使用自调节偏转装置和偏转传感器钻探定向井的钻探设备制造方法及图纸

公开了一种用于钻探定向井筒的设备，在一个非限制性实施方案中，所述设备包括：驱动器，其用于旋转钻头；偏转装置，其使得所述钻探组件的下段能够当所述钻探组件基本上旋转静止时在所选择的平面内围绕所述偏转装置的构件倾斜以允许当所述钻头通过所述驱动器旋转时钻探所述井筒的曲线段，并且其中当所述钻探组件旋转时所述倾斜减小以允许钻探所述井筒的较直段；以及倾斜传感器，其提供与所述下段的倾斜有关的测量值。控制器确定与倾斜有关的感兴趣的参数，用于控制定向井筒的钻探。

Drilling equipment for directional well drilling using self-adjusting deflection device and deflection sensor

A device for drilling directional wellbore is disclosed. In a non-restrictive implementation, the device includes: a driver for rotating a bit; a deflection device that enables the lower segment of the drilling assembly to tilt around the component of the deflection device in the selected plane when the drilling assembly is basically rotating and stationary to allow the bit to pass through the said deflection device. The curve section of the wellbore is drilled when the driver rotates, and the inclination decreases when the drilling assembly rotates to allow drilling of the more straight section of the wellbore; and the inclination sensor, which provides measurement values related to the inclination of the lower section. The controller determines the parameters of interest related to inclination and is used to control directional wellbore drilling.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用自调节偏转装置和偏转传感器钻探定向井的钻探设备相关申请的交叉引用本申请要求2016年9月23日提交的美国申请号15/274851的权益，所述美国申请15/274851通过引用整体并入本文。
技术介绍
1.专利
本公开总体上涉及钻探定向井筒。2.专利技术背景使用钻柱在地下地层中钻探井筒或井(也称为钻孔)以用于生产烃(油气)，所述钻柱包括附接到钻杆底部的钻探组件(通常称为“井底钻具组件”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/或通过钻探组件中的驱动器(诸如泥浆马达)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(也称为可调造斜或“AKO”)泥浆马达来向钻头提供所选择的弯曲或倾斜以形成井的曲线段。为了钻探曲线段，停止从地面的钻柱旋转，AKO的弯曲部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，包括弯曲部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。钻孔品质随着倾斜或弯曲增加而降级，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径钻孔、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，并且由于弯曲部随着钻探组件旋转而接触井筒的内部在钻探组件与井筒之间形成高摩擦。因此，通过减小AKO弯曲部的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。此类方法导致钻探此类井筒需要额外的时间和费用。因此，希望提供用于在钻探组件中没有固定弯曲部的情况下钻探曲线井筒段和直线段以减小钻探组件部件上的应力并且使用各种井下传感器控制井筒钻探的钻探组件和方法。本文的公开内容提供了用于钻探井筒的设备和方法，其中钻探组件包括偏转装置，该偏转装置允许(或自调节)连接到钻头的钻探组件的下段当钻探组件基本上旋转静止时相对于钻探组件的上段倾斜或弯曲以钻探曲线井筒段，并且当钻探组件旋转时矫直钻探组件的下段以钻探直线或相对直线井筒段。各种传感器提供关于涉及钻探组件方向、偏转装置、钻探组件行为和/或钻探组件钻穿的地下地层的参数的信息，该信息可用于沿着期望方向钻探井筒并用于控制偏转装置、钻探组件和钻探操作的各种操作参数。
技术实现思路
在一个方面，公开了一种用于钻探定向井筒的设备，在一个非限制性实施方案中，该设备包括：驱动器，其用于旋转钻头；偏转装置，其使得钻探组件的下段能够当钻探组件基本上旋转静止时在所选择的平面内围绕偏转装置的构件倾斜以允许当钻头通过驱动器旋转时钻探井筒的曲线段，并且其中当钻探组件旋转时倾斜减小以允许钻探井筒的较直段；以及倾斜传感器，其提供与下段的倾斜有关的测量值。控制器确定与倾斜有关的感兴趣的参数，用于控制定向井筒的钻探。在另一方面，公开了一种用于钻探定向井筒的方法，在一个实施方案中，该方法包括：在井筒中输送钻探组件，该钻探组件包括：驱动器，其用于旋转钻头；偏转装置，其使得钻探组件的下段能够当钻探组件基本上旋转静止时在所选择的平面内围绕偏转装置的构件倾斜以允许当钻头通过驱动器旋转时钻探井筒的曲线段，并且其中当钻探组件旋转时倾斜减小以允许钻探井筒的较直段；以及倾斜传感器，其提供与下段的倾斜有关的测量值；通过使钻探组件从地面位置旋转来钻探井筒的直线段；使钻探组件变得至少基本上旋转静止；确定与下段的倾斜有关的感兴趣的参数；以及响应于所确定的与倾斜有关的参数，通过钻探组件中的驱动器钻探井筒的曲线段。已相当广泛地概括钻探装置的更重要特征的示例，以便可更好地理解其随后的具体实施方式，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。附图说明为了详细理解本文公开的设备和方法，应该参考附图和其具体实施方式，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的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相对于上段倾斜时图1的钻探组件的偏转装置的非限制性实施方案；图3示出当钻探组件的下段相对于上段笔直时图2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示出液压装置的非限制性实施方案，所述液压装置发起钻探组件(诸如图1所示的钻探组件)中的倾斜；图6A和图6B示出阻尼器(诸如图2至图5所示的阻尼器)的某些细节，所述阻尼器用于减小或控制钻探组件的倾斜速率；图7示出偏转装置的非限制性实施方案，所述偏转装置包括密封的液压段以及下段相对于上段的预定最小倾斜；图8示出具有最大倾斜的图7的偏转装置；图9是图7的偏转装置的90度旋转视图，示出了其中具有润滑剂的密封液压段，所述润滑剂为图7所示的偏转装置的密封件提供润滑；图10示出图9的偏转装置的90度旋转视图，还包括用于将图9所示的密封件相对于外部环境隔离的柔性密封件；图11示出图9的偏转装置，其包括锁定装置，该锁定装置防止偏转装置的销或铰链构件旋转；图12示出图11的偏转装置，其包括使偏转装置的销或铰链构件与下段的围绕销移动的构件或表面之间的摩擦减小的装置；图13示出图7的偏转装置，其包括提供与钻探组件的下段相对于上段的倾斜有关的测量值的传感器以及提供与在钻探期间由下段在上段上施加的力有关的测量值的传感器；图14示出图7的偏转装置，其示出了与定向钻探和钻探组件参数有关的传感器的放置有关的非限制性实施方案；图15示出图7的偏转装置，其包括用于生成由于在井筒的钻探期间钻探组件中的振动或运动而引起的电能的装置；以及图16示出具有在井筒中输送的钻柱的示例性钻探系统，所述钻探系统包括具有根据本公开的实施方案制造的偏转装置的钻探组件。具体实施方式在多个方面，本文的公开内容提供在用于定向钻探(钻探井筒的直线段和曲线段)的钻柱中使用的钻探组件或BHA，所述钻探组件或BHA包括偏转装置，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行矫直以使得能够钻探井筒的直线(垂线和切线)段。此钻探组件允许当钻探组件旋转时钻探直线段，并且允许当钻探组件静止同时钻头用井下驱动器来旋转时钻探曲线段。在多个方面，定向钻探通过以下方式来实现：当钻柱以及因此钻探组件静止时使用自调节“铰接接头”(本文中也称为“枢转连接件”、“铰链装置”或“铰接”装置)以允许钻探组件中的倾斜；以及任选地当钻探组件旋转时使用阻尼器以维持钻探组件笔直。在其他方面，可使用施力装置诸如弹簧或液压装置以通过将力施加到铰链方向中来发起或协助倾斜。在另一方面，将铰链装置或铰接装置相对于外部环境密封(即，钻探流体流过驱动器、井筒和/或井筒环空)。可以将在其端部具有钻头的钻探组件的下段相对于钻探组件的上段倾斜所围绕的铰链密封以从相对移动的构件中排除污染物、磨蚀性流体、腐蚀性流体。术语钻探组件的“上段”是指钻探组件的位于铰链装置的井上的部分，而术语钻探组件的“下段”用于钻探组件的位于铰链装置的井下的部分。在另一方面，偏转装置包括止动件，该止动件将下段保持在小倾斜(例如，约0.05度或更大)，以便在钻柱静止时促进下段开始相对于上段倾斜。在另一方面，当钻柱旋转时，止动件可允许下段相对于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于钻探井筒的钻探组件，包括：驱动器，其用于旋转钻头；偏转装置，其使得所述钻探组件的下段能够当所述钻探组件基本上旋转静止时在所选择的平面内围绕所述偏转装置的构件倾斜以允许在所述钻头通过所述驱动器旋转时钻探所述井筒的曲线段，并且其中当所述钻探组件旋转时所述倾斜减小以允许钻探所述井筒的较直段；以及倾斜传感器，其提供与所述下段的倾斜有关的测量值。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.09.23 US 15/2748511.一种用于钻探井筒的钻探组件，包括：驱动器，其用于旋转钻头；偏转装置，其使得所述钻探组件的下段能够当所述钻探组件基本上旋转静止时在所选择的平面内围绕所述偏转装置的构件倾斜以允许在所述钻头通过所述驱动器旋转时钻探所述井筒的曲线段，并且其中当所述钻探组件旋转时所述倾斜减小以允许钻探所述井筒的较直段；以及倾斜传感器，其提供与所述下段的倾斜有关的测量值。2.如权利要求1所述的钻探组件，其中所述倾斜传感器选自由以下组成的组：角位置传感器；旋转编码器传感器；霍尔效应传感器；以及磁标记物。3.如权利要求1所述的钻探组件，还包括定向传感器，所述定向传感器提供与所述钻探组件的方向有关的测量值。4.如权利要求1所述的钻探组件，还包括力传感器，所述力传感器提供与由所述下段在所述上段的元件上施加的力有关的测量值。5.如权利要求5所述的钻探组件，其中所述力传感器位于所述偏转装置的端部止动件处，所述端部止动件限定所述下段相对于所述上段的所述倾斜的极限。6.如权利要求1所述的钻探组件，还包括钻探参数传感器，所述钻探参数传感器提供与钻探参数有关的测量值。7.如权利要求6所述的钻探组件，其中所述钻探参数选自由以下组成的组：振动；旋转；钻压；弯矩；压力；以及扭矩。8.如权利要求1所述的钻探组件，还包括控制器，所述控制器处理来自至少一个传感器的测量值并且将与其有关的信息发送到地面控制器。9.如权利要求1所述的钻探组件，还包括：装置，所述装置收集由于所述钻探组件的一个或多个元件的运动而引起的电能；以及储电装置，所述储电装置存储至少一些所收集的电能以供所述钻探组件中的装置使用。10.如权利要求1所述的钻探组件，其中所述构件为枢转连接件，并且其中所述倾斜传感器提供与所述下段相对于参考的倾斜角有关的测量值。11.如权利要求10所述的钻探组件，其中所述参考是以下之一：所述构件上的位置；与所述钻探组件有关的预定轴线；以及端部止动件。12.如权利要求1所述的钻探组件，其中所述偏转装置包括端部止动件，并且其中所述倾斜传感器提供与以下之一有关的测量值：移动构件距所述端部止动件的距离；以及移动构件从参考位置朝向所...

【专利技术属性】
技术研发人员：V·彼得斯，A·彼得，C·富尔达，H·艾格斯，H·格里默尔，
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