柔性铰刀外壳及钻井系统技术方案

一种柔性铰刀外壳包括管状中央部分，所述管状中央部分包括具有孔的工具区以便允许在所述工具区内的铰刀刀具臂通过所述孔径向向外移动，以及朝向所述中央部分的相对端部布置的管状第一辅助部分和管状第二辅助部分。所述第一辅助部分和所述第二辅助部分各自包括小于所述中央部分的第二刚度的第一刚度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
本公开涉及用于在形成地下井孔中使用的方法和设备，并且更具体地，涉及在此类井孔中弯曲或折曲的工具。定向和可转向的钻井工具可以用来钻探井孔，所述钻井工具通过将一个或多个(通常多个)半径施加到井孔路径中，使钻头路径从现有路径到地下地层中偏转某个角度。在一些情况下，这些半径对于所述工具管柱中或另一个工具管柱中的其他工具而言将是难以横越的。将工具管柱部署在非线性井孔中的钻井系统需要所述管柱的能够对井孔的非线性部分进行导航的区段。这样，可以要求这些工具管柱区段弯曲或另外符合井孔的半径或弯曲部分。在一些情况下，工具管柱区段被配置来弯曲以便对井孔的弯曲部分进行导航。为实现最大偏转，此类弯曲工具管柱区段通常被配置来横跨其整个长度弯曲，这通常可以将最大应力置于所述区段的最中央区处。附图说明图1示意性地描绘示例性定向钻井系统。图2示意性地描绘根据本公开的示例性柔性铰刀外壳。图3示意性地描绘根据本公开的另一个示例性柔性工具外壳。图4A和图4B示意性地描绘根据本公开的另一个示例性钻井工具外壳。图5示意性地描绘根据本公开的另一个示例性柔性工具外壳。具体实施方式根据本公开的实例针对管状工具外壳，其被配置来在负载下在井孔的非线性(即倒圆的)部分内弯曲以便横越倒圆部分。外壳被配置来通过使外壳构造沿纵向轴线变化来折曲，以使得外壳的不同部分具有不同的刚度。例如，外壳可以包括具有第一刚度的第一部分，所述第一刚度不同于外壳的第二部分的第二刚度。可变刚度外壳可以被配置来保持一些轴向区中的强度，同时允许外壳在对偏斜井孔的非线性部分进行导航时弯曲。工具外壳在特定轴向位置处的刚度可以是外壳在所述位置处的至少材料成分和截面几何形状的函数。例如，管状外壳的刚度可通过改变材料刚度和/或改变外壳在不同轴向位置处的直径和/或壁厚度而沿纵向轴线变化。外壳刚度也可以通过改变布置，例如通过改变用于构造外壳的不同材料(具有不同的材料刚度值)的径向布置而沿纵向轴线变化。工具外壳的“刚度”在一些实例中可以指外壳对沿外壳轴线纵向轴线的特定位置处施加的弯曲力矩的抵抗，形成对比的是例如指材料的固有特性的材料的“材料刚度”。如此，在一些实例中，柔性工具外壳包括不同的轴向布置部分，从而在沿外壳纵向轴线的不同位置处施加的弯曲力矩下展示不同的弯曲刚度值。用于实现外壳的可变弯曲刚度的方式在一些实例中包括改变材料并从而改变沿外壳纵向轴线的材料刚度。如以上所指出的，定向钻井系统被用来钻探从当前井孔路径偏斜到地下地层中的井孔。呈此类安装的工具或工具管柱区段有时被要求弯曲或折曲以便对井孔的弯曲、非线性部分进行导航。在定向钻井系统中的钻井接头的一个设计目标是实现目标偏转角度，其参数通常被称为折线(dogleg)能力。一些工具包括位于工具外壳长度的相对中央部分处的结构或机构，其需要近似此类中央部分的增加的硬度。此类工具的实例包括铰刀，所述铰刀包括可选择性地从径向折叠状态展开为径向扩展状态的一个或多个臂。在此类铰刀中，工具外壳可以包括一个或多个周向布置的孔，扩展和收缩臂和/或臂控制机构在被启动和停用时穿过所述孔。当铰刀臂是径向扩展的时，工具外壳的支撑结构可能需要被配置来在铰孔操作期间提供充分的硬度以便支撑扩展的臂，以及用于控制臂的致动机构。根据本公开的实例针对柔性钻井工具外壳，其由具有沿外壳纵向轴线变化的材料刚度值和/或截面几何形状的材料构造，以使得外壳对在操作期间遇到的负载的抵抗沿外壳纵向轴线变化。例如，柔性铰刀外壳可以包括管状中央部分、以及朝向中央部分的相对端部布置的管状第一辅助部分和管状第二辅助部分，所述第一辅助部分和所述第二辅助部分各自具有小于中央部分的第二刚度的第一刚度。以此方式，示例性铰刀外壳可以被配置来维持外壳中央部分的目标刚度，以便保护位于此外壳部分中的工具机构，同时维持用于对非线性井孔进行导航的充分折线能力。图1示意性地描绘定向钻井系统100，所述定向钻井系统100被配置来在各种可能的轨迹(包括从垂直偏斜的轨迹)处形成井孔。定向钻井系统100可以包括钻柱104附接到的地面钻机102、以及井孔108中的相关联的井底组件106(下称BHA)。本公开内容并不限于地面钻机。根据本公开的实例也可以在与离岸平台、半潜水、钻井船、以及对于形成延伸通过一个或多个井下结构的井孔令人满意的任何其他钻井系统相关联的钻井系统中采用。钻机102和相关联的表面控制和处理系统118可以被定位邻近井口110。钻机102也可以包括旋转台、旋转驱动电机、以及与钻柱104在钻孔108内的旋转相关联的其他设备。环带112将在钻柱104的外部与限定井孔108的地层表面之间形成。钻机102将包括一个或多个泵，其用于将钻井液114(和/或其他井服务流体)从储液器116泵送到钻柱104在井口110处的上端部。导管122可以用于将钻井泥从储存器116供应到钻柱104。在大部分操作中，环带112将用于使钻井液、地层切屑、和/或井下碎片从井孔108的底部返回到储液器116。在一些情况下，另一个导管(未示出)可以用于使钻井液、地层切屑、和/或井下碎片从井孔108的底部返回到储液器116。各种类型的管道、管件和/或其他导管可以用于形成导管122。钻柱104的井下端部包括BHA 106，其包括被设置与井孔端部相邻的旋转钻头120。旋转钻头120将包括在其中设置相应喷嘴的一个或多个流体流动通路。不同类型的钻井液可以从储存器116泵送到从井口110延伸的钻柱104的端部。钻井液将流动通过钻柱104的纵向孔(未明确示出)，并且从旋转钻头120中形成的喷嘴离开。在井孔108的端部处，钻井液可以与地层切屑和邻近钻头120的其他井下碎片混合。钻井液随后将通过环带112向上流动以便使地层切屑和其他井下碎片返回到井口110。导管也可以被采用以便使钻井液返回到储存器116。各种类型的筛板、过滤器和/或离心机(未明确示出)可以被设置，以便在使钻井液返回储存器116之前移除地层切屑和其他井下碎片。BHA 106可以包括与将来自井孔108的底部的记录数据和其他信息提供到表面设备118的随钻测量(MWD)系统或随钻测井(LWD)相关联的各种部件。记录数据和其他信息可以使用MWD/LWD技术(包括例如泥浆脉冲遥测术)从BHA 106通过钻柱104来传达，并且在井口110和/或表面设备118处被转换成电信号。电导管或导线可以将电信号传达到表面设备118。与钻井操作相关的记录和其他数据可以被提供到表面设备118用于存储、处理和/或输出。表面设备118可以包括多种硬件、软件和其组合，包括例如一个或多个可编程处理器，所述可编程处理器被配置来在存储器上执行指令、以及从存储器检索数据、并且将数据存储在存储器上，以便进行在本公开中归因于表面设备118的一个或多个功能。被采用来执行数据处理系统140的功能的处理器可以各自包括一个或多个处理器，诸如一个或多个微处理器、数字信号处理器(DSP)、应用专用集成电路(ASIC)、现场可编程序门阵列(FPGA)、可编程逻辑电路等，单独或以任何合适的组合。各种输入和输出装置(例如，显示器、键盘、鼠标等)可以被设置作为表面设备108的一部分。钻柱104包括多个区段，其包括示例性铰刀124。尽管参考用于铰本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种柔性铰刀外壳，其包括：管状中央部分，其包括具有孔的工具区以便允许在所述工具区内的铰刀刀具臂通过所述孔径向向外移动；以及管状第一辅助部分和管状第二辅助部分，其朝向所述中央部分的相对端部布置，所述第一辅助部分和所述第二辅助部分各自包括小于所述中央部分的第二刚度的第一刚度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种柔性铰刀外壳，其包括：管状中央部分，其包括具有孔的工具区以便允许在所述工具区内的铰刀刀具臂通过所述孔径向向外移动；以及管状第一辅助部分和管状第二辅助部分，其朝向所述中央部分的相对端部布置，所述第一辅助部分和所述第二辅助部分各自包括小于所述中央部分的第二刚度的第一刚度。2.如权利要求1所述的柔性铰刀外壳，其中所述中央部分以及所述第一辅助部分和所述第二辅助部分一起限定管状套筒，在施加的弯曲力矩下所述管状套筒沿所述第一辅助部分和所述第二辅助部分比沿所述中央部分具有更低的弯曲刚度。3.如权利要求1所述的铰刀外壳，其中所述中央部分以及所述第一辅助部分和所述第二辅助部分包括多种材料，所述多种材料至少包括具有第一材料刚度的第一材料和具有第二材料刚度的第二材料，所述第二材料刚度小于所述第一材料刚度。4.如权利要求3所述的铰刀外壳，其中所述第一辅助部分和所述第二辅助部分包括所述第二材料，并且所述中央部分包括所述第一材料。5.如权利要求4所述的铰刀外壳，其中所述中央部分包括第一外直径，并且所述第一辅助部分和所述第二辅助部分包括第二外直径，所述第二外直径小于所述第一外直径。6.如权利要求3所述的铰刀外壳，其中所述中央部分包括第一外直径，并且所述第一辅助部分和所述第二辅助部分包括第二外直径，所述第二外直径小于所述第一外直径。7.如权利要求6所述的铰刀外壳，其包括：多个同中心布置的材料层，各自包括所述多种材料中的一种。8.如权利要求7所述的铰刀外壳，其中所述多个同中心布置的层包括：第一材料层，其包括具有所述第一材料刚度的所述第一材料；以及第二材料层，其包括具有所述第二材料刚度的所述第二材料，所述第二材料刚度小于所述第一材料刚度。9.如权利要求8所述的铰刀外壳，其中所述第一材料层是从所述第二材料层径向向外布置的。10.如权利要求9所述的铰刀外壳，其中所述第一材料层横跨所述中央部分轴向延伸，并且所述第二材料层横跨所述中央部分以及所述第一辅助部分和所述第二辅助部分轴向延伸。11.如权利要求10所述的铰刀外壳，其中所述第一材料层横跨所述中央部分的整个圆周周向延伸。12.如权利要求7所述的铰刀外壳，其中所述第一材料层是从所述第二材料层径向向内布置的。13.如权利要求1所述的铰刀外壳，其中所述第一辅助部分和所述第二辅助部分是与所述中央部分一体的以便形成单个管状套筒。14.如权利要求1所述的铰刀外壳，其中所述第一辅助部分和所述第二辅助部分是与所述中央部分分开的并且连接到所述中央部分。15.如权利要求1所述的铰刀外壳，其中所述中央部分包括多个工具区，所述多个工具区包括多个相应的孔，所述多个工具区围绕所述外壳的外直径周向分布。16.一种系统，其包括：工具管柱，其被配置来设置在井孔中并且在地表处耦接到钻机，其中所述工具管柱包括至少一个柔性工具外壳，所述柔性工具外壳包括：管状中央部分，其包括具有孔的工具区以便允许在所述工具区内的铰刀刀具臂通过所述孔径向向外移动；以及管状第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：L·E·昆塔纳，A·C·范莱瑟贝斯，O·C·罗什，
申请(专利权)人：哈利伯顿能源服务公司，
类型：发明
国别省市：美国;US