用于钻探定向井的自动调节定向钻探设备和方法技术

在一个非限制性实施方案中公开的一种用于钻探井筒的曲线段和直线段的设备包括钻探组件，所述钻探组件被构造成在其一端处包括可通过所述钻探组件中的驱动器并且通过所述钻探组件的旋转而旋转的钻头，并且其中所述钻探组件包括：偏转装置，所述偏转装置(i)当所述钻探组件基本上旋转固定以允许通过由所述驱动器而使所述钻头旋转来钻探所述井筒的曲线段时，使所述钻探组件的一段在所选择的平面内倾斜；以及(ii)当所述钻探组件旋转以允许钻探所述井筒的直线段时矫直所述钻探组件的所述段。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于钻探定向井的自动调节定向钻探设备和方法相关申请的交叉引用本申请要求于2015年3月24日提交的美国申请号14/667026的权益，所述申请以引用的方式整体并入本文。
技术介绍
1.公开领域本公开总体上涉及钻探定向井筒。2.技术背景使用钻柱在地下地层中钻探井筒或井(又称为钻孔)以用于烃(油气)的生产，所述钻柱包括附接到钻杆底部的钻探组件(通常称为“井底组件”或“BHA”)。附接到钻探组件的底部的钻头通过从地面旋转钻柱和/或通过驱动器(诸如钻探组件中的泥浆马达)来旋转。钻探井筒的曲线段和直线段(定向钻探)的常见方法使用固定弯曲AKO泥浆马达来向钻头提供所选择的弯曲以形成井的曲线段。为了钻探曲线段，停止从地面的钻柱旋转，AKO的弯曲被定向成所希望的造斜方向并且钻头通过泥浆马达来旋转。一旦曲线段完成，包括弯曲的钻探组件从地面旋转以钻探直线段。此类方法产生不均匀的钻孔。钻孔品质随着弯曲增加而下降，从而引起像钻孔盘旋的影响。其他归因于弯曲组件旋转的负面钻孔品质影响包括钻探超过规定尺寸的钻孔、钻孔崩落和重量转移。此类设备和方法与不具有AKO的钻探组件相比还在泥浆马达部件上诱导高应力和振动，并且由于随着钻探组件旋转而接触钻孔的弯曲在钻探组件与钻孔之间形成高摩擦。因此，通过减小AKO弯曲角度来减小最大造斜率(buildrate)以减小钻探组件中的泥浆马达和其他部件上的应力。此类方法导致额外钻探井筒的时间并且因此可驱使花费更高。因此，希望提供用于在钻探组件弯曲的情况下钻探曲线井筒段并且在钻探组件没有弯曲的情况下钻探直线段以减小钻探组件部件上的应力的钻探组件和方法。本公开提供用于钻探井筒的设备和方法，其中钻探组件包括偏转装置，所述偏转装置自动调节以提供用于钻探曲线段所希望的倾斜并且在钻探组件旋转用于钻探直线井筒段时自己矫直。专利技术概要一方面，在一个非限制性实施方案中公开的用于钻探井筒的曲线段和直线段的设备包括钻探组件，所述钻探组件被构造成在其一端处包括可通过钻探组件中的驱动器并且通过从地面位置旋转钻探组件而旋转的钻头，其中钻探组件包括偏转装置，所述偏转装置(i)当钻探组件基本上固定以允许通过由驱动器而使钻头旋转来钻探井筒的曲线段时，使钻探组件的一段相对于所选择的轴线或在所选择的平面内倾斜；以及(ii)当钻探组件旋转以允许钻探井筒的直线段时矫直下段。另一方面，在一个非限制性实施方案中公开的钻探井筒的方法包括：将钻探组件输送到井筒中，所述钻探组件包括：驱动器，所述驱动器用于使钻头旋转；偏转装置，所述偏转装置当钻探组件基本上固定时使钻探组件相对于所选择的轴线或在所选择的平面内倾斜并且当钻探组件旋转时矫直钻探组件；维持钻探组件基本上固定以使得钻探组件能够接纳倾斜；在钻头上施加重量；以及通过驱动器旋转钻头以钻探井筒的曲线段已相当广泛地概括钻探装置的更重要特征的实例，以便可更好地理解其随后的详述，并且以便可了解对本领域的贡献。存在下文将描述并且将构成权利要求的主题的另外特征。附图简述为了详细理解本文公开的设备和方法，应该参考其附图和详述，其中相同元件通常给定为相同数字，并且其中：图1示出根据本公开的一个非限制性实施方案的井筒曲线段中的钻探组件，所述钻探组件包括用于钻探井筒的曲线段和直线段的偏转装置或机构；图2示出当钻探组件的下段倾斜时图1的钻探组件的偏转装置；图3示出当钻探组件的下段笔直时图1的钻探组件的偏转装置；图4示出偏转装置的非限制性实施方案，所述偏转装置包括发起钻探组件诸如图1所示的钻探组件中的倾斜的施力装置；图5示出液压偏转装置的另一个非限制性实施方案，所述液压偏转装置发起钻探组件诸如图1所示的钻探组件中的倾斜；并且图6A和图6B示出减小或控制钻探组件的倾斜率的阻尼器诸如图2-5所示的阻尼器的某些细节。附图详述在多个方面，本公开提供包括偏转装置的钻探组件或BHA，所述偏转装置发起倾斜以使得能够钻探井筒的曲线段并且自己矫直以使得能够钻探井筒的直线(垂线和切线)段。这样一种钻探组件防止或减少钻孔盘旋，在钻探直线段期间减小钻探组件与井筒之间的摩擦，减小钻探组件的部件诸如井底驱动器(诸如泥浆马达)上的应力，而且允许简单定位钻探组件以用于定向钻探。这样一种钻探组件允许当钻探组件旋转时在钻探组件没有弯曲的情况下钻探直线段，并且允许当钻探组件固定(未旋转)同时钻头用井底驱动器来旋转时钻探曲线段。在多个方面，这样的钻探通过以下方式来实现：当钻柱并且因此钻探组件固定(未旋转)时使用自动调节铰接接头形成钻探组件中的倾斜，并且当钻探组件旋转时使用阻尼器来维持钻探组件笔直。在其他方面，当钻探组件未旋转时，可使用施力装置诸如弹簧或液压装置通过将力施加到铰链方向中来发起倾斜。图1示出井筒101的曲线段中的钻探组件100。在非限制性实施方案中，钻探组件100包括用于钻探井筒101的曲线段和直线段的偏转装置(本文又称为柔性装置或偏转机构)120。钻探组件100还包括井底驱动器或驱动器，诸如具有定子141和转子142的泥浆马达140。转子142被耦合到传动装置诸如柔性轴143，所述柔性轴143被耦合到设置在轴承组件145中的另一个轴146。轴146被耦合到钻头147。钻探组件100还包括钻头147，所述钻头147在钻探操作期间当泥浆马达140的转子142旋转时由于钻探液诸如泥浆的循环而旋转。钻探组件100被连接到钻杆148，所述钻杆148从地面旋转以使钻探组件100并且因此钻头147旋转。在图1所示的具体钻探组件构造中，钻头147可通过使钻杆148并且因此钻探组件100和/或泥浆马达140旋转来旋转。当流体通过钻探组件100循环时，转子142使钻头147旋转。钻探组件100还包括偏转装置120。虽然在图1中偏转装置120示出在泥浆马达140(驱动器)下方并且耦合到下段，诸如设置在轴承段145上方的外壳或管状物160，但是偏转装置120还可位于驱动器140上方。在本文公开的偏转装置120的各种实施方案中，外壳160沿着所选择的平面倾斜所选择的量以使钻头147沿着所选择的平面倾斜，从而允许钻探曲线钻孔段。如后面参考图2-6所述，当钻探组件120固定(未旋转)或基本上旋转固定时，发起倾斜。然后通过由泥浆马达140在不使钻探组件120旋转的情况下使钻头旋转来钻探曲线段。当钻探组件旋转时，下段160矫直，这允许钻探直线井筒段。因此，在多个方面，当钻杆148并且因此钻探组件基本上旋转固定并且通过驱动器140来旋转钻头147时，偏转装置120提供钻探组件100中的允许钻探曲线段的所选择的倾斜。然而，当钻探组件100诸如通过从地面旋转钻杆148来旋转时，倾斜矫直并且允许钻探直线钻孔段，如参考图2-6更详细地描述。在一个实施方案中，稳定器150被提供在柔性装置120下方(柔性装置120与钻头147之间)，其发起偏转装置120中的弯曲力矩并且还当钻探组件100未旋转时维持倾斜并在钻探曲线钻孔段期间在钻头上施加重量。在另一个实施方案中，除了发起偏转装置120中的弯曲力矩并且在钻探曲线钻孔段期间维持倾斜的稳定器150以外或在没有所述稳定器150的情况下，稳定器152可被提供在偏转装置120上方。在其他实施方案中，多于一个稳定器可被提供在偏转装置120上方和/或下方。可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于使用钻探组件钻探井筒的设备，所述钻探组件具有耦合到钻头的下段，其中当所述钻探组件旋转时，所述钻头通过所述钻探组件中的驱动器来旋转，其中所述钻探组件的特征在于：偏转装置，所述偏转装置当所述钻探组件基本上旋转固定时，使所述钻探组件的所述下段和所述钻头在所选择的平面内倾斜以钻探所述井筒的曲线段；并且其中当所述钻探组件旋转以钻探比所述曲线段更直的所述井筒段时减小所述倾斜。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.03.24 US 14/6670261.一种用于使用钻探组件钻探井筒的设备，所述钻探组件具有耦合到钻头的下段，其中当所述钻探组件旋转时，所述钻头通过所述钻探组件中的驱动器来旋转，其中所述钻探组件的特征在于：偏转装置，所述偏转装置当所述钻探组件基本上旋转固定时，使所述钻探组件的所述下段和所述钻头在所选择的平面内倾斜以钻探所述井筒的曲线段；并且其中当所述钻探组件旋转以钻探比所述曲线段更直的所述井筒段时减小所述倾斜。2.如权利要求1所述的设备，其中所述偏转装置的进一步特征在于将所述倾斜限制到所选择的角度的端部止动件。3.如权利要求1或2所述的设备，其中所述钻探组件的所述下段在所述所选择的平面内围绕枢轴连接件倾斜。4.如权利要求1至3中任一项所述的设备，其中所述偏转装置的进一步特征在于用于形成所述倾斜的施力装置。5.如权利要求4所述的设备，其中所述施力装置选自由以下组成的组：(i)在所述下段上施加力的弹簧；以及(ii)响应于压差在所述下段上施加力的液压装置。6.如权利要求1至4中任一项所述的设备，其中所述偏转装置具有偏离所述钻探组件的纵向轴线定位的枢轴轴线以当轴向负荷施加在所述偏转装置上时发起所述倾斜。7.如权利要求1至4中任一项所述的设备，其中所述偏转装置的进一步特征在于减小所述倾斜速率的阻尼器。8.如权利要求7所述的设备，其中当所述钻探组件基本上旋转固定时，所述阻尼器减小所述倾斜的变化。9.一种钻探井筒的方法，其特征在于：输送在其端部处具有钻头的钻探组件...

【专利技术属性】
技术研发人员：V·彼得斯，
申请(专利权)人：通用电气GE贝克休斯有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US