用于制造井下工具部件的系统和方法技术方案

提供一种用于由多个层来制造钻柱(诸如，管状工具)的区段的方法。所述方法包括基于所述区段的选择长度来布置多个层。所述多个层中的每个包括被接纳在对齐特征上方的孔口，所述对齐特征将所述多个层的移动限制在两个或更少自由度。执行接合过程以将所述多个层接合，所述多个层可以包括至少一个更换层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于制造井下工具部件的系统和方法
本公开总体涉及钻井系统，确切地说，涉及用于油气勘探和生产操作的钻井系统。更具体地说，本公开描述用于使用渐进式构造技术和减材制造技术来制造井下工具部件的技术。
技术介绍
钻柱用于油气勘探和生产，以到达地下目的地或地层。在钻井作业期间通过接合管状节段来组装钻柱，所述管状节段包括钻管、过渡管和底部钻具组合(“BHA”)。钻管的单个节段在本领域中可以被称为接合部。预先组装的两个或更多接合部的组在本领域中可以被称为架。在钻井时，从地面将接合部或架添加到钻柱，直到达到所需的深度为止。BHA通常包括钻头、钻铤和钻具稳定器。钻铤可以包括井下工具。钻管和钻铤可以使用螺纹连接接合在一起。接头(Sub)可以用来连接具有不同螺纹的节段。钻铤的长度可以是大约6到10英尺(1.8m到3m)，并且可以包括诸如井下电动机、旋转式可操纵或定向钻井系统、随钻测量(“MWD”)设备、随钻测井(“LWD”)设备和遥测系统等工具。接合部通常长约30英尺(9.1m)，并且具有较小的直径和相对较长的长度，诸如，深度与钻孔直径之比大于10:1。例如，每个接合部可以包括范围在1.5到5英寸的直径和30英尺的长度。钻柱内的部件或模块可以包括形成用于布线或引导流体穿过钻柱的导管的复杂内孔特征。所形成的钻孔特征可以与轴向穿过钻柱的中心线平行、成一定角度和/或垂直。现有的制造技术采用复杂设备诸如“枪钻”，以便对轴向穿过各节段的狭长通道进行钻孔。现有的制造技术必须满足特定角度公差、轮廓公差或位置公差，以精确地形成穿过各节段的导管或通道。因此，归因于设计容错，可能需要丢弃并重新制造部分完成的节段部分。附图说明现在将参考附图仅仅通过实例的方式来描述本技术的实施方式，在附图中：图1A是示出用于利用根据本公开的原理配置的钻井系统来钻出钻井孔的钻机的实施例的局部截面图；图1B是示出根据本公开的包住由多个层构造的区段的钻管的透视截面图；图2是根据本公开的与图5中示出的区段对应的单层的一个实施例的透视图；图3是根据本公开的与用来形成区段的夹具对应的一个实施例的透视图；图4是根据本公开的与安装有区段的夹具对应的一个实施例的透视图，该区段由多个层构造而成；图5是根据本公开的由多个融合层构造的区段的一个实施例的透视图，该区段包括狭长的钻孔特征；图6是根据本公开的与图9中示出的区段对应的单层的另一实施例的透视图；图7是根据本公开的与用来形成区段的夹具对应的另一实施例的透视图；图8是根据本公开的与安装有区段的夹具对应的另一实施例的透视图，该区段由多个层构造而成；图9是根据本公开的由多个融合层构造的区段的一个实施例的透视图，该区段包括狭长的钻孔特征；图10是根据本公开的示例方法的流程图。具体实施方式应理解，为简单且清楚地说明，在适当的情况下，不同的图之中重复参考编号以指示对应或类似的元件。此外列出了许多具体细节，以便提供对本文中描述的实施例的全面理解。然而，本领域的一般技术人员将理解，可以在没有这些具体细节的情况下实践本文中描述的实施例。在其他情况下，没有详细地描述方法、过程和部件，以免模糊所描述的相关特征。另外，描述内容不应被视作限制本文中描述的实施例的范围。附图未必按比例绘制，并且某些部分的比例经过放大以更好地示出本公开的细节和特征。在下列描述中，本文中使用的诸如“上部”、“向上”、“下部”、“向下”、“上方”、“下方”、“井下”、“向上钻孔”、“纵向”、“侧向”等术语是指与周围钻井孔的底部或最大程度相关，即使钻井孔或其部分可能偏离或水平。相应地，横向、轴向、侧向、纵向、径向等取向是指相对于钻井孔或工具的取向的位置。此外，描述所示实施例，以便取向成使得与左手边相比，右手边是井下的。现在将介绍本公开中应用的若干定义。术语“耦合”被定义为连接，无论是直接连接还是通过中介部件间接地连接，并且不必限于物理连接。连接可以使得物体永久地连接或可释放地连接。术语“以通信方式耦合”被定义为连接，无论是直接连接还是通过中介部件间接地连接，并且连接不必限于物理连接，而是适应在所描述的部件之间传输数据、流体或其他物质的连接。术语“外部”指的是超出物体的最外面界限的区域。术语“内部”表明区域的至少一部分被部分地包含在由物体形成的边界内。术语“大体上”被定义成基本符合“大体上”修饰的特定尺寸、形状或其他事物，使得部件无需确切。例如，大体成圆柱形是指物体类似于圆柱，但可以与真正的圆柱有一个或多个偏差。术语“包括”、“包含”和“具有”在本公开中可互换地使用。术语“包括”、“包含”和“具有”是指包括，但未必限于所描述的事物。术语“径向”和/或“径向地”是指大体上在沿着物体的半径的方向上，或者在沿着物体的半径的方向上具有方向部件，即使物体不是准确的圆形或圆柱形。术语“轴向地”是指大体上沿着物体的轴的方向。如果没有指定，那么术语轴向地使得它指的是物体的较长轴。各种实施例中的任一实施例中描述的钻柱可以包括限定流体导管的各种设备，该流体导管向井下延伸以支持钻井作业。钻柱可以包括，例如，钻管、过渡管和BHA，所述BHA具有钻头、钻铤和钻具稳定器。钻柱可以包括由单个接合部、连续线圈管路或者向井下延伸以支持钻井或修井作业的任何其他导管形成的钻管。用于特定工作或地点的每个钻柱通常是唯一的，这是因为基于井或该地点特有的因素来选择它的工具，诸如，地质学(例如，地层的组成，包括岩石类型、密度、磨蚀等)、限制哪种设备合适的预算和其他考虑，以及本领域的一般技术人员熟悉的其他因素。钻管的单个节段在本领域中可以被称为接合部。本文中使用的“处理器”是可以基于输入来做决定的电子电路，并且可与术语“控制器”互换。处理器可以包括微处理器、微控制器和中央处理单元等等。尽管可以使用单个处理器，但可以经由多个处理器来实施本公开，包括设在工具中的本地控制器或沿着钻管设置的传感器。根据一个实例，在井建设期间使用开孔作业。开孔作业通常包括形成套管柱，诸如，表层套管和中间套管。如果确定井可行，那么完井可以包括形成用于套管井作业的生产套管。由于钻柱可以含有多种管状部件和针对特定工作或地点而定制选择的其他设备中的任一个，因此，术语“区段”在本公开中通常用来指代钻柱的任何部分。例如，区段可以指的是井下油田工具，包括井下电动机、旋转式可操纵或定向钻井系统的部件、随钻测量(“MWD”)设备的部件、随钻测井(“LWD”)设备的部件以及遥测系统的部件。特定区段可以具有较小的直径和相对较长的长度，诸如，深度与钻孔直径之比大于10:1。根据一个实例，区段或其部分可以包括大体成圆柱形的外部形状，并且可以包括复杂的内部特征和形状。内部特征可以取向成与轴向穿过区段的中心线平行、垂直或者成一定角度。本领域的一般技术人员将易于了解，区段的内部和外部特征可以设有任何形状。本公开描述设计和制造钻柱的区段以便降低制造成本和制造复杂性的新颖系统和方法。本公开描述用多个薄片或层来生产区段。根据一个实例，层可以在垂直于区段的轴向的方向上切片。在制造过程期间，多个层按预先选择的顺序布置，并且可以经历焊接过程，所述焊接过程将多个层融合在一起，以形成如下文更详细地描述的实心区段。制造过程可以在标准环境中执行，诸如，工厂、仓库等。换言之，制造过程不需要真空条件本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于组装由多个层构造的钻柱的区段的方法，所述方法包括：基于所述区段的选择长度来布置多个层，所述多个层中的每个中形成有孔口；将来自所述多个层中的每个的所述孔口接纳在对齐特征上方；将所述多个层的移动限制在两个或更少自由度；以及将所述多个层接合。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于组装由多个层构造的钻柱的区段的方法，所述方法包括：基于所述区段的选择长度来布置多个层，所述多个层中的每个中形成有孔口；将来自所述多个层中的每个的所述孔口接纳在对齐特征上方；将所述多个层的移动限制在两个或更少自由度；以及将所述多个层接合。2.根据权利要求1所述的方法，其中将所述多个层中的每个中形成的所述孔口接纳在所述对齐特征上方包括按照预先选择的顺序接纳所述多个层。3.根据权利要求1所述的方法，其还包括在识别至少一个层中的缺陷后，将所述至少一个层从所述对齐特征中移除。4.根据权利要求3所述的方法，其还包括用至少一个更换层来更换所述被移除的至少一个层，所述至少一个更换层中的每个包括被接纳在所述对齐特征上方的孔口。5.根据权利要求4所述的方法，其中在将所述至少一个更换层接纳在所述对齐特征上方之后，执行将所述多个层接合。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个层中的被选择层包括用来在井下工具中形成腔的腔孔口。7.根据权利要求6所述的方法，其中在所述区段的组装期间，所述腔孔口接纳部件。8.根据权利要求1所述的方法，其中使用电子束焊接、激光烧结和粘合剂粘接中的至少一个将所述多个层接合。9.一种用于组装由多个层构造的钻柱的区段的方法，所述方法包括：基于所述区段的选择长度来获取多个层，所述多个层中的每个中形成有孔口；将来自所述多个层中的每个的所述孔口接纳在对齐特征上方；将所述多个层的移动限制在两个或更少自由度；在识别至少一个层中的缺陷后，将所述至少一个层从所述对齐特征中移除；用至少一个更换层来更换所述被移除...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·J·N·黄，J·M·邱，D·H·P·霍，G·Y·常，
申请(专利权)人：哈里伯顿能源服务公司，
类型：发明
国别省市：美国,US