钻柱元件及相关设备和方法技术

一种用于钻孔钻进的钻柱元件，所述钻柱元件包括：主体；及流量控制机构，其中所述钻柱元件限定第一孔口、另一孔口及一通道，所述通道构造用以在第一孔口和另一孔口之间提供流体流动路径，所述第一和另一孔口提供围绕钻柱元件的空间及通道之间的流体连通，并且流量控制机构构造用以在第一工作模式下抑制通过通道的流体流动，在第二工作模式下允许通过通道的流体流动。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术实现思路
本专利技术的实施例涉及一种可用于油井或气井钻探的钻柱元件如钻柱稳定器以及相关的底部钻具组件、钻柱、钻探设备、改装方法、计算机程序、以及非暂时性计算机可读介质。在石油或天然气井的井筒钻探中，位于钻杆(或“钻柱”)远端处的钻头旋转以穿过地面切削出井筒。通常，钻头的旋转可以部分地由位于钻头上的“泥浆马达”驱动，所述泥浆马达构成钻柱的一部分。泥浆马达接收钻井液(通常称为“泥浆”)，所述钻井液从表面通过钻杆输送。钻井液的运动由合适的机构转换为钻头的旋转运动，所述合适的机构如用于通过泥浆马达的流体的螺旋流动路径，通过泥浆马达的流体在连结到钻头的泥浆马达的一部分上施加旋转力。该钻井液通过钻柱向钻头传递，并离开钻柱向其远端(通常位于钻头处)传递。因此，钻井液被排到井筒。然后，流体沿井筒绕钻柱上行至表面(因为更多钻井液在表面泵压钻柱以驱动钻头进一步旋转)。本领域技术人员可以理解，钻井液也用于其它用途，包括润滑以及将切削材料从井筒远端向表面运输。可以理解，该泥浆马达为“井下马达”形式，该马达是钻柱的一部分，在使用期间位于井筒中。这种马达包括例如涡轮马达(其中流体通过一系列涡轮叶片驱动旋转运动)和正排量马达(其中转子和定子协同构型使得通过马达泵送的流体会导致转子相对于定子旋转)。在传统系统中，钻头从钻柱的近端旋转(即一般在地面或朝向地面)，这类系统能够包括或也能够不包括泥浆马达。相应地，该系统可包括一个或多个马达(可以是电驱动马达)，所述马达支承在地面上方或在地面上，并且机械地连结到钻柱。这种系统可以是顶部驱动系统，其中所述
或每个马达悬浮在钻柱上方并机械地连结到其上。或者，这种系统可以是基于回转台的系统，在该系统中，钻柱的旋转由回转台驱动，所述回转台通常相邻于井筒放置，基本上位于地面水平(但可能与地面隔开一个或多个系统其它组件)。在钻井作业期间，需要将钻柱保持在井筒中的期望位置，以便钻头在地面上作用以在所需方向上切削井筒。通常需要使钻柱位于井筒中央。一个或多个稳定器提供为钻柱的一部分以将钻柱与井筒的壁隔开，以将钻柱保持在井筒内的所需位置。所述一个或多个稳定器也可结合旋转导向工具使用，其中钻柱的一部分与井筒的壁隔开，但钻头本身可向井筒的壁导向。稳定器可采取许多不同的形式，但通常包括从钻柱向井筒壁径向延伸的部件，使得它们接触井筒壁以限制钻柱在井筒中的横向运动。钻柱必须允许轴向移动，这样钻井作业基本不会受稳定器阻碍，稳定器必须允许钻井液在钻柱与井筒壁之间流动至表面。井筒的不具有套管的部分(即通常沿井筒固定就位以在井筒壁将地面与井筒内部分开的管)称为“开孔”。在开孔中的井筒壁处的地面部分地由穿过井筒壁与钻柱之间(当其沿井筒上行时)的钻井液稳固。这种泥浆对井筒壁施加一力，以抵抗井筒壁的部分向井筒的开孔中坍塌。此外，钻井液中的流体可以在例如地面可渗透的地方穿入地面，留下从钻井液积聚的“泥浆”。这种泥浆或滤饼形成井筒壁上的薄层，其有助于井筒壁的稳固。尽管如此，井筒地面的部分可能部分地坍塌到井筒，并可能由钻井液携载并随着钻头挖掘的切削物从井筒的远端沿井筒向上行进。为了允许钻井液通过，稳定器通常包括细长构件，其沿钻柱的长度(以及径向)延伸。每个这样的部件与其邻近的部件隔开，以允许钻井液在部件之间通过。但是如果在稳定器附近有碎屑积聚，就会阻碍甚至阻止钻柱相对于井筒的轴向运动。这类积聚可能会因来自地面的材料塌陷到井筒和/或因钻头动作导致切削物而发生。这种情况可能会因对用于地面(井筒钻过
该地面)的钻井液的适当形式的不当选择而恶化。在一些井筒中，围绕一部分井筒的地面可能会膨胀(例如由于钻井液的吸收)。此外，地面中的这些和其它材料会因包围材料的重量而压入井筒，从而增加井筒中碎屑的数量。井筒壁的材料的碎裂也会由围绕井筒的地面中的超压地层、钻井液的不当选择、包围材料对钻井液的吸收等而导致。这通常称为“封严”，通常发生在稳定器区域(碎屑塞在钻柱与井筒壁之间并且难以由钻柱的稳定器移除)。钻柱的封严可能会导致钻柱卡住。这阻止了钻柱从井筒移除和/或井筒的持续钻进。在这种情况下，钻井液往往会被碎屑限制并阻止移动经过一个或多个稳定器。因此，钻柱的任何轴向运动(以及由此的形成钻柱一部分的稳定器)需要钻井液被压缩或扩充。这将产生液压锁紧效应，其进一步抑制钻柱在井筒中的轴向运动。在这样的事件中，钻柱的旋转也可因许多不同的因素而被抑制或基本阻止，所述因素包括由于钻井液停止输送(以防止过大的流体压力)而在钻头和/或稳定器处(或沿钻柱的其它位置)增大的摩擦，和/或封严处的钻柱与井筒壁之间的材料的压缩。卡住的钻柱可能难以(或也许不可能)移除。移除卡住的钻柱所需的时间也导致显著的额外费用。同样的问题也适用于其它钻孔和其它钻柱元件的使用。因此，需要提供一种机构和方法，通过这种机构和方法，卡住的钻柱能够更容易地从钻孔移除。因此，本专利技术旨在改善与现有技术相关联的一个或多个问题。本专利技术一方面提供了一种用于钻孔钻进的钻柱元件，所述钻柱元件包括：主体；及流量控制机构，其中，钻柱元件限定第一孔口、另一孔口和一通道，所述通道构造用以提供第一孔口与另一孔口之间的流体流动路径，第一孔口及另一孔口提供围绕钻柱元件的空间与通道之间的流体连通，并且流量控制机构构造用以在第一工作模式下抑制通过所述通道的流体流动，并在第二工作模式下允许通过所述通道的流体流动。所述通道可以是流体减压通道，使得通过所述流体减压通道的流体流配置用以提供用于绕过所述钻孔的壁与钻柱元件之间的空间的一部分的流体流的路径。所述流体减压通道能够提供从所述主体的第一部分到所述主体的第二部分的流体流动路径，第一部分和第二部分由稳定部件部隔开，一个或多个稳定部件从所述稳定部件部开始延伸。所述通道能够包括清洗液通道，使得通过另一孔口的流体流配置用以清洗所述钻柱元件的至少一部分。所述钻柱元件可以是钻柱稳定器，并且所述钻柱元件的至少一部分为所述钻柱元件的稳定部件部的一部分，其中所述稳定部件部包括一个或多个稳定部件。所述流量控制机构包括与所述第一孔口和/或另一孔口相关联的阀和盖中的至少一个。每个阀或盖构造用以抑制或者基本阻止所述流体流通过所述相关联的孔口进入所述通道。所述流量控制机构在所述第一和第二工作模式之间由所述第一孔口和/或另一孔口附近的超出阈值流体压力的流体压力促动。所述流量控制机构能够包括一个或多个爆破隔膜。所述流量控制机构为一次性可促动机构，使得所述机构能够从所述第一工作模式促动至所述第二工作模式，并且不能不经过更换返回至所述第一工作模式。所述流量控制机构为多次可促动机构，使得所述机构能够从所述第一工作模式促动至所述第二工作模式，并且能够不经过更换返回至所述第一工作模式。所述流量控制机构能够构造用以不需要将所述钻柱元件从钻孔移除而返回至第一工作模式。所述钻柱元件能够包括另外的流量控制机构并且限定另外的孔口和清洗液通道，其中所述另外的流量控制机构构造用以在第一工作模式下抑制通过所述清洗液通道的流体流动，并且在第二工作模式下允许通过
所述清洗液通道的流体流动，并且其中通过所述另外的孔口的流体流动构造用以清洗所述钻柱元件的至少一部分。所述另外的流量控制机构能够包括与所述另外的孔口相关联本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于钻孔钻进的钻柱元件，所述钻柱元件包括：主体；及流量控制机构；其中，所述钻柱元件限定第一孔口、另一孔口和通道，所述通道构造用以提供所述第一孔口与另一孔口之间的流体流动路径，所述第一孔口及另一孔口提供围绕所述钻柱元件的空间与所述通道之间的流体连通，并且所述流量控制机构构造用以在第一工作模式下抑制通过所述通道的流体流动，并在第二工作模式下允许通过所述通道的流体流动。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.11.27 GB 1320961.41.一种用于钻孔钻进的钻柱元件，所述钻柱元件包括：主体；及流量控制机构；其中，所述钻柱元件限定第一孔口、另一孔口和通道，所述通道构造用以提供所述第一孔口与另一孔口之间的流体流动路径，所述第一孔口及另一孔口提供围绕所述钻柱元件的空间与所述通道之间的流体连通，并且所述流量控制机构构造用以在第一工作模式下抑制通过所述通道的流体流动，并在第二工作模式下允许通过所述通道的流体流动。2.根据权利要求1所述的钻柱元件，其中所述通道为流体减压通道，使得通过所述流体减压通道的流体流配置用以提供用于绕过所述钻孔的壁与所述钻柱元件之间的空间的一部分的流体流的路径。3.根据权利要求2所述的钻柱元件，其中所述流体减压通道提供从所述主体的第一部分到所述主体的第二部分的流体流动路径，所述第一部分和所述第二部分由稳定部件部隔开，一个或多个稳定部件从所述稳定部件部处延伸。4.根据权利要求1所述的钻柱元件，其中所述通道包括清洗液通道，使得通过另一孔口的流体流配置用以清洗所述钻柱元件的至少一部分。5.根据权利要求4所述的钻柱元件，其中所述钻柱元件为钻柱稳定器，并且所述钻柱元件的至少一部分为所述钻柱元件的稳定部件部的一部分，其中所述稳定部件部包括一个或多个稳定部件。6.根据上述任一项权利要求所述的钻柱元件，其中所述流量控制机构包括与所述第一孔口和/或另一孔口相关联的阀和盖中的至少一个。7.根据权利要求6所述的钻柱元件，其中每个阀或盖构造用以抑制或者基本阻止所述流体流通过相关联的孔口进入所述通道。8.根据上述任一项权利要求所述的钻柱元件，其中所述流量控制机构在所述第一和第二工作模式之间由超出阈值流体压力的所述第一孔口和/或另一孔口附近的流体压力促动。9.根据上述任一项权利要求所述的钻柱元件，其中所述流量控制机构包括一个或多个爆破隔膜。10.根据上述任一项权利要求所述的钻柱元件，其中所述流量控制机构为一次性可促动机构，使得所述机构能够从所述第一工作模式促动至所述第二工作模式，并且不能不经过更换返回至所述第一工作模式。11.根据权利要求1至9中任一项所述的钻柱元件，其中所述流量控制机构为多次可促动机构，使得所述机构能够从所述第一工作模式促动至所述第二工作模式，并且能够不经过更换返回至所述第一工作模式。12.根据权利要求11所述的钻柱元件，其中所述流量控制机构构造用以返回至所述第一工作模式，而不需将所述钻柱元件从所述钻孔移除。13.根据上述任一项权利要求所述的钻柱元件，其中所述钻柱元件包括另外的流量控制机构并且限定另外的孔口和清洗液通道，其中所述另外的流量控制机构构造用以在第一工作模式下抑制通过所述清洗液通道的流体流动，并且在第二工作模式下允许通过所述清洗液通道的流体流动，并且其中通过所述另外的孔口的流体流配置用以清洗所述钻柱元件的至少一部分。14.根据权利要求13所述的钻柱元件，其中所述另外的流量控制机构包括与所述另外的孔口相关联的阀和盖中的至少一个。15.根据权利要求14所述的钻柱元件，其中所述另外的流量控制机构的每个阀或盖构造用以抑制或基本阻止所述流体流通过相关联的孔口进入所述清洗液通道。16.根据权利要求13至15中任一项所述的钻柱元件，其中所述另外的流量控制机构在所述第一工作模式和所述第二工作模式之间由超出阈值流体压力的所述另外的孔口附近的流体压力所促动。17.根据权利要求13至16中任一项所述的钻柱元件，其中所述另外的流量控制机构包括一个或多个爆破隔膜。18.根据权利要求13至17中任一项所述的钻柱元件，其中所述另外的流量控制机构为一次性可促动机构，使得所述机构能够从所述第一工作模式促动至所述第二工作模式，并且不能不经过更换返回至所述第一
\t工作模式。19.根据权利要求13至18中任一项所述的钻柱元件，其中所述另外的流量控制机构为多次可促动机构，使得所述机构能够从所述第一工作模式促动至所述第二工作模式，并且能够不经过更换返回至所述第一工作模式。20.根据权利要求19所述的钻柱元件，其中所述另外的流量控制机构...

【专利技术属性】
技术研发人员：大卫·希勒，
申请(专利权)人：大卫·希勒，
类型：发明
国别省市：英国;GB