CN106661921A - 铣刀刀片扭矩支撑件 - Google Patents
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Abstract
一种示例性造斜器组件包括造斜器，所述造斜器提供倾斜表面和限定在所述倾斜表面中的纵向槽。前导铣刀利用保险螺栓联接到所述造斜器并提供一个或多个刀片，并且轴承支撑件布置在所述纵向槽内并且提供限定狭槽的相对侧壁，所述狭槽被构造来接纳所述一个或多个刀片中的一个刀片并且从而阻止所述前导铣刀相对于所述造斜器旋转。
Description
技术领域
本公开涉及在石油和天然气产业中的多分支井，并且更具体地，涉及用于钻探多分支井的铣刀和造斜器组件的改进的扭矩支撑件。
背景技术
可通过横穿地下地层的相对复杂的井筒来生产烃类。一些井筒可为多分支井筒，所述多分支井筒包括从母井筒或主井筒延伸的一个或多个侧井筒。多分支井筒通常包括限定在给井筒衬里的套管中的一个或多个窗口或套管出口以允许形成对应的侧井筒。更具体地，可通过将套管柱中的造斜器定位在主井筒中的期望位置处来形成多分支井筒的套管出口。造斜器通常被设计来相对于套管柱横向(或在另选的取向上)使一个或多个铣刀偏转。偏转的铣刀加工掉并最终穿过套管的部分以形成穿过套管柱的套管出口。钻头可随后通过套管出口插入，以便切割出横向或二次井筒。
单程造斜器设计允许井操作员在单次运行中向井下运行造斜器和铣刀，这极大地减少了完成多分支井筒的时间和花费。一些常规的单程造斜器设计使用保险螺栓和扭矩凸耳的组合来将前导铣刀锚定至造斜器。保险螺栓被设计来(当井操作者期望使铣刀与造斜器脱离时)当承担特定下压重量时就剪断。保险螺栓通常不被设计来在扭矩的作用下剪断。另一方面，当造斜器运行到主井筒中时，扭矩凸耳提供旋转扭矩支撑件，所述旋转扭矩支撑件有助于阻止保险螺栓过早疲劳或以其他方式在扭矩的作用下剪断。前导铣刀提供了扭矩凸耳装配到其中的狭槽以阻止前导铣刀围绕其中心轴线旋转。然而，在这种配置中，前导铣刀仍然能够在扭矩凸耳以及其接触造斜器的倾斜表面的刀片中的一个上枢转，这形成将保险螺栓置于拉伸和扭转应力下的提升力。这可使保险螺栓疲劳并导致保险螺栓过早地剪断，从而使得前导铣刀过早地与造斜器脱离。
附图说明
包括以下附图来示出本公开的某些方面，并且不应视作排他性实施方案。所公开的主题能够在不脱离本公开的范围的情况下在形式和功能上进行相当多的修改、改变、组合以及等效化。
图1是可采用本公开的原理的井系统的示意图。
图2A和图2B分别是示例性造斜器组件的等距和剖面侧视图。
图3A-图3C是示例性造斜器组件的视图。
图4A-图4C是另一种示例性造斜器组件的各种视图。
图5A-图5C是另一种示例性造斜器组件的各种视图。
具体实施方式
本公开涉及在石油和天然气产业中的多分支井，并且更具体地，涉及用于钻探多分支井的铣刀和造斜器组件的改进的扭矩支撑件。
本文所述的实施方案提供示例性造斜器组件，所述示例性造斜器组件允许将更大的扭矩从前导铣刀传送至造斜器，而没有用于将前导铣刀联接到造斜器的保险螺栓出故障的风险。因此，造斜器可能够承担旋转以及轴向推力载荷，而没有保险螺栓过早地出故障以及井筒内的前导铣刀过早地脱离的风险。在一个实施方案中，例如，示例性造斜器组件可包括布置在限定于造斜器中的纵向槽内的轴承支撑件。轴承支撑件提供狭槽以接纳前导铣刀的刀片，并且从而阻止前导铣刀相对于造斜器旋转并潜在地过早剪断保险螺栓。此外，轴承支撑件可阻止前导铣刀在铣削操作期间接合纵向槽，并且可由可易于铣除的材料(诸如铝)制成，以使得当前导铣刀前进到造斜器上时能够铣透轴承支撑件。
在第二实施方案中，另一示例性造斜器组件可包括可移动地位于限定在前导铣刀中的狭槽内的扭矩键。扭矩键可在伸出位置与回缩位置之间移动。在伸出位置中，扭矩键可部分定位在狭槽和限定在造斜器中的纵向槽内，并且从而能够阻止前导铣刀相对于造斜器旋转。在回缩位置中，扭矩键从纵向槽缩回并完全位于狭槽中。在一些情况下，扭矩键可弹簧加载以移动回回缩配置。利用回缩到狭槽中的扭矩键，前导铣刀能够操作而不受扭矩键的阻碍。
参照图1，示出根据一个或多个实施方案的可采用本公开的原理的示例性井系统100。如图所示，井系统100可包括近海油气平台102，所述近海油气平台102在位于海床106下方的水下地层104的上方居中。尽管结合近海油气平台102描述了井系统100，但是应了解，本文所述的实施方案同样非常适用于与其他类型的油气钻机(诸如陆地钻机或位于任何其他地理位置的钻机)一起使用。平台102可为半潜式钻机，并且海底管道108可从平台102的甲板110延伸至包括一个或多个防喷器114的井口设施112。平台102具有起重设备116和用于在海底管道108内升高和降低管柱(诸如钻柱120)的井架118。
如所描绘的，已穿过包括地层104的各种地球岩层钻出主井筒122。在本文中，术语“母”井筒和“主”井筒被用于指明一个井筒，从所述井筒钻出了另一个井筒。然而，应注意的是，母井筒或主井筒并不需要直接延伸至地表，而是相反可为另一井筒的分支。套管124的管柱至少部分用水泥胶结在主井筒122内。在本文中，术语“套管”被用于指明用来给井筒衬里的管状构件或导管。套管124实际上可为本领域技术人员已知为“衬管”的类型，并且可为分段或连续的，诸如连续油管。
在一些实施方案中，套管接头126可在套管124的细长的上部长度或部分与下部长度或部分之间互连并且定位在井筒122内所期望的位置处，其中分支或侧井筒128有待钻出。在本文中，术语“分支”和“横向”井筒被用于指明从与另一井筒(诸如母井筒或主井筒)的相交处向外钻出的井筒。此外，分支或侧井筒可具有在某点处从其向外钻取的另一分支或侧井筒。造斜器组件130可定位在套管124内，并且在靠近套管接头126布置的锚定组件134处紧固并以其他方式锚定在锚定组件134中。造斜器组件130可操作以将一个或多个切削工具(即，铣刀)偏转到套管接头126的内壁中，以使得套管出口132可穿过其形成在期望的周向位置处。套管出口132在套管接头126中提供“窗口”，一个或多个其他切削工具(即，钻头)可穿过所述窗口插入，以钻出并以其他方式形成侧井筒128。
本领域技术人员应当了解，尽管图1示出了主井筒122的垂直截面，但本公开中所述的实施方案同样适用于在具有其他方向配置的井筒(包括水平井筒，偏离井筒，或倾斜井筒)中使用。此外，相对于附图中所示出的说明性实施方案来使用方向术语(诸如“上方”、“下方”、“上部”、“下部”、“向上”、“向下”、“井上”、“井下”等)，井上方向为朝向井的表面并且井下方向为朝向井的趾部。
现在参照图2A和图2B，继续参照图1，示出了示例性造斜器组件200的视图。更具体地，图2A描绘了造斜器组件200的等距视图，并且图2B描绘了造斜器组件200的剖面侧视图。造斜器组件200可与图1的造斜器组件130相似或相同，并且因此可能够下入到井筒122中并紧固在其中，以有助于促进在套管124中形成套管出口132。
如图所示，造斜器组件200可包括偏转器或造斜器202以及一个或多个铣刀204。铣刀204可包括被配置成联接到或以其他方式紧固至造斜器202的前导铣刀206。更具体地，可使用至少一个保险螺栓208(图2B)和一个扭矩凸耳210将前导铣刀206紧固至造斜器202。保险螺栓208可被配置成当承担提供给前导铣刀206的预定轴向载荷时就剪断或以其他方式出故障，并且扭矩凸耳210可向前导铣刀206提供旋转扭矩阻力，当向井下运行造斜器组件200时，所述旋转扭矩阻力有助于阻止保险螺栓208在扭矩作用下过早地疲劳。
如在图2B中最清楚地看到，在一些实施方案中，保险螺栓208可延伸穿过螺纹孔212并旋入螺纹孔212中，所述螺纹孔212被限定为穿过造斜器202的下侧。保险螺栓208还可延伸到限定在前导铣刀206中的保险螺栓孔214中，其中螺纹孔212和保险螺栓孔214被配置成轴向对准以将保险螺栓208配合地接纳在其中。可利用留挂螺栓216将保险螺栓208紧固在前导铣刀206内，所述留挂螺栓216可延伸到限定在前导铣刀206中的留挂螺栓孔218中。如图所示，留挂螺栓孔218可与保险螺栓孔214的连续部分对准并且以其他方式形成保险螺栓孔214的连续部分。可在限定于保险螺栓208的端部中的螺纹腔220处将留挂螺栓216螺纹紧固至保险螺栓208，并且留挂螺栓216的头部可搁置在限定在留挂螺栓孔218中的肩部221上。利用螺纹紧固至造斜器202的保险螺栓208以及在螺纹腔220处螺纹紧固至保险螺栓208的留挂螺栓216，前导铣刀206(以及任何其他铣刀204)可由此牢固地联接到造斜器202。
扭矩凸耳210可为由(例如)铝或另一种可易于铣除的材料制成的固体金属块。可将扭矩凸耳210布置在限定于造斜器202的倾斜表面的223中的纵向槽222内。可将扭矩凸耳210连同一个或多个缓冲构件224(示出了两个)以及造斜器板226一起布置在纵向槽222内。更具体地，缓冲构件224可由诸如橡胶或弹性体的易弯曲或柔性材料制成，并且造斜器板226可被配置来使缓冲构件224偏置以抵靠扭矩凸耳210，以使得相应地推动扭矩凸耳210以抵靠纵向槽222的轴向端壁228。扭矩凸耳210还可被配置来插入或以其他方式延伸到限定在前导铣刀206中的狭槽230中。由于布置在狭槽230内，扭矩凸耳210可被配置来阻止前导铣刀206(或一般铣刀204)围绕中心轴线232旋转。
在示例性操作中，并继续参照图1，造斜器组件200可向井下降低到井筒122内，其中铣刀204大体上如上所述地紧固至造斜器202。当到达井筒122中(有待形成套管出口132)的位置处时，就可将造斜器组件200锁入预先布置在井筒122内的锚定组件134(图1)中。锁入造斜器组件200可包括将造斜器组件延伸到锚定组件134中，并且随后当向井上或朝向表面拉回造斜器组件200时，使造斜器组件200旋转。一旦将造斜器组件200适当地锁入锚定组件134中，重量就从表面位置下压到造斜器组件200上。将重量置于造斜器组件200上可向前导铣刀206提供轴向载荷，所述前导铣刀206可将预定的轴向载荷传递至保险螺栓208。当承担预定的轴向载荷时，保险螺栓208就可剪断或以其他方式出故障，并且由此使得铣刀204从与造斜器202的轴向接合中脱离。
在重量仍然施加在前导铣刀206上的情况下，扭矩凸耳210可在向井下的方向上(即，朝着图2B中的右边)推压缓冲构件224，并且缓冲构件224可在向井上的方向上(即，朝着图2B中的左边)向扭矩凸耳210提供相反的偏置阻力。可随后在向井上的方向上将铣刀204(包括前导铣刀206)拉回较短距离，并且缓冲构件224可随后往回推动扭矩凸耳210以抵靠轴向端壁228。一旦与造斜器202脱离，铣刀204可随后围绕中心轴线232旋转并且同时在向井下的方向上前进。随着铣刀204向井下前进，它们滑上造斜器202的倾斜表面223，直至接合并铣削套管124的内壁以形成套管出口132。
如图所示，前导铣刀206可包括一个或多个刀片234(示出了四个)以及紧固至每个刀片234的多个刀头236。在上述配置中，当承担扭转载荷时，前导铣刀206可在扭矩凸耳210上枢转。如上所述，在锁入造斜器组件200或者向井下降低造斜器组件200以穿过井筒122(图1)的需要造斜器组件200旋转的部分时，可生成此类扭转载荷。施加至造斜器组件200的扭转载荷可引起前导铣刀206在扭矩凸耳210上以及在接触造斜器202的倾斜表面223的刀片234中的一个上枢转。因此，可生成将拉伸和/或扭转载荷置于保险螺栓208上的提升力，所述提升力(如果没有适当地减小)可使保险螺栓208疲劳并以其他方式导致保险螺栓208过早地出故障。
根据本公开，改进的造斜器组件的实施方案可在不剪断或以其他方式损害保险螺栓208的结构完整性的情况下允许将更大的扭矩从前导铣刀206传递至造斜器202。如本文所述，此类改进的造斜器组件可被配置来在扭矩作用下将前导铣刀206锁定至造斜器202，并且从而阻止保险螺栓206在扭矩作用下疲劳或过早地剪断。此外，目前描述的实施方案允许在垂直方向上将前导铣刀206简单和快速地组装至造斜器202。
现在参照图3A-图3C，继续参照图2A-图2B，示出了根据本公开的一个或多个实施方案的示例性造斜器组件300的各种视图。更具体地，图3A描绘了造斜器组件300的等距视图，图3B描绘了造斜器组件300的剖面侧视图，并且图3C描绘了造斜器组件300的剖面端视图。造斜器组件300在某些方面可与图2的造斜器组件200类似，并且因此可参照造斜器组件200最清楚地理解造斜器组件300，其中相同的数字表示(不再详细描述的)相同的元件或部件。与图2的造斜器组件200类似，例如，造斜器组件300可包括造斜器202、铣刀204(包括前导铣刀206)、用于将前导铣刀206紧固至造斜器202的保险螺栓208以及用于将保险螺栓208紧固至前导铣刀206的留挂螺栓216。此外，如以上大致描述的，前导铣刀206可包括刀片234(示出了四个)以及紧固至每个刀片234的多个刀头236。如将要理解的是，在不脱离本公开的范围的情况下，可在前导铣刀206上设置多于或少于四个刀片234。
然而，与图2的造斜器组件200不同，可从造斜器组件300中省略掉扭矩凸耳210(图2)。在扭矩凸耳210的位置处，为了有助于在扭矩的作用下使联接到造斜器202的前导铣刀206稳固，造斜器组件300可还包括扭矩轴承组件302。通常可将扭矩轴承组件302布置在限定于造斜器202的倾斜表面223中的纵向槽222内，并且所述扭矩轴承组件302可包括一个或多个缓冲构件224(示出了两个)、造斜器板226以及轴承支撑件306。可使用缓冲构件224和造斜器板226将轴承支撑件306紧固在纵向槽222内。更具体地，缓冲构件224可被配置来偏置地接合轴承支撑件306的端部，并且从而推动轴承支撑件306以抵靠纵向槽222的轴向端壁228。
如在图3C中最清楚地看到，轴承支撑件306可为大体上U形结构，所述U形结构限定了具有相对侧壁310a和310b的狭槽308。侧壁310a、310b可向上延伸出纵向槽222并转变成相对的侧延伸部312a和312b，所述侧延伸部312a和312b搁置在造斜器202的倾斜表面223上并以其他方式在远离狭槽308的相反方向上延伸较短距离。轴承支撑件306可由可易于铣除的材料制成，诸如但不限于：铝、青铜、铸刚或软钢、高速切削钢，玻璃纤维等。
根据本实施方案，前导铣刀206的刀片234中的一个(示出并标记为刀片234a)可至少部分地延伸到狭槽308中，以阻止前导铣刀206(或一般铣刀204)相对于造斜器202围绕中心轴线232旋转。更具体地，当向前导铣刀206施加扭矩时，刀片234a可进一步下落到狭槽308中，这阻止刀片234a在造斜器202的倾斜表面223上枢转。当施加更大扭矩时，刀片234a可迫使进入与侧壁310a、310b中的一者或两者的接合中，这可卡住刀片234a并且从而抵抗任何进一步的旋转。当接合侧壁310a、310b时，就可随后将由前导铣刀206承担的扭转载荷传递至造斜器202以用于预期的旋转。
在一些实施方案中，将刀片234a接合在侧壁310a、310b上可有效地将刀片234a约束在狭槽308内，并且从而阻止刀片234a通过枢转移动或运动从狭槽308移除。换言之，刀片234a陷入狭槽308中，这阻止刀片234a在保险螺栓208剪断之前与造斜器202脱离。与图2A-图2B的将提供在前导铣刀206上的点载荷枢轴的扭矩凸耳210相反，狭槽308向刀片234a提供增大的可接触表面面积，这允许轴承支撑件306承担增大的表面载荷以有助于阻止前导铣刀206枢转出与造斜器202的接合。
在至少一个实施方案中，可将狭槽缓冲物314(图3C)布置在狭槽308内，并且所述狭槽缓冲物314可由与缓冲构件224类似的材料制成。狭槽缓冲物314可被配置来当刀片234a延伸到狭槽308中时垂直地支撑刀片234a并以其他方式阻止刀片234a过度偏转到狭槽308中，所述过度偏转可导致前导铣刀206的过多的潜在移动。狭槽缓冲物314可证明在当前导铣刀206承担迫使刀片234a向下进入狭槽308中的扭转载荷时是尤其有利的。在一些实施方案中，当前导铣刀206紧固至造斜器202时，刀片234a可与狭槽缓冲物314有垂直接触。在其他实施方案中，仅当前导铣刀206承担迫使刀片234a向下进入狭槽308中的扭转载荷时，刀片234a才可接触狭槽缓冲物314。
继续参照图3A-图3C并再次参照图1，现在提供造斜器组件300的示例性操作。造斜器组件300可与图1的造斜器组件130相似或相同，并且因此可能够下入到井筒122中并紧固在其中，以有助于促进在套管124中形成套管出口132。因此，可将造斜器组件300向井下下入到井筒122内，其中将铣刀204紧固至造斜器202。如以上大致描述的，当到达井筒122中(有待形成套管出口132)的位置处时，就可将造斜器组件300锁入预先布置在井筒122内的锚定组件134中。
当向井下运送造斜器组件300并随后将其锁入锚定组件134中时，前导铣刀206的刀片234a可延伸到轴承支撑件306的狭槽308中。因此，当锁入造斜器组件300时或者当旋转造斜器组件300以绕过井筒122(图1)的紧凑部分时，生成的任何扭转载荷可由轴承支撑件306通过刀片234a与轴承支撑件306的侧壁310a、310b之间的接触来承担。在不推动前导铣刀206枢转并且从而将扭转应力置于保险螺栓208上的情况下，轴承支撑件306可将扭转载荷传递至造斜器202以用于其预期的旋转。因此，造斜器组件300可在不剪断或以其他方式损害保险螺栓208的结构完整性的情况下允许将更大的扭矩从前导铣刀206传递至造斜器202。
一旦将造斜器组件300适当地锁入锚定组件134中，重量就从表面位置下压到造斜器组件300上，这向前导铣刀206提供轴向载荷并且将预定的轴向载荷传递至保险螺栓208。当承担预定的轴向载荷时，保险螺栓208就可剪断或以其他方式出故障，并且由此使得铣刀204从与造斜器202的接合中脱离。
在保险螺栓208切断并且重量仍从表面位置施加在前导铣刀206上的情况下，轴承支撑件306可在向井下的方向上(即，朝着图3B中的右边)推压缓冲构件224。作为响应，缓冲构件224可在向井上的方向上(即，朝着图3B中的左边)提供对抗轴承支撑件306的相反的偏置阻力。可随后在向井上的方向上将铣刀204(包括前导铣刀206)拉回较短距离，并且易弯曲的缓冲构件224可随后往回推动轴承支撑件206以抵靠轴向端壁228。一旦与造斜器202脱离，铣刀204可随后围绕中心轴线232旋转并且同时在向井下的方向上前进。随着铣刀204向井下前进，它们滑上造斜器202的倾斜表面223，直至接合并铣削套管124的内壁以形成套管出口132。
如将要理解的是，允许缓冲构件224往回移动轴承支撑件206以抵靠轴向端壁228可证明有利于阻止前导铣刀206铣削到纵向槽222的侧壁中，这可导致刀片234和/或刀头236的损坏。相反，在往回移动轴承支撑件206以抵靠轴向端壁228的情况下，前导铣刀206相反可接合并铣削轴承支撑件206的侧延伸部312a、312b。轴承支撑件206的侧延伸部312a、312b可由更加易于铣除的材料(诸如铝)制成，而造斜器202和纵向槽222的侧壁可由钢或其他坚硬和耐用的材料制成。因此，当铣刀204沿着造斜器202的倾斜表面223前进时，前导铣刀206可能够铣削掉轴承支撑件306(而不是纵向槽222)的部分。
现在参照图4A-图4C，示出了根据本公开的一个或多个附加实施方案的另一示例性造斜器组件400的视图。更具体地，图4A描绘了在伸出配置中的造斜器组件400的剖面侧视图，图4B描绘了在伸出配置中的造斜器组件400的剖面端视图，并且图4C描绘了在回缩配置中的造斜器组件400的剖面侧视图。造斜器组件400在某些方面可与图2的造斜器组件200类似，并且因此可参照造斜器组件200最清楚地理解造斜器组件400，其中相同的数字表示(不再详细描述的)相同的元件或部件。与图2的造斜器组件200类似，例如，造斜器组件400可包括造斜器202、铣刀204(包括前导铣刀206)、用于将前导铣刀206紧固至造斜器202的保险螺栓208以及用于将保险螺栓208紧固至前导铣刀206的留挂螺栓216。此外，如以上大致描述的，前导铣刀206可包括刀片234以及紧固至每个刀片234的多个刀头236。
然而，与图2的造斜器组件200不同，造斜器组件400可包括用来有助于在扭矩的作用下使联接到造斜器202的前导铣刀206稳固的扭矩键402。可将扭矩键402可移动地布置在限定在前导铣刀206中的狭槽404内。更具体地，扭矩键402可在第一或伸出位置(如图4A和4B中所示)到第二或回缩位置(如图4C中所示)之间是可移动的。在伸出位置中，扭矩键402可部分地定位在狭槽404和限定在造斜器202的倾斜表面223中的纵向槽222二者之内。一个或多个保持销406(示出了一个)可从纵向槽222的轴向端壁228轴向延伸，并且可被配置来将扭矩键402紧固在伸出位置中并以其他方式将扭矩键402延伸到纵向槽222中。在一些实施方案中，如图所示，保持销406可被配置成接纳在限定于扭矩键402中的对应的销孔408内。在至少一个实施方案中，保持销406可从纵向槽222的轴向端壁228延伸，但在不脱离本公开的范围的情况下，也可能可替代地从造斜器202的任何部分延伸。
如在图4A中最清楚地看到，当扭矩键402在伸出位置中时，缓冲构件224可偏置地接合扭矩键402并且以其他方式推动扭矩键402以抵靠纵向槽222的轴向端壁228。当布置在狭槽404和纵向槽222二者内时，扭矩键402可被配置来阻止前导铣刀206(或一般铣刀204)围绕中心轴线232旋转。更具体地，并且如在图4B中最清楚地看到，当将扭转载荷施加到前导铣刀206时，扭矩键402可通过由狭槽404提供的狭槽侧壁410承担扭转载荷并将扭转载荷传递至由纵向槽222提供的槽侧壁412。将扭转载荷传递至纵向槽222的槽侧壁412可有效地将扭转载荷传递至造斜器202以用于旋转。如将要理解的是，将扭矩键402嵌入到前导铣刀206中允许一将扭转载荷施加到前导铣刀206，就运行扭矩键402，从而使保险螺栓208上的扭转载荷最小化。
继续参照图4A-图4C并再次参照图1，现在提供造斜器组件400的示例性操作。造斜器组件400可与图1的造斜器组件130相似或相同，并且因此可能够下入到井筒122中并紧固在其中，以有助于促进在套管124中形成套管出口132。因此，如以上大致描述的，造斜器组件400可向井下下入到井筒122内，其中铣刀204紧固至造斜器202，并且当到达井筒122中有待形成套管出口132的位置处时，就可将造斜器组件400锁入锚定组件134中。
当向井下运送造斜器组件400并随后将其锁入锚定组件134中时，造斜器组件400可在伸出配置中，其中扭矩键402定位在伸出位置中，并利用保持销406保持在狭槽404和纵向槽222二者内的适当位置。因此，当锁入造斜器组件400中时或者当旋转造斜器组件400以绕过井筒122(图1)的紧凑部分时，生成的任何扭转载荷可由扭矩键402通过扭矩键402与狭槽和槽侧壁410、412之间的接触来承担。在不推动前导铣刀206枢转并且从而将扭转应力置于保险螺栓208上的情况下，扭矩键402相反可将扭转载荷传递至造斜器202以用于其预期的旋转。因此，造斜器组件400可在不剪断或以其他方式损害保险螺栓208的结构完整性的情况下允许将更大的扭矩从前导铣刀206传递至造斜器202。
一旦将造斜器组件400适当地锁入锚定组件134中，重量就可从表面位置下压到造斜器组件400上，这向前导铣刀206提供轴向载荷并且将预定的轴向载荷传递至保险螺栓208。如图4C中所示，当承担预定的轴向载荷时，保险螺栓208就可剪断或以其他方式出故障，并且由此使得铣刀204从与造斜器202的接合中脱离。
在保险螺栓208切断并且重量仍从表面位置施加在前导铣刀206上的情况下，前导铣刀206可在向井下的方向上(即，朝着图4A中的右边)移动并且对应地迫使扭矩键402抵靠缓冲构件224。在向井下的方向上移动扭矩键402会压缩缓冲构件224并且从插入在销孔408内移除保持销406。如图4C中所示，一旦保持销406与扭矩键402脱离，扭矩键402可随后能够移动或以其他方式回缩至其回缩位置。
在一些实施方案中，致动装置414可用于将扭矩键402移动或推动至回缩位置。在示出的实施方案中，例如，致动装置414被描绘成联接到扭矩键402和狭槽404的内表面二者的螺旋拉伸弹簧。当将扭矩键402从与保持销406的接合中释放时，建立在螺旋拉伸弹簧中的弹簧力可推动扭矩键402垂直回缩到狭槽404中。然而，在其他实施方案中，致动装置414可为任何装置或机构，当扭矩键402与保持销406脱离时，所述装置或机构就能够将扭矩键402回缩到狭槽404中。例如，可替代地，在不脱离本公开的范围的情况下，致动装置414可为但不限于：机械致动器、机电致动器、电致动器、气动致动器、液压致动器以及它们的任意组合。
迫使前导铣刀206和扭矩键402抵靠缓冲构件224可导致缓冲构件224在向井上的方向上(即，朝着图3B中的左边)压缩并建立对抗扭矩键402的相反的偏置阻力。可随后在向井上的方向上将铣刀204(包括前导铣刀206)拉回较短距离，并且缓冲构件224可被配置来伸展成松弛状态并且大体上填充纵向槽222直至接合轴向端壁228。在铣刀204与造斜器202脱离的情况下，铣刀204可随后围绕中心轴线232旋转并且同时在向井下的方向上前进。随着铣刀204在向井下的方向上前进，它们滑上造斜器202的倾斜表面223，直至接合并铣削套管124的内壁以形成套管出口132。在扭矩键402在回缩位置中并且以其他方式回缩到狭槽404中的情况下，铣刀204可畅通无阻地经过纵向槽222和缓冲构件224向井下行进。此外，由于扭矩键402回缩到狭槽404中，铣刀204可在无需铣透扭矩键402的情况下行进。因此，扭矩键402可由更坚固的材料(诸如不锈钢，合金钢或任何高强度材料)制成。
现在参照图5A-图5C，示出了根据本公开的一个或多个附加实施方案的另一示例性造斜器组件500的视图。更具体地，图5A描绘了在伸出配置中的造斜器组件500的剖面侧视图，图5B描绘了在伸出配置中的造斜器组件500的剖面端视图，并且图5C描绘了在回缩配置中的造斜器组件500的剖面侧视图。造斜器组件500在某些方面可与图4的造斜器组件400类似，并且因此可参照造斜器组件400最清楚地理解造斜器组件500，其中相同的数字表示(不再详细描述的)相同的元件或部件。与图4的造斜器组件400类似，例如，如以上大致描述的，造斜器组件500可包括造斜器202、铣刀204(包括前导铣刀206)、用于将前导铣刀206紧固至造斜器202的保险螺栓208、用于将保险螺栓208紧固至前导铣刀206的留挂螺栓216、刀片234以及紧固至每个刀片234的多个刀头236。
此外，与图4A-图4C的扭矩键402类似，造斜器组件500还可包括用来有助于在扭矩的作用下使联接到造斜器202的前导铣刀206稳固的扭矩键502。可将扭矩键502可移动地布置在限定在前导铣刀206中的狭槽404内，并且所述扭矩键502以其他方式在第一或伸出位置(如图5A和图5B中所示)到第二或回缩位置(如图5C中所示)之间是可移动的。在伸出位置中，扭矩键502可部分地定位在狭槽404和限定在造斜器202的倾斜表面223中的纵向槽222二者之内。此外，在伸出位置中，扭矩键502可阻止前导铣刀206(或一般铣刀204)围绕中心轴线232旋转。更具体地，并且如在图5B中最清楚地看到，当将扭转载荷施加到前导铣刀206时，扭矩键502通过狭槽侧壁410承担扭转载荷并将扭转载荷传递至槽侧壁412。将扭转载荷传递至槽侧壁412可有效地将扭转载荷传递至造斜器202以用于旋转。将扭矩键502嵌入到前导铣刀206中允许一将扭转载荷施加到前导铣刀206，就运行扭矩键502，从而使保险螺栓208上的扭转载荷最小化。
楔形支撑件504可定位在纵向槽222内并从造斜器板226朝向纵向槽222的轴向端壁228轴向延伸。在至少一个实施方案中，一个或多个缓冲构件224可布置在楔形支撑件504与轴向端壁228之间。然而，在其他实施方案中，在不脱离本公开的范围的情况下，可从造斜器组件500中省略掉缓冲构件224。
如图所示，楔形支撑件504可提供或以其他方式限定转变成造斜器202的倾斜表面223的楔形成角表面506。如以下更详细描述的，在将扭矩键502移动至回缩位置中，楔形成角表面506可滑动地接合扭矩键502的对应的键成角表面508。然而，如图5A和图5B所示，当扭矩键502在伸出位置时，键成角表面508可与楔形成角表面506接触。
造斜器组件500还可包括被配置来将扭矩键502紧固在回缩位置的一个或多个的卡爪510(示出了一个)。更具体地，卡爪510可为弹簧加载的并且被配置成当扭矩键502移动回回缩配置时接纳在限定于扭矩键502中的对应的卡爪孔512(示出了一个)内。如图所示，卡爪510可设置在前导铣刀206上并且以其他方式能够在定位扭矩键502的对应的卡爪孔512时从所述前导铣刀206轴向延伸。
继续参照图5A-图5C并再次参照图1，现在提供造斜器组件500的示例性操作。造斜器组件500可与图1的造斜器组件130相似或相同，并且因此可能够下入到井筒122中并紧固在其中，以有助于促进在套管124中形成套管出口132。当向井下运送造斜器组件500并将其锁入锚定组件134中时，造斜器组件500可在伸出配置中，其中扭矩键502在伸出位置中并且扭矩键502的键成角表面508与楔形支撑件504的楔形成角表面506接触。在锁入造斜器组件500时或者当旋转造斜器组件500以绕过井筒122(图1)的紧凑部分时，生成的任何扭转载荷可由扭矩键502通过扭矩键502与狭槽和槽侧壁410、412之间的接触来承担。扭矩键502将扭转载荷传递至造斜器202以用于其预期的旋转。因此，造斜器组件500可在不剪断或以其他方式损害保险螺栓208的结构完整性的情况下允许将更大的扭矩从前导铣刀206传递至造斜器202。
一旦将造斜器组件500适当地锁入锚定组件134中，重量就可从表面位置下压到造斜器组件500上，这向前导铣刀206提供轴向载荷并且将预定的轴向载荷传递至保险螺栓208。如图5C中所示，当承担预定的轴向载荷时，保险螺栓208就可剪断或以其他方式出故障，并且由此使得铣刀204从与造斜器202的接合中脱离。
在保险螺栓208切断并且重量仍从表面位置施加在前导铣刀206上的情况下，前导铣刀206可相对于造斜器202在向井下的方向上(即，朝着图5A中的右边)移动。当前导铣刀206在向井下的方向上移动时，扭矩键502的键成角表面508可滑动地接合楔形支撑件504的楔形成角表面506，并且从而将扭矩键502垂直移动或推动到狭槽404中并且以其他方式移动至扭矩键502的回缩位置。在回缩位置中，弹簧加载的卡爪510可定位对应的卡爪孔512以将扭矩键502紧固在回缩位置中。
在铣刀204与造斜器202脱离的情况下，铣刀204(包括前导铣刀206)可随后在向井上的方向上拉回较短距离、围绕中心轴线232旋转并且同时在向井下的方向上前进。随着铣刀204在向井下的方向上前进，它们滑上造斜器202的倾斜表面223，直至接合并铣削套管124的内壁以形成套管出口132。在扭矩键502在回缩位置中并且以其他方式回缩到狭槽404中的情况下，铣刀204可畅通无阻地经过纵向槽222向井下行进。此外，由于扭矩键502回缩到狭槽404中，铣刀204可在无需铣透扭矩键502的情况下行进。因此，扭矩键502可由更坚固的材料(诸如不锈钢，合金钢或任何高强度材料)制成。
本文所公开的实施方案包括：
A.一种造斜器组件，其包括：造斜器，所述造斜器提供倾斜表面和限定在倾斜表面中的纵向槽；前导铣刀，所述前导铣刀利用保险螺栓联接到造斜器并提供一个或多个刀片；以及轴承支撑件，所述轴承支撑件布置在纵向槽内并且提供限定了狭槽的相对侧壁，所述狭槽被构造来接纳一个或多个刀片中的一个刀片并且从而阻止前导铣刀相对于造斜器旋转。
B.一种井系统，其包括：锚定组件，所述锚定组件布置在井筒内；造斜器组件，所述造斜器组件可在井筒内延伸以紧固至锚定组件，所述造斜器组件包括造斜器和前导铣刀，所述造斜器提供倾斜表面和限定在倾斜表面中的纵向槽，所述前导铣刀利用保险螺栓联接到造斜器并提供一个或多个刀片；以及轴承支撑件，所述轴承支撑件布置在纵向槽内并且提供限定了狭槽的相对侧壁，所述狭槽被构造来接纳一个或多个刀片中的一个刀片并且从而阻止前导铣刀相对于造斜器旋转。
C.一种方法，其包括：使造斜器组件延伸到井筒中，所述造斜器组件包括造斜器和前导铣刀，所述造斜器提供倾斜表面和限定在倾斜表面中的纵向槽，所述前导铣刀利用保险螺栓联接到造斜器并且提供一个或多个刀片；向造斜器组件施加扭转载荷；利用轴承支撑件来承担扭转载荷，所述轴承支撑件布置在纵向槽内并且提供限定了狭槽的相对侧壁，所述狭槽被构造来接纳一个或多个刀片中的一个刀片；以及阻止前导铣刀随轴承支撑件一起相对于造斜器旋转。
实施方案A、B和C中的每一个可以任意组合具有以下另外要素中的一个或多个：要素1：其中所述轴承支撑件包含选自由以下各项组成的组的材料：铝、青铜、铸钢、软钢、高速切削钢、玻璃纤维、它们的任何衍生物以及它们的任意组合。要素2：其中相对侧壁向上延伸出纵向槽并转变成相对的侧延伸部，所述侧延伸部搁置在倾斜表面上并且在远离狭槽的相反方向上延伸。要素3：还包括一个或多个缓冲构件，所述缓冲构件布置在纵向槽内并且使轴承支撑件偏置以抵靠纵向槽的轴向端壁；以及造斜器板，所述造斜器板布置在纵向槽中并且支撑一个或多个缓冲构件以使其与所述轴承支撑件接合。要素4：其中一个或多个缓冲构件由橡胶或弹性体制成。要素5：还包括狭槽缓冲物，所述狭槽缓冲物布置在狭槽内以垂直支撑一个或多个刀片中的一个刀片。要素6：其中狭槽缓冲物由橡胶或弹性体制成。
要素7：其中轴承支撑件包含选自由以下各项组成的组的材料：铝、青铜、铸钢、软钢、高速切削钢、玻璃纤维、它们的任何衍生物以及它们的任意组合。要素8：其中相对侧壁向上延伸出纵向槽并转变成相对的侧延伸部，所述侧延伸部搁置在倾斜表面上并且在远离狭槽的相反方向上延伸。要素9：还包括一个或多个缓冲构件，所述缓冲构件布置在纵向槽内并且使轴承支撑件偏置以抵靠纵向槽的轴向端壁；以及造斜器板，所述造斜器板布置在纵向槽中并且支撑一个或多个缓冲构件以使其与所述轴承支撑件接合。要素10：其中一个或多个缓冲构件由橡胶或弹性体制成。要素11：还包括狭槽缓冲物，所述狭槽缓冲物布置在狭槽内以垂直支撑一个或多个刀片中的一个刀片。
要素12：其中向造斜器组件施加扭转载荷包括使造斜器组件旋转以锁入布置在井筒中的锚定组件中。要素13：其中向造斜器组件施加扭转载荷包括使造斜器组件旋转以绕过井筒的一部分。要素14：其中，利用轴承支撑件来承担扭转载荷包括使一个或多个刀片中的一个刀片接合在相对侧壁中的至少一个上，并且将扭转载荷从轴承支撑件传递至造斜器。要素15：还包括将造斜器组件锁入布置在井筒中的锚定组件中；向前导铣刀提供轴向载荷并且当承担预定的轴向载荷时剪断保险螺栓；迫使轴承支撑件脱离与纵向槽的轴向端壁的接合并且抵靠布置在纵向槽内的一个或多个缓冲构件；移除前导铣刀上的轴向载荷；以及利用一个或多个缓冲构件往回推动轴承支撑件以抵靠纵向槽的轴向端壁。要素16：其中相对侧壁向上延伸出纵向槽并转变成相对的侧延伸部，所述侧延伸部搁置在倾斜表面上并且在远离狭槽的相反方向上延伸，所述方法还包括：使前导铣刀围绕中心轴线旋转；使前导铣刀在井筒内前进并且从而滑上造斜器的倾斜表面；以及当前导铣刀前进到倾斜表面上时利用前导铣刀铣削轴承支撑件的至少一部分，其中轴承支撑件的侧延伸部包含选自由以下各项组成的组的材料：铝、青铜、铸钢、软钢、高速切削钢、玻璃纤维、它们的任何衍生物以及它们的任意组合。要素17：其中将狭槽缓冲物布置在狭槽内，所述方法还包括利用狭槽缓冲物来垂直支撑一个或多个刀片中的一个刀片。
因此，所公开的系统和方法较好地适合于获得所提到的目标和优势以及本发明固有的那些目标和优势。以上公开的具体实施方案只是说明性的，因为本公开的教导内容可以对受益于本文教导内容的本领域技术人员显而易见的不同但等效的方式来修改和实践。此外，无意限制本文所示的构造或设计的细节，除非所附权利要求书中另有所述。因此明显的是以上公开的特定例示性实施方案可被改变、结合、或修改，并且所有的此类变化被认为在本公开的范围内。本文说明性公开的系统和方法可以在缺少本文未特定公开的任何要素和/或本文所公开的任何任选要素的情况下得以适当实践。虽然组合物和方法在“包括”、“含有”或“包括”各种组分或步骤方面来描述，但是组合物和方法还可“基本上由各种组分和步骤组成”或“由各种组分和步骤组成”。上文所公开的所有数字和范围可变化某一量。所有公开的具有下限和上限的数字范围，均明确公开落在所述范围内的任何数字和任何包括的范围。具体地说，本文公开的值的每个范围(形式为“约a至约b”，或等效地“大致a至b”，或等效地“大致a-b”)应理解为阐述涵盖在值的较宽范围内的每个数字和范围。另外，除非专利权人另外明确并清楚地定义，否则权利要求书中的术语具有其平常、普通的含义。此外，如权利要求书中所用的不定冠词“一个/种(a/an)”在本文中定义为意指引入的一个或一个以上的要素。如果本说明书和可以引用方式并入本文的一个或多个专利或其他文件中存在词语或术语用法的任何矛盾，那么应采用与本说明书一致的定义。
如本文所使用的，在一系列项目之前的短语“至少一个”，以及用于分开这些项目中的任何一个的术语“和”或“或”修改列表作为整体，而不是所述列表中的每一个成员(即每个项目)。短语“至少一个”允许意指包括项目中的任一个的至少一个，和/或项目的任何组合的至少一个，和/或项目中的每一个的至少一个。以举例的方式，短语“A、B和C中的至少一个”或“A、B或C中的至少一个”各自指只有A、只有B、或只有C；A、B和C的任何组合；和/或A、B和C中的每一个的至少一个。
Claims (20)
1.一种造斜器组件，其包括：
造斜器，所述造斜器提供倾斜表面和限定在所述倾斜表面中的纵向槽；
前导铣刀，所述前导铣刀利用保险螺栓联接到所述造斜器并且提供一个或多个刀片；以及
轴承支撑件，所述轴承支撑件布置在所述纵向槽内并且提供限定狭槽的相对侧壁，所述狭槽被构造来接纳所述一个或多个刀片中的一个刀片并且从而阻止所述前导铣刀相对于所述造斜器旋转。
2.如权利要求1所述的造斜器组件，其中所述轴承支撑件包含选自由以下各项组成的组的材料：铝、青铜、铸钢、软钢、高速切削钢、玻璃纤维、它们的任何衍生物以及它们的任意组合。
3.如权利要求1所述的造斜器组件，其中所述相对侧壁向上延伸出所述纵向槽并转变成相对的侧延伸部，所述侧延伸部搁置在所述倾斜表面上并且在远离所述狭槽的相反方向上延伸。
4.如权利要求1所述的造斜器组件，其还包括：
一个或多个缓冲构件，所述一个或多个缓冲构件布置在所述纵向槽内并且使所述轴承支撑件偏置以抵靠所述纵向槽的轴向端壁；以及
造斜器板，所述造斜器板布置在所述纵向槽中并且支撑所述一个或多个缓冲构件以使其与所述轴承支撑件接合。
5.如权利要求5所述的造斜器组件，其中所述一个或多个缓冲构件由橡胶或弹性体制成。
6.如权利要求1所述的造斜器组件，其还包括狭槽缓冲物，所述狭槽缓冲物布置在所述狭槽内以垂直支撑所述一个或多个刀片中的所述一个刀片。
7.如权利要求6所述的造斜器组件，其中所述狭槽缓冲物由橡胶或弹性体制成。
8.一种井系统，其包括∶
锚定组件，所述锚定组件布置在井筒内；
造斜器组件，所述造斜器组件能在所述井筒内延伸以紧固至所述锚定组件，所述造斜器组件包括造斜器和前导铣刀，所述造斜器提供倾斜表面和限定在所述倾斜表面中的纵向槽，所述前导铣刀利用保险螺栓联接到所述造斜器并提供一个或多个刀片；以及
轴承支撑件，所述轴承支撑件布置在所述纵向槽内并且提供限定狭槽的相对侧壁，所述狭槽被构造来接纳所述一个或多个刀片中的一个刀片并且从而阻止所述前导铣刀相对于所述造斜器旋转。
9.如权利要求8所述的井系统，其中所述轴承支撑件包含选自由以下各项组成的组的材料：铝、青铜、铸钢、软钢、高速切削钢、玻璃纤维、它们的任何衍生物以及它们的任意组合。
10.如权利要求8所述的井系统，其中所述相对侧壁向上延伸出所述纵向槽并转变成相对的侧延伸部，所述侧延伸部搁置在所述倾斜表面上并且在远离所述狭槽的相反方向上延伸。
11.如权利要求8所述的井系统，其还包括：
一个或多个缓冲构件，所述一个或多个缓冲构件布置在所述纵向槽内并且使所述轴承支撑件偏置以抵靠所述纵向槽的轴向端壁；以及
造斜器板，所述造斜器板布置在所述纵向槽中并且支撑所述一个或多个缓冲构件以使其与所述轴承支撑件接合。
12.如权利要求11所述的井系统，其中所述一个或多个缓冲构件由橡胶或弹性体制成。
13.如权利要求8所述的井系统，其还包括狭槽缓冲物，所述狭槽缓冲物布置在所述狭槽内以垂直支撑所述一个或多个刀片中的所述一个刀片。
14.一种方法，其包括：
使造斜器组件延伸到井筒中，所述造斜器组件包括造斜器和前导铣刀，所述造斜器提供倾斜表面和限定在所述倾斜表面中的纵向槽，所述前导铣刀利用保险螺栓联接到所述造斜器并且提供一个或多个刀片；
向所述造斜器组件施加扭转载荷；
利用轴承支撑件来承担所述扭转载荷，所述轴承支撑件布置在所述纵向槽内并且提供限定狭槽的相对侧壁，所述狭槽被构造来接纳所述一个或多个刀片中的一个刀片；以及
阻止所述前导铣刀随所述轴承支撑件一起相对于所述造斜器旋转。
15.如权利要求14所述的方法，其中向所述造斜器组件施加所述扭转载荷包括使所述造斜器组件旋转以锁入布置在所述井筒中的锚定组件中。
16.如权利要求14所述的方法，其中向所述造斜器组件施加所述扭转载荷包括使所述造斜器组件旋转以绕过所述井筒的一部分。
17.如权利要求14所述的方法，其中利用所述轴承支撑件来承担所述扭转载荷包括：
使所述一个或多个刀片中的所述一个刀片接合在所述相对侧壁中的至少一个上；以及
将所述扭转载荷从所述轴承支撑件传递至所述造斜器。
18.如权利要求14所述的方法，其还包括：
将所述造斜器组件锁入布置在所述井筒中的锚定组件中；
向所述前导铣刀提供轴向载荷，并且当承担预定的轴向载荷时剪断所述保险螺栓；
迫使所述轴承支撑件脱离与所述纵向槽的轴向端壁的接合并且抵靠布置在所述纵向槽内的一个或多个缓冲构件；
移除所述前导铣刀上的所述轴向载荷；以及
利用所述一个或多个缓冲构件往回推动所述轴承支撑件以抵靠所述纵向槽的所述轴向端壁。
19.如权利要求18所述的方法，其中所述相对侧壁向上延伸出所述纵向槽并转变成相对的侧延伸部，所述侧延伸部搁置在所述倾斜表面上并且在远离所述狭槽的相反方向上延伸，所述方法还包括：
使所述前导铣刀围绕中心轴线旋转；
使所述前导铣刀在所述井筒内前进并且从而滑上所述造斜器的所述倾斜表面；以及
当所述前导铣刀前进到所述倾斜表面上时利用所述前导铣刀铣削所述轴承支撑件的至少一部分，其中所述轴承支撑件的所述侧延伸部包含选自由以下各项组成的组的材料：铝、青铜、铸钢、软钢、高速切削钢、玻璃纤维、它们的任何衍生物以及它们的任意组合。
20.如权利要求14所述的方法，其中狭槽缓冲物布置在所述狭槽内，所述方法还包括利用所述狭槽缓冲物来垂直支撑所述一个或多个刀片中的所述一个刀片。
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