井下转向系统和方法技术方案

一种井下转向系统，包括基本为管状的壳体；位于基本为管状的壳体内的轴；第一轴承和第二轴承，所述第一轴承和第二轴承构造成支撑所述轴相对于所述壳体的旋转。第一轴承、第二轴承、轴和壳体在其之间至少部分地限定一室。该系统还包括至少一个结构，该至少一个结构在轴向上位于第一轴承和第二轴承之间，并且被构造成响应于传递至室的压力而从壳体的外部延伸。

Downhole steering system and method

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】井下转向系统和方法相关申请的交叉引用本申请要求序列号为62/525,121；62/525,140；62/525,143；和62/525,148的美国临时专利申请的优先权，其中的每个都于2017年6月26日提交。这些优先权临时申请中的每个的全部内容通过引用合并于此。
技术介绍
从陆地上勘探和开采石油、天然气或地热能沉积物通常涉及在地下钻出孔。为此，通常将钻头固定到从井架悬挂的钻柱的端部。钻头可旋转以接合并破碎其中形成井眼的陆地并允许钻头前进。当钻头前进穿过陆地时，通常可能需要将钻头引向沉积物或使其远离障碍物。为此，钻头的旋转轴线通常必须偏离其相应钻孔的中心线，使得钻头比另一侧更多地接合钻孔的一侧。此外，钻头的旋转轴线自身偏离钻孔的中心线并导致钻孔偏离其预期路径的情况并不少见。因此，将钻头朝向其相应的钻孔的中心线转向回可能是有利的。因此，已经开发了各种井下转向系统，以为了主动地使钻头轴线从井眼中心线移动或使其返回到井眼中心线的目的。这样的井下转向系统已经利用了各种不同的技术。一种常见的技术是推开井眼的内壁，钻头沿与钻头打算去往的方向相反的方向行进穿过该井眼的内壁。例如，一结构可以从钻柱的侧面径向地延伸，推向井眼的内壁并且沿相反的径向方向推动钻头。当钻头被径向推动时，它可能趋于使井眼不均匀地破碎，从而使井眼向期望的方向转向。已经发现，可延伸结构越靠近钻头放置，其延伸会对钻头的影响就越大。因此，已经进行了几次尝试以使可延伸结构尽可能地靠近它们各自的钻头。但是，这样的放置通常留给其他设备例如控制系统等的空间很小。在许多情况下，控制系统或其他设备的位置远离可延伸结构，会使电线和/或流体通道复杂化。
技术实现思路
本公开的实施例可以提供一种井下转向系统，该井下转向系统包括基本为管状的壳体；定位在基本为管状的壳体内的轴；第一轴承和第二轴承，所述第一轴承和第二轴承构造成支撑所述轴相对于所述壳体的旋转。第一轴承、第二轴承、轴和壳体在其之间至少部分地限定室。该系统还包括至少一个结构，该至少一个结构在轴向上位于第一轴承和第二轴承之间，并且被构造成响应于传递至室的压力而从壳体的外部延伸。本公开的实施例还可以提供一种钻井系统，该钻井系统包括钻头；联接至钻头的轴，其中轴的旋转使钻头旋转；以及围绕轴的至少一部分定位的基本管状的壳体。轴和钻头相对于壳体是可旋转的。该系统还包括第一轴承和第二轴承，第一轴承和第二轴承构造成支撑轴相对于壳体的旋转。第一轴承、第二轴承、轴和壳体在其之间至少部分地限定室。该系统还包括一个或多个径向可延伸的柱塞，该柱塞轴向地定位在第一轴承和第二轴承之间并与室压力传递，该一个或多个柱塞被构造成响应于传递至室的压力而从壳体的外部向外延伸，以及构造成控制室和可径向延伸的柱塞之间的压力传递的阀。本公开的实施例还可以提供一种用于转向钻头的方法，包括将钻头和井下转向系统部署到井眼中。该系统包括大体上管状的壳体；位于大体上管状的壳体内的轴；第一轴承和第二轴承，第一轴承和第二轴承构造成支撑轴相对于壳体的旋转。第一轴承、第二轴承、轴和壳体在其之间至少部分地限定室。该系统还包括至少一个结构，该至少一个结构在轴向上位于第一轴承和第二轴承之间，并且被构造成响应于传递至室的压力而从壳体的外部延伸。该方法还包括使钻井流体流入井下转向系统中，使得使轴相对于管状壳体旋转，其中，轴的旋转使钻头旋转；以及致动阀，以便允许室与至少一个结构之间的压力传递，使得至少一个可延伸结构径向向外延伸并接合井眼。本公开的实施例可以提供一种用于转向井下系统的方法，该方法包括将钻柱放置在井中，该钻柱包括钻头和马达，该马达包括连接到钻头的轴和轴位于其中的定子壳体。至少一个结构从定子壳体是径向可延伸的。该方法还包括使钻井流体从井眼的入口沿钻柱并在轴与定子壳体之间通过。使钻井流体在轴和定子壳体之间通过会导致轴使钻头相对于定子壳体旋转。该方法还包括保持定子壳体旋转地固定，并且经由径向延伸穿过定子的端口选择性地将钻井流体的压力传递到该结构，以便使该结构抵靠井眼的壁径向向外延伸，并改变钻头的轨迹。本公开的实施例可以提供一种井下转向系统，该井下转向系统包括基本管状的壳体，其包括纵向轴线和外部；轴，该轴联接至钻头，延伸穿过壳体，并且相对于壳体是可旋转的；以及第一结构、第二结构和第三结构。第一、第二和第三结构可从壳体的外部向外延伸。第一结构从第二和第三结构周向偏移。当围绕壳体前进时，第一、第二和第三结构沿小于约120度的角度间隔定位。本公开的实施例还可以提供一种钻井系统，其包括钻头；包括纵向轴线和外部的基本管状的壳体；轴，该轴联接至钻头，延伸穿过壳体并且相对于壳体是可旋转的，其中，轴的旋转使钻头旋转；以及第一结构、第二结构和第三结构。第一、第二和第三结构从壳体的外部向外是可延伸的，第一结构从第二和第三结构沿周向偏移。当围绕壳体前进时，第一、第二和第三结构沿小于约120度的角度间隔定位。本公开的实施例可以进一步提供一种用于转向钻头的方法，该方法包括使钻井流体在壳体和轴之间流动，使得轴相对于壳体旋转，而旋转所述轴则导致钻头旋转。该方法还包括保持壳体相对于岩层旋转地固定，并且在保持壳体旋转地固定的同时，将压力选择性地传递至联接至壳体的至少三个可延伸结构。将压力传递到至少三个可延伸结构导致该结构向外延伸并与岩层接合。至少三个可延伸结构每个都限定中心轴线，该中心轴线彼此成角度地偏移。当围绕壳体前进时，至少三个可延伸结构沿小于约120度的角间隔定位。提供本
技术实现思路
是为了介绍一些构思的选择，这些构思将在下面的详细描述中进一步描述。该
技术实现思路
不旨在标识所要求保护的主题的关键或必要特征，也不旨在用作帮助限制所要求保护的主题的范围。附图说明图1是陆地钻孔操作的实施例的正交图；图2是钻头和井下转向系统的实施例的透视图；图3是钻头、马达和井下转向系统的实施例的纵向截面图；图4-1是井下转向系统的实施例的横向截面图；图4-2是井下转向系统的另一实施例的透视图；图4-3是钻头和井下转向系统的实施例的纵向截面图；图5-1是钻柱的实施例的纵向截面图，其中，基于钻柱的旋转，质量块可以阻挡和解除阻挡通向加压室的开口；图5-2是钻柱的实施例的纵向截面图，其中，基于穿过钻柱的钻井流体的流速，质量块可以阻挡和解除阻挡通向加压室的开口；图5-3是钻柱的实施例的纵向截面图，其中，在穿过钻柱的钻井流体内行进的多个球可能被捕获在可滑动的捕集器中，其可阻挡通向加压室的开口；图5-4是公扣的实施例的示意图，该公扣可以在凸轮槽中行进以在阻挡位置和非阻挡位置之间转位；图5-5是钻柱的实施例的纵向截面图，其中，盘可通过增加钻井流体压力而破裂以绕开加压室；图6-1是包括方向和倾斜传感器的控制机构的实施例的纵向截面图；图6-2是包括地层性质传感器的控制机构的实施例的纵向截面图；图6-3是包括声音接收器的控制机构的实施例的纵向截面图；图6-4是包括压力传感器的控制机构的实施例的纵向截面图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种井下转向系统，包括：/n基本为管状的壳体；/n轴，该轴定位在基本管状的壳体内并且相对于其是可旋转的；/n第一轴承和第二轴承，该第一轴承和第二轴承构造成支撑所述轴相对于壳体的旋转，其中第一轴承、第二轴承、轴和壳体至少部分地限定在它们之间的室；和/n至少一个可延伸结构，该至少一个可延伸结构轴向地位于第一轴承和第二轴承之间并构造成响应于传递至室的压力而从壳体的外部延伸。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170626 US 62/525,140;20170626 US 62/525,121;20171.一种井下转向系统，包括：
基本为管状的壳体；
轴，该轴定位在基本管状的壳体内并且相对于其是可旋转的；
第一轴承和第二轴承，该第一轴承和第二轴承构造成支撑所述轴相对于壳体的旋转，其中第一轴承、第二轴承、轴和壳体至少部分地限定在它们之间的室；和
至少一个可延伸结构，该至少一个可延伸结构轴向地位于第一轴承和第二轴承之间并构造成响应于传递至室的压力而从壳体的外部延伸。


2.根据权利要求1所述的井下转向系统，其中，压力经由限定在所述第一轴承中的一个或多个流动通道被传递至所述室。


3.根据权利要求2所述的井下转向系统，其中，所述第一轴承包括内轴颈和外部壳体，所述内轴颈和所述外部壳体在它们之间限定间隙，该间隙提供所述一个或多个流动通道的至少一部分。


4.根据权利要求2所述的井下转向系统，其中，所述第二轴承限定一个或多个延伸穿过其中的流动通道，以便允许穿过所述第二轴承与所述室进行压力传递。


5.根据权利要求4所述的井下转向系统，其中，所述第一轴承构造成维持第一压力差，并且其中所述第二轴承构造成维持第二差，该第二差大于所述第一差。


6.根据权利要求5所述的井下转向系统，其中，所述第一轴承位于所述室的上孔，并且其中所述第二轴承位于所述室的下孔。


7.根据权利要求2所述的井下转向系统，其中，所述第一轴承的一个或多个流动通道包括在所述第一轴承的表面上的凹槽，该凹槽至少部分地轴向地延伸穿过所述第一轴承。


8.根据权利要求1所述的井下转向系统，还包括控制装置，该控制装置构造成控制所述室与所述至少一个可延伸结构之间的压力传递。


9.根据权利要求8所述的井下转向系统，其中，所述控制装置构造成响应于钻井流体流量、钻头旋转速度或两者而在所述室与所述至少一个可延伸结构之间传递或阻挡压力传递。


10.根据权利要求8所述的井下转向系统，其中，所述控制装置包括偏压构件和阀元件，其构造成阻挡或允许所述室与所述至少一个可延伸结构之间的传递。


11.根据权利要求8所述的井下转向系统，其中，所述控制装置轴向地定位在所述第一轴承和第二轴承之间。


12.根据权利要求8所述的井下转向系统，其中，所述控制装置包括一个或多个传感器，该一个或多个传感器被构造为接收来自所述控制装置的上孔的传递，并且其中所述控制装置被构造为响应于所述传递而致动所述阀以阻挡或允许室与至少一个可延伸结构之间的传递。


13.根据权利要求8所述的井下转向系统，其中，所述控制装置包括一个或多个传感器，该一个或多个传感器被构造为测量以下中的一个或多个：
至少一个可延伸结构延伸的距离或施加的力；
壳体的方向、倾斜度、角位置、旋转、横向位移或其组合；或
围绕壳体的地层的特性。


14.根据权利要求1所述的井下转向系统，其中，所述至少一个结构包括轴向地位于所述第一轴承和第二轴承之间的柱塞。


15.根据权利要求1所述的井下转向系统，其中，所述轴被固定到钻头，并且至少一个切割元件在与所述钻头相邻的所述轴上暴露。


16.根据权利要求0所述的井下转向系统，其中，所述轴至少部分地限定从所述轴的中空内部径向地延伸到所述室的孔。


17.一种钻井系统，包括：
钻头；
联接到钻头的轴，其中，该轴的旋转使钻头旋转；
围绕所述轴的至少一部分定位的基本管状的壳体，其中轴和钻头相对于壳体是可旋转的；
第一轴承和第二轴承，该第一轴承和第二轴承构造成支撑所述轴相对于壳体的旋转，其中第一轴承、第二轴承、轴和壳体至少部分地在它们之间限定一室；
一个或多个径向可延伸的柱塞，该柱塞轴向地位于第一轴承和第二轴承之间，并与室进行压力传递，一个或多个柱塞被构造成响应于传递到室的压力而从壳体的外部向外延伸；和
阀，该阀被构造为控制室和可径向延伸的柱塞之间的压力传递。


18.根据权利要求17所述的钻井系统，其中，所述阀包括阀元件和偏压构件，其中，所述阀构造成响应于所述壳体的旋转速度、钻井流体压力或速度或两者而致动。


19.根据权利要求18所述的钻井系统，其中，所述阀元件包括转位槽，使得所述阀元件的向下行程导致公扣在所述转位槽中前进并旋转所述阀，并且其中所述偏置构件被构造成用以迫使阀元件处于向上行程，以便使公扣进一步进入转位槽并再次旋转阀。


20.一种用于转向钻头的方法，包括：
将钻头和井下转向系统部署到井眼中，该井下转向系统包括：
基本为管状的壳体；
定位在基本管状的壳体内的轴；
第一轴承和第二轴承，该第一轴承和第二轴承构造成支撑所述轴相对于壳体的旋转，其中第一轴承、第二轴承、轴和壳体至少部分地在它们之间限定一室；
至少一个可延伸结构，该至少一个可延伸结构轴向地位于第一轴承和第二轴承之间，并构造成响应于传递至室的压力而从壳体的外部延伸；
使钻井流体流入井下转向系统中，位于轴和管状壳体之间，使得使轴相对于管状的壳体旋转，其中，轴的旋转使钻头旋转；和
致动一阀以便允许室与至少一个结构之间的压力传递，使得至少一个可延伸结构径向向外延伸并接合井眼。


21.一种用于转向井下系统的方法，包括：
将钻柱放置在井中，该钻柱包括钻头和马达，该马达包括与钻头连接的轴和该轴位于其中的定子壳体，其中至少一个结构从该定子壳体是径向可延伸的；
使钻井流体从井眼的入口沿钻柱并在轴与定子壳体之间通过，其中使钻井流体在轴与定子壳体之间通过导致所述轴使钻头相对于定子壳体旋转；
保持所述定子壳体旋转地固定；和
经由径向延伸穿过定子的端口选择性地将钻井流体的压力传递到所述结构，以便使所述结构抵靠井眼的壁径向向外延伸，并改变钻头的轨迹。


22.根据权利要求221所述的方法，其中，选择性地传递所述压力包括：
响应于第一水平的钻井流体压力，阻挡钻井流体与所述结构进行压力传递；和
响应于钻井流体压力处于与第一水平不同的第二水平，允许钻井流体与所述结构进行压力传递。


23.根据权利要求21所述的方法，其中，选择性地传递所述压力包括：
通过调节钻柱的旋转在钻柱内径向移动质量块；
通过调节沿钻柱通过的钻井流体的流量在钻柱内纵向移动质量块；
使物体与钻井流体一起通过钻柱；
通过调节钻柱的钻压来用棘轮渐进槽-公扣机构；或
通过增加沿钻柱通过的钻井流体的压力使井下构件破裂。


24.根据权利要求21所述的方法，其中，在没有来自所述入口的控制的情况下选择性地进行传递。


25.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：JD马歇尔，EG帕金，GC唐顿，DC霍伊尔，N维拉辛哈，DP切斯纳特，
申请(专利权)人：诺瓦泰克IP有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US