CN104956025A - 开窗磨铣系统 - Google Patents

Abstract

一种开窗磨铣系统可包括：开窗铣刀，其具有可选择性回缩及展开的刀片；和造斜器总成，其中具有容座，所述开窗铣刀相对于所述造斜器总成固定，所述刀片收纳在所述容座中。一种穿透井筒衬套切出窗口的方法可包括用开窗铣刀切穿所述衬套，随后回缩所述开窗铣刀的刀片，且随后在造斜器总成中向外展开所述刀片，由此将所述造斜器总成固定至所述开窗铣刀。开窗铣刀可包括适于切穿井筒衬套的多个刀片，所述刀片可在井中相对于所述开窗铣刀的主体向外展开。穿透井筒衬套切出窗口的另一种方法可包括在开窗铣刀切穿所述衬套之后所述开窗铣刀在与所述窗口相距大距离处向外钻井筒。

Description

开窗磨铣系统

技术领域

本公开大致涉及结合地下井利用的设备及执行的操作，且在下文描述的一个实例中，更具体地提供一种具有可回缩刀片的开窗铣刀，和开窗磨铣及钻井系统。

发明背景

开窗铣刀(例如，引导铣刀、“椭圆形”或桶形铣刀等)用于穿透井筒衬套(诸如套管或衬管)切出窗口。造斜器总成包括偏向器，所述偏向器使开窗铣刀侧向偏向以切出窗口。应了解，在构造及操作开窗铣刀和造斜器总成的领域中持续需要改进。

附图简述

图1是可体现本公开的原理的开窗磨铣系统和相关方法的代表性部分横截面图。

图2是可在图1的系统和方法中使用的造斜器总成的代表性横截面图。

图3是可在图1的系统和方法中使用的开窗铣刀的代表性横截面图，所述开窗铣刀被描绘为其刀片处于展开位置中。

图4是刀片处于回缩位置中的开窗铣刀的代表性横截面图。

图5是开窗铣刀的另一个实例的代表性横截面图。

图6是开窗磨铣系统的另一个实例的代表性横截面图。

图7是沿着图6的线7-7取得的偏向器的放大比例代表性横截面图。

图8是图6开窗磨铣系统的代表性横截面图，其中开窗铣刀横穿偏向器的偏向表面。

具体实施方式

图1中代表性地图示的是可体现本公开的原理的开窗磨铣系统10和相关方法。但是，应清楚了解，系统10和方法只是在实践中应用本公开的原理的一个实例，且多种其它实例是可行的。因此，本公开的范围完全不限于本文中描述及/或图中描绘的系统10和方法的细节。

在图1实例中，使用开窗铣刀18上的可向外展开刀片16将造斜器总成12固定至管柱14(诸如，钻柱、工作管柱等)。展开的刀片16收纳在形成于造斜器总成12中的一个或更多个容座20中。

以此方式，管柱14可用于将造斜器总成12传送至井筒22中，从中将钻出另一个井筒24。造斜器总成12也可通过将开窗铣刀18固定在造斜器总成中(诸如，通过使刀片16向外展开至与容座20接合)及随后用管柱14提升造斜器总成而从井筒22撤出。

在图1实例中，井筒22是大致水平的，且在从井筒22倾斜向上的方向上钻井筒24。但是，在其它实例中，井筒22可大致垂直或倾斜，可在其它方向上钻井筒24等。井筒22在图1中被描绘为加衬井筒衬套26(例如，套管或衬管等)和水泥28，但在其它实例中，可不使用水泥。因此，本公开的范围不限于如图1中描绘的系统10和方法的任何细节。

造斜器总成12包括偏向器30、环形密封件32、夹持装置34、扶正器36和定向闩锁38。闩锁38包括键40，所述键40被特别构造来互补地接合形成在井筒衬套26中的匹配剖面42。这种接合将偏向器30与将穿透井筒衬套形成的窗口44纵向及方位上对准。

当刀片16回缩时(例如，在造斜器总成12已被传送至井筒22中，且键40已接合剖面42之后)，开窗铣刀18从容座20释放且可移位至形成在偏向器30上的偏向表面46的左侧(如图1中所见)。随后，在将管柱14及铣刀18移位至右侧之前(如图1中所见)，刀片16可向外展开，使得开窗铣刀18可接合偏向表面46且被侧向偏向来穿透井筒衬套26切出窗口44。

当管柱14和铣刀移位至右侧时，偏向表面46使开窗铣刀18侧向偏向，使得开窗铣刀穿透井筒衬套26切出窗口44。在窗口44切出后，刀片16再次回缩，使得开窗铣刀18可再次收纳在造斜器总成12中。

刀片16随后可向外展开至与容座20接合。在开窗铣刀18因此固定在造斜器总成12中的情况下，管柱14可用于将造斜器总成从井筒22撤出。

注意，上述操作可仅在管柱14和造斜器总成12至井筒22的单个行程中完成。可展开开窗铣刀18与容座20之间的接合可用于将造斜器总成12传送至井筒22中，及在穿透井筒衬套26磨铣出窗口44之后，将造斜器总成从井筒撤出。

环形密封件32可为主动或被动的，即，密封件可主动向外展开至与井筒衬套26密封接触，或密封件可持续接合井筒衬套。如果密封件32是主动的，那么可经由在开窗铣刀18与偏向器30中的密封件之间延伸的通道48供应压力以致动密封件。

夹持装置34可用作锚来在开窗铣刀18被用来切穿井筒衬套26时反抗施加至造斜器总成12的力。夹持装置34可为滑件或其它夹持构件的形式，其可从造斜器总成12向外展开。注意，如果键40与剖面42之间的接合足以反抗磨铣操作，那么可不使用夹持装置34。

扶正器36在井筒衬套26中扶正造斜器总成12。扶正器36的使用是可选的，因为密封件32、夹持装置34和/或闩锁38可充分在井筒衬套26中扶正造斜器总成12。

现额外参考图2，在井筒衬套26中代表性地图示造斜器总成12的一个实例的更详细横截面图。在这个视图中，可见在偏向器30中提供多个容座20。

在这个实例中，每个容座20被构造来收纳开窗铣刀18的单独刀片16。但是，在其它实例中，多个刀片16可收纳在单个容座20中。因此，依据本公开的范围，可使用任意数量的容座20。

图2实例中未使用扶正器36。剖面20被描绘为定位在偏向器30中，但是在其它实例中，剖面可另外定位。因此，将了解，本公开的范围不限于任意特定数量、组合或配置的组件在造斜器总成12中的使用。

现额外参考图3，代表性地图示开窗铣刀18的放大比例横截面图。在这个视图中，可见铣刀18可包括其前端上的切刀50(诸如聚晶金刚石复合片(PDC)切刀等)，且因此开窗铣刀为本领域技术人员所知的“引导”铣刀型。

在这个实例中，铣刀18用于起始穿透井筒衬套26切出窗口44。切刀50穿透井筒衬套26切出初始开口，且刀片16用于扩张开口。

在其它实例中，铣刀18代之可为本领域技术人员已知的椭圆形或桶形铣刀型。在这种情况下，铣刀18可不用于起始切穿井筒衬套26。因此，将了解，本公开的范围不限于结合任意特定类型的开窗铣刀使用。

在图3构造中，刀片16相对于铣刀18的主体52径向向外展开。如图3中所见，偏置装置54(诸如，弹簧、压缩气室等)将楔56偏置至左侧。这个位置中的楔56向外支撑用于切出窗口44的刀片16。

刀片16优选地具有外部剖面，所述外部剖面相对于容座20的内部剖面互补地成形。因此，刀片16可易于收纳在容座20中，且刀片与容座之间的这种接合可用于通过管柱14将造斜器总成12传送入/或传送出井筒22。

在上述方法的步骤中，其中铣刀18被偏向表面46侧向偏向以穿透井筒衬套26切出窗口44，具有可展开刀片的另一个铣刀(诸如椭圆形或桶形铣刀)可用于确保铣刀18沿着偏向表面适当追踪。例如，额外铣刀可连接在引导铣刀上方，且两个铣刀的刀片可在管柱14在偏向表面46上方撤回之后向外展开，使得当管柱再次向下移位时，两个铣刀将接触偏向表面，且将产生更大稳定性。

现额外参考图4，开窗铣刀18被代表性地图示为刀片16处于其径向向内回缩构造中。通过施加增大的压力至管柱14和铣刀18的内部流道58而实现这种构造。

如图4中所见，从铣刀18内部至外部的增大压差导致活塞60移位至右侧，由此压缩偏置装置54。楔56因此移位至右侧，且刀片16不再由楔向外支撑。

从铣刀18内部至外部的压差可在期望再次向外展开刀片16的任何时候减小(例如，通过减小施加至通道58的压力)。如果期望经由通道58循环穿过管柱14，那么通道中的压力可充分增大以使爆破片62爆裂。

如果爆破片62爆裂，那么仍可在期望时通过使流体以足够的流速流动穿过通道58以导致从铣刀18的内部至外部形成压差，使得活塞60将移位至左侧而回缩刀片16，如图4中描绘。

现额外参考图5，代表性地图示开窗铣刀18的另一个实例。这个实例中，切刀50用在开窗铣刀18的额外部分上，包括在可回缩刀片16上，以及在开窗铣刀的固定或不可回缩部分上。

图5开窗铣刀18适用于穿透衬套26切出窗口44，及用于从窗口向外钻分支井筒24。因此，在已穿透衬套26磨铣出窗口44后，无需撤出管柱14且用适于穿透地层的钻头替换铣刀18。以此方式，可避免进入井筒22的又一个行程。

注意，切刀50无需定位在可回缩刀片16上或根本无需使用可回缩刀片。在一些实例中，传统的PDC钻头可用作铣刀18，在这种情况下，PDC钻头可用于穿透衬套26切出窗口44，及钻井筒24。

但是，在一些实例中，将期望阻止切刀50与偏向器30的表面46之间的接触以阻止对偏向表面的损坏。无论切刀50定位在可回缩刀片16上或定位在传统的PDC钻头上等，这种损坏阻止可能都是期望的。

图6-8中代表性地图示的是开窗磨铣系统10的另一个实例，其中开窗铣刀18用来穿透衬套26磨铣出窗口44及钻出井筒24。在这个实例中，阻止铣刀18接触偏向表面46。在其它实例中，传统的钻头(例如，PDC或其它类型的钻头)可用作铣刀18。

在图6中，可见引导铣刀66、椭圆形铣刀68和扩孔钻70连接在铣刀18上方(至图6中的左侧)的管柱14中。引导铣刀66和椭圆形铣刀68具有稍微比铣刀18大的外直径，使得当引导和/或椭圆形铣刀与偏向表面46接触时，铣刀18与偏向表面间隔开。

如图6中描绘，管柱14(包括铣刀18、66、68和扩孔钻70)朝向偏向器30移位至右侧。纵向延伸凹部72形成在偏向器30中。凹部72具有比铣刀18大的半径，使得铣刀18在铣刀靠近偏向器30时不接触偏向表面46。

偏向器30的扩大比例横截面图代表性地图示在图7中。在这个视图中，可见凹部72与表面46相比具有较小的半径。

优选地，凹部72半径介于刀片16回缩的铣刀18的半径与其它铣刀66、68的半径之间。以此方式，铣刀18将不接触表面46，但其它铣刀66、68将接触表面46。

在图8中，管柱14已进一步移位至右侧，使得引导铣刀66现接触偏向表面46。注意，由于引导铣刀66与表面46之间的接触导致的侧向偏向，铣刀18由此被稍微抬出凹部72，且仍被阻止接触偏向表面46。

引导铣刀66在其开始切穿衬套26以形成窗口44时支撑铣刀18。当铣刀66、68都接触表面46时，为铣刀18提供增强的稳定性，且铣刀18被完全抬出凹部72，且仍被阻止接触偏向表面46。

铣刀18切穿衬套26。引导铣刀66和椭圆形铣刀68径向扩张窗口44。扩孔钻70完成窗口44磨铣过程，使得窗口具有其最终尺寸。

引导铣刀66和/或椭圆形铣刀68可具有可回缩刀片16。引导铣刀66和/或椭圆形铣刀68上的可回缩刀片16在展开时可用于抬出或维持铣刀18使其不接触偏向表面46。可回缩刀片16可结合或取代偏向表面46中的凹部72用在引导铣刀66和/或椭圆形铣刀68上。

在磨铣出窗口44后，管柱14进一步向下移位(例如，如图7中所见向右)，使得铣刀18、66、68和扩孔钻70随后用于钻井筒24。刀片16在钻井操作期间可处于其回缩或展开位置中。

在这个实例中，铣刀18、66、68(或其任一个)无需撤出及用用于钻井筒24的钻头替换。因此，无需管柱14离开井筒22及返回井筒22的行程。这节省磨铣及钻井操作的时间和开支。

在已钻井筒24之后，铣刀18可用于如上所述撤出造斜器总成12，前提是铣刀具有可回缩刀片16。因此，在这个实例中，管柱14无需起钻离开及返回井以在钻出井筒24后撤出造斜器总成12。

现在可充分了解，上文公开提供相对于在井中构造及操作开窗铣刀和造斜器总成的领域的明显优点。在上述实例中，开窗铣刀18包括可回缩刀片16，其允许开窗铣刀用于将造斜器总成12传送入及传送出井，使得窗口44磨铣操作可仅在管柱14和造斜器总成进入井筒22的单个行程中完成。在另一个实例中，铣刀18包括适于在磨铣出窗口44后钻井筒24的切刀50，使得窗口磨铣和钻井筒操作可仅在管柱14和造斜器总成12进入及离开井的单个行程中完成。

用于地下井中的开窗磨铣系统10通过上文公开提供给本领域。在一个实例中，系统10可包括：开窗铣刀18，其具有可选择性回缩及展开刀片16；和造斜器总成12，其中具有至少一个容座20。开窗铣刀18通过刀片16收纳在容座20中而相对于造斜器总成12固定。

开窗铣刀18可通过将刀片16移位至其回缩位置而从造斜器总成12释放。

开窗铣刀18可通过将刀片16移位至其展开位置而固定至造斜器总成12。

刀片16可响应于跨开窗铣刀18的压差变化(例如，开窗铣刀内部与外部之间的不同压差)而在其展开位置与回缩位置之间移位。

造斜器总成12可通过开窗铣刀18从井中传送出来和/或传送至井中。

造斜器总成12可包括偏向器30，所述偏向器30使开窗铣刀18侧向偏向，其中刀片16在其展开位置中。

上文也描述一种在地下井中穿透井筒衬套26切出窗口44的方法。在一个实例中，方法可包括：用开窗铣刀18切穿井筒衬套26；随后回缩开窗铣刀18的刀片16；且随后在造斜器总成12中向外展开刀片16，由此将造斜器总成12固定至开窗铣刀18。

方法还可包括在开窗铣刀18上将造斜器总成12传送出井及/或传送入井。

方法可包括在切出步骤之前回缩刀片16。回缩步骤可包括将开窗铣刀18从造斜器总成12的至少一个容座20释放。

向外展开步骤可包括将刀片16收纳在造斜器总成12的至少一个容座20中。

回缩步骤可包括增大开窗铣刀18中的压力。向外展开步骤可包括减小开窗铣刀18中的压力。

上文也描述开窗铣刀18。在一个实例中，开窗铣刀18可包括适于切穿井筒衬套26的多个刀片16，刀片16可在井中相对于开窗铣刀18的主体52向外展开。

刀片16可响应于开窗铣刀18中的减小压力向外展开。刀片16可响应于开窗铣刀18中的增大压力向内回缩。

每个刀片16可具有相对于造斜器总成12的容座20剖面形状互补的外剖面。

可响应于从开窗铣刀18的内部至外部的预定压差的施加而允许穿过开窗铣刀18的流体流。

上文描述在地下井中穿透井筒衬套26切出窗口44的另一个方法。在一个实例中，方法可包括用开窗铣刀18切穿井筒衬套26；及在切出后，开窗铣刀18从窗口44向外钻井筒24达大的距离。

大的距离大于形成窗口44所需的距离。优选地，使用开窗铣刀18将井筒24钻至其末端深度或长度，或至少其长度的大部分。

方法可包括在钻井步骤后回缩开窗铣刀18的刀片16。

方法也可包括在造斜器总成12中向外展开刀片16，由此将造斜器总成12固定至开窗铣刀18。

方法可包括在开窗铣刀18上将造斜器总成12传送出井。

方法可包括在开窗铣刀18上将造斜器总成12传送入井。

方法可包括在切出步骤之前回缩刀片16。

在切出步骤之前将刀片16回缩的步骤可包括将开窗铣刀18从造斜器总成12的至少一个容座20释放。

造斜器总成12可包括具有倾斜表面46的偏向器30，所述偏向器30使与开窗铣刀18连接在相同管柱14中的另一铣刀66、68侧向偏向。形成在倾斜表面46中的凹部72可阻止开窗铣刀18接触倾斜表面46。

虽然上文已描述各种实例，其中每个实例具有特定特征，但是应了解一个实例的特定特征无需唯一地结合所述实例使用。代之，上文描述及/或图中描绘的任意特征可与任意实例组合，作为所述实例的任意其它特征的补充或替代。一个实例的特征不与另一个实例的特征互相排斥。代之，本公开的范围涵盖任意特征的任意组合。

虽然上述每个实例包括特定组合的特征，但是应了解无需使用一个实例的所有特征。代之，上述任意特征可在未使用任意其它特定特征的情况下使用。

应了解，本文中描述的各种实施方案可用在各种定向(诸如倾斜、颠倒、水平、垂直等)中及各种构造中，而不脱离本公开的原理。实施方案仅被描述为本公开的原理的有利应用的实例，其不限于这些实施方案的任意具体细节。

在代表性实例的上文描述中，方向术语(诸如“上方”、“下方”、“上”、“下”等)用于方便参考附图。但是，应清楚了解，本公开的范围不限于本文中描述的任意特定方向。

术语“包括(including、includes、comprising、compries)”和类似术语在本说明书中以非限制性意义使用。例如，如果系统、方法、设备、装置等被描述为“包括”特定特征或元件，那么系统、方法、设备、装置等可包括所述特征或元件，并且也可包括其它特征或元件。类似地，术语“包括”被视为意指“包括但不限于”。

当然，本领域技术人员在仔细阅读本公开的代表性实施方案的上文描述时，将易于了解可对特定实施方案作出许多修改、增加、替换、删除和其它变化，且这些变化为本公开的原理所预期。例如，被公开为独立形成的结构在其它实例中可一体形成且反之亦然。因此，以上具体实施方式应被清楚理解为仅通过说明和实例给出，本发明的精神和范围仅受限于随附权利要求和其等效物。

Claims (40)

1.一种用于地下井中的开窗磨铣系统，所述系统包括：

开窗铣刀，其具有可选择性回缩及展开的刀片；和

造斜器总成，其中具有至少一个容座，

所述开窗铣刀通过所述刀片收纳在所述容座中而相对于所述造斜器总成固定。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述开窗铣刀通过将所述刀片移位至其回缩位置而从所述造斜器总成释放。

3.根据权利要求1所述的系统，其中所述开窗铣刀通过将所述刀片移位至其展开位置而固定至所述造斜器总成。

4.根据权利要求1所述的系统，其中所述刀片响应于跨所述开窗铣刀的压差变化而在其展开位置与回缩位置之间移位。

5.根据权利要求1所述的系统，其中所述造斜器总成通过所述开窗铣刀被传送出所述井。

6.根据权利要求1所述的系统，其中所述造斜器总成通过所述开窗铣刀被传送入所述井。

7.根据权利要求1所述的系统，其中所述造斜器总成包括偏向器，所述偏向器使所述开窗铣刀侧向偏向，其中所述刀片在其展开位置中。

8.根据权利要求1所述的系统，其中所述造斜器总成包括具有倾斜表面的偏向器，所述偏向器使与所述开窗铣刀连接在相同管柱中的另一个铣刀侧向偏向。

9.根据权利要求8所述的系统，其中形成在所述倾斜表面中的凹部阻止所述开窗铣刀接触所述倾斜表面。

10.根据权利要求1所述的系统，其中所述开窗铣刀从通过开窗铣刀穿透井筒衬套磨铣出的窗口向外钻井筒达大的距离。

11.一种在地下井中穿透井筒衬套切出窗口的方法，所述方法包括：

用开窗铣刀切穿所述井筒衬套；

随后回缩所述开窗铣刀的刀片；及

随后在造斜器总成中向外展开所述刀片，由此将所述造斜器总成固定至所述开窗铣刀。

12.根据权利要求11所述的方法，其进一步包括在所述开窗铣刀上将所述造斜器总成传送出所述井。

13.根据权利要求11所述的方法，其进一步包括在所述开窗铣刀上将所述造斜器总成传送入所述井。

14.根据权利要求11所述的方法，其进一步包括在所述切出之前回缩所述刀片。

15.根据权利要求14所述的方法，其中在所述切出之前回缩所述刀片进一步包括将所述开窗铣刀从所述造斜器总成的至少一个容座释放。

16.根据权利要求11所述的方法，其中所述向外展开进一步包括将所述刀片收纳在所述造斜器总成的至少一个容座中。

17.根据权利要求11所述的方法，其中所述回缩所述刀片进一步包括增大所述开窗铣刀中的压力。

18.根据权利要求11所述的方法，其中所述向外展开进一步包括减小所述开窗铣刀中的压力。

19.根据权利要求11所述的方法，其中所述造斜器总成包括具有倾斜表面的偏向器，所述偏向器使与所述开窗铣刀连接在相同管柱中的另一个铣刀侧向偏向。

20.根据权利要求19所述的方法，其中形成在所述倾斜表面中的凹部阻止所述开窗铣刀接触所述倾斜表面。

21.根据权利要求19所述的方法，其进一步包括通过在另一铣刀上向外展开刀片而阻止所述开窗铣刀与所述倾斜表面之间的接触。

22.根据权利要求11所述的方法，其进一步包括所述开窗铣刀在所述切出之后从所述窗口向外钻井筒达大的距离。

23.一种用于地下井中的开窗铣刀，所述开窗铣刀包括：

适于切穿井筒衬套的多个刀片，所述刀片可在所述井中相对于所述开窗铣刀的主体向外展开。

24.根据权利要求23所述的开窗铣刀，其中所述刀片响应于所述开窗铣刀中的减小压力而向外展开。

25.根据权利要求23所述的开窗铣刀，其中所述刀片响应于所述开窗铣刀中的增大压力而向内回缩。

26.根据权利要求23所述的开窗铣刀，其中每个所述刀片具有相对于造斜器总成的容座剖面形状互补的外剖面。

27.根据权利要求23所述的开窗铣刀，其中响应于从所述开窗铣刀的内部至外部的预定压差的施加而允许穿过所述开窗铣刀的流体流。

28.根据权利要求23所述的开窗铣刀，其进一步包括安装在所述可回缩刀片上的切刀。

29.根据权利要求28所述的开窗铣刀，其中所述切刀包括聚晶金刚石复合片切刀。

30.根据权利要求28所述的开窗铣刀，其中所述切刀适于钻穿地层。

31.一种在地下井中穿透井筒衬套切出窗口的方法，所述方法包括：

用开窗铣刀切穿所述井筒衬套；及

在所述切出之后，所述开窗铣刀从所述窗口向外钻井筒达大的距离。

32.根据权利要求31所述的方法，其进一步包括在所述钻井之后回缩所述开窗铣刀的刀片。

33.根据权利要求32所述的方法，其进一步包括在造斜器总成中向外展开所述刀片，由此将所述造斜器总成固定至所述开窗铣刀。

34.根据权利要求33所述的方法，其进一步包括在所述开窗铣刀上将所述造斜器总成传送出所述井。

35.根据权利要求34所述的方法，其进一步包括在所述开窗铣刀上将所述造斜器总成传送入所述井。

36.根据权利要求32所述的方法，其进一步包括在所述切出之前回缩所述刀片。

37.根据权利要求36所述的方法，其中在所述切出之前回缩所述刀片进一步包括将所述开窗铣刀从所述造斜器总成的至少一个容座释放。

38.根据权利要求31所述的方法，其中造斜器总成包括具有倾斜表面的偏向器，所述偏向器使与所述开窗铣刀连接在相同管柱中的另一个铣刀侧向偏向。

39.根据权利要求38所述的方法，其中形成在所述倾斜表面中的凹部阻止所述开窗铣刀接触所述倾斜表面。

40.根据权利要求38所述的方法，其进一步包括通过在另一铣刀上向外展开刀片而阻止所述开窗铣刀与所述倾斜表面之间的接触。