用于旋转钻头的夹头制造技术

一种用于旋转定向钻井系统的钻头的夹头(100)，该夹头包括：夹头壳体(102a，102b)，该夹头壳体具有入口端(105)和出口端(107)，该入口端用于接收来自钻杆的钻井流体，钻井流体可以在该出口端处离开夹头壳体；分流器(106)，该分流器被配置成在钻井流体离开夹头壳体时选择性地控制钻井流体的流动方向；以及轴承组件，该轴承组件用于支撑分流器；其中，轴承组件包括至少一个轴承(112)，该至少一个轴承位于夹头壳体的出口端处。头壳体的出口端处。头壳体的出口端处。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于旋转钻头的夹头
[0001]本公开涉及一种用于旋转定向钻井系统的钻头的夹头。夹头可以用来控制井筒在地下地层中的方向。虽然本公开主要侧重于用于提取烃类的钻井系统，井筒可以用于提取烃类、水或地热能，或者用于安装设施。本公开还涉及一种包括夹头和钻头的成套用具、以及一种用于在地层中定向钻探井筒的方法。
[0002]旋转式钻井系统或旋转钻井系统通常包括布置在钻杆的端部处的旋转钻头。钻头设置有用于切削井筒的机械切削器。旋转钻头的示例包括多晶金刚石复合片(PDC)钻头和牙轮钻头。钻杆由多个管状区域或管道形成，管状区域或管道随着井筒的深度增加而添加至钻杆。在钻井期间，使用位于地面处的驱动系统旋转整个钻杆而使钻头旋转。当旋转时，钻头会随着其切穿地层而产生钻屑。钻井流体或钻井泥浆从钻杆的内部向下被泵送至钻头，并通过在钻头上形成的喷嘴流入井筒中。钻井流体有助于润滑钻井过程，而且钻井流体中所包含的矿物质有助于密封井筒。钻井流体的另一个功能是将钻屑带出井筒。
[0003]用于在地下地层中旋转定向钻井的系统和方法是已知的。如本文所使用的，术语“定向钻井”是指钻探井筒的过程中至少一部分井不是竖直的。钻杆的方向可以从直线竖直路径转向或偏转以按所需的方向钻探井筒。在石油和天然气工业中，使用定向钻井，相比于使用常规的竖直钻井可以用于获取更多的存在于矿物地层中的天然资源。例如，钻头可以转向成水平方向而顺着地层中的水平缝，以沿着水平缝的长度释放天然资源。
[0004]为了确定钻头的位置和取向，可以使用如随钻测量(MWD)工具等工具。此类工具会提供钻探特定轨迹所需的数据。MWD工具可以使用加速度计来测量倾角并使用磁力计来确定方位角，以提供钻井进度的三维概览。来自测量工具的数据经由遥测系统被发送给地面处的操作员。可以经由与地面的连接来为这些工具提供电力，或者更常见地，通过如电池等远程电源或布置在钻井流体流中的涡轮发电机来为这些工具提供电力。
[0005]可以通过多种方法来实现定向钻井。最常见的方法是使用“弯接头”以及容积式马达或泥浆马达。弯接头是一段短管，其两端具有螺纹连接部以连接至钻杆。下连接部的轴线与上连接部的轴线在角度上略微偏移(小于3度)。弯接头在靠近钻杆的下游端被引入钻杆中，与钻头相距距离小，从而使其下方的钻杆角度倾斜并且还使钻头的轴线倾斜。因此，由于角度偏移，无法通过旋转钻杆而旋转钻头。替代地，在弯接头与钻头之间布置容积式马达。在一些情况下，弯接头与容积式马达成一体。容积式马达具有连接至钻头的驱动轴，并通过使钻井流体通过容积式马达来产生转矩。通过将钻井流体沿着钻杆向下泵送并使之通过容积式马达，钻头可以旋转，从而可以钻探出偏转的井筒区域。然而，一旦井筒的方向已经改变，为了继续沿直线钻井，必须将弯接头从钻杆移除，这需要将整个钻杆从井筒中拉出。这样既耗时又昂贵。
[0006]定向钻井的另一种方法是使用可转向的钻井系统。在一种类型的可转向的钻井系统中，弯接头被放置得非常靠近钻头，使得与常规的弯接头组件相比，倾斜角更接近钻头，因此钻头的偏移小得多。因此，也可以通过从地面旋转整个钻杆而旋转钻头。因此，可以通过将钻井流体泵送至钻头并使用容积式马达驱动钻头来使可转向的钻井系统沿弯接头的方向转向。为了沿直线钻井，可以通过使钻杆旋转并同时将钻井流体泵送至钻头来使钻头
旋转。虽然这将会致使钻头因其偏移倾斜相对较小而四处扫动，但是通过旋转整个组件，倾斜角对钻头的任何影响将在所有方向上被消除或平均，使得整体钻井方向是沿直线的。然而，使钻头以此方式扫动可能导致钻头磨损增加。
[0007]由于可转向的钻井系统允许在使钻杆旋转的同时改变方向，因此可以实现更高的穿透率和更平滑的井筒。其他类型的可转向的钻井系统可以使用不同方法沿期望的方向引导钻头，例如通过使用可致动的推力垫来沿侧向方向推动钻头。然而，这样的系统也可能导致钻头和其他钻井部件的磨损增加。此外，对如容积式马达等附加部件的需要增加了这样的系统的复杂度和成本，而且增加了部件故障的可能性。
[0008]一些其他类型的可转向的钻井系统可以使用钻头液压装置通过控制钻井流体离开钻头的流量和方向来获得转向力，而非从远程转向单元向地层传递机械力。迄今为止，已知的、会这样做的系统和方法在钻头上使用专门适配的喷嘴来获得定向钻井效果。然而，这需要对常规的钻头进行大量改动，而且通常需要使用旋转密封件或阀，这增加了系统的复杂度并且使得系统更容易受到在钻井操作期间所经受的极端操作条件的影响。特别地，已知的系统还非常容易受到在钻井期间所经受的剧烈振动和轴向载荷的影响，并且准确控制流体流动方向被证明是具有挑战性的。此类系统通常需要向钻杆添加额外的管道区域来容纳流量控制部件，这会增加钻杆的长度。这使得系统更容易受到在钻杆的方向改变时产生的弯曲载荷的影响。
[0009]本公开考虑到了已知的旋转定向钻井系统的前述问题。
[0010]根据本公开的示例，提供了一种用于旋转定向钻井系统的钻头的夹头。该夹头包括夹头壳体，该夹头壳体具有入口端和出口端，该入口端用于接收来自钻杆的钻井流体，钻井流体可以在该出口端处离开夹头壳体。该夹头进一步包括分流器，该分流器被配置成在钻井流体离开夹头壳体时选择性地控制钻井流体的流动方向。
[0011]本公开的示例包括一种用于旋转定向钻井系统的钻头的夹头，该夹头包括：夹头壳体，该夹头壳体具有入口端和出口端，该入口端用于接收来自钻杆的钻井流体，钻井流体可以在该出口端处离开夹头壳体；以及分流器；其中，该分流器可相对于夹头壳体移动以在钻井流体离开夹头壳体时选择性地控制钻井流体的流动方向；其中，夹头适于被接纳在钻头的内部空间内。
[0012]本公开的示例包括一种用于旋转定向钻井系统的钻头的夹头，该夹头包括：夹头壳体，该夹头壳体具有入口端和出口端，该入口端用于接收来自钻杆的钻井流体，钻井流体可以在该出口端处离开夹头壳体；分流器，该分流器被配置成在钻井流体离开夹头壳体时选择性地控制钻井流体的流动方向；以及轴承组件，该轴承组件用于支撑分流器；其中，轴承组件包括位于夹头壳体的出口端处的至少一个轴承。
[0013]本公开的示例包括一种用于旋转定向钻井系统的钻头的夹头，该夹头包括：夹头壳体，该夹头壳体具有入口端和出口端，该入口端用于接收来自钻杆的钻井流体，钻井流体可以在该出口端处离开夹头壳体；分流器，该分流器被配置成在钻井流体离开夹头壳体时选择性地控制钻井流体的流动方向；以及轴承组件，该轴承组件用于支撑分流器；其中，轴承组件包括位于夹头壳体内的至少一个轴承。
[0014]夹头壳体的入口端可以包括用于接收来自钻杆的钻井流体的入口。入口可以是夹头壳体上的开口。入口可以是夹头壳体的唯一入口。入口可以被配置成接收至少50体积％
的、流入钻头中的钻井流体。入口可以被配置成接收至少80体积％的、进入钻头中的钻井流体。入口可以被配置成接收所有进入钻头中的钻井流体。
[0015]夹头壳体的出口端可以包括出口，通过夹头的钻井流体可以在该出口处离开夹头壳体。出口可以是夹头壳体上的开口。出口可以是夹头壳体的唯一出本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于旋转定向钻井系统的钻头的夹头，所述夹头包括：夹头壳体，所述夹头壳体具有入口端和出口端，所述入口端用于接收来自钻杆的钻井流体，钻井流体能够在所述出口端离开所述夹头壳体；分流器，所述分流器被配置成在所述钻井流体离开所述夹头壳体时选择性地控制所述钻井流体的流动方向；以及轴承组件，所述轴承组件用于支撑所述分流器；其中，所述轴承组件包括至少一个轴承，所述至少一个轴承位于所述夹头壳体的出口端。2.一种用于旋转定向钻井系统的钻头的夹头，所述夹头包括：夹头壳体，所述夹头壳体具有入口端和出口端，所述入口端包括入口，所述入口用于接收来自钻杆的钻井流体，所述出口端包括出口，所述钻井流体能够在所述出口离开所述夹头壳体；分流器，所述分流器被配置成在所述钻井流体离开所述夹头壳体时选择性地控制所述钻井流体的流动方向；以及轴承组件，所述轴承组件用于支撑所述分流器；其中，所述轴承组件包括至少一个轴承，所述至少一个轴承位于所述夹头壳体内、并且定位在所述夹头壳体的入口与所述分流器之间。3.根据权利要求1或权利要求2所述的夹头，其中，所述轴承组件包括第一推力轴承，所述第一推力轴承位于所述夹头壳体的出口端。4.根据权利要求3所述的夹头，其中，所述第一推力轴承是锥形轴承。5.根据权利要求4所述的夹头，其中，所述第一推力轴承被配置成围绕所述夹头的中心纵向轴线旋转。6.根据权利要求2至5中任一项所述的夹头，其中，所述轴承组件包括第二推力轴承，所述第二推力轴承位于所述夹头壳体内。7.根据权利要求6所述的夹头，其中，所述第二推力轴承包括偏置构件，所述偏置构件用于在轴向方向偏置所述分流器的位置。8.根据权利要求2至7中任一项所述的夹头，其中，所述轴承组件包括径向轴承，所述径向轴承位于所述夹头壳体内。9.根据权利要求8所述的夹头，其中，所述径向轴承包括间隔构件以及两个接触构件，所述两个接触构件布置在所述间隔构件的两端处；并且其中，所述接触构件接触所述夹头的主轴。10.根据权利要求9所述的夹头，其中，所述接触构件由碳化钨和/或多晶金刚石制成。11.根据任一前述权利要求所述的夹头，其中，所述分流器可旋转地安装在所述夹头壳体内。12.根据权利要求9至11中任一项所述的夹头，其中，所述分流器安装在所述主轴...

【专利技术属性】
技术研发人员：D，
申请(专利权)人：ENTEQ科技有限公司，
类型：发明
国别省市：