CN1965145A - 用于钻探孔的扩大和稳固的工具 - Google Patents

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Abstract

用于钻探孔的扩大和稳固的工具,其包括:一管形主体(1),其具有一轴向空腔(2)且在周向上具有一设有一朝外的开口的座腔;一刀件(4),其安置在上述的每个座腔中,所述刀件包括至少两个可在一回缩位置和一扩张位置之间移动的切割臂(5、6);一驱动部件(15),其相对于上述刀件轴向错开地安置在所述管状主体的内部;以及传动部件,其能够传递所述驱动部件的运动给所述铰接的切割臂,在所述每个刀件的切割臂的扩张位置,所述切割臂与所述工具的管形主体之间形成一对外部而言闭合的空间(14)。

Description

用于钻探孔的扩大和稳固的工具
技术领域
[01]本发明有关于一钻探孔的扩大和稳固的工具,其包括:
[02]一管状主体,其安装在一钻杆的第一截面和第二截面之间,该管状主体具有一轴向空腔,且周向地具有座腔,该座腔配设有一朝外的开口,
[03]一刀件,其安置在上述的每个座腔中,所述刀件包括至少两个切割臂,并且所述切割臂相互铰接并铰接在所述管形主体上,可在一回缩位置和一扩张位置之间移动,在所述回缩位置,所述切割臂位于其座腔内,在所述扩张位置,所述切割臂向外部展开,
[04]一驱动部件,其相对于上述刀件轴向错开地安置在所述管状主体的内部,并且,所述驱动部件可在两终端位置之间移动,以及
[05]传动部件,其能够把所述驱动部件的运动传递给所述每个刀件的铰接的切割臂,
[06]在所述的驱动部件的第一终端位置,所述每个刀件的切割臂处在其回缩位置,且在第二终端位置,所述切割臂处在其扩张位置。
背景技术
[07]长久以来就已知这样的工具(例如参见UA-A-2.169.502和US-A-6.070.677)。
[08]铰接臂形状的刀件的实施提供了优点,能够预设大直径的钻探孔的扩大。但是,例如在上述的现有技术中,切割臂较多地凸出于管形主体,具有其铰接件和其座腔快速阻塞的危险,该危险可阻止所述工具的良好运作。另一方面,在其较多地错开于所述工具主体之外的位置,根据现有技术的所述工具的切割臂的铰接件承受在所述工具旋转期间由要钻削的地层(formationàéroder)的抵抗力产生巨大的力,所述工具在旋转期间逐渐轴向深入地层,这引起铰接件快速的损毁。
[09]另外需要考虑,为了抵抗应力,所述铰接臂应当设计为大质量的并且因此相对笨重。在其回缩位置,所述铰接臂应当不阻碍地完全允许所述工具的管形主体内的钻探泥浆的流动,这复杂了驱动部件与切割臂之间的传动。
发明内容
[10]因此,本发明的目的着眼于一扩大和稳固的工具,其或者强度很大,提供优于市场上可使用的现有工具的扩大的可能性,并且避免前述阻塞的问题。
[11]为了解决这些问题,根据本发明,设置一用于一钻探孔的扩大和稳固的工具,如开始所指出的,该工具中,在所述每个刀件的切割臂的扩张位置,所述切割臂在其与所述工具的管形主体之间形成对外部而言闭合的空间。因此,由钻探孔和/或扩张造成的屑末不能渗入切割臂铰接件的下方。同样在扩张位置,所述座腔不会被阻塞。根据一优选的实施方式,根据本发明的所述工具具有一直径比值,其为由处于扩张位置的所述切割臂扩大的一钻探孔的直径和处于所述切割臂回缩位置的所述工具的外直径之比,该比值大于或等于1.3,优选为1.5。
[12]根据本发明一有利的实施方式,所述切割臂在其回缩位置和扩张位置之间具有一中间位置,在超过所述中间位置处,当考察朝所述扩张位置的移动时,要钻削的地层作用在所述切割臂上的力通过所述传动部件转化为所述驱动部件上的一拉力,该拉力在上述其第二终端位置方向上。尽管所述切割臂阻止屑末侵入到位于所述切割臂下方的空间内,所述切割臂之间形成一足够小的角,为的是由所述要钻削的地层给予的用于扩大的作用于所述切割臂上的反作用力的方向与由发动机给予的作用在所述切割臂上的用于将所述切割臂带到扩张位置的力的方向一致。因此,所述系统在扩张位置变为自动锁止,并且还不再需要应用一机动力。
[13]有利地,每个刀件包括一第一和一第二切割臂,所述第一切割臂一方面通过一第一枢转轴铰接在所述管形主体上,且另一方面通过一第二枢转轴铰接在所述第二切割臂上,然后该第二切割臂通过一第三枢转轴铰接在上述传动部件上,并且,在切割臂的扩张位置,仅所述第二枢转轴位于所述工具外部。以这种方式,在切割臂的扩张位置,上述形成于所述两切割臂和所述管形主体之间的闭合空间有一三角形形状,该三角形形状有一顶角,该顶角位于所述座腔的内部。
[14]根据本发明的一有利的实施方式,所述驱动部件是一空心活塞,该活塞能够在所述管形主体的轴向空腔内滑动;并且,对于每个座腔,所述传动部件包括一滑块,所述滑块与每个刀件相连并且能够在其座腔内滑动,一细长缝设在所述座腔和所述轴向空腔之间的所述管形主体内,所述滑块的一凸出部穿过所述缝并支撑在所述活塞上以跟随所述活塞的轴向移动,所述空心活塞封闭所述座腔与所述管形主体的轴向空腔之间的任何的流体连通,完全允许钻探泥浆穿过所述工具流动。该实施方式允许相对于刀件充分错开的方式安置驱动部件,所述刀件的切割臂可具有一最大厚度,因为其座腔可延伸至流动泥浆的轴向管形通道。
[15]根据本发明的一优选实施方式,每个所述座腔具有一底部、两个相互有距离地放置的平行侧壁和两正面壁;并且,每个切割臂和所述滑块各自具有一对应所述距离的宽度并且在切割臂扩张期间沿所述侧壁滑动。有利地,所述切割臂侧向地支承在各个侧壁上,一第一切割臂的一第一端部与一正面壁通过第一相互配合表面相互支承,该第一切割臂的一第二端部和一第二切割臂的一第一端部通过第二相互配合表面相互支承,所述第二切割臂的一第二端部和所述滑块的一第一端部通过第三配合表面相互支承。在该方式中,所述工具的切割臂尤其在其扩张位置被所述座腔的壁和所述滑块很好地支持。所述力通过所述切割臂自身传递给另外相互支承在能够配合的表面上的零件,并因此所述枢转轴不负荷这些张力。
[16]根据本发明一优选的实施方式,所述工具包括一活动设备(dispositif d′activation),所述活动设备轴向地将所述管形主体内的空心活塞保持在一初始位置,在该位置,所述切割臂在其座腔内处于回缩位置,并且该设备能够在合适的时候释放所述空心活塞,因而允许所述空心活塞根据液压流体进行其轴向移动;和至少一复位弹簧,其在所述液压压力减小时,反抗该轴向移动并且使所述空心活塞朝其初始位置复位。有利地,根据本发明所述工具包括一消动设备(dispositif de désactivation),在活动位置,所述消动设备能固定所述空心活塞于其初始终端位置,在该位置,所述刀件的切割臂处于回缩位置。例如,所述工具在所述管形主体内部另外包括一捕获设备,该设备可在一捕获位置活动,在该捕获位置,当所述空心活塞在所述复位弹簧的作用下回到其初始位置时,所述空心活塞被该设备捕获。以一绝对优选的的方式,所述工具包括所述活动设备和所述捕获设备,所述设备设置在所述空心活塞的单侧并且是同侧,这避免了在所述切割臂的座腔和所述管形主体的轴向空腔之间施工零件的出现或通过,钻探泥浆穿过所述轴向空腔流动。
[17]本发明的其他实施方式在权利要求中指出。
附图说明
[18]本发明的其它细节和特点在下文作为非限制性的并且参照附图给出的说明中得以体现。
[19]图1和图2示出根据本发明的一工具分别在回缩位置和扩张位置时的部分直角剖切的两透视图。
[20]图3和图4是同一工具的轴向剖视图。
[21]图5至图8示出图3和图4的工具沿线V-V,VI-VI,VII-VII和VIII-VIII的横向剖视图。
[22]图9至图11示出一活动设备和一机械捕获设备形式的消动设备的部分直角剖切的透视图,分别是在非活化位置、活化位置的活动设备和在活化位置的捕获设备。
[23]图12和图13是在扩张开始位置和扩张结束位置,作用在所述切割臂上的力的示意图。
[24]图14示出根据本发明的另一实施方式。
[25]图15和图16轴向剖示图示出非活化位置的活动设备和消动设备的一变型。
[26]在不同附图上,所述相同的或相似的零件用相同的附图标记表示。
具体实施方式
[27]图1至图4示出一用于钻探孔内的扩大和稳固工具。该工具包括一管状主体1,其安装在一钻杆的第一截面和第二截面之间。该管状主体1具有一轴向空腔2,在该空腔内流动钻探泥浆。在表层,所述管状主体1包括设有一朝外开口的的座腔3。
[28]在图示的实例中,一刀件4安置在每个座腔3中,并且所述刀件包括相互铰接的两切割臂5和6。所述切割臂5一方面通过一枢转轴7铰接在所述管状主体1上,另一方面通过枢转轴8铰接在所述切割臂6上。所述切割臂6同样是通过枢转轴9铰接在一传动部件上,该传动部件在所述实例中示出为一滑块10的形状。所述臂5和6在其座腔中的回缩位置由图1和图3示出,而其扩张位置由图2示出。
[29]可指出的是,所述刀件4可具有比两个更多的铰接臂。另一方面,所述刀件当然设有小切割板块,并且所述臂的表面在所述实例中被成形为在扩张位置具有一朝前方倾斜的前区域11和一中间区域12,所述前区域11设计用来在所述工具下降过程中扩大钻探孔,所述中间区域12在臂的扩张位置基本平行于所述工具轴线,并设计成用来相对于所述扩大的孔稳固所述工具。还可预设一设有小切割板块的后区域,用以在所述钻杆提升时扩大所述钻探孔。
[30]如图可见,在所述座腔3处,所述管状主体1具有一减小的厚度,这使得可形成深的座腔。因此可给予所述臂一大的厚度而所述管状主体的轴向空腔2的直径保持恒定和大,并允许钻探泥浆的无障碍通过。
[31]在所述臂5和6的扩张位置,在所述闭合所述管状主体1之间形成一空间14,在此,该空间的侧视图有一三角形形状,并且该空间对于外部而言是闭合的。如图2可见,所述三角形空间14的顶角13仍然位于所述座腔内部并且所述扩大或钻探孔操作导致的屑末不能渗透到该闭合空间内。
[32]一驱动部件,其在所述实例中示出为一公知的空心活塞15的形状,其安置在所述管状主体1的内部,在一轴向位置相对于所述刀件4错开位置,并允许钻探泥浆在所述管状主体内部无障碍地流动。一传动滑块10在每个座腔3内以能够在其中径向滑动的方式延伸。与其铰接在所述切割臂6上的端部相对的端部处,每个滑块10在所述实例中具有一凸出部16,其穿过一细长缝17伸进所述管状主体1内部。因此,所述滑块10支承在所述空心活塞15上。
[33]所述空心活塞分隔开的一方面是所述管状主体的轴向空腔2,另一方面是可放置一滑块10的所述座腔3。在图示的实例中,所述活塞的正表面之一76与所述钻杆内流动的钻探泥浆形成的液压流体接触,这些钻探泥浆可聚集在环形室60内,通过径向孔19与所述轴向空腔2连通。所述活塞的相对的正表面77、78,如同已述的,支承在所述滑块10的凸出部16以及一复位弹簧的座73上。所述复位弹簧18和所述滑块10通过所述座腔3朝向外部的开口与外部连通并因此处在具有液压流体压力的介质中,所述液压流体压力出现在所述钻探孔内。所述复位弹簧18在其与所述活塞相对的端部另外支承在所述工具的管状主体1上。
[34]所述空心活塞可在两终端位置之间滑动,图1上示出的一个终端位置处,所述内液压压力不超过外部压力,所述外部压力附加了所述复位弹簧的力,图2上示出的另一个终端位置处,所述内液压压力超过外部的压力。所述复位弹簧18通过所述活塞15的移动被朝上压缩。这个移动驱动所述滑块10朝上滑动并因此使切割臂展开到扩张位置。在本实例所示中,所述滑块通过侧卡爪74(见图6)径向地保持在其座腔内,所述侧卡爪74在所述管状主体1的侧缝内滑动,因此阻止所述滑块10的径向脱离。
[35]可以指出的是,在其的两个终端位置和其在这两终端位置之间滑动期间,所述空心活塞封闭所述管状主体的座腔与轴向空腔2之间的流体的任何连通,完全允许钻探泥浆穿过所述工具。
[36]对于所述刀件的每个座腔具有一底部20、两彼此间隔距离设置的平行侧壁21和22、以及两正面壁23和24。
[37]在图1和图2上尤其可见的,所述切割臂5和6以及所述滑块,其每一个具有一宽度,该宽度对应于所述侧壁21和22的间距,并且为了达到扩张位置,所述臂沿侧壁滑动,所述滑块在所述座腔的底部20上滑动,而所述空间14不朝外部打开。
[38]如图2所示,在所述切割臂5和6的扩张位置,所述切割臂5和所述座腔的正面壁23,通过25所示的相互配合的表面,一个支承在另一个上。同样地,所述切割臂5和所述切割臂6,通过26所示的相互配合的表面,一个支承在另一个上,并且所述切割臂6和所述滑块10的端部一一其中所述切割臂6铰接在所述滑块10的端部上——通过27所示的相互配合的表面一个支承在另一个上。所述臂扩张位置的这种布置允许一好的外力的传动,所述外力自所述臂到所述工具主体地作用于所述工具上。
[39]因此,在该扩张位置,设计厚的所述切割臂5和6,使得其充分支撑得住由所述工具旋转时要钻削的地层的强度产生的力。所述座腔3的侧壁21和22框住所述滑块,仅有一枢转轴8位于外部。考虑到所述工具朝前过程中要钻削的地层的抵抗力产生的力以及所述工具通过所述切割臂作用在所述地层上的力,这些力主要地被所述臂自身和所述滑块10吸收,让所述枢转轴7、8和9不负荷这些应力。
[40]图2和图5尤其可见,所述切割臂通过指状体28与指状体29和30分别地彼此铰接,所述指状体是交错的,使得这些指状体具有一对应于所述座腔侧壁21和22间距的整体宽度。在所述滑块10和所述切割臂6之间的铰接处,可见相应的指状体。
[41]为了易于所述切割臂由其回缩位置展开到所述扩张位置,所述枢转轴8相对于所述枢转轴7和9通过的一平面朝外部错开。在图示的实例中,为同样的目的,另外预设所述滑块10装配一起动指状体(doigt dedéclenchement)31,如图1和图3所示,该起动指状体与回缩位置的所述刀件的切割臂5的下部接触。该起动指状体被安装,以能够在所述滑块被带动在其座腔的底部上滑动时,滑动穿过所述切割臂6并且升起所述切割臂5。
[42]如图12所示,当所述切割臂5和6扩张展开时,所述臂首先形成一大幅度的角α1。
[43]所述切割臂6受到来自所述滑块10的一活动力F1,所述活动力朝向图右边。所述要钻削的地层的反作用力F2作用于所述切割臂6上,该力传递给所述滑块的一与所述活动力F1相反的力F3。
[44]在图13所示的扩展位置,所述切割臂之间形成一明显小于角α1的角α2。在该位置,所述岩壁的反作用力F5作用在所述切割臂6上,使得传递给所述滑块的力F6与所述活动力F4的指向一致。在扩张位置,所述系统自动锁止,并且甚至不需要所述空心活塞15的液压驱动。
[45]事实上,在所述回缩位置和扩张位置之间存在一中间位置,自该中间位置开始,所述要钻削的地层的抵抗力变成一作用在所述驱动部件上的拉力。但是即使是在动力学看来非常有利的扩张位置,所述座腔的空间14也保持对外部的封闭。
[46]为了完全地阻止负载有屑末的任何外部液压流体渗入所述座腔3中,可在每个座腔的空间14和所述管状主体1的轴向空腔2之间预设一狭窄通道32,该通道允许高压下的内部液压流体流注入所述空间内,这阻止了外部液压流体向内部的渗入,并同时清洁了所述切割臂。在图示的实例中,所述狭窄通道32通过用作过滤部件的孔眼33与所述轴向空腔2连通。
[47]根据图9至图11示出的一尤其优选的实施方式,所述工具包括一活动设备以及如同消动设备的一捕获设备,该捕获设备位于所述活塞15的同侧,并且尤其位于与所述刀件相对的边,这使得可以避免所述设备之间的传动以及所述活塞在刀件下方的扩张,这样的缺点是减小了切割臂的可能的厚度和所述座腔的容积。
[48]在一根据本发明的工具内的所述活动设备应该能够轴向地将所述管状主体内部的空心活塞15保持在初始位置,在该初始位置,所述切割臂处于回缩位置,以允许例如所述工具在所述钻探孔内的无故障下降。当所述工具到达待扩大的地方,所述活动设备能够释放所述空心活塞,允许该活塞进行其轴向移动。
[49]在图示的实例中,所述活塞15通过两连续的延长管34和35延长,所述延长管螺钉固定在所述活塞上。所述延长管在所述管状主体1的内部延伸,所述管状主体自身通过一连接件36延长,该连接件36与所述钻杆连接。该连接件36在其内腔覆盖三个连续的衬管37、38和39,所述衬管彼此通过螺钉固定,并且通过固定销40保持固定于所述连接件36上。
[50]所述连接件36的衬管39的下端安置有一外管形滑屉(tiroircoulissant)41,该外管形滑屉41通过多个剪应力销42与所述延长管35相连。
[51]在所述活塞的延长管34和所述活塞15自身的内部安置有一内管形滑屉43,该内管形滑屉一方面通过剪应力销44与所述延长管34相连,另一方面通过连接销46与一套管45相连,所述套管置于所述活塞15的延长管35和所述管形主体1的连接件36的相接的衬管37至39之间,所述连接销46穿过在轴向方向上配置的长形切口47,进入所述延长管35。
[52]所述管形主体具有止挡部件,其用于阻止在所述工具的非活化位置时的所述外管形滑屉41和所述活塞15的滑动。在图4和图9示出的位置,所述固定衬管37阻止所述活塞15的固定延长管34朝所述下端滑动,并且所述衬管38抵挡所述外管形滑屉41的一凸肩,该滑屉41通过所述剪应力销42与所述活塞15的延长管35相连,所述衬管38阻止了所述外滑屉41和所述延长管35形成的组件朝所述上游滑动。
[53]当例如在所述轴向空腔内放入一球48时,该球封闭了所述外管形滑屉41的空腔,所述轴向空腔2的内部液压突然升高。在所述压力升高以及所述滑屉上的球的力学冲击的作用下,所述剪应力销42承受剪切,并且所述活塞是自由的,能够朝上游方向进行滑动。所述滑屉41朝前伸出到图10所示位置,并且所述钻探孔泥浆有了新的通道:从被疏通的侧面孔49通过。
[54]在所述室60内的液压压力的升高使得可以使所述活塞15带着所述复位弹簧18朝高处滑动,并且反过来,压力的降低使得所述活塞在所述复位弹簧18的作用下返回到其初始位置。因此,所述活塞可完全地承担其作为切割臂5、6的驱动部件的角色,如前所述。
[55]所述工具使用完,需要被重新提升。为此,在所示的工具内捕获所述活塞于其初始位置,在该位置,所述切割臂处于回缩位置。在所述工具运作的全过程中,使用的所述捕获设备处于非活动位置,如图4、图9和图10所示。
[56]在该非活动位置,所述活塞15的延长管34配备一内座腔,该内座腔中,安置有一弹性卡圈50,该卡圈50圈绕所述内管形滑屉43。所述连接件36的衬管38也设有一内座腔,该内座腔中安置有另一弹性卡圈51,其圈绕所述套管45。
[57]当如图11所示在所述轴向空腔2内放入例如一封闭球52时,该球封闭所述内管形滑屉43的入口。作为结果的所述压力的突然上升以及在所述滑屉43上球52的力学冲击对所述销44有剪切作用,并且释放所述滑屉43和与其相连的所述套管45,朝向所述下方的所述两滑块,一个在所述延长管34和35的内部,另一个在所述延长管35和所述管形主体1的连接件36的衬管37和38之间。
[58]所述滑动过程中,所述卡圈50固定在所述滑屉43的一外座腔53内,同时通过所述延长管34将该滑屉固定于所述活塞15。然后,所述卡圈51固定在一外座腔54内,该外座腔预设在所述活塞15的固定套管45上,所述卡圈将所述套管固定于所述衬管38上并因此固定于所述管形主体1上。
[59]在该捕获位置,通过侧通道55,所述钻探泥浆的流动在所述轴向空腔内建立,所述侧通道允许所述球52通过建立绕所述球52的流的方式允许所述球52的短循环。任何所述可动零件被固定时,所述工具可被重新提升到表面。
[60]要指出的是,本发明没有任何对上述实施方式的限制性,并且可进行不超出权利要求范围的合适的修改。
[61]例如可以构想,所述活动设备包括一止动器70,在一关闭位置,所述止动器轴向地将所述空心活塞保持于所述管形主体内的所述初始位置,并且一电子控制构件71与一止动器的促动器72连接并因此能够控制所述止动器移动至一打开位置,在该打开位置,所述捕获设备释放所述空心活塞或该空心活塞的一延伸件75。
[62]同样可以考虑,所述工具包括一止动器和一电子控制构件,在一关闭位置,所述止动器将所述捕获设备保持在所述关闭位置,所述电子控制构件与所述止动器的促动器连接,并且能控制所述止动器移动至一打开位置,在该打开位置,所述止动器释放所述捕获设备,以使之移动至所述捕获位置。
[63]图15和图16所示的实施方式中,所述活动设备和消动设备位于非活动位置。所述活塞15和所述滑块10通过定位销101彼此相对地安置,并且所述活塞在其空腔内通过剪应力销103保持一管形屉102于固定位置。在所述活塞15的下方,一垫圈套管105布置在所述活塞和所述管形屉102的下端之间。该垫圈套管与所述活塞15固定连接,其朝下方突出于所述活塞外并且具有周边孔104,所述周边孔允许所述环形室60内的钻进泥浆的渗入,所述泥浆将所述工具内部的压力作用在所述活塞15的正表面76上,方向朝上。因此,所述环形室60出现在所述活塞的驱动侧。
[64]在图16所示的位置,所述垫圈套管105支承在一挡环106上,所述挡环通过固定螺钉107以固定的方式与所述钻杆相连。在该挡环106的下方,一滑管108安置在所述垫圈套管105的下部周围,并且该滑管通过一剪应力销109固定在所述垫圈套管上。在其上部,该滑管支承在所述挡环106上。
[65]图15和图16所示的位置,所述空腔2内以及所述环形室60内的泥浆的压力不超过附加有所述复位弹簧18的力的所述工具外部压力。因此,所述活塞在其初始位置,在该位置,所述切割臂5和6在其回缩位置。
[66]在所述轴向空腔内可放一球,其将封闭所述滑管108变细的下方,所述轴向空腔2内的液压压力突然升高。在该压力升高以及所述管108上的球的力学冲击的作用下,所述剪应力销109承受剪切。因此,所述滑管108是自由的并且朝下方伸出。所述泥浆的通道通过所述滑管108的侧孔110被建立,所述侧孔110相对于其阻塞的位置被疏通,如图16所示。
[67]在所述室60内的液压压力的升高通过所述活塞15朝高处的滑动得以体现,所述活塞的滑动伴随有所述垫圈套管105和所述管形屉(tiroir)102的滑动,所述活塞的滑动引起所述复位弹簧18的压缩、所述滑块10朝高处的移动以及所述切割臂5和6朝外的移动。
[68]为了重新提升所述工具,减小所述泥浆的内压,并且所述复位弹簧18将所述活塞15带至其初始位置,在该位置,所述切割臂5和6在回缩位置(见图15和16)。所述消动设备被运用。尺寸合适的一球置于所述管形屉102的变细的上部,所述轴向空腔2内的液压压力突然升高。在该压力升高以及所述管形屉102上的球的力学冲击的作用下,所述剪应力销103承受剪切。因此,所述管形屉102是自由的并且向下方伸出,得以支承在一支承凸肩111上,所述凸肩111设在所述垫圈套管105的空腔内。所述泥浆的通道通过所述管形屉102的侧孔112建立,所述侧孔112相对于其位置被疏通,如图16所示。
[69]如图16可见,所述屉102具有一变细的中间部分,该中间部分保证具有所述环形间隙113,该环形间隙存在于所述屉102和所述活塞15之间。在所述消动位置,即所述管形屉102支承在所述凸肩111上,该环形间隙113使得所述环形室60和所述活塞的一侧与外部连通接触。图示的实例中,所述与外界的连通通过所述周边孔114进行。在所述位置,所述活塞被固定,因为所述环形室60内(所述活塞15的驱动侧)的泥浆压力保持小于附加有所述复位弹簧18的力的外部泥浆压力。
[70]同样可考虑表面,例如当所述屉102在消动位置时,所述内压力和外压力或者通过一组力作用在所述表面上,或者所述活塞被朝下推。因此,弹簧的复位力加入一液压类型的复位力。因为同时由弹簧和钻探孔流体吸收其能量,而得到一相互作用力更有效的系统。

Claims (24)

1.用于钻探孔的扩大和稳固的工具,其包括:
一管状主体(1),其安装在一组钻杆的第一截面和第二截面之间,该管状主体具有一轴向空腔(2),且周向地具有座腔,该座腔配设有一朝外的开口,
一刀件(4),其安置在上述的每个座腔中,所述刀件包括至少两个切割臂(5、6),所述切割臂相互铰接且铰接在所述管形主体(1)上,并且所述切割臂可在一回缩位置和一扩张位置之间移动,在所述回缩位置,所述切割臂位于其座腔(3)内,在所述扩张位置,所述切割臂向外部展开,
一驱动部件(15),其相对于上述刀件(4)轴向错开地安置在所述管状主体(1)的内部,并且,所述驱动部件可在两终端位置之间移动,以及
传动部件,其能够把所述驱动部件(15)的运动传递至所述每个刀件(4)的铰接的切割臂(5、6),
在所述的驱动部件的第一终端位置,所述每个刀件的切割臂处在其回缩位置,且在第二终端位置,所述切割臂处在其扩张位置,
所述工具的特征在于,在所述每个刀件(4)的切割臂(5、6)的扩张位置,所述切割臂在其与所述工具的管形主体(1)之间形成对外部而言闭合的空间(14)。
2.根据权利要求1所述的工具,其特征在于,所述切割臂(5、6)在其回缩位置和扩张位置之间具有一中间位置,在超过所述中间位置处,当涉及朝所述扩张位置的移动时,要钻削的地层作用在所述切割臂上的力通过所述传动部件转化为所述驱动部件(15)上的一拉力,该拉力在所述驱动部件(15)的上述第二终端位置方向上。
3.根据权利要求1或2所述的工具,其特征在于,每个刀件(4)包括一第一和一第二切割臂(5、6),所述第一切割臂(5)一方面通过一第一枢转轴(7)铰接在所述管形主体(1)上,且另一方面通过一第二枢转轴(8)铰接在所述第二切割臂(6)上,然后该第二切割臂(6)通过一第三枢转轴(9)铰接在上述传动部件上;并且,在所述切割臂(5、6)的扩张位置,仅所述第二枢转轴(8)位于所述工具外部。
4.根据权利要求3所述的工具,其特征在于,在所述切割臂的扩张位置,上述的形成于所述两切割臂(5、6)和所述管形主体(1)之间的闭合空间(14)具有三角形的形状,该三角形的形状具有一顶角(13),该顶角位于所述座腔(3)的内部。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的工具,其特征在于,所述驱动部件是一空心活塞(15),该活塞能够在所述管形主体(1)的轴向空腔(2)内滑动;并且,对于每个座腔(3),所述传动部件包括一滑块(10),所述滑块(10)与每个刀件(4)相连并且能够在其座腔(3)内滑动,一细长缝(17)设在所述座腔(3)和所述轴向空腔(2)之间的所述管形主体(1)内,并且所述滑块(10)的一凸出部(16)穿过所述缝(17),并支撑在所述活塞(15)上,以便在所述活塞的轴向移动中跟随所述活塞,所述空心活塞(15)封闭所述座腔(3)与所述管形主体(1)的轴向空腔(2)之间的任何的流体连通,但允许钻探泥浆穿过所述工具流动。
6.根据权利要求5所述的工具,其特征在于,每个所述座腔(3)具有一底部(20)、两个相互有距离地放置的平行侧壁(21、22)和两正面壁(23、24);并且,每个切割臂(5、6)和所述滑块(10)各自具有一对应所述距离的宽度,并且它们在所述切割臂扩张期间沿所述侧壁滑动;并且在扩张位置,所述切割臂侧向地支承在各个侧壁(21、22)上,一第一切割臂(5)在一第一端部处与一正面壁(23)通过第一相互配合表面(25)相互支承,该第一切割臂(5)在一第二端部处和一第二切割臂(6)在一第一端部处通过第二配合表面(26)相互支承,而所述第二切割臂(6)在一第二端部处和所述滑块(10)在一第一端部处通过第三配合表面(27)相互支承。
7.根据权利要求6所述的工具,其特征在于,所述切割臂(5、6)在它们的相互铰接处配设有交错的指状体(28-30),从而这些指状体具有一对应于所述距离的整体宽度;并且,所述切割臂之一和铰接在其上的所述滑块也配设有交错的指状体,所述指状体具有一对应于所述距离的整体宽度。
8.根据权利要求3至7中任一项所述的工具,其特征在于,在所述切割臂的回缩位置,所述第二枢转轴(8)相对于所述第一和第三枢转轴(7、9)通过的一平面朝外部错开。
9.根据权利要求5至8中任一项所述的工具,其特征在于,在所述切割臂的回缩位置,铰接于所述切割臂(6)之一的所述滑块(10)包括一起动指状体(31),该起动指状体能穿过该切割臂滑动,以便与另一切割臂(5)接触;并且,在所述滑块滑动情况下,上述起动指状体(31)升起所述另一切割臂(5),该另一切割臂(5)铰接于所述工具的管形主体(1)。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的工具,其特征在于,在所述管形主体(1)的轴向空腔(2)——其中流动着液压流体——和每个座腔——大致在所述对外部而言闭合的空间(14)形成的地方——之间,所述工具包括一狭窄通道(32),所述狭窄通道允许液压流体流注入该空间,从而阻止位于外部的钻探流体渗入该空间。
11.根据权利要求10所述的工具,其特征在于,所述工具包括要进入到所述狭窄通道(32)的流体的过滤部件(33)。
12.根据权利要求5至11中任一项所述的工具,其特征在于,所述空心活塞(15)将所述管形主体(1)的轴向空腔(2)和所述座腔(3)分隔开,在所述管形主体(1)内一液压流体处于一内压力下,并且,所述座腔通过其开口与外部连通。
13.根据权利要求12所述的工具,其特征在于,所述工具包括:一活动设备,所述活动设备轴向地将所述管形主体(1)内的空心活塞(15)保持在一初始位置,在该初始位置,所述切割臂(5、6)在其座腔(3)内处于回缩位置,并且该活动设备能够在合适的时候释放所述空心活塞(15),因而允许所述空心活塞(15)根据液压流体的压力进行其轴向移动;和至少一复位弹簧(18),其在所述液压压力减小时,反抗所述轴向移动并且使所述空心活塞(15)朝其初始位置复位。
14.根据权利要求13所述的工具,其特征在于,所述活动设备包括至少一剪应力销(42),其中,在液压流体的内部压力小于一确定的阈值时,所述剪应力销(42)将所述管形主体(1)内部的空心活塞(15)轴向地保持在所述初始位置,并且,当一大于该阈值的压力作用于所述剪应力销时,所述剪应力销承受剪切,因此允许所述空心活塞(15)的轴向移动,以及同时地允许驱动所述滑块(10)并朝一扩张位置推动所述切割臂(5、6)。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的工具,其特征在于,所述工具包括一消动设备,在活动位置,所述消动设备能使所述空心活塞在其初始终端位置中保持不动,在该初始终端位置,所述刀件的切割臂处于回缩位置。
16.根据权利要求15所述的工具,其特征在于,所述工具在所述管形主体(1)内部另外包括一捕获设备,该捕获设备可在一捕获位置活动,在该捕获位置,当在所述复位弹簧(18)的作用下所述空心活塞(15)回到其初始位置时,所述空心活塞被该捕获设备捕获。
17.根据权利要求16所述的工具,其特征在于,所述捕获设备包括至少一剪应力销(44),其中,当所述液压流体的内压力小于一确定阈值时,所述剪应力销将所述捕获设备保持在所述一非活动位置,并且当所述液压压力大于该阈值时,所述剪应力销承受剪切,因此允许所述捕获设备活动。
18.根据权利要求16或17所述的工具,其特征在于,所述工具包括所述活动设备和所述捕获设备,它们设置在所述空心活塞(15)的单侧并且是同侧。
19.根据权利要求18所述的工具,其特征在于,所述空心活塞(15)包括至少一延长管(34、35),所述延长管通过至少一剪应力销(42)与一外管形滑屉(41)相连;所述管形主体(1)具有止挡部件,所述止挡部件阻止所述外管形滑屉和所述活塞的滑动;并且,所述活动设备包括所述外管形滑屉(41)的一临时封闭部件(48),在封闭位置,所述临时封闭部件引起一液压压力的升高、所述的至少一剪应力销(42)的剪切、以及所述的至少一延长管(34、35)和空心活塞(15)的释放。
20.根据权利要求19所述的工具,其特征在于,所述捕获设备包括:
一内管形滑屉(43),其位于所述空心活塞(15)的至少一延长管(34、35)的内部,并且一方面通过至少一剪应力销(44)与所述的延长管之一相连,另一方面通过一销(46)与一套管(45)相连,其中,所述套管置于所述空心活塞的所述延长管之一和所述工具的管形主体(1)之间,所述销(46)穿过长形切口(47),所述长形切口轴向地设在所述的延长管(34、35)之一内,
一第一弹性卡圈(50),其安置在所述空心活塞(15)的延长管(34、35)之一的一内座腔内,并且圈绕所述内管形滑屉(43),
一第二弹性卡圈(51),其安置在相对于所述管形主体(1)固定的一内座腔内,并且圈绕所述套管(45),
所述内管形滑屉(43)的一临时封闭部件(52),在封闭位置,其引起液压压力的升高、所述至少一剪应力销(44)的剪切、以及该滑屉和上述套管(45)的释放和它们的滑动,它们中的一个是在上述一延长管(34、35)内滑动,另一个是在它们中的一个和所述工具的管形主体(1)之间滑动,所述第一卡圈(50)安置在所述内管形滑屉(43)的一外座腔内,因而使所述内管形滑屉与所述活塞(15)相连,并且所述第二卡圈(51)安置在设在所述套管(45)上的一外座腔内,从而使该套管及由此的所述活塞(15)与所述工具的管形主体(1)相连。
21.根据权利要求13所述的工具,其特征在于,所述活动设备包括:一止动器,其在一关闭位置中将所述管形主体内的空心活塞轴向地保持在所述初始位置;和一电子控制构件,其与所述止动器连接,并且能控制所述止动器移动至一打开位置,在该打开位置,所述止动器释放所述空心活塞。
22.根据权利要求16所述的工具,其特征在于,所述工具包括:一止动器,其在一关闭位置上,所述止动器将所述捕获设备保持在一非活动位置;和一电子控制构件,其与所述止动器连接,并且能控制所述止动器移动至一打开位置内,在该打开位置,所述电子控制构件释放所述捕获设备,以便使之移动至所述捕获位置。
23.根据权利要求15所述的工具,其特征在于,所述工具包括一管形滑屉(102),在所述活塞的初始位置中和在其轴向移动期间,该管形滑屉固定于所述活塞,并且在活动位置,所述管形滑屉被所述活塞释放并且与一室(60)连通,该室位于所述活塞的驱动侧和外部,在复位力作用下所述活塞被带到其初始位置。
24.根据权利要求1至23中任一项所述的工具,其特征在于,所述工具有一直径比,其为由处于扩张位置的所述切割臂扩大的一钻探孔的直径和处于所述切割臂回缩位置的所述工具的外直径之比,该比值大于或等于1.3。
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