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钻探系统技术方案

技术编号:24334851 阅读:71 留言:0更新日期:2020-05-29 21:48
本发明专利技术描述了一种大体积材料钻探系统,该钻探系统被布置成经由非机械方式允许钻头穿过大体积材料的准确方向控制,同时提供钻头定位的实时反馈。一种钻探系统(22),包括:大体积材料钻头(10);感测部分(18),用于释放输出能量的一个或多个端口(16)。该钻探系统还包括:输入部分(30),其被布置成检测来自感测部分的输入参数;控制器(32),其被布置成控制端口的输出能量;其中该控制器进一步被布置成确定向其提供输出能量的一个或多个端口;其中该控制器进一步被设置以控制所述输出能量的释放;其中该输出能量释放被非均匀地施加到大体积材料;其中该输出能量的释放用于控制钻头方向。本发明专利技术的目的是防止机械磨损,同时提供钻头通过大体积材料的有效转向。

Drilling system

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】钻探系统
本专利技术涉及一种钻探系统,特别是用于钻穿大型/大体积材料(bulkmaterial)的钻探系统。
技术介绍
钻探钻孔是许多行业采用的技术。石油和天然气勘探是建立在有效和准确钻探钻孔基础上的行业。石油和天然气可以从它们被限制在其中的源材料(诸如岩层)中提取。在大多数情况下,这些燃料的来源位于地表以下数公里处,并且只能通过使用大型大功率钻探系统才能获得。历史上,钻探系统的钻柱在操作期间保持基本竖直的轨迹。这种竖直取向在充分开采选定区域的能力上造成了许多限制。其中一个限制是,在最初决定从何处开始钻探时,很大程度上竖直的钻探方向几乎没有误差余地/幅度。如果出现有关最佳提取区域位置的新信息,则必须拆下整个钻柱并重新开始该过程。考虑到大型钻探项目的运营每天都要承担巨大的费用,这就带来了巨大的成本影响。在最近的一些海洋钻探案例中,每日成本可能远远高于陆地钻探。人们经常发现,在钻穿大体积物料的过程期间,除非特别设计了定向控制功能,否则很难控制钻头的方向。因此,在钻探过程期间,由于缺乏定向控制,误差余地地进一步缩小。然而,在上述情况下,极有可能由于地球表面以下岩石成分的重大变化而发生意外的错向。显然,含有源燃料丰富的地层总是成一定角度,这样竖直钻探路径就不能使钻孔最大限度地暴露在富含燃料的地层中。为了克服这些限制,在钻探过程期间提供定向控制机构已成为惯例。在许多应用中,希望通过引导钻头朝向更优的原材料来源来偏离钻孔的方向。有时需要控制钻头的钻探方向,以实现偏离的钻孔。在其他情况下,最好控制钻头的钻探方向,以保持钻孔笔直。在油井或气井钻探的情况下,为了优化钻孔与理想的富燃料地下地层的接触,通常会偏离竖直取向。在井下钻柱构造中,通常使用钻探泥浆作为润滑剂来增强钻头通过总是的坚硬岩层的旋转动作。随着钻柱的运行,钻探泥浆与提取的钻孔材料一起返回地面。返回的钻探泥浆的成分可以提供有关钻头相对于所选源材料的定位的信息。但是,这仅提供了延迟的位置信息,在某些情况下可能会为时过晚,导致不及时释放高压气体和石油。这样的反冲可能会对操作人员造成危险,对装置造成损害并且使操作推迟很长一段时间。在极端情况下,可能会发生井喷。最近,使用从位于钻头处或其附近的传感器收集的信息来完成对钻头的主动控制。这为操作者提供了基于钻头相对于所需源材料的定位的更准确和即时的反馈。通常使用机械方法将钻头重定向到产生的钻孔的更理想路径。在某些情况下,在钻头的主轴线和钻柱之间引入一个角度以便偏离钻井。在其他情况下,推压钻孔壁的垫块的组合被用于将钻头推向期望的方向。诸如此类的机械方法经常遭受机械故障。这种机械故障可能由于多种原因而发生,例如由于疲劳、卡滞、磨损、撕裂、运动部件卡住和其他机械故障模式。作为对常规钻探的改进,出现了涉及用高能电涌脉冲处理大体积物料的新技术(US3500942A;US4741505A;US5896938A;US6164388A;和WO3069110A1)。这通过弱化钻头处的大体积材料的完整性来影响钻头穿过大体积材料的运动。由于规避了上述多种机械故障模式,因此高能电涌为常规钻探系统提供了有效的补充。然而,明显缺乏使用高能电涌来准确地控制钻探系统中的钻头的方向的有效方法。因此,期望提供一种增强的钻探系统,该钻探系统经由非机械方式实现钻头通过大体积材料的准确的方向控制,同时提供有关钻头定位的实时反馈。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面,提供了一种钻探系统,包括:驱动机构;具有大体积材料钻头的大体积材料钻柱;该钻头具有一个或多个输出能量释放端口;该钻探系统还包括:感测部分;被布置为检测来自钻头感测部分的输入参数的输入部分以及被布置为控制到端口的输出能量的控制器;其中控制器被进一步布置为:(i)确定向其提供输出能量的一个或多个端口;(ii)控制输出能量的释放;因此输出能量释放被非均匀地施加到大体积材料上,并且用于控制钻头方向。本专利技术不使用引导钻头的传统机械方法。与传统方法相比,这种方法具有很大的优势,传统方法由于疲劳、卡滞、磨损、撕裂、运动部件卡住和其他机械故障模式而受到机械故障的影响。本专利技术的钻探系统以利于钻头准确转向的方式,向邻近钻头的大体积材料提供高能(或高能量)脉冲。在本专利技术的优选实施例中,高能脉冲被提供到钻头的期望端口,使得高能脉冲以非均匀的方式被施加到大体积材料的表面。更优选地,控制器用于将高能脉冲的提供同步到钻头的选择端口,使得高能脉冲在钻头的期望旋转点处释放。在期望的旋转点处从钻头的选择端口释放的高能脉冲提供了在大体积材料上的能量释放的非均匀施加。在大体积材料表面上施加释放的非均匀性导致钻头表面处的大体积材料的期望部分的机械完整性弱化。在弱化大体积材料的期望部分之后,使用本专利技术的钻探系统继续钻探被倾斜以沿着阻力最小的路径——这是机械完整性最弱的钻头表面处的大体积材料的区域。大体积材料的新弱化部分提供阻力最小的路径,因此提供转向的方向,以便使用本专利技术的钻探系统继续钻探。因此,通过以非均匀的方式连续地弱化大体积材料的期望部分从而使得钻探系统能够沿着提供最小的运动阻力的选定路径,钻探系统准确地以期望方向转向通过大体积材料。在本专利技术的优选实施例中,通过接收与钻头周围环境的特性相关的实时传感器信息来引导钻头的位置调整。可选地,传感器可以被布置成提供关于接近期望原材料的信息。如果传感器被布置成能够检测原材料,本专利技术可以可选地用于避免井涌和防止井喷的发生。能量到钻头的端口的传输优选地经由钻柱完成。该传输可能源自地面以上的源,也可能来自作为底部钻具组合(BHA)一部分的位于井下的源。可以想到另外的实施例,其中能量源可以位于井下,但是可以不包括在BHA中。优选地,远离地面并且靠近钻头的钻柱端部包括能量传递构件,该能量传递构件被布置为利于在期望的能量传递构件与钻头上的期望端口对准时将高能脉冲传输到钻头的端口。优选地,控制器被布置成检测钻头相对于能量传递构件的静态位置的旋转位置。与钻头相对于期望能量传递构件的静态位置的旋转位置有关的信息优选地可由控制器经由感测部分和输入部分访问。在一个优选的实施例中,向钻头端口提供高能脉冲被同步以在钻头端口与靠近钻头的钻柱端部的能量传递构件对准时发生。在本专利技术的优选实施例中,钻探系统进一步包括处理部分,该处理部分被布置成处理来自输入部分的参数并且将指令提供给控制器。将处理部分并入本专利技术的可选实施例中,提供了由控制器提供并由感测部分和输入部分通知的转向调整的自动化。这种自动化可以消除在及时解释感测部分提供的信息时可能发生的人为错误。感测部分优选地提供与钻头的特性相关的信息,包括旋转速度,其能够以对于人类解释而言太快的比率提供。因此,优选地,控制器的动作的至少一部分通过使用处理部分而被自动化。根据本专利技术的优选实施例,钻柱被布置成向钻头提供流体流,并且其中钻头还包括至少一个喷射部分,该喷射部分被布置成提供从钻头流出的流体。优选地,钻柱被布置成向钻头提供钻探流体流,以使钻头的旋转动作得到润滑。这种钻探流体也可以作为钻本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种钻探系统,包括:/n驱动机构;/n具有大体积材料钻头的大体积材料钻柱;/n具有一个或多个输出能量释放端口的钻头,/n所述钻探系统进一步包括:/n感测部分;/n输入部分,其被布置成检测来自所述钻头感测部分的输入参数;/n以及控制器,其被布置成控制到所述端口的输出能量;/n其中所述控制器被进一步布置成/n(i)确定向其提供所述输出能量的一个或多个端口;/n(ii)控制所述输出能量的释放;/n其中所述输出能量的释放非均匀地施加到大体积材料,并且用于控制所述钻头方向。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170817 GB 1713227.51.一种钻探系统,包括:
驱动机构;
具有大体积材料钻头的大体积材料钻柱;
具有一个或多个输出能量释放端口的钻头,
所述钻探系统进一步包括:
感测部分;
输入部分,其被布置成检测来自所述钻头感测部分的输入参数;
以及控制器,其被布置成控制到所述端口的输出能量;
其中所述控制器被进一步布置成
(i)确定向其提供所述输出能量的一个或多个端口;
(ii)控制所述输出能量的释放;
其中所述输出能量的释放非均匀地施加到大体积材料,并且用于控制所述钻头方向。


2.根据权利要求1所述的钻探系统,其中所述系统进一步包括处理部分,所述处理部分被布置成处理来自所述输入部分的参数并且将指令提供给所述控制器。


3.根据权利要求1或2所述的钻探系统,其中所述钻柱被布置成向所述钻头提供流体流。


4.根据权利要求3所述的钻探系统,其中所述钻头进一步包括至少一个喷射部分,所述喷射部分被布置成提供从所述钻头流出的流体。


5.根据前述任一项权利要求所述的钻探系统,其中所述钻柱包括涡轮。


6.根据前述任一项权利要求所述的钻探系统,其中所述输出能量在至少两个端口之间释放。


7.根据前述任一项权利要求所述的钻探系统,其中所述感测部分包括从以下范围中选择的至少一个:加速度计、陀螺仪、电磁传感器、罗盘、辐射传感器、伽马射线传感器、温度传感器、压力传感...

【专利技术属性】
技术研发人员:R·T·拉莫斯
申请(专利权)人:光纤芯公司
类型:发明
国别省市:英国;GB

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