具有井下扩孔装置的钻柱制造方法及图纸

本发明专利技术描述了用于定向钻井的钻柱。井下扩孔装置(202)安装在钻柱中，该钻柱结合有钻井马达(300)、稳定器(302)和钻头(304)，钻头(304)可通过钻柱的旋转或钻井马达(300)的启动来操作。钻柱位于钻管(310)的端部的钻井孔(306)中,如果操作员希望向上钻井，则将扩孔元件锁定在缩回状态。这使得扩孔装置欠尺寸，使得造斜角(308)将钻头指向上方。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有井下扩孔装置的钻柱
本专利技术涉及一种用于钻井孔的定向钻井的钻柱，特别但不限于涉及一种包括井下扩孔装置的钻柱，用于在定向滑动钻井操作中进行随钻扩孔。本专利技术还涉及一种井下扩孔装置，用于在定向滑动钻井操作中进行随钻扩孔。
技术介绍
为形成用于油气开采的钻井孔而进行的常规定向钻井中，通常在钻井操作期间会耗费10％至高达30％的时间进行滑动钻井工艺。滑动钻井用于进行方向校正或改变扩孔角度。为此，钻柱自地面的旋转可通过锁定旋转台或锁定旋转顶部驱动器来停止。钻井马达(通常称为泥浆马达)配备有弯曲壳体或弯曲接头，通过钻柱进行钻井泥浆泵送来致动钻井马达。然后，将钻头指向所需方向，并且推动或滑动钻柱沿着钻井孔前进。如果操作员希望扩大钻孔的直径，就使用随钻扩孔工具。但是，当钻柱在滑动模式下沿钻井孔移动时，扩孔装置的扩孔元件会产生阻力。在某些情况下，当钻井孔扩大工具刀到达小于钻头所钻的尺寸大小的导向孔时，钻柱将不会滑动。钻柱的重量将在井孔过渡处托持在置于矿层上的切刀上。
技术实现思路
本专利技术旨在克服现有技术的上述缺点。根据本专利技术的一个方面，提供了一种钻柱，包括：钻头；钻井马达，其中，所述钻头设置为通过所述钻柱的旋转或通过所述钻井马达的操作而旋转；和井下扩孔装置，包括：芯轴，布置在所述钻柱中；外壳，布置在所述芯轴上，其中所述芯轴相对于所述外壳可旋转；以及至少一个扩孔元件，响应于所述芯轴沿第一方向相对于外壳的旋转而在向内缩回状态和向外展开状态之间运动；其中，所述钻井马达旋转所述钻头的操作，引起所述钻柱中沿与第一方向相反的第二方向的反作用扭矩，使得所述芯轴相对于所述外壳沿所述第二方向旋转，以使所述至少一个扩孔元件运动到所述向内缩回状态。本专利技术提供至少一个扩孔元件，该扩孔元件通过内部芯轴相对于外壳的旋转而向外展开，这具有以下优点：使用者可以通过旋转台或旋转顶部驱动装置来旋转钻柱，从而能够在选定时间进行扩孔。在用于进行滑动钻井操作的钻柱中，钻柱不会被地面旋转台旋转。但是，由于钻井泥浆仍在泵送中，因此泥浆马达使井底钻具组件(BHA)底部的钻头旋转，并且随着非旋转钻柱沿钻井孔向下滑动，继续钻井。因此，在该构造中，扩孔元件将处于向内缩回状态，直到操作者进行顺时针旋转/右旋以展开扩孔元件。这样，操作人员的控制显著增强，并消除了扩孔元件在钻柱上造成的阻力。在滑动钻井操作期间，随着泥浆马达底部的钻头顺时针旋转，在钻柱中会产生逆时针反作用扭矩。需要将该反作用扭矩抵消，以防止整个钻柱转动。因此，在钻柱中产生了感应的左手扭矩，使得当外壳通过钻井孔上的阻力保持旋转静止时，迫使扩孔元件缩回。因此，该装置在滑动扩孔操作中自动保持在未设置状态。可选地，在常规定向钻井期间，钻柱的顺时针旋转将展开扩孔元件。因此，扩孔元件既可以进行扩孔元件的常规扩孔，也可以使扩孔元件缩回以消除滑动模式下的阻力。所有这些都是通过仅旋转钻柱即可完成的，而无需任何电动、液压或其他控制。这也提供除了钻井(泥浆)马达的钻柱操作的钻井孔扩大工具的优点。已知的扩孔工具将钻井孔扩孔至钻头规格或欠尺寸。这些工具通常用于通过井下马达简单地对钻井孔和钻孔产生的矿层进行平整。但是，这些工具不会扩大钻井孔，因为刀块会接触由钻头产生的导向孔的边缘，因此会阻止钻柱沿钻井孔移动。因此，钻柱的有利之处在于：,它既可以除了钻井马达外对钻井孔进行钻孔，又可以除了钻井马达外对钻井孔进行扩孔。在扩孔的情况下，已知的工具通常是固定尺寸的工具，该工具在外径上具有切刀，且非常接近钻头直径，以对矿层进行扩孔并对钻井孔进行平整。这可能会在滑动钻柱时引起阻力。通过提供扩孔元件，该扩孔元件可以缩回到较小尺寸，滑动钻井可大大减小阻力。当旋转开始时，扩孔元件的外径可以大于钻头的直径，从而显著改善绞削矿层的作用。另一方面，在进行滑动钻井时，扩孔元件的外径可以小于钻头，以减少阻力。当开始旋转时，扩孔元件可以向外移出以利于扩大钻井孔。在一个优选的实施例中，井下扩孔装置还包括：至少一个第一凹部，形成在所述芯轴内，其中，所述至少一个扩孔元件在所述向内缩回状态下位于所述至少一个第一凹部中；和至少一个倾斜表面，邻近所述至少一个第一凹部，使得当所述芯轴沿所述第一方向相对于所述外壳旋转时，所述至少一个倾斜表面将所述至少一个扩孔元件推向向外展开状态。在一个优选实施例中，井下扩孔装置还包括在所述外壳中形成的至少一个孔，所述至少一个扩孔元件在向外展开状态下通过该孔突出。所述至少一个扩孔元件可以通过接合所述外壳的内表面的一对翼片保持在设备中。这具有减少钻柱中的振动的优点。在一个优选实施例中，该装置还包括至少一个保持弹簧，该保持弹簧用于将所述至少一个扩孔元件保持在所述至少一个第一凹部中。这具有帮助扩孔元件缩回的优点。在一个优选实施例中，所述芯轴还包括至少一个第二凹部，在该第二凹部中容纳有安装到所述外壳的至少一个凸耳，所述至少一个第二凹部的尺寸设置用于通过使所述至少一个凸耳与所述第二凹部的侧面接合，来限制芯轴和外壳之间可能的旋转角度。这提供了以下优点：防止芯轴在向内缩回状态和向外展开状态下在扩孔元件上触底。与芯轴中的第二凹部接合的凸耳承受为防止芯轴相对于外壳做不需要的旋转所需的力。该设备可以进一步包括扭转弹簧，该扭转弹簧用于将芯轴偏置到相对于外壳的位置，在该位置中，所述至少一个扩孔元件处于向内缩回状态。这提供了在芯轴和外壳之间永久施加扭矩的优点，以确保工具自然地偏置到扩孔元件缩回的位置。在优选的实施例中，钻柱装置还包括围绕芯轴布置的多个扩孔元件。钻柱的重量可促使芯轴相对于外壳沿第二方向旋转，以将所述至少一个扩孔元件运动到向内缩回状态。除了由钻井马达产生的反作用扭矩，在某些钻柱构造和钻井孔条件下，钻柱的重量会引起外套管相对于芯轴的旋转，以促使扩孔元件进入缩回状态。根据本专利技术的另一方面，提供了一种井下扩孔装置，包括：芯轴，布置在钻柱中；外壳，布置在所述芯轴上，其中所述芯轴相对于所述外壳可旋转；和至少一个扩孔元件，响应于所述芯轴相对于所述外壳的沿第一方向旋转而在向内缩回状态和向外展开状态之间运动；其中所述外壳可沿所述芯轴的纵轴移动，以使锁定部件能够接合，从而防止所述芯轴相对于所述外壳旋转。这提供了以下优点：可以通过使用锁定部件而将扩孔元件锁定在缩回位置/欠尺寸的位置或向外展开位置/过尺寸的位置。原因在于这样允许扩孔装置控制结合有井下扩孔装置的钻柱的钻进方向。这就使得可以在旋转钻柱的同时进行航向校正，因此无需滑动钻进。如果扩孔元件被锁定在伸出位置，这将导致扩孔钻在钻井孔中达到全径，并使钻头略微向下指向。因此，当旋转时，由于产生的轻微的倾角，钻柱倾向于向下钻进。可选地，如果扩孔元件被锁定在缩回状态，则这使得扩孔钻在钻井孔中小于钻头，从而使钻头稍微向上指向。旋转钻柱时，所产生的倾斜角度会使得钻本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钻柱，包括：/n钻头；/n钻井马达，其中，所述钻头设置为通过所述钻柱的旋转或通过所述钻井马达的操作而旋转；和/n井下扩孔装置，包括：/n芯轴，布置在所述钻柱中；/n外壳，布置在所述芯轴上，其中所述芯轴相对于所述外壳可旋转；以及/n至少一个扩孔元件，响应于所述芯轴沿第一方向相对于外壳的旋转而在向内缩回状态和向外展开状态之间运动；/n其中，所述钻井马达旋转所述钻头的操作，引起所述钻柱沿与第一方向相反的第二方向的反作用扭矩，使得所述芯轴相对于所述外壳沿所述第二方向旋转，以使所述至少一个扩孔元件运动到所述向内缩回状态。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181018 GB 1816969.8;20190329 GB 1904424.71.一种钻柱，包括：
钻头；
钻井马达，其中，所述钻头设置为通过所述钻柱的旋转或通过所述钻井马达的操作而旋转；和
井下扩孔装置，包括：
芯轴，布置在所述钻柱中；
外壳，布置在所述芯轴上，其中所述芯轴相对于所述外壳可旋转；以及
至少一个扩孔元件，响应于所述芯轴沿第一方向相对于外壳的旋转而在向内缩回状态和向外展开状态之间运动；
其中，所述钻井马达旋转所述钻头的操作，引起所述钻柱沿与第一方向相反的第二方向的反作用扭矩，使得所述芯轴相对于所述外壳沿所述第二方向旋转，以使所述至少一个扩孔元件运动到所述向内缩回状态。


2.根据权利要求1所述的钻柱装置，其中，所述井下扩孔装置还包括：
至少一个第一凹部，形成在所述芯轴内，其中，所述至少一个扩孔元件在所述向内缩回状态下位于所述至少一个第一凹部中；和
至少一个倾斜表面，邻近所述至少一个第一凹部，使得当所述芯轴沿所述第一方向相对于所述外壳旋转时，所述至少一个倾斜表面将所述至少一个扩孔元件推向所述向外展开状态。


3.根据权利要求2所述的钻柱装置，其中，所述井下扩孔装置还包括形成在所述外壳中的至少一个孔，所述至少一个扩孔元件在所述向外展开状态下通过所述孔突出。


4.根据权利要求2所述的钻柱装置，其中，所述至少一个扩孔元件通过一对翼片被保持在所述装置中，所述一对翼片用于接合所述外壳的内表面。


5.根据前述任一项权利要求所述的钻柱装置，还包括至少一个保持弹簧，所述至少一个保持弹簧用于将所述至少一个扩孔元件保持在所述至少一个第一凹部中。


6.根据前述任一项权利要求所述的钻柱装置，其中，所述芯轴还包括至少一个第二凹部，在所述至少一个第二凹部中容纳有安装至所述外壳的至少一个凸耳，所述至少一个第二凹部的尺寸用于:通过所述至少一个凸耳与所述第二凹部的侧面的接合而限制所述芯轴和所述外壳之间可旋转的角度。


7.根据权利要求6所述的钻柱装置，还包括扭转弹簧，所述扭转弹簧用于将所述芯轴偏置到相对于所述外壳使所述至少一个扩孔元件处于向内缩回状态的位置。


8.根据前述任一项权利要求所述的钻柱装置，还包括围绕所述芯轴布置的多个扩孔元件。


9.根据前述任一项权利要求所述的钻柱装置，其中，所述钻柱的重量促使所述芯轴相对于所述外壳沿所述第二方向旋转，以将所述至少一个扩孔元件运动到向内缩回状态。


10.一种井下扩孔装置，包括：
芯轴，布置在钻柱中；
外壳，布置在所述芯轴上，其中所述芯轴相对于所述外壳可旋转；和
至少一个扩孔元件，响应于所述芯轴沿第一方向相对于所述外壳的旋转而在向内缩回状态和向外展开状态之间运动；
其中所述外壳沿所述芯轴的纵轴可运动，以使...

【专利技术属性】
技术研发人员：保罗·伯纳德·李，得林·贝泽，
申请(专利权)人：保罗·伯纳德·李，
类型：发明
国别省市：加拿大;CA