改进的扭矩发生器及使用方法技术

控制工具面的设备及与扭矩发生器联用的方法，扭矩发生器联接至钻柱以钻出线性和非线性地下钻孔部段。在一些实施例中，所用的设备和方法包括工具控制器，该工具控制器具有独立旋转的外壳和穿过其中的延伸导管并在其间形成环空。工具控制器可设置用于第一流体路径以允许流体旁路部分流过扭矩发生器，以及用于经过环空的第二流体路径以允许流体的扭矩发生器部分流过环空。在一些实施例中，随着流体流过环空，至少一个流体流限制部可设置在环空内以可控地造成扭矩发生器流体压力的级联降低，允许在钻柱速度(rpm)设定点的更大(可调)范围内的高分辨率工具面控制。内的高分辨率工具面控制。内的高分辨率工具面控制。

【技术实现步骤摘要】
改进的扭矩发生器及使用方法
[0001]本申请是申请号为2020800040873、申请日为2020年7月31日、专利技术名称为“改进的扭矩发生器及使用方法”、优先权日为2019年7月31日的PCT申请PCT/CA2020/051060进入中国国家阶段申请的分案申请。
[0002]相关申请的交叉引用
[0003]本专利技术要求于2019年7月31日提交的、题为“改进的扭矩发生器及使用方法”的美国临时专利申请62/880,717的权益，特别是针对其所公开或教导的全部内容，该专利申请被援引纳入本文。


[0004]本文实施例总体涉及定向钻井的方法和设备，尤其涉及利用与扭矩装置联接的井下钻具组合的设备，该设备用于控制井眼的线性和非线性钻孔部段。

技术介绍

[0005]定向钻井在本领域是众所周知的并且是普遍惯用的。定向钻井通常使用与钻柱连接的井下钻具组合(BHA)来实现，钻柱使用本领域已知的转盘或顶部驱动单元在地面旋转。井下钻具组合包括容积式钻井马达、透平马达或泵，它们经由具有至少一个约1至3度的轴向错移的“弯曲”壳体来驱动钻头。连接至钻井马达(有时在本文中也称为“泥浆马达”)的顶部的随钻测井(MWD)工具将“工具面”信息提供给地面上的跟踪器材以动态地确定正在钻的地下钻孔的方向。钻柱刚性联接至井下钻具组合，钻柱的旋转使井下钻具组合旋转。
[0006]为了钻出线性钻孔部段，钻柱以预定速度被旋转，同时将钻井泥浆沿钻柱向下泵送并通过钻井马达使钻头旋转。因此，钻头通过钻井马达和钻柱被同时旋转以钻出基本线性的钻孔部段。当需要非线性钻孔部段时，钻柱的旋转停止，转盘或顶部驱动单元的可控旋转和/或由称为“钻压”的向下压力产生的反作用扭矩的可控使用被用于在期望方向定向工具面。然后钻井泥浆泵送通过钻柱以驱动钻头，同时由钻机支撑的钻柱的重量减小，以随着孔进程将钻柱向前滑动到钻孔中。当定向钻井在进程中时，钻柱没有旋转。
[0007]但定向钻井的这种方法有某些缺点。例如：在定向钻井期间，滑动钻柱趋向于“粘滞”，尤其在包括多于一个非线性钻孔部段的钻孔中或在带有长的水平钻孔部段的钻孔中；当钻柱粘住时，钻头可能无法以足够的力接合钻面来推进钻孔，并且当克服摩擦且钻柱滑动时，钻头可能被迫以足够的力抵着钻孔的底部，该力足以损坏钻头，安装钻井马达或者极大地改变工具面中的任一项都是非常不期望的；并且钻柱的旋转有助于将钻屑推出钻孔，所以当钻柱旋转停止时，钻屑会累积并且对钻井泥浆的回流产生阻碍，这对钻井操作是必要的。此外，在定向钻井期间，反作用扭矩造成静止钻柱“卷紧”，这也会极大地改变工具面。
[0008]在Rosenhauch的美国专利US8,381,839中提到了有关问题的滑动粘滞现象的一个解决方案。在此，允许井下钻具组合独立于钻柱旋转。当泥浆马达顺时针驱动钻头时，井下钻具组合和弯接头的反作用旋转是逆时针的。钻柱和井下钻具组合之间的扭矩发生器抵抗该反作用旋转。钻柱以静态驱动速度的旋转匹配弯接头的反作用旋转，并且井下钻具组合
的净旋转是零，使得钻头钻出非线性钻孔部段。钻柱旋转大于静态驱动速度导致用于钻出线性钻孔部段的钻头的净顺时针旋转。扭矩发生器包括通过反压喷嘴排出流体的改进的容积式马达的布置。马达和喷嘴的该布置限制了峰值扭矩可用性。
[0009]人们对当前扭矩发生器的关注在于工具性能协调是有限的，这限制了当目的是要控制工具面转速(如设定工具面以一定rpm旋转)时的工具峰值扭矩。如果改变工具性能协调以利用扭矩发生器中的全部扭矩，则工具面控制受到降低的分辨率的限制。换言之，甚至工具转速中的轻微改变对工具面转速有放大的影响，这使得工具面转速微调非常困难。因此，人们需要被构造成提供优化的扭矩性能的扭矩发生器以允许对工具面的微调。

技术实现思路

[0010]根据实施例，提供用于改进的工具面控制的设备和方法，该设备和方法与联接至钻柱以钻出线性和非线性地下钻孔部段的扭矩发生器联用。扭矩发生器可被构造成具有可独立于内泵和延伸穿过其中的钻柱旋转的外壳。在一些实施例中，该设备可包括旋转联接至扭矩发生器壳体的外管状壳体，该外管状壳体形成内壳体孔；容纳并延伸通过内壳体孔并在其间形成环空的延伸导管；位于内壳体孔中以将被泵入扭矩发生器的流体的至少一部分作为扭矩发生器流体流引导入环空中的一个或多个流体流分配器；一个或多个流体流限制部，其造成流过环空的扭矩发生器流体流的流体压降。在一些实施例中，延伸导管在其顶端可旋转联接至泵并与钻柱一起旋转。
[0011]在一些实施例中，一个或多个流体流限制部可以包括可操作以提供动态流量限制的多个活塞组件，从而允许在钻柱转速设定点的较大范围内的工具面控制的高分辨率。
[0012]在其它实施例中，一个或多个流体流限制部可以包括可操作以提供静态流量限制且同时改善接触面并减轻堆积的多个流体流限制部。
[0013]在一些实施例中，一个或多个流体流限制部可以包括多个流体流限制部和至少一个活塞组件，以可操作地结合静态和动态流量限制能力两者。
[0014]根据实施例，提供改善工具面控制的设备和方法，该设备和方法与联接至钻柱以钻出线性或非线性地下钻孔部段的扭矩发生器联用。扭矩发生器可被构造成具有可独立于内泵和延伸通过其中的钻柱旋转的外壳体。在一些实施例中，本方法可包括将流体泵入扭矩发生器，使流体的第一部分作为旁路流体流流过扭矩发生器，提供流体流量限制器以将流体的第二部分作为扭矩发生器流体流引导入扭矩发生器内的环空中，提供在环空中的至少一个流体流限制部用于增大在限制部上方的扭矩发生器流体流的流体压力，从而产生扭矩发生器流体流的流体压降。在一些实施例中，该方法包括提供静态流体流限制部，提供动态流体流限制部或其组合。
附图说明
[0015]图1
‑
9示出US8,381,839(
‘
839专利)提到的现有技术方法和设备，具体说：
[0016]图1是根据
‘
839专利的一个实施例的井下钻具组合的示意图；
[0017]图2是根据
‘
839专利的井下钻具组合的另一实施例的示意图；
[0018]图3是根据
‘
839专利的一个实施例的反作用扭矩发生器的示意图；
[0019]图4是示意性示出当连接至
‘
839专利的井下钻具组合的钻柱没有随着由井下钻具
组合的泥浆马达旋转的钻头而旋转时钻具面移动的矢量图；
[0020]图5是示意性示出当连接至
‘
839专利的井下钻具组合的钻柱随着由井下钻具组合的泥浆马达旋转的钻头以静态驱动速度旋转时钻具面稳定性的矢量图；
[0021]图6是示意性示出当钻柱随着由
‘
839专利的井下钻具组合的泥浆马达旋转的钻头以钻进速度旋转时钻具面移动的矢量图；
[0022]图7是示意性示出当钻柱随着由
‘
839专利的井下钻具组合的泥浆马达旋转的钻头以低转速旋转时钻具面移动的矢量本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种能与联接至钻柱以钻出地下钻孔部段的扭矩发生器联用的设备，所述扭矩发生器具有独立于内泵和所述钻柱旋转的壳体，所述转子形成延伸通过其中的转子孔以使旁路流体流通过，所述设备包括：外管状壳体，其旋转联接至所述扭矩发生器壳体，所述外管状壳体形成内壳体孔，延伸导管，其延伸通过所述内壳体孔并在其间形成第一环空，在此是在其上端，一个或多个活塞组件，其定位在所述内孔中并且每个对应活塞组件具有：固定附接至所述外管状壳体的活塞壳体，活塞，其同心容纳在所述活塞壳体内、延伸通过所述活塞壳体并在其间形成活塞环空，所述活塞环空与所述第一环空流体连通以容纳扭矩发生器流体流，所述活塞相对于所述外管状壳体和所述延伸导管在所述活塞壳体内可轴向滑动移动，弹簧组件，其具有：弹簧套，其定位在所述环空中并相对于所述外管状壳体和所述延伸导管可轴向移动，绕所述弹簧套布置的至少一个弹簧，所述至少一个弹簧抵接所述活塞的一端，和肩部，其限制所述弹簧套的所述轴向移动。2.根据权利要求1的设备，其中所述延伸导管的至少一部分延伸经过位于所述壳体的所述内孔内的轴承壳体，所述轴承壳体包含多个轴承以允许所述外管状壳体独立于所述延伸导管旋转。3.根据权利要求1的设备，其中所述活塞环空的至少一部分具有比剩余活塞环空小的横截面积，所述较小的横截面积形成至少一个第一流体限制部。4.根据权利要求1的设备，其中所述活塞环空的横截面积取决于所述活塞壳体内的所述活塞的轴向位置而变化。5.根据权利要求1的设备，其中所述弹...

【专利技术属性】
技术研发人员：J，
申请(专利权)人：查尔斯，
类型：发明
国别省市：