用旋转导向系统钻探井筒的设备和方法技术方案

本公开提供了一种在井筒中使用的设备，该设备包括沿着钻柱设置的非旋转部分。非旋转部分具有孔和接合相邻壁的至少一个偏置构件。旋转部分设置在非旋转部分的孔中，并且轴承定位在旋转部分和非旋转部分之间。该设备还包括：相对旋转传感器，该相对旋转传感器生成表示旋转部分相对于非旋转部分的旋转的信号；取向传感器，该取向传感器生成表示非旋转部分相对于所选参照系的取向的信号；和控制器，该控制器与至少一个相对旋转传感器和至少一个取向传感器进行信号通信。控制器响应于来自至少一个相对旋转传感器的所生成的信号和来自至少一个取向传感器的所生成的信号来调节由至少一个偏置元件施加的力和/或至少一个偏置元件的位置。位置。位置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用旋转导向系统钻探井筒的设备和方法

技术介绍

[0001]定向钻井通常用于油气勘探和生产操作。定向钻井通常使用传感器模块和/或用于改变钻头的方向的导向组件来实现。定向钻井组件的一种类型涉及所谓的“非旋转套筒”，该“非旋转套筒”包括用于抵靠钻孔壁生成力的装置或使穿过非旋转套筒的驱动轴弯曲的装置。在此类应用中，非旋转套筒通常由轴承支撑，该轴承允许套筒相对于地层保持相对静止。套筒的静止位置允许将相对静止的力施加到钻孔壁以产生导向方向。

技术实现思路

[0002]在一个方面，公开了一种在井筒中使用的设备。该设备可包括：钻柱，该钻柱被配置为对井筒进行钻探；非旋转部分，该非旋转部分沿着钻柱设置并具有孔和至少一个偏置构件，该至少一个偏置构件接合相邻壁；旋转部分，该旋转部分设置在非旋转部分的孔中；轴承，该轴承位于旋转部分和非旋转部分之间，允许旋转部分和非旋转部分之间的相对旋转；至少一个相对旋转传感器，该至少一个相对旋转传感器被配置为生成表示旋转部分相对于非旋转部分的旋转的信号；至少一个取向传感器，该至少一个取向传感器被配置为生成表示非旋转部分相对于所选参照系的取向的信号；和控制器，该控制器与至少一个相对旋转传感器和至少一个取向传感器进行信号通信。控制器调整以下各项中的至少一者：(i)由至少一个偏置元件施加的力，以及(ii)至少一个偏置元件的位置，调整响应于来自至少一个相对旋转传感器的所生成的信号以及来自至少一个取向传感器的所生成的信号。
[0003]一种使用该设备的相关方法包括：将上述设备设置在地层中；改变旋转部分的旋转频率以发送控制信号；使用控制器通过使用至少一个相对旋转传感器检测旋转频率变化来确定控制信号；以及通过使用所确定的控制信号和来自至少一个取向传感器的所生成的信号来控制至少一个偏置元件的力和/或位置。
[0004]在多个方面，本公开提供了一种在井筒中使用的设备。该设备可包括钻柱，该钻柱被配置为对井筒进行钻探；非旋转部分，该非旋转部分沿着钻柱设置，该非旋转部分具有孔和至少一个偏置元件，该至少一个偏置元件接合井筒的壁；旋转部分，该旋转部分设置在非旋转部分的孔中；至少一个相对旋转传感器，该至少一个相对旋转传感器被配置为生成表示旋转部分相对于非旋转部分的旋转的信号；至少一个取向传感器，该至少一个取向传感器在非旋转部分内，该至少一个取向传感器被配置为生成表示非旋转部分相对于所选参照系的取向的信号；和控制器。控制器可以与至少一个相对旋转传感器和至少一个取向传感器进行信号通信，控制器被配置为调整以下各项中的至少一项：(i)由至少一个偏置元件施加的力，以及(ii)至少一个偏置元件的位置，调整响应于来自至少一个相对旋转传感器的表示旋转部分相对于非旋转部分的旋转的所生成的信号以及来自至少一个取向传感器的表示非旋转部分相对于所选参照系的取向的所生成的信号。
[0005]在多个方面，本公开提供了一种在井筒中使用设备的方法。该方法可包括将钻柱设置在井筒中，该钻柱被配置为对井筒进行钻探。钻柱可包括(i)非旋转部分，该非旋转部分沿着钻柱设置，该非旋转部分具有孔和至少一个偏置元件，该至少一个偏置元件被配置
为接合井筒的壁，(ii)旋转部分，该旋转部分设置在非旋转部分的孔中，(iii)至少一个相对旋转传感器，该至少一个相对旋转传感器被配置为生成表示旋转部分与非旋转部分之间的相对旋转的信号，(iv)至少一个取向传感器，该至少一个取向传感器在非旋转部分中并且被配置为生成表示非旋转部分相对于所选参照系的取向的信号，和(v)控制器，该控制器与至少一个相对旋转传感器和至少一个取向传感器进行信号通信。该方法还可包括以下步骤：改变旋转部分的旋转速度以发送控制信号；使用控制器通过使用至少一个相对旋转传感器检测旋转频率变化来确定控制信号；在非旋转部分内从旋转部分的旋转接收能量，并且通过使用所确定的控制信号和来自至少一个取向传感器的表示非旋转部分相对于所选参照系的取向的所生成的信号来控制至少一个偏置元件的力和/或位置。
附图说明
[0006]在本说明书结束时的权利要求书中特别指出并明确要求保护被视为本专利技术的主题。通过以下结合附图的具体实施方式，本专利技术的前述和其他特征和优点将变得显而易见，在附图中：
[0007]图1描绘了钻井和/或测量系统的实施方案；
[0008]图2描绘了用于钻井系统的导向组件的实施方案，该导向组件包括安装在非旋转套筒上的模块；
[0009]图3描绘了图2的导向组件，其中模块从非旋转套筒移除；
[0010]图4A和图4B是被配置为结合在导向系统中的模块的透视图；
[0011]图5是图4A和图4B的模块的内部视图；
[0012]图6是图4A和图4B的模块的剖视图；
[0013]图7描绘了用于钻井系统的导向组件的实施方案，该导向组件包括安装在非旋转套筒上的模块和能量传输/接收装置；
[0014]图8是图7的导向组件的模块的透视图；
[0015]图9是设置在图7的导向组件的模块中的辅助装置的近视图，该辅助装置被配置为在非旋转套筒中的模块内部从导向组件的与非旋转套筒旋转地脱离的旋转部分接收能量；
[0016]图10是图9的导向组件的模块的剖视图；
[0017]图11以功能形式描绘了井底钻具组件的实施方案，该井底钻具组件可以使用由钻柱旋转变化表示的下行指令来控制；
[0018]图12以功能形式描绘了井底钻具组件的实施方案，该井底钻具组件可以使用由钻柱旋转变化表示的下行指令来控制，并且在非旋转部分中使用多个独立模块；
[0019]图13A至图13D图示了可以由图11的井底钻具组件检测和解码的独特的钻柱旋转特征；
[0020]图14以示意形式描绘了图11的井底钻具组件的实施方案；
[0021]图15描绘了根据本公开的一个实施方案的相对旋转传感器的截面端视图；
[0022]图16A和图16B以及图17图示了由图15的相对旋转传感器生成的代表性电压信号；
[0023]图18描绘了根据本公开的一个实施方案的相对旋转传感器的截面端视图，该相对旋转传感器产生非均匀磁场；
[0024]图19图示了由图18的相对旋转传感器生成的代表性电压信号；
[0025]图20描绘根据本公开的一个实施方案的相对旋转传感器的截面端视图，该相对旋转传感器生成具有多个磁场变化的非均匀磁场；
[0026]图21图示了由图20的相对旋转传感器生成的代表性电压信号；
[0027]图22描绘了根据本公开的一个实施方案的另一相对旋转传感器的截面端视图，该相对旋转传感器产生非均匀磁场；
[0028]图23和图24图示了由图22的相对旋转传感器生成的代表性电压信号；
[0029]图25描绘了根据本公开的一个实施方案的专用相对旋转传感器的截面端视图，该专用相对旋转传感器在每次钻柱旋转时产生单个记号；并且
[0030]图26描绘了流程图，该流程图图示根据本公开的一个实施方案的将下行指令传送到钻柱的非旋转部分的一种方法。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种在井筒中使用的设备，所述设备包括：钻柱(12)，所述钻柱被配置为对所述井筒进行钻探；非旋转部分(2002)，所述非旋转部分沿着所述钻柱(12)设置，所述非旋转部分(2002)具有孔(2090)和至少一个偏置元件(2006)，所述至少一个偏置元件接合所述井筒的壁，所述设备的特征在于：
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旋转部分(2004)，所述旋转部分设置在所述非旋转部分(2002)的所述孔(2090)中；
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至少一个相对旋转传感器(2010)，所述至少一个相对旋转传感器被配置为生成表示所述旋转部分(2004)相对于所述非旋转部分(2002)的旋转的信号；
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至少一个取向传感器(2008)，所述至少一个取向传感器在所述非旋转部分(2002)内，所述至少一个取向传感器被配置为生成表示所述非旋转部分(2002)相对于所选参照系的取向的信号；和
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控制器(88,2012)，所述控制器与所述至少一个相对旋转传感器(2010)和所述至少一个取向传感器(2008)进行信号通信，所述控制器(88,2012)被配置为调节以下各项中的至少一项：(i)由所述至少一个偏置元件(2006)施加的力，以及(ii)所述至少一个偏置元件(2006)的位置，所述调节响应于来自所述至少一个相对旋转传感器(2010)的表示所述旋转部分(2004)相对于所述非旋转部分(2002)的旋转的所生成的信号以及来自所述至少一个取向传感器(2008)的表示所述非旋转部分(2002)相对于所选参照系的取向的所生成的信号。2.根据权利要求1所述的设备，其特征还在于多个防旋转元件(2094)，所述多个防旋转元件被配置为防止所述旋转部分(2004)相对于所述井筒的所述壁的旋转。3.根据权利要求1所述的设备，其特征还在于表示所述旋转部分(2004)相对于所述非旋转部分(2002)的所述旋转的所生成的信号包括表示所述旋转部分(2004)相对于所述非旋转部分(2002)的所述旋转的特性，所述特性是以下各项中的至少一者：(i)频率、(ii)振幅、(iii)周期以及(iv)单个记号。4.根据权利要求1所述的设备，其特征还在于表示所述旋转部分(2004)相对于所述非旋转部分(2002)的所述旋转的所生成的信号与从地表位置发送的至少一个控制信号相关联，并且其中所述控制器(88,2012)被配置为通过处理由所述至少一个相对旋转传感器(2010)生成的表示所述旋转部分(2004)相对于所述非旋转部分(2002)的所述旋转的所述信号来确定所述至少一个控制信号。5.根据权利要求1所述的设备，其特征还在于所述至少一个相对旋转传感器(2010)包括产生磁场的至少一个磁体元件(2110)，其中所述至少一个相对旋转传感器(2010)感测指示所述旋转部分(2004)和所述非旋转部分(2002)之间的相对旋转的信号。6.根据权利要求5所述的设备，其特征还在于所述至少一个相对旋转传感器(2010)还使用所述至少一个磁体元件(2110)的所述磁场产生并供应电力。7.根据权利要求5所述的设备，其特征还在于所述至少一个磁体元件(2110)包括排列在所述旋转部分(2004)上的多个磁体元件...

【专利技术属性】
技术研发人员：福尔克尔，
申请(专利权)人：贝克休斯油田作业有限责任公司，
类型：发明
国别省市：