具有流动控制阀的钻井系统技术方案

一种有助于钻井筒的技术具有导向系统，该导向系统具有多个伸缩板，该伸缩板可以选择性地在侧向方向上被致动以施加侧向力。侧向力的施加用于对钻头导向。放置阀系统以在压力下以使得钻头能够被导向的方式控制致动流体输送到各个伸缩板。通过控制致动流体在压力下流动到在特定角度位置处的特定的导向伸缩板，阀系统允许沿着希望的曲线钻井。通过阻止将伸缩板暴露到加压的致动流体，阀系统还允许沿着希望的轨迹钻井。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
油气流体(例如石油和天然气)通过穿透含油气地层的钻井而从地下地质地层(称为：储层)获得。受控的导向或定向钻井技术用在石油、水以及气体工业中以到达不是位于井口正下方的资源。当准备井筒或者一系列具有弯折或者其它类型的偏斜井筒段的井筒时，多种导向系统已经用于在钻井方向上提供控制。
技术实现思路
总体上，本公开提供了一种在多种应用中用于钻井筒或者其它类型的井眼的系统和方法。导向系统设计有多个伸缩板，其可以选择性地在侧向方向上被致动以相对于该导向系统施加侧向力。侧向力的施加用于对钻头导向。放置阀系统以在压力下以使得钻头能够被导向的方式控制致动流体输送到各个伸缩板。通过控制致动流体在压力下流动到在特定角度位置处的特定的导向伸缩板，阀系统允许沿着希望的曲线钻井。通过阻止将伸缩板暴露到加压的致动流体，阀系统还允许沿着希望的轨迹(例如，直线轨迹)钻井。但是，很多修改是可能的，而不会实质性背离本公开的教导。因此，这样的修改旨在被包括在下文的权利要求书所定义的本公开的范围内。附图说明特定的实施例将在下文参考附图进行描述，其中，相同的附图标记表示相同的元件。但是应该理解，附图说明了本文描述的各种实施例且不意味着限制本文描述的各种技术的范围，附图包括：图1是根据本公开的一个实施例的井场系统，其中，可以使用导向系统的实施例；图2是根据本公开的一个实施例的用于定向钻井的导向系统的一个实例的示意性图；图3是根据本公开的一个实施例的可以与导向系统一起使用的阀系统的一个实例的分解视图；图4是根据本公开的一个实施例的图3中说明的阀系统的组装形式的另一个图；图5是根据本公开的一个实施例的阀系统的图，该阀系统处于开式流动位置以使得导向系统能够沿着希望路径导向；图6是根据本公开的一个实施例的处于开式流动位置的阀系统的另一个图；图7是根据本公开的一个实施例的阀系统的图，该阀系统处于闭式流动位置以有助于该导向系统沿着预定的轨迹(如直线轨迹)导向；以及图8是根据本公开的一个实施例的处于闭式位置的阀系统的另一个图。具体实施方式在以下描述中，阐述了大量的细节以便理解本公开的一些实施例。但是，本领域的普通技术人员将理解，系统和/或方法可以不需要这些细节实施，并且来自描述的实施例的众多变化或修改是可能的。本文的公开总体涉及一种关于导向系统的系统和方法，所述导向系统可以用于使得能够定向钻井眼(例如，井筒)。系统和方法有助于在多种应用中钻井筒或者其它类型的井眼。定向钻井通过导向系统(例如，旋转导向系统)执行，该导向系统设计有多个伸缩板，所述多个伸缩板可以选择性地在侧向方向上被致动以相对于该导向系统施加侧向力。阀系统用于在压力下以使得能够导向钻头导向的方式控制致动流体(例如，钻井泥浆)输送到各个伸缩板。例如，通过控制致动流体在压力下流动到特定角度位置处的特定导向伸缩板，阀系统可以用于沿着希望的曲线引导钻井。通过控制、例如防止将伸缩板暴露于加压的致动流体，阀系统还可以用于沿着大致直的轨迹引导钻井。换句话说，当导向系统在中性钻井模式时，阀系统可以用于提供高压致动流体的自动关断，否则其将被施加到导向伸缩板。在一些钻井应用中，导向系统(例如，推靠式旋转导向系统)可通过将伸缩板致动到周围井筒的与目的偏转方向相反的一侧上来控制。通过使用阀系统来控制致动器、例如泥浆动力致动器，伸缩板保持与周围壁接触。举例来说，阀系统可以包括控制流体流动和施加到这些侧向定向的致动器的有关压力的旋转阀。当希望钻井方向偏转时，每一个致动器依次在与目的偏转方向相反的方向上对着周围井筒壁伸展。在沿着井筒的弯曲段导向期间，致动器伸缩板连续伸展且以平滑连续的运动缩回，使得伸缩板作用于周围井筒壁以将钻头沿着目的井路径引导。当沿着直线轨迹钻井时或者当减少轨迹的弯曲时，阀系统可以用于有效地提供关断功能，因此导向伸缩板可以缩回到径向靠内位置，而不是保持在(或者往复移动到)伸展的位置。结果，可以减少伸缩板和有关的构件的磨损。直线段的钻井以及具有希望折弯程度的某些弯曲段的钻井，可以通过调整导向系统的工作循环、全偏模式以及中性模式来控制。在一些应用中，阀系统被形成为具有多个相互作用的构件(例如，相互作用的盘件)的旋转阀。可以控制相互作用的构件以选择性地提供关断功能。例如，当阀的转子速度超过周围钻铤的旋转速度时，可以自动地激活关断功能。一旦流动到伸缩板的加压的致动流体(例如，加压的钻井泥浆)被关断，作用于致动器/伸缩板的压力被释放且伸缩板不再沿侧向向外方向对着例如周围井筒壁被推动。本文描述的导向系统在多种钻井应用中、在井和非井的环境和应用中都有用。例如，导向系统可以有助于钻穿过地质地层以及多种其它地质材料的井眼，以产生多种类型的通道。在井相关的应用中，导向钻井系统可以用于有助于用于形成多种偏斜井筒的定向钻井。包含导向钻井系统的井系统的实例在图1中说明。参考图1，说明了井场系统，其中，可以使用本文描述的导向系统的实例。井场可以在陆上或在海上。在此系统中，井眼11通过旋转钻井在地下地层中形成，且导向系统的实施例可以用在多种类型的定向钻井应用中。在说明的实例中，钻柱12悬挂在井眼11内且包括底部钻具组合(BHA)100，所述底部钻具组合在其下端包括钻头105。地面系统包括放置在井眼11之上的平台和井架组件10，组件10包括转盘16、方钻杆17、钩子18以及转环19。钻柱12通过转盘16旋转，该转盘16通过未示出的装置提供动力，该转盘16将方钻杆17接合在钻柱的上端处。钻柱12通过方钻杆17和转环19悬挂于钩子18，该钩子18附连到游动滑车(也未示出)，该转环19允许钻柱相对于钩子旋转。可选地，还可以使用顶部驱动系统。在这个实施例的实例中，地面系统进一步包括储存在形成于井场处的池27中的钻井流体或泥浆26。泵29通过转坏19中的端口将钻井流体26输送到钻柱12的内部，从而使钻井流体由方向箭头8所示地向下流动通过钻柱12。钻井流体通过钻头105中的端口离开钻柱12，然后如方向箭头9所示地向上循环通过钻柱的外部与井眼的壁之间的环形区域。在这种方式中，钻井流体润滑钻头105且当其返回到池27用于再循环时将地层钻屑向上携带到地面。说明的实施例的底部钻具组合100包括随钻测井(LWD)模块120和随钻测量(MWD)模块130。底部钻具组合100还可以包括导向系统150本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于钻井的系统，包括：具有多个伸缩板的旋转导向系统，所述伸缩板能够选择性地被致动以相对于所述旋转导向系统施加侧向力来对钻头进行导向；以及阀系统，其被定位成能够控制致动流体向所述多个伸缩板中的各个伸缩板的输送，所述阀系统包括定子、转子以及挡板，所述定子具有定子开口，以选择性地将流体引导到所述多个伸缩板中的每一个伸缩板，所述转子具有转子开口，所述转子开口能与选定的定子开口对准，以将致动流体输送到选定的定子开口，所述挡板具有挡板开口，所述挡板开口能选择性地与所述转子开口对准或者不对准，以允许或者阻止通过所述转子开口的流动。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.07.11 US 13/546,7701.一种用于钻井的系统，包括：
具有多个伸缩板的旋转导向系统，所述伸缩板能够选择性地被致动以
相对于所述旋转导向系统施加侧向力来对钻头进行导向；以及
阀系统，其被定位成能够控制致动流体向所述多个伸缩板中的各个伸
缩板的输送，所述阀系统包括定子、转子以及挡板，所述定子具有定子开
口，以选择性地将流体引导到所述多个伸缩板中的每一个伸缩板，所述转
子具有转子开口，所述转子开口能与选定的定子开口对准，以将致动流体
输送到选定的定子开口，所述挡板具有挡板开口，所述挡板开口能选择性
地与所述转子开口对准或者不对准，以允许或者阻止通过所述转子开口的
流动。
2.如权利要求1所述的系统，其中，所述定子、所述转子以及所述挡
板是盘状的。
3.如权利要求2所述的系统，其中，所述挡板定位在所述转子与所述
定子之间。
4.如权利要求1所述的系统，其中，所述转子包括桩，所述桩延伸到
所述挡板开口中，以在所述桩与所述挡板开口的侧部接合时使得所述挡板
与所述转子一起旋转。
5.如权利要求1所述的系统，进一步包括钻柱，所述旋转导向系统藕
接到所述钻柱中。
6.如权利要求5所述的系统，其中，所述多个伸缩板中的伸缩板从壳
体向外延伸用于与周围的井筒壁接合。
7.如权利要求6所述的系统，其中，所述多个伸缩板包括绕着壳体在

\t圆周方向上间隔开的至少三个伸缩板。
8.如权利要求1所述的系统，其中，所述挡板通过轴可旋转地藕接到
所述转子。
9.如权利要求1所述的系统，其中，所述多个伸缩板包括数量上与定
子开口的数量匹配的伸缩板。
10.一种用于钻井的方法，包括：
将钻头藕接到具有多个致动器的旋转导向系统；
将致动流体输送到所述旋转导向系统，以使得能够致动所述多个致动
器；
将阀系统定位在致动流体朝向所述多个致动器移动的流动路径中，所
述阀系统具有转子、挡板以及定子；
通过所述转子与所述定子的相对旋转控制在特定的旋转位置处...

【专利技术属性】
技术研发人员：N·新名，O·柏林瑟夫，
申请(专利权)人：普拉德研究及开发股份有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB