专利名称：液压扩孔器及其中使用的部件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种液压扩孔器及其中使用的改进的部件。
背景技术：
液压扩孔器用于用液压方法对延伸穿过地下岩层的钻孔进行冲洗，或更一般地进行扩大，从而在岩层中产生一空腔。液压扩孔可用于煤系(“煤层”)，以提高从这种岩层或者其它需要对钻孔进行扩大的岩层的断口(“层理”)中流出的甲烷的产量。
一种液压扩孔器包括一封隔器部件，用于密封压靠在一井眼套管上，从而将一环状空间隔离在限定于套管和一工作管之间的封隔器部件上方；一切割部件，用于液压地扩大位于套管下面的井眼，从而在形成的空腔中产生液体和岩层断片混合物；及一喷射泵部件，用于将混合物从空腔经上述环状空间泵送到地面。
发明内容
本发明的一个目的是提供用于液压扩孔器的改进的封隔器、切割和喷射泵部件，以及新型铣刀(mill)部件。
提供了一种封隔器部件，包括具有一上端和一下端的管状驱动套筒；一具有一上端和一下端的管状封隔器心轴，该封隔器心轴安装到驱动套筒上，封隔器心轴下端与驱动套筒上端紧邻但不联接，因而可使驱动套筒旋转而封隔器心轴保持静止；至少一个安装在封隔器心轴上并环绕它的管状密封元件；一管状驱动心轴，该管状驱动心轴限定了一贯穿的封隔器部件中心孔，并基本上同轴地延伸穿过驱动套筒和封隔器心轴，从而限定一封隔器部件环状空间，该管状驱动心轴固定地联接到驱动套筒上，因而驱动心轴的旋转可以使驱动套筒旋转。
提供了一种切割部件，包括一个外管，一个内管，该内管限定了一个贯穿的切割部件中心孔并穿过外管基本上同轴地延伸，从而在内管和外管之间限定一切割部件环状空间；一切割喷嘴外壳，该切割喷嘴外壳在内管和外管之间穿过切割部件环状空间延伸，从而固定地与其联接，该切割喷嘴外壳具有一与切割部件中心孔相通的入口部，还有一出口部；一安装在外壳入口部的隔板；及一安装在外壳出口部的切割喷嘴。
提供了一种喷射泵部件，包括一具有一纵轴线的主体，一纵向延伸的泵部件中心孔，该中心孔带有一限制了一入口的上端和一限定了一出口的下端，及多个环绕泵部件中心孔圆周间隔开的旋转腔，每个旋转腔具有至少一个与泵部件中心孔联通的入口通道，还有一出口；多个与该多个旋转腔对应的射流喷嘴，使每个射流喷嘴具有与对应的旋转腔出口联通的入口，每个射流喷嘴还有一出口；及多个与该多个喷嘴对应的文氏管，使每个文氏管的入口与一对应的射流喷嘴出口对准但在其上方间隔开，每个文氏管还有一个出口；其中主体还在其中限定了一个环绕泵部件中心孔的扩散腔，该扩散腔具有多个分别与文氏管出口联通的入口，还具有一与泵部件中心孔入口相邻的基本为环状的出口。
提供了一种铣刀部件，包括一具有一上端和一下端的管状刀头短接件；一管状初级铣刀，该管状初级铣刀具有一可移动地联接到该刀头短接件下端的上端，还有一磨损下端；及一中心组件，该中心组件具有一贯穿的通道，并适于安装在一限定在刀头短接件和初级铣刀中的铣刀部件中心孔中，其中该中心组件包括(I)一锁定心轴，该锁定心轴具有一上端和一下端并可选择性地锁定在铣刀部件中心孔中，(ii)一中心铣刀，该中心铣刀具有一可移动地联接到锁定心轴下端的上端，还有一磨损下端，当锁定心轴锁定在铣刀部件中心孔中时，该下端与初级铣刀下端相邻，及(iii)一铣刀喷嘴，该铣刀喷嘴联接到中心铣刀下端，从而与中心组件通道联通。
还提供了一种包括上述部件及一中间部件的液压扩孔器，这些部件以下面进一步描述的方式联成一线。
在本发明的详细说明中的优选实施例部分中对本发明的操作优点进行讨论。
图1是根据本发明并具有上述各部件的工作液压扩孔器的示意性视图；图2是封隔器的优选实施例的纵向剖视图；图3是切割部件的优选实施例的纵向剖视图；图4是沿图3中线4-4观察的切割部件的剖视图；图5是沿图4中线5-5观察的切割部件的剖视图；图6是喷射泵部件的优选实施例的纵向剖视图；图7-12是分别沿图6中线7-7，8-8，9-9，10-10，11-11和12-12观察的喷射泵部件的剖视图；图13是喷射泵部件的透视图，其主体的一部分被去掉，以表示其内部细节；图14是其中没有中心组件的铣刀部件优选实施例的纵向剖视图，图15表示沿图14中线15-15观察的一剖视图；图16是铣刀部件的一视图，示出与图14相似的一剖视图(但略微逆时针旋转)，以侧视图表示一中心组件，其中去掉了最底部，以剖视图显示内部细节。
具体实施例方式
下面所描述的液压扩孔器及其操作假定正在对井眼进行扩孔，以提高来自煤层的甲烷产量。但应该理解，本发明的液压扩孔器可为了任何目的而用于扩大一钻孔。下面说明中的任何尺寸仅作为典型例子提供，不应该以任何形式构成对本发明的限制。
参照图1，一井眼套管10延伸穿过盖层12，并如14所示用水泥固结在盖层中。所示井眼套管10的下端刚好位于煤层16上方。一预先钻好的井眼18延伸穿过煤层16。
所示液压扩孔器包括多个联成一串的部件。这些部件包括(从上到下)一个封隔器部件20，一个包括一同轴管线的中间部件22，一个切割部件24，一个喷射泵部件26，和一个铣刀部件28。封隔器部件20具有一个相连的驱动心轴30，该驱动心轴30在其上端与一延伸到表面(没有显示)的工作管32联接。清理叶片34在圆周方向固定到驱动心轴30上。封隔器部件的密封元件36和38的作用是密封压靠在井眼套管10上，从而隔离限定在密封元件上方的套管环状空间40。如在虚线之间示意性示出的，封隔器部件20及其它部件具有基本为直线并对准的中心孔。一环状空间40环绕封隔器部件20、中间部件22和切割部件24中的中心孔。当使用7英寸井眼套管时，一般使用一个直径为31/2英寸的中心孔和一个外径为6英寸的环状空间。
操作中，工作管32旋转从而旋转驱动心轴30。如参照图2详细描述的那样，封隔器部件20被构造成使密封元件36和38不随驱动心轴30的旋转而旋转。这使密封元件上的摩擦减到最小，从而与常规旋转密封元件相比，不需要频繁更换。液压扩孔器可在不损失密封元件与井眼套管10之间所需密封的情况下上下移动。驱动心轴30的旋转导致其它部件的旋转。铣刀部件28的旋转将钻透位于井眼18中或穿过井眼18的可能障碍物，如岩层断片或者极少情况下的金属“碎块”。
所用的液体最常见的是带有一种或多种粘性和/或稠度增加剂的水。这种液体以一定压力和流速而泵入并穿过工作管32，该压力和流速在多种因素的基础上选择，包括井深、井尺寸、各种喷嘴(下面描述)的尺寸、煤层中甲烷的压力、还有安全考虑。压力一般在1000-3000psi范围内，流速一般在350-1000gpm(加仑每分钟)范围内。
如虚线箭头所示，液体从工作管32向下流动，穿过驱动心轴30上部，然后穿过限定了封隔器部件20中心孔的驱动心轴下部，穿过中间部件22的中心孔，并穿过切割部件24的中心孔。一些液体转向并流过径向相对的切割喷嘴以产生切割射流42和44。这种相对的切割射流平衡了作用于扩孔器上的力，从而将结构应力减到最小，该射流冲击煤层16的周壁从而打碎岩层断片。这些断片从种属上说是指岩层断片，因为某些煤以外的岩层材料如页岩也可能存在于煤层16中。由虚线(带有交替点的虚线)表示的井眼18的上部已经由切割射流42和44扩大而形成一空腔46。产生了以48表示的液体和岩层断片的混合物。
没有转向到切割喷嘴的液体继续向下流入喷射泵部件26的中心孔中。一部分这种液体完全流过泵部件中心孔，然后流过铣刀部件28，以冷却磨损的下端，并有助于从该下端将切屑带走。另一部分液体从泵部件中心孔出来并改变其流动方向而向上流动。假设岩层断片通过切割射流42和44的作用以及通过喷射泵部件自身并通过随后描述的新型装置而足够小的话，混合物被抽到喷射泵部件26的一部分中(如实线所示)，然后穿过该部分向上流动。混合物流入并穿过切割部件24的环状空间，穿过中间部件22的环状空间，穿过封隔器部件20的环状空间，以便从这种环状空间出来并流入套管环状空间40中(如实线箭头所示)。清理叶片34的旋转使套管环状空间40在封隔器部件环状空间上方保持完全清洁，以有助于恒定和不受阻碍地从其中流动。混合物继续向上流动穿过套管环状空间40到达地面(没有显示)。
优选地，喷射泵部件26以足够大的容积流量将混合物48泵压到地面，将混合物48的上方液面保持在切割部件24之下。在混合物48与密封元件36和38之间可能产生一气顶，切割射流42和44通过该气顶以大于通过液体的距离而高效运行。
在泵压到地面之后，液体和岩层断片的混合物(还包含一些甲烷)通常被输送到一个矿坑，混合物成分在此发生自然分离。岩层断片落到矿坑底部，将液体留在上部用于回收(如果需要的话)。为了安全，从液体逸到大气中的甲烷立即被燃烧。液压扩孔器向井眼18下面移动，穿过煤层16继续扩孔操作。在完成操作后，将液压扩孔器从井中抽出，并对井进行装备，用于以常规方式生产甲烷。
现在描述封隔器部件20、切割部件24、喷射泵部件26和铣刀部件28的优选实施例。用于制造每一部件的优选材料是一种经适当热处理的钢，除非注明某些成分。下文所述的所有固定联接优选是焊接联接。
参照图2，所示的封隔器部件20包括一个具有外螺纹上端52的管状驱动套筒50。一管状封隔器心轴54具有外螺纹上端56和一个具有安装在圆周槽中的O形圈60的法兰下端58。封隔器心轴54安装在驱动套筒50上，使封隔器心轴下端58紧邻驱动套筒上端52但并不与之联接。如图所示，一种基本为环状的止推支承件62(最好是黄铜)被置于驱动套筒上端52与封隔器心轴下端58之间。
一支承外壳64具有一螺纹联接到驱动套筒上端52的内螺纹下端66，及一螺纹联接到支承外壳螺母70上的内螺纹上端68。因此，支承外壳64环绕并封闭止推支承件62和封隔器心轴54的下部，并与O型圈60密封接触。一管状承载支承件72(最好是黄铜)置于支承外壳64与封隔器心轴下部之间。
密封元件36和38安装在封隔器心轴54上并环绕它，一管状衬垫74在密封元件之间安装在封隔器心轴54上并环绕它。衬垫74最好由调节螺丝76固定到位。一封隔器心轴螺母78螺纹联接到封隔器心轴上端56，使密封元件36和38位于封隔器心轴螺母和支承外壳螺母70之间。在衬垫74下端和密封元件36上端之间最好至少有一小间隙，而在封隔器心轴螺母78下端和密封元件38上端之间有一类似的间隙。由于下面的原因，液体可进入这些间隙中。
每个密封元件可由合成或天然橡胶构成。密封元件36具有一接近其下端而埋入的密封圈80，而密封元件38类似地接近其下端而埋入一密封圈82。每一密封圈包括一密封压靠在封隔器心轴54外表面上的金属圈和O形圈。如图所示，每个密封元件具有一从密封元件上端到密封圈成锥形的内径。因此，在密封元件内表面和封隔器心轴54外表面之间存在一小的锥形间隙。当液压扩孔器开始工作时，进入该间隙的液体流使该密封元件充分膨胀，从而密封压靠在井眼套管上。
管状驱动心轴30限定了一个贯穿的封隔器部件中心孔84，并同轴延伸穿过封隔器心轴54和驱动套筒50，以限定一封隔器部件环状空间86。驱动心轴30借助于联接元件88固定地联接到驱动套筒50上。因此，驱动心轴30的旋转使驱动套筒50转动，但封隔器心轴54及相连的密封元件36和38能够保持静止。
驱动心轴30和驱动套筒50的下端没有显示，但可以设置任何适当的装置，以便联接到中间部件22的上端(图1)，这样，中间部件中心孔和环状空间分别与封隔器部件中心孔84和封隔器部件环状空间86相联。
参照图3，所示的切割部件24包括一外管90和一内管92。内管92限定了一个贯穿的切割部件中心孔94，并同轴延伸穿过外管90，在外管90和内管92之间限定一切割部件环状空间96。一上部切割喷嘴外壳98在外管和内管之间延伸穿过切割部件环状空间96，从而固定地联接到其上。切割喷嘴外壳98具有一与切割部件中心孔94联通的入口部分100。一隔板102通过杆104安装在外壳入口部分100内(下面将进一步解释)。一切割喷嘴106(最好是碳化钨)螺纹地和可移动地联接到其出口部分108中的切割喷嘴外壳98上。如图所示，切割喷嘴106具有一通道，其从入口到出口成锥形，该入口与隔板102相邻并具有一入口直径，该出口具有小于入口直径的出口直径。切割喷嘴106的入口端最好与如图所示的O形圈密封配合。
外管90和内管92有相同的纵轴线110，下文称为管轴线110。切割喷嘴外壳98具有一纵轴线112，下文称为外壳轴线112，外壳轴线112基本上垂直于管轴线110并与其相交。切割喷嘴98和隔板102沿外壳轴线112对准，隔板102基本垂直于外壳轴线112。
与切割喷嘴外壳98相似，下部切割喷嘴外壳114具有一外壳轴线116，且其中安装有一切割喷嘴118和隔板120。外壳轴线112和116基本上共面，切割喷嘴外壳98和114位于管轴线110的相对侧。外壳轴线112和116沿管轴线110彼此纵向间隔开。这种用于6英寸外管的纵向间距最好是在大约12-24英寸范围内。
定位于切割喷嘴外壳98上方的切割部件环状空间96中的第一组三个(图3中仅能看到两个)圆周间隔开的定心器122在外管90和内管92之间延伸并固定地联接到其上。第二组定心器124相似地设置在切割喷嘴外壳114下方。
外管90具有一外螺纹下端126，内管92具有一在圆周外槽中带一对O形圈130的下端128。如图所示，内管下端128在O形圈130下面壁厚减小。外管90和内管92的上端未显示，但可设置任何适当的装置，以便联接到中间部件22的下端(图1)，从而使切割部件中心孔94和切割部件环状空间96分别与中间部件中心孔和环状空间联通。
切割部件24的上部及中间部分被去掉，因此切割部件24的全长没有显示。但切割部件24的典型长度在约5-7英尺范围内。
参照图4，该剖视图显示了杆104在固定联接到切割喷嘴外壳98上的相对端部之间跨外壳入口部100横向延伸的方式。隔板102固定联接到杆104上。两定心器124在图4中用实线表示，而位于切割喷嘴外壳114紧下方的第三定心器124用虚线表示。
参照图5，该剖视图显示的隔板102为一圆形盘。当然，隔板120最好也是一个盘。
每个切割喷嘴外壳中的隔板理想地降低了获得流过切割喷嘴的理想流量所需的压力。
参照图6，所示的喷射泵部件26包括一主体132，该主体132具有纵轴线134和一纵向延伸的泵部件中心孔136。泵部件中心孔136具有一限定了入口138的上端和一限定了出口140的下端。为易于制造，主体132包括如图所示固定地联接在一起的主体部件142、144、146、148和150。主体部件148具有一大致环形的副部件148a(主体部件150的下端与其联接)，及一与主体副部件148a成一体的管状主体副部件148b(位于主体部件150内部)。主体副部件148b具有一在内圆周槽中带有一对O形圈151的上端。如图所示，主体副部件148b上端在O形圈151上方壁厚减小。最后，相对于主体，主体部件142有一内螺纹下端。
参照图6并结合图7和图8，主体部件144在其中限定了多个(在这个特定实施例中有6个)环绕泵部件中心孔136而圆周间隔开的旋转腔152。每个旋转腔152具有一个与泵部件中心孔136联通的入口通道154。每个旋转腔152还具有一出口156，并被延伸，从而在泵部件中心孔136旁边沿纵向延伸。此外，每个旋转腔152有一个纵向延伸的中心轴线158。入口通道154最好偏离中心轴线158。这在穿过旋转腔向下流动的液体中产生一种涡旋效应。这种效应降低了由于流动方向改变而自然导致的压力损失。每个入口通道154还最好从其下端到其上端在宽度上成锥形。这理想地产生了在旋转腔152中从其上端到其下端逐渐增加的入口流量。如下面将进一步解释的，图7和图8中还示出位于主体部件144中的多个外部凹口160。
参照图6并结合图9，对应于多个旋转腔152的多个射流喷嘴162(最好是碳化钨)螺纹地和可移动地联接到主体部件146上并部分位于其中。每个射流喷嘴162的入口通过主体部件146中的锥形通道164而与对应的旋转腔出口156联通。如图所示，每个射流喷嘴162的入口端与一O形圈密封配合，每个射流喷嘴具有一从其入口到出口成锥形的通道，该入口具有入口直径，该出口具有一小于入口直径的出口直径。图9还示出每个射流喷嘴162中的凹槽166，用于与一适当的喷嘴扳手配合，以及位于主体部件146中的连续凹口160。
参照图6，对应于多个射流喷嘴162的多个文氏管168安装在主体部件148中。每个文氏管168的入口与对应的射流喷嘴出口对准并在其上方间隔开(一般大约1/2-3/4英寸)。每个文氏管168有一个从文氏管入口到咽喉部170(典型的大约直径是1/2-3/4英寸)成锥形而从咽喉部170到文氏管出口向外扩张成喇叭状的通道。在所示实施例中，每个文氏管168包括定向成首尾相连的下部咽喉喷嘴168a和上部咽喉喷嘴168b，从而限定了具有咽喉部170的所需文氏通道。一O形圈位于咽喉喷嘴168a和168b的接合部。一个具有凸缘174的保持环172以及与主体副部件148b相连的凸缘176用于可移动地将咽喉喷嘴固定到位。图10中最佳地示出保持环172。螺纹件178延伸穿过保持环172，并螺纹地和可移动地安装在主体副部件148a中(图6)。每个咽喉喷嘴168a的外圆周用一环形虚线表示。一凸缘174略微覆盖该外圆周的一部分，凸缘176覆盖其余部分。图10中还示出咽喉部170。
除了通过流入并穿过对应文氏管中的射流流量而获得的所需喷射泵效果之外，从射流喷嘴出口出来的高速射流将击碎一紧邻的岩层断片，该岩层断片否则会由于过大尺寸和/或不规则形状而不能通过文氏管咽喉部。本发明喷射泵部件的这种能力产生了相对于常规液压扩孔器来说有所提高的液压效率，常规液压扩孔器完全依赖其切割流(通常在长距离上作用)而液压地产生将穿过其喷射泵的岩层断片。
现在参照图6并结合图11，位于主体副部件148b和主体部件150之间的一扩散腔180具有多个分别与文氏管出口相通的入口182，并具有一与泵部件中心孔136入口138相邻的基本为环形的出口184。扩散腔180包括多个扩散副腔186和一个基本为环形的副腔188。扩散副腔186由一固定联接在主体副部件148b和主体部件150之间的扩散元件190限定。扩散副腔186从各扩散腔入口182延伸到环状副腔188，环状副腔188延伸到环状出口184。图11中还示出咽喉部170。
图12示出主体部件142的剖视图。
图13中主体部件150的一部分被去掉，以更清楚地表示扩散元件190及由其限定的扩散副腔186的结构。如图所示，扩散副腔186向上扩张。图13还示出各主体部件和副部件、凹口160、射流喷嘴162和保持环172的透视图。特别是，图13示出每个凹口160从一个下端纵向延伸到与射流喷嘴162相邻的上端。
再次参照图6及图3，喷射泵部件26可联接到切割部件24上。主体部件150的上端能够螺纹联接到外管下端126，使环状出口184与切割部件环状空间96联通，主体副部件148b的上端可与内管下端128密封联接，使泵部件中心孔136与切割部件中心孔94相通。
参照图14，所示的铣刀部件28′(没有下面讨论的中心组件)包括一个具有外螺纹上端194和内螺纹下端196的管状刀头短接(sub)192。刀头短接192还有一个与刀头短接下端196相邻的内部圆周凹槽198，下文中称作刀头短接凹槽198。
紧密地和牢固地安装在刀头短接凹槽198中的一管状插塞200具有一下文中称作插塞凹槽202的内部圆周凹槽202。插塞200还有三个圆周间隔开且纵向延伸的槽204。图14中仅示出两个槽204，其中一个以剖面表示，另一个由虚线表示。每个槽204从一下端延伸到一上端，在此贯穿插塞凹槽202而形成一开口206。此外，每个槽204中安装有一细长但略微弯曲的指状物208(一个以剖面表示，另一个用虚线和实线表示)，该指状物208有一个固定联接到插塞200上(如用铆钉)的下端和一延伸穿过开口206到达插塞凹槽202中的上端。在刀头短接凹槽198中与刀头短接192的接触强迫指状物208在插塞200插入刀头短接凹槽198中之前从指状物的先前放松位置进入这个位置。每个指状物208由一种有适当柔性和弹性的材料制成，最好是弹簧钢。
一管状初级铣刀210具有一可移动地联接到刀头短接下端196的外螺纹上端212。初级铣刀上端212适当上紧而靠在插塞200的下端，在刀头短接凹槽198中提供一良好的压配合。因此，如下面将更清楚的那样，插塞200在运行过程中将与刀头短接192一起旋转。初级铣刀210还有一内台肩214和一磨损下端216。磨损下端216包括一由具有适当硬度的材料(最好在钢上镀碳化钨)制成的下部磨损层218。
刀头短接192、插塞200和初级铣刀210限定了一个贯穿的铣刀部件中心孔220。
参照图15，该剖视图示出第三指状物208及其对应的槽204。图15提供了延伸到插塞凹槽202中的每个指状物的端面视图。图15还示出台肩214。
参照图16，铣刀部件28的这个视图示出刀头短接192、插塞200及初级铣刀210的剖面图，但从图14的位置略微逆时针旋转。图16中看不到指状物208。所示中心组件222安装在铣刀部件中心孔220中(图14)。一用于接收向下流动的液体的中心通道224由虚线表示。
中心组件222包括一个有上头部228的锁定心轴226。头部228有一与设定工具或恢复工具配合的圆周工具凹口230(由虚线表示)。锁定心轴226还有一内螺纹下端232(由虚线表示)。锁定心轴以及设定工具和恢复工具都可由德克萨斯州休斯敦的Baker Oil Tool公司购得。当头部228处于所示的向下位置时(实线)，三个圆周间隔的夹头234(仅有两个可在图16中看到)位于它们的延伸位置，从而延伸到插塞凹槽202中。夹头234的侧视图(用实线)清楚地显示出延伸到插塞凹槽202。这代表了正常操作时的锁定位置。
从图14-16应该清楚，当刀头短接192、初级铣刀210、插塞200作为一个整体相对于锁定心轴226而旋转时，指状物208与各夹头234配合，从而使中心组件222旋转。当在铣刀部件中心孔220中将中心组件222设定在锁定位置时，夹头234可能碰巧延伸而接触指状物208的上端，从而将它们向外弯曲，使指状物208稍微拉直。但由于指状物208由柔性和弹性材料制成，它们将随其旋转而相对于夹头234卡回它们期望的位置。
中心组件222还包括一个中心铣刀236，该中心铣刀236有一个螺纹地和可移动地联接到锁定心轴下端232上的外螺纹上端238(由虚线表示)。当然，这种联接必须使中心铣刀236与锁定心轴226作为一个整体旋转。中心铣刀236还有一个当锁定心轴226处于所示的锁定位置时与初级铣刀下端216相邻的磨损下端240。中心铣刀下端240有一个与初级铣刀下端216的磨损下层218相似的磨损下层242。一铣刀喷嘴244(最好是碳化钨)螺纹地和可移动地联接到中心铣刀下端240中并位于其中，从而与中心组件通道224联通。如图所示，铣刀喷嘴244有一个从一入口到出口成锥形的通道，该入口有一入口直径，该出口有一小于入口直径的出口直径。铣刀喷嘴244的入口端与一O形圈密封配合。中心铣刀236还有一对位于圆周凹槽中的垫圈246，用于密封压靠在初级铣刀210的内表面上。一台肩248与台肩214配合(图14)。
为了从图16中的锁定位置移走中心组件222，用一恢复工具与工具凹口230配合，将头部228向上推到如虚线所示的上部位置。当收缩夹头234而使其回到收缩位置时，一轴250(同样用虚线表示)联接到头部228并伸到锁定心轴226之外。以虚线表示的一夹头234位于其收缩位置。现在可以用收缩工具将中心组件226向上推出铣刀部件中心孔220之外(图14)。
中心组件222可在夹头234处于收缩位置时重新插入，然后通过用一设定工具与工具凹口230配合并将头部228向下推回，使夹头234延伸到其延伸和锁定位置而锁定到位。
参照图14以及图6，铣刀部件可联接到喷射泵部件。刀头短接上端194可螺纹联接到主体部件142的内螺纹下端，使铣刀部件中心孔220与泵部件中心孔136的出口140对准。
由于铣刀部件有一能够去掉的中心组件，而各部件(包括铣刀部件)具有当如图1所示联接在一起时可对准的基本成直线的中心孔，在去掉中心组件后，可用钢丝绳将工具下降穿过铣刀部件下面的中心孔。
当在扩孔操作过程中必须将液压封隔器拉出井眼之外时，这对于井眼控制有特别的优点。由于会有意料之外的情况如机械问题或扩孔器某些部件发生堵塞，这有时是必要的。由于如前所述，在压实部件下面会形成一含有甲烷的气顶，简单地从“活”井眼中拉出会导致甲烷突然地和有潜在危险地释放到大气中。通常的作法是在拉出之前通过使用重液或者“泥浆”而首先进行“压井”，这会在煤层层理上填充颗粒并降低将来的生产率。
但本发明允许在取出中心组件之后将一可膨胀插头下降穿过中心孔到达井眼套管中的铣刀部件下面。在可膨胀插头膨胀而在井眼套管中获得密封后，可将扩孔器从井眼套管中拉出。可使用一地面上适当的密封机构如润滑器而使可膨胀插头收缩，并将其从井眼中拉出，并在不损失所期望的密封的情况下用一可钻铸铁桥式插头进行替换。将中心组件装回铣刀部件中之后，扩孔器然后下降回到井眼套管中，起动液体流动，在井眼套管中对封隔器形成密封。当液体从铣刀喷嘴流出而旋转时，铣刀部件钻透桥式插头。足够小的插头碎片由喷射泵部件在其主体和井眼套管之间向上抽出。主体外表面与井眼套管之间的间隙一般小于1/4英寸。因此，主体中的外部凹槽(图13中的160最清楚地表示)允许较大插头断片进入喷射泵部件中而被泵压到地面上。在钻透桥式插头后，扩孔器被下降到钻孔中期望的深度，恢复扩孔操作。注意，根据本发明的操作不需要压井，因而避免了随后的对于产量的不利影响。
最后，相对于前面描述的切割、喷射泵和铣刀部件中的各种喷嘴来说，这些喷嘴全部是可取下的，因而是可更换的。这就允许有极好的液压控制，用于优化液压效率，并可在很宽范围的井况下采用液压扩孔器，这些条件例如但并不限于井的深度、煤层中的甲烷压力以及煤层厚度。
很明显，借助于上面的引导，本发明的许多修正和改变是可行的。例如，尽管在上述喷射泵部件的优选实施例中使用了六个旋转腔、射流喷嘴和文氏管，但也可使用更少或更多的数量(例如，3到11个)。因此可以理解，在附属权利要求的范围内，本发明可以以专门描述的方式以外的形式实施。
权利要求
1.一种用于液压扩孔器的切割部件，包括一个外管；一个内管，该内管限定了一个贯穿的切割部件中心孔并穿过外管同轴延伸，从而在内管和外管之间限定一切割部件环状空间；一切割喷嘴外壳，该切割喷嘴外壳在内管和外管之间穿过切割部件环状空间延伸，从而固定地与其联接，该切割喷嘴外壳具有一与切割部件中心孔相通的入口部，还有一出口部；一安装在外壳入口部内的隔板；及一安装在外壳出口部内的切割喷嘴。
2.如权利要求1所述的切割部件，其中内管和外管具有相同的纵轴线，该纵轴线是管轴线，切割喷嘴外壳具有一垂直于管轴线并与之交叉的纵轴线，该纵轴线是外壳轴线。
3.如权利要求2所述的切割部件，其中切割喷嘴和隔板沿外壳轴线对准。
4.如权利要求3所述的切割部件，其中隔板包括一垂直于外壳轴线的盘。
5.如权利要求1所述的切割部件，其中切割喷嘴可移动地在外壳出口部中联接到切割喷嘴外壳上。
6.如权利要求5所述的切割部件，其中切割喷嘴有一个通道，该通道从具有一入口直径的入口到具有一小于入口直径的出口直径的出口而成锥形。
7.如权利要求2所述的切割部件，其中上述切割喷嘴外壳是具有一第一外壳轴线和安装在其中的第一切割喷嘴和第一隔板的第一切割喷嘴外壳，切割部件还包括一个具有一第二外壳轴线和安装在其中的第二切割喷嘴和第二隔板的第二切割喷嘴外壳，其中该第一和第二外壳轴线共面，第一和第二切割喷嘴外壳位于管轴线的相对侧。
8.如权利要求7所述的切割部件，其中第一和第二外壳轴线沿管轴线彼此纵向间隔开。
9.如权利要求1所述的切割部件，还包括至少一组圆周间隔开的定心器，其定位在切割部件环状空间中并在内管和外管之间延伸并将它们固定联接在一起。
全文摘要
一种用于扩大一钻孔的液压扩孔器，包括改进的封隔器、切割、喷射泵和铣刀部件。此处详细描述了每一部件及它们相关的优点。封隔器部件设计成将压力要求减到最小，并优化液压效率，铣刀部件具有一可取出的中心组件，当从充满气体如甲烷的“活”井眼中拉出扩孔器时，该中心组件允许对井眼进行有效控制。
文档编号E21B10/60GK1789651SQ20051013774
公开日2006年6月21日 申请日期2000年2月2日 优先权日1999年2月11日
发明者迈克尔·L·弗雷姆, 斯蒂芬·D·麦科伊 申请人:菲利浦石油公司