用于定向钻井的方法和系统以及联接短接技术方案

本发明专利技术提供了用于沿着预定轨迹在地层中定向钻出井眼的系统和方法。这种方法包括以下步骤：提供定向钻井系统，该定向钻井系统包括：可旋转的钻柱，所述钻柱包括第一钻柱段和第二钻柱段；钻头，所述钻头连接到钻柱的井下端部；和联接短接，所述联接短接包括连接到第一钻柱段的第一端部和连接到第二钻柱段的第二端部；铰接构件，所述铰接构件位于第一端部和第二端部之间，从而允许第二端部相对于第一端部枢转；和锁定装置，所述锁定装置能够在铰接模式和锁定模式之间操作，所述锁定模式用于锁定铰接构件，以防止第二端部相对于第一端部枢转；在锁定装置处于锁定模式中的情况下，操作定向钻井系统以钻出轨迹的大体直线段；以及在锁定装置处于铰接模式中的情况下，操作定向钻井系统以钻出轨迹的曲线段。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于定向钻井的方法和系统，以及涉及适于这种系统的联接短接。钻井系统可以是磨料射流钻井系统。可以应用这种方法和系统以钻出用于生产烃的井眼。
技术介绍
磨料射流钻井系统可以包括可旋转的钻柱和连接到钻柱的井下端部的钻头。所述钻头可以包括至少一个射流喷嘴，用于产生一股或者多股由钻井流体和磨料颗粒构成的混合物的射流。钻柱设置有流体通道，用于将钻井流体从地面处的井口端传送到钻头。例如在WO 2005/005767中讨论了这种钻井系统。WO-2005/005767的射流钻井系统可被引入到井眼中，以便使用从喷嘴排放的一股或多股磨料射流侵蚀井眼的底部。磨料颗粒可以在钻井系统中循环，并且可以混合在钻井流体中被引入在钻柱中。可替代地，可以使用井下再循环装置使磨料颗粒再循环。在此，较少的颗粒必须来回行进到地面，从而削减成本并且提高效率。磨料射流钻井系统既能够产生直线井眼又能够产生曲线井眼。然而，传统的导向技术通常不适于射流钻井系统。例如，对于磨料射流，磨料射流钻井要求较高的钻井流体压力。另外，磨料射流钻井可以排除对如在传统钻井系统中那样对钻头施加钻压(WOB)或者转矩的要求。不需要钻压允许钻柱或者钻井组件的柔性应用，从而使得能够钻出具有相对小半径的曲线段。然而，当钻井眼的直线段时，钻柱和钻井组件优选地相对刚性。刚性的钻井组件更加适于保持直线钻井方向，这是因为刚性的钻井组件具有很小或者没有偏离直线的运动自由度。相比而言，柔性的钻井组件则更适于沿着任何期望方向钻井，并且因此对于井眼的曲线段而言是优选的。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种改进的磨料射流钻井系统，其适于钻出直线段且适于定向钻井。因此，本专利技术提供了一种联接短接，所述联接短接用于在定向钻井系统中将第一钻柱段连接到第二钻柱段，所述联接短接包括：-第一端部，所述第一端部能够连接到第一钻柱段；-第二端部，所述第二端部能够连接到第二钻柱段；-铰接构件，所述铰接构件位于第一端部和第二端部之间，从而允许第二端部相对于第一端部枢转；和-锁定装置，所述锁定装置能够在铰接模式和锁定模式之间操作，所述锁定模式用于锁定铰接构件，以防止第二端部相对于第一端部枢转。联接短接适于被包括在一钻柱中，所述钻柱包括至少两个邻接的钻柱段。联接短接使得所述钻柱段彼此连接，并且允许钻柱段根据旋转轴线相对于彼此旋转，所述旋转轴线相对于钻柱的纵向方向横向定向。锁定装置具有：锁定模式，所述锁定模式用于将钻柱段锁定在对准位置中；和自由模式，所述自由模式用于允许钻头部分相对于彼此旋转。在此，铰接构件在铰接模式和锁定模式中均将转矩从第一钻柱段传递到第二钻柱段。在锁定模式中，钻柱段轴向对准。在铰接模式中，铰接构件允许第二钻柱段的轴线相对于第一钻柱段的轴线成一角度。联接短接例如用作万向接头，所述万向接头能够锁定在对准布置中。在一个实施例中，第一钻柱段和第二钻柱段之间的所述角度可以处于大约2-20度的范围内，例如大约5-10度的范围内。根据本专利技术的联接短接可以一体结合在钻柱中或者一体结合在钻井组件中，从而允许钻柱或者钻井组件在两种模式之间转换。当钻直线井眼段时，钻柱段被锁定成相对于彼此成对准关系。当钻井眼的曲线段时，不锁定钻柱段，从而允许铰接构件枢转。这增加了钻柱的灵活性，从而允许钻柱遵循曲线轨迹。在铰接模式中，钻柱能够沿着井壁的方向或者抵靠井壁弯曲。在此，钻头的轴线和井眼的轴线之间的角度将改变。所述角度与第一钻柱段和第二钻柱段之间的角度基本成比例地变化。结果，井眼的底部将被不均匀地侵蚀，从而产生了相对于井眼轴线的角度。钻井系统使得钻头能够遵循这个角度并且改变钻井方向。在实施例中，本专利技术的联短接包括在钻柱中。能够以不同方式获得钻柱的灵活性。根据第一可行方案，联接装置包括弹簧装置，诸如具有相反卷绕方向的同轴螺旋弹簧。根据另一个可行方案，联接装置包括万向接头。在所有这些实施例中，钻柱部分均具有贯穿通道部分，所述贯穿通道部分通过延伸贯穿联接装置的软管道导彼此连接。通过所述软管道，流体流连同包含在其中的磨料颗粒能够被可靠地传递通过钻柱的柔性部分。还能够以各种方式实施锁定装置。根据一个优选实施例，锁定装置包括锁定套筒，所述锁定套筒由钻柱部分中的一个钻柱部分承载，以使得所述锁定套筒能够根据所述钻柱部分的纵向方向平移，所述锁定套筒和其它钻柱部分包括面对的锁定表面，从而在锁定套筒的缩回位置中，所述锁定表面彼此相距一段距离，并且钻柱部分能够相对于彼此旋转，而在延伸位置中，所述面对的表面相互接合，以防止钻柱部分相互旋转。优选地实施匹配的锁定表面，以使得在钻柱部分之间获得牢固的连接。因此，优选地，匹配的表面成圆锥状。而且，承载锁定套筒的钻柱部分可以包括致动器，所述致动器用于使得所述锁定套筒移动。优选地，承载锁定套筒的钻柱部分的圆周和锁定套筒的圆周相对于彼此密封。这种密封防止钻屑等进入到钻柱中。而且，为此，承载锁定套筒的钻柱部分可以设置有：固定的阻挡环，所述阻挡环包围锁定套筒；密封件，所述密封件设置在所述阻挡环和另一钻柱部分之间。优选地，联接短接设置成包括钻柱段、铰链装置和锁定装置，所述联接短接连接到钻柱和钻头并且定位在钻柱和钻头之间。一个或多个联接短接能够被包括在钻柱中、在沿着钻柱的任何期望需位置中。在实践的实施例中，至少一个联接短接被包括在钻柱中、相对靠近钻头，即，至少一个联接短接被包括在钻柱的井下端处，或者可替代地，被包括在底部钻具组合(BHA)中。BHA是钻柱的井下部分，其包括(在竖井中自上而下)钻头、钻头短接、泥浆马达(仅仅在某些情况中)和稳定器。底部钻具组合为钻工提供了对井的定向控制。BHA可以包括定向钻井和测量设备、随钻测量工具、随钻测井工具和其它指定装置。在一个实施例中，能够从地面控制联接短接以在铰接模式和锁定模式之间变化。联接短接可以设置有：井下控制单元，其用于控制锁定装置；和发信号装置，其用于向控制单元提供信号，其中，控制装置适于响应由发信号装置提供的信号而使得锁定装置从铰链位置转移到锁定位置，或者反之亦然。为了选择定向模式或者直线模式，存在若干可行方案来用于触发锁定套筒的运动。例如，发信号装置可以包括：用于感测压力脉冲模式的压力传感器；用于感测钻柱旋转模式的旋转传感器；或者用于感测钻压模式的应变计。根据这些可行本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种联接短接，所述联接短接用于在定向钻井系统中将第一钻柱段联接到第二钻柱段，所述联接短接(9)包括：‑第一端部，所述第一端部能够连接到第一钻柱段(10)；‑第二端部，所述第二端部能够连接到第二钻柱段(11)；‑铰接构件，所述铰接构件位于所述第一端部和所述第二端部之间，以允许所述第二端部相对于所述第一端部枢转；和‑锁定装置，所述锁定装置能够在铰接模式和锁定模式之间操作，所述铰接模式允许所述第一端部相对于所述第二端部枢转，所述锁定模式用于锁定所述铰接构件，以防止所述第二端部相对于所述第一端部枢转。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.06.15 EP 12172224.31.一种联接短接，所述联接短接用于在定向钻井系统中将第一钻
柱段联接到第二钻柱段，所述联接短接(9)包括：
-第一端部，所述第一端部能够连接到第一钻柱段(10)；
-第二端部，所述第二端部能够连接到第二钻柱段(11)；
-铰接构件，所述铰接构件位于所述第一端部和所述第二端部之
间，以允许所述第二端部相对于所述第一端部枢转；和
-锁定装置，所述锁定装置能够在铰接模式和锁定模式之间操作，
所述铰接模式允许所述第一端部相对于所述第二端部枢转，所述锁定
模式用于锁定所述铰接构件，以防止所述第二端部相对于所述第一端
部枢转。
2.根据权利要求1所述的联接短接，其中，所述铰接构件包括弹
簧装置(15，16)。
3.根据权利要求2所述的联接短接，其中，所述弹簧装置包括一
对具有相反卷绕方向的同轴螺旋弹簧(15，16)。
4.根据权利要求1所述的联接短接，其中，所述铰接构件包括万
向接头(27)。
5.根据前述权利要求中的任意一项所述的联接短接，其中，所述
第一端部和所述第二端部均设置有流体通道(12，13)，所述流体通道
由软管道(14)连接，所述软管道延伸通过所述铰接构件(15，16，
27)。
6.根据前述权利要求中的任意一项所述的联接短接，其中，所述
锁定装置包括：
-锁定套筒(17)，所述锁定套筒相对于所述第一钻柱段沿着轴向
方向在所述锁定模式和所述铰接模式之间能够运动，并且所述锁定套
筒设置有至少一个套筒锁定表面(22)；
-设置在所述第二钻柱段(11)的端部部分上的至少一个锁定面
(23)，并且所述至少一个锁定面与所述套筒锁定表面(22)互补，
其中，在所述锁定套筒(17)的铰接模式中，所述套筒锁定表面
(22)定位成与所述锁定面(23)相距一段距离(L1)，从而使得所
述第一钻柱段(10)能够相对于所述第二钻柱段(11)枢转，并且，
在所述锁定套筒的锁定模式中，所述套筒锁定表面(22)接合所述锁
定面(23)，以防止所述第一钻柱段相对于所述第二钻柱段枢转。
7.根据权利要求6所述的联接短接，其中，所述套筒锁定表面(22)
和所述锁定面(23)是圆锥状的。
8.根据权利要求6所述的联接短接，其中，所述第一端部设置有
致动器(18)，所述致动器用于使得所述锁定套筒(17)在所述锁定模
式和所述铰接模式之间移动。
9.根据权利要求1所述的联接短接，包括密封件(24)，所述密
封件用于将所述锁定装置相对于所述第一钻柱段(10)和/或所述第二
钻柱段(11)密封。
10.根据权利要求6所述的联接短接，其中，所述第一钻柱段(10)
设置有固定...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·范尼乌库普，
申请(专利权)人：国际壳牌研究有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL