井眼横截面操纵制造技术

在陆地上形成井眼的钻头可以通过井眼的横截面形状被横向地推动，从而在井眼中产生弯曲。例如，具有包括两个不同半径的圆弧的横截面形状的井眼，一个大于钻头的量规且一个小于钻头的量规，可以将钻头推离较小的圆弧而进入较大的圆弧。可以通过针对仅钻头的整个旋转的一部分从钻头的侧面伸出切削元件来实现形成具有这样的圆弧的井眼。由这些圆弧所占据的半径和角度范围可以通过改变可伸出切削元件的伸出和缩回的时间来调节。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】井眼横截面操纵
技术介绍
本申请涉及2018年3月26日提交的美国专利申请号15/935,316；2018年4月3日提交的15/944,605；2018年12月11日提交的16/217,019；2018年12月11日提交的16/216,966；2018年12月11日提交的16/216,999；2019年2月19日提交的16/279,168；以及在2019年2月25日提交的16/284,275，其全部内容通过引用合并于此。在勘测或开采地下资源(例如石油、天然气或地热能)时，以及类似的尝试中，通常会在地上形成井眼。这样的井眼可以通过使地与能够破碎坚硬地下材料的旋转钻头接合而形成。随着旋转的继续，井眼可能会伸长，并且钻头可能会在钻柱的端部被送入井眼。有时可能需要改变钻头从其形成井眼时可能自然通过陆地的路径的行进方向。这可能是为了使其操纵有价值的资源或远离障碍物，或者仅仅是防止钻头偏离路线。已经开发出多种技术来完成这种操纵。许多已知的钻头操纵技术需要推压井眼的内表面。一种这样的技术包括用可径向伸出的垫推离井眼的内壁。这种推动可将钻头横向地推入与垫相反的内壁。垫的伸出可以与钻头的旋转协调地定时以实现一致的操纵。该推动通常需要将大量能量消耗到井下。此外，所需的能量的量可以随着井眼的期望曲率半径的减小而增加。因此，用于形成弯曲的井眼(特别是包括相对较小的曲率半径的弯曲的井眼)、同时在井下消耗较少的能量并延长工具的使用寿命的装置可能是有价值的。垫的伸出可以经由柱塞内的液压来实现。典型的柱塞可以在中空缸体内滑动以改变其中的容纳体积。这种柱塞-缸体组合可以形成一种能够在流体压力和机械运动之间转换能量的换能器。例如，在发动机中，为封闭在缸体内的膨胀气体形式的能量可以被传递到柱塞，从而使其滑动。在泵中，此功能可能会因来自柱塞的压力而逆转，从而压缩缸体内的流体。在某些情况下，可能希望定义一最大距离，称为“行程长度”，柱塞可以在缸体内移动。这可以通过多种方式来完成。例如，Hall等人的美国专利号9,085,941描述了可以插入柱塞的通道中的销。当柱塞平移时，通道可与销接触，以阻止柱塞的进一步平移运动。销可以构造成允许柱塞平移指定的距离。其他装置不仅可以限定柱塞的行程长度，而且可以调节该行程长度。Lucas等人的美国专利号7,409,901描述了如何通过各种机械手段，例如，通过调节旋转以驱动柱塞的偏心凸角的偏移度(throw)，或通过调节旋转件、凸轮或连杆机构，手动地调节柱塞行程长度。尽管这样的手段可以实现其预期的功能，但是通过更简单的过程来调节柱塞的行程长度可能是有价值的。在图1中，示出了钻头110的实施例，其通过钻柱114悬挂在井架112上。虽然示出了陆基井架，但是水基结构也是常见的。这样的钻柱可以由首尾相连紧固在一起的多个钻杆部分形成，或者在其他实施例中，可以使用挠性管。当钻头110从井架112或由井下马达旋转时，它可能接合并破碎地下地层116，从而形成井眼118。钻井流体可以沿着钻柱114穿过并在钻头110处排出，以冷却和润滑钻头110，并通过围绕钻柱114的环形空间将松散的碎屑运送到井眼118的地面。有时可能需要在进行钻井时在井眼内进行测量或执行各种功能。据信，某些测量和功能在尽可能靠近钻柱端部或在钻头本身上进行或执行时最有效。但是，由于钻井过程中遇到的苛刻条件，这种钻头在钻井过程中经常遭受明显的磨损和损坏。磨损或损坏的钻头通常需要更换，这可能既昂贵又耗时。仪表化钻头以进行测量或执行功能可能会大大增加更换费用和复杂性。仪表化这种钻头的更复杂的方面之一是提供一种用于在钻头和钻柱之间的连接之间来回通信的机构。这样的连接通常是在经常肮脏且忙碌的钻井操作中，通过将钻头拧到钻柱上来进行的。考虑到这种情况的混乱，可能难以确定钻头相对于钻柱的旋转或轴向最终位置。跨越这种连接的任何通信机构都必须稳健且可操作，而与取向无关。增加钻头仪表的复杂性的另一个特征是通常形成连接两侧的外螺纹突起和内螺纹腔。特别地，将通信传递到腔中可能是困难的，因为通路可能受到空间约束的限制。因此，一种能够在不依赖于特定旋转取向的情况下跨钻柱到钻头的连接传递通信同时提供螺纹腔内部的通路的机构可证明对仪表化钻头时是有用的。
技术实现思路
一种用于在钻头形成穿过陆地的井眼时控制钻头的行进方向的技术可以是赋予井眼一横截面形状以横向推动钻头。当井眼进行推动而不是钻井工具时，可以通过这种方式节省大量能量。能够横向推动钻头的井眼可以具有包括两个圆弧的横截面形状，其中一个圆弧的半径大于穿过该井眼的钻井工具的半径，而另一个半径小于穿过该井眼的钻井工具的半径。可以将钻井工具推离较小的圆弧，并推入由较大的圆弧提供的开放空间中。该横向推动可以向井眼添加弯曲，因为其形成为具有比较小的圆弧更靠近较大的圆弧的曲率中心。这两个圆弧虽然以井眼的公共轴线为中心，但每个都可以围绕该轴线占据不同的角度范围。形成井眼时给予井眼的曲线的锐度可能取决于两个圆弧的相对半径和角度大小。因此，通过改变两个圆弧在沿着井眼的长度的不同位置处的这些相对半径和角度大小以及旋转取向，可以精确地操纵钻头。产生这两个圆弧可以通过首先旋转钻井工具以在陆地上钻一孔，然后仅在其旋转的一部分期间从钻井工具的侧面伸出一切削元件来实现。当伸出时，该切削元件可以从井眼的内表面移除附加的土料，以形成第一圆弧。当缩回时，可以形成第二圆弧。通过改变伸出和缩回的时间，可以实现在形成井眼时调节这两个圆弧的相对半径、角度大小和旋转取向，以操纵钻井工具。可操纵的井下工具可以通过从设置在工具侧面的开口伸出一根杆来改变钻头在钻入陆地时的行进方向。杆可在腔内滑动，横跨工具的宽度，从开口中的一个通到另一个并在各个时间从各个开口伸出。通过使表面与露出在杆的相对尖端上的切削器元件接合，杆可以使钻头在其中行进的井眼的内表面上的材料破碎。从工具的侧面突出的稳定器然后可以从与破碎区域相反的井眼壁推离，以将钻头驱动到破碎区域中。例如，当工具在井眼内旋转时，杆可以从第一开口中伸出。在杆伸出的情况下，工具可绕其轴线旋转以使井眼的一部分破碎。在一定量的旋转之后，在一些实施例中，大约为整个旋转的一半，杆可以缩回到工具内的中间位置。工具可以继续旋转，直到第二开口与杆最初伸出的区域相邻。在这一点上，杆可以从第二开口伸出，并且工具可以旋转大约另一半旋转，以继续破碎相同区域。在另一个实施例中，可以旋转钻头以形成穿过陆地的井眼。这样的钻头可以包括固定的切削元件，该切削元件能够从主体的外部突出来破碎地下材料。这些固定的切削元件可以与主体的旋转轴线以恒定的半径间隔开，以形成初始为圆筒形的井眼。主体还可以包括从其外部突出的至少一个可旋转的切削元件。为了从井眼的内壁移除土料，可旋转的切削元件可被定位在第一旋转取向上，其中它可径向伸出超过固定切削元件的恒定半径。为了停止从井眼壁上移除材料，可旋转的切削元件可被定位在第二旋转取向上，其中它可径向保持在恒定半径内。可旋转的切削元件的旋转可以与钻头的旋转同步，以在井眼的某些角部分中提本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种地下井眼，包括：/n内壁，形成在土层内，限定了细长的孔洞；/n所述壁描绘出在垂直于穿过所述孔洞的轴线的平面内的横截面形状；和/n该横截面形状包括第一圆弧和第二圆弧，二者均以包括不同半径的轴线为中心。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180326 US 15/935,316;20180403 US 15/944,605;20181.一种地下井眼，包括：
内壁，形成在土层内，限定了细长的孔洞；
所述壁描绘出在垂直于穿过所述孔洞的轴线的平面内的横截面形状；和
该横截面形状包括第一圆弧和第二圆弧，二者均以包括不同半径的轴线为中心。


2.根据权利要求1所述的地下井眼，还包括设置在所述孔洞内的钻井工具；其中，第一圆弧的半径大于钻井工具的横截面半径，并且第二圆弧的半径小于钻井工具的横截面半径。


3.根据权利要求2所述的地下井眼，其中内壁在横截面形状的两个点处接触所述钻井工具。


4.根据权利要求3所述的地下井眼，其中，所述两个点位于第二圆弧上。


5.根据权利要求1所述的地下井眼，其中，所述轴线是弯曲的；第一圆弧的半径大于第二圆弧的半径；以及第一圆弧比第二圆弧更靠近轴线的曲率中心。


6.根据权利要求1所述的地下井眼，其中，第一圆弧和第二圆弧围绕所述轴线占据不同的角度范围。


7.根据权利要求6所述的地下井眼，其中，所述轴线是弯曲的，并且所述轴线的曲率半径取决于第一圆弧和第二圆弧的半径或角度范围的相对尺寸。


8.根据权利要求6所述的地下井眼，其中，第一圆弧和第二圆弧的半径或角度范围在沿着所述轴线的不同位置处在尺寸上变化。


9.根据权利要求6所述的地下井眼，其中，第一圆弧和第二圆弧的角度范围在沿着所述轴线的不同位置处在围绕所述轴线的旋转取向上变化。


10.一种用于形成地下井眼的方法，包括：
在土层内钻出细长的孔洞，该孔洞包括穿过其中的轴线和在垂直于该轴...

【专利技术属性】
技术研发人员：GC唐顿，J马歇尔，SR伍尔斯顿，
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