用于降低定向钻井执行器上的循环扭矩的装置和系统制造方法及图纸

一种用于在定向转向组件中使用的执行器，包括超硬插入物，所述超硬插入物安置在工作面上。所述超硬插入物沿着所述工作面的周长的至少一部分安置。所述超硬插入物具有小于所述工作面的剩余部分的材料的摩擦系数。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于降低定向钻井执行器上的循环扭矩的装置和系统相关申请的交叉引用本申请要求2016年6月30日提交的美国临时申请第62/357,215号和2016年6月30日提交的美国临时申请第62/357,225号的优先权和权益，所述美国临时申请中的两者的整体以引用方式并入本文。
技术介绍
这个部分提供背景信息，以促进更好地理解本公开的各种方面。应当理解，本文献的这个部分中的表述将从这一角度阅读，而不是作为现有技术的承认。在地下钻井中，钻头用来将钻孔钻探到地下地层中。钻头附接到伸展回到表面的管道部分。所附接的管道部分称为钻柱。钻柱位于钻孔的底部附近的部分称为井底组件(BHA)。BHA通常包括钻头、传感器、电池、遥测装置，和位于钻头附近的其它设备。称为泥浆的钻井流体通过形成钻柱的管道从表面泵送到钻头。泥浆的主要功能用来冷却钻头并且携带钻屑离开钻孔的底部并向上通过钻管与钻孔之间的环形区。由于设置钻塔和设备的高成本，因此希望能够在无需移动钻塔或设置另一个钻塔的情况下勘探除直接位于钻塔下方的那些以外的地层。在近海钻井应用中，钻井平台的花费使定向钻井甚至更合意。定向钻井是指井眼相对于垂直路径的故意偏离钻机可通过使钻头沿所需要的钻井方向指向来钻探到地下目标。
技术实现思路
在推进钻头转向装置的一些实施方案中，转向主体可包括一系列执行器，所述一系列执行器径向地安装在主体周围，每个执行器横向于所述主体的轴线而装配。在每个执行器是工作面，所述工作面可包含一个表面，多于三个表面。所述工作面的第一表面可近似平行于所述主体的所述轴线。所述工作面的井下的第二表面可从所述第一表面径向向内倾斜。所述工作面的井上的第三表面可从所述第一表面径向向内倾斜。所述工作面可包括两种材料：包括标准磨损材料的第一材料和包括超硬插入物的第二表面。所述超硬插入物可具有与所述第一材料不同的摩擦系数。所述超硬插入物可主要位于所述工作面的前边缘和井下边缘上。在一些实施方案中，所述超硬插入物可包括所述工作面的周长的25％和面积的25％。在一些实施方案中，所述执行器可包括径向向内的轴杆和径向向外的主体。所述执行器的所述轴杆和所述主体可具有不同的横截面积。在轴杆具有相比于主体的较大横截面积的实施方案中，可将止挡放置在执行器的接收器上以防止执行器从转向主体喷出。另外，轴杆和主体可具有非圆形轮廓，包括椭圆形、正方形、六边形、任何数目条边的多边形、凹形多边形、任何非多边形包围形状，或任何其它包围的形状。当结合形状互补的接收器使用时，非圆形轴杆和主体可通过与接收器接触来防止旋转。接收器可包括碳化钨带材，所述碳化钨带材被定大小为具有执行器上的空隙，使得结合充分粘度的液压流体，产生密封表面。标准弹性体密封件并非充分耐用以便经得起活塞所暴露的恶劣的高度重复环境；碳化钨带材可经得起所述条件。在其他实施方案中，执行器可具有径向向外面上的支架。支架可容置辊子，所述辊子被配置来接触钻孔壁。在致动时，所述辊子可接触钻孔壁，并且辊子可沿着钻孔壁的表面滚动。附图说明为了描述可获得本公开的上述的和其他特征的方式，更具体的描述将通过参考在附图中例示的本专利技术的特定实施方案来给出。为了更好的理解，贯穿各种附图，相似元件由相似附图标号指定。虽然一些附图可以是概念的示意性或夸张表示，但至少一些附图是按比例绘制的。应理解附图描绘一些示例性实施方案，所述实施方案将通过使用附图来另外具体和详细地描述并解释，在附图中：图1是根据本公开的具有定向钻井执行器组件的定向钻井系统的实施方案的示意图；图2是根据本公开的描绘于全局坐标参考坐标系中的姿态和转向参数的直观图；图3是根据本公开的处于井下环境中的执行器组件的示意性表示；图4-1至4-3是根据本公开的定向钻井系统中的执行器组件的实施方案的横截面图，其示出两个、三个和四个执行器的组件；图5是根据本公开的多表面执行器的实施方案的横截面图；图6-1和6-2是根据本公开的使用导销和通道来定向致动的执行器的实施方案的示意图；图7是根据本公开的图5的执行器的实施方案的工作面的表示，其示出多个表面和材料；图8-1至8-2例示根据本公开的图7的工作面的进一步实施方案；图9-1至9-5例示根据本公开的具有各种横截面积的执行器的实施方案；图10-1和10-2例示根据本公开的具有不同轴杆和主体大小的实例的执行器的实施方案；图11-1和11-2例示根据本公开的结合液压流体来与执行器一起产生密封表面的接收器中的带材的实施方案；图12-1和12-2是根据本公开的图11-1和11-2的带材的实施方案的横截面图，其示出带材与执行器之间的空隙；并且图13-1和13-2例示根据本公开的具有支架中的辊子的执行器的实施方案。具体实施方式应理解，以下公开内容提供许多不同的实施方案或用于实现各种实施方案的不同特征的实例。以下描述部件和布置的具体实例以简化本公开。当然，这些仅是实例并且不意图是限制性的。另外，本公开可在各种实例中重复附图标号和/或字母。此重复是为了简单和清晰的目的，并且本身并不决定所论述的各种实施方案和/或配置之间的关系。如本文所使用，术语连接(connect)、连接(connection)、连接的(connected)、与……连接(inconnectionwith)，和连接(connecting)可用来意味与……直接连接或通过一个或多个元件与……连接。类似地，术语耦合(couple)、耦合(coupling)、耦合的(coupled)”、耦合在一起和与……耦合用来意味直接耦合在一起或通过一个或多个元件耦合在一起。术语如向上、向下、顶部和底部以及指示相对于给定点或元件的相对位置的其它类似术语可被利用来更清楚地描述一些元件。通常，这些术语涉及如表面的参考点，钻井操作是从所述表面开始。定向钻井过程通过使钻井工具沿着计划路径转向来产生几何钻孔。定向钻井系统通常利用转向组件来使钻头转向并且沿着所需要的路径(即，轨迹)产生钻孔。转向组件可通常被分类为例如推进钻头(push-the-bit)或摆动钻头(point-the-bit)装置。推进钻头装置通常将侧力施加在地层上以影响取向的变化。摆动钻头装置通常在井底组件的几何形状上具有固定弯曲。旋转可转向系统(“RSS”)提供在钻探时改变钻柱和钻孔的扩展方向的能力。根据一个或多个实施方案，控制系统可并入井下系统中以使钻孔的扩展取向稳定并且直接与井下传感器和/或执行器接口。例如，定向钻井装置(例如，RSS和非RSS装置)可并入井底组件中。定向钻井可在钻柱中直接安置在钻头后方。根据一个或多个实施方案，定向钻井装置可包括控制单元和偏置单元。控制单元可包括例如呈用来确定工具和扩展钻孔取向的加速度计和/或磁力计的形式的传感器，以及处理装置和存储器装置。加速度计和磁力计可通常称为随钻测量传感器。偏置单元可称为定向钻井工具的主要致动部分并且偏置单元可被分类为推进钻头或摆动钻头执行器。钻井工具可包括发电装置，例如用以将钻井流体的井下流动转换成电功率的涡轮机。推进钻头转向装置通过例如稳定器将侧力施加至地层。这通过在钻孔中弯曲来在钻头上提供侧向偏置。推进钻头转向装置可包括例如执行器衬垫。根据一些实施方案，控制单元中的马达使旋转阀旋转，所述旋转阀将钻井流体的流动的一部分定向到执行器腔室中。加压本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种执行器，其包括：工作面，其径向远离旋转轴线而取向，所述工作面具有带有井下边缘和前边缘的周长，所述工作面包括第一表面和第二表面，其中所述工作面具有超硬插入物，所述超硬插入物在所述工作面的至少一部分和所述周长的至少一部分上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.06.30 US 62/357,215;2016.06.30 US 62/357,2251.一种执行器，其包括：工作面，其径向远离旋转轴线而取向，所述工作面具有带有井下边缘和前边缘的周长，所述工作面包括第一表面和第二表面，其中所述工作面具有超硬插入物，所述超硬插入物在所述工作面的至少一部分和所述周长的至少一部分上。2.如权利要求1所述的执行器，其中所述超硬插入物覆盖所述工作面的所述周长的大于25％。3.如权利要求1所述的执行器，其中所述超硬插入物是多晶金刚石。4.如权利要求1所述的执行器，其中所述超硬插入物是通过与执行器主体的机械连接固定在所述工作面上。5.如权利要求1所述的执行器，其中所述超硬插入物至少部分地位于所述工作面的井下边缘上。6.如权利要求1所述的执行器，其中所述超硬插入物至少部分地位于所述工作面的前边缘上。7.如权利要求1所述的执行器，其中所述超硬插入物位于所述工作面的井下边缘和前边缘上。8.一种执行器，其包括：执行器主体；以及工作面，其中所述工作面径向远离旋转轴线而位于所述执行器主体上，所述工作面具有：井下边缘和前边缘，第一表面和第二表面，以及第一材料和第二材料。9.如权利要求8所述的执行器，其中所述第一表面具有在平行于所述旋转轴线的纵向方向上的轮廓并且相对于所述第二表面距离所述井下边缘更远，并且所述第二表面从所述第一表面径向向内并朝着所述井下边缘成锥形。10.如权利要求9所述的执行器，其中所述第一表面的面积在所述工作面的40％与50％之间。11.如权利要求9所述的执行器，其中所述第一表面的所述面积是所述工作面的大于50％。12.如权利要求9所述的执行器，其中所述第一表面在横向方向上曲弯。13.如权利要求8所述的执行器，其中所述第一材料具有第一摩擦系数并且所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：K豪格瓦尔德斯塔德，N坎农，
申请(专利权)人：斯伦贝谢技术有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL