CN101589204A - 用于钻地应用的可扩张扩孔钻及其使用方法 - Google Patents

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CN101589204A CN200780050281.XA CN200780050281A CN101589204A CN 101589204 A CN101589204 A CN 101589204A CN 200780050281 A CN200780050281 A CN 200780050281A CN 101589204 A CN101589204 A CN 101589204A
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S·R·雷德福
S·S·舒
L·T·沙莱
M·E·莫里斯
M·R·基齐埃尔
A·F·佐赫劳德尼克
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    • E21B10/00—Drill bits
    • E21B10/26—Drill bits with leading portion, i.e. drill bits with a pilot cutter; Drill bits for enlarging the borehole, e.g. reamers
    • E21B10/32—Drill bits with leading portion, i.e. drill bits with a pilot cutter; Drill bits for enlarging the borehole, e.g. reamers with expansible cutting tools
    • E21B10/322—Drill bits with leading portion, i.e. drill bits with a pilot cutter; Drill bits for enlarging the borehole, e.g. reamers with expansible cutting tools cutter shifted by fluid pressure

Abstract

一种可扩张扩孔钻具，包括外部主体(16)，延伸穿过所述外部主体的流体通道(17)和至少一个刮刀(40)，所述刮刀构造为沿着与所述外部主体的纵向轴线成小于90度(90°)的锐角定向的方向相对于所述外部主体在回缩位置和伸展位置之间滑动。在一些实施例中，可扩张扩孔钻具可以包括活动式内部套筒构件(30)，所述活动式内部套筒构件构造为有选择地允许所述流体通道内的液压压力直接作用在所述至少一个刮刀(40)上。本发明还公开了使用这种可扩张扩孔钻具扩大井眼的方法和用于从井眼中取出这种可扩张扩孔钻具的方法。

Description

用于钻地应用的可扩张扩孔钻及其使用方法
优先权声明
本申请要求提交于2006年12月4日的美国临时专利申请No.60/872,745的优先权。
技术领域
本发明整体上涉及地下井眼的钻进。更具体地，本发明涉及可扩张扩孔钻具和使用这种钻具扩大地下井眼的方法。可扩张扩孔钻具可以包括构造有可伸展刮刀的管状主体，所述刮刀可以定位在第一回缩位置，随后向外、向上径向移动到第二伸展位置。
背景技术
在钻探油、气和地热井时，传统上安装套管并用水泥加固以防止井壁坍塌到地下井眼中。传统上还安装套管用来隔离不同地层，以防止地层流体横向流动以及能够在钻凿井眼时控制地层流体和压力。为了增大已钻井眼的深度，新的套管放置在先前的套管内。尽管增加额外的套管允许井眼达到更大的深度，但是也具有使井眼变窄的缺陷。井眼变窄限制了所有后续井段的直径，因为钻头和任何其它套管必须穿过已有套管。人们不希望井眼直径减少，因为它们限制了油气通过井眼的流体产量，人们通常希望扩大地下井眼以提供较大井眼直径，用于在先前安装的套管以外安装另一套管，或者能够通过井眼获得比较理想的烃类流体产量。
已经采用了各种方法扩大井眼直径。一种用于扩大地下井眼的常规方法包括使用偏心和双心钻头。例如，具有延伸或扩大切削部的偏心钻头围绕其轴线旋转，从而形成扩大的井眼直径。转让给本发明受让人的美国专利No.4,635,738中公开了偏心钻头的实例。双心钻头组件使用具有横向偏移轴的两个纵向重叠的钻头部分，所述双心钻头在旋转时形成扩大的井眼直径。同样转让给本发明受让人的美国专利No.5,957,223公开了双心钻头的实例。
另一种用于扩大地下井眼的常规方法包括使用加长的井底钻具组件，该组件具有位于其远端的定心钻头和位于上方一定距离处的扩孔钻组件。这种结构允许使用各种标准的旋转钻头类型(钻岩钻头或刮刀钻头)作为定向钻头，所述组件的加长性质在穿过井眼中的致密部位时具有更大的柔性以及有可能有效地稳定定心钻头，使得导孔和随后的扩孔钻将横向于为井眼设计的路径来回移动。加长井底钻具组件的这个方面在定向钻井的过程中尤为重要。为此，本发明的受让人设计了称作″随钻扩眼器″的扩孔结构，其大致包括管状主体，所述管状主体在其顶部具有带螺纹接头的打捞颈，在其底部具有同样带螺纹接头的吊钳牙板表面。均转让给本发明受让人的美国专利Nos.5,497,842和5,495,899公开了包括随钻扩眼器的扩孔结构。随钻扩眼器钻具的上部中间部分包括从管状主体大致径向向外伸出的一个或多个纵向延伸的刮刀，所述刮刀的外边缘承载PDC切削元件。
传统的可扩张扩孔钻可以包括枢转或铰接固定到管状主体上并且通过布置在内部的活塞进行致动的刮刀，如授权给Warren的美国专利No.5,402,856公开的那样。另外，授权给Akesson et al.的美国专利No.6,360,831公开了传统的扩孔器，所述扩孔器包括设置有至少两个开孔臂的主体，所述开孔臂具有切削装置，所述切削装置可以通过暴露给流过所述主体的钻井液的压力从主体内的静止位置移动到作用位置。这些扩孔钻中的刮刀最初缩回以允许钻柱上的钻具穿过井眼，当钻具已经超过套管端部时，刮刀伸出以增大套管下面的孔径。
传统可扩张扩孔钻的刮刀的尺寸设置成使它们本身和管状主体之间的间隙最小化，以免各种钻井泥浆和岩石碎屑堵塞在间隙中并使刮刀粘结在管状主体上。
尽管存在许多现有方法对较小直径井眼下面的较大直径井眼进行钻进和/或扩孔，但仍然存在对改进设备和方法的需要。例如，双心钻头和随钻扩眼器组件受到下列情况限制，即，贯穿直径不可调整并且受到扩孔直径的限制。此外，传统的双心和偏心钻头具有摆动和偏离井眼路径的趋势。传统的可扩张扩孔组件(尽管有时候比双心和偏心钻头更为稳定)在穿过较小直径井眼或套管段时易于损坏，可能过早致动，并且在致动之后从井眼中取出时变得困难。
发明内容
在一些实施例中，本发明包括可扩张扩孔钻具，所述可扩张扩孔钻具包括外部主体，延伸穿过所述外部主体的流体通道，和至少一个刮刀，所述刮刀构造为沿着与所述外部主体的纵向轴线成小于90度(90°)的锐角定向的方向相对于所述外部主体在回缩位置和伸展位置之间移动。可选地，可扩张扩孔钻还可以包括活动式内部套筒构件，所述活动式内部套筒构件构造为响应于在流体通道部分之间产生的预定液压压力差从第一位置移动到第二位置。在第一位置，活动式内部套筒构件可以防止流体通道内的液压压力作用在至少一个刮刀上。在第二位置，活动式内部套筒构件可以允许流体通道内的液压压力直接作用在至少一个刮刀上。
在其它实施例中，所述至少一个刮刀的尺寸和结构设置成在所述外部主体和所述至少一个刮刀的与所述外部主体相邻的每个侧表面之间提供大于大约0.254毫米(0.010英寸)的间隙。
在一些实施例中，所述至少一个刮刀可以包括具有至少一个倾斜表面的基部，所述倾斜表面构造为在刮刀处于伸展位置时楔入地挤靠所述外部主体的至少一个互补倾斜表面。
在其它实施例中，所述至少一个刮刀可以包括地层接合表面，所述地层接合表面包括纵向前方区域和纵向后方区域，所述纵向前方区域包括至少一个前部切削元件，所述纵向后方区域包括至少一个后部切削元件。所述至少一个前部切削元件的暴露量大于所述至少一个后部切削元件的暴露量。
在其它实施例中，所述至少一个刮刀可以具有包括保径区域的地层接合表面。所述保径区域的纵向最后面的部位与所述地层接合表面的纵向中心线的距离小于所述地层接合表面的纵向长度的大约百分之二十五(25％)。
在其它实施例中，所述至少一个刮刀可以具有包括保径区域和径向凹入区域的地层接合表面，所述径向凹入区域沿纵向向前方向从所述地层接合表面的后缘延伸。所述径向凹入区域可以延伸大于所述地层接合表面的纵向长度的大约百分之五(5％)的距离。
在其它实施例中，可扩张扩孔钻可以包括位于所述外部主体(或固定到所述外部主体上的分离部件)和与所述外部主体相邻的至少一个刮刀的每个侧表面之间的密封件。密封件可以与所述外部主体的每个表面(与所述密封件连通)垂直的角度抵靠所述外部主体。
在其它实施例中，本发明包括使用这种可扩张扩孔钻具扩大井眼的方法。钻井液流过延伸穿过可扩张扩孔钻具外部主体的流体通道，使所述流体通道内的液压压力直接作用在所述可扩张扩孔钻具的至少一个刮刀的表面上，以使所述至少一个刮刀沿着与所述外部主体的纵向轴线成小于90度(90°)的锐角定向的方向相对于所述外部主体从回缩位置滑动到伸展位置。随后，可扩张扩孔钻具在井眼内旋转。
在其它实施例中，本发明包括将可扩张扩孔钻具从井眼取出的方法。这种方法包括从井眼拉动所述可扩张扩孔钻，使所述可扩张扩孔钻的至少一个刮刀的、位于所述至少一个刮刀的地层接合表面的纵向中心线后方且与纵向中心线相距的距离小于所述地层接合表面的纵向长度的大约百分之四十三(43％)处的区域与包括井眼的阻碍部分的结构接触，从而使所述至少一个刮刀沿着与所述可扩张扩孔钻具的外部主体的纵向轴线成小于90度(90°)的锐角定向的方向从伸展位置滑动到回缩位置。
附图说明
尽管说明书最后附有特别指出和清楚保护本发明的权利要求书，但在结合附图阅读时，从本发明的下列描述中可以容易地确定本发明的各种特征和优点，其中：
图1是本发明的可扩张扩孔钻的实施例的侧视图；
图2是沿剖面线2-2截取的图1所示可扩张扩孔钻具的剖视图；
图3是沿图2所示剖面线3-3截取的图1和2所示可扩张扩孔钻具的另一剖视图；
图4是沿图2所示剖面线4-4截取的图1-3所示可扩张扩孔钻具的剖视图；
图5是处于第一径向向内或回缩位置的图1-4所示可扩张扩孔钻具的刮刀的放大图；
图6是处于第二径向向外或伸展位置的图1-4所示可扩张扩孔钻具的刮刀的放大图；
图7是图1-4所示可扩张扩孔钻具的刮刀的顶视图；
图8是图7所示刮刀的侧视图；
图9是图7所示刮刀的端视图；
图10与图8大体上相同并且显示了本发明的一些实施例的其它方面；
图11是根据本发明实施例构造的密封件的侧视图；
图12是沿图11所示剖面线12-12截取的图11所示密封件的顶部剖视图；
图13是沿图12所示剖面线13-13截取的图11-12所示密封件的剖视图；
图14是沿图12所示剖面线14-14截取的图11-12所示密封件的剖视图；和
图15是布置在位于图12所示可扩张扩孔钻具的刮刀和周围主体之间接合面处的图11-14所示密封件的一部分的放大剖视图。
具体实施方式
这里显示的附图在一些情况下不是各种特定扩孔钻钻具、切削元件或扩孔钻具的其它特征的实际视图，而只是用于描述本发明的理想化视图。另外，附图中相同的元件由相同的数字表示。
图1显示了根据本发明实施例的可扩张扩孔钻具10。可扩张扩孔钻具10可以包括具有纵向轴线L16的大体圆柱形外部主体16。可扩张扩孔钻具10的外部主体16可以具有第一下端12和第二上端14。与端部12、14相关的术语″下″和″上″表示当可扩张扩孔钻具10位于井眼内部时，端部12、14相对于彼此的典型位置。可扩张扩孔钻具10的外部主体16的下端12可以包括用于将下端12连接到钻柱的另一区段或例如用于钻凿井眼的定心钻头的底部钻具组合(BHA)的另一部件上的一组螺纹(例如，带螺纹的凸形构件)。类似地，可扩张扩孔钻具10的外部主体16的上端14可以包括用于将上端14连接到钻柱的另一区段或底部钻具组合(BHA)的另一部件上的一组螺纹(例如，带螺纹的凹形盒构件)。
一个或多个刮刀40可以沿着可扩张扩孔钻具10设置在位于第一下端12和第二上端14之间的位置处。刮刀40可以由钢、碳化钨、颗粒基体复合材料(例如，分布在金属基体材料中的硬质颗粒)、或本领域已知的其它适用材料制造而成。刮刀40可以从第一径向向内或回缩位置(图1、3和5所示)移动到第二径向向外或伸展位置(图6所示)。可扩张扩孔钻具10可以配置为当刮刀40处于伸展位置时刮刀40与井眼内的地下岩层壁接合，以去除地层材料，但是在刮刀40处于回缩位置时不能操作与井眼内的地下岩层壁接合。
图2是沿剖面线2-2截取的图1所示可扩张扩孔钻具10的剖视图。如图2所示，外部主体16包括纵向延伸穿过外部主体16的流体通道17。举例来说但非限制性的，可扩张扩孔钻具10可以包括三个刮刀40。参考图2，为了更好地描述本发明，刮刀40(b)和40(c)处于第一径向向内或回缩位置，而刮刀40(a)处于第二径向向外或伸展位置。可扩张扩孔钻具10可以配置为使每个刮刀40的径向最外范围或横向最外范围在处于第一径向向内或回缩位置时凹进在外部主体16内，使得它不会延伸超过外部主体16的外径。由于可扩张扩孔钻具10布置在井眼的较小直径套管内，这种布置可以保护刮刀40，并且可以允许可扩张扩孔钻具10穿过井眼内的所述较小套管。在其它实施例中，刮刀40的径向最外范围可以与外部主体16的外径重合，或者略微延伸超过外部主体16的外径。如刮刀40(a)所示，刀刃在处于第二径向向外或伸展位置时可以延伸超过外部主体16的外径，从而可以在布置在井眼中时与井眼壁接合。
在一些实施例中，刮刀40可以围绕可扩张扩孔钻具10的外部主体16大体上均匀地周向隔开。在其它实施例中，可扩张扩孔钻具10可以包括一个、两个、四个或任何其它数量的刮刀40。此外，在其它实施例中，刮刀40可以不围绕可扩张扩孔钻具10的外部主体16大体上均匀地周向隔开。
图3是沿图2所示剖面线3-3截取的图1和2所示可扩张扩孔钻具10的另一剖视图。可扩张扩孔钻具10的外部主体16可以包括多个部件或部分，其可以彼此固定以形成外部主体16。举例来说但非限制性的，外部主体16可以包括下部流体旁通构件18、刮刀板26和一个或多个钻具稳定构件24。
在一些实施例中，可扩张扩孔钻具10可以包括靠近刮刀40的一端或两端布置的支承垫34。在一些实施例中，如图3所示，支承垫34可以在刮刀40的纵向前方和后方分别布置在钻具稳定构件24上。因此，支承垫34可以沿钻进/扩孔方向位于刮刀40之前或之后。支承垫34可以包括表面硬化材料，金刚石或其它超研磨性材料，碳化钨，或其它适当的研磨和/或耐磨材料。支承垫34的尺寸可以设置成大体上对应于定心钻头(未显示)的外径，所述定心钻头固定在可扩张扩孔钻具10的第一下端12(图1)处或下方。作为非限制实例，可以在由支承垫34的外表面界定的直径和井眼直径(用于钻凿井眼的定心钻头的外径)之间设置3.175毫米(1/8英寸)或更小的间隙。这种构造在其使用期间有助于稳定可扩张扩孔钻具10。
外部主体16的不同部件或部分可以使用例如配合螺纹、焊接接头和/或机械互锁结构彼此固定。在其它实施例中，可扩张扩孔钻具10的外部主体16可以包括较少数量的部件。换句话说，下部流体旁通构件18、套筒保持构件20、刮刀板26和钻具稳定构件24中的两个或多个可以彼此整体形成以提供单一结构。
图4是沿图2所示剖面线4-4截取的图1-3所示可扩张扩孔钻具10的剖视图。如图4所示，在一些实施例中，刮刀板26和钻具稳定构件24可以通过可拆卸的锁杆33固定到外部主体16上。可拆卸的锁杆33可以伸入形成在套筒保持构件20上的孔25(图1)中。
更具体地，形成在套筒保持构件20上的孔25能够使可拆卸的锁杆33插入其中，在刮刀板26、钻具稳定构件24和外部主体16之间延伸，从而将刮刀板26和钻具稳定构件24固定到外部主体16上。当完全安装后，可拆卸的锁杆33可以大体上延伸钻具稳定构件24和刮刀板26的纵向长度，但是根据可拆卸的锁杆33如何固定到外部主体16上，可以进一步延伸。可拆卸的锁杆33可以利用螺纹连接、销接、焊接或其它方式固定到外部主体16上。在一些实施例中，可拆卸的锁杆33可以从外部主体16上拆下，从而能够拆卸刮刀板26、刮刀40、钻具稳定构件24和支承垫34。因此，本发明设想，通过将可拆卸的锁杆33从位于可扩张扩孔钻具10的外部主体16内的孔25中取出，可扩张扩孔钻具10的刮刀板26、钻具稳定构件24、支承垫34和/或刮刀40可以拆卸、更换或修理。当然，有可能使用许多可选的可拆卸保持构造保持刮刀40，包括销接元件、螺纹连接元件、燕尾接合元件、或者本领域已知的其它连接元件。
如图4所示，可扩张扩孔钻具10还可以包括至少一个喷嘴35。喷嘴35可以构造为给固定到刮刀40上的多个切削元件54(在下文进一步解释)提供钻井液。钻井液有助于清洁多个切削元件54上的地层岩屑以及给多个切削元件54提供冷却。在一些实施例中，所述至少一个喷嘴35可以定位在刮刀40附近，如图4所示。在其它实施例中，所述至少一个喷嘴35可以是刮刀40的一部分或形成在其上，并且与刮刀40一起运动。
再次参考图3，可扩张扩孔钻具10可以包括固定式内部套筒构件28，其可以定位在纵向流体通道17内并且固定连接到外部主体16上。例如，固定式内部套筒构件28可以固定连接到流体旁通构件18和/或套筒保持构件20上。
可扩张扩孔钻具10还可以包括活动式内部套筒构件30，其定位在纵向流体通道17内。活动式内部套筒构件30的至少一部分可以构造为在固定式内部套筒构件28内或相对于该固定式内部套筒构件28滑动。最初，活动式内部套筒构件30可以以图3所示的第一、非致动位置固定连接到外部主体16上。例如，活动式内部套筒构件30可以使用一个或多个剪切销38固定连接到剪切销保持构件36上。在其它实施例中，可以使用剪切螺钉、爆破隔膜或其它机构代替剪切销38。剪切销保持构件36可以接收在外部主体16的套筒保持构件20的上部内并且通过套筒保持构件20防止在纵向流体通道17内朝向可扩张扩孔钻具10的第一下端12滑动。在图3所示的第一、非致动位置处，活动式内部套筒构件30通过一个或多个剪切销38防止在纵向流体通道17内纵向滑动。
固定式内部套筒构件28和活动式内部套筒构件30各自均可以在其相对的纵向端部大体上敞开，从而允许钻井液(未显示)流过位于可扩张扩孔钻具10的上端14和下端12之间的纵向流体通道17。固定式内部套筒构件28还可以在其壁上包括一个或多个狭槽29或开口，所述狭槽或开口构造为界定用于将活动式内部套筒构件30在致动之后固定在适当位置处的筒夹。
活动式内部套筒构件30还可以在其壁上包括一个或多个流体旁通开口31。在图3所示的可扩张扩孔钻具10的第一、非致动位置，一个或多个流体旁通开口31可以与固定式内部套筒构件28对准，这样可以防止钻井液通过一个或多个流体旁通开口31从活动式内部套筒构件30流出。活动式内部套筒构件30还可以包括球座表面32，所述球座表面包括活动式内部套筒构件30的收缩内径。可以使用球座表面接收球体或其它限制元件，以便从地面致动可扩张扩孔钻具10，如下文详细描述的那样。
举例来说但非限制性的，活动式内部套筒构件30的内表面可以是大体圆柱形状。活动式内部套筒构件30的内表面的位于球座表面32朝向可扩张扩孔钻具10的上端14侧的第一部分可以具有略大于大约5厘米(大约2英寸(2″))的内径。活动式内部套筒构件30的内表面的位于球座表面32朝向可扩张扩孔钻具10的下端12侧的第二、较小部分可以具有略小于大约5厘米(大约2英寸(2″))的内径。举例来说但非限制性的，球座表面32可以包括活动式内部套筒构件30的内表面的第二、较小部分的一部分。换句话说，活动式内部套筒构件内的位于限制元件或球体后方的液压压力可以将限制元件或球体至少部分地推入或楔入活动式内部套筒构件30的内表面的第二、较小部分中。通过将限制构件或球体至少部分地推入或楔入活动式内部套筒构件30的内表面的第二部分(其直径略小于限制元件或球体的直径)中，限制元件或球体可以在活动式内部套筒构件30致动之后紧固或固定在适当位置处。在其他实施例中，球座表面32可以包括过渡表面或由其界定，所述过渡表面具有大致截锥形形状并且在活动式内部套筒构件30的内表面的第一和第二部分之间延伸。
如图2-3所示，当活动式内部套筒构件30和可扩张扩孔钻具10处于图3所示的第一、非致动位置时，活动式内部套筒构件30可以防止纵向流体通道17内的各种加压钻井液的压力作用在任何刮刀40上。刮刀40可以被朝向图3所示的第一径向向内或回缩位置偏压。举例来说但非限制性的，可以使用一个或多个机械弹簧构件50(例如，只显示为螺旋弹簧)将每个刮刀40偏压向图3所示的第一径向向内或回缩位置。
如图5和6所示，图5和6是图3所示可扩张扩孔钻具10的刮刀40和可扩张扩孔钻具10的周围结构的放大图，可扩张扩孔钻具10的刮刀40和外部主体16均可以构造为当刮刀40从第一径向向内或回缩位置(图5所示)移动到第二径向向外或伸展位置(如图6所示)时，刮刀40相对于可扩张扩孔钻具10沿大致纵向向上和径向向外方向62滑动。举例来说但非限制性的，方向62可以相对于外部主体16的纵向轴线L16以小于90度(90°)的锐角64延伸。更具体地，方向62可以相对于纵向轴线L16以大约15度(15°)到75度(75°)的锐角延伸。作为非限制实例，方向62可以相对于纵向轴线L16以大约60度(60°)的锐角延伸，或者方向62可以相对于纵向轴线L16以大约30度(30°)的锐角延伸。刮刀40可以构造为在形成于外部主体16的刮刀板26上的狭槽51(图1)内在第一径向向内或回缩位置和第二径向向外或伸展位置之间滑动。
如图5所示，刮刀主体42可以包括基部46。基部46可以包括至少一个倾斜表面47(图8所示)。所述至少一个倾斜表面47可以构造为当刮刀40处于如图6所示的第二径向向外或伸展位置时楔入地挤靠于外部主体16(更特别地，刮刀板26)的至少一个互补倾斜表面60。当处于第二径向向外或伸展位置时，刮刀主体42的基部42的至少一个倾斜表面47和刮刀板26的至少一个互补倾斜表面60可以形成金属对金属的密封。在其它实施例中，倾斜表面60可以以不同于至少一个倾斜表面47的延伸角度的角度延伸，从而沿着“线”区域而非“面”区域提供密封。刮刀主体42和外部主体16之间的接合防止了刮刀40的振动，并且使刮刀40的中心定位于外部主体16中。在如图8所示的一些实施例中，至少一个倾斜表面47可以相对于方向62以大约15度(15°)到大约75度(75°)的锐角49定位。刮刀40构造为沿方向62相对于外部主体16滑动。作为一个非限制实例，至少一个倾斜表面47可以相对于方向62以大约30度(30°)的锐角定位，刮刀40构造为沿方向62滑动。
如图7所示，图7是图1-4所示可扩张扩孔钻具10的刮刀40的顶视图，刮刀主体42可以包括径向向外的地层接合表面44，其构造为在刮刀40处于第二径向向外或伸展位置(图6所示)时与井眼内的地下岩层接合。多个切削元件54可以靠近刮刀40的旋转方向上的前侧面45设置在地层接合表面44上。举例来说但非限制性的，切削元件54可以包括聚晶金刚石复合片(PDC)切削元件。多个耐磨结构56同样可以设置在大致位于切削元件54旋转后方的地层接合表面44上或地层接合表面44中。耐磨结构56可以包括例如抗磨结、柱块、耐磨硬合金齿、附加切削元件或者比刮刀主体42更为耐磨的任何其它结构。此外，耐磨表面硬化材料可以施加到刮刀40的任何外表面上，所述刮刀40在其布置在径向向外或伸展位置时与地下岩层接合。
刮刀40还可以包括一个或多个弹簧支撑构件58，所述弹簧支撑构件构造为抵靠并保持弹簧50(图3)的端部以将刮刀40偏压向回缩位置。在一些实施例中，弹簧支撑构件58可以是附接于刮刀主体42上的分立构件。在其它实施例中，弹簧支撑构件58可以包括刮刀主体42的一体的部分，该部分根据需要机加工或以其他方式成形以形成弹簧支撑构件58。
如图7所示，每个刮刀40可以具有形成在刮刀主体42的一个或两个侧表面上的一个或多个键槽43。如图7所示，键槽43可以具有大致矩形横截面形状。然而，在其它实施例中，键槽43可以具有大致圆形或正方形横截面形状。举例来说但非限制性的，键槽43可以在刮刀40中延伸到深度Y，深度Y大于刮刀最大宽度W的大约百分之十(10％)。在一些实施例中，键槽可以在刮刀40中延伸到深度Y，其为刮刀40的最大宽度W的大约百分之十(10％)到大约百分之三十(30％)。互补的向内延伸轨道或突起48(图1所示)可以设置在可扩张扩孔钻具10的外部主体16的刮刀板26的侧壁上、狭槽51(图1)内，刮刀40构造为在所述狭槽内滑动。当刮刀40在设置于外部主体16的刮刀板26的壁部上的狭槽51中滑动时，轨道或突起48可以与设置在刮刀40侧表面上的相应键槽43滑动接合。互补突起48和键槽43可以确保：当刮刀40从第一径向向内或回缩位置向第二径向向外或伸展位置移动时，刮刀40相对于可扩张扩孔钻具10沿大致纵向向上和径向向外方向62滑动。
此外，如图7所示，键槽43可以具有包括多个弯曲边缘的横截面形状，所述弯曲边缘与方向62(刮刀40构造为沿方向62滑动)大致平行地延伸。举例来说但非限制性的，多个弯曲边缘中的每个弯曲边缘的半径为刮刀40的最大宽度W的大约百分之五(5％)到刮刀40的最大宽度W的大约百分之四十(40％)。在一些实施例中，多个弯曲边缘中的每个弯曲边缘的半径为刮刀40的最大宽度W的大约百分之五(5％)到刮刀40的最大宽度W的大约百分之二十(20％)。轨道或突起48可以包括与键槽43的弯曲边缘互补的多个互补弯曲边缘。键槽43和轨道或突起48的互补弯曲边缘可以有助于键槽43和轨道或突起48之间的滑动接合。此外，键槽43和轨道或突起48的互补弯曲边缘可以减少刮刀在其于第一径向向内或回缩位置和第二径向向外或伸展位置之间移动时卡在狭槽51中的可能性。
如图7所示，刮刀40可以具有大致矩形横截面或箱形形状。刮刀的较尖角部66的半径为大约0厘米(0英寸(0″))到大约2.54厘米(1英寸(1″))。当刮刀40在第一径向向内或回缩位置和第二径向向外或伸展位置之间滑动时，刮刀40的箱形形状可以防止刮刀40卡在外部主体16的刮刀板26的狭槽51中。刮刀40的较尖角部66还防止刮刀40在扩孔/钻孔操作期间来回摆动和相对于外部主体16旋转。
图8是图7所示刮刀40的侧视图。图8没有显示切削元件54以对切削元件凹窝55进行图解说明，所述切削元件凹窝可以形成在刮刀40上以在内部接收切削元件54(图7)。切削元件54可以使用例如硬钎焊材料或粘合剂固定到切削元件凹窝55内。
同样如图8所示，刮刀40的地层接合表面44可以在刮刀40的纵向前方区域41A和纵向后方区域41B处具有大致弧形形状。此外，切削元件54(图7)可以设置在刮刀40的纵向前方区域41A和纵向后方区域41B上。在这种构造中，可以使用可扩张扩孔钻具10进行向前扩孔和向后扩孔，如上所述。
图9是图7-8所示刮刀40的一部分的端视图。如图9所示，在一些实施例中，刮刀40的旋转方向上的前侧面45可以相对于沿纵向平分可扩张扩孔钻具10的外部主体16、并包含纵向轴线L16的平面70以大约0度(0°)到大约45度(45°)的锐后背角68定位。
再次参考图3，当可扩张扩孔钻具10处于非致动位置并且刮刀40处于相应的第一径向向内或回缩位置时，可扩张扩孔钻具10可以在井眼中相对自由地活动。在这种构造中，可扩张扩孔钻具10定位在井眼内希望对井眼进行扩大(即，扩大井眼的尺寸或直径)的选定位置处。在可扩张扩孔钻具10定位在选定位置处之后，可扩张扩孔钻具10可以致动以使刮刀40沿大致径向向外和纵向向上方向移动。为了致动可扩张扩孔钻具10，限制元件(在一些实施例中为大致球形球体(未显示))可以落到钻柱中，可扩张扩孔钻具10固定在所述钻柱上。大致球形球体可以设置为具有小到足以使球体穿过活动式内部套筒构件17到达球座表面32，但大到不能允许球体超过球座表面32的直径。在这种构造中，钻井液流过纵向流体通道17可以导致球体座靠于球座表面32，从而暂时防止钻井液流过活动式内部套筒构件30。
当钻井液的流动通过球体座靠于球座表面32而暂时中断时，由位于活动式内部套筒构件30内的球体所封闭的钻井液压压力引起球体上方和下方的纵向流体通道17部分之间的压差可以沿纵向向前方向(即，朝向可扩张扩孔钻具10的下端12)给活动式内部套筒构件30施加作用力。剪切销38可以构造为在活动式内部套筒构件30内的钻井液压压力达到临界大小或水平(因此，沿纵向向前方向作用在活动式内部套筒构件30上的作用力达到临界大小或水平)时有选择地失效。换句话说，剪切销38可以构造为在可扩张扩孔钻具10的纵向流体通道17内的球体上方和下方的压差达到临界值时有选择地失效。在剪切销38失效之后，球体上方的活动式内部套筒构件30内的压力可以导致内部套筒构件30在固定式内部套筒构件28内沿着纵向向前方向滑动，直到活动式内部套筒构件30的外表面上的外唇或突起74抵靠固定式内部套筒构件28的端部76或其它特征为止。活动式内部套筒构件30的外表面上的外唇或突起74抵靠固定式内部套筒构件28的端部76或其它特征可以防止活动式内部套筒构件30在可扩张扩孔钻具10进一步纵向运动。此外，活动式内部套筒构件30的外表面上的外唇或突起74抵靠固定式内部套筒构件28的端部76或其它特征可以利用包括橡胶材料或任何其它弹性材料的减震构件进行缓冲。
筒夹或其它锁定式机构可以设置在固定式内部套筒构件28上，构造为将活动式内部套筒构件30锁定在纵向向前或致动位置以防止活动式内部套筒构件30随后在可扩张扩孔钻具10内进行运动。类似地，模锻管或者其它装置或机构可以设置在活动式内部套筒构件30的纵向前方区域上，用于使球体紧靠球座表面32以防止球体随后在可扩张扩孔钻具10内进行运动。
在可扩张扩孔钻具10已经致动并使剪切销38失效和活动式内部套筒构件30滑动到纵向向前位置之后，流体旁通开口31可以位于流体旁通构件18具有扩大内径的区域内。因此，钻井液能够从活动式内部套筒构件30通过流体旁通开口31流入活动式内部套筒构件30的外表面和流体旁通构件18的内表面19之间的环形空间，围绕活动式内部套筒构件30的纵向前方区域(由球体堵住的端部)流动，并通过可扩张扩孔钻具10的下端12流出。
此外，在可扩张扩孔钻具10已经致动并且导致剪切销38失效和活动式内部套筒构件30滑动到纵向向前位置之后，纵向流体通道17内部的钻井液的压力可以直接作用在刮刀40上，可以导致刮刀40从第一径向向内或回缩位置移动到第二径向向外或伸展位置并且与井眼内的地下岩层接合。纵向流体通道17内的钻井液可以与每个刮刀40的至少一部分直接接触。在这种构造中，作用在刮刀40上使刮刀40移动到径向向外或伸展位置的唯一的大作用力是由纵向流体通道17内部的液压压力产生的作用力。
当刮刀40移动到第二径向向外或伸展位置(图6所示)时，可扩张扩孔钻具10随后可以旋转以使切削元件54(如下所述)刮削和切除井眼壁地层材料和扩大或铰大井眼。对于向前铰孔的应用场合来说，当可扩张扩孔钻具10旋转时，旋转的可扩张扩孔钻具10可以沿向前方向朝向其下端12被送进或推进。对于向后铰孔应用(″向后铰孔″)来说，当可扩张扩孔钻具10旋转时，旋转的可扩张扩孔钻具10可以沿反向或向后方向朝向其上端14往回缩或被往回拉。在根据需要或要求扩大井眼时，纵向流体通道内的液压压力可以减小到临界值以下，以允许弹簧构件50使刮刀40返回到第一径向向内或回缩位置。可扩张扩孔钻具10随后可以从井眼向地面取出。
在一些情况下，地层岩屑或其它碎屑可能会使一个或多个刮刀40易于卡在或堵在径向向外或伸展位置。通过如上文参考图5和6所述地将可扩张扩孔钻具10的刮刀40和外部主体16构造为使刮刀40相对于可扩张扩孔钻具10沿大致纵向向上和径向向外方向62滑动，响应于可扩张扩孔钻具10从井眼缩回或拉出，由地下岩层(或例如套管靴)作用在被卡住或堵住刮刀40上的任何作用力可以将有可能卡住或堵住的刮刀40推动到第一径向向内或回缩位置，而不会使刮刀40粘结在外部主体16(例如，刮刀板26)上。换句话说，将可扩张扩孔钻具10从井眼拉出有可能迫使可能堵住或卡住的刮刀40返回到第一径向向内或回缩位置。因此，有助于将可扩张扩孔钻具10从井眼中取出。
再次参考图7，位于刮刀40的纵向后侧面(刮刀40靠近可扩张扩孔钻具10(图3)的上端14的侧面)上的切削元件54可以相对于刮刀40上的其它切削元件54可以更深地凹入刮刀40内。举例来说但非限制性的，位于刮刀的纵向后侧面上的切削元件54可以延伸超过地层接合表面44达0.3175厘米(1/8英寸(1/8″))或更少。在一些实施例中，位于刮刀的纵向后侧面上的切削元件54可以不延伸超过地层接合表面44，作为替代，可以与地层接合表面44大体上齐平或者略微凹陷在地层接合表面44以下。位于刮刀纵向后侧面上的切削元件54的这种凹入可以在可扩张扩孔钻具10从井眼中拉出时防止这些切削元件54抓持在井眼内的套管或其它结构上。因此，进一步有助于将可扩张扩孔钻具10从井眼中取出。
图10与图8大体上相同并且显示了本发明的一些实施例的其它方面。如图10所示，在本发明的一些实施例中，保径区域或部位82(即，每个刮刀40上的径向最外侧区域或部位)的纵向最后面的部位80可以与刮刀40的地层接合表面的纵向中心线86相距距离D，该距离小于刮刀40的地层接合表面44的纵向长度L的大约百分之二十五(25％)。更具体地，保径区域或部位82的纵向最后面的部位80可以与刮刀40的纵向中心线86相距距离D，该距离小于刮刀40的地层接合表面44的纵向长度L的大约百分之二十(20％)。
在一些情况下，保径区域或部位82的纵向最后面的部位80可以提供刮刀40和井眼内的套管或其它特征之间的第一接触点，当试图将可扩张扩孔钻具10从井眼拉出时，刮刀40往往在此接触点卡在或堵在第二径向向外或伸展位置。通过使保径区域或部位82的纵向最后面的部位80靠近刮刀40的地层接合表面44的纵向中心线86定位，当可能堵住或卡住的刮刀40随着可扩张扩孔钻具10从井眼拉出而与井眼内的套管或其它特征接合时，刮刀40不容易粘附在可扩张扩孔钻具10的外部主体16(即，刮刀板26)上。换句话说，由接触井眼内的套管或其它特征引起的作用在保径区域或部位82的纵向最后面的部位80上的任何作用力会导致刮刀40从第二径向向外或伸展位置滑动到第一径向向内或回缩位置。因此，进一步有助于将可扩张扩孔钻具10从井眼中取出。
同样如图10所示，在本发明的一些实施例中，一个或多个刮刀40可以包括地层接合表面44的凹入区域90。地层接合表面44的凹入区域90可以邻近或靠近刮刀40的最靠后或后端(即，刮刀靠近可扩张扩孔钻具10的第二上端14的端部)。在一些实施例中，凹入区域90可以大体上没有切削元件54(图7)。在其他实施例中，凹入区域90可以是大致平坦的。如图6所示，在一些实施例中，当至少一个刮刀40处于伸展位置时，凹入区域90可以略微凹进刮刀板26中。在其它实施例中，当至少一个刮刀40处于伸展位置时，凹入区域90可以与刮刀板26的外表面27大体上平齐。举例来说但非限制性的，凹入区域90可以沿纵向向前方向(即，朝向可扩张扩孔钻具10的第一下端12)从地层接合表面44的后缘92延伸距离X到地层接合表面44开始径向向外弯曲的位置94。在一些实施例中，凹入区域90可以从地层接合表面44的后缘92延伸到靠近位于地层接合表面44上或中的最靠后切削元件54的位置。作为非限制实例，距离X可以为刮刀40的地层接合表面44的纵向长度L的大约百分之五(5％)到刮刀40的地层接合表面44的纵向长度L的大约百分之四十(40％)。更特别地，距离X可以为刮刀40的地层接合表面44的纵向长度L的大约百分之七(7％)到刮刀40的地层接合表面44的纵向长度L的大约百分之十五(15％)。
在一些情况下，地层接合表面44开始径向向外弯曲的位置94可以限定刮刀40和井眼内的套管或其它特征之间的第一接触点，当试图将可扩张扩孔钻具10从井眼拉出时刮刀40往往在此卡在或堵在第二径向向外或伸展位置。通过使地层接合表面44开始径向向外弯曲的位置94更靠近刮刀40的地层接合表面的纵向中心线86，当可能堵住或卡住的刮刀40随着可扩张扩孔钻具10从井眼拉出而与井眼内的套管或其它特征接合时，刮刀40不容易粘附在可扩张扩孔钻具10的外部主体16上。换句话说，井眼内的套管或其它特征对刮刀40的推力可以使刮刀40相对于图5-6所示纵向轴线L16以锐角64沿方向62从第二径向向外或伸展位置缩回或移动到第一径向向内或回缩位置。因此，进一步有助于将可扩张扩孔钻具10从井眼中取出。
同样，图11-15所示的特殊密封结构大体上适用于本发明的一些实施例。如图11所示，本发明的一些实施例可以包括T形密封件100，其包括比较柔软的材料，例如聚合物或共混聚合物材料。在一些实施例中，T形密封件100可以由氢化丁腈橡胶(HNBR)、VITONTM或丁腈橡胶制造而成。如图12(图11所示T形密封件100的顶部剖视图)所示，T形密封件100可以构造为与刮刀40的形状相对应。特别地，T形密封件100可以构造为安放在围绕每个刮刀40延伸的凹部52(图8)中。如图11特别是图13和14(是沿图12的剖面线13-13和14-14截取的T形密封件100的横截面视图)所示，T形密封件100可以构造为以与狭槽51(与T形密封件100连通)的每个表面垂直的角度抵靠外部主体16的刮刀板26，特别是抵靠刮刀板26的狭槽51(图1)的表面。
图15是图2所示箱形部分15内的部分的放大图，并且显示了接合在刮刀主体42和外部主体16的刮刀板26之间的T形密封件100。如图15所示，T形密封件100可以垂直地或以90度(90°)角地与外部主体16的刮刀板26的狭槽51的表面53相接合。另外，当与狭槽51的表面53接合时，T形密封件100可以经受百分之十(10％)或更大的挤压或压缩。换句话说，当T形密封件100位于刮刀40和外部主体16的刮刀板26之间时，如图15所示，处于放松或非压缩状态的T形密封件100的厚度可以减少大约百分之十(10％)或更大。在一些实施例中，T形密封件100可以经受百分之二十(20％)或更大的挤压或压缩。
再次参考图15，T形密封件100可以包括一个或多个支撑环102。支撑环102可以由比T形密封件100的材料更为强劲的材料制成，例如，聚醚醚酮(PEEKTM)、聚四氟乙烯(TEFLONTM)、掺杂青铜的聚四氟乙烯或其它适当材料。
T形密封件100具有一定弹性，可以在其在刮刀40上方或周围经过时并定位在刮刀40上的凹槽52中伸展。因为支撑环102比较强劲，它们可以具有贯穿切口以允许支撑环102扩大到更大直径，从而允许支撑环在其安放在T形密封件100内并位于T形密封件100上时在刮刀40的主体上方和周围经过。支撑环102可以有助于将T形密封件100保持在刮刀40的凹槽52(图8)内。此外，支撑环102可以防止T形密封件100和污染物之间的相互影响。更具体地，如图15所示，当通过狭槽51内的刮刀板26的相邻表面53使T形密封件100压缩时，支撑环102还可以与刮刀板26的相邻表面53接触。因此，当T形密封件100和刮刀板26的表面53相对于彼此移动时，沿每个移动方向，支撑环102在T形密封件100之前与刮刀板26的表面53接触。因此，支撑环102可以有助于从地面53去除岩屑和其它污染物，从而防止污染物与T形密封件100接触。在一些实施例中，支撑环102可以包括脊部或其它非平面几何结构以有助于去除污染物。
再次参考图15，可以在每个刮刀40和可扩张扩孔钻具10的外部主体16的刮刀板26的周围表面之间设置间隙T，该间隙大到足以允许刮刀40在刮刀板26内自由滑动，但小到足以防止地层岩屑或其它碎屑堵塞在刮刀40和外部主体16之间或使之减到最小程度，以及在刮刀在外部主体16的刮刀板26内或相对于刮刀板26移动时对刮刀40进行导向。举例来说但非限制性的，在刮刀40的每个表面和外部主体16的刮刀板26的周围表面之间设置大于大约0.0254厘米(大约千分之十英寸(0.010″))的间隙T。设置至少0.0254厘米(大约千分之十英寸(0.010″))或更大的间隙T有助于防止刮刀40粘结在外部主体16的刮刀板26的狭槽51中。在一些实施例中，刮刀40的横向侧面和外部主体16的周围表面(例如，刮刀板26)之间的间隙T可以为大约0.0381厘米(大约千分之十五英寸(0.015″))，在刮刀40的端面和外部主体16的周围表面之间可以设置大约0.0635厘米(大约千分之二十五英寸(0.025″))到大约0.1143厘米(大约千分之四十五英寸(0.045″))的间隙T。
尽管这里已经相对于特定的优选实施例对本发明进行了描述，但是本领域的普通技术人员应当考虑和认识到本发明不限于此。相反，在不脱离如下文要求保护的本发明范围的情况下，可以对优选实施例进行多种增加、删除和改变。另外，一个实施例的特征可以与另一个实施例的特征结合，但仍然处于由本发明人考虑的发明范围内。另外，本发明可应用于不同和各种刮刀轮廓以及切削件类型和结构。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种可扩张扩孔钻具，包括：
外部主体，所述外部主体具有延伸穿过其中的流体通道；
至少一个刮刀，所述刮刀构造为相对于所述外部主体、沿与所述外部主体的纵向轴线成小于90度(90°)的锐角定向的方向、在回缩位置和伸展位置之间移动；和
其特征在于：所述可扩张扩孔钻具还包括活动式内部套筒构件，所述活动式内部套筒构件构造为响应于所述流体通道的预定部分之间的预定液压压力差从第一位置移动到第二位置，以在所述第一位置避免所述流体通道内的液压压力作用于所述至少一个刮刀上，而在所述第二位置则允许所述流体通道内的液压压力直接作用于所述至少一个刮刀上。
2.如权利要求1所述的可扩张扩孔钻具，其中，与所述外部主体的纵向轴线成小于90度(90°)的所述锐角为大约60度(60°)。
3.如权利要求1或2所述的可扩张扩孔钻具，其中，所述外部主体包括刮刀板，所述至少一个刮刀至少部分地布置在延伸穿过所述刮刀板的狭槽内。
4.如权利要求1-3中任意一项所述的可扩张扩孔钻具，其中，所述至少一个刮刀具有包括角部的大致矩形形状，所述角部具有大约0厘米到大约2.54厘米的半径。
5.如权利要求1-4中任意一项所述的可扩张扩孔钻具，其中，所述至少一个刮刀的尺寸和结构设置成在所述外部主体和所述至少一个刮刀的与所述外部主体相邻的每个侧表面之间提供大于大约0.254毫米的间隙。
6.如权利要求1-5中任意一项所述的可扩张扩孔钻具，还包括位于所述外部主体和所述至少一个刮刀的与所述外部主体相邻的每个侧表面之间的密封件，其中，所述密封件构造和定位成防止流体从位于所述外部主体和所述至少一个刮刀之间的所述流体通道流出，所述密封件以与所述外部主体的接触所述密封件的每个表面大体上垂直的角度抵靠所述外部主体。
7.如权利要求1-6中任意一项所述的可扩张扩孔钻具，其中，所述至少一个刮刀包括具有至少一个倾斜表面的基部，所述至少一个倾斜表面的至少一部分构造为当所述刮刀处于伸展位置时楔入地挤靠于所述外部主体的互补倾斜表面。
8.如权利要求7所述的可扩张扩孔钻具，其中，所述刮刀的所述基部的所述至少一个倾斜表面相对于所述至少一个刮刀被构造为相对于所述外部主体移动的方向以大约15度(15°)到大约75度(75°)的锐角定向。
9.如权利要求8所述的可扩张扩孔钻具，其中，所述刮刀的所述基部的所述至少一个倾斜表面相对于所述至少一个刮刀被构造为相对于所述外部主体移动的方向以大约30度(30°)的锐角定向。
10.如权利要求1-7中任意一项所述的可扩张扩孔钻具，其中，所述至少一个刮刀具有地层接合表面，所述地层接合表面包括：
包括至少一个前部切削元件的纵向前方区域；和
包括至少一个后部切削元件的纵向后方区域，所述至少一个前部切削元件的暴露量大于所述至少一个后部切削元件的任意暴露量。
11.如权利要求10所述的可扩张扩孔钻具，其中，所述至少一个后部切削元件延伸超过所述至少一个刮刀的所述地层接合表面大约3.175毫米或更少的距离。
12.如权利要求11所述的可扩张扩孔钻具，其中，所述至少一个后部切削元件与所述至少一个刮刀的所述地层接合表面大体上齐平。
13.如权利要求1-10中任意一项所述的可扩张扩孔钻具，其中，所述至少一个刮刀还包括地层接合表面，所述地层接合表面包括保径区域，所述保径区域的纵向最后面的部位与所述地层接合表面的纵向中心线的距离小于所述地层接合表面的纵向长度的大约百分之二十五(25％)。
14.如权利要求13所述的可扩张扩孔钻具，其中，所述至少一个刮刀还包括由所述至少一个刮刀的至少一个侧表面界定的至少一个键槽，所述至少一个键槽在所述至少一个刮刀中延伸到大于所述刮刀的最大宽度的大约百分之十(10％)的深度。
15.如权利要求13或14所述的可扩张扩孔钻具，其中，所述保径区域的纵向最后面的部位与所述地层接合表面的纵向中心线的距离小于所述地层接合表面的纵向长度的大约百分之二十(20％)。
16.如权利要求1-10中任意一项所述的可扩张扩孔钻具，其中，所述至少一个刮刀具有地层接合表面，所述地层接合表面包括：
保径区域；和
径向凹入区域，所述径向凹入区域从所述地层接合表面的后缘沿纵向向前方向延伸大于所述地层接合表面的纵向长度的大约百分之五(5％)的距离。
17.如权利要求16所述的可扩张扩孔钻具，其中，所述径向凹入区域从所述地层接合表面的后缘延伸小于所述地层接合表面的纵向长度的大约百分之四十(40％)的距离。
18.如权利要求17所述的可扩张扩孔钻具，其中，所述径向凹入区域从所述地层接合表面的后缘延伸所述地层接合表面的纵向长度的大约百分之七(7％)到大约百分之十五(15％)的距离。
19.一种扩大井眼的方法，所述方法包括：
使钻井液流过延伸穿过可扩张扩孔钻的外部主体的流体通道；
使所述流体通道内的液压压力直接作用在所述可扩张扩孔钻的至少一个刮刀的表面上，以使所述至少一个刮刀相对于所述外部主体沿着与所述外部主体的纵向轴线成小于90度(90°)的锐角定向的方向从回缩位置滑动到伸展位置；和
使所述可扩张扩孔钻具在井眼内旋转；
其特征在于：使所述流体通道内的液压压力直接作用在所述可扩张扩孔钻的至少一个刮刀的表面上的步骤包括：
将内部套筒构件定位于所述流体通道内的第一位置，并且利用所述内部套筒构件防止液压压力直接作用在所述至少一个刮刀的所述表面上；以及
将所述内部套筒构件从所述第一位置移动至第二位置，并且允许液压压力直接作用在所述至少一个刮刀的所述表面上。
20.如权利要求19所述的方法，还包括：
从所述井眼中拉动所述可扩张扩孔钻；和
使所述可扩张扩孔钻的至少一个刮刀的、位于所述至少一个刮刀的地层接合表面的纵向中心线后方且与纵向中心线相距的距离小于所述地层接合表面的纵向长度的大约百分之四十三(43％)处的区域与包括井眼的阻碍部分的结构接触，从而使所述至少一个刮刀沿着与所述可扩张扩孔钻具的外部主体的纵向轴线成小于90度(90°)的锐角定向的方向从伸展位置滑动到回缩位置。

Claims (20)

1.一种可扩张扩孔钻具，包括：
外部主体，所述外部主体具有延伸穿过其中的流体通道；
至少一个刮刀，所述刮刀构造为相对于所述外部主体、沿与所述外部主体的纵向轴线成小于90度(90°)的锐角定向的方向、在回缩位置和伸展位置之间移动；和
活动式内部套筒构件，所述活动式内部套筒构件构造为响应于所述流体通道的预定部分之间的预定液压压力差从第一位置移动到第二位置，以在所述第一位置避免所述流体通道内的液压压力作用于所述至少一个刮刀上，而在所述第二位置则允许所述流体通道内的液压压力直接作用于所述至少一个刮刀上。
2.如权利要求1所述的可扩张扩孔钻具，其中，与所述外部主体的纵向轴线成小于90度(90°)的所述锐角为大约60度(60°)。
3.如权利要求1或2所述的可扩张扩孔钻具，其中，所述外部主体包括刮刀板，所述至少一个刮刀至少部分地布置在延伸穿过所述刮刀板的狭槽内。
4.如权利要求1-3中任意一项所述的可扩张扩孔钻具，其中，所述至少一个刮刀具有包括角部的大致矩形形状，所述角部具有大约0厘米到大约一2.54厘米的半径。
5.如权利要求1-4中任意一项所述的可扩张扩孔钻具，其中，所述至少一个刮刀的尺寸和结构设置成在所述外部主体和所述至少一个刮刀的与所述外部主体相邻的每个侧表面之间提供大于大约0.254毫米的间隙。
6.如权利要求1-5中任意一项所述的可扩张扩孔钻具，还包括位于所述外部主体和所述至少一个刮刀的与所述外部主体相邻的每个侧表面之间的密封件，其中，所述密封件构造和定位成防止流体从位于所述外部主体和所述至少一个刮刀之间的所述流体通道流出，所述密封件以与所述外部主体的接触所述密封件的每个表面大体上垂直的角度抵靠所述外部主体。
7.如权利要求1-6中任意一项所述的可扩张扩孔钻具，其中，所述至少一个刮刀包括具有至少一个倾斜表面的基部，所述至少一个倾斜表面的至少一部分构造为当所述刮刀处于伸展位置时楔入地挤靠于所述外部主体的互补倾斜表面。
8.如权利要求7所述的可扩张扩孔钻具，其中，所述刮刀的所述基部的所述至少一个倾斜表面相对于所述至少一个刮刀被构造为相对于所述外部主体移动的方向以大约15度(15°)到大约75度(75°)的锐角定向。
9.如权利要求8所述的可扩张扩孔钻具，其中，所述刮刀的所述基部的所述至少一个倾斜表面相对于所述至少一个刮刀被构造为相对于所述外部主体移动的方向以大约30度(30°)的锐角定向。
10.如权利要求1-7中任意一项所述的可扩张扩孔钻具，其中，所述至少一个刮刀具有地层接合表面，所述地层接合表面包括：
包括至少一个前部切削元件的纵向前方区域；和
包括至少一个后部切削元件的纵向后方区域，所述至少一个前部切削元件的暴露量大于所述至少一个后部切削元件的任意暴露量。
11.如权利要求10所述的可扩张扩孔钻具，其中，所述至少一个后部切削元件延伸超过所述至少一个刮刀的所述地层接合表面大约3.175毫米或更少的距离。
12.如权利要求11所述的可扩张扩孔钻具，其中，所述至少一个后部切削元件与所述至少一个刮刀的所述地层接合表面大体上齐平。
13.如权利要求1-10中任意一项所述的可扩张扩孔钻具，其中，所述至少一个刮刀还包括地层接合表面，所述地层接合表面包括保径区域，所述保径区域的纵向最后面的部位与所述地层接合表面的纵向中心线的距离小于所述地层接合表面的纵向长度的大约百分之二十五(25％)。
14.如权利要求13所述的可扩张扩孔钻具，其中，所述至少一个刮刀还包括由所述至少一个刮刀的至少一个侧表面界定的至少一个键槽，所述至少一个键槽在所述至少一个刮刀中延伸到大于所述刮刀的最大宽度的大约百分之十(10％)的深度。
15.如权利要求13或14所述的可扩张扩孔钻具，其中，所述保径区域的纵向最后面的部位与所述地层接合表面的纵向中心线的距离小于所述地层接合表面的纵向长度的大约百分之二十(20％)。
16.如权利要求1-10中任意一项所述的可扩张扩孔钻具，其中，所述至少一个刮刀具有地层接合表面，所述地层接合表面包括：
保径区域；和
径向凹入区域，所述径向凹入区域从所述地层接合表面的后缘沿纵向向前方向延伸大于所述地层接合表面的纵向长度的大约百分之五(5％)的距离。
17.如权利要求16所述的可扩张扩孔钻具，其中，所述径向凹入区域从所述地层接合表面的后缘延伸小于所述地层接合表面的纵向长度的大约百分之四十(40％)的距离。
18.如权利要求17所述的可扩张扩孔钻具，其中，所述径向凹入区域从所述地层接合表面的后缘延伸所述地层接合表面的纵向长度的大约百分之七(7％)到大约百分之十五(15％)的距离。
19.一种扩大井眼的方法，所述方法包括：
使钻井液流过延伸穿过可扩张扩孔钻的外部主体的流体通道；
使所述流体通道内的液压压力直接作用在所述可扩张扩孔钻的至少一个刮刀的表面上，以使所述至少一个刮刀相对于所述外部主体沿着与所述外部主体的纵向轴线成小于90度(90°)的锐角定向的方向从回缩位置滑动到伸展位置；和
使所述可扩张扩孔钻具在井眼内旋转。
20.如权利要求19所述的方法，还包括：
从所述井眼中拉动所述可扩张扩孔钻；和
使所述可扩张扩孔钻的至少一个刮刀的、位于所述至少一个刮刀的地层接合表面的纵向中心线后方且与纵向中心线相距的距离小于所述地层接合表面的纵向长度的大约百分之四十三(43％)处的区域与包括井眼的阻碍部分的结构接触，从而使所述至少一个刮刀沿着与所述可扩张扩孔钻具的外部主体的纵向轴线成小于90度(90°)的锐角定向的方向从伸展位置滑动到回缩位置。
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