专利名称：铣削装置的制作方法
技术领域：
本发明有关一种铣削装置、一种用于该铣削装置的刀片、以及一种铣削方法。
已有的技术披露了不同种类的用于去除一部分管形体(例如先前装于井中的壳体)的铣削工具。这些铣削工具具有可活动的切削刀片并被下放进井中或壳体中。当铣削工具就达时，刀片被偏压抵住管壁，同时铣削工具旋转。通常，将一合适的钻削液泵吸进该铣削工具的中心孔中向下从切削刀片底下泄放出，而在铣削工具外部环孔中的一股向上流动的泄放液则将产生于切削过程的切屑或碎片从井中清除掉。
根据本发明的一个方面提供有一铣削装置，它包括一空心铣削体，至少一个可转动地安装于该空心铣削体内部的刀片、以及用于将至少一个刀片从空心铣削体朝外转动的装置。
根据本发明的另一个方面提供有如本发明所述的用于一铣削装置的刀片，该刀片可被配置于铣削装置的内部且可从铣削装置向外移动，该刀片包括一具有顶部和底部的刀片体；一内表面和一外表面；在刀片体外表面上的一铣削面；在该刀片体内侧的一第一有角表面，用于与该铣削装置中的一执行元件下端的外部上的一第二有角表面相接触且共同作用，该第二有角表面与该刀片体内侧的该第一有角表面相对应且相接触，这样在使用时当该执行元件朝下移动时，刀片则从铣削装置向外运动。
根据本发明的再一方面则提供有一种铣削方法，该方法包括下列步骤将如本发明所述的一铣削装置导入一待铣削壳体中；将该铣削装置定位到壳体中的一所需位置上；将用于运动至少一个刀片的装置向下移动来使该至少一个刀片从该空心铣削体朝外运动抵住壳体的内侧；然后旋转该铣削装置以用该至少一个刀片铣削壳体。
其它的特征被陈述于从属权利要求中。
为能更好理解本发明，以下采用例子并参照附图来加以说明，附图中
图1A为如本发明所述的一铣削装置的第一实施例在一第一位置时的一侧视剖视图；图1B示出图1A所示铣削装置在一第二位置时的情形；图1C示出图1A所示铣削装置在一第三位置时的情形；图1D示出图1A所示铣削装置在一第四位置时的情形；图1E为沿图1D中的E-E线所作的一剖视图；图1F为沿图1D中F-F线所作的一剖视图；图1G为沿图1D中G-G线所作的一剖视图；图1H为沿图1D中H-H线所作的一剖视图；图2A为图1A所示铣削装置的一刀片的侧视图；图2B为图2A刀片的一正视图；图2C为图2A刀片的一底视图；图3为如本发明所述的一刀片的第二实施例的一透视图；图4为如本发明所述的一刀片的第三实施例的一透视图；图5为如本发明所述的一刀片的第四实施例的一透视图；图6为如本发明所述的一刀片的第五实施例的一透视图；图7为如本发明所述的一刀片的第六实施例的一透视图；图8为如本发明所述的一铣削装置的第二实施例在一第一位置时的一侧视剖视图；图9为图8铣削装置在一第二位置时的视图；图10为图8所示的铣削装置的一简化透视图；图11A为如本发明所述的一刀片的第七实施例的一透视图；图11B为沿图11A中11B-11B线所作的一剖视图；图11C为沿图11A中11C-11C线所作的一剖视图。
参照图1A-1D可看到位于一管形体T(例如管道、壳体或导管)中的如本发明所述的一铣削装置10。该铣削装置10具有一空心铣削体12，它具有一螺纹顶端部14、一螺纹底端部16、一上中空室13、一中中空室15、以及一带有底部分19的液流腔17。
三个刀片20最初被配置在位于空心铣削体12中的各自的狭孔21中，每个刀片的底端部22被一销子23可转动地连接在空心铣削体12之上。每个刀片均具有切削即铣削面24、25、26以及总的用数字27表示并将在下面详细描述的内表面。一弹簧65将每一刀片推向里边。
一冲洗管30具有一顶部分31，该顶部分31可移动地被配置在上中空室13中且被一弹簧39朝上偏压，该弹簧39顶在冲洗管30的一顶凸肩32以及空心铣削体12的一内凸肩18上。冲洗管30的一顶端部33具有凹槽34，在其中配置有密封圈35(例如市场上可购得的苯乙烯/二乙烯苯共聚物密封圈、O型圈、或它们间的组合)用于密封冲洗管30的外表面与上中空室13的内表面之间的一界面。冲洗管30的一凸肩36被配置成与空心铣削体12的内凸肩18相接触以阻止冲洗管30的进一步的向下运动(见图1B)。在优选实施例中所示的冲洗管30具有形状为一圆锥形管口的一下端部37用于与刀片20相接触并共同作用。
一液流腔38贯穿于该冲洗管30的顶部到底部。三个圆周方向分布的套销28穿过空心铣削体12并各自抵住冲洗管30上的平面29以将冲洗管30保持在空心铣削体12中就位。冲洗管30可具有一圆形截面，不具有平面或具有一个或多个平面。冲洗管30可相对于套销28上下移动。
一液流套筒40可移动地配置在一顶部接头50中的一室51中。该顶部接头50具有一下螺纹端部52，它的螺纹与空心铣削体12的螺纹顶端部14相配合。液流套筒40具有一顶凸肩41，它抵住空心铣削体12的螺纹顶端部14以防止液流套筒40进一步的向下运动。通过液流套筒40的液流孔42与液流套筒40的一上液流孔43之间液体相通。
一液流喷嘴60被配置于液流套筒40的一中心腔44之中。该液流喷嘴60具有一中心液流腔61，它(图1A)起初与冲洗管30的液流腔38之间流体相通且它密封地与冲洗管30的顶端相接触。该顶部接头50具有从顶到底部贯穿该顶部接头的一中心液流腔52，它与室51之间流体连通，液流喷嘴60的内径大小被配置成能取得在喷嘴两端一所需的压降，这样能得到足够高的压力来压低冲洗管30并伸出刀片20(例见图1C)。
使用时，铣削系统10被下降至需要将位于工作管柱上的管形体T的一部分切除掉的某个位置。
开始，液流套筒40和冲洗管30被弹簧39的力保持在图1A所示的位置上。钻井液(例如泥浆)然后被泵送沿转动的工作管柱朝下流。当流体的力增至足以克服弹簧39的力的程度时，钻井液推动液流套筒40，而液流套筒则推动冲洗管30朝下移动，这样冲洗管30的下端部37朝下移动进刀片20之间，将它们推开并将它们推出各自的狭孔21(图1B)。当冲洗管30在空心铣削体12中继续朝下移动时，刀片20进一步朝外运动，绕销子23转动。刀片20逐渐切穿管形体T。液流套筒40和冲洗管30一步步地朝下移动直至液流套筒40的顶凸肩41抵住空心铣削体12的顶端部14，液流套筒40的向下运动才停止下来。此时，刀片20被充分伸展开而管形体T已被切割，作用于冲洗管30顶端部33之上的流体压力使冲洗管向下移动以抵住空心铣削体12的内凸肩18(如图1D所示)。
参照图1D，当冲洗管30向下移动至其最低位置时，一放大了的液体通道被打开在液流喷嘴60的外部和冲洗管30的液流腔38顶部内侧之间，从而可得到“管子切开”已被达到这样一个指示并可允许更大的液流量。
冲洗管30靠近其下端可具有一个或多个液流通道11，以便液体流出以帮助去除切屑并阻止切屑堆积在工具内。
图1F示出一销子28，它带螺纹且可拆卸地被拧在空心铣削体12中的一孔46中并与平面29有一小的距离。
图1G示出三个处于伸出位置的刀片20。刀片20被等间隔(每隔120°)地配置在空心铣削体12周围。
图1H示出三个伸出的刀片20以及多个平衡块55，它们从空心铣削体12中向外突出并由螺栓56(图1A)被可拆卸地固定在空心铣削体上。镶嵌式刀片57覆盖了刀片20的顶端部。
图2A-2C示出如本发明所述的一刀片20，它带有切削/铣削面25，该面被配置成当刀片20被充分伸展开(如图1D所示)时，该面25则基本与从上到下穿过空心铣削体20的一纵轴平行。在这种配置方式下，切削面25的一主要部分(且优选地为几乎全部)与管形体的内表面接触以进行有效和高效的铣削。一凹槽70在一销子72(图1A)周围运动以限定刀片20从空心铣削体12朝外移出的幅度。一孔58容纳销子23且孔59接收一紧定螺钉(图中未示出)。具有不同切削面的刀片顶端部可如图2B所示的那样相对于刀片20的刀体被倾斜布置(例如成负前倾角，例如大约5°的角度)。刀片20的内侧包括6个内表面27a～27f。这些内表面27a～27f的大小、位置和构形应使得同冲洗管30的外表面共同作用，从而产生所需的刀片向外运动和配置。起初冲洗管30的管口37靠着内表面27a朝下运动(见图1B)。冲洗管的外表面然后靠着内表面27b朝下运动(见图1C)。再紧接着冲洗管的外表面靠着内表面27C朝下运动。内表面27d则限定了一个接收冲洗管30的管口37的空间。
切削面24、25、26可以是经热处理和/或表面硬化的；和/或部分的或全部的这些表面可根据需要具有安装在刀片上的任一镶嵌式刀片或多个镶嵌式刀片。
在某些情况下，铣削装置10可连同一“震击器”一起使用，该震击器装于顶部接头50之上用于吸收震动和减小振动。
图3～6示出根据本发明的刀片的其它配置形式，它们具有不同的结构以保证其底端部牢固地连接于空心铣削体12。
图3示出一刀片80，它具有一底部81，该底部具有一通孔82用于接收一销子(图中未画出)来将刀片连接于空心铣削体上。一止动杆83在空心铣削体的一狭孔中运动以抵住一伸出于空心铣削体之外的止动块来使刀片的向外运动中止于一所需的位置上。
图4示出一刀片84，它具有一底部85、两分开的舌86，以及用于接收一销子(图中未画出)的孔87，该销子用来将刀片84连接于空心铣削体上。
图5示出一类似于刀片20的刀片95。
图6示出一刀片90，它带有一底部91，该底部具有伸出的柱状块92，用于被接收于位于一铣削体中的相应插孔(图中未画出)中以将刀片90连接于空心铣削体中。一止动块93抵住在铣削体上的一止动块来阻止刀片向外运动并保持所需的伸出刀片位置。
图7示出一刀片100，它具有一刀片体102、两切削部分104和一球形安装端部106。该球形安装端部106配合进位于铣削体中(图中未画出)的一合适配置的凹座中，这样它可相对于该铣削体运动且可被保持在凹座中。
图2A、3～6或8所示的刀片体的任一种均典型地具有两或三个安装于一单一刀片体中的刀片；而该刀片则具有并置且分隔开的铣削面；例如三个铣削面24，25，26。
现在参照图8～10，如本发明所述的一铣削装置200类似于前述的铣削系统10并采用相同数字来表示相同部分。
多个刀片20起初被配置于空心铣削体12中的各个狭孔21中，而多个刀片220起初被配置于空心铣削体12中的各个狭孔221中。每一刀片220具有一顶部222，它被一销子223可旋转地连接到空心铣削体12上。所谓“多个刀片”是指至少一个刀片20(优选地为二、三或四个刀片)和至少一个刀片220(优选地为二、三或四个刀片)；并且对一个刀片20优选地要有一个刀片220。
每一刀片220具有一刀片切削部分225、一内表面226以及一内表面227。最初，冲洗管30的外部平行于内表面226移动(图8)。然后冲洗管30的管口接触并沿着内表面227移动，迫使刀片220从其狭孔221中移出。
图11A～11C示出如本发明所述的一刀片240，它具有一刀片体241，该刀片体241有一端部242(它可以是一顶端部或一底端部，取决于刀片如何被使用在一铣削装置中)，该端部242具有一孔243，用以接收一销子来将刀片240连接在一铣削体上。该刀片的另一端部244有两个刀片切削单元245和246，它们从端部244伸出。内表面247、248和249其形状、大小和结构被设计成能与一冲洗管(类似冲洗管30)共同作用来将刀片240相对于铣削体(类似铣削体12)上的狭孔运动，这些刀片最初位于这些狭孔中。
在系统200中，最初液流套筒40和冲洗管30被弹簧39的力所保持住。当液体力增加至足以克服该弹簧力的程度时，液体推动液流套筒40，而液流套筒40则推动冲洗管30使之向下移动，这样冲洗管30的下管口端37向下移动进刀片20和220之间，将它们推开并将它们从各自的狭孔21和221推出。当冲洗管30进一步朝下移动进空心铣削体12中时，刀片20和220进一步向外运动，即分别绕销子23和223转动。冲洗管30的凸肩36朝空心铣削体12的内凸肩18移动，而由冲洗管30所执行的刀片20和220的向外运动则停止(图9)。
如图11C所示的那样，刀片切削单元245将是第一个接触壳体250(图中用点划线的圆表示)的单元，在该壳体中，位于一铣削装置(图中未画出)上的刀片240正被使用着。这样，刀片在切削中的损坏便可被减小。对所有位于一铣削装置上的刀片240，刀片切削单元245将是第一个接触壳体的单元。本文所公开的所有或部分刀片切削单元和/或任一刀片的全部或部分刀片体可以是表面硬化的或者是用诸如基体铣削材料(matrix milling material)和/或是带或不带一个或多个断屑沟或断屑面的镶嵌式刀片。
冲洗管可方便地由包括一入口端和一出口端的多个部分组成，入口端和出口端由耐磨材料制成，例如不锈钢，硬质合金和钴基钢。冲洗管的剩余的中间部分则可由较软的钢或钢合金所制成。
铣削装置可被在一工作管柱上操作或可与一井下电动机相连，该电动机典型地可被下放到盘管上。采用这种配置时要使用合适的平衡块。
权利要求
1.一种铣削装置，包括一空心铣削体(12)；至少一个可转动地安装于该空心铣削体(12)之内的刀片(20)；以及用于将该至少一个刀片从该空心铣削体向外转动的装置。
2.如权利要求1所述的铣削装置，其特征在于每一刀片具有一刀片体、一顶部、一底部、以及一带切削面的刀具，且上述刀片的底部可转动地被安装在上述空心铣削体(12)上，上述切削面则在底部之上。
3.如权利要求1或2所述的铣削装置，其特征在于用于将该至少一个刀片从空心铣削体向外转动的装置包括一冲洗管(30)，它被可移动地配置在空心铣削体(12)中位于该至少一个刀片的上部；使用时，冲洗管根据流入铣削装置中的液体力可朝下移动来接触该至少一个刀片，并当该至少一个刀片向外转动时将该至少一个刀片从该空心铣削体朝外转动。
4.如权利要求3所述的铣削装置，其特征在于进一步包括位于空心铣削体中的弹簧装置(39)，用于可缩地将冲洗管(30)朝上推离该至少一个刀片。
5.如权利要求3或4所述的铣削装置，其特征在于冲洗管(30)具有一贯通其中的中心液流通道，且铣削装置还包括至少一个液流出口(11)，该出口穿过冲洗管的下端部，用于使液体流过上述至少一个刀片(20)。
6.如权利要求3、4或5所述的铣削装置，其特征在于还包括在上述至少一个刀片(20)内侧上的一第一有角表面以及在冲洗管(30)下端部的外部上的一第二有角表面，冲洗管(30)用于接触位于该至少一个刀片(20)内部上的该第一表面，这样当冲洗管(30)朝下移动时，该至少一个刀片(20)则被冲洗管推动从空心铣削体(12)向外运动。
7.如权利要求6所述的铣削装置，其特征在于还包括位于该至少一个刀片(20)内侧上的一第二表面，该第二表面被这样来配置当刀片(20)移动至一铣削位置时，该第二表面完全平行于冲洗管(30)的一外表面，这样该至少一个刀片则被冲洗管保持在该铣削位置上。
8.如权利要求3、4、5、6或7所述的铣削装置，其特征在于还包括当切断被该至少一个刀片所完成时给出指示的装置。
9.如权利要求8所述的铣削装置，其特征在于冲洗管(30)具有一管子中心液流通道，用于液体流通其中；当切断被完成时给出指示的装置包括一中空管形体套筒(40)，它被可移动地配置在空心铣削体(12)中位于冲洗管(30)之上，该中空管形体套筒(40)可由流经铣削装置的液体所移动以接触冲洗管(30)，该中空管形体套筒(40)具有一中心件以及围绕该中心件位于中心件的外表面和中空管形体套筒的内表面之间的一液流通道，该中心件具有一贯通其中的中心通道；上述给出指示的装置还包括紧固于该中空管形体套筒中心通道中的一液流喷嘴，喷嘴的一部分伸出于该中空管形体套筒并被指向冲洗管的管子中心液流通道，液体流经该冲洗管，液流喷嘴可被接收进管子中心液流通道中。
10.如上述权利要求之一所述的铣削装置，其特征在于该至少一个刀片的刀头的切削面有一纵向长度且从刀片体向外伸出，使切削面为切削面的差不多整个纵向长度提供完全的扫描式铣削。
11.如前述权利要求之一所述的铣削装置，其特征在于该至少一个刀片的每一个被一弹簧推进至空心铣削体之中。
12.如上述权利要求之一所述的铣削装置，其特征在于包括用于将该至少一个刀片保持在相对于空心铣削体(12)的某个铣削位置上的止动装置。
13.如前述权利要求之一所述的铣削装置，其特征在于上述至少一个刀片为三个刀片，配置在该空心铣削体(12)中且相互间隔开。
14.如前述权利要求之一所述的铣削装置，其特征在于，上述至少一个刀片的切削表面包括在刀头的顶部上且从刀片体向外伸出的一上切削面；位于刀头底部的、从刀片体向外伸出且与上切削面相间隔的一下切削面；以及从该上切削面延伸至该下切削面的一中切削面。
15.一种用于如权利要求1所述的铣削装置的刀片，刀片可位于铣削装置内且可从铣削装置向外运动，该刀片包括具有顶部和底部的一刀片体；一内表面和一外表面；在该刀片体外表面上的一铣削面；在刀片体的内侧的一第一有角表面，它用于与位于铣削装置中的一执行元件的下端部的外部上的一第二有角表面相接触且共同作用，该第二有角表面对应于刀片体内部上的第一有角表面且与之相接触，这样在使用时，当执行元件向下移动时，刀片则从铣削装置向外移出。
16.如权利要求15所述的刀片，其特征在于，它还包括位于刀片内侧的、用于接触执行元件的一第二表面，这样当刀片运动至一铣削位置时，该第二表面完全平行于该执行元件的外表面，这样刀片便被执行元件保持在铣削位置上。
17.如权利要求15或16所述的刀片，其特征在于，它还包括位于刀片体上的止动装置，用于接触另一止动件以中止刀片从铣削装置向外移出。
18.一种铣削方法，该方法包括下列步骤将如权利要求1～14之一所述的一铣削装置引入一待铣削壳体中；将该铣削装置定位在壳体中一所需位置上；将用来运动该至少一个刀片的装置向下移动以将该至少一个刀片从空心铣削体朝外移动出低靠着壳体的内侧；以及旋转铣削装置以便用该至少一个刀片来铣削壳体。
19.如权利要求18所述的一种方法，其特征还在于执行对壳体的全扫描式铣削；该至少一个刀片的切削面具有从刀片体向外的一突出部；上述突出部使该至少一个刀片的切削面为几乎整个纵向长度的切削表面提供充分的扫描式铣削。
20.如权利要求18或19所述的方法，其特征在于用于运动该至少一个刀片的装置具有一下端部，且该方法还包括将该装置的下端部偏压以便在铣削过程中使其抵靠着该至少一个刀片的内侧。
全文摘要
铣削装置(10)包括三个刀片(20),其下部可旋转地被安装到一铣削体(12)上。刀片(20)根据与刀片(20)相接触的一冲洗管(30)的朝下运动而朝外转动。刀片(20)具有一铣削面,该铣削面在使用时则平行于铣削体(12)的一中心纵轴,这样可得到“全扫描式”的铣削。
文档编号E21B29/00GK1197496SQ9619713
公开日1998年10月28日 申请日期1996年9月23日 优先权日1995年9月22日
发明者克里斯托弗·波尔·哈钦森 申请人:韦瑟福德/拉姆公司