双杆定向钻井系统技术方案

钻井系统包括被构造成转动钻柱的外杆的中空的外杆驱动轴。外杆驱动轴由偏移式液压驱动系统驱动。钻井系统还包括中空的内杆驱动轴，该中空的内杆驱动轴被构造成在第一端部处联接并转动钻柱的内杆。内杆驱动轴由直列式液压驱动系统驱动。内杆驱动轴还限定了轴向流体流动通道。钻井系统还包括流体入口通道，该流体入口通道与内杆驱动轴的轴向流体流动通道轴向对准。流体入口通道可操作地连接到内杆驱动轴的第二端部。流体入口通道被构造成引导流体进入内杆驱动轴的轴向流体流动通道中。外杆驱动轴和内杆驱动轴安装在固定的相对位置处。

【技术实现步骤摘要】
双杆定向钻井系统相关申请的交叉引用本申请要求于2017年5月1日提交的第62/492,818号；2017年7月10日提交的第62/530,610号；2017年7月10日提交的第62/530,616号；2017年7月10日提交的第62/530,642号；2017年10月2日提交的第62/566,971号；以及于2017年10月3日提交的第62/567,624号美国临时专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合于本文中。
技术介绍
已知用于具有内杆和外杆的定向钻井的双钻杆(“双杆”)钻井系统。典型的双杆钻井系统通常被构造成将首尾相连的一系列钻杆驱入地下以形成钻柱。在钻柱的端部是一个转动的钻井工具或钻头。双杆钻井系统通常包括控制钻头转动的第一驱动机构和控制转向元件的转动的第二驱动机构。当用双杆钻井系统钻出直线的井时，第一驱动机构和第二驱动机构同时操作，使得钻头和转向元件随着钻柱被推入地面中而转动。当需要方向改变时，因为转向元件与钻柱未轴向对准，所以控制转向元件的驱动机构停止，并且在控制钻头的驱动机构转动的同时将钻柱进一步推入地面中。这导致钻头偏离直线路径并且沿着由转向元件指示的方向。双杆钻井系统还使用在钻杆内部通过的钻井流体来冷却钻头并且还用于在钻井内输送钻屑。因此，为确保正常操作，减少钻井流体流动路径内的阻塞是非常重要的。然而，由于钻柱内的内钻杆和外钻杆之间的不可避免的相对纵向偏移，这可能是困难的。此外，每个钻杆组件的内钻杆和外钻杆可以具有由于制造公差引起的长度变化。由于长度变化，钻杆组件设计成使得互连的内钻杆的总长度不会长于相互连接的外钻杆的总长度。如果相互连接的内钻杆长于外钻杆，则而在外钻杆连接在一起的同时内杆会碰撞，从而导致内钻杆和外钻杆中的一个或两个损坏。因此，通过设计，互连的内钻杆的长度略小于互连的外钻杆的长度。然而，这种设计要求导致钻柱的某些部分(例如内钻杆)接触外钻杆并阻碍流体流动路径的情况。这导致能够向钻探头部发送较少的钻井流体和/或可能损坏钻柱的一部分。因此，需要保持开放式钻井流体流路的改进。为了用第一驱动机构驱动钻头，已经使用了挠性和/或弯曲的驱动轴，以允许转向并仍然有利于扭矩传输。其他设计已经使用了联接件(有时称为“传动装置”)，以允许直线的钻头轴和直线的驱动轴之间的不对准。但是，这种联接件或传动装置传统上包括多个部件，并且需要将润滑和隔离与钻井流体分开，因此使制造和维护复杂化。因此，需要对双杆钻井系统的钻探头部进行改进。为了驱动钻柱转动，传统上使用具有多个马达的齿轮箱。齿轮箱可以包括齿轮装置，该齿轮装置将动力从多个马达传输到双杆钻井系统的内钻杆和外钻杆。传统上，钻井流体在齿轮箱处引入到钻柱中；然而，将钻井流体与齿轮箱的内部件隔离可能是困难的。此外，如果发生故障并且将钻井流体引入齿轮箱的内部，由于齿轮箱部件的内部定位，操作人员很难在齿轮箱的部件损坏之前将其实现。因此，需要对双杆钻井系统的齿轮箱进行改进。
技术实现思路
本公开总体上涉及双杆水平定向钻井系统。在一个可能的构造中，并且通过非限制性示例，水平定向钻井系统包括具有球形六角形端部的钻探头部，该球形六边形端部具有扭矩传输特征和径向载荷支承特征。在另一种可能的构造中，并且通过非限制性示例，水平定向钻柱系统包括钻柱装置，该钻柱装置包括至少一个内杆和至少一个联接件，所述至少一个内杆和至少一个联接件一起被构造成在钻柱内提供未被阻碍的流体流动路径。在另一种可能的构造中，并且通过非限制性示例，水平定向钻井系统包括齿轮箱，该齿轮箱包括位于齿轮箱后部处的钻井流体入口和位于齿轮箱前部处的流体渗漏指示器。在本公开的一个方面中，公开了一种钻井系统。钻井系统包括被构造成转动钻柱的外杆的中空的外杆驱动轴。外杆驱动轴由偏移式液压驱动系统驱动。钻井系统还包括中空的内杆驱动轴，该中空的内杆驱动轴被构造成在第一端部处联接并转动钻柱的内杆。内杆驱动轴由直列式液压驱动系统驱动。内杆驱动轴还限定了轴向流体流动通道。钻井系统还包括流体入口通道，该流体入口通道与内杆驱动轴的轴向流体流动通道轴向对准。流体入口通道可操作地连接到内杆驱动轴的第二端部。流体入口通道被构造成引导流体进入内杆驱动轴的轴向流体流动通道中。外杆驱动轴和内杆驱动轴安装在固定的相对位置处。在本公开的另一方面中，公开了一种钻井系统。钻井系统包括被构造成转动钻柱的外杆的中空的外杆驱动轴。外杆驱动轴由偏移式液压驱动系统驱动。钻井系统还包括被构造成转动钻柱的内杆的中空的内杆驱动轴。内杆驱动轴由直列式液压驱动系统驱动。外杆驱动轴和内杆驱动轴安装在齿轮箱壳体内的固定的相对位置处。钻井系统还包括在齿轮箱壳体的第一端部处定位在内杆驱动轴和外杆驱动轴之间的油密封件。钻井系统还包括定位在内杆驱动轴和外杆驱动轴之间的钻井流体密封件。钻井系统还包括限定在内杆驱动轴，外杆驱动轴，油密封件和钻井流体密封件之间的渗漏腔。钻井系统还包括与渗漏腔连通的至少一个渗漏指示器。该至少一个渗漏指示器被构造为指示何时流体存在于渗漏腔中。在本公开的另一方面中，公开了一种用于钻井机械的辅助保护器。辅助保护器包括能够连接到外杆驱动轴的外杆构件和能够连接到内杆驱动轴的内杆构件。内杆构件定位在外杆构件内。辅助保护器包括内杆适配器，内杆适配器通过辅助保护器联接件连接到内杆构件。辅助保护器包括位于内杆构件和内杆适配器之间的弹簧。弹簧允许内杆适配器和内杆构件之间的相对运动，并且弹簧将内杆适配器偏压到第一位置。在本公开的另一方面中，公开了一种用于钻井机械的辅助保护器。辅助保护器包括能够连接到外杆驱动轴的外杆构件。辅助保护器包括位于外杆构件内的可折叠内组件，内组件能够在一个端部处连接至内杆驱动轴。内组件包括第一构件，该第一构件具有包括无花键的扭矩携载横截面的突起。内组件还包括第二构件，该第二构件具有包括无花键的扭矩携载横截面的凹部。第一构件的突起被构造成能够在连接处与第二构件的凹部滑动地配合。连接既能够伸缩又能够传输扭矩。在本公开的另一方面中，公开了一种钻杆组件。钻杆组件包括具有子组件的内杆。子组件包括可拆卸地安装到内杆的联接件。为了拆卸钻杆组件，能够从内杆上取下联接件。此外，联接件固定在内杆上，使其保持在外杆中。在本公开的另一方面中，公开了一种水平钻井的方法。该方法包括提供可移动地连接到钻井机架的齿轮箱。齿轮箱具有被构造成转动钻柱的外杆的中空的外杆驱动轴。齿轮箱还包括被构造成转动钻柱的内杆的中空的内杆驱动轴。该方法包括用分离机构夹持钻柱。该方法包括从与齿轮箱连通的控制器生成转动信号，其中转动信号指示齿轮箱转动外杆驱动轴。该方法包括当分离机构被夹持到钻柱时并且当转动信号由控制器生成时经由内杆驱动轴向内杆施加振荡扭矩，其中振荡扭矩小于约150ftlbs。将在随后的描述中阐述多个额外的方面。方面可以涉及单独的特征和特征的组合。应该理解，前述的大致描述和下述的详细描述仅是示例性和说明性的，并不限制本文中公开的实施例所基于的广泛的创造性概念。附图说明以下附图说明了本专利技术的特定实施例，并且因此不限制本专利技术的范围。附图不按比例并且旨在用于与以下详细描述的说明结合。将与附图结合在下文描述本专利技术的实施例，其中类似的数字表示类似的元件。图1示出了根据本公开的一个实施例的钻井机械和钻柱的示本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钻井系统，包括：中空的外杆驱动轴，所述中空的外杆驱动轴被构造成转动钻柱的外杆，所述外杆驱动轴由偏移式液压驱动系统驱动；中空的内杆驱动轴，所述中空的内杆驱动轴被构造成在第一端部处联接并转动所述钻柱的内杆，所述内杆驱动轴由直列式液压驱动系统驱动，所述内杆驱动轴进一步限定轴向流体流动通道；和流体入口通道，所述流体入口通道与所述内杆驱动轴的轴向流体流动通道轴向对准，所述流体入口通道可操作地连接到所述内杆驱动轴的第二端部，所述流体入口通道被构造成将流体引导到内杆驱动轴的所述轴向流体流动通道中，其中，外杆驱动轴和内杆驱动轴安装在固定的相对位置处。

【技术特征摘要】
2017.05.01 US 62/492,818;2017.07.10 US 62/530,610;1.一种钻井系统，包括：中空的外杆驱动轴，所述中空的外杆驱动轴被构造成转动钻柱的外杆，所述外杆驱动轴由偏移式液压驱动系统驱动；中空的内杆驱动轴，所述中空的内杆驱动轴被构造成在第一端部处联接并转动所述钻柱的内杆，所述内杆驱动轴由直列式液压驱动系统驱动，所述内杆驱动轴进一步限定轴向流体流动通道；和流体入口通道，所述流体入口通道与所述内杆驱动轴的轴向流体流动通道轴向对准，所述流体入口通道可操作地连接到所述内杆驱动轴的第二端部，所述流体入口通道被构造成将流体引导到内杆驱动轴的所述轴向流体流动通道中，其中，外杆驱动轴和内杆驱动轴安装在固定的相对位置处。2.根据权利要求1所述的钻井系统，还包括：包括内杆驱动器和外杆驱动器的辅助保护器组件，其中内杆驱动器和外杆驱动器分别连接到内杆驱动轴和外杆驱动轴，其中，辅助保护器组件导致内杆驱动器相对于外杆驱动器移动。3.根据权利要求1所述的钻井系统，还包括：能够连接到所述流体入口通道的流体枢轴。4.根据权利要求1所述的钻井系统，其中，所述流体入口通道布置在所述直列式液压系统的液压马达中。5.根据权利要求1所述的钻井系统，还包括：外钻杆驱动卡盘，所述外钻杆驱动卡盘可移除地联接到所述外杆驱动轴。6.根据权利要求5所述的钻井系统，还包括：定位在所述内杆驱动轴和所述外钻杆驱动卡盘之间的密封件。7.根据权利要求6所述的钻井系统，其中，所述密封件是陶瓷密封件。8.一种用于钻井机械的辅助保护器，所述辅助保护器包括：能够连接到外杆驱动轴的外杆构件；能够连接到内杆驱动轴的内杆构件，所述内杆构件位于外杆构件内；通过辅助保护器联接件连接到内杆构件的内杆适配器；和位于内杆构件和内杆适配器之间的弹簧，其中所述弹簧允许内杆适配器和内杆构件之间的相对运动，并且其中弹簧将内杆适配器偏压到第一位置。9.根据权利要求8所述的辅助保护器，其中，所述内杆构件包括径向定位的流体传输通道，所述径向定位的流体传输通道允许流体从由所述中空的内杆构件...

【专利技术属性】
技术研发人员：坦纳·沃斯，克林特·雷克，
申请(专利权)人：维米尔制造公司，
类型：发明
国别省市：美国,US