井下导向钻井系统技术方案

本发明专利技术提供一种有助于钻探偏斜钻孔的技术。所述技术采用可以沿钻柱设置的钻井系统。所述钻井系统可以用于沿直线形钻孔轴线钻探钻孔的直线部段，并且还选择性地钻探所述钻孔的偏斜部段。所述钻井系统包括壳体；钻头杆，所述钻头杆可旋转地安装在所述壳体中；以及致动器，所述致动器可以被选择性地致动来使所述钻头杆相对于所述直线形钻孔轴线移位至另一个位置。所述致动器可在未偏置模式与偏置模式之间选择性地移位。在所述未偏置模式下，钻头杆轴线在所述直线钻孔部段的钻探过程中相对于所述直线形钻孔轴线处于第一位置。所述致动器可以选择性地移位至所述偏置模式，在所述偏置模式下，所述钻头杆轴线相对于所述直线形钻孔轴线偏离轴线以实现对所述钻孔的所述所需的偏斜部段的钻探。

Downhole guided drilling system

The present invention provides a technique for drilling a deviated borehole. The technique employs a drilling system that can be installed along the drill string. The drilling system may be used to drill a straight line portion of a borehole along a linear borehole axis, and optionally to drill the deflection portion of the borehole. The drilling system comprises a casing; drill rod, the drill rod is rotatably mounted in the housing; and an actuator, the actuator can be selectively actuated to the drill rod relative to the straight hole axis shift to another location. The actuator may selectively shift between an unbiased mode and an offset mode. In the under offset mode, the drill stem axis is positioned in a first position relative to the linear boring axis in the drilling process of the linear drilling portion. The actuator can be selectively shifted to the bias in the model, the bias mode, the drill rod axis with respect to the skew section of the linear axis deviating from the axis to drilling the drilling of the required drilling.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】井下导向钻井系统相关申请的交叉引用本文档是基于2014年8月28日提交的美国临时申请序列号：62/042883以及2015年8月27日提交的美国非临时申请序列号：14/838315，并且要求它们的优先权，所述申请以引用的方式整体并入本文。
技术介绍
已经使用受控定向钻井来提高对各种烃储层的接近能力。定向钻井实现了对偏斜钻孔的钻井。已经采用各种技术来为沿所需的偏斜轨迹钻探钻孔提供便利，所述技术包括使用旋转导向钻井系统和弯壳体马达的技术。弯壳体马达配置包括正排量式马达，诸如泥浆马达；以及弯接头或弯壳体，它们用于提供导向能力和方向控制。弯接头或弯壳体与钻柱的其余部分相比较使钻头定向在偏斜方向上。在钻柱旋转时，弯壳体与钻井系统的钻头一起旋转并且实现对大体直线形钻孔的钻井。为了提供偏斜轨迹，使钻柱保持旋转，直到弯壳体被定向在钻工希望钻孔沿着它延伸的方向上为止。之后使钻柱保持旋转地固定，并且通过例如经由钻柱泵运流体以使与钻头联接的泥浆马达旋转来使钻头旋转。这允许在钻井系统偏离直线形钻孔时通过钻头在由弯壳体确立的偏斜方向上继续钻探偏斜钻孔。
技术实现思路
一般而言，提供用于在钻孔的钻井期间导向的系统和方法论。所述系统和方法论采用可以沿钻柱设置的钻井系统。钻井系统可以用于沿直线形钻孔轴线钻探钻孔的直线部段，并且还选择性地钻探钻孔的偏斜部段。钻井系统包括壳体；钻头杆，所述钻头杆可旋转地安装在壳体中；以及致动器，所述致动器可以被选择性地致动来使钻头杆相对于直线形钻孔轴线移位至另一个位置。致动器可在未偏置模式与偏置模式之间选择性地移位。在未偏置模式下，钻头杆轴线在钻孔的直线部段的钻探过程中相对于直线形钻孔轴线处于第一位置，例如，与直线形钻孔轴线对准的位置。致动器可以选择性地移位至偏置模式，在所述偏置模式下，钻头杆轴线相对于直线形钻孔轴线偏离轴线以实现对钻孔的所需的偏斜部段的钻探。在一些应用中，允许钻柱在钻孔的直线部段的钻探过程中旋转，并且允许所述钻柱在钻孔的偏斜部段的钻探过程中保持旋转地固定。在这些类型应用中，钻井系统可以有效地用作选择性可控制的弯壳体。然而，在本质上不脱离本公开的教义的情况下，许多修改是可能的。因此，这类修改意在被包括在如由权利要求书所限定的本公开的范围内。附图说明在下文将参考附图来描述本公开的某些实施方案，其中相同参考号表示相同元件。然而，应理解，附图展示本文描述的各种实现方式并且并不打算限制本文描述的各种技术的范围，并且：图1是根据本公开的实施方案的钻井系统的实例的截面图；图2是根据本公开的实施方案的图1中所示的但处于不同操作位置的钻井系统的截面图；图3是根据本公开的实施方案的沿钻井系统的纵向轴线取得的钻井系统的实例的截面图；图4是根据本公开的实施方案的用于控制钻井系统的致动器的液压回路的实例的示意图；图5是根据本公开的实施方案的用于控制钻井系统的致动器的液压回路的另一个实例的示意图；图6是根据本公开的实施方案的用于控制钻井系统的致动器的液压回路的另一个实例的示意图；图7是根据本公开的实施方案的用于控制钻井系统的致动器的液压回路的另一个实例的示意图；图8是根据本公开的实施方案的用于控制钻井系统的致动器的液压回路的另一个实例的示意图；图9是根据本公开的实施方案的沿钻井系统的纵向轴线取得的钻井系统的另一个实例的截面图；图10是根据本公开的实施方案的图9中所示的但处于不同操作位置的钻井系统的截面图；图11是根据本公开的实施方案的具有单叶片致动器稳定器的钻井系统的实例的示意图；图12是根据本公开的实施方案的呈可调稳定器叶片形式的致动器处于缩回位置的钻井系统的示意图；图13是根据本公开的实施方案的具有可调叶片的稳定器处于延伸或偏置位置的钻井系统的示意图；图14是根据本公开的实施方案的稳定器具有多个可调叶片的钻井系统的示意图；图15是根据本公开的实施方案的致动器呈泥浆操作式稳定器叶片形式的钻井系统的截面图；图16是根据本公开的实施方案的凸轮轨道的实例的示意图，所述凸轮轨道可以用于在钻具组合的导向期间控制致动器；图17是根据本公开的实施方案的凸轮轨道的另一个实例的示意图，所述凸轮轨道可以用于在钻具组合的导向期间控制致动器；图18是根据本公开的实施方案的采用斜面机构的处于两个不同操作位置的钻井系统的另一个实例的示意图；并且图19是根据本公开的实施方案的沿位于钻孔内的钻柱部署的钻井系统的实例的示意图。具体实施方式在下文描述中，为了提供对本公开的一些实施方案的理解，阐述了众多细节。然而，本领域普通技术人员将理解，所述系统和/或方法论可以在不具有这些细节的情况下实践，并且对所描述的实施方案的众多改变或修改是可能的。本公开总体涉及一种有助于钻探偏斜钻孔的系统和方法论。根据本技术的实施方案，致动器可以选择性地操作来使钻头杆轴线不与主轴线，诸如钻孔的直线部段的轴线对准。在一些应用中，致动器可以与稳定器结合使用，而不是采用传统的弯接头或弯壳体泥浆马达系统。根据实施方案，轴承壳体与可旋转地安装在轴承壳体中的钻头杆组合。作为举例，轴承壳体可以是正排量式马达的一部分。结构例如稳定器可以安装在轴承壳体周围并且致动器与所述结构接合。致动器可以定位在轴承壳体与所述结构(例如，稳定器)之间以使轴承壳体以及因此钻头杆轴线相对于主轴线横向地移位。在一些实施方案中，钻柱和/或钻轴可以被致动器有效地弯曲以在钻头旋转，而钻柱保持固定时实现偏斜钻探。取决于应用，致动器可以与稳定器接合，并且可以是呈可移动稳定器叶片或与稳定器联接的其他横向可移动特征结构的形式。不论具体构造如何，致动器都被定向成使得钻头杆能够选择性偏离轴线(相对于主轴线，例如，直线形钻探钻孔轨迹轴线)以促进直线钻探与偏斜钻探之间的转变。取决于钻井应用，本文描述的技术可以与推靠式导向系统或指向式导向系统一起采用。在使用指向式导向系统的实施方案中，致动器可以被定位成对另一个钻井系统部件例如套筒起作用。然而，在推靠式导向系统中，致动器可以被定位成对周围井筒壁起作用。在各种应用中，本文描述的钻井系统实现了对导向致动器速度和钻头速度的解耦。在实施方案中，可致动稳定器安装在轴承壳体，例如正排量式马达的轴承壳体上。在正排量式马达处于滑动模式，即定向钻井模式时，轴承壳体被自动推到一侧。因此，这种类型实施方案中的系统具有推靠式导向系统的性质。然而，本钻井系统在正排量式马达在滑动模式下定向钻井时能够自动激活推力。当马达处于旋转模式时，不激活推力，以使得钻井系统可以在直线方向上钻井。本文描述的钻井系统的实施方案可以用于在单次行程中钻探竖直钻孔部段、高狗腿严重度(DLS)弯曲段和横向钻孔部段，而成本只比标准马达增加一点点。应注意到，指向式导向系统可以通过例如将固定稳定器放置在可致动稳定器与钻头之间来构造。在某些实施方案中，钻柱在钻孔的直线部段的钻探过程中可以继续旋转。在钻探直线钻孔部段时，致动器保持处于未致动或中性状态，例如，未偏置模式，因此并不产生横向推力。在此未偏置模式下，钻轴/钻头轴线相对于主轴线保持处于未偏置位置，所述主轴线可以是钻孔的直线部段的轴线。直线形钻孔轴线可以是与沿钻孔的直线部段同心地延伸的钻柱的部分相同的轴线。作为举例，钻头轴线的未偏置位置可以是与主轴线大体对准的位置。当打算钻探钻孔的偏斜部段本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在钻井期间进行导向的系统，所述系统包括：钻柱，所述钻柱具有钻井系统，所述钻井系统能够沿直线形钻孔轴线钻探钻孔的直线部段并且能够钻探所述钻孔的偏斜部段，所述钻井系统包括：轴承壳体；钻头杆，所述钻头杆可旋转地安装在所述轴承壳体中并且具有钻头杆轴线；以及致动器，所述致动器可选择性地在以下两者之间移位：未偏置模式，其中所述钻头杆轴线与所述直线形钻孔轴线充分对准以实现对所述钻孔的直线部段的钻探；以及偏置模式，其中所述钻头杆轴线在所述钻柱旋转地固定时相对于所述直线形钻孔轴线偏离轴线以实现偏斜钻探。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.08.28 US 62/042,883;2015.08.27 US 14/838,3151.一种用于在钻井期间进行导向的系统，所述系统包括：钻柱，所述钻柱具有钻井系统，所述钻井系统能够沿直线形钻孔轴线钻探钻孔的直线部段并且能够钻探所述钻孔的偏斜部段，所述钻井系统包括：轴承壳体；钻头杆，所述钻头杆可旋转地安装在所述轴承壳体中并且具有钻头杆轴线；以及致动器，所述致动器可选择性地在以下两者之间移位：未偏置模式，其中所述钻头杆轴线与所述直线形钻孔轴线充分对准以实现对所述钻孔的直线部段的钻探；以及偏置模式，其中所述钻头杆轴线在所述钻柱旋转地固定时相对于所述直线形钻孔轴线偏离轴线以实现偏斜钻探。2.如权利要求1所述的系统，其还包括稳定器，所述稳定器设置在所述轴承壳体周围，其中所述轴承壳体包括正排量式马达的壳体。3.如权利要求2所述的系统，其中所述致动器包括设置在所述稳定器与所述轴承壳体之间的活塞。4.如权利要求3所述的系统，其还包括弹簧，所述弹簧安置在所述稳定器与所述轴承壳体之间以提供偏压来防止所述钻头杆偏离轴线，其中使所述钻头杆移位改变了相对于所述轴承壳体所成的工具面角。5.如权利要求1所述的系统，其中所述致动器包括可延伸稳定器叶片。6.如权利要求1所述的系统，其中所述致动器包括多个致动器。7.如权利要求1所述的系统，其还包括钻头，所述钻头联接至所述钻头杆。8.如权利要求1所述的系统，其中所述致动器包括液压移位型致动器。9.如权利要求1所述的系统，其还包括控制系统，所述控制系统具有经由液压通道而与所述致动器流体连通的液压泵。10.如权利要求9所述的系统，其中所述液压泵与所述致动器之间的流量自动经由传感器、阀和在所述钻孔中位于井下的控制电子器件来控制。11.一种用于导向的方法，所述方法包括：在井下部署具有钻井系统的钻柱；向所述钻井系统提供钻头，所述钻头联接至可旋转地安装在壳体中的钻头...

【专利技术属性】
技术研发人员：EG帕金，S霍夫，M德尔加多，杉浦淳一，
申请(专利权)人：施蓝姆伯格技术公司，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL