CN104053850B - 孔底切削工具 - Google Patents

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Abstract

一种用于对钻孔扩孔的工具，包括具有中心轴线的管状本体(101)、被安装至所述本体的孔口扩孔钻段(110)以及被安装至所述本体的孔底扩孔钻段(130)。每个扩孔钻段都包括从所述本体径向延伸的第一刀片。每个刀片都具有孔口端、与所述孔口端相反的孔底端以及面对地层表面。所述孔口扩孔钻段的所述第一刀片的所述面对地层表面被布置在半径R1处，其中，当从所述孔口端至所述孔底端移动时，所述半径R1增大。所述孔底扩孔钻段的所述第一刀片的所述面对地层表面被布置在半径R1’处，其中，当从所述孔口端至所述孔底端移动时，所述半径R1’减小。所述工具还包括被安装至每个扩孔钻段的所述第一刀片的所述面对地层表面的切削元件。

Description

孔底切削工具
技术领域相关申请的交叉引用
本申请要求于2011年12月27日提交的题为“孔底切削工具”的美国临时专利申请序列号61/580,443的权益，其公开内容在此通过引用以其整体并入。
关于联邦资助研究或开发的声明
不适用。
技术领域
本申请主要涉及孔底钻凿操作。更具体地，本发明涉及用于钻凿钻孔的工具。仍更具体地，本发明涉及用于在钻凿操作期间扩大钻孔的扩孔钻工具。
背景技术
钻土钻头被连接至钻柱的下端，且通过从地面旋转钻柱，通过孔底马达，或以这两种方式，旋转该钻头。通过施加的钻压(WOB)，旋转的钻头接合地层，并且继续沿预定路径朝着目标区域形成钻孔。
在钻凿操作中，成本通常与将钻孔钻至期望深度和位置所耗费的时间长度成比例。继而，钻凿钻井所需的时间主要受必须将钻孔工具改变或添加至钻柱以便完成钻孔的次数影响。这确实如此，这是因为每次改变或添加工具，必须一段一段地从钻孔中收回可能有几英里长的钻管的整个钻柱。一旦钻柱已经收回，并且已经改变或添加工具，则钻柱必须被一段一段地构造且降回至钻孔中。被称为钻柱的“起下钻(trip)”的该过程需要很多的时间、工作和成本。因为钻凿成本通常约为每小时几千美元，所以期望减少必须对钻柱起下钻以完成钻孔的次数。
在油和气钻凿操作中，也期望实现良好的钻孔质量。然而，当钻凿长的水平钻孔时，实现良好的钻孔质量能够特别有挑战性。特别地，为了保持钻孔路径尽可能地接近水平，钻机可能必须定期改变钻孔路径的方向，这是因为重力趋向于导致钻头下降至稍微低于水平。因此，钻机必须通过方向马达或可旋转操纵组件做出修正，从而将钻头重新提回水平。不幸地，这些重复修正能够导致在钻孔中形成突起和/或尖锐角部，它们干涉随后经过的工具的通道。
可使用扩孔钻，以去除钻孔中的突起和尖锐角部。对于非膨胀式扩孔钻，扩孔钻的直径受钻头和扩孔钻必须穿过的钻孔中的套管直径的限制。如果与钻头一起使用具有相同或小于钻头直径的同心非膨胀式扩孔钻，则扩孔钻将大体沿钻头的路径，并且可能在去除突起和/或尖锐角部时无效。偏心扩孔钻将钻孔扩大为大于钻头直径的直径，并且通常有效地去除突起和尖锐角。大多数传统的偏心扩孔钻都具有多个笔直的周向间隔的刀片，该刀片衬有被设计成接合并剪切钻孔侧壁的切削元件。刀片绕工具不均匀地分布，且因而占用的空间小于工具的总周长，由此使扩孔钻偏心。
传统实施是当钻出新一段钻孔时，不与钻头一起使用偏心扩孔钻，这是因为担心导致损伤套管和/或扩孔钻刀片上的切削元件。因此，在钻凿新一段钻孔之后，钻机将做出专门的钻孔起钻，以将偏心扩孔钻联接至钻头，并且然后将钻头和扩孔钻一起下钻回到钻孔中，以便对先前产生的钻孔段扩孔。替代地，钻机可单独以钻头钻出新一段，对钻孔起钻，并且然后通过偏心扩孔钻回到钻孔中，以对钻孔扩孔。然而，在两种情况下，都需要附加的对钻柱起下钻，以对钻孔扩孔。
在钻孔操作期间，可从地面(例如，通过顶驱动装置或转盘)，和/或通过孔底泥浆马达来旋转钻头。在仅通过孔底泥浆马达旋转钻头的钻凿操作中(即，当滑动时)，通常在泥浆马达之后不使用偏心扩孔钻。特别地，当滑动时，偏心扩孔钻不旋转，并且因而不打开钻孔。此外，由于偏心扩孔钻通常与下列钻头一起使用，该钻头所具有的直径小于套管柱的内径(以允许扩孔钻穿过)，不旋转的偏心扩孔钻不能穿过这种钻头形成的钻孔。
因此，本领域中仍存在一种对改进偏心扩孔钻的需求，以在钻凿操作期间，通过沿钻孔侧壁去除突起和尖锐角部而使钻孔的轮廓平滑。如果这种改进的偏心扩孔钻适合用于结合钻凿新一段钻孔的钻头一起使用，以及用于结合仅通过孔底马达旋转的钻头一起使用，则这种改进的偏心扩孔钻将特别受欢迎。
发明内容
在一个实施例中，通过一种用于对钻孔扩孔的工具解决了本领域的这些和其它需要。在实施例中，该工具包括管状本体，该管状本体具有中心轴线、第一端和相对第一端的第二端。另外，该工具包括被安装至本体的孔口扩孔钻段，和被安装至本体且轴向布置在孔口扩孔钻段的下方的孔底扩孔钻段。每个扩孔钻段都包括从本体径向延伸的第一刀片。每个刀片都具有：孔口端；与孔口端相反的孔底端；从孔口端延伸至孔底端的面对地层表面；和从本体径向延伸至面对地层表面的向前面对表面。孔口扩孔钻段的第一刀片的面对地层表面被布置在垂直于中心轴线测量的半径R1处，其中，当从孔口扩孔钻段的第一刀片的孔口端至孔底端移动时，半径R1增大。孔底扩孔钻段的第一刀片的面对地层表面被布置在垂直于中心轴线测量的半径R1’处，其中，当从孔底扩孔钻段的孔口端至孔底端移动时，半径R1’减小。此外，该工具包括被安装至每个扩孔钻段的第一刀片的面对地层表面的切削元件。被安装至孔口扩孔钻段的第一刀片的切削元件延伸至相对于中心轴线的下列半径，该半径小于或等于孔口扩孔钻段的第一刀片的孔底端处的半径R1，并且被安装至孔底扩孔钻段的第一刀片的切削元件延伸至相对于中心轴线的下列半径，该半径小于或等于孔底扩孔钻段的第一刀片的孔口端处的半径R1’。
在另一实施例中，通过一种用于在大地地层中钻凿钻孔的系统解决了本领域的这些和其它需要。在实施例中，该系统包括钻柱，该钻柱具有中心轴线、孔口端和孔底端。另外，该系统包括被布置在钻柱的孔底端处与钻柱同轴对准的钻头。钻头被构造成在切削方向上绕中心轴线旋转，从而将钻孔钻凿至直径D1。此外，该系统包括在钻头和孔口端之间安装至钻柱的第一扩孔钻段。第一扩孔钻段被构造成在切削方向上绕中心轴线旋转，从而将钻孔扩孔至大于直径D1的直径D2。第一扩孔钻段包括一对第一刀片和一对第二刀片，其中，第一扩孔钻段的刀片均匀地周向间隔，其中第一刀片彼此周向相邻并且第二刀片彼此周向相邻。每个刀片都具有：孔口端；与孔口端相反的孔底端；和从孔口端延伸至孔底端的面对地层表面。每个第一刀片的面对地层表面都被布置在相对于中心轴线的半径R1处，其中，当从孔口端至孔底端移动时，每个第一刀片的面对地层表面的半径R1都减小。每个第二刀片都径向延伸至相对于扩孔钻轴线的最大半径R2，该半径R2平行于中心轴线且从中心轴线径向偏移，其中，小于半径R1的最大半径R2处于每个第一刀片的孔底端处。又进一步地，该系统包括被安装至每个第一刀片的面对地层表面的多个切削元件，其中每个切削元件都延伸至相对于中心轴线的下列半径，该半径小于或等于第一扩孔钻段的每个第一刀片的孔口端处的第一半径R1。每个切削元件都具有相对于切削方向的向前面对的切削面。
在另一实施例中，通过一种用于钻凿钻孔的方法解决了本领域的这些和其它需要。在实施例中，该方法包括将钻头联接至钻柱的下端。另外，该方法包括在钻头和钻柱的孔口端之间将扩孔工具联接至钻柱，其中，该扩孔工具包括具有中心轴线的管状本体、以及从本体径向延伸的孔底偏心扩孔钻段；其中，该孔底偏心扩孔钻段具有穿过直径D1’。孔底扩孔钻段被构造成，在切削方向上绕管状本体的中心轴线旋转，从而将钻孔扩孔至直径D2。孔底偏心扩孔钻段进一步包括从管状本体径向延伸的切削刀片，该切削刀片具有孔口端、孔底端和被布置在从中心轴线径向测量的半径R1处的面对地层表面，其中，当从孔口端至孔底端移动时，半径R1减小。另外，孔底偏心段包括被安装至切削刀片的面对地层表面的多个切削元件，其中，每个切削元件都延伸至相对于中心轴线的下列半径，该半径小于或等于切削刀片的孔口端处的面对地层表面的半径R1。此外，该方法还包括，穿过套管降低孔底偏心扩孔钻段，该套管具有中心轴线以及内径Di，内径Di小于或等于穿过直径D1’。内径Di小于直径D2。更进一步，该方法包括使管状本体的中心轴线从套管的中心轴线偏移，同时穿过套管降低孔底偏心扩孔钻段。
本文所述的实施例包括有意解决与某些现有技术的装置、系统和方法的各种缺点的特征和优点的组合。上文已经较宽地概括地勾画了本发明的特征和技术优点，以便可更好地理解本发明下文的详细说明。通过阅读下文详细说明并且通过参考附图，本领域技术人员应易于明白上述各种特征以及其他特点。本领域技术人员应明白，所公开的概念和特定实施例可易于被用作改进或设计其它结构的基础，以执行本发明的相同目的。本领域技术人员也应明白，这些等效构造不脱离本发明的附加权利要求中提出的精神和范围。
附图说明
为了详细地说明本发明的优选实施例，现在将参考附图，在附图中：
图1是根据本文所述的原理的钻凿系统实施例的示意图；
图2是图1的孔底切削工具的前侧视图；
图3是图1的孔底切削工具的后侧视图；
图4是沿图2的截面IV-IV截取的孔底切削工具并且例示孔口扩孔钻段的横截面顶视图；
图5是沿图2的截面V-V截取的孔底切削工具并且例示下扩孔钻段的横截面顶视图；
图6是图1的钻头和孔底切削工具的底视图；
图7是例示钻头和切削工具穿过处于钻孔的上端处的套管降低的图1的系统的放大局部视图；和
图8是套管中的图7的下扩孔钻段的底视图。
具体实施方式
下文讨论涉及各种例证性实施例。然而，本领域技术人员应理解，本文公开的实例具有广泛应用，并且任何实施例的讨论都不是旨在仅例证该实施例，并且不是旨在暗示，本公开的包括权利要求的范围受限于该实施例。
遍及下文说明书和权利要求使用特定术语，以表示特殊部件或组件。本领域技术人员应明白，不同的人可能将相同的部件或组件称为不同名称。本文件不是旨在区分名称而非功能不同的组件或部件。附图不必按比例。比例夸大地，并且以稍微示意性的形式示出本文的特定部件和组件，并且为了清晰和简明，可能不示出传统元件的一些细节。
在下文讨论和权利要求中，以开放形式使用术语“包括”和“包含”，并且因而应将其解释为意思是“包括，但不限于…”。同样地，术语“联接”旨在意指间接或直接连接。因而，如果第一装置联接至第二装置，该连接可以是通过直接连接，或者通过经其它装置、组件和连接的间接连接。另外，本文使用的术语“轴向的”和“轴向地”大致意思是沿着或平行于中心轴线(例如，本体或端口的中心轴线)，而术语“径向的”和“径向地”大致意思是垂直于中心轴线。例如，轴向距离涉及沿着或平行于中心轴线测量的距离，并且径向距离意思是垂直于中心轴线测量的距离。在说明书和权利要求中，任何对上或下的表示都是为了明晰，其中“上”、“上部”、“向上地”、“孔口”或“上游”意思是朝着钻孔的地面，并且“下”、“下部”、“向下地”、“孔底”或“下游”意思是朝着钻孔的终端，与钻孔的取向无关。
现在参考图1，其中示意性示出钻凿系统10的实施例。在该实施例中，钻凿系统10包括：钻机20，其被设置在穿透地下地层12的钻孔11上；套管14，其从地面延伸到钻孔11的上部部分中；和钻柱30，其从钻机20的钻塔21悬置在钻孔11中。套管14具有中心轴线或纵向轴线15以及内径D14。钻柱30具有中心轴线或纵向轴线31、联接至钻塔21的第一或孔口端30a以及相对第一端30a的第二或孔底端30b。另外，钻柱30包括处于孔底端30b处的钻头40、孔底切削工具100、轴向相邻的钻头40和从切削工具100延伸至孔口端30a的多个管接头33。管接头33首尾连接，并且工具100与最下的管接头33和钻头40首尾连接。井底组件(BHA)能够被布置在钻柱30中，接近钻头40(例如，在轴向上处于钻头40和工具100之间)。
在该实施例中，通过从地面旋转钻柱30来旋转钻头40。特别地，钻柱30被转盘22旋转，转盘22接合被联接至钻柱30的孔口端30a的凯氏方钻杆(Kelly)23。凯氏方钻杆23，以及因此钻柱30通过允许钻柱30相对于钻塔21旋转的转体25，从附接至游车(未示出)的钩子24悬置。虽然在该实施例中，通过钻杆30从地面使钻头40旋转，但是大体上，能够以被布置在BHA中的孔底泥浆马达而被旋转的转盘或顶驱动装置，或其组合(例如，通过经钻柱的转盘和泥浆马达两者而被旋转，通过顶驱动装置和泥浆马达两者而被旋转等)，来旋转钻头(例如钻头40)。例如，可采用经孔底马达旋转，以视需要，补充转盘22的旋转动力，和/或在钻孔过程中改变效果。因而，应明白，本文公开的各个方面适于对这些钻孔构造中的每一种而改变，并且各个方面不限于传统旋转钻凿操作。
在钻孔操作中，地面处的泥浆泵通过转体25中的端口，将钻凿流体或泥浆向下泵送至钻柱30的内部。钻凿流体通过钻头40端面中的端口或喷嘴离开钻柱30，并且然后通过钻柱30和钻孔11侧壁之间的环形空间13循环回至地面。钻凿流体的作用是润滑和冷却钻头40，并且将地层切削物输送至地面。
现在参考图2和3，其中示出孔底切削工具100。如下文更详细描述的，随着钻头40钻出钻孔11，工具100起扩大钻孔11的作用。在该实施例中，孔底切削工具100包括细长管状本体101、第一或孔口偏心扩孔钻段110、以及在孔口扩孔钻段110的下方轴向间隔的第二或孔底偏心扩孔钻段130。管状本体101具有与钻柱轴线31(图2和3中未示出)一致的中心或纵向轴线105、第一或孔口端101a、与孔口端101a相反的第二或孔底端101b、在端部101a、b之间轴向延伸的大体圆柱形外表面102，以及在端部101a、b之间轴向延伸的内部通孔103。孔103允许钻凿流体穿过工具100至钻头40(图2和3中未示出)。在钻凿操作期间，工具100在切削方向106上绕轴线105旋转。
本体101的外表面102包括轴向布置在端部101a、b之间的环状圆柱形凹部104。因而，外表面102的直径在凹部104中减小。在该实施例中，凹部104离每个端部101a、b在轴向上等距。在该实施例中，孔底端101b包括凸出销端108，凸出销端10连接至钻头40的匹配凹入槽端，并且孔口端101a包括凹入槽端107，凹入槽端107连接至处于最下管接头33的下端处的匹配凸出销端。
现在参考图2-5，每个扩孔钻段110、130都分别包括从凹部104径向向外延伸的多个周向间隔的螺旋形刀片111、112和131、132。在该实施例中，刀片111、112、131、132一体形成为工具本体101的一部分。换句话说，刀片111、112、131、132和本体101是整体的一体。如下文更详细描述的，刀片111、131被设计成切削和剪切钻孔11的侧壁，而刀片112、132主要是在套管14内部旋转期间，起稳定支承表面的作用。
如图4和5中最佳示出的，在该实施例中，孔口扩孔钻段110包括四个平行刀片——一对刀片111和一对刀片112；并且孔底扩孔钻段130包括四个平行刀片——一对刀片131和一对刀片132。在该实施例中，孔口扩孔钻段110的刀片111、112绕本体101均匀地周向间隔，并且孔底扩孔钻段130的刀片131、132绕本体101均匀地周向间隔。因而，总共四个刀片111、112绕轴线105成90°角地间隔隔开，并且总共四个刀片131、132绕轴线105成90°角地间隔隔开。另外，刀片111、112被布置成，刀片111彼此周向相邻并且刀片112彼此周向相邻。因而，每个刀片111都与一个刀片112成180°角地间隔隔开。同样地，刀片131、132被布置成，刀片131彼此周向相邻并且刀片132彼此周向相邻。因而，每个刀片131都与一个刀片132成180°角地间隔隔开。
再次参考图2和3，每个刀片111、112、131、132都具有第一或孔口端140a、第二或孔底端140b、面对地层表面141、向前面对或前表面142和大体向后面对或后表面143。每个表面141、142、143都在相应刀片111、112、131、132的端部140a、b之间延伸。表面141与外表面102径向间隔且在钻凿操作期间面对钻孔11的侧壁，并且表面142、143从外表面102径向延伸至表面141。表面142被命名为“向前面对”或“前”，这是因为它们相对于旋转切削方向106引导相应的刀片111、112、131、132；并且表面143被命名为“向后面对”或“后”，这是因为它们相对于旋转切削方向106尾随相应的刀片111、112、131、132。另外，刀片111、131大体周向对齐，并且刀片112、132大体周向对齐。更特别地，每个刀片111、112的孔底端140b都分别与一个刀片131、132的孔口端140a周向对齐，并且每个刀片111、112的孔口端140a都分别与一个刀片131、132的孔底端140b周向对齐。
仍参考图2和3，刀片111、112、131、132大体绕工具本体101螺旋形延伸，并且如上所述的，刀片111、112彼此平行并且刀片131、132彼此平行。然而，刀片111、112不平行于刀片131、132——刀片111、112和刀片131、132在绕工具本体101的相对方向上螺旋形延伸。特别地，孔口扩孔钻段110的每个刀片111、112的孔底端140b相对于旋转切削方向106引导相应的刀片111、112，而孔底扩孔钻段130的每个刀片131、132的孔口端140a相对于旋转切削方向106尾随相应的刀片131、132。
如图4和5中最佳示出的，每个刀片111、131的面对地层表面141都分别被布置在从轴线105径向测量的离面对地层表面141的外半径R111和R131处。此外，每个刀片112、132的面对地层表面141都分别被布置在从轴线105’径向测量的离面对地层表面141的外半径R112和R132处，轴线105’平行于中心轴线105且从工具100的中心轴线105径向偏移。另外，孔口扩孔钻段110的刀片111、112在从孔底端140b至孔口端140a移动时渐缩或径向向内倾斜，并且孔底扩孔钻段130的刀片131、132在从孔口端140a至孔底端140b移动时渐缩或径向向内倾斜。因而，在从孔底端140b至孔口端140a移动时，每个刀片111、112的面对地层表面141的半径R111、R112分别减小，并且在从孔口端140a至孔底端140b移动时，每个刀片131、132的面对地层表面141的半径R131、R132分别减小。因此，每个刀片111、112的面对地层表面141的半径R111、R112分别在孔底端140b处最大而在孔口端140a处最小，因而每个刀片131、132的面对地层表面141的半径R131、R132分别在孔口端140a处最大而在最小孔底端140b处最小。
为了清晰和进一步解释，将每个刀片111、112的面对地层表面141的最大半径R111、R112(即，每个孔底端140b处的半径R111、R112)分别称为R111max、R112max；并且将每个刀片131、132的面对地层表面141的最大半径R131、R132(即，每个孔口端140a处的半径R131、R132)分别称为R131max、R132max。在该实施例中，每个半径R111max和每个半径R131max都相同，并且每个半径R112max和每个半径R132max都相同。更进一步，每个半径R111max、R131max都大于每个半径R112max、R132max。因为每个半径R111max都大于每个半径R112max，并且刀片111、112被布置成，刀片111周向相邻并且刀片112周向相邻，所以孔口扩孔钻段相对于轴线105偏心；并且因为每个半径R131max都大于每个半径R132max，并且刀片131、132被布置成，刀片111周向相邻并且刀片112周向相邻，所以孔底扩孔钻段也相对于轴线105偏心。
再次参考图2-5，每个扩孔钻段110、130都包括被安装至每个刀片111、131的面对地层表面141的多个切削元件150。特别地，在每个刀片111、131上，切削元件150被布置成沿刀片111、131的前缘(即，沿表面141、142的交叉线)成行地彼此相邻。在孔口扩孔钻段110的刀片111上，切削元件150被设置成接近孔口端140a；并且在孔底扩孔钻段130的刀片131上，切削元件150被设置成接近孔底端140b。特别地，刀片111上的切削元件150沿每个刀片111的上半部分轴向并排设置，并且刀片131上的切削元件150沿每个刀片131的下半部分轴向并排设置。
通常，每个切削元件150都能够为现有技术已知的任何适当类型的切削元件。在该实施例中，每个切削元件150都包括细长圆柱形碳化钨支撑构件151、以及粘结至支撑构件151端部的硬质多晶金刚石(PD)切削层152。每个切削元件150的支撑构件151都被接收和固定在相应的刀片111、131的表面141中形成的凹口中，其中切削层152在一端上暴露。每个切削层152都具有相对于旋转切削方向106的大体向前面对的切削面153。在该实施例中，切削面153大致是平的，但是在其它实施例中可能凸起或凹入。
每个切削面153都延伸至从相应的面对地层表面141至切削面153的径向最外尖端径向测量的延伸高度。在该实施例中，每个切削面153的延伸高度都相同。然而，由于当从孔底端140b至孔口端140a移动时，刀片111的面对地层表面141的半径R111减小，所以在朝着孔口端140a移动时，被安装至刀片111的切削面153相对于轴线105’延伸的半径逐渐减小。同样地，由于当从孔口端140a至孔底端140b移动时，刀片131的面对地层表面141的半径R131减小，所以在朝着孔底端140b移动时，被安装至刀片131的切削面153相对于轴线105’延伸的半径逐渐减小。在该实施例中，被安装至每个刀片111的最低切削面153延伸至等于半径R111max的半径，在朝着孔口端140a移动时，被安装至每个刀片111的其余切削面153延伸至逐渐减小的半径；并且被安装至每个刀片131的最高切削面153延伸至等于半径R131max的半径，其中在朝着孔底端140b移动时，被安装至每个刀片131的其余切削面153延伸至逐渐减小的半径。
如上所述，刀片111、131的半径R111max、R131max分别大于刀片112、132的半径R112max、R132max，并且进一步地，刀片111、131包括对其安装的切削元件150，以对钻孔11的侧壁扩孔。因而，刀片111、131也可被称为“切削”刀片。刀片112、132的半径R112max、R132max分别小于刀片111、131的半径R111max、R131max，刀片112、132不包括任何切削元件(例如，切削元件150)，并且刀片112、132大致作用是在套管的内侧旋转期间，作为稳定支承表面。因而，刀片112、132也可被称为“稳定”刀片。
如图4中最佳示出的，孔口扩孔钻段110具有最小穿过直径D110，最小穿过直径D110代表孔口扩孔钻段110能够被起下钻的最小直径孔或钻孔，并且如图5中最佳示出的，孔底扩孔钻段130具有最小穿过直径D130，最小穿过直径D130代表孔底扩孔钻段130能够被起下钻的最小直径孔或钻孔。再次参考图2-5，在该实施例中，由于刀片111、112、131、132(例如，刀片111、131周向对齐；刀片112、132周向对齐；半径R111max、R131max相同，且相对相同轴线105测量；并且半径R112max、R132max相同，且相对相同轴线105’测量)以及关联的切削元件150的定位、取向和构造，孔口扩孔钻段110和孔底扩孔钻段130横跨下列基准平面120彼此为镜像，该基准平面120被设置在扩孔钻段110、130中间，且垂直于轴线105、105’地取向。因此，穿过直径D110、D130相同，且同心对齐，以便扩孔钻段110、130能够同时穿过套管14，套管14具有的内径D14等于或大于穿过直径D110、D130。换句话说，如果套管14的内径D14等于或大于穿过直径D110、D130，扩孔钻段110、130就分别能够穿过其中。然而，如果套管14的内径D14小于穿过直径D110、D130，扩孔钻段110、130就分别不能够穿过其中。
再次参考图4和5，当孔口扩孔钻段110在绕轴线105的切削方向106上旋转时，孔口扩孔钻段110将孔切削或扩大为扩孔直径D110’，并且当下扩孔钻段130在绕轴线105的切削方向106上旋转时，下扩孔钻段130将孔切削或扩大为扩孔直径D130’。扩孔直径D110’大于穿过直径D110，由此，使得孔口扩孔钻段110能够将钻孔11扩大为大于穿过直径D110的直径D110’。类似地，扩孔直径D130’大于穿过直径D130，由此，使得孔底扩孔钻段130能够将钻孔11扩大为大于穿过直径D130的直径D130’。在本文所述的实施例中，优选地，每个扩孔直径D110’、D130’分别大于每个穿过直径D110、D130；更优选地，每个扩孔直径D110’、D130’分别大于每个穿过直径D110、D130，且分别小于每个穿过直径D110、D130的112％；并且甚至更优选地，每个扩孔直径D110’、D130’分别大于每个穿过直径D110、D130，且分别小于每个穿过直径D110、D130的105％。
虽然在该实施例中，稳定刀片112、132不包括任何切削元件150，但是在其它实施例中，一个或更多个切削元件150能够被安装至一个或更多个稳定刀片112的面对地层表面141且接近孔口端140a，并且一个或更多个切削元件150能够被安装至一个或更多个稳定刀片132的面对地层表面141且接近孔底端140b。然而，被安装至刀片112、132的这种切削元件150分别不在径向上延伸超过刀片112、132的半径R112max、R132max。
虽然已经示出和描述了每个扩孔钻段110、130都具有四个刀片(即，孔口扩孔钻段110包括两个切削刀片111和两个稳定刀片112；并且孔底扩孔钻段130包括两个切削刀片131和两个稳定刀片132)，但是通常，每个扩孔钻段(例如，扩孔钻段110、130)上的刀片(例如，刀片111、112、131、132)的总数目能够大于或小于四。例如，在一些实施例中，每个扩孔钻段都包括五个或六个螺旋形刀片，而非四个。然而，与每个扩孔钻段上的刀片总数目无关地，优选地，每个扩孔钻段上的刀片都均匀地周向间隔。另外，在扩孔钻段上的总刀片为奇数的实施例中，优选地，切削刀片至少比稳定刀片多一个。
现在参考图6和7，钻头40被连接至工具本体101的孔底端101b，且具有与轴线105、钻头本体41和柄部42同轴对准的中心轴线45。在钻孔操作期间，钻头40在上述切削方向46上绕轴线45旋转。在该实施例中，钻头40是固定的切削钻头，其包括沿本体41的外部延伸的多个刀片43。如上所述的多个切削元件150被沿每个刀片43的前缘并排布置，以便每个切削面153都相对于旋转切削方向106大体向前面对。钻头40具有由刀片43和切削元件150的径向最外范围限定的最大或全规格直径D40。在该实施例中，钻头40的全规格直径D40分别大于每个扩孔钻段110、130的穿过直径D110、D130，且分别小于每个扩孔钻段110、130的扩孔直径D110’、D130’。多个端口或喷嘴44被布置在本体41中，且被构造成在钻凿操作期间允许钻凿流体(例如，钻凿泥浆)流过其中，以润滑和冷却钻头40，并且将地层切削物携带至地面。
现在参考图7，在钻孔操作期间，工具100和钻头40在切削方向106上旋转。通过施加WOB，钻头40接合并切削地层。随着地层的碎屑被破碎，并通过钻凿泥浆运输至地面，钻头40沿预定轨迹前进，从而延长钻孔11。在直接在套管14的下方钻凿的最初阶段期间，工具100被布置在套管14内，且工具100随着钻柱30旋转，从而旋转钻头40。在大多数传统的偏心扩孔钻中，通常都不鼓励扩孔钻在套管(例如，套管14)内旋转，这是因为扩孔钻可能不利地切削和损伤套管，潜在地威胁钻井的整体性。特别地，大多数偏心扩孔钻的尺寸都被设计成，使得它们能够轴向前进穿过套管，且然后将钻孔直径扩孔至大于套管直径。为了最大化被扩孔的钻孔直径，传统的扩孔钻的尺寸都被设计成尽可能地大，同时能够前进穿过套管。因此，当这种偏心扩孔钻在套管内旋转时，其可能将套管内部扩大为大于套管本身的内径的直径，由此潜在地损伤套管。然而，在本文所述的实施例中，扩孔钻段110、130被构造成，使得它们能够在套管14内旋转，而没有造成损伤套管14的明显风险。
如图8中最佳示出的，扩孔钻段110、130的尺寸尽可能地大，同时仍能够穿过套管14——穿过直径D110、D130等于或稍微小于套管14的内径D14。应明白，虽然图8仅示出套管14中的上扩孔钻段110，但是下扩孔钻段130以相同的方式起作用。由于扩孔钻段110、130偏心，所以当工具100被布置在套管14中时，工具100的中心轴线105从套管14的中心轴线15轴线偏移，并且轴线105’与套管14的轴线15同轴对准。如上所述，如果允许工具100绕工具轴线105在切削方向106上旋转，扩孔钻段110、130就将套管14的内部扩大为直径D110、D130。然而，在套管14中，扩孔钻段110、130不绕轴线105旋转；在套管14中，迫使扩孔钻段110、130绕对准的轴线15、105’旋转。更特别地，切削元件150被安装至被布置在半径R111max处的刀片111的远侧前端140b，并且切削元件150被安装至被布置在半径R131max处的刀片131的远侧前端140a。被布置在前端140a、140b处的半径R111max、R131max处的平滑面对地层表面141分别与套管14的平滑内圆柱形表面的接合，连续地迫使扩孔钻段110、130绕轴线15、105’旋转，且防止切削面153切入套管14中。由于迫使偏心扩孔钻段110、130绕套管14的轴线15旋转，所以套管14内的扩孔钻段110、130的旋转直径等于穿过直径D110、D130，由此使得工具100和扩孔钻段110、130能够在旋转的同时轴向穿过套管14，而不扩大或损伤套管14。
现在参考图1和7，一旦钻头40已经充分前进，工具100就离开套管14的下端。一旦工具100不接触套管14，刀片111、131的前端140b、140a上的面对地层表面141就分别不再滑动接合套管14的平滑圆柱形内表面，并且因而，不再迫使扩孔钻段110、130绕套管轴线15、105’旋转。相反，一旦工具100不接触套管14，扩孔钻段110、130就绕工具轴线105旋转，由此使得扩孔钻段110、130能够将钻孔11扩大为大于直径D14、D110、D130的直径D110’、D130’。当钻凿新一段钻孔11时(即，在工具100穿过钻孔11前进期间)，孔底扩孔钻段130就引导孔口扩孔钻段110并起主扩孔钻的作用，而当将工具100从钻孔11起钻时(即，从钻孔11缩回工具100期间)，孔口扩孔钻段110引导孔底扩孔钻段130并起主扩孔钻的作用。孔底扩孔钻段130的切削元件150被布置成接近刀片131的下端140b，并且当从刀片131的孔底端140b朝着孔口端140a轴向移动时，切削元件150延伸至逐渐增大的半径；并且孔口扩孔钻段110的切削元件150被布置成接近刀片111的孔口端140a，并且当从孔口端140a朝着刀片111的孔底端140b轴向移动时，延伸至逐渐增大的半径。因而，当钻凿新段的钻孔11时，工具100绕轴线105在切削方向106上旋转，并且孔底扩孔钻段130引导孔口扩孔钻段110，并且更特别地，随着工具100穿过钻孔11轴向前进，孔底端140b引导刀片131，由此随着孔底扩孔钻段130穿过钻孔11轴向前进，使得被安装至刀片131的切削元件150能够将钻孔11的直径逐渐增大至直径D130’。当从钻孔11对工具100起钻时，工具100在绕轴线105的切削方向106上旋转，并且孔口扩孔钻段110引导孔底扩孔钻段130，并且更特别地，随着工具100穿过钻孔11轴向前进，孔口端140a引导刀片111，由此使得随着孔口扩孔钻段110穿过钻孔11前进，被安装至刀片111的切削元件150能够将钻孔11的直径逐渐增大至直径D110’。通过上述方式，工具100和扩孔钻段110、130能够在套管14内旋转，而不切削或损伤套管14，且将钻孔11扩大为大于套管的内径D14的直径D110’、D130’。在套管14内，迫使扩孔钻段110、130绕套管14的轴线15旋转，然而，一旦扩孔钻段110、130不接触套管14，扩孔钻段110、130就绕工具100的轴线105旋转。另外，工具100和扩孔钻段110、130能够在钻凿新段的钻孔11的同时，以及在从钻孔11对工具100起钻的同时，对钻孔11扩孔。此外，扩孔钻段110、130能够结合下列钻头(例如，钻头40)使用，该钻头被泥浆马达单独旋转。特别地，由于扩孔钻段110、130的穿过直径D110、D130分别稍微小于钻头的直径(例如，钻头40的直径D40)，该钻头直径等于或稍微小于套管直径(例如，直径D14)，所以扩孔钻段110、130能够穿过被钻头(例如，钻头40)钻凿的钻孔(例如，钻孔11)，也不在其中旋转。
在上文示出和描述的工具100的实施例中，扩孔钻段110、130沿一体件101轴向间隔隔开。然而，在其它实施例中，扩孔钻段(例如，扩孔钻段110、130)能够被布置在不同的管状件、工具或本体上。例如，下扩孔钻段(例如，扩孔钻段130)能够被布置在与钻头(例如，钻头40)轴向相邻的第一管状本体上，并且上扩孔钻段(例如，扩孔钻段130)能够被布置在轴向相邻并联接至第一管状本体的第二管状本体上。更进一步，在上文所示和所述的钻柱30中，钻头40是下列单独组件，其被以可移除的方式联接至包括扩孔钻段110、130的工具100。然而，在其它实施例中，钻头(例如，钻头40)和一个或两个扩孔钻段(例如，下扩孔钻段110或扩孔钻段110、130)能够一体形成为单个组件或工具。此外，虽然联接至扩孔钻段110、130的钻头40是固定的切削钻头，但是在其它实施例中，扩孔钻段(例如，扩孔钻段110、130)能够结合不同类型的钻头使用，诸如滚锥钻头。而且，在上文所示和所述的工具100的实施例中，扩孔钻段110、130被布置在沿本体101的外表面102设置的凹部104中。然而，在其它实施例中，可不包括这种凹部104。此外，在其它实施例中，能够沿本体101的外表面102包括凹部104，但是凹部104可不相对于端部101a、101b等距。更进一步，虽然已经示出和描述了工具100的本体101的上端101a具有凹入槽端107，并且已经示出和描述了下端101b具有凸出销端108，但是在其它实施例中，上端101a可具有凸出销端，和/或下端101b可具有凹入槽端。此外，在一些实施例中，钻头40可具有凸出销端式连接器。
虽然已经示出和描述了优选实施例，但是不脱离本发明的范围或教导的情况下，本领域技术人员能够做出其变型。本文所述的实施例仅为例证性而非限制性的。可能存在本文所述的系统、设备和过程的许多变体和变型，并且它们都在本发明的范围内。例如，各种零件的相对尺寸、各种零件由其做成的材料以及其它参数都能够变化。因此，保护范围不限于本文所述的实施例，而是由所附权利要求限定，本发明的范围应包括权利要求主旨的所有等效物。除非另外明确说明，否则可以任何次序执行方法权利要求中的步骤。在方法权利要求中的步骤之前的标识符，诸如(a)、(b)、(c)或(1)、(2)、(3)不是旨在指定并且不指定步骤的具体次序，而是用于简化对这些步骤的提及。

Claims (20)

1.一种用于对钻孔进行扩孔的工具，所述工具包括：
管状本体，所述管状本体具有中心轴线、第一端和与所述第一端相反的第二端；
孔口偏心扩孔钻段，所述孔口偏心扩孔钻段被安装至所述管状本体，所述孔口偏心扩孔钻段包括穿过直径，并且所述孔口偏心扩孔钻段被构造成将钻孔扩大为比所述孔口偏心扩孔钻段的所述穿过直径大的直径；和
孔底偏心扩孔钻段，所述孔底偏心扩孔钻段被安装至所述管状本体，且沿轴向位于所述孔口偏心扩孔钻段的下方，其中，所述孔底偏心扩孔钻段包括穿过直径，并且所述孔底偏心扩孔钻段被构造成将钻孔扩大为比所述孔底偏心扩孔钻段的所述穿过直径大的直径；
其中，每个偏心扩孔钻段均包括从所述管状本体径向延伸的第一刀片；
其中，每个刀片均具有孔口端、与所述孔口端相反的孔底端、从所述孔口端延伸至所述孔底端的面对地层表面、和从所述管状本体径向延伸至所述面对地层表面的向前面对表面；
其中，所述孔口偏心扩孔钻段的所述第一刀片的所述面对地层表面被布置在垂直于所述中心轴线测量的半径R1处，其中，当从所述孔口偏心扩孔钻段的所述第一刀片的孔口端至孔底端移动时，所述半径R1增大；
其中，所述孔底偏心扩孔钻段的所述第一刀片的所述面对地层表面被布置在垂直于所述中心轴线测量的半径R1’处，其中，当从所述孔底偏心扩孔钻段的孔口端至孔底端移动时，所述半径R1’减小；
切削元件，所述切削元件被安装至每个偏心扩孔钻段的所述第一刀片的所述面对地层表面，其中，安装至所述孔口偏心扩孔钻段的所述第一刀片的所述切削元件延伸至相对于所述中心轴线的下列半径，所述半径小于或等于所述孔口偏心扩孔钻段的所述第一刀片的所述孔底端处的半径R1，并且安装至所述孔底偏心扩孔钻段的所述第一刀片的所述切削元件延伸至相对于所述中心轴线的下列半径，所述半径小于或等于所述孔底偏心扩孔钻段的所述第一刀片的所述孔口端处的半径R1’。
2.根据权利要求1所述的工具，进一步包括被安装至每个扩孔钻段的所述第一刀片的所述面对地层表面的多个切削元件；
其中，安装至所述孔口偏心扩孔钻段的所述第一刀片的所述多个切削元件被布置成行，且靠近所述孔口偏心扩孔钻段的所述第一刀片的所述孔口端；
其中，安装至所述孔底偏心扩孔钻段的所述第一刀片的所述多个切削元件被布置成行，且靠近所述孔底偏心扩孔钻段的所述第一刀片的所述孔底端；
其中，安装至所述孔口偏心扩孔钻段的所述第一刀片的每个切削元件均延伸至相对于所述中心轴线的下列半径，所述半径小于或等于所述孔口偏心扩孔钻段的所述第一刀片的所述孔底端处的半径R1，并且安装至所述孔底偏心扩孔钻段的所述第一刀片的每个切削元件均延伸至相对于所述中心轴线的下列半径，所述半径小于或等于所述孔底偏心扩孔钻段的所述第一刀片的所述孔口端处的半径R1’。
3.根据权利要求2所述的工具，其中，所述孔口偏心扩孔钻段包括与所述孔口偏心扩孔钻段的所述第一刀片周向间隔开的第二刀片；
其中，所述孔底偏心扩孔钻段包括与所述孔底偏心扩孔钻段的所述第一刀片周向间隔开的第二刀片；
其中，所述孔口偏心扩孔钻段的所述第二刀片径向延伸至垂直于扩孔钻轴线测量的最大半径R2，所述扩孔钻轴线平行于所述中心轴线且从所述中心轴线偏移，其中，所述最大半径R2小于所述孔口偏心扩孔钻段的所述第一刀片的所述孔底端处的所述半径R1；并且
其中，所述孔底偏心扩孔钻段的所述第二刀片径向延伸至垂直于所述扩孔钻轴线测量的最大半径R2’，其中，所述最大半径R2’小于所述孔底偏心扩孔钻段的所述第一刀片的所述孔口端处的所述半径R1’。
4.根据权利要求3所述的工具，其中，所述孔口偏心扩孔钻段的所述第一刀片和所述第二刀片绕所述中心轴线均匀地周向间隔开；
其中，所述孔底偏心扩孔钻段的所述第一刀片和所述第二刀片绕所述中心轴线均匀地周向间隔开；
其中，所述孔口偏心扩孔钻段的所述第一刀片和所述第二刀片彼此平行地取向；并且
其中，所述孔底偏心扩孔钻段的所述第一刀片和所述第二刀片彼此平行地取向。
5.根据权利要求4所述的工具，其中，每个刀片均绕所述管状本体成螺旋形地延伸；
其中，所述孔口偏心扩孔钻段的每个刀片的所述孔底端相对于切削方向而引导所述孔口偏心扩孔钻段的相应刀片的孔口端；
其中，所述孔底偏心扩孔钻段的每个刀片的所述孔口端相对于所述切削方向而引导所述孔底偏心扩孔钻段的相应刀片的孔底端。
6.根据权利要求1所述的工具，其中，每个刀片均绕所述管状本体成螺旋形地延伸；
其中，所述孔口偏心扩孔钻段的所述第一刀片的所述孔底端相对于切削方向而引导所述孔口偏心扩孔钻段的所述第一刀片的孔口端；
其中，所述孔底偏心扩孔钻段的所述第一刀片的所述孔口端相对于所述切削方向而引导所述孔底偏心扩孔钻段的所述第一刀片的孔底端。
7.根据权利要求3所述的工具，其中，所述孔口偏心扩孔钻段包括一对周向相邻的第一刀片以及一对周向相邻的第二刀片；
其中，所述孔口偏心扩孔钻段的所述第一刀片和所述第二刀片均匀地周向间隔开；
其中，所述孔口偏心扩孔钻段的每个第一刀片的所述面对地层表面均被布置在垂直于所述中心轴线测量的半径R1处，其中，当从所述孔口偏心扩孔钻段的所述第一刀片的孔口端至孔底端移动时，每个半径R1均增大；
其中，所述孔口偏心扩孔钻段的每个第二刀片均径向延伸至垂直于所述扩孔钻轴线测量的最大半径R2，其中，每个最大半径R2均小于所述孔口偏心扩孔钻段的每个第一刀片的所述孔底端处的所述半径R1；
其中，所述孔底偏心扩孔钻段包括一对周向相邻的第一刀片以及一对周向相邻的第二刀片；
其中，所述孔底偏心扩孔钻段的所述第一刀片和所述第二刀片均匀地周向间隔开；
其中，所述孔底偏心扩孔钻段的每个第一刀片的所述面对地层表面被布置在垂直于所述中心轴线测量的半径R1’处，其中，当从所述孔底端至所述孔口端移动时，每个半径R1’均增大；
其中，所述孔底偏心扩孔钻段的每个第二刀片均径向延伸至垂直于所述扩孔钻轴线测量的最大半径R2’，其中，每个最大半径R2’均小于所述孔底偏心扩孔钻段的每个第一刀片的所述孔口端处的所述半径R1’。
8.一种用于在大地地层中钻出钻孔的系统，所述系统包括：
钻柱，所述钻柱具有中心轴线、孔口端和孔底端；
钻头，所述钻头被布置在所述钻柱的所述孔底端处且与所述钻柱同轴对准，其中，所述钻头被构造成绕所述中心轴线在切削方向上旋转，从而将所述钻孔钻至直径D1；
第一偏心扩孔钻段，所述第一偏心扩孔钻段在所述钻头和所述孔口端之间安装至所述钻柱，其中，所述第一偏心扩孔钻段被构造成绕所述中心轴线在所述切削方向上旋转，从而将所述钻孔扩大至大于所述直径D1的直径D2，并且所述第一偏心扩孔钻段具有小于所述直径D2的穿过直径D2’；和
第二偏心扩孔钻段，所述第二偏心扩孔钻段在所述第一偏心扩孔钻段和所述钻柱的所述孔口端之间安装至所述钻柱，其中，所述第二偏心扩孔钻段被构造成绕所述中心轴线在所述切削方向上旋转，从而将所述钻孔扩大至大于直径D1的直径D3，并且所述第二偏心扩孔钻段具有小于所述直径D3的穿过直径D3’；
其中，每个偏心扩孔钻段包括第一刀片；
其中，每个刀片都具有孔口端、与所述孔口端相反的孔底端、和从所述孔口端延伸至所述孔底端的面对地层表面；
其中，所述第一偏心扩孔钻段的所述第一刀片的所述面对地层表面被布置在垂直于所述中心轴线测量的半径R1’处，其中，当从所述第一偏心扩孔钻段的所述第一刀片的所述孔口端至所述孔底端移动时，所述半径R1’减小；
其中，所述第二偏心扩孔钻段的所述第一刀片的所述面对地层表面被布置在垂直于所述中心轴线测量的半径R1处，其中，当从所述第二偏心扩孔钻段的所述第一刀片的所述孔口端至所述孔底端移动时，所述半径R1增大；
切削元件，所述切削元件被安装至每个偏心扩孔钻段的所述第一刀片的所述面对地层表面，其中，安装至所述第一偏心扩孔钻段的所述第一刀片的所述切削元件延伸至相对于所述中心轴线的下列半径，所述半径小于或等于在所述第一偏心扩孔钻段的所述第一刀片中的每一个第一刀片的所述孔口端处的所述半径R1’，并且安装至所述第二偏心扩孔钻段的所述第一刀片的所述切削元件延伸至相对于所述中心轴线的下列半径，所述半径小于或等于在所述第二偏心扩孔钻段的所述第一刀片的所述孔口端处的所述半径R1；其中，每个切削元件均具有相对于所述切削方向的向前面对的切削面。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述第一偏心扩孔钻段包括一对第一刀片和一对第二刀片，其中，所述第一偏心扩孔钻段的所述刀片均匀地周向间隔开，所述第一刀片彼此周向相邻，并且所述第二刀片彼此周向相邻；
其中，所述第二偏心扩孔钻段包括一对第一刀片和一对第二刀片，其中，所述第二偏心扩孔钻段的刀片均匀地周向间隔开，所述第一刀片彼此周向相邻，并且所述第二刀片彼此周向相邻；
其中，所述第一偏心扩孔钻段和所述第二偏心扩孔钻段的所述第一刀片和所述第二刀片中的每个刀片均具有孔口端、孔底端、和从所述孔口端延伸至所述孔底端的面对地层表面；
其中，所述第一偏心扩孔钻段的每个第一刀片的所述面对地层表面均被布置在垂直于所述中心轴线测量的半径R1’处，其中，当从所述第一偏心扩孔钻段的所述第一刀片的所述孔口端至所述孔底端移动时，所述半径R1’减小；
其中，所述第二偏心扩孔钻段的每个第一刀片的所述面对地层表面均被布置在垂直于所述中心轴线测量的半径R1处，其中，当从所述第二偏心扩孔钻段的所述第一刀片的所述孔口端至所述孔底端移动时，所述半径R1增大；
其中，所述第一偏心扩孔钻段的每个第二刀片均径向延伸至相对于所述中心轴线的最大半径R2’，所述半径R2’小于所述第一偏心扩孔钻段的每个第一刀片的所述孔底端处的所述半径R1’；
其中，所述第二偏心扩孔钻段的每个第二刀片均径向延伸至相对于所述扩孔钻轴线的最大半径R2，所述半径R2小于所述第二偏心扩孔钻段的每个第一刀片的所述孔口端处的所述半径R1；并且
其中，所述第一偏心扩孔钻段和所述第二偏心扩孔钻段的所述第一刀片中的每一个还包括安装至所述面对地层表面的多个切削元件，其中在所述第一偏心扩孔钻段中的每个切削元件都延伸至相对于所述中心轴线的下列半径，所述半径小于或等于所述第一偏心扩孔钻段的每个第一刀片的所述孔口端处的所述半径R1’，并且其中在所述第二偏心扩孔钻段中的每个切削元件都延伸至相对于所述中心轴线的下列半径，所述半径小于或等于所述第二偏心扩孔钻段的每个第一刀片的所述孔底端处的所述半径R1。
10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述第二偏心扩孔钻段是所述第一偏心扩孔钻段横跨下列基准平面的镜像，所述基准平面位于所述第一偏心扩孔钻段和所述第二偏心扩孔钻段之间且面垂直于所述中心轴线取向。
11.根据权利要求9所述的系统，其中，每个刀片均成螺旋形地延伸；
其中，所述第一偏心扩孔钻段的每个第一刀片的所述孔口端与所述第二偏心扩孔钻段的一个第一刀片的所述孔底端周向对齐；并且
其中，所述第一偏心扩孔钻段的每个第一刀片的所述孔底端与所述第二偏心扩孔钻段的一个第一刀片的所述孔口端周向对齐。
12.根据权利要求11所述的系统，其中，所述第一偏心扩孔钻段的每个第二刀片的所述孔口端与所述第二偏心扩孔钻段的一个第二刀片的所述孔底端周向对齐；并且
其中，所述第一偏心扩孔钻段的每个第二刀片的所述孔底端与所述第二偏心扩孔钻段的一个第一刀片的所述孔口端周向对齐。
13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述第一偏心扩孔钻段的每个刀片的所述孔口端均相对于所述切削方向而引导所述第一偏心扩孔钻段的相应刀片的所述孔底端；并且
其中，所述第二偏心扩孔钻段的每个刀片的所述孔底端均相对于所述切削方向而引导所述第二偏心扩孔钻段的相应刀片的所述孔口端。
14.根据权利要求9所述的系统，其中，所述第一偏心扩孔钻段的刀片彼此平行地取向；
其中，所述第一偏心扩孔钻段的每个刀片均绕所述中心轴线从所述孔口端成螺旋形地延伸至所述孔底端；
其中，所述第一偏心扩孔钻段的每个刀片的孔口端都相对于所述切削方向而引导所述第一偏心扩孔钻段的相应刀片的所述孔底端。
15.根据权利要求8所述的系统，其中，所述直径D2小于所述穿过直径D2’的112％。
16.一种用于钻出钻孔的方法，所述方法包括：
(a)将钻头联接至钻柱的下端；
(b)在所述钻头和所述钻柱的孔口端之间将扩孔工具联接至所述钻柱，其中，所述扩孔工具包括具有中心轴线的管状本体、从所述管状本体径向延伸的孔口偏心扩孔钻段、以及从所述管状本体径向延伸的孔底偏心扩孔钻段，所述孔底偏心扩孔钻段轴向地布置在所述孔口偏心扩孔钻段和所述钻头之间；
其中，所述孔底偏心扩孔钻段具有穿过直径D2’，并且所述孔口偏心扩孔钻段具有穿过直径D3’；
其中，所述孔底偏心扩孔钻段被构造成绕所述管状本体的所述中心轴线在切削方向上旋转，从而将所述钻孔扩孔至大于所述穿过直径D2’的直径D2，并且所述孔口偏心扩孔钻段被构造成绕所述管状本体的所述中心轴线在切削方向上旋转，从而将所述钻孔扩孔至大于所述穿过直径D3’的直径D3；
其中，所述孔口偏心扩孔钻段和所述孔底偏心扩孔钻段中的每一个包括：
从所述管状本体径向延伸的第一切削刀片，所述孔底偏心扩孔钻段的每个第一切削刀片具有孔口端、孔底端和被布置在垂直于所述中心轴线测量的半径R1’处的面对地层表面，其中，当从所述孔口端至所述孔底端移动时，所述半径R1’减小，并且所述孔口偏心扩孔钻段的每个第一切削刀片具有孔口端、孔底端和被布置在垂直于所述中心轴线测量的半径R1处的面对地层表面，其中，当从所述孔口端至所述孔底端移动时，所述半径R1增大；
切削元件，所述切削元件被安装至所述孔口偏心扩孔钻段和所述孔底偏心扩孔钻段的所述第一切削刀片的所述面对地层表面，其中，安装至所述孔口偏心扩孔钻段的所述第一刀片的所述切削元件延伸至在所述孔口偏心扩孔钻段的所述第一刀片的孔底端处的所述半径R1，并且安装至所述孔底偏心扩孔钻段的所述第一刀片的切削元件延伸至相对于所述中心轴线的下列半径，所述半径小于或等于所述孔底偏心扩孔钻段的所述第一刀片的所述孔口端处的所述面对地层表面的所述半径R1’；
(c)穿过套管降低所述孔底偏心扩孔钻段和所述孔口偏心扩孔钻段，所述套管具有中心轴线以及内径Di，所述内径Di小于或等于所述穿过直径D2’和D3’；其中，所述内径Di小于所述直径D2和D3；以及
(d)在(c)期间，使所述管状本体的所述中心轴线从所述套管的所述中心轴线偏移。
17.根据权利要求16所述的方法，进一步包括：
(d)使所述钻头在切削方向上旋转，以将所述钻孔钻至直径D1；
(e)在所述套管内，使所述孔底偏心扩孔钻段和所述孔口偏心扩孔钻段绕所述套管的所述中心轴线在所述切削方向上旋转；
(f)将所述孔底偏心扩孔钻段降低到所述套管的下方的所述钻孔内；
(g)在(f)之后，使所述孔底偏心扩孔钻段绕所述管状本体的所述中心轴线旋转，从而将所述钻孔扩孔为直径D2，所述直径D2大于所述直径D1、所述穿过直径D2’和所述直径Di。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述孔底偏心扩孔钻段的所述第一切削刀片的所述孔口端相对于所述切削方向而引导所述第一切削刀片的所述孔底端；
其中，所述孔口偏心扩孔钻段的所述第一切削刀片的所述孔底端相对于所述切削方向而引导所述第一切削刀片的所述孔口端；并且
其中，(e)进一步包括：使所述套管在所述孔底偏心扩孔钻段的所述第一切削刀片的所述孔口端处滑动地接合所述面对地层表面，并且使所述套管在所述孔口偏心扩孔钻段的所述第一切削刀片的所述孔底端处滑动地接合所述面对地层表面。
19.根据权利要求17所述的方法，其中，所述孔口偏心扩孔钻段和所述孔底偏心扩孔钻段中的每一个的所述第一切削刀片包括安装至所述面对地层表面的多个切削元件，其中，被安装至所述孔底偏心扩孔钻段的所述第一切削刀片的所述面对地层表面的所述多个切削元件被布置成行且靠近所述孔底端，并且其中被安装至所述孔口偏心扩孔钻段的所述第一切削刀片的所述面对地层表面的所述多个切削元件被布置成行且靠近所述孔口端。
20.根据权利要求17所述的方法，进一步包括：
(h)从所述钻孔对所述钻柱起钻；
(i)在(h)期间，使所述孔口偏心扩孔钻段绕所述管状本体的所述中心轴线旋转，从而将所述钻孔扩孔为所述直径D3，所述直径D3大于所述直径D1、所述穿过直径D3’和所述直径Di。
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