CN108603396A - 阶段式管下扩眼器刀翼 - Google Patents

Abstract

一种刀翼包括具有阶段式切削轮廓的面向地层的表面，并且一个或多个稳定器座垫可位于扩眼部分之间。较短的稳定器座垫或没有稳定器座垫可位于刀翼的保径处。位于刀翼上的并由井下切削设备使用以移动所述刀翼的花键可以与所述面向地层的表面相交。所述花键可以形成延伸部，所述延伸部增加所述面向地层的表面的宽度。所述延伸部可以位于稳定器座垫处以扩展所述稳定器座垫，使得所述延伸部旋转地引导或跟随所述刀翼的切削结构。当所述刀翼扩展时，稳定器座垫可以处于井筒的先导直径处，而一些切削元件可以在所述井筒的所述先导直径的径向以外，并且其他的在径向以内。

Description

阶段式管下扩眼器刀翼

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年1月28日提交的美国专利申请号62/288,214的权益和优先权，该申请的全文通过引用明确地并入本文。

背景技术

在石油和天然气井的钻井中，随着钻井进行到增加的深度，同心套管柱被安装在井筒中并进行固井。每个新的套管柱可以从地面延伸，或者可以包括悬挂在先前安装的套管柱上的衬里。新的套管柱可以位于先前安装的套管柱内，从而限制了可用于固井操作的环形区域。此外，随着使用直径依次减小的套管柱，减少了用于生产石油和天然气的流动面积。为了增加用于固井操作的环形空间，并且为了增加生产流动面积，可能需要在井筒的先前下套管的部分的末端下方扩大井筒。通过扩大井筒，为随后安装和固井比以其他方式可能更大的套管柱提供了更大的环形区域。因此，通过在井筒的先前下套管的部分下方扩大井筒，可以在增加的深度处使用相对较大直径的套管，从而为生产石油和天然气提供更多的流动面积。

已经设计了各种方法用于使钻井组件穿过井筒的现有的下套管的部分并且扩大套管下方的井筒。一种这样的方法是使用具有两种基本操作状态的管下扩眼器。第一状态是闭合、缩回或收缩状态，其中该工具的直径足够小以允许该工具穿过井筒的现有的下套管的部分。第二状态是打开、活动或扩展状态，其中臂或刀翼(cutter block)从工具的主体延伸。在该第二状态中，当工具在井筒中旋转并轴向降低及移动时，管下扩眼器扩大井筒直径。

发明内容

根据本公开的一些实施方案，切削设备包括刀臂，该刀臂具有邻近刀臂的扩眼部分的第一稳定器部分和第二稳定器部分。第一稳定器部分与第一扩眼部分相邻，且第二稳定器部分在第一扩眼部分和第二扩眼部分之间。刀臂的保径部分邻近第二扩眼部分定位，并且要么不具有稳定器部分，要么具有比第一稳定器部分、第二稳定器部分或两者都更短的第三稳定器部分。切削元件位于刀臂的第一扩眼部分和第二扩眼部分中。

根据本公开的另外的实施方案，井下组件可以包括钻头和钻头的井口方向侧的切削工具。切削工具可具有可扩展的刀臂。可扩展的刀臂可包括稳定器部分，当可扩展的刀臂处于扩展位置时该稳定器部分的径向位置与钻头的保径大致相同。

在另外的实施方案中，用于井下工具的刀臂包括主体，该主体限定面向地层的表面、引导(leading)侧表面和跟随(trailing)侧表面。切削元件联接到该面向地层的表面。引导侧表面上的花键(spline)或跟随侧表面上的花键与面向地层的表面相交并形成面向地层的表面的横向延伸部。

在另一个示例性实施方案中，一种用于扩大井筒直径的方法包括在管下扩眼器处于缩回位置时将管下扩眼器下钻到井筒中。刀翼被扩展以将管下扩眼器转换到扩展位置，并且扩展所述刀翼包括扩展包括一个或多个特征的刀翼。示例性特征包括在稳定器座垫处的花键延伸部，该花键延伸部旋转地引导或跟随刀翼的切削结构；稳定器座垫，当刀翼扩展时，其径向位置大约等于井筒的先导(pilot)尺寸；切削结构，当刀翼扩展时，其径向位置小于井筒的先导尺寸；或者由稳定器座垫分隔开的多阶段扩眼部分，所述刀翼的保径不包括稳定器座垫或者包括具有小于另一个稳定器座垫的长度的长度的稳定器座垫。通过在井筒内轴向和旋转地移动管下扩眼器，井筒周围的地层也会被剥蚀。

提供本发明内容是为了介绍将在以下详细说明中进一步描述的所选概念。本发明内容既不意在识别所要求保护主题的关键或必要特征，也不意在用来帮助限制所要求保护主题的范围。

附图说明

图1是钻井操作的示意图；

图2-1和图2-2是根据本文公开的实施方案的管下扩眼器的局部剖视图；

图3-1是根据本文公开的实施方案的用于管下扩眼器的刀翼的透视图；

图3-2是图3-1的刀翼的侧视图；

图3-3是图3-1的刀翼的俯视图；

图4是根据本文公开的实施方案的另一个刀翼的侧视图；

图5是根据本文公开的实施方案的具有引导切削元件和跟随切削元件的刀翼的一部分的截面侧视图；

图6至图8是根据本文公开的实施方案的切削元件的侧剖视图；

图9-1是根据本文公开的实施方案的脊切削元件的透视图；

图9-2是图9-1的脊切削元件的侧视图；

图10是根据本文公开的实施方案的另一个脊切削元件的透视图；

图11-1至图11-3是根据本文公开的实施方案的不同后倾角下的切削元件的侧视图；

图12是根据本文公开的实施方案的具有撞击角的切削元件的侧视图；

图13-1至图14-3是根据本文公开的实施方案的具有不同侧倾角的切削元件的各种视图。

具体实施方式

在一些方面，本文公开的实施方案总体上涉及用在钻具组件上的切削结构。更具体地，本文公开的一些实施方案涉及用于管下扩眼器或用以扩大井筒的其他工具的切削结构。

根据本公开的一些方面，提供了一种井下切削设备，诸如管下扩眼器，其可以包括刀翼。刀翼可具有管下扩眼部分或边缘，反向扩眼部分或边缘，或两者。在一个或多个实施方案中，井下切削设备可以是可扩展的工具，并且刀翼可以在缩回位置、部分扩展位置和完全扩展位置的任何组合之间径向移动。在一个或多个其他实施方案中，井下切削设备可以是不可扩展的井下切削工具。例如，在一个或多个实施方案中，井下切削设备可以是具有固定刀翼的开眼器。

现在参考图1，示出了用于钻探地层的系统的一个示例。钻井系统100包括钻机101，该钻机用于转动延伸到井筒103中的钻具组件102。钻具组件102包括钻柱104和附接到钻柱104的远侧或井下方向侧端部部分的底部钻具组合(“BHA”)105。钻柱104的远侧端部部分是离钻机101最远的部分。

钻柱104包括通过工具接头104-2端对端连接的许多节钻杆104-1。钻柱104可用于将BHA105插入或下钻到井筒103中。钻柱104可以传输钻井液(例如，通过延伸穿过中空管状构件的孔腔)，从钻机101向BHA 105传递旋转动力，向BHA 105传递重力(例如，使用钻柱104的重力)，在井筒内轴向移动BHA 105，或者前述的组合。在一些实施方案中，钻柱104或BHA105中的一个或多个还包括附加部件，诸如接头、短节、阀门、致动组件等。

图1中的BHA 105包括钻头106。BHA 105还可包括附接在钻柱104和钻头106之间的附加部件。附加BHA组件的示例包括钻铤、稳定器、随钻测量(MWD)工具、随钻测井(LWD)工具、接头、扩孔装置(例如，开眼器和扩眼器)、震击器、推进器、井下马达、传感器和旋转导向系统。

参见图2-1和图2-2，可以在本公开的实施方案中使用的可扩展工具(通常称为管下扩眼器210)在图2-1中以收缩位置示出，且在图2-2中以扩展位置示出。管下扩眼器210可包括大致圆柱形的管状工具主体211，其具有沿着管下扩眼器210的纵向轴线213完全或部分延伸穿过其中的流动孔腔212。如图所示，工具主体211可包括上连接部分214和下连接部分215，以用于将管下扩眼器210联接到钻柱、BHA或其他井下组件。此外，如图所示，一个或多个凹槽216可以形成在工具主体211中，并且可选地大致在工具主体211的轴向中心处。该一个或多个凹槽216可以围绕工具主体211的圆周方位角地间隔开，并且在不同实施方案中可以轴向对齐或不对齐。该一个或多个凹槽216可以适应管下扩眼器210的一个或多个部件的在工具主体211内并且可能在凹槽216内轴向移动的轴向移动，该一个或多个部件包括一个或多个可移动工具臂，诸如刀翼220。在一些实施方案中，刀翼220可以是不可枢转的，但是在其他实施方案中，可移动的工具臂或刀翼可以枢转。每个凹槽216可以完全或部分地存储处于收缩或缩回位置的一个或多个刀翼220。

图2-2示出了管下扩眼器210，其中刀翼220处于扩展位置(例如，最大或完全扩展位置)、从工具主体211径向向外延伸。一旦管下扩眼器210位于井筒中，刀翼220中的一个或多个可以可扩展到一个或多个径向位置。因此，管下扩眼器210可以具有至少两个操作位置——包括至少一个如图2-1所示的收缩或缩回位置，以及如图2-2所示的扩展位置。在其他实施方案中，井下扩眼器210可具有其中刀翼220处于完全缩回状态和完全扩展状态之间的多个操作位置(例如，处于部分扩展状态)。在一些实施方案中，可以在地面处或使用井下驱动系统来调节可包括螺纹套管的弹簧保持器218，以限制刀翼220的全直径扩展。当管下扩眼器210收缩时，该弹簧保持器218可以压缩偏置弹簧219，并且弹簧保持器218的位置可以确定刀翼220的扩展量。弹簧保持器218可以通过扳手槽217中的扳手(未示出)调节，扳手可以在螺纹221处相对于工具主体211轴向地向下或向上旋转弹簧保持器218。

在图2-2所示的扩展位置，刀翼220可用于管下扩井筒、反向扩井筒、稳定井筒内的井下或钻井组件，或前述的组合。所执行的操作可取决于包括一个或多个座垫222和其他表面在内的刀翼220的构造。在一些实施方案中，刀翼220可具有如本文进一步讨论的构造。由于流动孔腔212和井筒环形空间223之间的钻井液的压差，管下扩眼器210内的液压力可使刀翼220径向向外扩展(并且可选地轴向向上移动)到图2-2中所示的位置。

在一个或多个实施方案中，座垫222上的可选的切削深度限制器224可由聚晶金刚石、碳化钨、碳化钛、立方氮化硼、其他超硬材料或前述的一些组合形成。切削深度限制器224可包括具有切削能力的镶齿(insert)，诸如备用切削元件或切削齿、具有比主切削元件更少暴露量的孕镶金刚石的镶齿、金刚石增强型镶齿、碳化钨镶齿、半圆顶镶齿或可有也可没有指定的切削能力的其他镶齿。可选地，切削深度限制器224可以在扩眼期间不主要接合地层；然而，在主切削元件磨损之后，切削深度限制器224可以接合地层以保护主切削元件免于由于磨损的主切削元件而增加负载。在一个或多个实施方案中，切削深度限制器224可以定位在刀翼220的肩部上的主切削元件的上方或井口方向侧。距主切削元件的轴向和/或径向距离可以选择为使得切削深度限制器224可以在其他切削元件发生磨损之前与地层保持很大程度上不接合，或者切削深度限制器224可以在切削元件磨损之前最初接合地层。通过为刀翼220提供增加的结构完整性，切削深度限制器224可以帮助维持期望的井筒直径。

钻井液可以沿着路径225流动，通过下部保持器227中的端口226，沿着路径228流入活塞腔室229。流动孔腔212中的液体与围绕管下扩眼器210的井筒环形空间223中的液体之间的压差可以使活塞230从图2-1中所示的位置轴向向上移动到图2-2中所示的位置。当管下扩眼器210的刀翼220扩展时，少量液体可以流过活塞腔室229并通过喷嘴231流到井筒环形空间223。当活塞230在凹槽216中轴向向上移动时，活塞230接合驱动环232，从而使驱动环232轴向向上移动抵靠刀翼220。当刀翼220在工具主体211中或上的通道或花键233中或沿着所述通道或花键233行进时，驱动环232将使刀翼220在凹槽216中轴向向上移动并径向向外移动。在扩展位置中，沿着路径225、228继续流动并且通过喷嘴231流出到井筒环形空间223中。喷嘴231可以是驱动环232的一部分，并且因此可以与刀翼220一起轴向移动。因此，当液体沿着流动路径236离开进入井筒环形空间223时，这些喷嘴231可以定位成为表面234上的切削元件235提供连续的清洁和冷却。在其他实施方案中，喷嘴231可以省略或者可以不与刀翼220一起行进。

管下扩眼器210可以设计成在井筒内保持大致同心。特别地，在一些实施方案中，管下扩眼器210可包括三个可扩展的刀翼220，其在工具主体211上的相同轴向位置处沿周向间隔开。在一些实施方案中，周向间隔可以是大约120°。三块式设计可以提供在井筒中保持居中的全尺寸管下扩眼器210。本文公开的实施方案不限于具有三个可扩展的刀翼220的工具实施方案。例如，在一个或多个实施方案中，管下扩眼器210可包括间隔开的刀翼的不同构造(例如，轴向、周向或同时轴向和周向间隔)或其他类型的臂，例如，一个臂、两个臂、四个臂、五个臂、或多于五个臂的设计。因此，在一些实施方案中，刀翼或其他臂的周向间隔可以与本文所述的120°间隔不同。例如，在其他实施方案中，周向间隔可以是90°、60°，或者刀翼220可以以不相等的增量周向间隔开。此外，在一些实施方案中，刀翼220中的一个或多个可以从一个或多个其他刀翼220轴向偏移。因此，本文公开的切削结构设计可以与任何数量的切削结构和工具一起使用。

图3-1至图3-3示出了根据本文描述的实施方案的刀翼320的各种视图。如图所示，刀翼320可包括具有纵向轴线338的主体337。刀翼320还可包括井下方向侧端部部分339和井口方向侧端部部分340。在一些实施方案中，井下方向侧端部部分339可用于向下扩眼或管下扩眼操作，并且井口方向侧端部部分340可用于向上扩眼或反向扩眼操作。

刀翼320的主体337可以进一步包括或限定面向地层的表面341，该表面被布置成邻接、接合或被定位成抵靠或朝向井筒内的地层。刀翼320可以在井筒中旋转，并且主体337可以限定面向旋转方向的引导侧表面342和背对旋转方向的跟随侧表面343。面向地层的表面341通常可以在引导侧表面342和跟随侧表面343之间横向延伸并且在纵向轴线338的方向上纵向延伸。底部表面344也可以在引导侧表面342和跟随侧表面343之间横向延伸并且在纵向轴线338的方向上纵向延伸，但是可以背对地层。可选地，底部表面344可以是平面的。在其他实施方案中，底部表面344可以是弯曲的、具有弧度、具有一些波状，或者前述的一些组合。

在一些实施方案中，一个或多个花键或通道(统称为花键345)可以形成在引导侧表面342上、跟随侧表面343上或两者上，并且用于选择性地扩展或缩回刀翼320。例如，花键345可以接合扩眼器主体的对应花键(例如，图2-1中的花键233)，当刀翼320在径向扩展位置和径向缩回位置之间轴向/纵向移动时，这可以导引该刀翼。

在一个或多个实施方案中，主体337可以由金属材料、基质材料、其他材料或前述的组合形成。例如，主体337可以由钢、碳化钨、碳化钛或本领域已知的任何其他材料形成或包括这些材料。刀翼320可以被配置成联接到井下工具(例如，图2-1和图2-2中所示的管下扩眼器230)。在一个或多个实施方案中，当刀翼320联接到井下工具并位于井筒内时，刀翼320的井下方向侧端部部分339可以比刀翼320的井口方向侧端部部分340位于井下方向侧的更下方(或者更远离井筒的地面)。在一个或多个实施方案中，刀翼320可具有在主体337的面向地层的表面341上、中的或以其他方式联接到该面向地层的表面341的多个切削元件335。在一些实施方案中，一个或多个切削元件335可以在主体337的引导侧表面342的引导边缘346上、中或以其他方式联接到该引导边缘346。在一个或多个实施方案中，切削元件335可以由碳化钨、聚晶金刚石、立方氮化硼、其他材料或前述的任何组合形成。在一些实施方案中，切削元件、保径保护元件、切削深度限制器或其他部件可以焊接、钎焊、粘结、粘附、压配合或以其他方式联接到主体337(例如，钎焊在形成于主体337中的相应槽腔内)。在另外的示例中，切削元件、保径保护元件、切削深度限制器或其他部件可以通过与主体337一体地形成、通过浸渗技术或以其他方式联接到该主体。

如图所示，连接到主体337的切削元件335(例如，在井下方向侧部分339内，在井口方向侧部分340内或两者内)可以布置成一行或多行。在所示的示例性实施方案中，例如，单行切削元件335被示出为沿着引导面342在刀翼320的井下方向侧部分339和井口方向侧部分340两者中延伸。在一些实施方案中，该行可以沿着该行的整个长度、沿着井下方向侧部分339、沿着井口方向侧部分340或者前述的任何组合是连续的。在图3-1至图3-3中，例如，该行切削元件335沿着井口方向侧部分340的长度是连续的。然而，该行可以沿着刀翼320的井下方向侧部分339中断。特别地，所示实施方案示出了多个管下扩眼部分347-1、347-2、347-3(统称为管下扩眼部分347)和一个或多个稳定器座垫322-1、322-2(统称为稳定器座垫322)。具体地，在该示例性实施方案中，稳定器座垫322-1定位于管下扩眼部分347-1和347-2之间，而稳定器座垫322-2位于管下扩眼部分347-2和347-3之间。

在一些实施方案中，并且如图3-2中清楚地所示，稳定器座垫322-1、322-2可以处于不同的径向位置、具有相同或不同的宽度(例如，横向位于引导侧表面342和跟随侧表面343之间)、不同或相同的轴向长度，或前述的组合。管下扩眼部分347可以成角度或波状以具有不同的径向位置，以过渡到不同的稳定器座垫322、刀翼320的保径半径、刀翼320的井口方向侧或井下方向侧端部表面、或者上述的组合、从上述部位过渡或在上述部位之间过渡。结果可以是阶段式切削结构，其中一个或多个稳定器座垫322中断连续或以其他方式弯曲/波状的轮廓。例如，刀翼320在第一稳定器座垫322-1处的高度348-1可小于刀翼320在第二稳定器座垫322-2处的高度348-2，其可小于刀翼320的全高或量高348-3。在一些实施方案中，刀翼320的高度从刀翼320的井下方向侧端部增加到第一高度348-1(例如，通过第一管下扩眼部分347-1)。刀翼320的高度可以从第一稳定器座垫322-1再次增加到第二稳定器座垫322-2(例如，通过第二管下扩眼部分347-2)。刀翼320的高度的又一个增加可以发生于从第二稳定器座垫322-2到井下方向侧端部部分339的井口方向侧端部(例如，通过第三管下扩眼部分347-3，并且在图3-2中从右到左)。刀翼320的高度然后可以从井口方向侧端部部分340的井下方向侧端部通过井口方向侧端部部分340朝向井口方向侧端部部分340的井口方向侧端部减小(例如，在图3-2中从右到左)。

可选地，刀翼320上可包括一个或多个附加或其他稳定器座垫。例如，附加的稳定器座垫可以位于第一管下扩眼器部分347-1的井下方向侧。在一些实施方案中，这种稳定器座垫可以具有类似于稳定器座垫322-1、322-2的相对恒定的径向位置，但是在其他实施方案中，第一扩眼部分347-1的井下方向侧的稳定器座垫可以是倾斜的(例如，成角度的向内和向下)。在一些实施方案中，稳定器座垫可以位于刀翼320的保径部分处(例如，在井下方向侧端部部分339和井口方向侧端部部分340之间的过渡处)。在至少一些实施方案中，刀翼320的保径部分处的稳定器座垫的长度可小于稳定器座垫322-1、稳定器座垫322-2、刀翼320上的其他稳定器座垫或者前述的任何组合的长度。在又一其他实施方案中，刀翼320的保径部分内的稳定器座垫的长度可等于或长于稳定器座垫322-1、稳定器座垫322-2、刀翼320上的其他稳定器座垫或者前述的任何组合的长度。在又一其他实施方案中，附加的或其他稳定器座垫可位于井口方向侧端部部分340内、在其他位置中或在其他位置处。

根据本公开的一些实施方案，刀翼320可以用在可扩展工具中，诸如管下扩眼器或其他井下工具。在至少一个实施方案中，可扩展工具可以在刀翼320(或多个刀翼320)在处于缩回状态时被下钻到井筒中。在缩回状态下，刀翼320的面对地层的表面341可以径向地位于可扩展工具的主体内，或者在可扩展工具的主体的稍微径向外侧。例如，面对表面341的径向位置可以小于或大约等于井筒的先导直径(例如，用于形成井筒的钻头的先导直径)。在到达井筒内的期望位置时，可以启动可扩展工具并且可以完全或部分地扩展刀翼320，并且可以旋转井下工具以切削或以其他方式剥蚀井筒周围的地层或其他工件。在至少一些实施方案中，刀翼320可具有阶段式结构。在扩展状态下，面向地层的表面341可以扩展超过井筒的先导直径。

根据一些实施方案，面向地层的表面341的至少一部分可以在井筒的先导直径内或大约等于井筒的先导直径。例如，当刀翼320扩展时，管下扩眼部分347-1可以被配置成保持在井筒的先导直径内。因此，管下扩眼部分347-1上的切削元件335、350可以不被布置、设计或以其他方式配置为用于使井筒扩展超过先导直径。然而，这种切削元件335、350可用于清洁先导井筒内的不整齐性(例如，由于膨胀或移位)。这样的操作可以减少引导切削元件335上的不均匀负载、增加井筒质量和一致性、改善可扩展工具的稳定性、有助于其他因素、或前述的任何组合。在一些实施方案中，当刀翼320扩展(例如，完全扩展)时，第一稳定器座垫322-1可被配置为处于井筒的先导直径处。因此，在包括钻头和可扩展工具的BHA中，稳定器座垫322-1(或可选地另一个稳定器座垫)可具有与钻头的保径大致相同的径向位置。

切削元件335被示出为可选地沿着刀翼320的引导侧表面342定向，并且大致平行于纵向轴线338；然而，在其他实施方案中，切削元件335可以以其他方式配置。例如，切削元件335可以整体或部分地以跨越刀翼320的宽度的成角度的行、以螺旋图案、以其他方式或前述的组合定向。在一些实施方案中，切削元件335可以是引导切削元件，并且附加切削元件335可以是横向地位于较靠近跟随侧表面343的一行或多行或位置中的跟随切削元件335。跟随切削元件335可以是与切削元件335相同的类型(例如，剪切或平面切削元件)，或者它们可以是不同的。

在图3-1至图3-3中，例如，不同类型的切削元件350可以可旋转地定位在引导切削元件335后面并用作跟随或备用切削元件。在所示实施方案中，切削元件350被示为圆锥形切削元件，其旋转地跟随切削元件335。当然，在其他实施方案中，切削元件350可以是其他非平面切削元件，或甚至可以是如本文所述的平面切削元件。

如图3-3中的虚线所示，跟随切削元件350中的至少一些可以定位在与引导切削元件335相同的轴向位置处，以从而用作备用切削元件。例如，每个引导切削元件335可选地包括相应的备用、跟随切削元件350。然而，在其他实施方案中，全部、一些或没有引导切削元件335可以具有相应的备用切削元件350。例如，跟随切削元件350可以从引导切削元件335轴向偏移(例如，在切削元件335之间的间隙内)。在另外其他实施方案中，刀翼可以包括一些跟随切削元件350，该跟随切削元件作为引导切削元件335和从任何引导切削元件335轴向偏移的其他跟随切削元件350的备用。

跟随切削元件350可以以任何合适的方式布置在刀翼320上，并且在一些实施方案中，定位在刀翼320的面向地层的表面341中的一行或多行中。跟随切削元件350的任何行可以大致平行于引导切削元件335的行，尽管在其他实施方案中，跟随切削元件350的行可以不与引导切削元件335平行。例如，在图3-1至图3-3中跟随切削元件中的一个或多个可以相对于刀翼的纵向轴线338、相对于一行引导切削元件335或两者成角度351定向。在一些实施方案中，角度351可以在具有下限、上限、或同时具有下限和上限两者的范围内，该下限和上限包括5°、10°、20°、30°、40°、45°、50°、60°、75°、90°或其间的角度中的任何一个。例如，角度351可以在25°和65°之间或在40°和50°之间。在其他实施方案中，角度351可小于5°。此外，尽管图3-3示出了随着行在井口方向上延伸(即，在图3-3中所示的方向上向上和向左)，跟随切削元件350的行接近跟随侧表面343，但是跟随切削元件350的行也可以在其他方向上以角度延伸(例如，当行沿井下方向延伸时朝向跟随侧表面343)。在另外其他实施方案中，切削元件350可以不成行布置。

刀翼320的面向地层的表面341可以具有恒定或可变的宽度(即，引导侧表面341和跟随侧表面342之间的距离)。在其他实施方案中，诸如图3-1至图3-3中所示的，面向地层的表面341(以及因此的刀翼320)的宽度可以变化。例如，如本文所讨论的，刀翼320可包括用于在工具内扩展和缩回刀翼320的一个或多个花键345。花键345可以相对于刀翼320的纵向轴线338以角度352延伸。在一些实施方案中，角度352可以具有下限、上限、或下限和上限，该下限和上限包括5°、15°、20°、25°、30°、35°、45°、55°、65°、75°、90°或其间的角度中的任何一个。例如，角度352可以在10°和45°之间或在20°和30°之间。在其他实施方案中，角度352可小于5°。

花键345可以延伸刀翼的全部或部分高度。在至少一些实施方案中，花键345可以邻近稳定器座垫322终止。当这样的花键345也延伸到稳定器座垫322的径向位置处或其附近时，花键322可以与面向地层的表面341相交。在这样的实施方案中，花键345可以在稳定器座垫322上形成延伸部353。延伸部353可以横向延伸并且可以在处于引导侧表面342处或附近时旋转地引导切削元件335、350，或者可以在处于跟随侧表面343处或附近时旋转地延循切削元件335、350。在一些实施方案中，到引导切削元件335的稳定器座垫322的延伸部353可以减少切削元件335挖入井筒壁侧面的量，从而用作水平切削深度限制器并提高稳定性。在相同或其他实施方案中，延伸部353可以增加与刀翼320相接触的井筒壁的百分比，而不会相应地改变刀翼320的公称宽度(并且不改变用于与工具主体中的花键配合的开口)，这可以进一步提高工具的稳定性。

本公开的稳定器座垫322可选地包括一个或多个保径保护元件354。保径保护元件354可以被布置、设计或以其他方式配置成限制或甚至防止主体337和面向地层的表面341在稳定器座垫322上的磨损。例如，当刀翼320用于切削或剥蚀井筒中的地层时，地层可以接触保径保护元件354。保径保护元件354可由聚晶金刚石、碳化钨、碳化钛、立方氮化硼、其他超硬材料或前述的某一组合形成。在一些实施方案中，保径保护元件354具有比主体337的材料(例如钢)更高的耐磨性。保径保护元件354可包括金刚石增强型镶齿、孕镶金刚石的镶齿、碳化钨镶齿、半圆顶镶齿、具有切削能力的镶齿、其他镶齿或元件、耐磨堆焊或前述的组合。例如，保径保护元件354可包括碳化钨镶齿。

保径保护元件354可以以任何合适的布置或图案布置。例如在图3-3中，保径保护元件354布置成波状的轴向偏移的行。所述行可具有相同或不同的长度、相同或不同数量的保径保护元件、保径保护元件354之间的相等或不相等的间距、行之间没有轴向重叠或较大的轴向重叠、或前述的组合。在一些实施方案中，保径保护元件354可以用其他耐磨元件(例如，耐磨堆焊)替换、以其他图案对齐、或者具有任何其他合适的特征。

刀翼、刀臂或工具的其他元件可以以任何数量的方式布置、设计或以其他方式配置。例如，切削元件的类型、切削元件的布置、切削元件的材料等可以从一种设计改变为另一种设计、在单个设计或工具内变化、或者以其他方式变化。在一些实施方案中，一个或多个刀翼、刀臂或其他元件可以与一个或多个其他刀翼、刀臂或其他元件不同(或者每个可以是不同的)。例如，用于井下工具的每个刀翼320可以具有以下各项的不同的布置：切削元件335、350(例如，切削元件的不同位置或数量，以允许多个刀翼总体上形成具有合适的轴向重叠、径向重叠等的连续切削轮廓)；稳定器座垫(例如，宽度、轴向位置、保径保护元件布局等)；扩眼部分(例如，扩眼部分的数量、位置、轮廓或类型)；其他特性或前述的组合。

图4和图5示出了在本公开的一些实施方案中可选地采用的切削元件的一些示例性布置。例如在图4中，切削工具(显示为刀臂或刀翼420)可包括以任何合适的方式布置的多个切削元件435。在该特定实施方案中，例如，引导切削元件435和跟随切削元件450布置成沿着刀翼420的一部分(例如，管下扩眼部分或反向扩眼部分)的长度轴向延伸。在至少一些实施方案中，切削元件435中的一个或多个可具有非零暴露量(exposure)。暴露量指的是切削元件435的尖端与刀翼的相应表面之间的距离，并且通常可以限定相应切削元件435的切削深度。可以类似地为跟随切削元件450限定暴露量。在一些实施方案中，刀翼420的对应表面可以是顶部或面向地层的表面441，但是刀翼420的其他部分可以根据切削元件435、450的位置限定暴露量。正暴露量指的是相应的刀翼表面上方的切削元件435、450，而负暴露量指的是凹陷在相应的刀翼表面内的切削元件435、450。

每个切削元件435、450可以具有相同的暴露量，或者每个切削元件435、450可以没有暴露量。在其他实施方案中，可以改变暴露量，使得一个或多个切削元件435、450具有与一个或多个其他切削元件435、450不同的暴露量。例如在图4中，刀翼420的侧视图示出了在引导侧表面442上的引导切削元件435，以及在面向地层的表面441上的跟随切削元件450。在至少一些实施方案中，引导切削元件435中的一个或多个引导切削元件的暴露量455由从切削元件435的每个切削尖端向内延伸的线所示出。暴露量455可以是可变的。例如在所示的实施方案中，引导切削元件435的暴露量455可以不同于相邻的引导切削元件435的暴露量455，或不同于每个其他引导切削元件435的暴露量455。在一些实施方案中，每个引导切削元件435可以具有不同的暴露量455，而在其他实施方案中，两个或更多个引导切削元件435可以具有相同的暴露量455。

可选地，引导切削元件435的暴露量455可逐渐改变。例如在图4中，引导切削元件435被示为位于井下方向侧端部部分439(例如，管下扩眼部分)上，该井下方向侧端部部分的径向高度朝向井口方向侧端部部分440(例如，反向扩眼部分、稳定器座垫或保径部分)增加。最靠近井口方向侧端部部分440的引导切削元件435可以比远离井口方向侧端部部分440的引导切削元件435具有更大的径向位置和更少的暴露量455，该远离井口方向侧端部部分的引导切削元件可以具有更小的径向位置。例如，最靠近井口方向侧端部部分440的引导切削元件435的暴露量455可以小于任何其他引导切削元件435的暴露量455，距离井口方向侧端部部分440最远的引导切削元件435的暴露量455可以大于任何其他引导切削元件435的暴露量455，或者可以应用前述的组合。

可选地，当从井口方向侧端部部分440轴向远离移动时，暴露量455可以逐渐增加。在这样的实施方案中，引导切削元件435的暴露量455可以大于轴向更靠近井口方向侧端部部分440的相邻引导切削元件435的暴露量455。在其他实施方案中，当从井口方向侧端部部分440轴向远离移动时，暴露量455可以逐渐或以其他方式减少。在另外其他实施方案中，相邻的引导切削元件435可以具有相同的暴露量。可选地，具有较高切削深度(和移除较大体积的材料)的引导切削元件435可以具有较高的暴露量455，并且具有较低切削深度和较少移除体积的引导切削元件435可以具有较低的切削深度。例如，较靠近井口方向侧端部部分440并且在较大径向位置处的引导切削元件435可以具有较低的切削深度和较少的移除体积，而较远离井口方向侧端部部分440并且在较小的径向位置处的引导切削元件435可以有较大的切削深度和较大的移除体积。在至少一些实施方案中，通过减少这种引导切削元件435的暴露量455，可以保护较靠近井口方向侧端部部分440或在较大径向位置处的引导切削元件435免受由高横向振动引起的增加的冲击损坏。在较大径向位置处的减少的暴露量455、暴露量455的逐渐变化或其组合可以允许沿刀翼420的主体分布振动。在一些实施方案中，可变的暴露量还可以减少粘滑倾向、回旋倾向或两者，其可能由侧向切削元件由于横向振动而产生突然的高切削深度而导致，这可能导致偏心枢轴点。

在一些实施方案中，刀翼420的切削元件435、450可具有多个暴露量梯度或变化。例如，刀翼420可具有多层或多阶段扩眼部分(例如，扩眼部分347-1、347-2、347-3和井口方向侧端部部分340)。这些扩眼部分中的一个或多个可具有梯度。例如，井口方向侧端部部分340可以具有暴露量梯度，第二扩眼部347-2可以开始或具有不同的暴露量梯度，第三扩眼部347-2可以具有另一个暴露量梯度，当包括多个切削元件325或切削元件350或者前述的组合时第一扩眼部347-1也可以具有另一个暴露量梯度。每个暴露量梯度可以在图3-2所示的视图中从左到右或从右到左逐渐变化。每个暴露量梯度可以在相同方向上变化，或者一个或多个梯度可以在不同方向上。例如，井口方向侧端部部分340中的扩眼部分可以从右到左增加暴露量，而扩眼部347-1、347-2、347-3中的暴露量梯度可以从左到右增加。

每个引导切削元件435暴露的量在不同实施方案中可以是不同的，并且可以基于许多因素，包括引导切削元件435的类型或形状、刀翼420的类型和形状、地层或由刀翼420切削的其他材料的类型、在井下操作中期望的振动量、期望的钻速、其他因素或前述的组合。例如，在一些实施方案中，每个引导切削元件435的暴露量455(并且在具有可变的暴露量455的实施方案中可能在不同的引导切削元件435之间)可以在具有包括以下各项中的任一个的下限、上限或者同时具有下限和上限的范围内：0.000英寸(0.0毫米)、0.005英寸(0.1毫米)、0.01英寸(0.3毫米)、0.025英寸(0.6毫米)、0.05英寸(1.3毫米)、0.075英寸(1.9毫米)、0.1英寸(2.5毫米)、0.125英寸(3.2毫米)、0.15英寸(3.8毫米)、0.175英寸(4.4毫米)、0.2英寸(5.1毫米)、0.225英寸(5.7毫米)、0.25英寸(6.4毫米)、0.275英寸(7.0毫米)、0.3英寸(7.6毫米)、0.4英寸(10.2毫米)、0.5英寸(12.7毫米)或其中间的值。例如，井下方向侧端部部分439的引导切削元件435的暴露量455可以在0.000英寸(0.0毫米)和0.4英寸(10.2毫米)之间、在0.005英寸(0.1毫米)和0.25英寸(6.4毫米)之间、或在0.005英寸(0.1毫米)和0.2英寸(5.1毫米)之间。在其他实施方案中，暴露量455可以是负的或可以大于0.5英寸(12.7毫米)。

改变引导切削元件435的暴露量455可以用在其中井下方向侧端部部分439是管下扩眼部分或反向扩眼部分的情况。可变的暴露量455因此可以存在于管下扩眼部分、反向扩眼部分或者同时存在于管下扩眼部分和反向扩眼部分两者上。另外，跟随切削元件450可具有恒定的暴露量455或可变的暴露量455。例如，跟随切削元件450可以与引导导削元件435具有相同的暴露量455梯度或变化。在一些实施方案中，跟随切削元件450处于位于引导切削元件435正后面的备用位置，或处于另一跟随位置(例如，当从引导切削元件435轴向偏移时，位于刀翼420上的第二刀片上等)。

图5是示例性刀翼520的一部分的横截面图，该刀翼具有引导切削元件535和跟随切削元件550。如图所示，引导切削元件535可以是具有平面的剪切元件，而跟随切削元件550可以是圆锥形或其他非平面切削元件。在其他实施方案中，引导切削元件和跟随切削元件535二者均可以是剪切或平面切削元件，或者两者都可以是圆锥形或非平面切削元件。

跟随切削元件550可以具有与对应的引导切削元件535相同的暴露量。然而，在其他实施方案中，引导切削元件和跟随切削元件535可以具有相对于面向地层的表面541所不同的暴露量。例如，在图5中，跟随切削元件550被示为具有大于引导切削元件535的暴露量555-1的暴露量555-2。在其他实施方案中，暴露量555-1可以大于暴露量555-2。在一些实施方案中，引导切削元件535、跟随切削元件550或两者都可相对于面向地层的表面541的相邻部分具有负暴露量或没有暴露量。

刀翼520可具有多个引导切削元件535，多个跟随切削元件550或前述的组合。引导切削元件535、跟随切削元件550或两者都可具有如本文所述的可变的暴露量。在一些实施方案中，例如，引导切削元件535和跟随切削元件550可具有可变的暴露量。在其他实施方案中，引导切削元件535可具有可变的暴露量，而跟随切削元件550每个具有相同的暴露量(即，固定或恒定的暴露量)。在另外其他实施方案中，引导切削元件535中的每一个可以具有相同的、固定的或恒定的暴露量，而跟随切削元件550具有可变的暴露量。在另外其他实施方案中，一个或多个引导切削元件535可以具有与其他引导切削元件535不同的暴露量，所述其他引导切削元件具有彼此相同的暴露量。类似地，一个或多个跟随切削元件550可以具有与其他跟随切削元件550不同的暴露量，所述其他跟随切削元件具有彼此相同的暴露量。

除非另有说明，否则本文所用的术语“切削元件”一般指的是任何类型的切削元件。切削元件可以具有各种构造，并且在一些实施方案中可以具有平面切削面(例如，类似于图5的切削元件535)。“非平面切削元件”将指的是具有非平面切削表面或端部的切削元件，诸如大致尖锐的切削端(“尖切削元件”)或具有齿顶或脊切削区域的大致圆锥形切削元件(“脊切削元件”)，例如具有终止于顶端的切削端，其可包括具有圆锥形切削端的切削元件(由图5的切削元件550或图6的切削元件635示出)、子弹头形切削元件(如图7所示)，或具有脊(例如，齿顶或顶端)的大致圆锥形切削元件，该脊例如延伸跨越切削元件的整个或部分直径(如图9-1所示)。

如本文所用，术语“圆锥形切削元件”指的是具有大致圆锥形切削端660(包括直锥体或斜锥体)的切削元件，即，圆锥形侧壁661终止于圆形顶端662，如图6的切削元件635所示。与终止于尖点顶端的几何锥体不同，本公开的一些实施方案的圆锥形切削元件具有顶端662，在圆锥形侧壁661与顶端662之间具有曲率。此外，在一个或多个实施方案中，可以使用子弹头形切削元件735。术语“子弹头形切削元件”指的是这样的切削元件，其具有终止于圆形顶端762的大致凸形的侧表面763，而不是大致圆锥形的侧表面。在一个或多个实施方案中，顶端762具有比凸形的侧表面763小得多的曲率半径。圆锥形切削元件和子弹头形切削元件都是“尖切削元件”，其尖端可以是突变的/尖锐的或圆形的。本公开的非平面切削元件还旨在可以包括其他形状，包括例如尖切削元件可以具有终止于圆形或顶端的凹形侧表面，如图8的切削元件835所示。

术语“脊切削元件”指的是这样的切削元件，其具有在基底(例如，图9-1的圆柱形基底964)上方延伸一高度的切削齿顶(例如，脊或顶端)，以及横向延伸远离齿顶的至少一个凹陷区域。脊切削元件935的实施方案在图9-1和图9-2中示出，其中切削元件顶部表面965具有抛物柱面形状并且联接到基底964。也可以使用脊切削元件的变型，并且例如，虽然凹陷区域可以被示为基本上平坦的，但是凹陷区域可以替代地是凸形的或凹形的。虽然齿顶被示为沿其长度基本上线性地延伸，但它也可以是形或凹形并且可以包括一个或多个峰和/或谷，包括一个或多个凹陷或凸形区域(例如，脊中的凹陷)，或者可以具有沿着小于切削元件的整个宽度延伸的齿顶。在一些实施方案中，脊切削元件可具有顶部表面，该顶部表面在两个切削刃部分之间具有减小的高度，从而形成基本上为鞍形或双曲抛物面(例如，图10的切削元件1035的顶部表面1065)。

可以使用诸如“侧倾角”和“后倾角”之类的术语来指示管下扩眼器上的平面切削元件(或剪切切削元件)的定向。而非平面切削元件可以以与平面切削元件相类似的方式被描述为具有后倾角和侧倾角，非平面切削元件可以不具有切削面或者可以不同地定向(例如，从面向地层的表面而不是朝向引导边缘)，并且因此非平面切削元件的定向应该有不同的定义。当考虑非平面切削元件的定向时，除了切削元件主体的垂直或横向定向之外，切削端的非平面几何形状也影响非平面切削元件撞击地层的方式和角度。具体地，除了后倾角影响非平面切削元件与地层的相互作用的侵蚀性之外，切削端几何形状(具体地，顶角和曲率半径)也可以极大地影响非平面切削元件撞击地层的侵蚀性。在尖切削元件的情况下，如图11-1至图11-3(统称为图11)中所示，后倾角被定义为在尖切削元件1135的轴线(具体地，尖切削端的轴线)与正交于地层或其他被切削材料的线之间形成的角度1166。如图11-2所示，在尖切削元件1135具有零度后倾角的情况下，尖切削元件1135的轴线基本垂直于或正交于地层材料。如图11-3所示，具有负后倾角1166的尖切削元件1135具有以与从地层材料测量的小于90°的角度1167接合地层材料的轴线。类似地，如图11-1中所示的具有正后倾角1166的尖切削元件1135具有以当从地层材料测量时大于90°的角1167接合地层材料的轴线。在一些实施方案中，尖切削元件的后倾角1166可以是零度，或者在一些实施方案中可以是负的。在一些实施方案中，尖切削元件1135的后倾角可以在-20°和20°、-10°和10°、0°和10°、或-5°和5°之间。

除了轴线相对于地层的定向之外，尖的或其他非平面切削元件的侵蚀性还可以取决于顶角，或者具体地，取决于地层与非平面切削元件的引导部分之间的角度。由于非平面切削元件的切削端形状，所以不存在在平面/剪切切削元件中所发现的引导边缘；然而，非平面切削表面的引导线可被确定为当附接的主体(例如，管下扩眼器刀翼的主体)围绕工具轴线旋转时非平面切削元件在沿着非平面切削端面的每个轴向点处的第一点。换句话说，可以沿着工具旋转方向上的平面截取非平面切削元件的横截面，如图12所示。在这种平面中的尖切削元件1235的引导线1268可以与地层相关地考虑。尖切削元件1235的撞击角被定义为在尖切削元件1235的引导线1268与被切削的地层(或其他工件)之间形成的角度1269。角度1269可受切削元件1235的几何形状、后倾角1266或其他因素的影响。

对于聚晶金刚石复合片切削元件(例如，剪切切削齿)，侧倾角通常被定义为井下工具的切削面和径向平面(x-z平面)之间的角度。非平面切削元件不具有平面切削面，且因此尖切削元件的定向应该有不同的定义。在非平面切削元件的情况下，诸如图13-1至图14-3中所示的尖切削元件1335，侧倾角被定义为在切削元件1335的轴线(具体地，在所示实施方案中为圆锥形切削端的轴线)与垂直于工具或刀翼中心线的线之间形成的角度1370。可以以其他方式定义侧倾角。例如，侧倾角可以被定义为在切削元件1335的轴线和在切削元件的位置处垂直于刀翼轮廓的切线的线之间形成的角度。在图13-1至图14-3中，z轴可表示垂直于工具中心线的线或垂直于刀翼轮廓的切线的线。

如图13-2和图14-2所示，在尖切削元件1335具有零度侧倾角的情况下，尖切削元件1335的轴线基本平行于z轴。如图13-1和图14-1所示，具有负侧倾角1370的尖切削元件1335的轴线指向远离工具中心线的方向。相反地，如图13-3和图14-3中所示，具有正侧倾角1370的尖切削元件1335的轴线指向工具中心线的方向。在一些实施方案中，尖切削元件1335的侧倾角可以在-30°和30°之间、在-10°和10°之间、或在-5°和5°之间。此外，在本公开的实施方案中，非平面切削元件的侧倾角1370可以从这些或其他范围中选择。在一些实施方案中，引导切削元件和跟随切削元件可具有相同或不同的侧倾角和/或后倾角。例如，引导切削元件可以具有15°和20°之间的正后倾角，而跟随或备用切削元件可以具有7°和15°之间的正后倾角。在一些实施方案中，相对于刀翼轮廓的侧倾角1370可以在-5°和5°之间。

应当理解，虽然本文关于所描绘的实施方案描述了元件，但是每个元件可以与其他实施方案的其他元件组合。例如，图3-1至图3-3中的任何一个或每个平面切削元件335都可以用非平面切削元件替换，或者图3-1至图3-3中的任何一个或每个圆锥形切削元件350可以用平面切削元件或其他非平面切削元件替换。

尽管已经参考井筒扩大作业主要描述了管下扩眼器和刀翼的实施方案，但是本文描述的装置可以用于除钻井或井筒的扩大之外的应用中。在其他实施方案中，根据本公开的管下扩眼器和刀翼可以在井筒或用于勘探或生产自然资源的其他井下环境之外使用。例如，本公开的工具和组件可以用在用于放置公用事业管线的井筒中、医疗过程中(例如，用于清除动脉内的阻塞)、制造业中(例如，扩大部件内的孔腔的直径)或其他行业中(例如水上、汽车等)。因此，术语“井筒”、“钻孔”等不应被解释为将本公开的工具、系统、组件或方法限制于任何特定的工业、领域或环境。

冠词“一个”，“一种”和“该/所述”旨在表示在前面的描述中存在一个或多个元素。术语“包含”、“包括”和“具有”意图是包括性的，并且表示除所列元素之外，可能还有另外的元素。另外，应理解，对本公开的“一个实施方案”或“实施方案”的参考不应解释为排除也涵盖所列举特征的另外实施方案的存在。如本公开的实施方案所涵盖的本领域普通技术人员所理解的，本文规定的数字、百分比、比率或其他值旨在包括该值，以及“大约”或“近似”该规定值的其他值。因此，规定值应该被足够广义地解释为包含至少足够接近规定值来执行所期望的功能或实现所期望的结果的值。规定值至少包括在合适的制造或生产过程中预期的变化，并且可包括在规定值的5％以内、1％以内、0.1％以内或0.01％以内的值。在一系列值包括各种下限或上限的情况下，任何两个值可以定义范围的界限，或者任何单个值可以定义上限(例如，高达50％)或下限(至少50％)。

本领域普通技术人员鉴于本公开应该认识到，等效结构不脱离本公开的精神和范围，并且在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以对本文公开的实施方案进行各种改变、替换和变更。包括功能“装置加功能”条款的等效构造旨在覆盖本文描述为执行所述功能的结构，包括以相同方式操作的结构性等效物，以及提供相同功能的等效结构。申请人的明确意图是不为任何权利要求援引装置加功能或其他功能性权利要求，除非“用于……的装置”一词与相关功能一起出现。落入权利要求的含义和范围内的对实施方案的每个增加、删除和修改都包含在权利要求中。

如本文所用的术语“近似”、“大约”和“基本上”表示仍然执行所期望的功能或实现所期望的结果的接近规定量的量。例如，术语“近似”、“大约”和“基本上”可以指在规定量的小于5％以内、小于1％以内、小于0.1％以内和小于0.01％以内的量。此外，应该理解，前面描述中的任何方向或参考系仅仅是相对方向或移动。例如，对“向上”和“向下”或“在......上方”或“在......下方”的任何引用仅仅描述相关元素的相对位置或移动。应该理解，“近侧”、“远侧”、“井口方向侧”和“井下方向侧”是相对方向。如本文所用的，“近侧”和“井口方向侧”应理解为指朝向地面、钻机、操作员等的方向。“远侧”和“井下方向侧”应理解为指远离地面、钻机、操作员等的方向。当在本文中使用词语“可以”时，这样的术语应该被解释为意味着在一些实施方案中存在所识别的特征、功能、特性等，但是在其他实施方案中不存在。当用于识别某些部件或特征时，诸如“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等数字的术语用于区分类似的部件(或类似引用的部件)，并且不用于将任何部件限制到特定的实施方案或数字引用。例如，基于权利要求中的上下文，权利要求中被称为“第一”部件的部件可以指的是或包括说明书中的“第一”、“第二”、“第三”、“第四”或其他部件。

本公开在不脱离其精神或特性的情况下可以以其他特定形式体现。所描述的实施方案应被认为是说明性的而不是限制性的。本公开的范围因此是由所附权利要求书而不是由前述描述来指示的。在权利要求的等效物的含义和范围内的变化都将被包含在所述权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种切削设备，其包括：

刀臂，所述刀臂至少具有：

邻近所述刀臂的第一扩眼部分的第一稳定器部分；

在所述刀臂的所述第一扩眼部分和第二扩眼部分之间的第二稳定器部分；以及

邻近所述第二扩眼部分的保径部分，所述保径部分不包括稳定器部分或包括具有小于所述第一稳定器部分或所述第二稳定器部分中的至少一个的长度的稳定器部分；以及

多个切削元件，所述多个切削元件在所述刀臂的所述第一扩眼部分和第二扩眼部分中。

2.如权利要求1所述的切削设备，所述保径部分的所述稳定器部分具有小于所述第一稳定器部分和第二稳定器部分中的每一个的长度的长度。

3.如权利要求1或权利要求2所述的切削设备，所述多个切削元件包括引导平面切削元件。

4.如任一项前述权利要求所述的切削设备，所述多个切削元件包括跟随非平面切削元件。

5.如任一项前述权利要求所述的切削设备，所述多个切削元件包括多个引导切削元件和多个跟随切削元件。

6.如权利要求5所述的切削设备，所述多个引导切削元件、所述多个跟随切削元件或两者以至少一行延伸，所述至少一行大致平行于所述刀臂的纵向轴线。

7.如权利要求5所述的切削设备，所述多个引导切削元件、所述多个跟随切削元件或两者以一行延伸，所述一行相对于所述刀臂的纵向轴线成25°和65°之间的角度。

8.如任一项前述权利要求所述的切削设备，其还包括以下中的至少一个：

第三扩眼部分，所述第二稳定器部分位于所述刀臂的所述第二扩眼部分和第三扩眼部分之间；或者

第四扩眼部分，所述第一稳定器部分位于所述刀臂的所述第一扩眼部分和所述第四扩眼部分之间。

9.如权利要求8所述的切削设备，所述第一扩眼部分、第二扩眼部分和第四扩眼部分是管下扩眼部分，并且所述第三扩眼部分是反向扩眼部分。

10.如任一项前述权利要求所述的切削设备，所述多个切削元件具有暴露量梯度。

11.如任一项前述权利要求所述的切削设备，所述多个切削元件具有至少两个暴露量梯度。

12.一种井下组件，其包括：

钻头；以及

所述钻头的井口方向侧的切削工具，所述切削工具具有一个或多个可扩展的刀臂，所述一个或多个可扩展的刀臂包括至少一个稳定器部分，当所述一个或多个可扩展的刀臂处于扩展位置时所述至少一个稳定器部分的径向位置与所述钻头的保径大致相同。

13.如权利要求12所述的井下组件，所述一个或多个可扩展的刀臂包括多个刀臂，所述多个刀臂中的至少一个相对于所述多个刀臂中的彼此具有不同构造的切削元件、稳定器座垫或两者。

14.如权利要求12或权利要求13所述的井下组件，所述切削工具包括：

第一扩眼部分，所述第一扩眼部分包括一个或多个切削元件，当所述一个或多个刀臂处于所述扩展位置时，所述第一扩眼部分的所述一个或多个切削元件的径向位置小于所述钻头的所述保径；以及

第二扩眼部分，所述第二扩眼部分包括一个或多个切削元件，当所述一个或多个刀臂处于所述扩展位置时，所述第二扩眼部分的所述一个或多个切削元件的径向位置大于所述钻头的所述保径。

15.如权利要求12至14中任一项所述的井下组件，所述至少一个稳定器部分包括第一稳定器部分和第二稳定器部分，当所述一个或多个可扩展的刀臂处于所述扩展位置时，所述第一稳定器部分的径向位置与所述钻头的所述保径大致相同，并且当所述一个或多个可扩展的刀臂处于所述扩展位置时，所述第二稳定器部分的径向位置大于所述钻头的所述保径。

16.一种用于井下工具的刀臂，其包括：

主体，所述主体至少限定面向地层的表面以及引导侧表面和跟随侧表面；

多个切削元件，所述多个切削元件联接至所述面向地层的表面；以及

在所述引导侧表面、所述跟随侧表面或两者上的一个或多个花键，所述一个或多个花键与所述面向地层的表面相交，以形成所述面向地层的表面的横向延伸部。

17.如权利要求16所述的刀臂，所述横向延伸部旋转地引导所述多个切削元件。

18.如权利要求16或权利要求17所述的刀臂，所述横向延伸部旋转地跟随所述多个切削元件。

19.如权利要求16至18中任一项所述的刀臂，所述面向地层的表面包括至少一个稳定器座垫，所述横向延伸部与所述至少一个稳定器座垫对齐，以横向延伸所述至少一个稳定器座垫。

20.一种用于扩大井筒的直径的方法，其包括：

在管下扩眼器处于缩回位置时将所述管下扩眼器下钻到井筒中；

扩展多个刀翼以将所述管下扩眼器转换到扩展位置，所述多个刀翼包括第一刀翼，所述第一刀翼包括以下中的至少一个：

在稳定器座垫处的花键延伸部，所述花键延伸部旋转地引导或跟随所述第一刀翼的切削结构；

稳定器座垫，当所述第一刀翼扩展时，所述稳定器座垫的径向位置大约等于所述井筒的先导尺寸；

切削结构，当所述第一刀翼扩展时，所述切削结构的径向位置小于所述井筒的所述先导尺寸；或

由稳定器座垫分隔开的多阶段扩眼部分，所述第一刀翼的保径不包括稳定器座垫或包括具有小于一个或多个其他稳定器座垫的长度的长度的稳定器座垫；以及

通过在所述井筒内轴向和旋转地移动所述管下扩眼器来剥蚀所述井筒周围的地层。