CN104755694A - 用于底孔组件的稳定器装置 - Google Patents

Abstract

一种用于钻杆的稳定器装置(20、120、220)，特别地用于能绕纵向轴线(X)旋转的底孔组件，该装置包括管状中央本体(21)和在中央本体的轴向端部处用于连接至杆的元件的连接器件(22、23)，该装置设置有螺旋突出部(24、25、26)，所述突出部位于本体的表面上，意图与被钻的孔的壁接触，从上游轴向端部沿下游轴向端部的方向看去，所述螺旋突出部绕中央本体的轴线沿顺时针方向(W)转动，其特征在于，螺旋突出部的顶点部(33、33、33)包括沿旋转方向限定的前缘(35、35’和35”)和后缘(36、36’和36”)，前缘包括凸起部分，使得所述凸起部分的第一部分(38)在至少20°的角形弧部上具有大于3.5mm的曲率半径。

Description

用于底孔组件的稳定器装置

技术领域

本发明总体涉及一种用于底孔组件的稳定器。在勘探和研究油田的领域中，使用由管道以及可能由其他管状元件构成的旋转钻管支线的支线，所述支线端对端连接，如钻探条件所要求的。钻管支线是钻杆的一部分，所述钻杆的任务是钻出井眼且所述钻杆由许多用于钻探的设备构成。所述管支线连接至底孔组件；它们一起形成钻杆。

背景技术

钻杆承受许多负载，诸如由地面设备施加的旋转和平移运动、底孔工具产生的振动、以及在井壁和杆的部件之间施加的力和接触；井可长度大于12km。

底孔组件可从作为最靠近井底的元件的钻头开始由以下部分连续地构成：钻头、包括用于驱动钻头的马达的任何部件、钻环、称为MWD和LWD的设备、稳定器装置和重量级钻管支线。

特别地，在钻杆中，需要在钻头和重量级管道之间的多个位置处稳定底孔组件。稳定器用于控制底孔组件的变形，特别是通过提供用于底孔管道和钻头的弯曲的预设定点。稳定器还帮助限制管支线中的振动，并且其将变形部控制为有助于控制期望轨迹的偏离的元件。

本发明可还应用于用于测量或检查井底的部件，诸如现有技术中已知为术语MWB、LWD或甚至RSS的设备。

通常，为了允许钻探，加压泥浆以经调解的流量在钻管支线的一个支线内部掠过布置在钻管支线的该支线的端部处的钻头，并随后被泵送并在杆或孔壁之间限定的环形空间中上升。

现有技术中已知各种稳定器工具，诸如由申请人制造的那些。特别地，文档US-4275935、US-6202769和US-2010-0300760披露了设置有外部螺旋突出部的稳定器，所述突出部附连至管状本体或与所述本体成为整体。

文档US-2010-0300760的教导还披露了一组管状底孔钻探元件，所述钻探元件包括布置在钻头和三个上游稳定器之间的孔洞成形器，以改进轨迹的方向控制和钻头的稳定性。

发明内容

本发明的目的是改进孔壁的固结，同时减少与这些壁的摩擦系数。实际上，孔的形成时由于与被扯下以形成空的材料对应的碎片的形成。该碎片通过将其与钻探泥浆一起提升出去而被挖去。证明非常重要的是，提升该碎片不改变正被形成的孔的尺寸特征。

进一步地，由于孔底处钻头的较短的使用寿命，当钻探具有4至大于10km长度的井时，必须规律地提升钻杆组件，以能够更换或维修钻头且随后将整个钻杆再次下降，以使孔成形在前进一点。仅为了维护和分析目的的这些上升和下降支线的操作(称为起出和放入)引起孔壁上的摩擦负载，且还造成对孔的质量退化(在孔的长度上直径的均一性(homogeneous)方面)的主要贡献，破裂风险，以及导致泥浆减速和扩大直径区域中的扰动区域的风险，且因此对碎石累积有主要贡献。更通常地，这些操作，尽管必要，但有助于孔的弱化，且因此有助于增加支线在孔中被阻塞的风险。

当接近井底时，该问题变得越来越关键，在井底处，孔的直径非常接近底孔组件的直径。

本发明的目标是提出一种技术方案，其特别地限制在起出和放入操作期间对孔壁的损害，同时允许泥浆的恰当流通。

本发明提供一种用于钻杆的稳定器装置，特别地用于能绕纵向轴线旋转的底孔组件，该装置包括管状中央本体和在中央本体的轴向端部处用于连接至杆的元件的连接器件，该装置设置有螺旋突出部，所述突出部位于本体的表面上，意图与被钻的孔的壁接触，从上游轴向端部沿下游轴向端部的方向看去，所述螺旋突出部绕中央本体的轴线沿顺时针方向转动，其特征在于，螺旋突出部的顶点部包括沿旋转方向限定的前缘(leading edge)和后缘(trailing edge)，前缘包括凸起部分，使得所述凸起部分的第一部分在至少20°的角形弧部上具有大于3.5mm的曲率半径。

术语“螺旋突出部”意思是具有大致螺旋形的包封部的形状。

作为示例，凸起部分的该第一部分可具有在至少30°的角形弧部上大于5mm的曲率半径。

本发明可用于改进井壁和稳定器的突出部之间的几何和机械联接，特别是通过限制作为侧向和扭转振动的主要原因的动态冲击，以及还通过改进正被形成的孔的截面轮廓的均一性。本发明可还用于获得在稳定器装置的水平处的流体支承。

前缘的非常特别的形状提供钻探泥浆的活性(activated)流通，同时提供关于正被形成的孔的壁的不太侵略性的轮廓。这样的尺寸选择意味着可限制在用于钻探支线的插入或移除操作期间孔的扩大。该优势还在钻探期间的旋转过程中获得。

有利地，所述凸起部分还可以是复合部(complex)并且包括相邻于第一部分的至少一个第二凸起部分，所述第二部分具有的曲率半径小于第一部分的曲率半径，所述第二部分沿旋转方向位于第一部分之前。

作为示例，所述凸起部分可在小于180°的角形弧部上延伸并包括第三部分，使得第二部分布置在第一和第三部分之间，且使得所述第三部分具有的曲率半径大于第一部分的曲率半径。这样的配置意味着，可提供用于钻探泥浆的运动的较大横截面，同时改进杆的接触、定心和引导。

特别地，所述凸起部分的多个部段可切向地链接。这样的配置改进升起的钻探泥浆的动力学性能，且流动沿凸起部分均一。

有利地，螺旋突出部的顶点部可形成圆弧，所述圆弧切向地链接至前缘的凸起部分。以该方式，没有可撕坏孔壁的边缘形成。类似地，螺旋突出部的顶点部可形成圆弧，所述圆弧切向地链接至后缘的凸起部分。

特别地，圆弧可具有一直径，该直径作为在井底处被钻的孔的理论直径或在井底处钻头的外直径的函数而确定；特别地，该直径通过将所述理论直径减去至少1/64英寸(即0.4mm)的值而确定。该尺寸的选择可用于通过允许在稳定器装置处的轻微偏转游隙而巩固孔壁。

前缘可还包括第二凸起部分，使得螺旋突出部的顶点部形成切向地链接至该第二凸起部分的圆弧。

优选地，装置可包括一材料，该材料覆盖顶点部以及至少部分地覆盖前缘和后缘中的一个，使得该材料的硬度壁螺旋突出部的硬度大得多。存在这样的材料意味着，可限制最暴露于抵靠正被形成的孔的壁的岩石和接触的突出部的部分的磨损，且因此可限制底孔元件上的维护操作的数量。

在特定实施例中，容置部可形成在螺旋突出部的顶点部处，以保持自由旋转的辊子。本发明还涉及“辊子扩孔器”类别，即，设置有通常用于规律化和校准井壁的叶片和辊子的工具。

特别地，螺旋突出部可形成径向脚部，该径向脚部具有垂直于平分线(bisecting line)测量的最小宽度，使得该最小宽度小于比最小宽度更接近顶点部的所述脚部的最大宽度。这样的配置可用于增加用于钻探泥浆流通的可用截面，同时保持孔和所述稳定器之间的接触的质量。

有利地，该装置在前缘和相邻后缘之间可包括凹进区域。优选地，每一个凹进区域可包括切向地链接至前缘的第一凹进部分，所述第一凹进部分具有的曲率半径小于切向地链接至相邻后缘的第二凹进部分的曲率半径。因此主要使得钻探泥浆流在前缘下壁在后缘附近流通更多。后缘的加速可因此被改进，以允许钻探碎片被快速去除。

作为示例，凹进区域可限定切向于管状本体的外周界的轮廓。这样的配置意味着中央本体不被削弱。替代地，凹进区域可定位为达不到管状本体的外周界，以增加用于突出部之间的泥浆流的通道的横截面。

特别地，螺旋突出部可以由展开距离间隔开，使得两个相邻突出部可在小于一转中重叠，或甚至小于半转，例如从四分之一转。

优选地，螺旋突出部绕本体转过小于一转，特别地是转过半转。该配置意味着，轴向地限制了所述一个或多个突出部的存在，使得突出部与正被形成的孔的壁的接触点构成用于钻探支线的其余部分的拐点的等同体。有利地，这样的配置可用于改进孔的设定尺寸并防止其被扩大。

优选地，该装置可在其轴向端部之间的小于120英寸的整个长度上包括突出部。

有利地，螺旋突出部可在装置的两个轴向端部之间居中。这样的配置意味着，可施加至装置的弯曲力可以平衡的方式分布。还可接受其他非居中的配置。

在另一实施例中，下游轴向端部可以直接是钻头(“近钻头”稳定器配置)的一部分，或在变化例中，相邻并旋拧到钻头上。在这样的配置中，稳定器装置直接集成到钻头中；特别地，其布置在旋转电机的下游，位于通常称为钻头规的区域中。

在变化例中，管状本体可构成固定的包封部，其绕具有所述连接器件的管状部件旋拧并旋拧到其上。在该情况下，本发明可用于称为套筒稳定器的元件。

在又一变化例中，螺旋突出部和管状本体可以整体方式制造。

优选地，该装置由钢制造，例如从对应于以下标准的钢制造：AISI 4135；AISI 4137；AISI 4140；和/或AISI 4145。钢可特别地为非磁性的(amagnetic)。

在特定实施例中，中央本体可具有孔洞，使得该中央本体的壁的最小厚度呈现为比该本体的外直径大25％。这样的配置增加装置的整体的稳固性。

附图说明

本发明将从阅读以下借助非限制性示例给出的和附图中所示的几个实施例的详细描述而被更好地理解，在附图中：

图1示出常规钻杆的底孔组件的实施例，该钻杆处于正在形成的孔中；

图2概略地示出被钻出孔的壁的部分坍塌的现象；

图3是本发明的稳定器的第一实施例的透视图；

图4是根据图3的用于制造生产所需的坯件的纵向视图；

图5是图3的纵向视图；

图6是图5中指示的截平面A-A的横截面视图；

图7是图6的放大的局部横截面视图；

图8是图5中指示的截平面B-B的横截面视图；

图9是由本发明的装置的突出部形成的螺旋部的展开视图；

图10是本发明的装置的下游凸出端部的远端图；

图11是根据本发明变化例的稳定器装置的部分顶视轮廓图；

图12是图11中指示的截平面C-C的横截面视图；

图13是图11中指示的截平面D-D的横截面视图；

图14是图13的实施例的变化例；

图15是根据本发明另一变化例的稳定器装置的轮廓透视图；

图16是图15的截平面E-E的横截面视图。

具体实施方式

图1示出底孔组件1的实施例。该组件1包括多个端对端相关联的管状部件，形成钻头2上游的底孔组件，所述钻头布置在所述杆的一个轴向端部处。由于钻探原因，该组件1以顺时针被驱动旋转，认为是从上游端部沿钻头所构成的下游端部的方向。在钻探技术中，旋转方向总是从相对于井底的表面确定。

钻头包括意图挖出孔的机动化远端部3和支撑该机动化端部3的上游部分4。上游部分4有时称为钻头规(gauge)。在所示的示例中，上游部分是光滑的。

上游部分4随后通过组装(makeup)而连接至第一管状部件5，所述管状部件5则通过组装而在上游连接至本发明的稳定器装置6。该稳定器装置6本身在上游组装至井底测量装置7。该井底测量装置7可包括多个管状部段，所述管状部段端对端组装，以实施在井底处的多个测量和检测。该测量装置7可还包括用于钻头2的可旋转转向器件(RSS)。

该测量装置7在上游连接至本发明的第二稳定器装置8，该第二稳定器装置8可在结构上不同于第一稳定器装置6。优选地，第二稳定器装置8已经在下游以及上游被连接至厚壁管状元件，称为钻环。

第二稳定器装置8在上游连接至校准工具9，所述校准工具9设置有叶片或辊子，所述叶片或辊子在其壁上自由旋转且意图与孔壁接触。在所示的示例中，校准工具具有可调整直径。替代地，在该校准工具9的位置处，可以设置辊子扩孔器，其外直径不可调整，但其可形成具有可旋转辊子的第三稳定器装置，如下面将详细描述的。

该校准工具9本身在上游连接至根据本发明的第四稳定器装置10，与前述布置在下游的问电气装置相比，其可在形状、结构和/或尺寸上不同。该第四稳定器装置10连接至多个管状部件的组11，该组11特别地包括滑动部件12，该滑动部件12能够按需要轴向地膨胀，例如为了不阻塞底孔组件。该滑动部件12通常称为半开部(ajar)。

该组11则在连接至主要由钻管构成的钻探支线之前与一个或多个重管13组装，所述重管13通常称为重量级钻管。

如可从该总的描述看到的，根据本发明的稳定器装置可在底孔组件1中布置在多个位置处，且具有相互不同的形状、结构和/或尺寸。

这些稳定器装置，至少沿它们的纵向轴线局部地，具有接近正被形成的孔的外直径或钻探的外直径的直径。它们的任务是保持管支线和底孔组件在孔中稳定，同时钻头在与要被挖空的岩石的接触中承受非常有力的振动，同时保持管支线在孔中旋转。另外，这些稳定器装置有助于改进钻头在要被挖空的岩组中的方向性控制，以到达随后将被作业的含有烃的岩石。

图2示出了经典的钻探问题。因为穿越了具有不同硬度以及甚至不同结构的地质地层，正被形成的孔可穿过不同地层。孔壁的质量和它们的连续性是对于在钻头期间进行控制以便完全控制上升的泥浆流以及还防止钻探支线被阻塞在原位来说非常重要的参数。

图2示出正被形成在易碎区域14中的孔的壁的部分坍塌的示例。本发明可用于限制孔壁的削弱和侵蚀。具有不规则大小的这些掉下的岩石15掉落至井底，并具有损坏钻头本身的风险，当其没有设计为将该类型的掉下的岩石压碎至具有与在钻探期间产生的那些相似的大小块时甚至更甚。如可在该图2中看到的，真的需要考虑正被形成的孔的壁并不损坏它们以及考虑限制可促进掉下的岩石的振动。

图3示出本发明的稳定器20的第一实施例。稳定器装置20包括具有纵向轴线X的管状中央本体21，且在这些轴向端部处设置有带螺纹部分，分别为22和23，以使其连接至底孔组件的其他元件。在所示的示例中，端部22包括具有可见螺纹的凸出连接器，而另一端部23具有凹进连接器，其螺纹(未示出)位于该端部的内周界上。

中央本体21的外周界在横向于轴线X的截面中大致为规则圆形。在三个径向螺旋突出部24、25、26延伸超过中央本体21的外周界的位置处，装置20局部地具有包封表面，其横截面具有的直径大于中央本体21的直径。这些径向突出部通常称为叶片。

三个突出部绕轴线X转动。在所示的示例中，它们每一个绕轴线X转过半转。这些螺旋突出部的每一个的相应起始点绕中央本体21的周界规律地分布。

假设凸出(male)连接器可构成该装置相对于钻探支线的下游连接器，可考虑螺旋突出部沿顺时针方向转动，视为从上游端部开始沿下游端部的方向。这些突出部沿与管支线的旋转方向W、并且因此在孔中的底孔组件的旋转方向相同的方向转动。

管状坯件E，诸如图4中所示的，用作用于制造稳定器装置20的起始点。该管状坯件E优选地以单种材料制造为单件，其随后被加工以配置尺寸。实践中，该坯件E已经包括中央本体21，在其端部处，将加工出相应凸出连接器22和凹进连接器23。坯件E包括中间部分27，该中间部分27距其轴向端部22和23大致有相等距离。端部22和23之间的距离例如120英寸或更少。中间部分27形成一管状部分，其具有的外直径大于中央本体的其余部分的外直径。

特别地，坯件E的孔洞的内直径可以在其整个长度上恒定。作为示例，这样的稳定器装置20的壁的厚度被选择为使得其呈现出多25％的外直径，即，直径OD1和/或直径OD2。

中央本体21的直径OD1和中间部分27的直径OD2之间的直径变化在该示例中在中间部分27的两侧大致对称。在未示出的变化例中，上游和下游直径的变化可以是非对称的。

特别地，该扩大部32包括(从直径OD1起连续地)：

-张开的凹进部分28，具有在50至300mm的范围内的曲率半径R1，例如85mm的量阶；

-接着是张开的平面部分29，在100mm量阶的距离上，相对于轴线X具有例如45°量阶的斜度；

-接着是凸起第一嵌条部分30，具有在50至300mm的范围内的曲率半径R2，例如80mm的量阶；

-接着是第二凸起嵌条部分31，具有在50至300mm的范围内的曲率半径R3，该曲率半径R3大于曲率半径R2，例如130mm的量阶；

-该第二凸起嵌条部分31连接至具有外直径OD2的外周界。

在所示的示例中，扩大部32的每个部分相对于下一个切向地链接。类似地，中央本体21切向地链接至张开的凹进部分28。另外，凸起嵌条部分31切向地链接至中间部分27的外周界。

扩大部32的该渐变有助于软化突出部24、25和26与正被钻的孔的壁之间的接触。这防止至孔壁中的渗透或刮擦。该渐变被保留在开始和终结各突出部24、25和26的端部中。实际上，如可在图5中看到的，突出部24、25和26形成在这些扩大部32的厚度中以及中间部分27中。因此，在钻探支线前进和/或撤退时，本发明的稳定器装置的突出部进入与孔壁的渐进接触，并且与已经进行的相比不再挖空孔壁。

图6和7的横截面视图提供了在坯件E中加工的突出部的尺寸的更好理解。

如可在图6中看到的，突出部24、25和26在等边三角形的顶点部处成角度地分布；示出了其平分线B、B’和B”。三个突出部在形状上可重叠。每一个突出部24、25和26分别具有顶点部33、33’和33”，所述顶点部形成中间部分27的或扩大部32的非加工部分。每一个顶点部33、33’和33”当其形成在中间部分27中时覆盖32°量阶的角形弧部34，优选地在20°至60°范围内。当该角形弧部34在扩大部32中被评估时，其相同或较小。每一个顶点部33、33’和33”优选地在平分线的两侧对称地分布，所述顶点部与所述平分线交叉，分别为B、B’和B”。替代地，顶点部可分别在平分线的两侧以非对称方式分布。

在操作中，在钻探支线在孔中前进时，稳定器装置20沿顺时针方向W被驱动旋转。每一个突出部24、25、26分别具有相对于该顺时针方向的前缘35、35’和35”和后缘36、36’和36”。前缘是首先与孔壁接触的边缘，后缘将接下来进行接触。

前缘35、35’和35”和后缘36、36’和36”每一个包括凸起部分。在所示的示例中，前缘和后缘仅由所述凸起部分构成。前缘形成复合凸起部分，其总体上不可重叠，也不与由后缘构成的复合凸起部分对称。替代地，前缘可设计为与后缘对称。在该示例中，前缘35、35’和35”可相互重叠。类似地，后缘36、36’和36”可相互重叠。

特别地，前缘35经由第一凹进区域37链接至后缘36”。类似地，前缘35’经由第二凹进区域37’链接至后缘36。并且，前缘35”经由第三凹进区域37”链接至后缘36’。前缘35，与凹进区域37的一部分，顶点部33、后缘36和凹进区域37’的一部分一起，形成相对于中央本体21的径向脚部。特别地，本体上的叶片的基部或脚部在距顶点部的非零距离处具有最小宽度Lmin，该最小宽度Lmin垂直于平分线B被评估。特别地，脚部包括最大宽度Lmax，其位于顶点部和最小宽度Lmin之间的一位置处。最小宽度Lmin的位置位于与中央本体21的外周界相切之处，或沿顶点部33的方向略微超过该外周界。

详细地，图7示出后缘36”和第一凹进区域37的前缘35的放大图。

前缘例如由三个相继的凸起部分38、39和40构成。这些部分38、39和40切向地链接。第二部分布置在第一和第三部分之间。第一部分38切向地链接至具有曲率半径OD2的顶点部33。

在直径OD2为311.15mm(12¹/₄英寸)的情况下，则，第一部分38的曲率半径为39mm的量阶，并沿30°量阶的角形弧部延伸。

以下表格示出可行的尺寸选择，所述尺寸是被钻的孔的直径的函数，且因此是在稳定器装置20的顶点部处观察到的最大直径OD2的函数。

相邻于第一部分38，第二部分39具有的曲率半径小于第一部分的曲率半径。其还覆盖小于第一部分的角形弧部。特别地，对于所描述的直径OD2为12¹/₄英寸的实施例，25mm的曲率半径用于该第二部分以及用于15°量阶的角形弧部。

相邻于第二部分39，第三部分40具有的曲率半径大于第一部分的曲率半径并还高于第二部分的曲率半径。该第三部分40覆盖的角形弧部大于第二部分的角形弧部但小于第一部分的角形弧部。特别地，对于所描述的直径OD2为12¹/₄英寸的实施例，46mm的曲率半径用于该第三部分40以及用于20°量阶的角形弧部。

有利地，三个部分38、39和40的组，即前缘38的复合凸起部分35，由单个凸起部分界定，该单个凸起部分覆盖大于90°小于180°的角形弧部，使得该被界定的单个凸起部分具有的曲率半径等于构成其的每一个部分的单独曲率半径中最大的。

在图7的示例中，后缘36”例如由两个相继的凹进部分41和42构成，以形成复合凹进部分。这些部分41和42切向地链接。第四部分41切向地链接至具有曲率半径OD2的顶点部33”。

在直径OD2为12¹/₄英寸的情况下，则，第四部分41的曲率半径为25mm的量阶，并在25°量阶的角形弧部中延伸。该第四凸起部分41布置在顶点部33”和第五部分42之间。第五部分42具有的曲率半径大于第四部分41的曲率半径。其还覆盖以角形弧部，该角形弧部大于或等于第四部分41的角形弧部。特别地，对于所描述的直径OD2为12¹/₄英寸的实施例，36mm的曲率半径用于该第五部分42以及用于50°量阶的角形弧部上。

有利地，两个部分41和42的组形成由简单凸起部分界定的后缘36”的复合凸起部分，该简单凸起部分覆盖大于90°小于120°的角形弧部，使得该被界定的简单凸起部分具有的曲率半径等于构成其的每一个部分的单独曲率半径中最大的。

如可在图7中看到的，前缘35经由凹进区域37链接至相邻后缘36”。实际上，该凹进区域37包括与一假想圆的切点43，该假想圆具有小于或等于值OD1的直径，且对应于中央本体21的外直径。

在前缘35和切点43之间，凹进区域37的该部分属于由第一突出部24形成的脚部。在后缘36”和切点43之间，凹进区域37的另一部分属于由第三突出部26形成的脚部。该另一部分包括相邻于后缘36”的第二凹进部分45。

第一凹进部分44的曲率半径小于第二凹进部分45的曲率半径。实际上，在图7的示例中，第一凹进部分44的曲率半径为21mm的量阶，而第二凹进部分45的曲率半径为68mm的量阶。由这些凹进部分44和45中的每一个覆盖的角形弧部处于15°至40°范围内，例如为25°的量阶。

在所描述的实施例中，凹进区域37实际上为复合凹进表面。从相邻的第一凹进部分44起连续，其包括第三凹进部分46，该第三凹进部分以相同的曲率半径延伸至切点43。第三凹进部分46切向地链接至第四凹进部分47，该第四凹进部分47以相同的曲率半径延伸至第二凹进部分45。

第三凹进部分46的曲率半径大于三个其他凹进部分44、45和47的曲率半径。实际上，在图7的示例中，第三凹进部分46的曲率半径为100mm的量阶，而第四凹进部分47的曲率半径为50mm的量阶。由这些凹进部分44和45中的每一个覆盖的角形弧部处于15°至40°范围内。

由这些凹进部分44、45、46和47中的每一个覆盖的角形弧部处于80°至100°的范围。

在已经借助图6和7详细描述了位于一区域(在该区域中，突出部所具有的它们的顶点部具有与具有直径OD2的圆相同的曲率半径)中的装置20的截面之后，我们现在将描述图8的细节，对应于在由一个扩大部32构成的向上倾斜部中观察到的突出部的截面。

现在将着重描述图6的截面和图8的截面之间的区别：

-在扩大区域中，由每一个突出部形成的径向脚部不包括在位于顶点部和最小宽度Lmin之间的位置处的最大宽度Lmax。

实际上，每一个脚部的宽度从其附连至中央本体21的区域至其顶点部33连续降低；

-前缘35、35’和35”和后缘36、36’和36”在比上面针对图6和7描述的相应角形弧部小得多的角形弧部上延伸；

-前缘35、35’和35”和后缘36、36’和36”可以是凸起表面，在扩大部32中具有连续曲率半径；

-尾缘36、36’和36”具有的曲率半径大致小于或等于前缘35、35’和35”的曲率半径；

-凹进区域37可以是凹进表面，其在扩大部32中具有连续的曲率半径。

上面给出的该组尺寸在沉积一层高抗摩擦材料之后测量。实际上，给定这种稳定器的设想用途，通常的是，用一般称为加硬(hardbanding)材料的材料覆盖至少顶点部以及至少前缘和后缘的一部分。该材料可通过焊接沉积，例如通过激光焊接，或通过喷涂或表面处理工艺沉积。

在图9中概略示出的实施例中，突出部的叶片以展开的距离d间隔开，所述距离d与在一转中由叶片覆盖的轴向距离相比大致小得多。几何节距是在进行一转时由叶片覆盖的距离。实际上，突出部24、25和26的叶片进行小于一转，而是大致半转。

实际上，展开的距离d小于突出部实际穿越的轴向距离Dp。作为示例，展开的距离d为突出部的最大宽度Lmax的量阶。

在未示出的变化例中，叶片可绕主本体以非恒定角度转动，该角度例如沿叶片逐渐增加。

图10示出突出部的最大宽度Lmax在其在扩大部32中的开始处置中间部分27之间增加，该变化例可由于管状中央本体21和中间部分27之间的过渡部分的存在，突出部24、25和26开始在所述部分中，且在所述部分中，前缘和后缘可包括与以上描述的那些不同的曲率半径，以防止所述边缘挖空正在形成的孔壁，特别是在钻探部件在井中的前进或撤退的作用下。

图11示出根据本发明的稳定器装置的变化例。在图11的示例中，装置120的稳定化功能直接在钻头处的称为钻头规(未示出)的下游部分中实施。在该实施例中，实现本发明的装置120布置在底孔组件的一个端部处，该底孔组件包括单个连接器122，用于与上游原件连接。

在区域150中，该区域150限定在钻头的轴向上游，接近连接器122，外周界具有突出部，所述突出部的具有的轮廓对应于在稳定器20的第一实施例中观察到的轮廓。稳定器20之间的区别源于以下事实：在该示例中的区域150包括在该区域的周界上均匀分布的突出部。

在该区域150沿井底的方向的下游，装置120包括区域151，该区域151带有可具有两种替换形式的横截面，分别在图13和14中示出。在图13和14中，区域150的每一个突出部通过与区域151中相同的节距继续，但横截面改变。实际上，在图13中，五个突出部的每一个前缘具有锐角，以部分地挖空正在形成的孔的壁。当突出部成锐角时，它们的前缘可包括由多晶金刚石(PCD)形成的插件。

在变化例中，在图14中，六个突出部中的仅三个突出部具有带有这种尖锐角度的前缘。具有在区域105中看到的类型的轮廓的突出部与具有尖锐轮廓的突出部交替。

特别地，如可在图11中看到的，在区域151中，沿轴线X连续地，前缘具有尖锐至更大或更小程度的轮廓。特别地，其可具有重复的模式，该模式使柔和轮廓和尖锐轮廓交替。

本发明的装置可还集成到钻头的称为钻头规的部分中。

在本发明的又一变化例中，如图15和16中所示的，描述了辊子扩孔器220，对于其前缘和后缘，其具有与图2至7中所示的实施例中描述的那些相同的轮廓。对照地，在该示例中，突出部使得叶片具有相对于纵向轴线X零倾斜角度的扭转。该实施例和上述那些之间的不同之处还得自以下事实：各顶点部33、33’和33”每一个设置有径向向外敞开的容置部250。该容置部250保持辊子251。特别地，辊子251设置有销，以改进井壁的校准。通常，这些销由碳化钨制造。

在整个描述中，表述“包括”应被解释为与“包括至少一个”同义，除非另外具体说明。

Claims (17)

1.一种用于钻杆的稳定器装置(20、120、220)，特别地用于能绕纵向轴线(X)旋转的底孔组件，所述装置包括管状中央本体(21)和在所述中央本体的轴向端部处用于连接至所述杆的元件的连接器件(22、23)，所述装置设置有螺旋突出部(24、25、26)，所述突出部位于所述本体的表面上，意图与被钻的孔的壁接触，从上游轴向端部沿下游轴向端部的方向看去，所述螺旋突出部绕所述中央本体的轴线沿顺时针方向(W)转动，其特征在于，

所述螺旋突出部的顶点部(33、33、33)包括沿旋转方向限定的前缘(35、35’和35”)和后缘(36、36’和36”)，所述前缘包括凸起部分，使得所述凸起部分的第一部分(38)在至少20°的角形弧部上具有大于3.5mm的曲率半径。

2.根据权利要求1所述的稳定器装置，其特征在于，所述凸起部分是复合部并且包括相邻于所述第一部分的至少一个第二凸起部分(39)，所述第二部分具有的曲率半径小于所述第一部分的曲率半径，所述第二部分沿旋转方向位于所述第一部分之前。

3.根据权利要求2所述的稳定器装置，其特征在于，所述凸起部分在小于180°的角形弧部上延伸并包括第三部分，使得所述第二部分布置在所述第一部分和第三部分(40)之间，使得所述第三部分具有的曲率半径大于所述第一部分的曲率半径。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的稳定器装置，其特征在于，所述凸起部分的部段切向地链接。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的稳定器装置，其特征在于，所述螺旋突出部的顶点部形成圆弧，所述圆弧切向地链接至所述前缘的凸起部分。

6.根据前一项权利要求所述的稳定器装置，其特征在于，所述圆弧具有作为在井底处被钻的孔的理论直径的函数而确定的直径(OD2)；特别地，所述直径通过将所述理论直径减去1/64英寸的最小值而确定。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的稳定器装置，其特征在于，所述后缘包括第二凸起部分(41、42)，使得所述螺旋突出部的顶点部形成切向地链接至该第二凸起部分的圆弧。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的稳定器装置，其特征在于，所述稳定器装置包括具有硬度基本大于所述螺旋突出部的硬度的材料，该材料覆盖顶点部以及所述前缘和所述后缘中的至少一个的一部分。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的稳定器装置，其特征在于，容置部(250)形成在所述螺旋突出部的顶点部处，以保持自由旋转的辊子(251)。

10.根据前述权利要求中的任一项所述的稳定器装置，其特征在于，所述螺旋突出部形成径向脚部，所述径向脚部具有垂直于平分线(B)测量的最小宽度(Lmin)，使得所述最小宽度小于比所述最小宽度更接近于顶点部的所述脚部的最大宽度(Lmax)。

11.根据前述权利要求中的任一项所述的稳定器装置，其特征在于，所述稳定器装置包括位于所述前缘和所述后缘之间的凹进区域(37、37’、37”)。

12.根据前一项权利要求所述的稳定器装置，其特征在于，每一个凹进区域包括切向地链接至所述前缘的第一凹进部分(44)，所述第一凹进部分具有的曲率半径小于切向地链接至所述相邻后缘的第二凹进部分(45)的曲率半径。

13.根据前一项权利要求所述的稳定器装置，其特征在于，所述螺旋突出部以小于由所述螺线覆盖的轴向距离的展开距离(d)间隔开。

14.根据前述权利要求中的任一项所述的稳定器装置，其特征在于，所述螺旋突出部绕所述本体转过小于一转，特别地是转过半转。

15.根据前述权利要求中的任一项所述的稳定器装置，其特征在于，所述下游轴向端部直接附连至钻头。

16.根据前述权利要求中的任一项所述的稳定器装置，其特征在于，所述螺旋突出部和所述管状本体是以整体方式制造的。

17.根据前述权利要求中的任一项所述的稳定器装置，其特征在于，所述中央本体具有孔洞，使得所述中央本体的壁的最小厚度呈现为比所述本体的外直径大25％。