刀片被用于将浆料从所述工具与岩层孔壁之间的环形通道泵送至内腔，在这里较大的颗粒被离心地冲击和破碎，随后被泵出内腔而进入环形通道。

现在参照图5和图6，示出了用于通过两段或多段来扩大地下岩石地层内的孔的碎石工具和扩孔工具(63)的等距视图。图5示出了刀具缩回状态的伸缩拉长子组件，而图6示出了刀具展开后(图6的70)的伸缩刀具(68)。具有冲击表面(123)的第一级刀具(63A)、第二级刀具(61)和第三级刀具(61)显示为以向外方向(图6的71)伸缩展开(68)，并可包括PDC技术。第一导管柱(50)在其内部通道(53)中携带浆料，并使所述刀具接合至附加壁(51)。绕工具的轴向中心线(67)的旋转使第一及后续台阶的刀具与岩层壁接合，以便切割岩石并扩大穿过地下岩层的通道。具有两级或多级的刀具减小了岩屑的颗粒尺寸并产生了分步扭曲路径，提高了产生LCM的倾向，并减少了在穿过地下岩层的通道内产生LCM所需的额外碎石机的数量。

现在参照图7，示出了扩孔工具的具有孔(59)和接收器(89)的附加壁(51)的实施例的等距图，其中分段刀具(图5和6的61、63A)通过所述钻孔和接收器可延伸和缩回。所述钻孔或接收器在旋转时提供对分段刀具的横向支撑。附加壁(51)的上端可与浆料通道工具(图42-70、88-118、121-124和136-139的58)或嵌套钻柱工具(图145-166的49)的附加壁接合，以扩大用于额外工具的通道的孔。

现在参照图8，示出了偏心岩石铣刀工具(56)的实施例的等距视图，该岩石铣刀工具(56)具有偏心刀片(56A)和例如硬质金属插入件或PDC刀片等的冲击表面(123)，从而形成了设置在第一导管柱(50)周围的附加导管柱(51)的主要部分。岩石铣刀工具的上、下端部可设置在双壁钻柱或嵌套钻柱工具(图145-166)的导管之间，用于通过抵靠通道壁来捕集和压碎岩石来推进收存的岩石碎片，或者与从岩层壁伸出的岩石突起接合而迫使LCM尺寸颗粒产生于岩屑。

现在参照图9，示出了图8中碎石工具的平视剖面图，其中偏心刀片(56A)具有半径(R2)并且从工具的中心轴线偏移(D)，这与嵌套的附加壁(51)的内部直径(ID)和半径(R1)相对，还具有例如与所述刀片(56A)接合的PDC刀片或硬质金属插入件等的冲击表面(123)。在使用时，该工具可布置在双壁钻柱或嵌套钻柱工具实施例(图145-166的49)的导管之间。

现在参照图10，示出了套管铣刀(57)的实施例的等距视图，该套管铣刀(57)具有多个堆叠的附加旋转壁或套管，所述旋转壁或套管具有与硬质冲击表面(123)和中间推力轴承(125)接合的偏心表面(124)。所示的套管铣刀工具具有布置在嵌套附加壁(51)和第一导管柱(50)周围的偏心铣刀套管，用于与嵌套管柱工具(图145-166的49)一起使用。具有偏心表面(124)的多个旋转套管自由地旋转并围绕双壁钻柱布置，该双壁钻柱具有通向布置在通道内的导管柱的连接件(72)，以使得岩屑碎片具有LCM尺寸的颗粒。

现在参照图11，示出了布置在穿过地下岩层(52)的通道内的套管铣刀(57)的实施例的平面图。所述三个旋转偏心铣削套管(124)在穿过地下岩层(52)的通道内产生曲折浆料路径，使得第一环形通道(55)内的岩屑被捕集并且在所述套管铣刀(57)与穿过地下岩层(52)的通道的壁之间压碎，从而推进各套管的旋转并将岩石碎片进一步破碎成LCM尺寸的颗粒。

现在参照图12，示出了图11的套管铣刀沿着线AA-AA的剖面图，其中穿过地下岩层的通道被移除了以便示出铣刀产生的曲折浆料路径。紧靠套管的非偏心表面被捕集的岩屑上的摩擦管柱旋转推进偏心表面旋转，岩屑可被轴向上方的偏心套管进一步捕集，这可捕集和压碎更大的颗粒，而较小的颗粒被循环的浆料携带围绕所述套管扭曲路径行进。

现在参照图13，示出了现有离心碎石机的平面图，其用于通过经由中心供给(127)供给所述岩石抵靠冲击表面推进岩石(126)，以及使所述岩石与旋转叶轮接合。

现在参照图14，示出了图13的现有离心碎石机沿着线AB-AB的截面等距视图。图14示出了向沿所示方向(70)旋转的叶轮(111)供给岩石(126)的中央通道(127)。叶轮(111)将岩石推到冲击表面(128)上，以使得与叶轮(111)和/或表面(128)的接合打碎岩石，岩石随后通过排出通道(129)被排出。

现在参照图15 to 39，示出了岩石浆化工具(65)的多个实施例，该岩石浆化工具(65)推进固定至附加壁(51A)的一个或多个叶轮刀片(111)和/或偏心刀片(56A)，其中附加壁(51A)围绕第一壁(50)布置并接合至岩层壁(52)。第一壁(50)旋转，从而推进固定至所述第一壁(50)或围绕所述第一壁布置的附加壁(51B)的一个或多个附加叶轮刀片(111)和/或偏心刀片(56A)，并通过所述第一壁(50)与接合至岩层壁的附加壁(51A)之间的传动装置来驱动。布置在第一壁(50)和与岩层壁接合的附加壁(51)之间的附加壁(51B)可通过沿相同或相反旋转的传动装置来旋转，并可具有用于推进岩屑的固定刀片(56A，111)，或用作用于推进岩屑的冲击表面。更高密度的岩屑颗粒与叶轮刀片(111)或偏心刀片(56A)的接合冲击和破碎所述更高密度元素和/或将其朝向冲击壁和叶轮刀片离心地加速。

叶轮刀片(111)、偏心刀片(56)和/或冲击壁(50，51，51A，51B，52)之间的相对转速和方向可变化，以提高破碎率和/或通过压实的岩屑防止工具发生堵塞。

现在参照图15，示出了岩石浆化工具(65)的实施例的截面平视图，其中虚线表示隐藏面，示出了浆料被轴向向下泵送通过内部通道(53)并且在岩石浆化工具(65)与穿过地下岩层(52)的通道之间通过第一环形通道(55)返回。岩石浆化工具(65)用作离心泵，用于经由进口(127)从所述第一环形通道向附加环形通道(54)泵送浆料，在该附加环形通道(54)中，叶轮刀片(111)冲击和推进碎片和/或朝向具有冲击表面(123)的冲击壁(51)加速稠密的岩屑，以便破碎所述加速的稠密岩屑颗粒(126)。叶轮刀片(111)、岩屑颗粒(126)和冲击壁(51)之间的接合一直持续到所述浆料通过出口(129)排出为止。冲击壁(51)具有用于转动偏心刀片壁(56A)的花键(91)，并且该花键在偏心壁形成保护内衬的一部分时可被去除。

在本发明的各实施例中，具有固定叶轮刀片(111)的附加壁(51B)可经由与旋转的第一导管柱(50)的连接而旋转，上述连接可通过在轴向上方或下方固定至所述附加壁设置正排量液压马达、接合至岩层壁的壁(51A)与所述旋转的第一导管柱壁(50)之间的传动装置或它们的组合来实现。冲击表面(123)可接合至图15中所示附加壁(51A)，或通过图18-25中所示的传动装置相对于第一导管柱(50)沿相同或相反的方向旋转。

现在参照图16和17，示出了冲击表面(123)的可用形状实施例的等距视图，该冲击表面(123)可与冲击壁(51)的各种实施例(例如图15所示)接合，或与图5-12的刀具接合。冲击表面可由在向下钻井的环境中使用的任意通常使用的刚性材料构造而成，例如淬火钢或PDC技术。图16示出了具有圆形形状的冲击表面(123)，而图17示出了具有棱锥形形状的冲击表面123，但是，应当注意，依据要钻的或破碎的岩层的性质，可使用具有任意形状的冲击表面。

现在参照图18，可以看出四分之一的岩层壁被移除了，示出了图21中岩石浆化工具(65)的实施例的一片构件的等距视图，其中具有冲击表面(123)的垂直叶轮刀片(111)与穿过地下岩层(52)的通道的壁接合。所示的接合用于将连接至附加壁(51A)的传动装置(130)推至近似于固定状态，同时浆料被推进穿过岩石浆化工具构件与岩层壁(52)之间的第一环形通道(54)。

现在参照图19，示出了图21中岩石浆化工具(65)的实施例的构件的等距视图，其中具有用于推进浆料的内部通道(53)的第一壁(50)旋转(67)，并且其中固定齿轮(132)和相接合的叶轮刀片(111)沿与附加壁(图20的51B)相反的方向旋转(67)。

现在参照图20，示出了图21中岩石浆化工具(65)的实施例的构件的等距视图，示出了具有冲击表面(123)和传动装置(131)的附加壁(51B)，该岩石浆化工具(65)在其下端部具有进口(127)和位于其壁内的排出孔(129)。附加壁(51B)可旋转(70)以防止发生堵塞，并提高叶轮刀片、岩屑以及附加壁(51B)之间的冲击的相对速度，从而进一步推进岩石碎片，并提高产生LCM尺寸颗粒的倾向。

现在参照图21，示出了由图18-20中的接合的构件构造的岩石浆化工具(65)的实施例的等距视图，该视图具有图18的传动装置(130)的一半截面和附加壁(图20的51B)的四分之三截面，示出了叶轮刀片(111)与冲击壁(51B)之间的相对转速可通过传动装置(130，131和132)的使用来增大，以引起叶轮刀片(111)和附加壁(51B)的反向旋转(67和70)，从而提高与叶轮刀片(111)和附加壁(51B)的冲击表面(123)接合的岩屑的相对冲击速度，这进一步推进岩石碎片以及提高产生LCM尺寸颗粒的倾向。

现在参照图22，示出了岩石浆化工具(65)的实施例的传动旋转装置的局部平面图，示出了用于驱动齿轮装置(132)的传动装置(130，131和132)，其中第一壁(50)使固定至与穿过地下岩层的通道的壁接合的附加壁(51A)的另一齿轮装置(130)旋转(67)。第二齿轮装置(130)的旋转(70)使固定至附加壁(50B)的第三齿轮装置(131)沿与第一壁旋转(67)不同的方向(70)旋转。

现在参照图23，示出了岩石浆化工具(65)的平面图，其中在岩石浆化工具(65)的实施例的截面等距视图上具有相关的线AC-AC。所示的连接件(72)用于单壁钻柱上端和下端的导管的接合。可调直径的叶轮刀片(111A)可通过轴向移动楔形轴套(133)碰撞或回缩，从而在施加或移除压力时，使叶轮刀片(111A)分别从岩层壁接合和分离。在使用时，包含岩屑的浆料经由进口通道(127)从浆化工具与岩层之间的第一环形通道获取(127A)，并在将所述岩屑碎片挤压成LCM尺寸颗粒之后从排出通道(129)排出而回到第一环形通道。还示出了位于岩石浆化工具内的伸缩花键推力轴承装置(125)，用于使楔形轴套(133)能够接合至第一壁(50)。还包括附加的排出叶轮，以帮助排出通道的畅通并防止其出现堵塞。

现在参照图24，示出了岩石浆化工具的一个实施例的平面图，其中在该截面等距视图上具有相关的线AD-AD。所示连接件(72)用于双壁钻柱上端和下端的导管的接合。具有冲击表面(123)的偏心刀片(56A)可与岩层中的壁接合。在使用时，含有岩屑的浆料经由进口通道(127)从浆化工具与岩层之间的第一环形通道获取(127A)，并在将所述岩屑碎片挤压成LCM尺寸颗粒之后从排出通道(129)排出而回到第一环形通道。所示实施例还具有带偏心刀片(56A)的进口(127)和出口(129)通道，所述通道与轴向向上穿过所述工具上下方的附加环形通道之间的所述刀片的浆料隔离。还可移除内部浆化构件，留下偏心刀片(56A)，并含有作为附加壁(51)的一部分的壁。

现在参照图25，示出了在图24中线AE内的岩石浆化工具的一部分的详细放大图，示出了进口通道(127)和环绕中间通道(54)中的轴向向上流动(69)的所述进口通道的流动布置，所述中间通道(54)通过偏心刀片(56A)的通道。附加壁(56C)还可在内部浆化构件恢复期间轴向向上移动，留下固定至附加衬壁(51)的偏心刀片(56A)的壁，从而覆盖和封装所述偏心刀片(56A)中的进口(127)和出口(129)通道。

现在参照图26，示出了图35-39中所示岩石浆化工具的第一壁(50)子组件的构件的等距视图，其中齿轮(132)接合至第一导管柱(50)。

现在参照图27，示出了其上具有围绕图26中所示的第一导管柱(50)布置的叶轮刀片(111)和齿轮(131)的附加壁(51B)的等距视图。所示壁(50，50B)为图35-39中所示岩石浆化工具(65)的构件。附加壁(51)和齿轮(131)可独立于第一壁(50)和齿轮(132)转动。

现在参照图28，示出了与图27中所示附加壁(51B)和第一导管柱(50)子组件接合的齿轮装置(130)的等距视图，其中所述子组件为图35-39中所示岩石浆化工具(65)的实施例的构件。接合至第一导管柱(50)的齿轮(132)与传动装置(130)接合并转动该传动装置(130)，该传动装置(130)又与固定至围绕第一导管柱(50)布置的附加壁(51B)的齿轮(131)啮合并转动该齿轮(131)，以提高所述附加壁和叶轮刀片旋转的速度。

现在参照图29，示出了与图28中所示齿轮装置(130)、附加壁(51B)和第一导管柱(50)子组件接合的齿轮壳体(134)的等距视图，其中所述子组件为图35-39中所示岩石浆化工具的实施例的构件，并且其中齿轮壳体固定齿轮装置(130)。

现在参照图30，示出了进口通道(127)和排出通道(129)构件的等距视图，所述进口通道(127)和排出通道(129)接合至图29中所示的齿轮壳体(134)、齿轮装置(130)、附加壁(51)和第一导管柱(50)子组件，其中所述子组件为图35-39中所示的岩石浆化工具(65)的实施例的构件。进口通道(127)可用于推进含有岩屑的浆料，以便冲击叶轮刀片(111)，其后，浆料和碎岩屑通过排出通道(129)排出并返回获取它们的通道。

现在参照图31，示出了附加壁(51)的实施例的等距视图，该附加壁(51)具有用于与图30中的子组件接合的冲击表面(123)，其中所述冲击表面(123)用于接合浆料内被推进的稠密岩屑颗粒。

现在参照图32，示出了岩石浆化工具(65)的实施例的等距视图，其中外部叶轮或偏心刀片被移除了。所示实施例包括图31中的围绕图30所示的构件布置的构件，其中导管连接件(72)位于第一导管壁(50)的末端。图33中所示的外部叶轮刀片产生了图35-39中所示的岩石浆化工具(65)。岩石浆化工具(65)还可包括推力轴承(125)和附加叶轮刀片(111)，以将浆料从排出孔(129)挤出并防止所述钻孔发生堵塞。

现在参照图33，示出了具有用于吸入的进口通道(127)和排出通道(129)的附加壁(51A)的等距视图，该附加壁(51A)具有布置在其上的叶轮刀片(111)及相关的推力轴承(125)。当与图32的构件组装时，将产生图35-39的岩石浆化工具(65)。

现在参照图34，示出了附加壁(51A)的另一实施例的等距视图，该附加壁(51A)具有用于吸入的入流孔(127)和排出孔(129)，该排出孔(129)可与图32所示的相关推力轴承(125)接合以便与双壁钻柱接合。所述附加壁(51A)的末端可与例如嵌套钻柱工具(图145-166的49)的实施例所示的双壁钻柱的壁接合，图32的第一壁(50)接合至所示嵌套钻柱工具的第一导管柱壁。如果需要中间通道，在叶轮刀片(111)中可具有通过孔(59)的旁通通道，以引导内部环形通道围绕图32中所示岩石浆化(58)。

现在参照图35，示出了由图32和33中所示构件构造的岩石浆化工具(65)的实施例的平面图，其中包括用于限定图36-39中视图的剖面线X-X。

现在参照图36，示出了图35中的岩石浆化工具沿线X-X的剖面图，其中具有推力轴承(125)的第一壁(50)接合至最外侧嵌套附加壁(51A)，该嵌套附加壁(51A)具有分别用于浆料和岩屑进入和排出的进口(127)和出口(129)，与齿轮壳体(134)接合的传动装置(130)固定至所述最外侧的附加壁(51A)，其中所述最外侧的附加壁(51A)具有与岩层壁接合的叶轮刀片(111)。所示上下连接件(72)可与单壁钻柱接合，用于泵送浆料通过其内部通道，以在岩石浆化工具与岩层壁之间返回，携带通过叶轮刀片(111)与附加壁(51A)的冲击被挤压成LCM尺寸颗粒的岩屑，该岩屑随后通过出口(129)排出，以便应用到岩层壁以减轻断裂萌生或扩展的倾向。

现在参照图37，示出了图36中所示岩石浆化工具的等距视图，包括详细线Y和Z。图37示出了岩石浆化工具的内部构件，包括固定至附加壁(51A)并用来围绕第一壁(50)转动内部叶轮刀片(111)的齿轮装置(130)。

现在参照图38，示出了图37中工具位于详细线Y内的区域的放大等距视图，示出了包括固定至旋转第一壁(50)的齿轮(132)的上齿轮传动装置，其将旋转传递至壳体(134)内的固定至最外部附加壁(51A)的齿轮装置(130)，其中最外部附加壁(51A)借助于叶轮刀片(111)接合至岩层。围绕第一导管壁(50)布置的自由旋转齿轮和传动比被用来提高所述齿轮装置(130)的转速，以便将显著增大的转速传递至固定在内部叶轮刀片(111)和围绕所述内壁(50)布置并旋转的附加壁(51B)的齿轮(131)。内部叶轮刀片的显著增加的转速及随后抵靠冲击表面(123)与岩屑的接触显著地增加了从排出口(129)排出的用于与岩层壁接合的LCM尺寸颗粒的产生。

现在参照图39，示出了图37中工具在详细线Z中的区域的放大等距视图，示出了布置成将浆料挤压成与叶轮刀片(111)在中心初始接合的下齿轮传动装置壳体(134)和吸入孔(127)，以提高朝向冲击表面(123)离心地加速岩屑的效率。

现在参照图40，示出了现有钻柱(33)的四分之三截面等距视图，在该钻柱(33)的末端具有底孔组件(34)和钻头(35)，还示出了其内部通道，其中四分之一的截面被移除了，以识别浆料沿轴向向下方向(68)和轴向向上方向(69)的正常循环。

现在参照图41，示出了具有底孔组件(37)和开孔器(47)的现有套管钻柱(36)的四分之三截面的等距剖面图，在该套管钻柱(36)的末端具有钻头(35)。示出了套管钻柱的内部通道，其中四分之一的截面被移除了，以使得浆料沿着轴向向下方向(68)和轴向向上方向(69)的正常循环可见。

现在参照图42-72、图88-118和图121-124，示出了浆料通道工具(58)的实施例，其可用于控制单壁钻或双壁钻柱的导管与通道之间的连接。

现在参照图42，示出了包括详细线A和B的四分之三截面的等距平面图，示出了嵌套钻柱工具(49)的实施例，该嵌套钻柱工具(49)包括位于其末端的具有中间双壁钻柱的上浆料通道工具(58)和下浆料通道工具(58)。

现在参照图43和44，分别示出了图42中的浆料通道工具(58)的由详细线A和B包围的区域的放大详细视图，图示了沿轴向向下方向(68)的浆料流并且该浆料流沿轴向向上方向(69)返回。双壁钻柱或嵌套钻柱工具(49)可用于模仿传统钻柱的环隙流速(annular velocity)及相关压力。

现在参照图45和46，分别示出了图42中的浆料通道工具(58)的由详细线A和B包围的区域的放大详细视图，图示了沿轴向向下方向(68)的浆料流并且该浆料流沿轴向向上方向(69)返回。所示双壁钻柱或嵌套钻柱工具(49)可用于模仿传统套管钻柱的环隙流速及相关压力。

现在参照图47和48，分别示出了图42中的浆料通道工具(58)的由详细线A和B包围的区域的放大详细视图，图示了沿轴向向下方向(68)的浆料流并且该浆料流沿轴向向上方向(69)返回。示出了内部导管(50A)在浆料通道工具之间被移除后了的单壁，其中双壁钻柱或嵌套钻柱工具(49)可在该内部导管(50A)内用于模仿传统钻柱的环隙流速及相关压力。

现在参照图49-55，示出了浆料通道工具(58)的实施例的构件的等距视图。所示实施例可以类似于图42中所示的方式用在钻柱的上端。在所示实施例中，两个导管柱都可用于双壁钻柱，或者下旋转连接件(72)可为非连续的内钻柱，而连续的较大外钻柱用于单壁钻柱。

现在参照图49，示出了浆料通道工具(58)的实施例的上下构件的等距视图，该浆料通道工具(58)具有上下连接件(72)、接合接收器(114)和花键接合表面(91)。

现在参照图50，示出了图60-64中的浆料通道工具(58)的实施例的等距视图，该浆料通道工具(58)具有带剪切销装置(120)和与旋转附加壁(51D，图68和70中也示出)的孔(59)接合的下延伸部，还具有与多功能工具(图73-87的112)的芯轴接合的棘齿(图67-70的113)和接收器(图67和69的114)。

现在参照图51，示出了浆料通道工具(58)的实施例的等距视图，该浆料通道工具(58)具有图49中的与图50的内部浆料通道工具(58)接合的构件，用于产生具有孔(59)、具有用于单壁钻柱的旋转连接件(72)、以及具有用于与例如图52所示的另一导管壁接合的花键接合表面(91)的浆料通道工具(58)，其中接合接收器(114)也可用于与导管壁接合。

现在参照图52，示出了浆料通道工具(58)的实施例的等距视图，具有用于与尾管、套管或将要被置于地下通道内的保护套管接合的下端附加壁(51)。所示浆料通道工具(58)具有用作浆料通道的孔(59)、用于堵塞第一环形通道的柔性隔膜(76)以及用于与地下通道接合的固定装置(88)。相关的花键表面(91)可与另一浆料通道工具(图51的58)的花键表面(图51的91)接合，以产生图53中所示的浆料通道工具组件。

现在参照图53，示出了浆料通道工具(58)的实施例的等距视图，其通过将浆料通道工具(图51的58)花键表面布置在另一浆料通道工具(图52的58)的花键表面内构造而成。如果下连接件(图51的72)无需连接至内部导管柱或者内管柱是不连续的，那么产生的工具(58)可与单导管柱一起使用，或者如果所述工具(58)的下端接合至双壁钻柱的相关内外壁，那么该工具可与双壁钻柱一起使用。在内部通道布置成适于上述应用时，图53的实施例可用于或适于完井的生产封隔器。

现在参照图54，示出了图52和53中所示浆料通道工具(58)的一套固定装置(88)的等距视图。所示实施例可用于与穿过地下岩层的通道接合，浆料通道工具(58)具有用于与相关接收器(图51的114)接合的芯轴(117A)，以便将一个浆料通道工具(图52的58)与第二浆料通道工具(图53的58)固接。内部浆料通道工具(图51的58)可通过使用滑动接合芯轴(图55的117)从外部浆料通道工具(图52的58)松开，以使得固定装置(88)接合到穿过地下岩层的通道，这将使得芯轴(117A)从相关接收器(图51的114)缩回。

现在参照图55，示出了用于驱动固定装置(图54的88)的一套滑动芯轴(117)的等距视图，其中施加到所述滑动芯轴(117)下端部处的环的压力在相关的固定装置(图54的88)的后部接合，从而引起固定装置与穿过地下岩层的通道的接合以及与第二滑动芯轴(图54的117A)脱离接合。

现在参照图56-59，示出了浆料通道工具(图59的58)的实施例的构件的等距视图。所示实施例可以与图42中所示相类似的方式用在单壁钻柱或双壁钻柱的下端。两个导管柱都可用于双壁钻柱应用中，或者可替换地，仅仅外管柱可用于单壁钻柱应用。图59中所示的浆料通道工具的实施例还可用作钻井套管鞋，其中柔性隔膜被充气以防止结合剂的形成U形管。

现在参照图56，示出了浆料通道工具(图57的58)的实施例的构件的等距视图，该浆料通道工具具有带中间浆料通道工具(58)的上、下旋转连接件(72)，其中伸缩花键表面(91)允许第一级扩孔装置(63)轴向移动。该移动延伸第二级扩孔装置(61)，浆料通道工具(58)具有孔(59)和用于与另一浆料通道工具(图58的58)接合的滑动芯轴(117)，第二级扩孔装置(61)可与第一级扩孔装置(63)接合、伸展和回缩。

现在参照图57，示出了浆料通道工具(58)的实施例的等距视图，描绘了图56中组装在一起的左、右构件，其中花键表面(91)被拉伸，第二级扩孔装置(61)缩回，从而使穿过地下岩层的通道畅通。

现在参照图58，示出了浆料通道工具(58)在移除了图88的剖面线T-T后的实施例的3/4截面的等距图，该浆料通道工具(58)具有芯轴接收器，该接收器包括用于接收相关芯轴(图56和57的117)的定位接收器(114)、和用于将流体输送至截止阀(121)的孔(59)，其中所述截止阀(121)用于给柔性隔膜(76)充气并防止所述隔膜放气。图示中位于下端的接收器(89)用于与相关的第二级扩孔装置(图56和57的61)接合。

现在参照图59，示出了通过将图57的浆料通道工具(58)与图58的相关浆料通道工具(58)接合而产生的浆料通道工具的实施例的等距视图，其中下花键表面(图56的91)收起以延伸第二级扩孔装置(61)。

现在参照图60-64，示出了图50的浆料通道工具(58)的实施例的平面等距视图，所示工具可用于以与图43、45和47中所示和所述的方式引导浆料。通过向上而不是图61、62和64中所示的向下方向引导附加通道(75)，例如图56中所示的浆料通道工具(58)的实施例可用于以图44、46和48中所示和所述的方式引导浆料。图60-64中的内部构件图示在图65-70和图73-87中。

现在参照图60，示出了图50的浆料通道工具(58)的平面图，其中示出了剖面线L-L。

现在参照图61，示出了图60的浆料通道工具(58)的等距视图，其中由剖面线L-L限定的部分被移除了，其中该工具的内部可旋转附加壁和径向延伸通道(75)布置成使浆料流容易地轴向向下穿过内部通道，并且轴向向上通过与相关的附加环形通道连接的垂直通道。这样，所示的浆料通道工具的实施例可用于以与图43中所示相类似的方式模仿传统钻柱环的环隙流速和相关压力。

现在参照图62，示出了图60的浆料通道工具(58)的等距视图，其中由剖面线L-L限定的部分被移除了，其中内部可旋转附加壁和径向延伸通道(75)已从图61的视图旋转开，并布置成使浆料流容易地轴向向下流过内部和附加环形通道，这可用于以图45中所示相类似的方式模仿传统套管钻柱。

现在参照图63，示出了图50的浆料通道工具(58)的实施例的平面图，包括剖面线M-M，其中内部旋转壁已从图60-62所示的视图旋转开。

现在参照图64，示出了图63的浆料通道工具(58)的等距视图，其中由剖面线M-M限定的部分被移除了，其中内部可旋转附加壁和径向延伸通道(75)布置成使浆料流从内部通道容易地流向环绕该工具的通道，以模仿类似于与图47中所示的反向循环装置，其中可使用堵塞装置(94)来防止内部通道中的流体流到所述装置下方。

现在参照图65-70，示出了图60-64的浆料通道工具的内部构件的平面图和等距视图，该浆料通道工具包括壁、孔、和用于使导管柱的通道与第一环形空间连接以便沿期望方向推进浆料流的径向延伸通道。

现在参照图65和66，示出了用来包围较小附加壁(图66的51D)的较大附加壁(图65的51D)的平面图，该两个图分别具有剖面线F-F和G-G。根据较小附加壁(图66的51D)相对于较大附加壁(图65的51D)的旋转位置，位于附加壁内的孔(图68和70的59)和径向延伸通道(图70的75)可重合或不重合，以允许流体从所述钻孔中流过。

现在参照图67，示出了附加壁(51D)的实施例的等距视图，该附加壁(51D)具有用于接收相关芯轴的螺旋接收器(114)。所示附加壁还包括其其下端部可与另一附加壁的相关棘齿(图68的113)接合的棘齿(113)。

现在参照图68，示出了图65中的用于环绕较小附加壁(图70的51D)的较大附加壁(51D)的等距视图，其中由剖面线F-F限定的部分被移除了。图示中该附加壁在其上端部具有用于与另一附加壁的相关棘齿(图67的113)接合的棘齿(113)，还具有用于在组装完成所示构件后，通过相关的较小内部附加壁(图70的51D)在内部空间与环绕外部空间之间形成连通的孔(59)。

现在参照图69，示出了具有螺旋接收器(114)的较小附加壁(51D)的等距视图，所述接收器可用于接收相关的芯轴。所示附加壁还显示为在其下端具有可与相关的棘齿(图70的113)接合的棘齿(113)，用于在组装完成所示构件后插入到相关的较大附加壁中(图67的51D)。

现在参照图70，示出了图66中较小附加壁(51D)的等距视图，其中由剖面线G-G限定的部分被移除了。所示附加壁显示为在其上端具有用于与相关棘齿(图69的113)接合的棘齿(113)、径向延伸通道(75)以及孔(59)。当组装完成后，所示附加壁可被相关较大附加壁(图68的51D)环绕。

现在参照图71和72，示出了具有接收器(114)的旋转附加壁(51D)的两个实施例的等距视图，其中具有固定芯轴(115)的上附加壁(51C)可轴向向下移动并且随后向上移动，以便在所述向下以及随后向上移动期间使所述芯轴与所述接收器(114)接合，从而绕所述接收器的中心轴线转动与其对应的附加壁(51D)。这些所示的实施例可固定至图68和70的附加壁(51D)的上端，以替代所示棘齿。

现在参照图73-87，示出了多功能工具(112)及相关构件的实施例，其中图73-78和图87所示的组装好的多功能工具(112)可通过图79-86所示的构件形成。图73-78和图87中所示实施例也显示在图61、62和64的浆料通道工具(58)中，其中致动工具与所述多功能工具(112)的滑动芯轴(112)的接合以及与相关接收器(图67和69的114)的接合可使多功能工具(112)的固定芯轴(115)轴向向下移动，并且通过棘齿(图67-70的113)与所述附加壁(图68和70的51D)的接合可使内部附加壁(图68和70的51D)转动。

现在参照图73-76，图73和75分别是处于非致动状态的示出了剖面线I-I和J-J的多功能工具(112)的实施例的平面图，图74和76分别是多功能工具的正视图，其中由剖面线I-I和J-J限定的部分被移除了。第一附加壁(51C)和第二附加壁(51C)显示为固定突出芯轴(115)延伸通过围绕所述第一和第二附加壁布置的环绕壁(116)内的接收器。滑动芯轴(117)延伸通过第一附加壁(51C)和第二附加壁(51C)中的接收器，以接合环绕壁(116)中的相关接收器(114)，在所述环绕壁(116)的表面与所述第一和第二附加壁(51C)上的弹簧接合表面(119)之间设有弹簧(118)，其中滑动芯轴(117)在未接合时轴向向上偏压。

现在参照图77，示出了图73-76的处于致动状态的多功能工具(112)的平面图，该视图包括剖面线K-K。

现在参照图78，示出了图77的多功能工具(112)的剖面图，其中由剖面线K-K限定的部分被移除了。图示第一附加壁(51C)位于第二附加壁(51C)的轴向上方，其中两个附加壁通过与滑动芯轴(117)的接合均已轴向向下移位，从而压缩接合表面(119)下方的弹簧(118)，直到滑动芯轴(117)在环绕壁(116)内从延伸状态缩回到接收器(图76的114)的内径为止，由此使突出芯轴(115)轴向向下移动。从环绕壁(116)突出的芯轴(115)与相关的螺旋接收器(图67和69的114)接合，这样，轴向向下的移动通过与相关棘齿(图68和70的113)接合的棘齿(图67和69的113)使附加壁(图67和69的51D)转动，以使得具有孔(图68和79的59)和径向延伸通道(图70的75)的附加壁转动，从而选择性地对准图61、62和64中所示的浆料通道工具的所述钻孔及径向延伸通道。将多功能工具反复置于致动状态可使得多功能工具通过所包括的弹簧返回到非致动状态，使得能够重复期望的孔和/或径向延伸通道的选择性对准。

一旦致动工具(图104的94)穿过滑动芯轴(117)，使滑动芯轴(117)向下移动直到它们缩入相关的接收器并且所述致动工具已通过，那么弹簧(118)就将第一附加壁(51C)和/或第二附加壁(51C)返回至图73-76所示的非致动状态，此时滑动芯轴(117)延伸进环绕壁(116)的内孔。由于所述棘齿的单向特性，相关的棘齿(图67和69的113)沿相反方向移动而不会使相关的附加壁(图68和70的51D)转动。第一附加壁(51C)和第二附加壁(51C)可具有致动不同滑动件的相同或不同的直径。第一附加壁(51C)和第二附加壁(51C)的滑动芯轴(117)可设有不同的接合直径，以使得致动工具通过一组滑动芯轴并与其它组芯轴接合，从而使第一附加壁(51C)或第二附加壁(51C)有选择性地滑动。另外，当与具有一致接合直径的致动工具(图104的94)一起使用时，可使用两组以上的壁、弹簧和具有不同接合直径的芯轴，以便产生两个以上的功能。

现在参照图79-86，示出了图73-78的多功能工具(112)的构件。图79示出了多功能工具的平面图，包括剖面线H-H，图80示出了该工具的剖面图，其中由剖面线H-H限定的部分被移除了，并且虚线表示隐藏面。所示多功能工具包括环绕壁(116)，环绕壁(116)具有用于与固定突出芯轴(图81和82的115)相连的长垂直接收器(114)和用于与滑动芯轴(图85和86的117)相连的空腔接收器(114)。图81和82分别为第一附加壁(51C)和第二附加壁(51C)的等距视图，其中虚线表示隐藏面，固定的突出芯轴(115)用于与相关的接收器(图67主69的114)接合，贯穿接收器(114)用于与滑动芯轴(图85和86的117)相连，弹簧接合表面(119)用于与相关的弹簧(图83和84的118)接合。图83和84是可用于图81和82的第一附加壁(51C)和第二附加壁(51C)的接合表面(119)与图78和80的环绕壁(116)之间的接合的弹簧(118)的等距视图。图85和86是具有不同接合直径的滑动芯轴(117)的等距视图，其中虚线表示隐藏面，当滑动芯轴(117)插过接收器(图81和82的114)而进入相关的凹槽接收器(图79和80的114)时解除接合。

现在参照图87，示出了由图79和86中所示构件组装成的图73-76中的多功能工具(112)的平面图，其中虚线表示隐藏面，示出了滑动芯轴(117)的接合直径以及处于非致动状态的突出芯轴(115)。

已经示出了图49-59的实施例的内部构件，下面描述组装好之后的实施例的剖面图。

现在参照图88和89，图88是图59的浆料通道工具(58)的平面图，该图中包括剖面线T-T；图89示出了该工具的剖面图，其中由剖面线T-T限定的部分被移除了。图59的浆料通道工具(58)具有图73-76所示的用于使内部浆料通道工具孔和径向延伸通道转动的相关内部多功能工具(112)，其中两个工具都布置在穿过地下岩层(52)的通道内，该通道具有上端旋转连接件(72)和与双壁钻柱接合的上端附加壁(51)，或者该上端旋转连接件(72)仅用于旋转和回收单壁套管钻柱。

借助于内部构件子组件(图57的58)的滑动芯轴(117A)与外部构件子组件接收器(图58的114)的接合，浆料通道工具(58)的内部构件接合至外部构件(图58的58)，其中所述内部构件子组件具有用于推进浆料的可旋转径向延伸通道(75)和用于接合致动工具(97)的制动箱(95)，第二级扩孔工具(61)和下旋转连接件(72)延伸至单壁底孔组件管柱。外部构件子组件还显示出具有柔性隔膜(76)和位于其下端的孔(59)，该孔的尺寸被制成适当大小以防止大岩屑进入该工具的内部通道。还可使用可替换的致动工具(图104的94、图132的97、图133-135的98)，该致动工具可与棘齿(95)接合以从堵塞内部通道移除所述致动工具。

现在参照图90，示出了图89中由详细线U限定的截面的放大图，示出了内部多功能工具的滑动芯轴接收器(114)和弹簧(118)、以及使浆料易于通过截止阀(112)的孔(59)，该截止阀(112)用于给柔性隔膜(76)充气。在使用时，柔性隔膜可堵塞浆料通道工具(58)与穿过地下岩层(52)的通道之间的第一环形通道，一旦柔性隔膜(76)被充气，止回阀(112)将防止该隔膜泄气。如果不使用柔性隔膜(76)和止回阀构件，那么浆料通道工具孔(59)可用于将浆料从内部通道推到第一环形通道。可选地，内部构件子组件(图57的58)在解除接合时可从外部构件子组件(图58的58)的下方穿过，以便将浆料推进到具有柔性隔膜的第一环形通道。

现在参照图91，示出了图88的浆料通道工具(58)的截面等距视图，其中由剖面线T-T限定的部分被移除了。图91包括详细线V和W。图示中浆料通道工具(58)布置在穿过地下岩层(52)的通道内，该浆料通道工具(58)的上端(72，51)布置在单壁钻柱或双壁钻柱的下端，单壁钻柱的上端通过连接件(72)连接至其下端。浆料通道工具可通过使用第一级扩孔工具(63)和附加级扩孔工具(61)来推进导向钻孔通道的扩大，这包括与图5-7的工具(63)类似的碎石工具的实施例，所述单壁钻柱对轴向向下穿过岩层的所述导向通道进行钻孔，使浆料流轴向向下通过其内孔(53)以及轴向向上通过所述工具与环绕壁(52)之间的第一环形通道循环。

对于双壁钻柱，浆料通道工具(58)的径向延伸通道(75)可用于将来自内部通道(53)的浆料流连接至附加环形通道(54)或第一环形通道(55)。所示内部可选择的浆料通道工具可以与图60-64中所示实施例相类似的方式作用，除了径向延伸通道(75)如图60-64所示向外和向上定向而不是向外和向下定向。

现在参照图92，示出了图91中浆料通道工具的由详细线V限定的部分的放大等距视图，其中内部构件子组件(图57的58)借助于滑动芯轴(117A)与外部构件子组件(图58的58)在外壁内接合，其中所述外壁具有用作浆料通道的孔(59)，此时外部附加壁使柔性隔膜(76)免于与穿过地下岩层(52)的通道的有效接触。如果外部构件子组件(图58的58)与在其上端的保护内衬或套管接合，那么所述外部部分可设有所述套管，并且结合剂浆料可布置在所述套管和外部构件子组件的后面，随后柔性隔膜可被充气而抵靠穿过地下岩层的通道，以防止所述稠密的结合剂浆料向下流动或形成U形管，截止阀(图90的121)防止柔性隔膜(76)泄气。这样柔性隔膜可用作钻井套管鞋。

在通过长孔槽(图58的59)粘固或给柔性隔膜充气之前，内部构件子组件(图57的58)可与外部构件子组件(图58的58)解除接合。可使用轴向设置在上方的另一浆料通道工具(图94-103的58)沿轴向向下方向实施粘固，或者所述内部构件子组件可下降至低于所述外部构件子组件以轴向向上地布置结合剂，随后该另一浆料通道工具可缩回到外部构件子组件以便通过相关孔(图58的59)给柔性隔膜(76)充气。

现在参照图93，示出了图91中浆料通道工具(58)的由详细线W限定的部分的放大等距视图，示出了由相关多功能工具(图92的112)操作的径向延伸通道(75)，所述多功能工具具有位于所述径向延伸通道轴向下方的制动箱装置(95)。致动工具(97)可用于致动所述多功能工具和操作所述径向延伸通道(75)，并可通过所述制动箱解除与轴向向下的浆料流动的干涉，其中所述浆料可经由内部构件中的长孔槽(59)绕所述制动箱装置流动。

外部构件子组件(图58的58)显示为具有环绕壁，并包括用于第二级扩孔工具(61)的相关槽(图58的89)，所述环绕壁具有用于浆料通道以保护柔性隔膜(76)的孔(59)，所述第二级扩孔工具(61)由于第一扩孔工具(63A)的向上移位而向外延伸。环绕和保护壁可通过使用操作推力轴承(125)使扩孔装置接合在相关的槽中来旋转，以防止外部构件的其余构件和相关套管柱的旋转。所述推力轴承(125)还可移动到图92的上保护壁，以防止外部保护内衬或套管柱的旋转。在本发明的实施例中，如果期望套管柱旋转，那么可省略推力轴承(125)。

现在参照图94和95，图94示出了图53的浆料通道工具(58)的实施例的平面图，其中包括剖面线N-N，图95示出了浆料通道工具在移除了由剖面线N-N限定的部分后的正视图。图53的浆料通道工具(58)显示为具有图73-76的相关内部多功能工具(112)，用于使具有孔和通道的内部浆料通道工具(图50的58)旋转，其中两个工具都设置在穿过地下岩层(52)的通道中，该工具具有用于单壁钻柱的上端旋转连接件(72)和用于接合至尾管、套管或单壁套管钻柱的下端附加壁(51)，或者如果同时使用附加壁(51)和下连接件(72)，则下端附加壁(51)可接合至双壁钻柱。

浆料通道工具(58)的内部构件子组件(图51的58)显示为通过相关花键表面(图51和52的91)与内部构件子组件的芯轴(图54的117A)的接合而接合至外部构件子组件(图52的58)，其中外部构件子组件的芯轴与内部构件子组件的接收器(图51的114)接合，所述内部构件子组件具有内部浆料通道工具(图60-64的58)，该工具具有用于通道与推进浆料之间的连接的可旋转的径向延伸通道(75)。

具有用于工具与穿过地下岩层(52)的通道之间的浆料流动的孔(59)的保护壁保护接合装置(88)和柔性隔膜(76)，该柔性隔膜用于固定和压差密封外部构件子组件和在其下端固定至所述通道壁(52)的保护套管。

现在参照图96，示出了位于穿过地下岩层(52)的通道内的图94中的浆料通道工具(58)的等距视图，其中由剖面线N-N限定的部分被移除了，示出了内部构件子组件(图51的58)与外部构件子组件(图52的58)之间的花键接合。浆料可在内部通道(53，54A)内轴向向下循环以及在用于如图61，62和64所示的单壁钻柱或双壁钻柱的第一环形通道(55)中轴向上下循环。对于双壁钻柱，还可选择用于轴向向上或轴向向下流动的中间通道(图147的54)。并且，如果中间通道(图147的54)在所述双钻柱的底部保留打开，那么可使用简单的不可选择的浆料通道工具(图136-139的58)或传统集中控制装置来模仿传统的钻柱。在浆料通道工具(58)与所述双壁钻柱的下端部处的相关可选择浆料通道工具(图88-93的58)一起使用的情形下，可模仿传统钻柱或套管钻柱。通过多功能工具(图73-78的112)的使用，可选择性地重复钻井与套管钻井之间的模仿。

现在参照图97，示出了图95中浆料通道工具(58)的由详细线O限定的部分的放大视图，示出了接合在相关接收器(图51的114)中的固定装置(88)的芯轴(117A)。浆料通道还显示为具有柔性隔膜(76)，其中当径向延伸通道(75)对准以允许内部通道(53)的压力达到所述接合环正下方的中间通道(54B)时，由接合环(图55的117)保持的滑动芯轴在延伸到所述隔膜内的凹槽中以便与固定装置(88)接合。

现在参照图98，示出了图96中浆料通道工具的由详细线P限定的部分的放大视图，示出了位于工具上端的孔(59)，对于双壁钻住而言，所述钻孔用于将位于所述工具上方的第一环形通道(55)与位于所述工具下方的另外的环形通道(图147的54)连接，或者对于单壁钻柱而言，所述钻孔用于将位于所述工具上方的第一环形通道(55)与扩大的内部通道(54A)连接。浆料通道工具还显示为具有如前所述的径向延伸通道(75)、固定装置(88)和柔性隔膜(76)。

现在参照图94-98，图示中内部通道工具(图63和64的58)的旋转套筒的内部装置显示为对准，用以将固定装置(88)和柔性隔膜(76)接合至通道(52)的壁。通过内部通道(53)施加的压力作用于环带(54B)，并轴向地向上移动固定至接合环(图55的117)的滑动芯轴，向外推压固定芯轴(88)，并压缩柔性隔膜(76)以便接合通道壁(52)。固定装置(88)的芯轴(117A)随后从相关的接收器(图51的114)移除，将内部构件子组件(图51的58)从外部通道子组件(图52的58)释放开。

一旦固定至滑动芯轴(117A)的所述接合环完全轴向向上移动至与所述固定装置(88)接合，并且将其芯轴(117A)从相关接收器(图51的114)释放开以允许在中间通道(54A)中建立压力，那么具有剪切销装置(120)的附加壁(51A)就可被施加到所述中间通道(54A)的压力剪断，从而暴露内部通道(53)与第一环形通道(55)之间的通道，其中所述剪切销装置(120)轴向布置在与滑动芯轴固接的所述接合环下部。

现在参照图99-103，示出了图94-98的浆料通道工具(58)的视图，其中固定装置(88)和柔性隔膜(76)已经与通道壁(52)接合，具有剪切销装置(120)的附加壁(51A)已经被向下剪断而暴露使内部通道(53)与第一环形通道(55)连接的通道，在内部通道(53)中已经布置有致动装置(图104的95)以便防止浆料向下流动，并且在内部通道中建立起用于移动和剪切装置的压力。

现在参照图99和100，图99示出了图94的浆料通道工具的平面图，该视图包括剖面线Q-Q，图100示出了浆料通道工具(58)的剖面图，其中由剖面线Q-Q限定的部分被移除了，并包括详细线R和S，其中该工具(58)布置在穿过地下岩层(52)的通道中。

现在参照图101和102，示出了图100中的浆料通道工具(58)的分别由详细线R和S限定的部分的放大视图。固定装置(88)的芯轴(117A)接合至穿过地下岩层(52)的通道，并从相关接收器(图51的114)缩回，从而释放内部构件子组件(图51的58)，图102中的附加壁(图101的51A)从其剪切销装置(120)剪断，以便将孔(59)暴露于图102中的第一环形通道(55)。使用所述装置，通过内部通道(53)泵送的浆料可通过致动工具(94)转向第一通道(55)，以便轴向向下流动。

现在参照图102和103，图102示出了在所述内部构件相对于所述外部构件轴向向上移动之前的内部构件子组件(图51的58)和外部构件组件(图52的58)，图103示出了在将结合剂浆料从内部通道(53)轴向向下推进到第一环形通道(55)之后，所述内部构件子组件在相对于固定至所述通道(52)的外部构件子组件轴向向上移动之后的轴向位置。内部构件子组件(图51的58)的轴向向上移动随后移动具有固定滑动表面的封闭轴套(51F)，以及与内部构件子组件的剪切销装置(图51的120)相连的剪切销装置(120)，以关闭暴露于第一环形通道(55)的通道，其后，所述剪切销装置剪切，以便将所述内部构件子组件从所述外部构件子组件完全释放开，并且关闭用于轴向向下布置结合剂的通道。

现在参照图104，示出了致动工具(94)的等距视图，该致动工具(94)具有可渗透的内部压差挡板(99)和用于与内部通道(图99-103的53)的壁接合的外部压力差密封(99)。所述实施例可用于致动图94-102的浆料通道工具(58)，上述致动可通过使用标枪(图133-135的98)释放，可通过箱(图89-93和图119-120的95)来捕获，或者内部挡板(99)可被压力剪切，以恢复流过内部通道(图99-103的53)的流体。

现在参照图105，示出了浆料通道工具(58)的实施例的右侧平面视图和相关的左侧等距视图，其中由线AF-AF限定的部分被移除了，示出了有助于多浆料循环选择的孔(59)和径向延伸通道(75)，同时使用在其上端具有单壁钻柱连接件(72)的伸缩(90)花键(91)来转动单壁钻柱或双壁钻柱。附加壁(51)和位于浆料通道工具下端的旋转连接件(72)可连接至单导管柱或双导管柱，具有可膨胀尾管悬挂器(77)的尾管可使用所述可膨胀悬挂器进一步固定至穿过地下岩层的通道，以产生不同的压差挡板。另外，可使用销钉装置(92)来将伸缩构件固定在伸缩装置的多个延伸处。如果使用例如螺旋管等的非旋转柱，那么可使用非旋转连接件来替代旋转连接件。

现在参照图106，示出了图105中浆料通道工具(58)的实施例的由详细线AG限定的放大部分的等距视图，其中浆料轴向向下(68)流过内部通道(53)，并轴向向上流过垂直的径向延伸通道(75)，其中外径向延伸通道(75)被附加壁(51C)覆盖。

现在参照图107，示出了图105中浆料通道工具(58)的由详细线AG限定的部分的实施例的放大等距视图，其中致动工具(94)将附加壁(51C)轴向向下移动，从而露出径向延伸通道(75)并堵塞内部通道(53)。通过使用所述致动工具(94)，浆料轴向向下流过内部通道(53)，并流至位于所述导管柱与穿过地下岩层通道(52)的通道之间的第一环形通道(55)，使返回的浆料轴向向上(69)通过浆料通道工具(58)内的孔以及相关的径向延伸通道(75)。一旦释放致动工具，致动工具(94)就可被捕获在制动箱工具(图105的95)中。浆料通道工具(58)还具有通向可膨胀的柔性隔膜(76)的通道(75D)，所述隔膜用于阻塞位于工具与所述通道(52)之间的轴向向上的通道，以阻止轴向向上流动。

现在参照图108，示出了浆料通道工具(58)的实施例的平面图，其中虚线表示隐藏面，该浆料通道工具(58)具有通向垂直径向延伸通道(75)的孔(59)，用于推进浆料以使其通过第一导管柱(50)与嵌套附加导管柱(51)之间的通道，其中向外径向延伸通道(75)用于推进浆料以使其从内部通道(53)流向环绕所述工具的第一环形通道，还说明了垂直和径向向外延伸通道(75)之间的关系。

现在参照图109-114，示出了浆料通道工具(58)的实施例的视图，具有包括中间可旋转壁(51D)的构件以及柔性隔膜构件(76)，其中所述中间可旋转壁(51D)具有用于与通向内部构件的径向延伸通道的孔(59)对准的孔(59)，以便在所述钻孔之间提供或阻止浆料流流。第一壁(50)的上端可连接至单旋转或非旋转导管柱，根据第一壁(50)下端是否连续至钻柱的末端，第一壁(50)的下端和位于在其内包含工具的通道(52)中间的嵌套附加壁(51)可连接至单壁钻柱或双壁钻柱，。

现在参照图109，示出了图112中浆料通道工具的构件的等距视图，示出的所述分隔构件包括具有孔(59)的可旋转套筒，和用于与内部构件接合的柔性隔膜(76)。所述套筒可旋转，以便根据内部构件的其它通道和其内包含所述工具的通道来改变通道的流动布置。

现在参照图110，示出了图112的浆料通道工具内部构件的视图，示出了所述内部构件，其中虚线表示隐藏面。

现在参照图111，示出了图109中的构件的平面图，其中以虚线示出隐藏面，示出了位于可旋转嵌套附加壁(51D)中的孔(59)、和在左侧视图中处于放气状态而在右侧视图处于充气状态(96)的柔性隔膜(76)。

现在参照图112，示出了在穿过地下岩层(52)的通道内的浆料通道工具(58)的实施例的平面图，图112包括剖面线D-D。

现在参照图113，示出了图112的浆料通道工具(58)的等距视图，其中由剖面线D-D限定的部分被移除了，示出了位于单壁钻柱上端的旋转连接件(72)。图113还包括限定了图114中所示工具的一部分的详细线E。

现在参照图114，示出了图113中浆料通道工具(58)的由详细线E限定的部分的放大等距视图，示出了径向延伸通道(75)和具有孔(59)的中间旋转壁(51D)，所述钻孔(59)布置为使浆料沿轴向向下方向流过内部通道(53)和第一环形通道(55)，并沿轴向向上方向流过附加环形通道(54)。所述装置可用在地层结构发生浆料显著损失时，或第一环形通道在钻井期间因大直径钻柱和小的第一环形空间而被岩屑阻塞时。如果下端导管(51)固定至开口下端具有与图136-139中所示相类似构造的大直径导管，单壁钻柱通过使用一个或多个钻头和/或开孔器以便于穿过其内部通道，那么浆料可在内部通道(53)中轴向向下循环，同时浆料可流过中间通道(54)和第一环形通道(55)返回，以减少浆料的损失直到可在适当位置固接大直径套管(51)为止。通过使用第一环形通道内的摩擦力，具有钻井损失的该装置可显著地减少所述损失，减少浆料流动及第一环形通道中的相关浆料损失，同时保持静压头以确保良好的控制。

现在参照图115-117，示出了图112中浆料通道工具(58)的构件的等距视图，其中剖面线D-D被移除了，示出了旋转壁(51D)的不同方向和对准，其中内部构件在其最小直径处分开，具有孔(59)的附加壁(51D)围绕所述最小直径旋转，以与内部构件的孔和通道(75A，75B)对准，具有孔(59)的两个嵌套附加壁位于所述分开处的中间。

现在参照图115，示出了沿方向(P1)看去的壁(51D)、孔(59)和通道(75A，75B)，上述构件可用来模仿穿过第一环形通道沿轴向向上方向循环的传统钻井的速度、流量和相关压力，其中通道(75B)中的一个和孔(59)被阻塞以阻止浆料循环，同时另一通道(75A)打开以允许浆料循环。浆料沿轴向向下方向(68)循环通过内部通道，并沿轴向向上方向(69)通过第一环形通道和附加环形通道。该布置还可被称为循环损失钻井布置，与现有传统钻井不同，这里第一环形通道中的摩擦用于限制浆料在第一环形通道内损失到断裂或岩层结构中，从而通过所述摩擦保持循环和静压头。

现在参照图116，示出了沿方向(P2)看去的壁(51D)、孔(59)和通道(75A，75B)，上述构件可用来模仿套管钻井在轴向向下方向(68)和轴向向上方向(69)的速度、流量和相关压力，其中通道(75A)中的一个和孔(59)被阻塞以阻止浆料循环，同时另一通道(75B)打开以允许浆料循环。浆料轴向向下(68)通过内部通道和附加环形通道而循环，并轴向向上(69)通过第一环形通道。

现在参照图117，示出了沿方向(P3)看去的壁、孔(59)和通道(75A，75B)，上述构件可用作用于轴向向下方向(68)布置结合剂以及使所述循环沿轴向向上方向(69)返回的上下循环，其中通道(75B)中的一个和内部通道(53)被阻塞以阻止循环浆料，同时另一通道(75A)和孔(59)打开以允许浆料循环。浆料轴向向下(68)通过内部通道和附加环形通道而循环，直到其到达并从其中排出的孔(59)，并继续轴向向上(69)返回通过第一环形通道。尽管所述装置称为上下固接位置，但是可用来促进任意轴向向下的浆料流过第一环形通道。

另外，如果内部通道(53)未被致动工具(94)阻塞，那么可使用另外的布置(P4)，通过内部通道(53)和第一环形通道的循环可沿着轴向向下方向(68)继续沿着轴向向上方向(69)通过附加环形通道。该装置可称为紧密度公差钻井装置，当第一环形通道和导管柱之间存在小公差时，如果损失循环方向(P1)的重力供给不足以防止第一环形通道内的堵塞，那么紧密度公差钻井装置可借助来自内部通道的增压浆料清除第一环形通道。可使用喷嘴喷射布置来控制从内部通道到第一环形通道的增压浆料，并可使用柔性隔膜(例如图107中所示)轴向向下推进流动，以保持畅通的第一环形通道处于紧密度公差钻井状态。

现在参照图118，示出了具有两个嵌套附加壁(51D)的可替换装置的实施例的等距视图，所述附加壁具有孔(59)，其中虚线表示隐藏面，在较大直径附加壁中布置有较小直径附加壁。所述壁可轴向地移动，而不是旋转，以对准所述钻孔(59)。

现在参照图121-124，示出了具有不同孔布置的浆料通道工具(58)的实施例的剖面图，其中附加壁(51C，51D)轴向地移动以便对准上面所描述并在图118中示出的孔(59)。所述浆料通道工具的实施例可位于用于连接通道的双壁钻柱的下端。

现在参照图121，浆料通道工具(58)的上部等距视图显示为位于附加壁(51)的相关中间平面图上方，该视图包括剖面线AM-AM，示出了附加壁(51)的相关下部等距视图，其中由剖面线AM-AM限定的部分被移除了，示出了位于接触周面的相关孔(59)。浆料通道工具(58)可插入到附加壁(51)中。

现在参照图122，示出了浆料通道工具(58)的实施例的俯视图，以及沿着线AN-AN的剖面图。浆料通道工具(58)显示为被插入到图121的附加壁(51)中，其中来自第一壁(50)与附加壁(51)之间的附加环形通道(54)的浆料沿着轴向向下方向(68)推进浆料，以便与在第一壁(50)的内部通道(53)内沿轴向向下移动的浆料混合。所述工具外部的浆料沿轴向向上方向(69)在第一环形通道内移动。

现在参照图123，示出了浆料通道工具(58)的实施例的俯视图，以及沿线AO-AO的剖面图。浆料通道工具(58)显示为被插入到图121的附加壁(51)中，所述工具已经被不同布置的孔致动，其中致动装置(94)被浆料推进以使得附加壁(51C)向下滑动，从而封闭使内部通道流沿轴向向下方向(68)混合的孔，以及打开使附加环形通道流与沿轴向向上方向(69)的第一环形通道流混合的孔。在致动内孔之后，可打破致动工具(94)内的不同压差隔膜(99)，以允许流动通过内部通道继续流动。

现在参照图124，示出了浆料通道工具(58)的一个实施例的俯视图，以及沿线AP-AP的剖面图。该工具显示为被插入到图121的附加壁(51)中。显示为球的致动工具(97)位于座(103)中，内附加壁(51D)已被轴向地移动以使得内部通道与径向延伸通道(75)对准，从而环绕第一环形通道。在对准径向延伸通道(75)之后，可跨过径向延伸通道(75)布置类似于图123所示致动装置(94)的另一致动工具，以中止推进浆料从其通过，直到向座(103)施加了足够的剪切该座的压力，并且沿轴向向下的方向移动依靠在座(103)上的致动工具(97)，在这里它可通过棘齿从流动干涉去除。

现在参照图125-131，示出了多功能工具(112A)的实施例的视图，该多功能工具(112A)包括位于旋转壳体装置(105)中的液压泵(106)。花键表面(91)被用来运行所述泵以及液压地移动包含孔的附加壁，或轴向地移动与活塞(109)接合的滑动芯轴(117A)，从而对准孔或引起与位于嵌套附加壁中的接收器的接合。接合至第一壁(50)的花键表面(91)还可在末端与花键接收器(104)接合以旋转钻柱。花键接收器(104)位于上下端，以在第一壁(50)的压缩和张力下促进钻井和后扩孔旋转，同时中间花键接受器(91)促进泵(106)的致动。所述多致动工具可与穿过较小和较大直径之间的单壁钻柱一起使用，例如在进行套管钻井或双壁钻柱时。

现在参照图125，示出了多功能工具(112A)的实施例的俯视图以及该工具沿线AQ-AQ的剖面图。多功能工具(112A)可在花键表面(91)与相关下壳体(104)接合时允许钻井，或者在与相关上壳体(104)接合时进行后扩孔。与中间花键的接合使得液压泵操作能够致动与其它工具的环绕壁相关的功能，其中固定至第一壁(50)的花键表面(图126的91)的旋转使用于液压地发挥作用的泵(图127的106)转动。

现在参照图126，示出了图125的多功能工具(112A)的构件的等距视图，上述构件包括具有旋转连接件(72)的第一壁和布置用来接合到壳体(105)或泵(图129的106)内的花键(91)，当所述构件接合至壳体(图128的105)或者泵的上端或下端时，如果所述构件被布置并转动到所述端部的中部，则起还用来转动钻柱。

现在参照图127，示出了图125的多功能工具(112A)的等距视图，其中由线AQ-AQ限定的壳体(图128的105)的部分被移除了。上下液压泵(106)显示为可旋转的壁，其具有位于所述壳体(105)内的叶轮(117)。在所述泵内与其接合的花键(图126的91)的旋转使所述泵动作。

现在参照图128，示出了图125的多功能工具(112A)的壳体(105)构件的截面等距视图，其中壳体(105)可围绕具有中心旋转轴向移动花键(图129的91)的活塞(图129的109)布置，用于转动相关的具有外叶轮(111)的花键壁，并且在旋转时如同液压泵(图127的106)发挥作用。壳体(105)在末端具有用于与中心旋转轴向移动花键(图126的91)接合的花键(104)，其中花键壳体(104)内的接合和旋转使固定至所述壳体的附加壁旋转。壳体(105)还具有用于在使用泵(图127的106)时促进壳体内活塞(图129的106)的液压移动的液压通道(107A、107B和107C)。

现在参照图129，示出了图125的多功能工具(112A)的活塞(109)构件沿着线AQ-AQ的截面等距视图，其中活塞具有内部液压通道(107A)和用于接合滑动芯轴(图127的117A和图130的117A)的致动表面。还示出了活塞的端部(110)。

现在参照图130和131，示出了图125中多功能工具(112A)的分别由线AR和AS限定的部分的放大图。示出了图126-129的构件的上下泵的接合以及运行配合。如果所述花键表面接合在壳体(105)内的所述泵(106)中并旋转，花键(91)用于使泵(106)旋转，迫使液压流体流过通道(107B)以便移动液压腔(108)内的滑动芯轴(117A)，进而使滑动芯轴(117A)与在其内设置有多功能工具的附加壁中的相关接收器接合。活塞(109)下方的液压流体通过活塞内的第二液压通道(107A)返回，以通过第三液压通道(107C)供应所述泵。闭合的液压装置使活塞(109)移动，从而使液压流体通过通道(107A和107C)返回，直到活塞(109)的末端暴露于活塞腔(108)为止。流体在壳体的腔(108)与通道(107C)之间的进一步旋转可防止系统过压。一旦对置泵使活塞端部(110)移动并与其重新接合，就将其腔从活塞腔(108)分离，从而移除再循环。

如果花键表面(91)接合到下部泵(图131的106)内，那么泵的旋转可用来通过沿相反方向移动活塞而引起滑动芯轴(117A)的分离。为执行任一功能，液压流体通过位于活塞腔(108)的所述上下端中间的活塞(109)被供给到所述活塞腔(108)的上端或下端。

如果附加壁(图118的51D)而非滑动芯轴(117A)固定到所述活塞，那么当附加壁分别接合至相关活塞和壳体(105)内的泵以对准或堵塞孔(图118的59)时，所述附加壁可轴向向上或轴向向下地移动。

现在参照图119-120和图132-135，分别示出了用于与前述一个或多个浆料通道工具接合的捕获支架工具和相关致动工具的实施例。

现在参照图119，示出了捕获支架工具(95)的实施例的俯视图以及该捕获支架工具(95)的沿线AK-AK的剖面图。捕获支架工具(95)可用于捕获致动工具，例如前述那些以及图132-135中所示的那些，以便从阻止浆料流过工具的内部通道的位置移除所述工具。捕获支架的壁内的孔(59)允许浆料绕接合在所述支架内的致动工具流动。

现在参照图120，示出了捕获支架工具(95)的实施例的左侧平面图，还示出了线AL-AL，该视图与所述工具的移除了由线AL-AL限定的截面的右侧等距视图相邻。图120示出了捕获支架工具(95)，前述标枪、球、塞和/或其它致动工具及图132-135中所示的那些可在捕获支架工具(95)中转向至侧边支架或通道。捕获支架工具(95)内的孔(59)允许浆料沿轴向向下方向流过工具和所有接合的装置。

现在参照图132，示出了钻管标枪(97)的实施例的俯视图，还示出了线AT-AT，以及在移除了由线AT-AT限定的部分的钻管标枪(97)的相关正面视图。钻管标枪(97)可用作致动装置。具有内部挡板(图135的99)和滑动芯轴(图135的117A)的标枪的改进允许标枪发挥作用，随后从堵塞内部通道被移除。

现在参照图133，示出了具有线AU-AU的标枪工具(98)的实施例的右手侧平面图。图134示出了标枪工具(98)的相关等距视图，其中由线AU-AU限定的部分被移除了。标枪工具(98)可用于使致动工具(94)从阻止浆料流流过内部通道的状态移开。标枪显示为与下部标枪孔或致动工具孔接合，从而接受标枪(98)的矛端，其中柔性翅片(76A)用于接合泵送的浆料和内部通道壁。

现在参照图135，示出了图134所示的标枪的由线AV限定的部分的放大详细图。在操作时，致动工具(94)可被浆料推动以便在预定致动工具接收器处执行浆料通道工具的功能，其后，可设置具有柔性翅片(76A)以允许其随通过被堵塞的内部通道的浆料流移动的标枪(98)，直到该标枪的下端穿过或透过下部致动工具(94)的压差挡板(99)，以允许滑动芯轴(117A)缩回，从而与预定接收器分离，其后，标枪和致动工具都轴向向下地移动，用以与相关的捕获支架工具(图119和120的95)接合。

现在参照图136-139，示出了浆料通道工具(58)及其构件的简单实施例，其中所述浆料通道工具包括用于将第一导管柱(50)定位在嵌套附加导管柱(51)内的中间定位构件(87)。在第一导管柱(50)与嵌套附加导管柱(51)之间设置有用作浆料通道的通道(75)。滑动接合芯轴(117A)可与中间定位构件(87)一起使用以便接合附加壁的相关接收器(89)。

现在参照图136-137，图136示出了浆料通道工具的包括剖面线C-C实施例的平面图，图137示出了图136中浆料通道工具(58)沿剖面线C-C的剖面图。浆料通道工具(58)显示为具有图138的中间定位构件(87)，具有与相关接收器(89)接合并嵌套在嵌套钻柱工具(图145-166)的附加导管柱(51)或双壁钻柱内的滑动芯轴(117A)，其中浆料通道工具的下连接显示为与所述嵌套工具柱(51)的第一钻柱接合，并且它的上连接件(72)可用于接合上部第一导管柱。

现在参照图138，示出了可用在浆料通道工具(图136-137的58)内的中间定位构件(87)的实施例的等距视图。该浆料通道工具可包括滑动芯轴(117A)，用于与嵌套钻柱工具(图145-166的49)的嵌套附加导管柱或双壁钻柱的相关接收器接合，其中双壁钻柱具有位于第一壁(50)与所述中间定位构件的附加壁(51)中间的四个附加环形通道(54)。

现在参照图139，示出了接合至嵌套钻柱工具的第一导管柱(50)的浆料通道工具(图136的58)的实施例的等距视图，其中嵌套导管柱被移除以使得浆料通道工具(58)的中间定位构件(87)可见。

已经描述了碎石、浆料通道和多功能工具的实施例，这些工具的各种实施例可与双壁钻柱组合，以便无需移除钻柱就能对地下岩层方便地进行钻井、护衬和/或完井。

现在参照图140-144，示出了现有钻井和现有地下岩石地层的套管钻井的剖面图，其中井架(31)用于吊升单壁钻柱(33，36，40)，底孔组件(34，38，42-48)和钻头(35)通过旋转台(32)来钻孔穿过岩层(30)。主流的现有技术方法使用单壁钻柱装置来在地下岩层中钻出通道，而本文所述各种实施例可与双壁钻柱一起使用，所述双壁钻柱通过在单壁钻柱内设置单壁钻柱形成，以产生具有多个壁和相关使用的钻柱。

现在参照图141，示出了图140中底孔组件(BHA)的由线AQ限定的部分的放大详细视图。图142示出了套管钻井装置的等距视图。图141示出了在轴向上方具有小直径钻柱的大直径BHA，而图142示出了位于大直径套管钻柱下方的较小直径套管钻井BHA。所述装置都包括单壁钻柱。由于与传统钻柱相比，套管钻柱与岩层之间具有更小的环形空间，套管钻井中轴向向上循环的液体的速度显著高于具有等效流率的传统钻井。

现在参照图143和144，分别示出了具有方向和直孔套管钻井装置的正面图，其中图143示出了在钻有方向的孔之前，连接到单壁套管(40)钻柱的柔性或弯曲连接件(44)和底孔组件(43)。图144示出了在钻直孔截面时可以使用的底孔组件。图143的位于柔性或弯曲连接件(44)下方的底孔组件(46)包括用于转动用来钻直孔的钻头(35)的电机，而图144示出了套管(40)旋转并且电机在旋转连接件(48)下方沿相反方向转动钻头(35)的例子。

现在参照图145-166，示出了穿过地下岩层(52，使用碎石工具的各种实施例(图5-39的56、67、64、65和图88-93的63)的通道的1/2横截面视图内的嵌套工具钻柱(49)的实施例以及浆料通道工具的各种实施例(图42-64、图88-118、图121-124和图136-139的58)，多功能工具的各种相关实施例(图73-78的112和图125-131的112A)以及支架工具的各种实施例(图88-93和图119-120的95)，用于轴向向下推进第一导管柱(50)和嵌套附加导管柱(51)，同时穿过地下岩层(52)钻孔以形成所述通道。通过与多功能工具(图73-78的112和图125-131的112A)一起重复使用浆料通道工具(58)，使用致动工具和标枪(图133-135的98)，所述工具与岩层之间的第一环形通道内的浆料速度和相关有效钻井密度可被操作，同时可管理浆料损失，并注射和压紧由碎石工具(56，57，63，65)产生的LCM，以抑制地下岩层内断裂的萌生或扩展。另外，碎石工具(56，57，63，65)和大直径双壁钻柱机械地抛光穿过地下岩层的孔，以减小旋转和轴向摩擦。所述工具及大直径双壁钻柱还抵靠岩层的滤饼壁机械地应用和压紧LCM以使其进入岩层孔和断裂空间，以进一步抑制地下岩层内断裂的萌生或扩展。

为了轴向向下地推进穿过地下岩层的通道，钻头(35)随第一钻柱(50)和/或电机一起旋转以产生导向孔(66)，具有带相对叶轮(111)和/或偏心刀片(56A)的碎石工具(65)的底孔组件在所述导向孔(66)内使与所述工具(65)或靠着具有所述工具(56，57，63，65)的岩层成整体的钻头(35)产生的岩屑颗粒破碎，从而涂抹和抛光穿过地下岩层的通道的壁。

碎石工具(65)的相对刀片(111)和碎石工具(56)的偏心刀片(56A)可设有集成至相对或偏心刀片的岩石切割、破碎或压碎结构，用于冲击或去除穿过地下岩层的通道的壁的岩石突起，或者在内部离心地冲击岩屑。另外，当不希望使用碎石工具(65)进一步破碎或压碎岩屑，或者碎石工具(65)应变得不可操作时，碎石工具(65)还用作沿着所述钻柱的稳定器。

当嵌套钻柱工具(49)的附加导管柱(51)大于导向孔(6)时，可使用具有第一级岩石切割器(63A)的碎石工具(63)来扩大穿过地下岩层(64)的通道的下部，第二和/或后续台阶的碎石切割器(61)可进一步扩大所述通道(62)，直到具有接合装置的附加导管柱(51)能够通过扩大的通道为止。多段扩孔的使用产生了更小的岩石颗粒，其可被破碎和/或压碎，以便更加容易地形成LCM，同时产生曲折的路径，这样大岩屑颗粒更加难以通过所述路径而不在通过的过程中破碎。根据地下岩层结构强度和期望的LCM产生水平，碎石工具可设在分段通道扩大和碎石工具上。

嵌套钻柱工具(49)底孔组件(BHA)的附加导管柱(51)使钻柱的直径扩大，在钻柱与地下通道圆周之间产生更窄的外侧环形间隙或公差，从而提高了浆料以等同流率移动流过通道的环隙流速，提高了浆料移动通过通道的环空和相关压力，并提高了循环系统施加到地下岩层结构的压力。所述嵌套钻柱工具(49)还提供了嵌套在第一导管柱(50)与附加导管柱(51)之间的具有不同压差支撑能力的附加环形通道(54)，用以转移循环浆料并模仿钻井或套管钻井技术。

如果希望施加到地下岩层的摩擦力和相关有效循环密度较低，以抑制断裂萌生或扩展，那么可使用浆料通道工具(58)来组合附加环形通道(54)和第一环形通道(55)，者类似于传统的钻井技术。

如果希望施加到地下岩层的摩擦力和相关有效循环密较高，例如当期望迫使浆料和LCM进入断裂和钻孔空间以执行井孔应力笼加强时，可使用浆料通道工具(58)来组合附加环形通道(54)和内部通道(53)，以使浆料能够沿轴向向下方向流动，同时提高浆料在第一环形通道(55)中沿轴向向上方向的行进速度及相关摩擦损失，这类似于传统套管钻井技术。

现在参照图145，示出了布置在岩层通道(52)中的嵌套工具柱(49)的实施例的视图，可用于模仿传统钻井或套管钻井环隙流速和相关压力。所述套管钻柱工具(49)可包括具有简单钻孔的浆料通道工具(图42-64、88-118、121-124和136-139的58)和用于扩大钻孔的碎石工具(图5-39的56，57，63，65)，从而推进通道轴向向下穿过地下岩层并产生LCM，其中所述简单钻孔显示为展现所述工具和多功能工具(分别为图73-87和125-131的112和112A)。

图145示出了嵌套钻柱工具(49)的下端，该嵌套钻柱工具包括绕第一导管柱(50)布置的附加导管柱(51)，在第一导管柱(50)的内部通道(53)与穿过地下岩层(52)的通道壁之间限定了附加环形通道(54)。还示出了具有浆料通道工具(58)的碎石工具(56，57，63，65)，该浆料通道工具可用于在位于所述嵌套钻柱工具(49)中间的第一环形通道(55)和地下岩层之间、附加环形通道(54)、内部通道(53)或其组合之间转向浆料。

现在参照图146，示出了布置在穿过岩层(52)的通道和附加导管柱(51)的截面内的上部分的嵌套钻柱工具(49)的实施例的视图。嵌套钻柱工具的所示上部可与图145中所示的嵌套钻柱工具的下部接合，其中附加导管柱(51)可用于以类似于传统套管钻井的方式转动嵌套钻柱工具(49)。

图146示出了：与附加导管柱(51)和第一导管柱(50)接合的浆料通道工具(图136-139的58)，其中浆料沿轴向向下方向(68)流过附加导管柱(51)的内部通道(54A)，直到到达浆料通道工具(图136-139的58)为止，其后浆料向下行进至附加环形通道(54)并且位于第一导管柱(50)的内部通道(53)内。

浆料沿轴向向上方向(69)返回到第一环形通道(55)内，第一环形通道(55)包括穿过被嵌套工具钻柱(49)推进的地下岩层的第一环形通道、被前面钻柱推进的穿过地下岩层的第一环形通道、以及附加导管柱(51)与先前布置的保护内衬之间的环形空间的组合，所述保护内衬至少部分地形成穿过地下岩层(52)的通道的壁。

在所述实施例中，由于在其上端用作单壁钻柱的套管或附加导管柱(51)的直径，嵌套钻柱工具(49)可模仿传统套管钻柱。尽管传统的套管钻柱可在大直径钻柱在旋转期间与通道圆周接触时顺带产生LCM，但是套管钻井期间在振动筛处见到的明显过多的LCM产生于所述大直径导管柱与先前设置的保护套管之间，此时所述产生的LCM没有作用。

现在参照图147，示出了布置在穿过地下岩层(52)的通道的断面内的嵌套钻柱工具(49)的实施例的上部视图以及位于浆料通道工具(58)下方的附加导管柱(51)的视图。嵌套钻柱工具(49)的所示部分可与图145的嵌套钻柱的下部接合。第一导管柱(50)显示为接合至用来沿所选方向(67)转动嵌套钻柱工具(49)的浆料通道工具(58)的连接钻井管柱，其中对图146中所示浆料通道工具(图136-139的58)进行连接。所述嵌套钻柱工具的实施例在外部模仿了尾管钻井方案，但是由于所述嵌套钻柱工具为具有浆料通道工具的双壁钻柱，所以能够模仿传统钻柱速度和相关的压力。

图147的嵌套钻柱工具(49)示出了第一导管柱工具(50)，其中浆料沿轴向向下方向(68)流动通过第一导管柱(50)，浆料通道工具(58)与第一导管柱(50)和嵌套附加导管柱(51)接合，浆料被沿轴向向上方向(69)推进通过第一环形通道(55)和附加环形通道(54)。

在嵌套钻柱工具(49)的该实施例中，可增加第一导管柱(50)与嵌套附加导管柱(51)之间的附加环形通道的流动能力以便沿轴向向上方向(69)推进浆料，从而有选择性地模仿传统环隙流速和与钻井相关的压力。

另外，现有技术的套管钻井一般依赖于钢丝线恢复和由用作应急选项的钻管恢复来置换BHA，所述实施例使得能够将第一导管柱(50)用作恢复、修理和置换嵌套钻柱工具(49)的内部构件的主要选择，同时使得在分离保护套管之后先选择钻井。

尽管钢丝线恢复通常是有效的，但是恢复重BHA所需钢丝线单元的尺寸通常因有限的可用空间禁止许多操作，例如离岸操作。另外，民钢丝线恢复相关的限制，现有套管钻井下BHA的长度常常有限，因此降低了钢丝线恢复的实用性和效率，例如在需要长且重的BHA时的期间，如图160和161中所示。

由于嵌套钻柱工具(49)的导管比钢丝线坚固，所以内部构件导管柱可用于在无需事先移除所述钻柱的情况下设置一个或多个用作保护内衬的外嵌套导管柱。

现在参照图148-155，示出了嵌套工具钻柱(49)的实施例的地下组装和分解，其中构件导管柱顺序组装以模仿套管钻井组件或传统钻井组件。

现在参照图148，示出了布置在穿过地下岩层(52)的通道的截面内的嵌套附加导管柱(51)的第一步构造的视图。嵌套附加导管柱(51)显示为设置在穿过地下岩层(52)的通道内，具有布置和/或浆制(74)在穿过岩层的所述钻孔内的保护内衬。设置在穿过岩层(52)的通道内的附加导管(51)可包括上下浆料通道工具(分别如图136-139的58和58)。

现在参照图149和150，分别示出了第一导管柱(50)及用于插入的内部构件的视图，以及插入到图148的下钻孔装置内的所述柱和构件的视图，布置在穿过地下岩层(52)的通道的剖面内，示出了嵌套钻柱工具(49)的实施例的第二步构造。第一导管柱(50)嵌套和接合在嵌套附加导管柱(51)中，浆料通道工具(图148的58)设在钻柱双壁部分的上下端，准备轴向向下地推进地下通道。在其它实施例中，如果上浆料通道工具被添加在组件上方来控制流动，那么可省略或第二下部工具(图136-139的58)置换具有阀的下浆料通道工具(58)，留下双钻柱的下端敞开流动。

现在参照图151，示出了附加导管(51)的左手侧平面图，该视图中具有线AW-AW。图152示出了布置在穿过地下岩层(52)的通道的部分内的相应右手侧视图，其中由线AW-AW限定的部分被移除了。示出了嵌套钻柱工具(49)的实施例的可选第三步构造，其中，嵌套附加导管柱(51)用于沿所选方向(67)转动嵌套钻柱工具(49)，同时使用钻头(35)和扩孔工具(63)轴向向下地推进地下通道。

现在参照图153和154，图153示出了第一导管柱(50)内部构件的视图，所述内部构件形成图154的视图的所示的内部构件，图154描述了布置在穿过地下岩层的截面内的嵌套钻柱工具(49)的实施例。从而示出了嵌套钻柱工具(49)的实施例的第四步构造，其中已经从嵌套附加导管柱(51)移除了图149的第一导管柱(50)，并由在上端具有浆料通道工具(58)的更长的第一导管柱来置换，其后，可继续轴向向下地推进地下通道的钻孔。通过添加上浆料通道工具(58)，可在使用LCM和含有所述LCM的改进型滤饼(26)填充断裂以便最终抑制断裂的萌生或扩展时限制地下断裂(18)的浆料损失，同时进行前述通过钻柱附加环形通道的循环。

嵌套工具钻柱(49)的所示实施例模仿尾管运行和/或钻井组件。一旦达到了总深度，那么结合剂浆料(74)就分别沿轴向向下或向上通过上、下浆料通道工具(分别为图49-53或56-59中的58)，通过径向延伸通道(75)，循环至所述嵌套附加导管、套管或内衬柱(51)，以及穿过地下岩层(52)的通道的壁，其后，可给用作套管鞋的可充气隔膜(图58的76)充气以防止结合剂浆料形成U形管。

现在参照图155，示出了图154的嵌套钻柱工具(49)的视图，其布置在穿过地下岩层的通道的截面内，其中图153的内部钻柱组件在粘固之后已被部分地收回，第一导管柱(50)与嵌套附加导管柱(51)解除接合。嵌套附加导管柱(51)可借助于例如尾管悬挂器的固定装置(88)和例如尾管顶部封隔器的柔性隔膜(76)接合至地下岩层内的保护套管，从而产生压差挡板。浆料循环通过第一导管柱(50)，以便在粘固和/或对嵌套附加导管柱(51)灌浆之后从井孔清除过量的结合剂浆料，从而防止断裂(18)和被包围或内衬的岩层进一步萌生断裂或扩展。

现在参照图156，示出了附加导管柱(51)的俯视图，该视图中具有线AX-AX。图157示出了附加导管柱(51)的局部截面视图，其中由线AX-AX限定的部分被移除了。嵌套钻柱工具(49)的实施例显示为布置在穿过地下岩层的通道的截面内，断开线用于表示延伸的钻柱长度。浆料通道工具(58)的实施例表示为接合至嵌套附加导管柱(51)的上端，其中不连续的第一导管柱(50)用于沿所选方向(67)转动钻柱。所述局部剖面延伸至第一断开线的正上方，示出了不连续的第一导管柱(50)。所示装置在离岸钻井操作时相对于浮式钻井单元的优点在于，具有在海底悬挂BOP(防喷器)钻柱的能力，并且在旋转台和海底水平之间使用单钻柱管直径导管柱的情形下具有优势。视图中的断开线表示该组件可具有延伸长度，附加碎石工具可在所述长度上间隔开，以产生用来阻止断裂的萌生和扩展的LCM。

现在参照图157，示出了嵌套工具钻柱(49)的实施例的视图，其中示出了引起浆料在岩层中的断裂(18)处损失的地下岩层的钻孔，断裂扩展点(25)相对于循环系统的压力未被密封。第一导管柱(50)与嵌套附加导管柱(51)之间的附加环形通道可用于使浆料沿轴向向上方向(69)循环进入钻柱下端的孔(59)，以降低压力和损失到所述断裂的相关浆料，直到可布置充足的LCM来压差密封断裂扩展点(25)。可伸缩延伸上部浆料通道工具(58)的实施例中的孔(59)允许浆料沿轴向向上方向(6)流动，随后允许浆料使用摩擦阻力沿轴向向下方向(68)流过第一环形通道，以便降低断裂(18)中的浆料损失，同时保持用于良好控制目的循环和液压静压力。下浆料通道工具(58)可包括类似于图139中所示的集中装置，以便根据第一环形通道将第一导管柱(50)与通向所述附加环形通道的开口通道同心地对准。可选地，所述下部浆料通道工具可包括如图88-93中所示的工具，以提供附加功能。

现在参照图158，示出了具有例如螺旋管等的非旋转第一导管柱(50)的嵌套钻柱工具(49)的实施例的视图，该嵌套钻柱工具(49)布置在穿过地下岩层的通道的截面内。在嵌套钻柱工具(49)的下端具有电机，该电机可使用全部或一部分用于浮力的附加环形通道，以降低嵌套钻柱工具(49)的有效重量，从而补偿非旋转钻柱的张力承受能力。可使用具有成组的径向延伸通道组的多个浆料通道工具来划分和控制附加环形通道的部分，以允许附加环形通道内产生循环和浮力。所述上浆料通道工具(58)显示为将柔性隔膜(76)接合至穿过地下岩层(52)的通道的壁，其中循环通过上浆料通道工具(58)的径向延伸通道(75)，以使得在释放浮力、断裂中损失浆料、紧密度公差、外钻柱粘接期间，在第一环形通道中连续发生沿轴向向下方向(68)的循环，或者临时地发生以通过封闭BOPs和/或使用所述柔性隔膜(76)来清除所述第一环形通道中的切料、堵塞或物料。另外，在第一环形通道中，可沿轴向向上方向(69)提供浆料的流动。在附加导管柱(51)的设置达到期望深度以用作具有可膨胀尾管悬挂器(77)的保护内衬之后，可沿轴向向下方向发生粘固，其后，可去除附加环形通道、非旋转第一导管柱(50)和电机的浮力。由于钻柱的支撑浮力和使用多个反复可选择浆料通道工具来调节浮力，所以这种布置使得无需使用井架就能够设置钻柱。

现在参照图159，示出了布置在穿过地下岩层的通道的截面内的嵌套钻柱工具(49)的实施例的视图，所述工具在岩层与钻柱之间具有紧密公差的第一环形通道，而第一导管柱(50)用于在柔性隔膜(76)、其内部通道的排出孔(59)以及第一环形通道的下方提供沿轴向向下方向的流动。嵌套钻柱工具(49)可用于使循环浆料沿轴向向上方向(69)通过第一环形通道返回，以便通过围绕工具提供的重力或来自内部通道的轴向向下的压力来减小第一环形通道中的力。在每一个钻柱之间具有较少坚固埋入点连接和紧密公差的多个嵌套非旋转保护套管可用来限定非旋转嵌套附加导管柱(51)，可与旋转的第一导管柱(50)一起使用，接受轴向向下推进地下钻孔时产生的大部分力。所述多个嵌套紧密公差非旋转埋入点内衬可顺序设置可膨胀的尾管悬挂器(77)，并可结合伸缩延伸技术，从而在无需从穿过地下岩层(52)的通道移除钻柱的情况下布置多个保护内衬。

现在参照图160，示出了布置在穿过地下岩层的通道的截面内的嵌套钻柱工具(49)的实施例的视图，其中钟摆式底孔组件和具有灵活长度(84)的钻头(35)可用于转动嵌套钻柱工具(49)的方向。

现在参照图161，示出了布置在穿过地下岩层的通道的截面内的嵌套钻柱工具(49)的实施例的视图，其中钟摆式底孔组件和偏心钻头(86)可用于转动嵌套钻柱工具(49)的方向，并且提供了附加弯曲长度(84)的底孔组件，而嵌套附加导管柱保持在适当的位置。在本发明的实施例中，这可通过使内部构件浆料通道工具(图57的58)与钻孔解除接合来实现，其后，所述工具可重新接合以将附加导管柱(51)推入到定向的岩层孔中。

嵌套钻柱工具的实施例可包括用于控制导管和通道之间的连接的至少一个浆料通道工具。在嵌套钻柱工具的其它实施例中，如果使用开孔器(47)，那么还可设置第二浆料通道工具(图136-139的58)和/或集中装置，以分离和重新接合第一导管柱(50)。

现在参照图A、B、C、D和E，示出了布置在穿过地下岩层(52)的通道的截面内的、与图162-166中所示工具相关的导管柱的上部的剖面图。

现在参照图A，示出了布置在穿过岩层通道的截面内的嵌套钻柱工具(49)的上端的视图，该上端沿选定方向(67)旋转，其中嵌套钻柱工具的下端可与图C、D或E中所示钻柱的上端相连。

现在参照图B，示出了布置在井头和穿过岩层的通道的截面内的第一导管柱的上端的视图，该第一导管柱具有导管悬挂器(78)和带中间控制线(79)的地下安全阀(80)，其中中间控制线(79)设在具有用于循环的环形出口(81)的井头内。第一导管柱的下端可与图D或E中所示柱的上端相连。一旦不再需要旋转，图B中所示布置也可以与图A中所示布置类似的方式使用。

现在参照图C，示出了布置在嵌套附加导管柱(51)的上端的位于井头和穿过岩层的通道的截面内的浆料通道工具(58)的实施例的视图。所示浆料通道工具(58)可用于在通道内推进浆料，并可通过使用一个或多个固定装置(88)和/或密封装置(76)将嵌套附加导管柱(51)接合至穿过地下岩层的通道，其后，可移除第一导管柱(50)。用于将嵌套附加导管柱(51)接合至穿过地下岩层(52)的通道的结合剂浆料(74)可沿轴向向下方向或轴向向上方向设置在嵌套附加导管(51)与穿过地下岩层(52)的通道之间的第一环形通道内。

现在参照图D，示出了布置在嵌套附加导管柱(51)上端的、位于井头的截面和穿过岩层的通道内的浆料通道工具(58)的实施例的视图，其中浆料通道工具(58)可用于促进在通道内推进浆料并可用作生产封隔器，以通过固定装置(88)和/或压差密封装置(76)将嵌套附加导管柱(51)接合至穿过地下岩层的通道，其后，可移除第一导管柱(50)。

现在参照图E，示出了浆料通道工具(58)的实施例的正视图，其中嵌套附加导管柱(51)的一部分被移除了以使得能够看到第一导管柱，该浆料通道工具(58)布置在井头的截面和穿过岩层的通道内。短的第一导管柱(50)可被移除或保留作为用于生产或喷射的尾管，其中浆料通道工具(58)可用作生产封隔器，或者可选地，在将固定装置(88)接合至穿过地下岩层的通道之后移除该浆料通道工具(58)。

现在参照图162，示出了嵌套钻柱工具(49)的实施例的视图，该嵌套钻柱工具(49)布置在穿过地下岩层的截面内，并且嵌套附加导管柱(51)的一部分被移除了以使得第一导管柱(50)可见。所示嵌套钻柱工具(49)可用在具有第一导管柱(50)的接近水平的应用中，该第一导管柱(50)包括嵌入在第二嵌套附加导管柱(51)内的筛砂板，该第二嵌套附加导管柱(51)可包括带槽尾管，用于接受由通过牺牲电机(83)轴向向下推进嵌套钻柱工具(49)引起的力。浆料通道工具可用于以类似于图C中的方式固定附加导管柱，或者可选地，浆料通道工具可类似于图D或E中所示那样用作生产封隔器，如图B中所示那样使第一导管柱(50)与导管悬挂器和井头接合。当设置筛砂板时，通过使用重力来辅助布置，砾石填充可轴向向下循环。

现在参照图163，示出了布置在穿过地下岩层的通道的截面内的嵌套钻柱工具(49)的实施例的视图。所示实施例包括LCM产生装置，可用作接近水平应用中的完井钻柱，其后可使用粘固、穿孔和/或断裂模仿完井技术来绕过表层损坏，如图C中所示那样使用浆料通道工具来固定附加导管柱(51)。如图D或E中所示那样，浆料通道工具(58)还可用作生产封隔器；如图B中所示那样，将第一导管柱(50)与导管悬挂器和井头接合。图163还示出了嵌套附加导管柱(51)被移除以使得第一导管柱(50)及其接合可如上所述那样可见。

现在参照图164，嵌套钻柱工具(49)的实施例的正视图显示为与电机(83)接合，并布置在穿过地下岩层的通道的截面内。所示实施例可用在接近水平的应用中，埋入点导管可选地使用环形通道以用于悬浮非旋转的第一导管柱，例如螺旋导管。浆料通道工具(58)可如图C所示那样用于固定附加导管柱(51)，或者可选地，浆料通道工具(58)可用作生产封隔器，如图D或E中所示那样，以使得第一导管柱(50)与如图B中所示的导管悬挂器和井头接合。图164还示出了嵌套附加导管柱(51)的一部分被移除，以使得第一导管柱(50)及其接合可如上所述那样可见。

现在参照图165，示出了嵌套钻柱工具(49)的实施例的视图，其中嵌套附加导管柱(51)的一部分被移除了以示出具有一个或多个穿孔枪(82)的第一导管柱，该穿孔枪(82)布置在穿过地下岩层的通道的截面内。所示实施例可用在近水平应用中。浆料通道工具(58)可用于沿轴向向下方向布置结合剂，并如图C所示那样固定附加导管柱(51)，或者可选地，浆料通道工具(58)可如图D或E所示那样用作生产封隔器，以便如图B中所示那样使第一导管柱(50)与导管悬挂器和井头接合，其后，触发所述穿孔枪以便根据岩层结构生产或注射或向岩层结构生产或注射。

现在参照图166，示出了布置在穿过地下通道的截面内的嵌套钻柱工具(49)和牺牲电机(83)的实施例的正视图。所述实施例显示为近水平的应用中与短的第一导管柱(50)一起使用，其中该第一导管柱(50)具有位于浆料通道工具(58)正下方的标枪支架工具或开口导管端。嵌套附加导管柱(51)可用于向电机供给浆料，并且轴向向下推进结合剂以使其通过第一环形通道，其后，浆料通道工具(58)可用于固定图E所示的附加导管柱。浆料通道工具(58)还可被移除，如图E中所示。浆料通道工具还可用作与导管悬挂器和井头接合的生产封隔器，如图B中所示。

本发明描述和示出的实施例所表示的改进对于下述地方的钻井和完井提供了显著的优势：地层断裂压力具有挑战性、或者在与使用传统技术的惯例或实践相比需要将保护内衬钻柱推进地更深时。

使用本发明的一个或多个实施例产生的LCM可应用于地下岩层、断裂或错层断裂，和/或用于补充LCM的表面添加，从而提高可用来抑制所述断裂的萌生或扩展的可用LCM总量。

LCM的地下产生使用穿过地下岩层的通道内的岩屑存货，减少了必须从井孔去除的岩屑量和大小，从而促进了从地下钻孔去除和输送无法使用的岩屑。当地层变得暴露于钻孔和浆料循环系统的压力时，在新暴露的地下地层和断裂附近产生的LCM可及时地快速作用在浆料失去区域，由于产生于地下的LCM的所述邻近和相对较短的运输时间，因此检测并不是必须的。

通过在浆料通过钻孔工具之后产生更大尺寸的颗粒，LCM的地下产生还避免了与向下钻孔工具(例如泥浆电机)的潜在冲突和钻井工具的记录。

更大LCM颗粒的地下产生提高了对于较小LCM颗粒、和/或在表面添加至钻井浆料的其它材料和化学剂的可用浆料的携带能力，提高了LCM尺寸颗粒的总量并且潜在地提高了循环浆料的性能。

本发明的实施例还提供了用于通过压力喷射和/或机械方法应用和压紧LCM的装置。

本发明的实施例还提供了管理所述装置和穿过地下岩层通道之间的第一环形通道内的压力的能力，以抑制断裂的萌生和扩展，并限制与断裂相关的浆料损失。在不恢复用于推进穿过地下岩层的通道的钻井或完井导管柱的情况下，可移除或重新选择这些压力改变工具和方法的应用。

本发明的实施例还提供了反转浆料循环的能力，用于轴向向下推进浆料流和结合剂浆料以使其通过导管柱与穿过地下岩层通道之间的第一环形通道，其中可使用重力来辅助所述推进。

在来自地下岩层的不需要物质(通常为碳氢化物流体或气体)具有进入钻井浆料的潜在可能性的情形下，也可使用反向循环来执行动态消除和/或减少钻井损失时发生时的浆料损失，轴向向下推进穿过地下岩层的通道，直到可使用保护内衬来隔离含有钻井或完井流体或浆料的所述不需要物质的地层结构为止。

本发明的实施例能够在下述情形下保持液态静压头：即，附加环形通道使浆料轴向向上循环返回，同时通过在第一环形通道的紧密度公差和高磨损损耗情形中轴向向上或向下地循环来清除堵塞和/或限制浆料损失到地层中的断裂，所述第一环形通道通过导管柱与穿过地下岩层的通道之间的增压或重力辅助流。

本发明的实施例可使用多个压力承受和非压力承受导管，以推进穿过地下岩层的通道，并承担在所述通道内的完井，用以无需内部导管柱就在钻井或推进期间生产或注射。

总之，本发明的实施例既抑制了地下岩层内断裂的萌生或扩展，又无需移除内部旋转、非旋转和/或循环柱就可将用于推进保护内衬和完井装置进入恰当位置的保护套管、衬和完井装置输送至更深的目标地下深度，这在当前对现有技术是有实践意见的。

因此，本发明的实施例提供了使任意结构或方向的单或双导管柱能够使用穿过地下岩层的通道产生地下LCM、并设置保护内衬和导管循环压力以获得比当前现有技术实践更大深度的系统和方法。

尽管已经重点描述了本发明的多个实施例，但是应当理解，在所附权利的范围内，本发明还可在除本文具体描述之外的地方应用。

Claims (27)

1.一种用于在使穿过地下岩层(52)的通道的壁延伸或使用该壁时控制地下浆料循环速度和压力的系统，所述系统包括：

导管组件，其包括至少一个浆料通道装置构件(58)、第一导管柱构件(50)以及至少一个大直径附加导管柱构件(51)；

其中所述第一导管柱构件(50)包括钻孔，并纵向地延伸通过所述地下岩层(52)的近侧区域，还限定了通过所述钻孔的内部通道构件(53)；

其中所述至少一个大直径附加导管柱构件(51)纵向地延伸通过所述通道的所述近侧区域，并从用于对所述近侧区域敷设内衬的最外侧保护导管柱轴向向下突出，从而在所述附加导管柱构件的壁与环绕地下通道壁(52)之间限定所述第一环形通道构件(55)；

其中所述第一导管柱构件(50)在所述至少一个大直径附加导管柱(51)的第一端和第二端内至少部分地延伸，以限定中间扩大的内部通道构件(54A)、至少一个附加环形通道构件(54)或其组合；

其中所述至少一个浆料通道装置构件(58)使所述第一导管柱构件连接至所述至少一个大直径附加导管柱构件，所述至少一个浆料通道装置包括连接在所述内部通道构件(53)、所述中间扩大内部通道构件(54A)、所述至少一个附加环形通道构件(54)、所述第一环形通道构件(55)或其组合之间的至少一个径向延伸的通道构件(75)，以使得在所述通道构件(53，54，54A，55)之一中流动的浆料流通过所述至少一个径向延伸的通道构件(75)转向所述通道构件(53，54，54A，55)中的另一个。

2.如权利要求1所述的系统，其中所述至少一个大直径附加导管柱构件(51)设有柔性隔膜(76)、压差密封装置或其组合，用于将所述至少一个大直径附加导管柱构件密封到穿过地下岩层(52)的通道的所述壁上，以便在使用期间堵塞所述第一环形通道构件(55)。

3.如权利要求1所述的系统，其中所述至少一个大直径附加导管柱构件(51)还包括固定装置(88)，用于将所述至少一个大直径附加导管柱构件固定到穿过地下岩层(52)的通道的所述壁上，以使得所述通道的所述最外侧保护导管柱内衬延伸。

4.如权利要求1所述的系统，其中所述至少一个导管柱构件(50，51)，至少一个浆料通道装置构件(58)，或者两者的组合，还包括扩孔装置(35，47，61，63)，用于扩张或扩大穿过地下岩层(52)的通道的所述壁的直径。

5.如权利要求1所述的系统，还包括用于改变所述柱构件、所述通道构件或其组合之间的连接接合的接合件或多功能装置(94，98，112，112A，117A)，其中所述第一导管柱构件(50)和所述堵塞件或多功能装置的使用实现连接接合的所述改变。

6.如权利要求5所述的系统，其中所述至少一个浆料通道装置构件(58)通过至少一个旋转驱动联结器(72，91)接合至所述导管柱构件(50，51)中的至少一个，并且其中在所述导管柱构件之间设置滑动芯轴(117A)，用于致动与相关接收器(114)的接合或与其解除接合，并将所述至少一个大直径附加管柱构件(51)支撑或设置在所述通道(52)内。

7.如权利要求5所述的系统，其中所述接合件或多功能装置包括接合装置(94，98)，所述接合装置(94，98)通过循环浆料设置并被推动穿过所述第一导管柱构件的所述内部通道构件(53)，以便接合多功能装置(112)、所述第一导管柱构件(50)的壁或两者的组合，从而实现所述连接接合的改变。

8.如权利要求7所述的系统，其中所述接合装置(94，98)接合所述多功能装置(112)，并使所述多功能装置的构件轴向地移动，其中所述多功能装置包括附加壁(51C)、至少一个其它附加壁(51D)、附加环绕壁(116)或其组合，其中所述附加壁(51C，51D，116)包括围绕所述导管柱构件(50，51)的附加壁布置或布置在所述附加壁内的芯轴(115，117，117A，117B)、接收器(114)、弹簧(118)、棘齿(113)、孔(59)、径向延伸通道(75)或其组合，其中所述导管柱构件包括孔(59)、径向延伸通道(75)或其组合，并且其中所述钻孔、径向延伸通道或其组合可相对于其它孔或径向延伸通道移动或旋转，以便反复地或异常地改变所述通道构件(53，54，54A，55)之间的浆料流连通。

9.如权利要求7所述的系统，还包括一附加接合件或多功能装置(98)，其中所述附加接合件或多功能装置(98)通过循环浆料提供并被推动穿过所述第一导管柱构件的所述内部通道构件(53)，以接合所述堵塞装置(94)并穿透所述堵塞装置的压差挡板(99)，从而通过所述第一导管柱(50)的所述壁释放相关的接合芯轴(117A)，其中所述第二接合件或多功能装置(98)与所述接合装置(94)的组合被进一步推进穿过所述内部通道构件。

10.如权利要求7所述的系统，还包括用于从堵塞所述内部通道构件(53)移除所述接合件或多功能装置(94，98)的支架(95)。

11.如权利要求5所述的系统，其中所述第一导管柱构件(50)可轴向地移动和旋转，以接合和致动所述堵塞件或多功能装置(112A)，其中用于转动相关远端接合件(104)的旋转联接器(72，91)固定到所述第一导管柱构件，并且位于壳体(105)内的至少两个相关的中间液压泵(106)被布置成使至少一个活塞(109)轴向地移动，所述活塞(109)布置在相关的中间液压泵(106)之一的相关活塞腔(108)内，以实现所述连接接合的改变。

12.如权利要求11所述的系统，还包括具有一个或多个滑动芯轴(117A，117B)、一个或多个孔、一个或多个径向延伸通道(75)或上述组合的接合构件，其中所述接合构件设置在与所述活塞(109)接合并绕所述导管柱构件(50，51)的附加壁布置或布置在所述附加壁内的附加壁构件(51C)、一个或多个其它附加壁(51D)或其组合中，并且其中所述附加壁包括布置成与所述接合构件轴向对准的相关构件，所述相关构件包括接收器(114)、孔(59)、径向延伸通道(75)或其组合。

13.如权利要求1所述的系统，其中所述导管组件是具有循环装置的控压导管组件(49)，所述循环装置用于通过使浆料流在至少一个所述通道构件(53，54，54A，55)内轴向向下循环到所述控压导管组件的远端，以及使浆料流在所述通道构件的至少另一个内轴向向上循环来布置导管和控制循环流体压力，其中所述至少一个浆料通道构件(58)布置在两个或多个所述导管柱(50，51)与所述通道构件之间，其中所述至少一个浆料通道构件使导管柱连接到所述导管组件，使导管柱与所述导管柱组件断开，使导管柱连接到穿过地下岩层(52)的所述通道，改变通道构件之间的连接和相关的浆料流循环压力，或者上述的组合。

14.如权利要求13所述的系统，其中所述控压导管组件(49)支撑至少一个可与穿过地下岩层(52)的通道的壁接合的完井装置，其中所述至少一个浆料通道构件(58)用于生产封隔器，所述第一导管柱(50)用于生产或注射柱。

15.如权利要求13所述的系统，其中所述控压导管组件(49)支撑至少一个装置(51，56，57，61，63，65)，用于减小所述岩屑尺寸，以形成包括尺寸范围从250微米到600微米的颗粒的循环损失材料，所述颗粒随用于涂覆所述地下岩层(52)的岩层壁的浆料流循环，以抑制所述岩层壁中断裂的萌生或扩展。

16.如权利要求15所述的系统，其中所述至少一个装置(49，56，57，58，61，63，65)包括增压浆料流应用、机械大直径钻柱壁应用、机械刀片(56A，111)应用、冲击表面(123)应用或上述的组合，用于在涂覆所述岩层壁的所述循环浆料流内进一步生成或施加所携带的循环损失材料，以进一步抑制所述岩层壁中断裂的萌生或扩展。

17.一种在使地下通道(52)延伸或使用该通道时使用导管组件来控制地下浆料循环速度和压力的方法，所述方法包括步骤：

在地下通道内设置导管组件，其中所述导管组件包括第一导管柱构件(50)，所述第一导管柱构件(50)借助于通过至少一个浆料通道装置构件(58)的连接而与至少一个大直径附加导管柱构件(51)形成流体连通，其中所述至少一个浆料通道装置构件包括至少一个径向延伸通道构件(75)，所述径向延伸通道构件(75)在通过所述第一导管柱构件的钻孔限定的内部通道构件(53)与径向地布置在内部通道构件外部的至少一个附加通道构件(54，54A，55)之间形成流体连通；

借助于所述至少一个径向延伸通道构件，将位于所述内部通道构件、所述至少一个附加通道构件或其组合内的浆料流的至少一部分转向到内部通道构件、所述至少一个附加通道构件或其组合中的另一个。

18.如权利要求17的方法，其中使浆料流的至少一部分转向的步骤包括使浆料流通过所述至少一个浆料通道装置构件(58)内的至少一个附加径向延伸通道构件(75)，并且其中所述浆料流的至少一部分在所述内部通道构件(53，54A)和所述至少一个附加通道构件(55)之间被轴向向上、轴向向下或其组合地推进，以改变循环浆料流的压力、促进LCM的应用或两者的组合，从而抑制岩层断裂的萌生或扩展。

19.如权利要求17所述的方法，还包括向所述至少一个大直径附加导管柱构件(51)提供柔性隔膜(76)、压差密封装置或其组合，并将所述至少一个大直径附加导管柱构件接合至所述地下岩层(52)的所述壁，以便在使用时堵塞所述至少一个附加通道构件(55)的步骤。

20.如权利要求17所述的方法，还包括向所述至少一个大直径附加导管柱构件(51)提供固定装置(88)，以将所述至少一个大直径附加导管柱构件固定至所述地下岩层(52)的所述壁，从而使所述地下通道的保护导管柱内衬延伸的步骤。

21.如权利要求17所述的方法，还包括向所述至少一个大直径附加导管柱构件(51)提供扩孔装置(35，47，61，63)以扩张或扩大地下岩层(52)的所述壁的直径的步骤。

22.如权利要求17所述的方法，其中所述至少一个浆料通道装置构件(58)包括接合件或多功能装置(94，98，112，112A，117A)，并且其中所述方法还包括通过使用所述接合件或多功能装置改变所述导管柱构件、所述通道构件或其组合之间的连接接合的步骤。

23.如权利要求17所述的方法，还包括提供控压导管组件(49)以便在使地下通道(52)的壁延伸或使用该壁时控制地下浆料循环速度和压力的方法，所述方法包括步骤：

提供进入到地下通道的导管组件(49)，其中所述导管组件(49)包括第一导管柱(50)，该第一导管柱(50)具有内部通道(53)，该内部通道(53)借助于通过至少一个浆料通道装置(58)的连接而与至少一个附加导管柱(51)形成流体连通，其中至少一个附加环形通道(54，54A)限定在所述第一导管柱与所述至少一个外导管柱之间，并且其中在所述至少一个附加环形通道的壁与地下岩层(52)的壁之间限定第一环形通道(55)；

通过在至少一个通道构件(53，54，54A，55)内使浆料流选择性地轴向向下、向上或其组合地循环，而在所述导管组件的安装过程中控制循环浆料流的压力；

使用所述至少一个浆料通道装置构件(58)使所述导管柱(50，51)、所述通道(53，54，54A，55)或其组合之间连接或解除连接，并选择性地控制循环浆料流的压力。

24.如权利要求23所述的方法，还包括使用固定至所述控压导管组件(49)的端部的钻孔装置(35，47，61，63，86)来使穿过地下岩层的通道延伸、扩大或以上两者的组合，以及使所述导管柱与位于所述通道构件(53，54，54A，55)之一与地下岩层(52)的壁之间的外部保护内衬连接的步骤。

25.如权利要求23所述的方法，还包括提供由所述控压导管组件(49)支撑的完井装置并使所述完井装置与地下岩层(52)的壁接合，以及在通过所述第一导管柱(50)生产或注射时使用所述至少一个浆料通道装置构件(58)作为生产封隔器的步骤。

26.如权利要求23所述的方法，还包括向所述浆料流添加包括尺寸范围从250微米到600微米的颗粒的循环损失材料以抑制所述岩层壁中断裂的萌生或扩展的步骤，其中使用表面添加、所述控压导管柱(49)中的至少一个装置(51，56，57，61，63，65)或两者的组合来提供循环损失材料，以减小所述地下通道内的岩屑尺寸。

27.如权利要求23所述的方法，其中添加循环损失材料的步骤包括使用增压浆料流应用、机械大直径钻柱壁应用、机械刀片(56A，111)应用、冲击表面(123)应用或其组合将循环损失材料施加到地下通道内，以进一步抑制所述岩层壁中断裂的萌生或扩展。

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