具有主动型稳定器的旋转导向钻井系统技术方案

一种钻井系统，其包括可旋转钻柱、固定型稳定器及主动型稳定器，其中钻柱用于连接用来钻井孔的钻头，固定型稳定器固定于所述钻柱上并具有用于接触所述井孔的壁面的外表面，主动型稳定器包括主体和连接该主体和所述钻柱的驱动器。该驱动器能够驱动所述钻柱偏离所述井孔的中心一定位移。所述主体具有用于接触所述井孔的壁面的外表面、面向所述钻柱的内表面、及从该内表面突伸出的至少一个导引部，每个所述导引部形成有至少一个凹槽。所述钻柱包括至少一个滑动部，每个滑动部可在所述凹槽中的一个内滑动，以限制在所述钻柱的轴向方向上的所述钻柱和主动型稳定器之间的相对运动，并引导在垂直于所述轴向的径向上的所述钻柱和主动型稳定器之间的相对运动。

Rotary steering drilling system with active stabilizer

A drilling system consisting of a rotatable drill string, a fixed stabilizer and an active stabilizer. A drill string is used to connect a drill for drilling holes. The fixed stabilizer is fixed on the drill string and has an outer surface for contact with the hole of the well. The active stabilizer includes the main body and the body and the main body. The driver of the drill string. The driver can drive the drill string to deviate from the center of the hole. The body has an outer surface of the wall for contact with the hole of the well, an inner surface facing the drill string, and at least one guiding part protruding out of the inner surface, each of which has at least one groove. The drill string includes at least one sliding part, each sliding part can slide in one of the grooves to limit the relative motion between the drill string and the active stabilizer in the axial direction of the drill string, and guide the relative between the drill string and the active stabilizer perpendicular to the radial direction. Exercise.

【技术实现步骤摘要】
具有主动型稳定器的旋转导向钻井系统专利
本专利技术一般地涉及一种导向钻井系统，更具体地涉及一种具有主动型稳定器的旋转导向钻井系统。
技术介绍
油井或气井通常具有需要导向钻探的地下部分。旋转导向钻井系统(Rotarysteerablesystem，简称为“RSS”)被设计来通过从表面连续旋转而导向钻取，可用来旋转并控制钻柱而沿预定方向和轨迹钻出井眼。因此，旋转导向钻井系统广泛地用于诸如常规导向井、水平井、分支井等。通常，存在两种类型的旋转导向钻井系统：“推靠式”(Push-the-Bit)系统和“指向式”(Point-the-Bit)系统，其中推靠式系统具有高的造斜率，但会形成不平滑的钻井轨迹和粗糙的井壁，而指向式系统可形成相对平滑的钻井轨迹和井壁，但具有相对较低的造斜率。推靠式系统使用向钻具施加横向力使钻头偏离井孔中心从而改变钻进方向的原理。现有的推靠式系统的钻井质量受井壁条件的影响很大。地层不均和钻孔期间的钻头振动可能导致粗糙的井壁和不平滑的钻井轨迹。因此，其难以实现很高的控制精度。粗糙的井壁可能导致在固井(钻孔下套管)、下钻和起钻作业时发生困难。如何在完全旋转钻具的同时沿着预期的轨迹钻出高质量的钻孔，始终是一个挑战。因此需要提供一种新型旋转导向钻井系统，以解决上述技术问题中的至少一个。
技术实现思路
一种钻井系统，其包括可旋转钻柱、至少一个固定型稳定器、以及主动型稳定器。其中，所述钻柱用于连接用来钻井孔的钻头，所述固定型稳定器固定于所述钻柱上并具有用于接触所述井孔的壁面的外表面，所述主动型稳定器包括主体和连接该主体和所述钻柱的复数个驱动器。该复数个驱动器能够驱动所述钻柱偏离所述井孔的中心一定的位移。所述主体具有用于接触所述井孔的壁面的外表面、面向所述钻柱的内表面、及从该内表面突伸出的至少一个导引部，每个所述导引部形成有至少一个凹槽。所述钻柱包括至少一个滑动部，每个滑动部可在所述至少一个凹槽中的一个凹槽内滑动，以限制在所述钻柱的轴向方向上的所述钻柱和所述主动型稳定器之间的相对运动，并引导大致垂直于所述钻柱的轴向的径向上的所述钻柱和所述主动型稳定器之间的相对运动。附图说明当参照附图阅读以下详细描述时，本专利技术的这些和其它特征、方面及优点将变得更好理解，其中：图1是一种包括钻柱、固定型稳定器和主动型稳定器的旋转导向钻井系统的侧面示意图。图2显示了图1所示的钻柱和主动型稳定器的第一位置状态。图3显示了图1所示的钻柱和主动型稳定器的第二位置状态。图4是根据本专利技术一个实施例的一种可用于类似于图1中所示的旋转导向钻井系统的主动型稳定器的横截面示意图。图5是局部纵向截面示意图，显示了图4所示的主动型稳定器如何连接到钻柱上。图6是根据本专利技术另一个实施例的一种可用于类似于图1中所示的旋转导向钻井系统的主动型稳定器的横截面示意图。具体实施方式一个或多个本公开的实施例将在下文中进行描述。除非另作定义，本权利要求书和说明书中所使用的技术术语或者科学术语应当为本专利技术所属
内具有一般技能的人士所理解的通常意义。“一个”和“一”等类似词语并不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“或”等词语表示包括性的，并且是指所列出的项目中的一个或全部。“具有”、“包括”或“含有”等类似的词语意指出现在“包括”或者“具有”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“具有”后面列举的元件或者物件及其等同元件，并不排除其他元件或者物件。“连接”、“联结”或类似词语并不局限于物理或机械连接，也可指直接或间接的电连接。本专利技术的实施例涉及一种用于导向钻孔或井的旋转导向钻井系统。所述旋转导向钻井系统涉及主动型稳定器和导滑机制。所述主动型稳定器包括主体和复数个驱动器，其中所述主体可接触所述井孔的内壁，所述复数个驱动器可被控制用来推动所述旋转导向钻井系统的钻头移动，使得该钻头在所述导滑机制的限制下作出相对于所述主动型稳定器的主体的运动。当所述主动型稳定器的主体接触孔壁时，在驱动器的作用下，该壁对所述主动型稳定器的主体施加一侧向力，以协助所述驱动器将钻头推离所述井孔的中心，从而在钻井过程中改变钻井方向。参照图1，一种旋转导向钻井系统100用于向地下导向钻孔200。该旋转导向钻井系统100包括钻柱110，该钻柱110可由旋转台121(或由顶部驱动代替)从地面驱动旋转，并且钻柱110在其末端处与钻头140连接。钻头140具有切割能力，并且一旦旋转，其可切割并进入到地层中。钻柱110通常是管状的。底部钻具组合(BottomHoleAssembly，BHA)130形成了钻柱110的井下近末端部分，其通常容纳用于控制旋转导向钻井系统所需的测量控制模块和/或其它装置。随着钻柱进一步深入地层中，可通过在钻柱110上连接更多钻柱段而增加钻柱110的长度。除了用于提供动力以旋转钻柱110的旋转台121之外，旋转导向钻井系统100还可包括用于支持钻柱110的塔架123、以及用于将泥浆从泥浆池202通过泥浆泵(未示出)输送到钻柱110的泥浆管125。泥浆可以用作润滑流体，其在压力下可从泥浆池202，通过泥浆管125、钻柱110和钻头140到钻孔200反复循环，以将在钻井过程中产生的钻屑(岩石碎块)带回到地面，过滤后的泥浆流到泥浆池202中，将被循环利用。为了在钻井时实现方向控制，旋转导向钻井系统100可包括主动型稳定器150，当钻孔是沿着直线方向进行时，该主动型稳定器150能够在钻孔过程中稳定住钻柱110以避免非预期的径向摆动，以将钻柱110保持在孔200的中心，当钻孔过程中需要改变钻进方向时，该主动型稳定器150能够驱动钻柱110偏离所钻的孔200的中心以改变钻进方向。如图2所示，当旋转导向钻井系统沿直线方向钻孔时，在主动型稳定器150的位置，钻柱110的中心轴线基本上与孔200的中心轴线205重合，且主动型稳定器150的外表面接触孔200的内表面以减少或防止非预期的径向振动。当在钻孔过程中需要改变钻进方向时，主动型稳定器150可以推动钻柱110，以使钻柱110的中心轴线在主动型稳定器150附近以期望的位移偏离所述井孔的中心，并在钻柱110旋转过程中保持该偏离的位移和偏离的方向。如图3所示，主动型稳定器150支撑在孔200的内表面向钻柱施加横向力F，因此主动型稳定器150推动钻柱110，以使钻柱110的中心轴线在主动型稳定器150附近以期望的位移D和方向偏离孔200的中心轴线205。在钻孔过程中，主动型稳定器150和钻孔200的内表面之间可能有持续接触，因此主动型稳定器可持续推动钻柱110以便在需要时改变钻孔方向。此外，所述钻孔过程受孔的粗糙度的影响较小，且主动型稳定器150还可在钻孔时作为普通稳定器，起到减少或防止非预期径向振动的作用。回到图1，旋转导向钻井系统100还可包括固定在钻柱110上的一个或多个固定型稳定器170。在一些实施例中，所述固定型稳定器170和钻柱110之间不发生相对运动。在一些实施例中，所述一个或多个固定型稳定器170在主动型稳定器150上方，即，比主动型稳定器150更远离位于钻柱110末端的钻头140。固定型稳定器170具有外表面，其用于接触孔200的内壁，并可以在钻孔过程中稳定钻柱110以避免径向振动，从而将钻柱110保持在孔200的中心。在一些实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钻井系统，其包括：可旋转钻柱，其用于连接用来钻井孔的钻头；至少一个固定型稳定器，其固定在所述钻柱上并具有用于接触所述井孔的壁面的外表面；及主动型稳定器，其包括：主体，其具有用于接触所述井孔的壁面的外表面、面向所述钻柱的内表面、及从所述内表面突伸出的至少一个导引部，每个导引部形成有至少一个凹槽；及连接所述主体和所述钻柱的复数个驱动器，所述复数个驱动器能够驱动所述钻柱偏离所述井孔的中心一定的位移；其中，所述钻柱包括至少一个滑动部，每个滑动部可在所述至少一个凹槽中的一个凹槽内滑动，以限制在所述钻柱的轴向方向上的所述钻柱和所述主动型稳定器之间的相对运动，并引导在大致垂直于所述钻柱的轴向的径向上的所述钻柱和所述主动型稳定器之间的相对运动。

【技术特征摘要】
1.一种钻井系统，其包括：可旋转钻柱，其用于连接用来钻井孔的钻头；至少一个固定型稳定器，其固定在所述钻柱上并具有用于接触所述井孔的壁面的外表面；及主动型稳定器，其包括：主体，其具有用于接触所述井孔的壁面的外表面、面向所述钻柱的内表面、及从所述内表面突伸出的至少一个导引部，每个导引部形成有至少一个凹槽；及连接所述主体和所述钻柱的复数个驱动器，所述复数个驱动器能够驱动所述钻柱偏离所述井孔的中心一定的位移；其中，所述钻柱包括至少一个滑动部，每个滑动部可在所述至少一个凹槽中的一个凹槽内滑动，以限制在所述钻柱的轴向方向上的所述钻柱和所述主动型稳定器之间的相对运动，并引导在大致垂直于所述钻柱的轴向的径向上的所述钻柱和所述主动型稳定器之间的相对运动。2.如权利要求1所述的系统，其中，每个所述驱动器包括缸体和活塞，其中所述缸体可旋转地连接到所述钻柱和所述主动型稳定器的主体中的一个，所述活塞旋转地连接到所述钻柱和所述主动型稳定器主体中的另一个，所述活塞可在所述缸体内移动。3.如权利要求1所述的系统，其中，每个所述驱动器中包括第一、第二和第三连接件，其中所述第一连接件通过第一接头可旋转地连接到所述主动型稳定器的主体，所述第二连接件和第三连接件分别通过第二接头和第三接头可旋转地连接到所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：任治国，付旭，斯图尔特·布莱克·布拉泽尔，王成宝，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国,US