带刀具凹穴保持器的铰刀块的制作方法

带刀具凹穴保持器的铰刀块
1.相关申请的交叉引用
2.本申请要求于2019年12月30日提交的标题为“reamer block with cutter pocket holders”的美国专利申请号62/955,165的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
3.发明背景
4.井下钻探活动可包括钻出导向孔并且将导向孔铰大到扩展的直径。铰刀块可包括用于切削元件的刀具凹穴。每个铰刀块可针对特定操作者和/或井筒单独地和独特地制造，这可能会造成昂贵的库存，或耗费较长的交货时间来更换损坏的铰刀块。铰刀块可包括多排切削元件。切削元件可钎焊到铰刀块。


技术实现要素：

5.在一些实施方案中，铰刀块包括主体和连接到所述主体的刀具凹穴保持器。所述刀具凹穴保持器包括多个刀具凹穴。在一些实施方案中，所述铰刀块包括多于一个刀具凹穴保持器。第二刀具凹穴保持器在所述主体上位于所述第一刀具凹穴保持器的旋转向后侧。
6.提供本发明内容来介绍一系列概念，这些概念将在以下具体实施方式中进一步描述。本发明内容既不意在识别所要求保护主题的关键或必要特征，也不意在用来帮助限制所要求保护主题的范围。本公开的实施方案的另外的特征和方面将在本文中阐明，并且将部分地从描述中显而易见，或可通过此类实施方案的实践得以领会。
附图说明
7.为了描述可获得本公开的以上列举的特征和其他特征的方式，将通过参考在附图中说明的本公开的特定实施方案来呈现更具体的描述。为了更好地理解，在各个附图中，相同的元件已经用相同的附图标号进行了表示。尽管某些图式可能是概念的示意图或放大表示，但至少某些图式可能是按比例绘制的。应理解，图式描绘了一些示例性实施方案，并且将通过使用附图来更具体和详细地描述和解释实施方案，在附图中：
8.图1是根据本公开的至少一个实施方案的钻井系统的表示；
9.图2是根据本公开的至少一个实施方案的铰刀块的透视图的表示；
10.图3是根据本公开的至少一个实施方案的另一铰刀块的透视图的表示；
11.图4是根据本公开的至少一个实施方案的铰刀块的截面图的表示；
12.图5是根据本公开的至少一个实施方案的另一铰刀块的截面图的表示；
13.图6是根据本公开的至少一个实施方案的铰刀块的截面图的表示；
14.图7是根据本公开的至少一个实施方案的铰刀块的侧视图的表示；
15.图8是根据本公开的至少一个实施方案的铰刀块的俯视图的表示；
16.图9是根据本公开的至少一个实施方案的铰刀块的侧视图的表示；并且
17.图10是根据本公开的至少一个实施方案的铰刀块的截面图的表示。
具体实施方式
18.本公开总体上涉及用于铰刀块和其他可扩展工具块的装置、系统和方法。铰刀块可包括一个或多个切削元件。例如，铰刀块可包括一排或多排切削元件。根据本公开的实施方案，铰刀块可包括连接到铰刀块的主体的刀具凹穴保持器。刀具凹穴保持器可包括多个刀具凹穴。可将各个切削元件插入刀具凹穴中，并且将刀具凹穴保持器连接到铰刀主体。以此方式，可开发出标准铰刀主体，并且根据井筒的独特条件和操作者的偏好来设计各个刀具凹穴保持器。这可降低制造成本，提高库存管理的便利性，并且允许定制切削元件的轮廓和/或图样。
19.图1示出了用于对地层101进行钻探以形成井筒102的钻井系统100的一个实例。钻井系统100包括用于使向下延伸到井筒102中的钻具组件104转向的钻机103。钻具组件104可包括钻柱105、井底组件(“bha”)106和附接到钻柱105的井下末端的钻头110。
20.钻柱105可包括通过工具接头109首尾相连的钻杆108的若干接头。钻柱105通过中心孔传输钻井液，并且将旋转功率从钻机103传输到bha 106。在一些实施方案中，钻柱105还可包括诸如潜管、短节等另外的部件。钻杆108提供液压通道，通过所述液压通道从地表泵送钻井液。钻井液通过钻头110中的选定大小的喷嘴、喷口或其他孔口排出，以冷却钻头110和钻头110上的切削结构，并且在钻探时将钻屑从井筒102中提升出来。
21.bha 106可包括钻头110或其他部件。示例性bha 106可包括另外的或其他部件(例如，联接在钻柱105与钻头110之间)。另外的bha部件的实例包括钻铤、稳定器、随钻测量(“mwd”)工具、随钻测井(“lwd”)工具、井下电机、扩底器、截面铣刀、液压断开器、震击器、振动或阻尼工具、其他部件或前述的组合。bha 106还可包括旋转导向系统(rss)。rss可包括定向钻具，所述定向钻具改变钻头110的方向，从而改变井筒的轨迹。rss的至少一部分可相对于绝对参考系(诸如重力、磁北和/或真北)维持对地静止位置。通过使用对地静止位置获得的测量值，rss可定位钻头110，改变钻头110的走向，并且在投影轨迹上引导定向钻具。
22.通常，钻井系统100可包括其他钻井部件和附件，诸如专用阀(例如，方钻杆旋塞、防喷器和安全阀)。取决于包括在钻井系统100中的另外的部件在钻井系统100中的位置，可将所述另外的部件视为钻具组件104、钻柱105的一部分或bha 106的一部分。
23.bha 106中的钻头110可以是适合于降解井下材料的任何类型的钻头。例如，钻头110可以是适合于钻探地层101的钻头。用于钻探地层的钻头的示例性类型是固定刀具或刮刀钻头。在其他实施方案中，钻头110可以是用于移除金属、复合材料、弹性体、其他井下材料或其组合的铣刀。例如，钻头110可与造斜器一起使用，以铣入衬砌井筒102的套管107。钻头110也可以是用于铣磨掉工具、塞、水泥、井筒102内的其他材料或其组合的碎片铣刀。使用铣刀形成的切屑或其他钻屑可被提升到地表，或可被允许落入井下。
24.图2是根据本公开的至少一个实施方案的铰刀块212的透视图的表示。铰刀块212包括主体214。刀具凹穴保持器216连接到主体214。刀具凹穴保持器包括多个刀具凹穴218。多个切削元件220插入多个刀具凹穴218中。
25.在一些实施方案中，铰刀块212可插入井下工具(诸如，井下铰刀)中。在井下铰刀旋转时，切削元件220可接合地层以加宽井眼。在一些实施方案中，铰刀块212可以是任何切削工具，包括截面铣刀、套管刀具或其他井下切削工具。在一些实施方案中，井下铰刀可以是可扩展的井下铰刀。当将致动力(例如，液压致动力)施加到铰刀块212时，铰刀块212可延
伸超过壳体的外表面。
26.刀具凹穴保持器216是与主体214分开的件。换句话说，刀具凹穴保持器216与主体214单独地加工和/或制造，并且稍后连接到主体214。以此方式，主体214可以是预制主体214。因此，可按相同大小和形状来制造许多主体214，或可制造限量大小和形状的主体214。
27.刀具凹穴保持器216可单独地制造，并且稍后安装在主体214上。这可允许定制刀具凹穴保持器216。由于主体214是预制主体214，因此可使库存管理变得较容易。例如，可制造少量形状和/或大小的主体214。可制造更多数量的刀具凹穴保持器216。刀具凹穴保持器216可与不同形状和/或大小的主体214混合和匹配，这可能会造成许多不同选项和种类的铰刀块212。这可降低仓储成本和复杂性。此外，主体214包括多个花键219。花键在接合期间与井下工具的壳体上的花键接合，以使主体214从壳体延伸。在一些实施方案中，铰刀块212的接合和延伸可能会致使花键219发生磨损。如果花键219发生磨损，但是刀具凹穴保持器216和/或切削元件220未发生磨损，则可将刀具凹穴保持器216从已磨损主体移除并且将其更换到未磨损主体上。这可通过不更换刀具凹穴保持器216来帮助降低成本，否则制造起来可能更昂贵。
28.虽然图2示出了单个刀具凹穴保持器216，但是应理解，任何数量的刀具凹穴保持器216可安装在主体214上。例如，一个、两个、三个、四个、五个、六个、七个、八个、九个、十个或更多个刀具凹穴保持器216可安装在主体214上。
29.在一些实施方案中，刀具凹穴保持器216可增材制造而成。在一些实施方案中，与铸造和/或机加工部件相比，增材制造的部件可由更多的抗侵蚀和/或耐磨材料构造而成。因此，在一些实施方案中，刀具凹穴保持器216可不包括任何施加的表面硬化。在一些实施方案中，刀具凹穴保持器216可由任何高耐磨材料形成。在一些实施方案中，刀具凹穴保持器216可由在铜或镍合金粘合剂中烧结的碳化物颗粒(诸如，碳化钨(wc))形成。在一些实施方案中，增材制造的部件可包括用于传感器和流体通路的完全或部分封闭的凹穴和/或通道。在一些实施方案中，刀具凹穴218可机加工到刀具凹穴保持器216中。在一些实施方案中，刀具凹穴218可铸造到刀具凹穴保持器216中。在一些实施方案中，刀具凹穴218可形成到刀具凹穴保持器中，所述刀具凹穴保持器使用模具、基体粉末和浸渍剂(诸如，碳化钨粉末和钴浸润剂)而形成。在一些实施方案中，刀具凹穴218可增材制造到刀具凹穴保持器216中。在一些实施方案中，刀具凹穴218可至少部分地机加工到增材制造的刀具凹穴保持器216中。
30.在一些实施方案中，刀具凹穴保持器216可使用任何配合连接而连接到主体214。配合连接可以是被构造来将刀具凹穴保持器216保持到主体214的任何连接。配合连接可包括：销钉和凹穴，其中销钉在刀具凹穴保持器216或主体214中；燕尾榫连接；钎焊连接；焊接连接或任何其他配合连接。例如，刀具凹穴保持器216可钎焊到主体214，焊接到主体214，用一个或多个机械紧固件连接到主体214，用互锁连接、任何其他配合连接而连接到主体214，以及其组合。在图2所示的实施方案中，主体214可包括收纳凹穴222。刀具凹穴保持器216可包括连接突起224。连接突起224可与收纳凹穴222互补。换句话说，连接突起224可插入收纳凹穴222中。在一些实施方案中，收纳凹穴222可具有收纳凹穴轮廓(例如，收纳凹穴截面形状)，并且连接突起224可具有连接突起轮廓(例如，连接突起截面形状)，并且收纳凹穴轮廓和连接突起轮廓可以是相同的(例如，收纳凹穴截面形状和连接突起截面形状可以是相同
的)。在一些实施方案中，连接突起224可落入收纳凹穴222中(例如，相对于彼此径向向内和/或向外移动)。在一些实施方案中，主体214可包括连接突起，并且刀具凹穴保持器216可包括收纳凹穴。
31.在一些实施方案中，将切削元件220钎焊到刀具凹穴保持器216而不是钎焊到主体214可提高钎焊的质量。例如，真空钎焊是一种钎焊方法，其中在真空或低压环境中加热待钎焊的零件(例如，刀具凹穴保持器216和切削元件220)和钎焊材料。这可减少钎焊中的微气泡的数量，由此可提高钎焊的强度。刀具凹穴保持器216可足够小以装配在真空钎焊室内。
32.在一些实施方案中，将切削元件220钎焊到刀具凹穴保持器216可减少铰刀块212的钎焊后处理量。例如，来自钎焊过程的热量(例如，将主体、切削元件和钎焊材料加热到钎焊材料的熔化温度)可能致使铰刀块发生变形、翘曲、弯曲或其他形状改变。在钎焊之后，可将铰刀块的任何热变形机加工掉(可能是用手)，以使铰刀块恢复到最终尺寸。通过将切削元件与主体214单独地钎焊到刀具凹穴保持器216上，来自钎焊工艺的热量可能只会使刀具凹穴保持器216变形。这可能是由于在钎焊期间主体214未被加热。因此，比主体214小的刀具凹穴保持器216可以是组件中唯一经历热变形的部件(如果有的话)。因此，可能发生变形的材料量变少，并且可减少、消除和/或自动化钎焊后处理。这可节省制造时间和成本。
33.在一些实施方案中，收纳凹穴222和连接突起224可至少部分地将刀具凹穴保持器216保持到主体214上。例如，收纳凹穴222可至少部分地提供对刀具凹穴保持器216从主体214的侧向和/或径向移除的阻力。
34.图3是根据本公开的至少一个实施方案的铰刀块312的透视图的表示。铰刀块312包括主体314。第一刀具凹穴保持器316
‑
1和第二刀具凹穴保持器316
‑
2(统称为316)连接到主体314。第一刀具凹穴保持器316
‑
1包括第一多个刀具凹穴318
‑
1，并且第二刀具凹穴保持器316
‑
2包括第二多个刀具凹穴318
‑
2(统称为318)。在所示的实施方案中，第一刀具凹穴保持器316
‑
1位于第二刀具凹穴保持器316
‑
2的旋转向前侧。第一多个切削元件320
‑
1插入第一多个刀具凹穴318
‑
1中，并且第二多个切削元件320
‑
2(统称为320)插入第二多个刀具凹穴保持器320
‑
2中。
35.刀具凹穴保持器316是与主体314分开的件。换句话说，刀具凹穴保持器316与主体314单独地加工和/或制造，并且稍后连接到主体314。以此方式，主体314可以是预制主体314。因此，可按相同大小和形状来制造许多主体314，或可制造限量大小和形状的主体314。类似地，可制造许多刀具凹穴保持器316。在一些实施方案中，第一刀具凹穴保持器316
‑
1可与第二刀具凹穴保持器316
‑
2相同。在一些实施方案中，第一刀具凹穴保持器316
‑
1可与刀具凹穴保持器316
‑
2不同。刀具凹穴保持器316可单独地制造，并且稍后安装在主体314上。这可允许定制刀具凹穴保持器316。由于主体314是预制主体314，因此可使库存管理变得较容易。例如，可制造少量形状和/或大小的主体314。可制造更多数量的刀具凹穴保持器316。刀具凹穴保持器316可与不同形状和/或大小的主体314混合和匹配，这可能会造成许多不同选项和种类的铰刀块312。这可降低仓储成本和复杂性。虽然图3示出了两个刀具凹穴保持器316，但是应理解，任何数量的刀具凹穴保持器316可安装在主体314上。例如，一个、两个、三个、四个、五个、六个、七个、八个、九个、十个或更多个刀具凹穴保持器316可安装在主体314上。
36.图4是根据本公开的至少一个实施方案的铰刀块412的截面图的表示。在所示的实施方案中，收纳凹穴422至少部分地提供对从主体414径向移除的阻力。所示的收纳凹穴422是燕尾榫凹穴，并且所示的连接突起424是燕尾榫销钉。连接突起424的燕尾榫销钉可与收纳凹口422的燕尾榫凹穴互补。因此，燕尾榫销钉可滑动到燕尾榫凹穴中。此燕尾榫连接可对刀具凹穴保持器416从主体414的径向移除(例如，沿径向方向427的移动)提供强大阻力。在一些实施方案中，刀具凹穴保持器416可在燕尾榫连接处钎焊到主体414。在一些实施方案中，机械紧固件和燕尾榫连接可将刀具凹穴保持器416连接到主体414。
37.主体414包括多个花键419。花键419有助于基于纵向移动(例如，移进和移出页面)而沿径向方向427引导主体414。切削元件420包括切削面431。在主体414沿圆周方向429旋转时，切削元件420的切削面可接合地层。因此，当延伸时(例如，当主体414在壳体中纵向移动并且花键419使主体414沿径向方向427延伸时)，切削元件410可延伸到地层，并且切削面431可接合并降解地层。以此方式，铰刀块412可加宽井眼。
38.图5是根据本公开的至少一个实施方案的另一铰刀块512的截面图的表示。在所示的实施方案中，主体514包括收纳凹穴522，并且刀具凹穴保持器416的连接突起524延伸到收纳凹穴522中。收纳凹穴522包括在刀具凹穴保持器516旋转向后侧的脊526。脊526可支撑刀具凹穴保持器516的后壁528。这可有助于防止刀具凹穴保持器516倾倒或以其他方式从主体514移开。在一些实施方案中，刀具凹穴保持器516可在收纳凹穴522处钎焊到主体514。在一些实施方案中，一个或多个机械紧固件和收纳凹穴522可将刀具凹穴保持器516连接到主体514。一个或多个机械紧固件可沿径向和/或圆周方向延伸，以将刀具凹穴保持器516与主体514连接。
39.图6是根据本公开的至少一个实施方案的铰刀块612的截面图的表示。在所示的实施方案中，主体614包括孔628。孔628延伸穿过主体614。连接到主体614的刀具凹穴保持器616可包括主体孔630。换句话说，孔628可利用主体孔630部分至少部分地延伸到主体614中。机械紧固件632可从主体614的底面634插入孔628中并且插入主体孔630中。机械紧固件632可连接(例如，用膨胀螺栓螺接、连接)到刀具凹穴保持器616。因此，机械紧固件632可将刀具凹穴保持器616固定到主体614。在一些实施方案中，机械紧固件632可以是螺栓、螺钉、膨胀螺栓或其他机械紧固件。通过使孔628完全延伸穿过主体614并且延伸到刀具凹穴保持器616中，孔628和机械紧固件632在铰大期间可能不会暴露于地层，这可延长机械紧固件632的使用寿命，并且提高更换刀具凹穴保持器616的便利性。在一些实施方案中，除机械紧固件632之外，刀具凹穴保持器616可钎焊到主体614。在一些实施方案中，主体614可包括多个孔628，刀具凹穴保持器616可包括多个主体孔630，并且刀具凹穴保持器616可利用多个机械紧固件632固定到主体614。
40.图7是根据本公开的至少一个实施方案的铰刀块712的侧视图的表示。在所示的实施方案中，刀具凹穴保持器716可分成第一部分738
‑
1(例如，后铰刀部分、井上部分)和第二部分738
‑
2(例如，下铰刀部分、井下部分)。第一部分738
‑
1和第二部分738
‑
2可纵向彼此相邻地连接到主体714。在一些实施方案中，第一部分738
‑
1可以第一纵向角度740
‑
1连接到主体714，并且第二部分738
‑
2可以第二纵向角度740
‑
2连接到主体714。第二纵向角度740
‑
2可确定铰刀712可扩大井眼的积极程度。第一纵向角度740
‑
1可确定第一部分738
‑
1与井眼接合的方式。以此方式，铰刀块的外轮廓可根据操作者的偏好而改变和/或定制。
41.在一些实施方案中，第一部分738
‑
1可利用第一连接而连接到主体714，并且第二部分738
‑
2可利用第二连接而连接到主体714。例如，第一连接可以是燕尾榫连接，并且第二连接可以是落入式连接。在一些实施方案中，第一连接和第二连接两者可以是相同的。例如，第一连接和第二连接两者可焊接、钎焊、用机械紧固件连接、或以其他方式连接到主体714。在一些实施方案中，第一连接和第二连接可以是不同的。例如，第一连接可以是钎焊件，并且第二连接可以是机械紧固件。在一些实施方案中，第一连接可以是滑动到铰刀块712的主体714上的燕尾榫。第二连接可以是任何类型的连接，并且第二部分738
‑
2可使第一部分738
‑
1固持在适当位置，而没有与第二部分的主体的任何钎焊件、焊接件、机械紧固件或其他连接。
42.刀具凹穴718包括具有壁弧744的内壁742，所述壁弧744是内壁742围绕由内壁742限定的圆延伸的度数。换句话说，壁744的弧度是内壁742的周向范围。在一些实施方案中，壁弧744可大于180
°
。例如，壁弧744可以是190
°
、200
°
、210
°
、220
°
、225
°
、270
°
、315
°
、360
°
，或其间任何值。壁弧744大于180
°
的刀具凹穴718可以是前装载式刀具凹穴或滑入式刀具凹穴，而不是径向装载式刀具凹穴。换句话说，切削元件可从刀具凹穴718的前开口(即，圆周面)滑动到刀具凹穴718中。壁弧744的角度可至少部分地防止切削元件在铰刀块712的操作期间移除。
43.图8是根据本公开的至少一个实施方案的铰刀块812的俯视图的表示。在所示的实施方案中，铰刀块812在旋转方向836上旋转。因此，第一刀具凹穴保持器816
‑
1和插入第一刀具凹穴保持器816
‑
1上的第一组刀具凹穴818
‑
1中的第一组切削元件可首先接合地层。第二刀具凹穴保持器816
‑
2和插入第二刀具凹穴保持器816
‑
2上的第二组刀具凹穴818
‑
2中的第二组切削元件可其次接合地层。
44.在所示的实施方案中，第二组刀具凹穴818
‑
2可在第一组刀具凹穴818
‑
1之后。换句话说，第二组刀具凹穴818
‑
2可与第一组刀具凹穴818
‑
2至少部分地旋转向重叠。在一些实施方案中，第二组刀具凹穴818
‑
2(和相关联第二组切削元件)可遵循与第一组刀具凹穴818
‑
1(和相关联第一组切削元件)相同的切削路径。因此，第二组切削元件可以是第一组切削元件的备用切削元件。在一些实施方案中，第二组刀具凹穴818
‑
2可遵循与第一组刀具凹穴818
‑
1不同的切削路径。在所示的实施方案中，第一组刀具凹穴818
‑
1具有第一数量的刀具凹穴，并且第二组刀具凹穴818
‑
2具有第二数量的刀具凹穴，其中第一数量的刀具凹穴与第二数量的刀具凹穴相同。在一些实施方案中，第一数量的刀具凹穴可与第二数量的刀具凹穴不同。
45.在一些实施方案中，插入每个刀具凹穴(统称为818)中的切削元件的类型(例如，等级、密度、大小、切削面形状)可以是相同的。在一些实施方案中，插入每个刀具凹穴818中的切削元件的类型可以是不同的。
46.在所示的实施方案中，第一刀具凹穴保持器816
‑
1安装在旋转向前侧的位置，并且第二刀具凹穴保持器816
‑
2安装在旋转向后侧的位置。常规地，第一排刀具凹穴可安装为前装载式刀具凹穴(例如，具有大于180
°
的壁弧)。第二排刀具凹穴可以是落入式刀具凹穴。换句话说，第二排刀具凹穴可具有180
°
或更小的壁弧(例如，图6的壁弧644)。以此方式，可通过从上表面下入切削元件来安装切削元件。此连接可能比前装载式连接弱，并且可使用更多的钎焊将切削元件固定到刀具凹穴。此外，制造落入式刀具凹穴可能比制造前装载式刀
具凹穴更昂贵。
47.在所示的实施方案中，可在第二刀具凹穴保持器816
‑
2连接到主体814之前将切削元件安装在第二刀具凹穴保持器816
‑
2中。由于在将第二刀具凹穴保持器816
‑
2连接到主体814之前将切削元件安装在第二刀具凹穴保持器816
‑
2中，因此第二排刀具凹穴818
‑
2可以是前装载式(例如，滑入式)刀具凹穴。由于前装载式刀具凹穴818围绕切削元件的大于180
°
延伸，因此前置式刀具凹穴可能更坚固。此外，此形状可能更容易制造，由此降低制造成本。例如，增材制造刀具凹穴818可能不需要任何制造后处理，诸如主体814的机加工。在主体814已经制造成之后对主体814进行机加工可能是耗时且昂贵的。此外，顶装载式刀具凹穴可制造成狗骨形。换句话说，顶装载式刀具凹穴可具有围绕刀具凹穴的端部的环形环，这对于单独制造可能是昂贵的。因此，通过在第一刀具凹穴保持器816
‑
1和第二刀具凹穴保持器816
‑
2两者上利用前装载式刀具凹穴，刀具凹穴保持器816的制造成本可能较低。
48.在所示的实施方案中，铰刀块812包括第三部分838
‑
3(例如，计量部分)。计量部分838
‑
3可有助于维持铰大的井眼直径。在一些实施方案中，计量部分838
‑
3被构造来稳定具有铰刀块812的工具。计量部分838
‑
3上的切削元件的暴露可小于或等于第一刀具凹穴保持器816
‑
1和第二刀具凹穴保持器816
‑
2中的最外切削元件820的暴露。在一些实施方案中，计量部分可与主体814成一体。在一些实施方案中，计量部分可如本文所描述单独地制造并且附接到主体814。在一些实施方案中，第三部分838
‑
3可纵向布置在第一刀具凹穴保持器816
‑
1的第一部分838
‑
1与第一刀具凹穴保持器816
‑
1的第二部分838
‑
2之间。
49.图9是根据本公开的至少一个实施方案的铰刀块912的侧视图的表示。例如，铰刀块912可以是铰刀块的侧视图，所述铰刀块具有计量部分938
‑
3、第一刀具凹穴保持器916
‑
1和第二刀具凹穴保持器916
‑
2的第一部分938
‑
1，以及第一刀具凹穴保持器916
‑
1和第二刀具凹穴保持器916
‑
2的第二部分938
‑
2。在所示的实施方案中，第一刀具凹穴保持器916
‑
1位于第二刀具凹穴保持器916
‑
2的径向内侧。换句话说，第二刀具凹穴保持器916
‑
2可具有比第一刀具凹穴保持器916
‑
1更大的暴露。在一些实施方案中，第二刀具凹穴保持器916
‑
2可具有比第一刀具凹穴保持器916
‑
1更大的高度。在一些实施方案中，铰刀块912的主体914中的用于第一刀具凹穴保持器916
‑
1的第一收纳凹穴可位于第二收纳凹穴的径向内侧。使第二刀具凹穴保持器916
‑
2位于第一刀具凹穴保持器916
‑
1的径向外侧可至少部分地基于第一刀具凹穴保持器916
‑
1与第二刀具凹穴保持器916
‑
2之间的暴露差异而致使安装在第二刀具凹穴保持器916
‑
2中的第二组切削元件920
‑
2比安装在第一刀具凹穴保持器中的第一组切削元件920
‑
1执行更多切削。在一些实施方案中，第一组切削元件可以是备用切削元件。换句话说，在第二组切削元件发生磨损和/或损坏时，第一组切削元件可继续切削，由此延长铰刀块的有效使用寿命。
50.图10是根据本公开的至少一个实施方案的铰刀块1012的表示。在所示的实施方案中，主体1014包括插入件凹穴1046。插入件凹穴1046可位于第一刀具凹穴保持器1016
‑
1与第二刀具凹穴保持器1016
‑
2之间。在一些实施方案中，插入件或间隔件1048可放置(例如，插入)到插入件凹穴1046中。间隔件1048可包括一个或多个传感器1050。例如，间隔件1048可包括力传感器、加速度计、陀螺仪、伽马射线传感器、扭矩传感器、应变仪、压力传感器、其他传感器及其组合。
51.一个或多个传感器1050可靠近切削元件放置在铰刀块1012上。更靠近切削元件进
行的测量通常比更远离切削元件进行的测量更具代表性。因此，通过将包含一个或多个传感器1050的间隔件1048定位在第一刀具凹穴保持器1016
‑
1与第二刀具凹穴保持器1016
‑
2之间，所进行的测量与来自位于工具壳体内部或铰刀块的背面上的其他传感器相比可更多地代表铰刀块1012上的状况。
52.在所示的实施方案中，刀具凹穴保持器1016
‑
1、1016
‑
2各自包括延伸到插入件凹穴1046中的突起1052。在所示的实施方案中，第一刀具凹穴保持器1016
‑
1和第二刀具凹穴保持器1016
‑
2可包括插入相同插入件凹穴946中的突起1052。在一些实施方案中，突起1052可增加刀具凹穴保持器1016与铰刀块1012的主体1014之间的连接强度。在一些实施方案中，突起1052可包括一个或多个传感器1050。
53.在一些实施方案中，刀具凹穴保持器1016中的一个可利用单独的连接而不是插入件或间隔件1048而连接到主体1014。例如，主体1014可包括收纳凹穴(例如，图2的收纳凹穴222)，并且刀具凹穴保持器1016可包括连接突起(例如，图2的连接突起224)。在一些实施方案中，主体1014可包括多个插入件凹穴1046，诸如以收纳多个间隔件1048和传感器1050。在一些实施方案中，多个插入件凹穴1046可与收纳刀具凹穴保持器1016的收纳凹穴分开。在一些实施方案中，多个插入件凹穴1046可与收纳刀具凹穴保持器1016的收纳凹穴相同。
54.工业适用性
55.本公开总体上涉及用于铰刀块和其他可扩展工具块的装置、系统和方法。铰刀块可包括一个或多个切削元件。例如，铰刀块可包括一排或多排切削元件。根据本公开的实施方案，铰刀块可包括连接到铰刀块的主体的刀具凹穴保持器。刀具凹穴保持器可包括多个刀具凹穴。各个切削元件可插入刀具凹穴中，并且刀具凹穴保持器连接到铰刀主体。以此方式，可开发出标准铰刀主体，并且根据井筒的独特条件和操作者的偏好来设计各个刀具凹穴保持器。这可降低制造成本，提高库存管理的便利性，并且允许定制切削元件的轮廓和/或图样。
56.在一些实施方案中，刀具凹穴保持器可使用任何配合连接而连接到主体。配合连接可以是被构造来将刀具凹穴保持器保持到主体的任何连接。配合连接可包括：销钉和凹穴，其中销钉在刀具凹穴保持器或主体中；燕尾榫连接；钎焊连接；焊接连接或任何其他配合连接。例如，刀具凹穴保持器可钎焊到主体，焊接到主体，用机械紧固件连接到主体，用互锁连接、任何其他配合连接而连接到主体，以及其组合。在一些实施方案中，主体可包括收纳凹穴。刀具凹穴保持器可包括连接突起。连接突起可与收纳凹穴互补。换句话说，连接突起可插入收纳凹穴中。在一些实施方案中，收纳凹穴可具有收纳凹穴轮廓(例如，收纳凹穴截面形状)，并且连接突起可具有连接突起轮廓(例如，连接突起截面形状)，并且收纳凹穴轮廓和连接突起的廓可以是相同的(例如，收纳凹穴截面形状和连接突起截面形状可以是相同的)。在一些实施方案中，连接突起可落入收纳部分中(例如，相对于彼此径向向内和/或向外移动)。在一些实施方案中，主体214可包括连接突起，并且刀具凹穴保持器216可包括收纳凹穴。
57.在一些实施方案中，收纳凹穴和连接突起可至少部分地将刀具凹穴保持器保持到主体上。例如，收纳凹穴可至少部分地提供对刀具凹穴保持器从主体的侧向移除的阻力。在一些实例中，收纳凹穴可至少部分地提供对从主体径向移除的阻力。例如，收纳凹穴可包括燕尾榫凹穴，并且连接突起可包括燕尾榫销钉。在一些实施方案中，连接突起的燕尾榫销钉
可滑动到收纳凹穴的燕尾榫凹穴中。
58.在一些实施方案中，刀具凹穴保持器可用机械紧固件连接到主体。例如，螺栓、螺钉、销钉、环或其他机械紧固件可将刀具凹穴保持器连接到主体。在一些实施方案中，孔可以螺纹方式穿过主体的底面并且到达刀具凹穴保持器中。在一些实施方案中，孔可仅部分地(例如，不完全地)延伸穿过刀具凹穴保持器。机械紧固件可插入穿过孔，并且将刀具凹穴保持器固定到主体。通过使孔完全延伸穿过主体并且部分地延伸穿过刀具凹穴保持器，孔和紧固件在铰大期间可能不会暴露于地层，这可延长紧固件的使用寿命，并且提高更换刀具凹穴保持器的便利性。在一些实施方案中，孔和机械紧固件可完全延伸穿过主体和刀具凹穴保持器。这可使机械紧固件的安装和触及变得简单和快捷。在一些实施方案中，孔可延伸穿过刀具凹穴保持器并且至少部分地延伸到主体中。
59.在一些实施方案中，主体可包括多个花键。花键可有助于基于纵向移动(例如，移进和移出页面)而沿径向方向引导主体。切削元件包括切削面。在主体沿圆周方向旋转时，切削元件的切削面可接合地层。因此，当延伸时(例如，当主体在壳体中纵向移动并且花键使主体沿径向方向延伸时)，切削元件可延伸到地层，并且切削面可接合并降解地层。以此方式，铰刀块可加宽井眼。
60.在一些实施方案中，刀具凹穴保持器可包括第一部分和第二部分。第一部分和第二部分可纵向彼此相邻地连接到主体。在一些实施方案中，第一部分可以第一纵向角度连接到主体，并且第二部分可以第二纵向角度连接到主体。以此方式，铰刀块的外轮廓可根据操作者的偏好而改变和/或定制。
61.在一些实施方案中，第一部分可利用第一连接而连接到主体，第二部分可利用第二连接而连接到主体。例如，第一连接可以是燕尾榫连接，并且第二连接可以是落入式连接。在一些实施方案中，第一连接和第二连接两者可以是相同的。例如，第一连接和第二连接两者可焊接、钎焊、与机械紧固件连接、或以其他方式连接到主体。在一些实施方案中，第一连接和第二连接可以是不同的。例如，第一连接可被钎焊，并且第二连接可以是机械紧固件。在一些实施方案中，第一连接可以是滑动到铰刀块的主体上的燕尾榫。第二连接可以是任何类型的连接，并且第二部分可使第一部分固持在适当位置，而没有与第二部分的主体的任何钎焊件、焊接件、机械紧固件或其他连接。
62.在一些实施方案中，刀具凹穴保持器可由任何材料制造而成。例如，刀具凹穴保持器可由钢合金、铝合金、镍合金、其他金属合金、陶瓷及其组合制造而成。在一些实施方案中，刀具凹穴保持器可由超硬材料制造而成。如本文所用，术语“超硬”应理解为指代本领域已知的具有约1,500hv(维氏硬度，以kg/mm2为单位)或更大的晶粒硬度的那些材料。此类超硬材料可包括但不限于钻石、蓝宝石、莫桑石、六角金刚石(lonsdaleite)、立方氮化硼(cbn)、多晶cbn(pcbn)、q碳、无胶pcbn、类金刚石碳、低氧化硼、硼化铝锰、金属硼化物、氮化硼碳、pcd(包括浸出的金属催化剂pcd、非金属催化剂pcd和无胶pcd或纳米多晶金刚石(npd))和硼
‑
氮
‑
碳
‑
氧系统中的已展示出高于1,500hv硬度值的其他材料、以及上述材料的组合。在一些实施方案中，超硬材料可具有高于3,000hv的硬度值。在其他实施方案中，超硬材料可具有高于4,000hv的硬度值。在另外的其他实施方案中，超硬材料可具有大于80hra(洛氏硬度a)的硬度值。
63.在一些实施方案中，刀具凹穴保持器可增材制造而成。在一些实施方案中，与铸造
和/或机加工部件相比，增材制造的部件可更抗侵蚀和/或耐磨。因此，在一些实施方案中，刀具凹穴保持器可不包括任何施加的表面硬化。在一些实施方案中，增材制造的部件可包括用于传感器和流体通路的完全或部分封闭的凹穴和/或通道。例如，增材制造刀具凹穴可能不需要任何制造后处理，诸如对主体的机加工。在主体已经制造完成之后对主体进行机加工可能是耗时且昂贵的。此外，顶装载式刀具凹穴可制造成狗骨形。换句话说，顶装载式刀具凹穴可具有围绕刀具凹穴的端部的环形环，这对于单独制造可能是昂贵的。因此，通过在第一刀具凹穴保持器和第二刀具凹穴保持器两者上利用前装载式刀具凹穴，刀具凹穴保持器816的制造成本可能较低。
64.在一些实施方案中，铰刀块可包括第三部分(例如，计量部分)。计量部分可有助于维持铰大的井眼直径。在一些实施方案中，计量部分可与主体成一体。在一些实施方案中，计量部分可如本文所描述单独地制造并且附接到主体。
65.在一些实施方案中，刀具凹穴保持器包括多个刀具凹穴。刀具凹穴可被构造来收纳切削元件。换句话说，切削元件可插入刀具凹穴中并且连接到刀具凹穴。例如，切削元件可钎焊、焊接、用机械紧固件(例如，环)连接、或以其他方式连接到刀具凹穴。在一些实施方案中，刀具凹穴可机加工到刀具凹穴保持器中。在一些实施方案中，刀具凹穴可铸造到刀具凹穴保持器中。在一些实施方案中，刀具凹穴可增材制造到刀具凹穴保持器中。
66.刀具凹穴包括具有壁弧的内壁，所述壁弧是内壁围绕由内壁限定的圆延伸的度数。换句话说，壁弧是内壁的圆周范围。在一些实施方案中，壁弧可大于180
°
。例如，壁弧可以是190
°
、200
°
、210
°
、220
°
、225
°
、270
°
、315
°
、360
°
，或其间任何值。壁弧大于180
°
的刀具凹穴可以是前装载式刀具凹穴或滑入式刀具凹穴。换句话说，切削元件可从刀具凹穴的前开口滑动到刀具凹穴中。壁弧的角度可至少部分地防止切削元件在铰刀块的操作期间移除。
67.在一些实施方案中，多个刀具凹穴保持器可连接到主体。例如，第一刀具凹穴保持器可安装在旋转向前侧的位置，并且第二刀具凹穴保持器可安装在旋转向后侧的位置。常规地，第一排刀具凹穴可安装为前装载式刀具凹穴(例如，具有大于180
°
的壁弧)。第二排刀具凹穴可以是落入式刀具凹穴。换句话说，第二排刀具凹穴可具有180
°
或更小的壁弧。以此方式，可通过从上表面下入切削元件来安装切削元件。此连接可能比前装载式连接更弱，并且可使用更多的钎焊将切削元件固定到刀具凹穴。此外，制造落入式刀具凹穴可能比制造前装载式刀具凹穴更昂贵。在一些实施方案中，多于两个刀具凹穴保持器可安装在铰刀块的主体上。例如，三个、四个、五个、六个、七个、八个、九个、十个或更多个刀具凹穴保持器可安装在铰刀块的主体上。
68.在一些实施方案中，可在刀具凹穴保持器连接到主体之前将切削元件安装在刀具凹穴保持器中。由于切削元件首先安装在刀具凹穴保持器中，因此(例如，在第二或旋转向后侧的刀具凹穴保持器上的)第二排刀具凹穴可以是前装载式(例如，滑入式)刀具凹穴。这可增加刀具凹穴的强度和/或降低制造成本。
69.在一些实施方案中，将切削元件钎焊到刀具凹穴保持器而不是钎焊到整个主体可提高钎焊的质量。例如，真空钎焊是一种钎焊方法，其中在真空或低压环境中加热待钎焊的零件(例如，刀具凹穴保持器和切削元件)和钎焊材料。这可减少钎焊中的微气泡的数量，由此可提高钎焊的强度。刀具凹穴保持器可能足够小以装配在真空钎焊室内。
70.在一些实施方案中，将切削元件钎焊到刀具凹穴保持器可减少铰刀块的钎焊后处
理量。例如，来自钎焊工艺的热量(例如，将主体、切削元件和钎焊材料加热到钎焊材料的熔化温度)可能致使加热的部件发生变形、翘曲、弯曲或其他形状改变。在钎焊之后，可将铰刀块上的任何热变形机加工掉(可能是用手)，以使铰刀块恢复到最终尺寸。通过将切削元件与主体单独地钎焊到刀具凹穴保持器上，来自钎焊工艺的热量只会使刀具凹穴保持器发生变形。这可能是由于在钎焊期间主体未被加热。因此，比主体小的刀具凹穴保持器可能是组件中唯一经历热变形的部件(如果有的话)。因此，发生变形的材料量变少，并且可减少、消除和/或自动化钎焊后处理。这可节省制造时间和成本。
71.在一些实施方案中，单独的铰刀主体和刀具凹穴保持器可有助于改善库存管理。例如，当要跟踪和存储的零件数变少时，库存管理得以优化(例如，变得更容易)。常规地，铰刀块可针对每个客户和/或工作现场定制。因此，可维持独特铰刀块的大量库存。在一些实施方案中，可制造和存储基座铰刀块主体或若干大小和/或形状的基座铰刀块主体。这可精简制造工艺，并且提高铰刀块的库存管理的便利性。此外，在一些实施方案中，可设计和制造一个或若干不同的刀具凹穴保持器。刀具凹穴保持器可与铰刀块混合和匹配，以形成多种不同的刀具铰刀块。
72.在一些实施方案中，第一刀具凹穴保持器和第二刀具凹穴保持器可以是相同的。换句话说，第一刀具凹穴保持器和第二刀具凹穴保持器可具有相同大小、形状、材料组成、刀具凹穴图样等。以此方式，第一刀具凹穴保持器和第二刀具凹穴保持器可以是可互换的。这可有助于进一步减少仓库和/或操作员要跟踪的零件数量。
73.在一些实施方案中，第二多个刀具凹穴可与第一多个刀具凹穴至少部分地旋转向重叠。换句话说，第一刀具凹穴和第二刀具凹穴可遵循相同旋转路径。以此方式，第一组刀具凹穴中的第一组切削元件可以是可执行地层的大部分切削的初级切削元件组，并且第二组刀具凹穴中的第二组切削元件可以是次级切削元件组，所述次级切削元件组可以是次级切削元件。换句话说，第二组切削元件可以是备用切削元件，并且遵循与第一组切削元件相同的切削路径。
74.在一些实施方案中，第一组刀具凹穴可遵循与第二组刀具凹穴不同的切削路径。在一些实施方案中，第一组刀具凹穴可具有第一刀具凹穴图样，并且第二组刀具凹穴可具有第二刀具凹穴图样。第二组刀具凹穴中的刀具凹穴可位于第一组刀具凹穴中的刀具凹穴之间。在一些实施方案中，第一刀具凹穴保持器可与第二刀具凹穴保持器相同，但第二刀具凹穴保持器可从第一刀具凹穴保持器纵向偏移。例如，用于第一刀具凹穴保持器和第二刀具凹穴保持器的收纳凹穴可在纵向上偏移定位，或包括在不同纵向位置处的止动件。在一些实施方案中，第一组刀具凹穴具有第一数量的刀具凹穴，并且第二组刀具凹穴具有第二数量的刀具凹穴。在一些实施方案中，第一数量的刀具凹穴与第二数量的刀具凹穴相同。
75.在一些实施方案中，第一刀具凹穴保持器可位于第二刀具凹穴保持器的径向内侧。换句话说，第二刀具凹穴保持器可具有比第一刀具凹穴保持器更大的暴露。在一些实施方案中，第二刀具凹穴保持器可具有比第一刀具凹穴保持器更大的高度。在一些实施方案中，用于第一刀具凹穴保持器的第一收纳凹穴可位于第二收纳凹穴的径向内侧。使第二刀具凹穴保持器位于第一刀具凹穴保持器的径向外侧可致使安装在第二刀具凹穴保持器中的第二组切削元件比安装在第一刀具凹穴保持器中的第一组切削元件执行更多切削。在一些实施方案中，第一组切削元件可以是备用切削元件。换句话说，在第二组切削元件发生磨
损和/或损坏时，第一组切削元件可继续切削，由此延长铰刀块的有效使用寿命。
76.在一些实施方案中，主体可包括插入件凹穴。插入件凹穴可位于第一收纳凹穴与第二收纳凹穴之间。在一些实施方案中，插入件可放置(例如，插入)到插入件凹穴中。插入件可包括一个或多个传感器。例如，插入件可包括力传感器、加速度计、陀螺仪、伽马射线传感器、扭矩传感器、应变仪、压力传感器、其他传感器及其组合。
77.一个或多个传感器可靠近切削元件放置在铰刀块上。更靠近切削元件进行的测量通常比更远离切削元件进行的测量更具代表性。因此，通过将包含一个或多个传感器的插入件定位在第一刀具凹穴保持器与第二刀具凹穴保持器之间，所进行的测量与来自位于工具壳体内部或铰刀块的背面上的其他传感器相比可更多地代表铰刀块上的状况。
78.在一些实施方案中，刀具凹穴保持器中的一者或两者可包括延伸到插入件凹穴中的突起。在一些实施方案中，突起可增加刀具凹穴保持器与铰刀块的主体之间的连接强度。在一些实施方案中，突起可包括一个或多个传感器。
79.在一些实施方案中，刀具凹穴保持器可用单独的连接而连接到主体。例如，主体可包括收纳凹穴，并且刀具凹穴保持器可包括连接突起。在一些实施方案中，主体可包括多个插入件凹穴。在一些实施方案中，多个插入件凹穴可与收纳刀具凹穴保持器的收纳凹穴分开。在一些实施方案中，多个插入件凹穴可与收纳刀具凹穴保持器的收纳凹穴相同。
80.已经主要参照井眼钻探操作描述了刀具凹穴保持器的实施方案；本文所描述的刀具凹穴保持器可用于除井筒的钻探以外的应用中。在其他实施方案中，根据本公开的刀具凹穴保持器可在用于勘探或生产自然资源的井筒或其他井下环境的外部使用。例如，本公开的刀具凹穴保持器可在用于铺设公用设施线路的井眼中使用。因此，术语“井筒”、“井眼”等不应被解释为将本公开的工具、系统、组件或方法限于任何特定的行业、领域或环境。
81.本文描述了本公开的一个或多个具体实施方案。这些所描述的实施方案是当前公开的技术的实例。另外，为了提供对这些实施方案的简要描述，说明书中可能不会描述实际实施方案的所有特征。应了解，如同在任何工程或设计项目中一样，在开发任何此类实际实现方式时，都将作出与实施方案特定相关的众多决定，以实现开发人员的特定目标，诸如遵守与系统相关以及与业务相关的约束，这些约束可能会随实施方案而变化。此外，应了解，这种开发工作可能是复杂且耗时的，但是对受益于本公开的普通技术人员而言，这仍将是设计、加工和生产中的常规任务。
82.另外，应理解，对本公开的“一个实施方案”或“一项实施方案”的提及并不意图被解释为排除也结合了所列举特征的其他实施方案的存在。例如，关于本文的实施方案所描述的任何元件可能够与本文所描述的任何其他实施方案的任何元件组合。如本公开的实施方案所涵盖的本领域的普通技术人员将意识到的，本文中陈述的数字、百分比、比率或其他值旨在包括所述值，以及“约”或“大约”所述值的其他值。因此，应将所述值解释得足够宽泛以涵盖至少足够接近所述值的值，以执行期望的功能或实现期望的结果。所述值至少包括在合适的制造或生产工艺中预期的变化，并且可包括在所述值的5％内、1％内、0.1％内或0.01％内的值。
83.鉴于本公开，本领域的普通技术人员应认识到，等效构造不脱离本公开的精神和范围，并且可对本文公开的实施方案进行各种改变、替换和变更而不背离本公开的精神和范围。包括功能性“装置加功能”条款的等效构造旨在覆盖本文所描述成执行所述功能的结
构，包括以相同方式操作的结构等效物以及提供相同功能的等效结构。本申请人的表达意图不是援引装置加功能或其他功能要求以用于任何权利要求，其中词语“用于......的装置”与相关联功能一起出现的那些除外。落入权利要求的含义和范围内的对实施方案的每个添加、删除和修改将由权利要求涵盖。
84.如本文所用的术语“大约”、“约”和“基本上”表示在标准制造或工艺公差内的仍执行期望功能或实现期望结果的接近所述量的量。例如，术语“大约”、“约”和“基本上”可指代在小于5％、小于1％、小于0.1％以及小于0.01％所述量的范围内的量。此外，应理解，在前面的描述中任何方向或参考系仅是相对方向或移动。例如，对“上”和“下”或“上方”或“下方”的任何引用仅描述相关元件的相对位置或移动。
85.本公开可在不背离其精神或特性的情况下以其特定形式来体现。所描述的实施方案应被认为仅是说明性的而不是限制性的。因此，本公开的范围由所附权利要求而不是由前述描述来指示。在所述权利要求的等效物的含义和范围内的改变都将涵盖在所述权利要求的范围内。