[發明專利]牙輪擴眼器復合楔保持

有效

• 申請號: 201280068526.2
• 申請日: 2012-11-30
• 公開（公告）號: CN104126049A
• 公開（公告）日: 2014-10-29
• 發明（設計）人: B·莫霍;M·D·韋爾謝;V·薩埃塔;K·Y·K·梁
• 申請（專利權）人: 史密斯國際有限公司
• 主分類號: E21B10/22
• 分類號: E21B10/22;E21B10/30
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 周家新;蔡洪貴

背景技術

牙輪擴眼器已在井下鉆井作業中使用了許多年，以提高井眼質量。在鉆井作業中，鉆頭會經受磨損使得鉆出的井眼的尺寸隨著時間變化。井底組件(BHA)的振動也可能導致井眼具有許多缺陷。此外，當井眼橫貫具有不同機械特性的巖層之間的邊界時，可能引發缺陷(例如巖礁)和直徑變化。為了提高井眼質量和一致性(例如，為了獲得具有一致的直徑的井眼)，通常在BHA中在鉆頭上方采用一個或多個牙輪擴眼器。

傳統的牙輪擴眼器包括繞著工具本體的圓周設置的多個旋轉切割組件(例如三個)。每個切割組件包括圍繞軸(或銷)設置的切割牙輪或破碎牙輪，軸又連接到工具本體。這些牙輪配置成圍繞該軸旋轉，以使得它們在軸上旋轉并且在鉆井過程中圍繞井眼壁“滾動”。這種“滾動”減少了BHA和井眼壁之間的摩擦力，由此減少了扭矩、粘滑以及其它振動形式。這些牙輪還包括多個設置在其外表面上的切割/破碎元件，使得它們切割(或破碎)局部地層。這種切割用于使井眼壁光滑并且產生具有一致的直徑的井眼。

本領域中眾所周知的是，井下工具經受極端條件，包括機械沖擊和振動(尤其是徑向壓縮沖擊)、高溫和高壓以及暴露于腐蝕性流體。這些極端條件可能導致多種工具故障模式并且通常需要堅固耐用的工具設計。例如，需要可靠的密封機構以防止污染物進入到牙輪組件的內部并且防止潤滑劑泄露。密封失效可能使得牙輪被卡住，從而明顯提高了BHA和井眼壁之間的摩擦力。這種故障通常需要產生故障的工具停工從井中取出。此外，在縮徑孔中，施加在牙輪組件上的過度的徑向力可能引起多種機械故障，例如，包括軸和其它內部組件構件的疲勞裂紋。作為前面提到的極端條件的結果，有時候期望在鉆井作業之間(或者在日常停機從井眼取出的過程中)維護牙輪擴眼器。這種維護例如包括更換旋轉切割組件。能夠提高這種可維護性的工具配置是有利的。

發明內容

公開的牙輪擴眼器用于井下牙輪擴眼作業。公開的牙輪擴眼器的實施例包括設置在井下工具本體中的相應的軸向凹槽中的牙輪組件。該牙輪組件包括繞著支承銷的公共軸線設置且被布置成相對于該公共軸線旋轉的切割器殼。該牙輪組件通過由至少一個保持組件提供的復合楔進作用而被保持在軸向凹槽中。一個或多個公開的實施例采用位于支承銷的相反的第一和第二軸向端部處的第一和第二保持組件。保持組件包括第一和第二楔機構，其中，第一楔機構將大體上為徑向的力轉換成軸向力，第二楔機構將軸向力轉換成將牙輪組件固定在軸向凹槽中的與軸向垂直的保持力。

公開的實施例可提供一個或多個不同的技術優點。例如，在一個或多個實施例中，與軸向垂直的保持力(也被稱作夾緊力)不垂直于工具本體中的軸向凹槽的某些傾斜側壁。這有利地減小了施加給工具本體的應力(以及相應的應變)并且由此能夠提高工具的壽命(例如，通過減少工具本體中的疲勞和裂紋形成)。此外，施加的徑向力、產生的軸向力以及產生的與軸向垂直的保持力基本上完全地保持在保持組件內(例如，位于保持塊和楔形塊內)和工具本體內，使得基本上沒有施加給支承銷的軸向負載(力)。因此，支承銷的疲勞壽命、進而牙輪擴眼器工具的疲勞壽命被提高。此外，保持組件提供強保持力，這也能提高切割器組件的保持能力。

本發明內容用于介紹一種構思的選擇，其將在后面進行詳細描述。本發明內容不是用于確定要求保護的主題的關鍵或基本特征，也不是用作幫助限定要求保護的主題的范圍。

附圖說明

為了更加完全地理解本公開的主題及其優點，后面的描述與附圖相結合作為參照，其中：

圖1描繪了這里公開的密封支承的牙輪擴眼器實施例如何可用在傳統的鉆機中的一個例子。

圖2描繪了密封支承的牙輪擴眼器的一個例子的透視圖。

圖3描繪了圖2描繪的密封支承的牙輪擴眼器的切割器組件部分的詳細橫截面視圖。

圖4A描繪了圖3所示的切割器組件的楔形塊和保持塊部分的一部分的橫截面視圖。

圖4B描繪了圖4A所示的切割器組件的楔形塊和保持塊部分的側視圖。

圖5A到8B為橫截面視圖，描繪了圖3所示的切割器組件的一個或多個典型的安裝過程，其中，圖5A和5B描繪了在擴眼器本體凹槽中放置切割器組件；圖6A和6B描繪了在擴眼器本體凹槽中在保持塊之后放置楔形塊；圖7A和7B描繪了調整螺栓螺紋與擴眼器本體的接合；圖8A和8B描繪了在預定扭矩已被施加給調整螺栓之后的最終安裝狀態。

圖9描繪了圖3所示的密封組件的橫截面視圖。

圖10A到10E(共同構成圖10)描繪了圖9所示的密封組件的安裝過程的一個例子的橫截面視圖。