本发明专利技术公开了一种用于以液压的方式控制钻头或包括钻头的底部钻具组合的方向的方法，所述底部钻具组合包括侧向孔口，所述侧向孔口可以被选择性地打开和闭合，以使钻井液的一部分从钻柱流出进入到侧向孔口与侧向井壁或井孔内壁之间的窄间隙内，从而产生侧向液压力，由此在与通过侧向孔口的流体流相反的方向上推动钻头或底部钻具组合。用于完成这种液压导向的设备可以使孔口的末端移动靠近井壁，从而增加所产生的侧向液压动力。此方法还可以适于推进钻头井眼推力块以最小化所述推力块与井眼的接触，同时增加由所述推力块和井眼的接合获得的侧向力。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种定向旋转钻井方法和设备，具体地，本专利技术涉及一种用于通过选 择性地调节流动通过邻近钻头主体的孔口的一部分钻井液以施加侧向液压力并利用机械 导向件最小化与井眼的接触而使钻头沿期望的轨迹移动的方法和设备。
技术介绍
申请人:已知的所有方法使用与井眼进行机械接触的一些方式以实现对钻具期望 的导向，或者当在面向钻头方法的情况下，通过偏移钻头轴线相对于钻具的其余部分的角 度来实现所述导向。因为通常需要可选设计的要求，因此使流体流动通过变化的流动几何 形态(孔口、弯管、窄通道、管道等)所需的通常作为压力损失而被描述的流体压力通常被 认为对变化的流动条件具有副作用。在所述方法和设备中使用相同变化的流体流动条件， 以在钻具两侧之间产生压差并从而在钻具上获得可用于沿给定方向对工具进行导向的期 望的侧向力。已经试图使用不同于本专利技术的并且不旨在使用钻具周围的液压差用于沿优选 的方向对工具进行导向的变化的定向流体流。参见作为这种类型的流体引导系统的示例的 美国专利No. 4，836，301，该专利使用面向钻头导向方法和系统使用钻具内的变化方向的钻 井液流以生成液压力，从而沿给定方向倾斜钻头轴线。
技术实现思路
本专利技术描述了一种用于对钻头进行液压导向的方法，所述方法提供以下步骤设 定与提供钻头的底部钻具组合的纵向轴线的倾斜方向；以及打开在所选择的层段处的一个 或多个侧向孔口以使来自钻头的钻井液转向，从而在与倾斜方向相反方向上提供用于使钻 头朝向设定的方向向前前进所需的发动液压力(motive hydraulic force)。所述方法还可 以包括以下步骤调节孔口的远侧末端与万向节套筒之间的间隙，以增加可被施加以使底 部钻具组合沿相反的方向移动的力。此方法还可以提供以下步骤确定用于以当前在定向钻井方案中所用的方式使钻 头向前前进以及将来自孔口的钻井液流朝向井眼的侧向壁移动的方向。在使用面向钻头定向钻井设备的情况下，此方法可以包括以下步骤确定用于钻 头的向前前进以及将来自孔口的钻井液流引导到连接到钻头的万向节套筒以使钻头沿设 定的方向移动的方向。因为由通过侧向孔口的钻井液流施加的侧向液压力是从孔口的远侧 末端到相对的井壁的距离的函数，因此此方法还可以提供以下步骤调节孔口的远侧末端 与井壁之间的间隙以增加可被施加以使底部钻具组合沿相反的方向移动的液压力，或者使 钻井液的一部分转向通过旋转导向钻头系统的侧向推力块以将附加力引导在侧向井壁上。用于实施本专利技术的方法的定向钻井底部钻具组合是底部钻具组合，所述底部钻具 组合具有绕所述底部钻具组合沿圆周方向间隔开的一个或多个侧向孔口、和启动阀，所述 启动阀用于选择性地打开和闭合所述侧向孔口以在所述定向钻井底部钻具组合上提供侧 向液压力。定向钻井底部钻具组合还可以提供在底部钻具组合中的钻头和用于感测和控制通过侧向孔口的钻井液流的控制单元，所述钻头和控制单元控制钻井时组件的移动。这可 以从地面由数据的采集和传输或使用自动导向技术以根据传感器输入控制方向来进行控 制。定向钻井底部钻具组合可以整体地位于邻近钻井马达定位的控制单元中。可选 地，定向钻井底部钻具组合可以通过在每一个控制推力块中设置孔口以选择性地并且侧向 强制使钻井液抵靠井眼移动从而最小化推力块的磨损以获得定向控制而适于标准推进钻 头钻井钻具组合。另外，所述方法还可以包括以下步骤使钻井液的一部分转向通过旋转导向钻头 系统的侧向推力块以将附加力引导在侧向井壁上，或者使钻井液的一部分转向通过一个或 多个侧向孔口以引导钻头和整个钻井BHA沿钻井BHA的纵向轴线直线向前。此方法还可以 通过使用控制模块/单元测量和处理BHA的方向、方位和钻井参数，并且使用所述信息控制 侧向孔口的打开和闭合以获得期望的钻井方向来完成。本专利技术还包括定向钻井底部钻具组合，所述定向钻井底部钻具组合包括底部钻 具组合；一个或多个侧向孔口，所述一个或多个侧向孔口绕所述底部钻具组合沿圆周方向 间隔开；和启动阀，所述启动阀选择性地打开和闭合所述侧向孔口以在所述定向钻井底部 钻具组合上提供侧向液压力。此实施例还可以实施为底部钻具组合中包括钻头和控制单 元，或底部钻具组合包括邻近钻井马达定位的控制单元，或侧向孔口位于钻头主体内。此实施例的设备还可以提供侧向孔口，所述侧向孔口位于钻头组件的井径规部分 内、或位于钻头与控制单元之间单独的BHA部分内、或位于为控制单元的整体部分的部分 内。另外，此设备可以提供在连接到面向钻头钻井钻具组合中的钻头的万向节套筒的内部 从而允许液压使套筒沿期望的方向移动的侧向孔口。定向钻井底部钻具组合可以实施为 底部钻具组合包括推进钻头钻井钻具组合且侧向孔口位于控制推力块内，或底部钻具组合 包括用于调节侧向孔口的远侧末端与井壁或万向节套筒之间的间隙以增加能够被施加以 使所述底部钻具组合沿相反的方向移动的力的机构。本专利技术的定向底部钻具组合设备还可以设置提供用于使钻井液的一部分转向通 过侧向孔口以引导钻头和整个钻井BHA沿钻井BHA的纵向轴线直线向前的机构的底部钻具 组合。最后，本专利技术的底部钻具组合可以包括用于测量和处理BHA的方向、方位和钻井参数 的控制模块/单元并且使用所述信息控制所述侧向孔口的打开和闭合以获得期望的钻井 方向。提出的钻具导向方法和设备的可能益处/优点如下·更加简单的工具设计-消除当前用于获得对钻井工具进行导向的推进钻头力所 需的诸如夹板组件、抛掷器、推力块、活塞、环形孔、表面硬化、螺母和螺栓及其它部件的多 个部件、组件以及制造过程。·由于流体仅接触磨蚀井眼，因此可消除或最小化外偏置或导向单元部件的磨损。·因为用于产生侧向液压力的流体将吸收许多冲击载荷从而增加BHA可靠性，因 此显著减小钻井底部钻具组合(BHA)上的冲击载荷。·因为更少的部件以及制造过程，因此使得新偏置或导向单元的成本相当低。·因为没有偏置或导向单元部件与井眼接触(没有当前需要被定期更换的夹板组 件、抛掷器、推力块、活塞、环形孔、螺母和螺栓等等)，因此维修与保养的数量级降低。·平滑的井眼-没有推力块刮井眼。·更快的钻进速度并且钻井时间减少-因为偏置或导向单元与井眼没有进行机械 接触从而在对BHA进行导向时没有损耗扭矩，因此更多的扭矩可用于进行钻井。·提高了钻井操作的可靠性-更少的部件，以及在BHA外部移动部件，在井中部件 中没有损耗等。·因为用于进行导向的侧向力仅被分布为压力并且分布在更大的井眼区域上，因 此可提高通过更软地层进行导向。·由于消除弹性体部件，因此提高了在更高温度下进行操作的可能性。可通过将液压力施加到工具的一侧来实现对钻具的导向，从而实现沿相对侧方向 对工具进行导向。钻井液(泥浆)的一部分被转向通过多个侧向孔口并且通过工具导向部 分与井眼之间的窄间隙。每次仅打开在工具一侧的孔口，以在工具-井眼环空中提供所述 工具一侧与工具的相对侧之间的压差，从而在工具上产生侧向液压力，所述侧向液压力沿 相对侧向方向对工具进行导向。压差主要通过将一定量(流量)的钻井液推动通过工具与 井眼之间的紧密间隙所需的压力来获得。推动流体通过窄工具-井眼间隙所需的压力由钻 具的内部与外部之间的压差来提供。新方法需要控制钻井泥浆的一部分流动通过导向系统 并通过窄的环形间隙流出本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种用于对钻头进行液压导向的方法，包括以下步骤：设定与提供所述钻头的底部钻具组合的纵向轴线的倾斜方向；以及打开在所选择的层段处的一个或多个侧向孔口，以使来自所述钻头的钻井液转向，从而沿与所述倾斜方向相反的倾斜方向提供使所述钻头朝向设定的方向向前前进所需的发动液压力。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2007.11.27 US 11/945,3831.一种用于对钻头进行液压导向的方法，包括以下步骤设定与提供所述钻头的底部钻具组合的纵向轴线的倾斜方向；以及 打开在所选择的层段处的一个或多个侧向孔口，以使来自所述钻头的钻井液转向，从 而沿与所述倾斜方向相反的倾斜方向提供使所述钻头朝向设定的方向向前前进所需的发 动液压力。2.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤确定用于使钻头向前前进以及将来自所述孔口的钻井液流朝向井眼的侧向壁引导的 方向。3.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤确定用于使钻头向前前进以及将来自所述孔口的钻井液流引导到连接到钻头的万向 节套筒以使所述钻头沿设定的方向移动的方向。4.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤调节所述孔口的远侧末端与井壁之间的间隙，以增加能够施加以使所述底部钻具组合 沿相反的方向移动的力。5.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤调节所述孔口的远侧末端与万向节套筒之间的间隙，以增加能够施加以使所述底部钻 具组合沿相反的方向移动的力。6.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤使钻井液的一部分转向通过旋转导向钻头系统的侧向推力块，以将附加力引导在侧向井壁上。7.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤将钻井液的一部分转向通过一个或多个侧向孔口，以引导所述钻头和整个钻井BHA沿 所述钻井BHA的纵向轴线直线向前。8.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤使用控制模块/单元测量和处理所述BHA的方向、方位和钻井参数，并且使用所述信息 控制所述侧向孔口的打开和闭合，以获得期望的钻井方向。9.一种定向钻井底部钻具组合，包括 底部钻具组合；一个或多个侧向孔口，所述一个或多个侧向孔口绕底部钻具组合沿圆周方向间隔开；和启动阀，...
【专利技术属性】
技术研发人员：雷德弗恩·罗勒维克，
申请(专利权)人：普拉德研究及开发股份有限公司，
类型：发明
国别省市：VG
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