专利名称：具有中心倾斜磨铣刀翼的井下切削工具的制作方法
技术领域：
本发明涉及在油气井中使用以对井内物体进行切削的井下切削工具，特别地，本发明涉及井下刀翼式磨铣，所述井下刀翼式磨铣用于切掉布置在井中的尤其是被卡工具、桥塞、油管、油井套管等。
背景技术：
在油气井的钻井、完井和修井中，通常利用具有某些与井下结构接触的切削型面的工具在井眼中进行井下作业。实例是利用磨铣工具磨铣井下金属物体，利用旋转铣鞋进行冲洗作业，或者利用切削工具或磨铣工具切穿油管。在进行这些作业期间，当物体位于工具的中心位置下面时，磨铣刀翼通常不能有效切削正在被钻的物体，这是因为刀翼未延伸跨过磨铣刀翼表面的中心位置。
发明内容
广义上讲，本发明涉及用于切掉布置在井中的物体的井下切削工具。术语“物体”包括可布置在井中的任何实体结构，例如，卡在井中的另一工具、桥塞、油管、油井套管等。这里披露的井下切削工具包括布置在工具下表面上的刀翼。刀翼布置在下表面上，从使得工具旋转引起刀翼旋转。一个或更多个刀翼包括具有布置于其上的一个或更多个切削元件(也称作“切削件”)的前侧壁表面、后侧壁表面、外端、内端和朝向所述内端地布置在前侧壁表面上的至少一个倾斜部。后侧壁表面通常不包括任何切削元件。位于倾斜部上的切削元件允许刀翼定位成使井下切削工具表面的中心位置被切削元件遮盖。在这种布置中，井下切削工具的旋转使物体位于井下切削工具表面中心位置正下方的部分被切掉。在一个特定实施例中，井下切削工具包括两个刀翼，所述两个刀翼被布置成彼此相对，从而使得布置在每个刀翼的倾斜部上的切削元件彼此叠置。其它实施例包括一个或更多个附加刀翼，所述附加刀翼布置在井下切削工具的表面上以提供附加的切削力。这些一个或更多个附加刀翼还可以包括一个或更多个倾斜部，所述一个或更多个倾斜部包含一个或更多个切削元件以方便切削物体。例如，所有刀翼可以被布置成使所述刀翼在横跨井下切削工具的表面上提供彻底切削。
图I是本发明公开的井下切削工具的一个特定实施例的透视图。图2是图I所示井下切削工具的实施例的底视图。尽管将结合优选实施例对本发明进行描述，但是应当理解，本发明不限于这些实施例。相反，本发明旨在涵盖可能包括在由所附权利要求书限定的本发明精神和范围内的所有替换方式、变型和等效方式。
具体实施方式
现在参考图1-2，井下切削工具10包括刀翼式磨铣20，所述刀翼式磨铣具有主体或外壳22，所述主体或外壳22的上端23适于连接到钻柱或工作管柱15 ;具有表面25的切削端24 ;钻井流体端口 26，钻井流体或切削流体流过所述钻井流体端口以有利于刀翼式磨铣20的切削；以及刀翼40、50、60、70、80、90 (如附图中特定实施例所示)。在图1-2所示实施例中，刀翼式磨铣20包括第一刀翼40、第二刀翼50、第三刀翼60、第四刀翼70、第五刀翼80和第六刀翼90。如 图所示，第一刀翼40与第二刀翼50相对地布置，第三刀翼60与第四刀翼70相对地布置，第五刀翼80和第六刀翼90相对地布置，从而形成了每个刀翼的内端布置成朝向所述表面25的中心位置30的放射型。如下所述，第一刀翼40和第二刀翼显示为彼此相同，第三刀翼60和第四刀翼显示为彼此相同，第五刀翼70和第六刀翼显示为彼此相同。然而，应当理解，不要求彼此相对布置的刀翼如图所示那样彼此相同。第一刀翼40和第二刀翼50包括内端41、51、外端42、52、前侧壁表面43、53和后侧壁表面44、54。多个切削元件99沿着前侧壁表面43、53布置。另外，第一刀翼40和第二刀翼50的前侧壁表面43、53包括朝向第一刀翼40和第二刀翼50的内端41、51布置的倾斜部46、56。所述倾斜部46、56包括至少一个切削元件48、58，其中至少一个切削元件可以跨中心位置30布置。如图I-图2所示，切削元件48、58具有朝向彼此布置的表面，在所示实施例中，所述表面彼此叠置并彼此接触，从而使得两个切削元件48、58都跨中心位置30布置。然而，应当理解，切削元件48、58的表面不必彼此叠置或彼此接触。倾斜部46、56可以相对于后侧壁表面44、54以一定夹角布置(如图2中所示的夹角47，但是应当理解，刀翼50上具有类似的夹角)。夹角47和刀翼50上相应的夹角在从40度到50度范围内。在一个特定实施例中，夹角47和刀翼50上相应的夹角为45度。第三刀翼60和第四刀翼70包括内端61、71、外端62、72、前侧壁表面63、73和后侧壁表面64、74。多个切削元件99沿着前侧壁表面63、73布置。另外，第三刀翼60和第四刀翼70的前侧壁表面63、73包括朝向第三刀翼60、第四刀翼70的内端61、71布置的倾斜部65、75和朝向外端62、72的方向并邻近倾斜部65、75布置的倾斜部67、77。倾斜部65、75、67、77可以均包括至少一个切削元件99。倾斜部65、75可以相对于后侧壁表面64、74以夹角66、76布置，所述夹角在从15度到20度范围内。在一个特定实施例中，夹角66、76为17度。倾斜部67、77可以相对于后侧壁表面64、74以一定夹角布置(如图2中所示的夹角78，但是应当理解，第三刀翼60上具有类似夹角)。夹角78和第三刀翼60上相应的夹角在从7度到13度范围内。在一个特定实施例中，夹角78和第三刀翼60上相应的夹角为10度。第五刀翼80和第六刀翼90包括内端81、91、外端82、92，前侧壁表面83、93和后侧壁表面84、94。多个切削元件99沿着前侧壁表面83、93布置。另外，第五刀翼80和第六刀翼90的前侧壁表面83、93包括朝向第五刀翼80和第六刀翼90的内端81、91布置的倾斜部85、95和朝向外端82、92的方向并邻近倾斜部85、95布置的倾斜部87、97。倾斜部85、95、87、97可以均包括至少一个切削元件99。倾斜部85、95可以相对于后侧壁表面84、94以夹角86、96布置，所述夹角在从20度到30度范围内。在一个特定实施例中，夹角86、96为25度。倾斜部87、97可以相对于后侧壁表面84、94以夹角88、98布置，所述夹角在从9度到15度范围内。在一个特定实施例中，夹角88、98为12度。
第一刀翼40、第二刀翼50、第三刀翼60、第四刀翼70、第五刀翼80、第六刀翼90具有从其相应内端到其相应外端测得的长度和从其相应前侧壁表面的相应非倾斜部到其相应后侧壁表面测得的宽度。在一个特定实施例中，第一刀翼40、第二刀翼50的宽度小于第五刀翼80、第六刀翼90的宽度，第三刀翼60、第四刀翼70的宽度小于刀第一翼40、第二刀翼50的宽度。在一个特定实施例中，第一翼40、第二刀翼50均具有大约O. 438英寸的宽度，第三刀翼60、第四刀翼70均具有O. 375英寸的宽度，第五刀翼80、第六刀翼90均具有大约O. 5英寸的宽度。应当理解，本发明不限于所示和所述的结构细节、操作、具体材料或实施例，因为变型和等效方式对本领域技术人员来说显而易见。例如，本领域技术人员应当理解，刀翼式磨铣可以包括最少两个刀翼和充分切削物体所希望或需要数量的附加刀翼。此外，每个刀翼的倾斜部的夹角可以根据有利于使刀翼放置在刀翼式磨铣的切削端表面上的希望和需要进行改变。进一步地，尽管附图没有显示，在切削元件48、58和第一刀翼40、第二刀翼50的切削元件99之间的间隔内以及在第五刀翼80、第六刀翼90的切削元件99之间的间隔内可插入切削元件。并且，每个刀翼的长度和宽度还可以根据有利于使刀翼放置在刀翼式磨铣的切削端表面上的希望和需要进行改变。另外，一刀翼不必在形状或尺寸上与另一个刀 翼相同，并且一刀翼不必布置成与任何其它刀翼相对。也没有井下切削工具包括何种组数的刀翼的任何要求。同样，尽管刀翼在附图中显示为布置成与表面垂直，即，相对于表面成90度，但是一个或更多个切削元件可以相对于表面以非90度的角度向下或向上倾斜。因此，应当理解，本发明不限于所示和所述的结构细节、操作、具体材料或实施例，因为变型和等效方式对本领域技术人员来说显而易见。因此，本发明仅由所附权利要求的范围限定。
权利要求
1.一种在井中使用的井下切削工具，所述井具有地面位置和井下位置，所述井下切削工具包括 主体，所述主体具有用于与钻柱的旋转部件连接的第一端部；和 用于与所述主体同步旋转的切削端，所述切削端包括至少两个刀翼，至少两个刀翼中的每一个均包括 前侧壁表面、后侧壁表面、内端、外端和至少一个倾斜部，所述倾斜部沿着前侧壁表面朝向所述至少两个刀翼中每一个的内端布置， 其中，每个倾斜部均包括布置在该倾斜部上的至少一个切削元件，所述至少一个切削元件中的至少一个跨切削端的中心位置布置，从而在井下切削工具抵靠井中的物体旋转时，跨切削端的中心位置对物体进行切削。
2.如权利要求I所述的井下切削工具，其中，布置在倾斜部上的所述至少一个切削元 件被布置成彼此面对并且至少部分彼此叠置。
3.如权利要求I所述的井下切削工具，其中，每个倾斜部均相对于后侧壁表面以至少40度到50度的夹角布置。
4.如权利要求I所述的井下切削工具，其中，每个倾斜部均相对于后侧壁表面以45度夹角布置。
5.如权利要求I所述的井下切削工具，其中，切削端还包括至少两个附加刀翼，所述至少两个附加刀翼中的每一个均包括前侧壁表面、后侧壁表面、内端、外端、沿着前侧壁表面朝向内端布置的第一倾斜部和沿着前侧壁表面邻近第一倾斜部布置的第二倾斜部， 其中，第一倾斜部和第二倾斜部中的每一个均包括布置在所述第一倾斜部和第二倾斜部各个上的至少一个切削元件。
6.如权利要求5所述的井下切削工具，其中，第一倾斜部相对于后侧壁表面以至少15度到至少20度的夹角布置，和 第二倾斜部相对于后侧壁表面以至少7度到至少13度的夹角布置。
7.如权利要求5所述的井下切削工具，其中，第一倾斜部相对于后侧壁表面以17度夹角布置,和 第二倾斜部相对于后侧壁表面以10度夹角布置。
8.如权利要求5所述的井下切削工具，其中，切削端还包括至少两个另外的刀翼，所述至少两个另外的刀翼中的每一个包括前侧壁表面、后侧壁表面、内端、外端、沿着前侧壁表面朝向内端布置的第三倾斜部和沿着前侧壁表面邻近第三倾斜部布置的第四倾斜部， 其中，第三倾斜部和第四倾斜部中的每一个均包括布置在所述第三倾斜部和第四倾斜部各个上的至少一个切削元件。
9.如权利要求8所述的井下切削工具，其中，第三倾斜部相对于后侧壁表面以至少20度到至少30度的夹角布置，和 第四倾斜部相对于后侧壁表面以至少8度到至少15度的夹角布置。
10.如权利要求8所述的井下切削工具，其中，第三倾斜部相对于后侧壁表面以25度夹角布置,和 第四倾斜部相对于后侧壁表面以12度夹角布置。
11.一种用于切削布置在井眼中的物体的刀翼式磨铣，所述刀翼式磨铣包括上端，该上端用于将刀翼式磨铣连接到工作管柱； 具有表面的下端； 第一刀翼，所述第一刀翼包括第一外端、第一内端、第一前侧壁表面和第一后侧壁表面，所述第一前侧壁表面包括朝向第一内端布置的第一倾斜部，所述第一倾斜部相对于第一后侧壁表面以至少40度到至少50度的第一夹角布置，所述第一倾斜部包括布置在该第一倾斜部上的第一切削元件，所述第一切削元件用于跨所述下端的所述表面的中心位置的至少一部分对物体进行切削；和 第二刀翼，所述第二刀翼包括第二外端、第二内端、第二前侧壁表面和第二后侧壁表面，所述第二前侧壁表面包括朝向第二内端布置的第二倾斜部，所述第二倾斜部相对于第二后侧壁表面以至少40度到至少50度的第二夹角布置，所述第二倾斜部包括布置在第二倾斜部上用于切削物体的第二切削元件。
12.如权利要求11所述的刀翼式磨铣，所述刀翼式磨铣还包括 第三刀翼，所述第三刀翼包括第三外端、第三内端、第三前侧壁表面和第三后侧壁表面，所述第三前侧壁表面包括朝向第三内端布置的第三倾斜部，所述第三倾斜部相对于第三后侧壁表面以至少15度到至少20度的第三夹角布置，所述第三倾斜部包括布置在第三倾斜部上用于切削物体的第三切削元件；和 第四刀翼，所述第四刀翼包括第四外端、第四内端、第四前侧壁表面和第四后侧壁表面，所述第四前侧壁表面包括朝向第四内端布置的第四倾斜部，所述第四倾斜部相对于第四后侧壁表面以至少15度到至少20度的第四夹角布置，所述第四倾斜部包括布置在第四倾斜部上用于切削物体的第四切削元件。
13.如权利要求12所述的刀翼式磨铣，所述刀翼式磨铣还包括 第五刀翼，所述第五刀翼包括第五外端、第五内端、第五前侧壁表面和第五后侧壁表面，所述第五前侧壁表面包括朝向第五内端布置的第五倾斜部，所述第五倾斜部相对于第五后侧壁表面以至少20度到至少30度的第五夹角布置，所述第五倾斜部包括布置在第五倾斜部上用于切削物体的第五切削元件；和 第六刀翼，所述第六刀翼包括第六外端、第六内端、第六前侧壁表面和第六后侧壁表面，所述第六前侧壁表面包括朝向第六内端布置的第六倾斜部，所述第六倾斜部相对于第六后侧壁表面以至少20度到至少30度的第六夹角布置，所述第六倾斜部包括布置在第六倾斜部上用于切削物体的第六切削元件。
14.如权利要求13所述的刀翼式磨铣，其中，第一刀翼、第二刀翼、第三刀翼、第四刀翼、第五刀翼和第六刀翼全部以放射型彼此分开地布置，其中，每个刀翼的内端朝向所述下端的所述表面的中心位置汇聚并且外端从所述下端的所述表面的中心位置辐射状向外扩散， 第一刀翼与第二刀翼相对布置，第三刀翼与第四刀翼相对布置，第五刀翼与第六刀翼相对布置，和 第一切削元件和第二切削元件具有跨所述下端的所述表面的中心位置彼此叠置的切削元件表面。
15.如权利要求13所述的刀翼式磨铣，其中，第一和第二刀翼中的每一个均具有第一宽度，第三和第四刀翼中的每一个均具有第二宽度，第五和第六刀翼中的每一个均具有第三宽度，其中，第一宽度不同于第二和第三宽度，第二宽度不同于第三宽度。
16.如权利要求15所述的刀翼式磨统,其中,第三宽度大于第一和第二宽度,并且第一宽度大于第二宽度。
17.如权利要求13所述的刀翼式磨铣，其中，第一和第二夹角是45度，第三和第四夹角是17度,第五和第六夹角是25度。
18.如权利要求13所述的刀翼式磨铣，其中，第一刀翼与第二刀翼相对布置，第三刀翼与第四刀翼相对布置，第五刀翼与第六刀翼相对布置。
19.如权利要求13所述的刀翼式磨铣，其中，第三刀翼包括沿着第三前侧壁表面邻近第三倾斜部布置的第七倾斜部，所述第七倾斜部以7度到13度的第七倾斜部夹角布置，所述第七倾斜部包括布置在第七倾斜部上的第七倾斜部切削元件， 第四刀翼包括沿着第四前侧壁表面邻近第四倾斜部布置的第八倾斜部，所述第八倾斜部以7度到13度的第八倾斜部夹角布置，所述第八倾斜部包括布置在第八倾斜部上的第八倾斜部切削元件， 第五刀翼包括沿着第五前侧壁表面邻近第五倾斜部布置的第九倾斜部，所述第九倾斜部以9度到15度的第九倾斜部夹角布置，所述第九倾斜部包括布置在第九倾斜部上的第九倾斜部切削元件，和 第六刀翼包括沿着第六前侧壁表面邻近第六倾斜部布置的第十倾斜部，所述第十倾斜部以9度到15度的第十倾斜部夹角布置，所述第十倾斜部包括布置在第十倾斜部上的第十倾斜部切削元件。
20.一种切削井中物体的方法，包括步骤 (a)提供刀翼式磨铣，所述刀翼式磨铣包括用于将刀翼式磨铣连接到工作管柱的上端、具有表面的下端、第一刀翼以及第二刀翼；所述第一刀翼包括第一外端、朝向所述下端的所述表面的中心位置布置的第一内端、第一前侧壁表面和第一后侧壁表面，所述第一前侧壁表面包括朝向第一内端布置的第一倾斜部，所述第一倾斜部包括布置在第一倾斜部上用于切削物体的第一切削元件；所述第二刀翼包括第二外端、朝向所述下端的所述表面的中心位置布置的第二内端、第二前侧壁表面和第二后侧壁表面，所述第二前侧壁表面包括布置在第二内端处的第二倾斜部，所述第二倾斜部包括布置在第二倾斜部上用于切削物体的第二切削元件； (b)将刀翼式磨铣的上端附接到钻柱上并且将钻柱下降到井中，直到第一和第二刀翼中的一个或两个接触到物体；和 Cd)使刀翼式磨铣旋转以利用第一和第二切削元件切掉物体。
全文摘要
井下切削工具(例如刀翼式磨铣)包括主体和切削端，所述主体具有用于与钻柱的旋转部件连接的第一端，所述切削端用于与主体同步旋转。切削端包括至少两个刀翼，所述至少两个刀翼中的每一个均包括前侧壁表面、后侧壁表面、内端、外端和至少一个倾斜部，所述倾斜部沿着前侧壁表面朝向所述至少两个刀翼中的每一个的内端布置。所述倾斜部中的至少一个包括布置在倾斜部上的至少一个切削元件，所述切削元件跨切削端表面的中心位置布置以便切掉布置在井眼中跨切削端的中心位置出现的物体。
文档编号E21B10/62GK102959175SQ201180031264
公开日2013年3月6日 申请日期2011年6月10日 优先权日2010年6月24日
发明者C·J·斯托二世, A·D·庞德 申请人:贝克休斯公司