專(zhuān)利名稱(chēng)：擺動(dòng)鉆柱的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于擺動(dòng)鉆柱的方法，涉及一種定向鉆井的方法，涉及一種完成所述擺動(dòng)方法的裝置，以及涉及一種包括所述裝置的鉆工房。
背景技術(shù)：
在定向鉆井中，目標(biāo)地層可同井的地面位置橫向相距幾千英尺，所述井需要穿透一定深度并還要橫向穿過(guò)土層、巖石和地層。鉆頭通過(guò)鉆頭附近的井下泥漿馬達(dá)旋轉(zhuǎn)。
在定向鉆井中，非常長(zhǎng)的鉆柱與井眼摩擦接觸并受到井眼的支承。由于鉆柱不旋轉(zhuǎn)，因而克服摩擦力是困難的?？朔Σ亮Υ嬖诘膯?wèn)題使得鉆工難于向鉆頭施加獲得最優(yōu)鉆速所需的足夠鉆壓。由于鉆柱展現(xiàn)出粘滯/滑動(dòng)摩擦力，因此，當(dāng)施加足夠鉆壓以克服所述摩擦力時(shí)，所述鉆壓易于超過(guò)最優(yōu)幅度。
泥漿馬達(dá)在鉆柱上產(chǎn)生反扭矩。在一些環(huán)境中，所述反扭矩會(huì)通過(guò)鉆柱從鉆頭傳遞到地面，如果井眼是直井眼，其可被鉆柱與井眼之間的摩擦力所吸收。在其它環(huán)境中(如水平部分或非垂直部分較短)，一些或全部反扭矩可到達(dá)地面。因此，在鉆井期間，地面可能具有或可能不具有反扭矩。這種反扭矩的存在或不存在能夠使克服鉆柱與井眼之間的摩擦力變得復(fù)雜。
定向鉆井的一種挑戰(zhàn)是在鉆柱持續(xù)穿過(guò)地層時(shí)，防止鉆柱的水平部分與周?chē)膸r石地層膠粘在一起和防止滑動(dòng)摩擦力降低。為此，
希望使鉆柱的大部分水平部分盡可能快的移動(dòng)，而不影響或改變鉆頭端面方位。在不移動(dòng)鉆頭的情況下，使鉆柱旋轉(zhuǎn)改變方向的過(guò)程在本領(lǐng)域稱(chēng)為"擺狗腿(wagging the dog )，，。
5在一種現(xiàn)有的方法中，通過(guò)在第一角度與第二角度之間前后搖擺 鉆柱，可減少鉆柱與井眼之間的摩擦接合。通過(guò)搖擺鉆柱，粘滯/滑動(dòng) 摩擦力被降低，因此，鉆工更易于控制施加到鉆頭上的鉆壓并作出合 適的面角矯正。在另一現(xiàn)有方法中，馬達(dá)軸以固定的速度在每一方向 上旋轉(zhuǎn)一特定時(shí)間，有效地是，旋轉(zhuǎn)所述軸一固定距離。然而，所述 兩種方法的一個(gè)問(wèn)題是，當(dāng)所述鉆柱變得更長(zhǎng)時(shí)，精確地確定移動(dòng)旋 轉(zhuǎn)鉆柱(而不是鉆頭)所需得轉(zhuǎn)數(shù)(類(lèi)似地是固定的速度和時(shí)間)變 得逐漸困難。
另一種現(xiàn)有的方法通過(guò)在第一與第二扭矩幅度之間前后搖擺鉆 柱，降低了鉆柱與井眼之間的摩擦力。井下鉆井馬達(dá)通過(guò)鉆柱連接到 地面。鉆井馬達(dá)定位在選擇出的工具面角上。鉆柱在第一方向上在地 面位置旋轉(zhuǎn)，直到到達(dá)第一扭矩幅度位置，而不會(huì)改變工具面角。之 后，使所述鉆柱在相反的方向上旋轉(zhuǎn)，直到到達(dá)第二扭矩幅度為止， 再次不用改變工具面角。然而，當(dāng)由泥漿馬達(dá)傳到地面的反扭矩未被 鉆柱的水平部分與井眼之間的摩擦力所吸收時(shí)，這一 方法的精度就被
大大降低了。在此情況下，地面會(huì)出現(xiàn)扭矩偏斜(torque bias),在一 種意義上，鉆柱的旋轉(zhuǎn)會(huì)得益于來(lái)自泥漿馬達(dá)的扭矩。這就會(huì)導(dǎo)致地 面會(huì)有來(lái)自鉆井馬達(dá)的穩(wěn)定的扭矩輸出，因而不會(huì)到達(dá)扭矩極限，因 而不會(huì)產(chǎn)生不想要的鉆頭再定位。另一種意義上，旋轉(zhuǎn)抵制了所述扭 矩偏斜和扭矩極限過(guò)早達(dá)到。
因此，需要提供搖擺或擺動(dòng)鉆柱的改善了方法，該方法減輕了前 述的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提供一種搖擺或擺動(dòng)鉆柱的方法，該方法包括如下 步驟
(a) 在第一方向上旋轉(zhuǎn)所述鉆柱，直到到達(dá)第一極限為止；
(b) 在第二方向上旋轉(zhuǎn)所述鉆柱，直到達(dá)到第二極限為止； 其特征在于，所述第一和第二極限基于旋轉(zhuǎn)期間所施加能量的量值。所施加的能量是由位于地面的馬達(dá)施加到鉆柱上的，或者由馬達(dá)上的鉆柱施加的。
所述方法的另外步驟由權(quán)利要求2-18進(jìn)行闡述，這里對(duì)其進(jìn)行引用。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種用于搖擺或擺動(dòng)鉆柱的裝置，所述裝置包括可連接到用于旋轉(zhuǎn)所述鉆柱的動(dòng)力裝置上的控制器，所述控制器包括存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令的存儲(chǔ)器，所述指令用于完成上述的方法步驟。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種包括上述裝置的鉆工房(driller's cabin )。所述裝置可在制造過(guò)程中被安裝在所述鉆工房?jī)?nèi)，或者被改裝在已有的鉆工房?jī)?nèi)。 一方面，鉆工房?jī)?nèi)的控制器(如計(jì)算機(jī))可具有安裝好的軟件(例如通過(guò)衛(wèi)星線(xiàn)路從遠(yuǎn)處安裝，或者現(xiàn)場(chǎng)安裝)，以便使其能夠控制并完成本發(fā)明所述的功能。
在特定方面，本發(fā)明公開(kāi)了有效地移動(dòng)鉆頭并使其有效地穿過(guò)地層的系統(tǒng)和方法，同時(shí)本發(fā)明的所述系統(tǒng)和方法抑制或防止了鉆柱膠粘在地層上，并在鉆井期間使鉆頭保持了所需的鉆頭端面方位。在特定方面，所述系統(tǒng)和方法降低了鉆柱相對(duì)于地層的滑動(dòng)摩擦力。
在特定方面，本發(fā)明公開(kāi)了一種擺動(dòng)鉆柱的方法，鉆柱伸入地層中，所述鉆柱具有位于其底端的鉆頭，鉆柱連接到旋轉(zhuǎn)所述鉆柱的動(dòng)力裝置(例如旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)、動(dòng)力水龍頭、頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng))，動(dòng)力裝置具有與旋轉(zhuǎn)所述鉆柱相關(guān)的功率輸出，所述方法包括確定第一量值的能量和第二量值的能量(二者為不同或相同的量值)，所述確定基于動(dòng)力裝置的功率輸出；在第一旋轉(zhuǎn)方向上向鉆柱施加第一量值的能量；在第二旋轉(zhuǎn)方向上向鉆柱施加第二量值的能量，第二旋轉(zhuǎn)方向相反于第
一旋轉(zhuǎn)方向；并且所施加的第一量值的能量和第二量值的能量都不會(huì)使鉆頭移動(dòng)。
在本發(fā)明的特定實(shí)施例中，提供了一種移動(dòng)鉆柱、尤其是鉆柱的非豎直部分的系統(tǒng)，通過(guò)利用頂部驅(qū)動(dòng)馬達(dá)、利用轉(zhuǎn)盤(pán)、或者利用動(dòng)力水龍頭(swivel)，向鉆柱傳遞特定所需量值的能量，從而在第一方向上旋轉(zhuǎn)鉆柱，然后向所述鉆柱傳遞特定所需量值的能量，以便使鉆 柱在相反的第二方向上旋轉(zhuǎn)，從而降低了鉆柱的滑動(dòng)摩擦力和鉆柱與 地層的膠粘。根據(jù)需要，重復(fù)在一個(gè)方向然后在另一方向上連續(xù)擺動(dòng)。 在特定方面，本發(fā)明公開(kāi)了 一種用于使鉆柱周期性旋轉(zhuǎn)的系統(tǒng)，
所述鉆柱具有位于鉆柱底端的鉆頭，所述系統(tǒng)包括用于旋轉(zhuǎn)鉆柱和 鉆頭的動(dòng)力裝置，該鉆頭連接到鉆柱的一端，所述鉆柱位于井眼中， 所述井眼從地面延伸入地層中，所述鉆頭位于地面以下的某一位置； 與動(dòng)力裝置聯(lián)通的控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)控制動(dòng)力裝置，以通過(guò)向鉆柱 施加第一量值的能量，使鉆柱在第一旋轉(zhuǎn)方向上旋轉(zhuǎn)，然后向鉆柱施 加第二量值的能量，使鉆柱在第二旋轉(zhuǎn)方向上旋轉(zhuǎn)；施加到鉆柱上所 述量值的能量不會(huì)使鉆頭移動(dòng)。


為了更好的理解本發(fā)明，現(xiàn)在可以參看僅作為示例的附圖，其中 圖1為包括本發(fā)明裝置的鉆機(jī)的示意性側(cè)視圖，部分地為剖面圖； 圖2為本發(fā)明裝置和圖1所示鉆機(jī)的示意性方框圖； 圖3為圖2所示裝置的操作流程圖；和
圖4為用于操作圖l和圖2所示控制裝置的操作觸摸屏的示意性 正視圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在參看圖1,鉆機(jī)111被示意性地示為陸用鉆機(jī)，但是，其它 鉆機(jī)(如海上鉆機(jī)、自升式鉆探平臺(tái)、半潛式裝置、鉆井船等)也在 本發(fā)明的范圍之內(nèi)。結(jié)合操作界面(如界面20)、下述的控制系統(tǒng)60 來(lái)控制鉆機(jī)的特定操作。鉆機(jī)111包括井架113，井架113支撐在鉆臺(tái) 115上方的基面上。鉆機(jī)111包括提升傳動(dòng)裝置，該提升傳動(dòng)裝置包 括天車(chē)117和游動(dòng)滑車(chē)119,所述天車(chē)117安裝在井架113上。天車(chē) 117和游動(dòng)滑車(chē)119通過(guò)由絞車(chē)123驅(qū)動(dòng)的纜線(xiàn)121而互相連接，以 便控制游動(dòng)滑車(chē)119的上下運(yùn)動(dòng)。游動(dòng)滑車(chē)119承載著大鉤125，頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)127懸掛在所述大鉤127上，所述頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)127包才舌變頻驅(qū)動(dòng)控制器126、馬達(dá)(或多個(gè)馬達(dá))124和驅(qū)動(dòng)軸129。頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)127旋轉(zhuǎn)鉆柱131，驅(qū)動(dòng)軸129在井眼133內(nèi)連接到所述鉆柱131上。操作頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)127，以便使鉆柱131在任一方向上旋轉(zhuǎn)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，鉆柱131通過(guò)儀表化接頭139耦聯(lián)到頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)127上，所述儀表化接頭139包括提供信息(如鉆柱扭矩信息)的傳感器。
鉆柱131可為任意類(lèi)型的鉆柱，并且， 一方面包括多根相互連接的鉆桿135、底部鉆具組件(BHA) 137，該底部鉆具組件137包括穩(wěn)定器、鉆鋌、和/或裝置或設(shè)備， 一方面，包括一套隨鉆測(cè)量(MWD)儀器，該儀器包括導(dǎo)向工具151，其用于提供鉆頭端面角信息。優(yōu)選地是，彎接頭141與井下或泥漿馬達(dá)142和鉆頭156—同使用，所述彎接頭141連接到BHA137上。眾所周知，鉆頭156的端面角在鉆井期間在方位角和傾角方面受到控制。
鉆井液由泥漿泵143通過(guò)泥漿軟管145輸送到鉆柱131。旋轉(zhuǎn)鉆井期間，鉆柱131由頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)127驅(qū)動(dòng)而在井眼133內(nèi)旋轉(zhuǎn)，一方面，所述頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)127滑動(dòng)地安裝在平行且豎向延伸的軌道(未示出)上，以便當(dāng)將扭矩施加到鉆柱131上時(shí)抵抗旋轉(zhuǎn)。在滑動(dòng)鉆井期間，鉆柱131由頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)127保持在合適位置，而鉆頭156由泥漿馬達(dá)142驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，所述泥漿馬達(dá)142由泥漿泵143供給鉆井液。鉆工可操作頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)127來(lái)改變鉆頭156的端面角。
盡管圖中示出的是頂部驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)，但是，對(duì)于本發(fā)明來(lái)說(shuō)，與利用轉(zhuǎn)盤(pán)和方鉆桿向鉆柱施加扭矩的系統(tǒng)結(jié)合使用同樣在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
由于鉆頭鉆入地層而產(chǎn)生的巖屑由鉆井泥漿攜帶出井眼133，所述鉆井泥漿是由泥漿泵143供給的。
如圖2所示，本發(fā)明的系統(tǒng)10具有操作界面20，例如但不限于鉆工控制臺(tái)和/或一個(gè)、兩個(gè)、三個(gè)或更多個(gè)觸摸屏，和/或操縱手柄、滑動(dòng)器或旋鈕，所述旋鈕具有用于旋轉(zhuǎn)頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)40 (類(lèi)似于圖1中的系統(tǒng)127)主軸41的編碼器30。可調(diào)編碼器30具有可調(diào)裝置31(如可旋轉(zhuǎn)旋鈕或可移動(dòng)滑動(dòng)器)，當(dāng)可調(diào)裝置通過(guò)鉆工或其它人員移動(dòng)或旋轉(zhuǎn)時(shí)，其使頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)40的主軸41(類(lèi)似于圖1中的軸129)產(chǎn)生相應(yīng)的移動(dòng)，因而使鉆柱和附連的鉆頭(如圖l所示)也產(chǎn)生相應(yīng)的移動(dòng)。
控制系統(tǒng)60的可編程介質(zhì)內(nèi)的控制軟件50控制主軸41相應(yīng)于可調(diào)裝置31 (例如位于鉆工控制臺(tái)處)的移動(dòng)而移動(dòng)，以便主軸41不會(huì)移動(dòng)過(guò)快，從而使所述主軸41和鉆柱62(類(lèi)似于圖1中的鉆柱131)以及連接到所述鉆柱上的鉆頭70以平穩(wěn)降低的方式移動(dòng)，直到達(dá)到移動(dòng)終點(diǎn)為止，所述可編程介質(zhì)例如為但不限于一個(gè)、兩個(gè)、三個(gè)或更多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)或遙控計(jì)算機(jī)、可編程控制器(PLC's )、單板計(jì)算機(jī)、CPU、有限態(tài)機(jī)器、微控制器。"現(xiàn)場(chǎng)"可包括，例如但不限于，鉆工房和/或控制室或鉆機(jī)附近的建筑物。
頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)40的馬達(dá)42使主軸41 (其連接到鉆柱62上)和其端部的鉆頭70旋轉(zhuǎn)。VFD控制器80(類(lèi)似于圖1中的控制器126)控制著所述馬達(dá)42。位置編碼器43(位于頂部驅(qū)動(dòng)馬達(dá)附近)向所述VFD控制器80和控制系統(tǒng)60發(fā)送主軸41實(shí)際位置的信號(hào)指示，在所述控制系統(tǒng)內(nèi)，所述信號(hào)指示為用于控制軟件50的輸入值。
由操作界面20，預(yù)選擇的主軸速度極限值("速度極限")、主軸扭矩極限值("扭矩極限")和預(yù)期的鉆頭位置或"位置設(shè)定點(diǎn)"被輸入到控制系統(tǒng)的控制軟件50中?？刂葡到y(tǒng)60向操作界面20提供狀態(tài)數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)包括速度、扭矩、軸方位和裝置31的位置。
控制軟件50向VFD控制器80發(fā)送指令，所述指令包括速度指令和扭矩指令(扭矩極限)。VFD控制器80向控制軟件50提供反饋，包括主軸41的實(shí)際速度值和扭矩實(shí)際值(由頂部驅(qū)動(dòng)馬達(dá)施加到鉆柱上的扭矩)。
圖3示出了系統(tǒng)10的功能。
如圖3所示，控制系統(tǒng)60然后調(diào)整頂部驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的速度并控制施加到鉆柱上的扭矩，以便頂部驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的主軸停止在預(yù)期點(diǎn)。控制系統(tǒng)向控制軟件傳送實(shí)際施加到鉆柱上的扭矩值、實(shí)際速度值、鉆柱的
實(shí)際旋轉(zhuǎn)值(角度或弧度)的數(shù)據(jù)(如每秒50次)。位置編碼器43 已經(jīng)向VFD控制器提供了位置信息和速率信息?？刂栖浖?0接收來(lái) 自編碼器43和/或來(lái)自VFD控制器80的位置信息，或者可選擇地通 過(guò)由軟件50控制的直接輸入/輸出裝置(如與編碼器聯(lián)通的I/O設(shè)備) 進(jìn)行接收。VFD控制器80總是利用來(lái)自編碼器43的位置信息來(lái)控制 頂部驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的輸出，從而獲得預(yù)期的指令速度并使扭矩維持在由控 制軟件50所提供的扭矩極限內(nèi)。
利用控制界面20上的操作控制臺(tái)，操作員向VFD控制器80輸入 施加到鉆柱上的扭矩極限值("扭矩極限")和速度極限值("速度極 限")，頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)40的主軸41在該速度下旋轉(zhuǎn)。
利用速度極限、主軸的實(shí)際位置、主驅(qū)動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)的最終速度("最 終速度(last speed )")、控制系統(tǒng)60根據(jù)以前的控制迭代向VFD控 制器80指令的速度、允許的最大加速度("Max Accel")、向VFD控 制器80發(fā)出速度指令的周期(所述周期由硬件時(shí)鐘、CPU內(nèi)的時(shí)鐘、 或控制系統(tǒng)60內(nèi)的時(shí)鐘提供)，控制軟件50計(jì)算速度指令("Speed Command")，該速度指令被發(fā)送給VFD控制器80，接著VFD控制 器80又控制主軸41的旋轉(zhuǎn)，以便使鉆柱以預(yù)期的速度旋轉(zhuǎn)。為了重 新定位鉆頭，期望鉆頭以既不超過(guò)也不低于預(yù)期位置(方位)的速度 旋轉(zhuǎn)，這通過(guò)盡可能快地旋轉(zhuǎn)而獲得；但是，隨著鉆頭接近所述預(yù)期 位置，為了不出現(xiàn)超過(guò)預(yù)期位置，減速是重要的。因此，控制軟件50 計(jì)算鉆頭運(yùn)動(dòng)的整個(gè)時(shí)期的預(yù)期速度和鉆頭接近預(yù)期位置時(shí)的預(yù)期速 度變化。末了速度是當(dāng)鉆頭接近預(yù)期位置時(shí)鉆柱旋轉(zhuǎn)的計(jì)算速度。
VFD控制器80接收來(lái)自操作界面20的指令，以便VFD控制器 跟隨(相應(yīng)地執(zhí)行)可調(diào)編碼器30?？烧{(diào)編碼器30位置的變化由控 制軟件50監(jiān)控，并且計(jì)算兩個(gè)位置之間的差別，從而得出移動(dòng)編碼器 30的量值("位置誤差")。所述兩個(gè)位置之間的差別通過(guò)編碼器30所 顯示的位置減去編碼器43顯示的位置得到。在用于這一計(jì)算之前，編 碼器43的位置需要根據(jù)頂部驅(qū)動(dòng)的傳動(dòng)比進(jìn)行調(diào)整，該傳動(dòng)比為鉆井馬達(dá)的轉(zhuǎn)速與所述軸的轉(zhuǎn)速之間的比值，例如為但不限于10:1。例如， 具有10:1的傳動(dòng)比，編碼器43的移動(dòng)IO倍于編碼器30的移動(dòng)。所 述位置誤差的平方根乘以放大系數(shù)("放大")，產(chǎn)生"目標(biāo)速度"，該目 標(biāo)速度被進(jìn)一步處理，從而確定出速度極限與目標(biāo)速度之間的較小者， 并產(chǎn)生鉆柱旋轉(zhuǎn)的瞬時(shí)速度("極限速度")，從而快速而平穩(wěn)地獲得預(yù) 期鉆頭方位/位置。
從目標(biāo)速度與操作員輸入的速度極限之間的較小者中減去最終速 度，所獲得的差值除以所述周期，得到所需的軸加速度。該計(jì)算出的 加速度與加速度極限(參數(shù))之間的較小者乘以所述周期，獲得差速， 之后，該差速被增加到最終速度上，并且當(dāng)具有新的速度指令時(shí)被發(fā) 送給VFD控制器80。
圖4示出了對(duì)上述控制系統(tǒng)有用的本發(fā)明的操作員控制臺(tái)，如觸 摸屏；例如用于以沖擊模式、編碼器跟隨模式，或利用本發(fā)明的方法 擺動(dòng)("搖擺")鉆柱的"擺狗腿"模式進(jìn)行操作。但是，對(duì)于虛線(xiàn)內(nèi)觸 摸屏上由操作員控制的"按鈕"(包括標(biāo)識(shí)有"定向鉆井，，的按鈕)或區(qū) 域來(lái)說(shuō)，所述屏幕將為用于現(xiàn)有控制臺(tái)內(nèi)的屏幕，所述控制臺(tái)例如用 在可由National Oilwell Varco商業(yè)獲得的現(xiàn)有AMPHION (商標(biāo))系 統(tǒng)中。在按下"定向"按鈕之后，當(dāng)"定向鉆井"按鈕被按下時(shí)，虛線(xiàn)內(nèi) 的其它按鈕就會(huì)出現(xiàn)，操作員然后可選擇停止-"停止"-鉆柱的旋轉(zhuǎn)； 選擇在沖擊-"沖擊"-模式下移動(dòng)鉆柱(和因此移動(dòng)鉆頭)；選擇"跟 隨"模式來(lái)在相應(yīng)于控制部件的操作員移動(dòng)(如旋鈕或滑動(dòng)器)而移 動(dòng)鉆柱；或者選擇"搖擺"模式，以便擺動(dòng)部分鉆柱，從而抑制鉆柱的 膠粘?？蛇x地是，不只是可用一個(gè)"沖擊"按鈕，也可以使用兩個(gè)按鈕 --個(gè)用于順時(shí)針"沖擊"， 一個(gè)用于逆時(shí)4十"沖擊"。
定向鉆井期間，泥漿馬達(dá)提供使鉆頭156轉(zhuǎn)動(dòng)靠壓在地層上的扭 矩。泥漿馬達(dá)安裝在彎接頭141上，并且為了在預(yù)期的方向上對(duì)鉆頭 156進(jìn)行導(dǎo)向，在泥漿馬達(dá)處于作業(yè)時(shí)使彎接頭141保持在正確的方 位上是必須的。所述泥漿馬達(dá)產(chǎn)生進(jìn)入鉆柱135的反扭矩，該反扭矩 通常(但不是總是)會(huì)被鉆柱的大致水平部分與地層之間的摩擦力所吸收。這一反扭矩會(huì)使鉆頭偏離所預(yù)期的鉆井方向。這一反扭矩是否
會(huì)被摩擦力吸收取決于水平部分的長(zhǎng)度和鉆柱135與所述水平部分之 間接觸的量值。
隨著大致水平部分的變長(zhǎng)，鉆柱135增加的部分靠在地層上，從 而在它們之間產(chǎn)生顯著的靜摩擦力。雖然這一摩擦力可通過(guò)從地面推 動(dòng)鉆柱所克服，但是，之后其會(huì)變得難于準(zhǔn)確地確定鉆壓(WOB)， 并且會(huì)出現(xiàn)過(guò)量。
在不同的角度位置之間搖擺鉆柱的目的是降低推動(dòng)鉆柱時(shí)由靜摩 擦力所產(chǎn)生的影響。然而理想地是，所述搖擺不應(yīng)使鉆頭156同時(shí)旋 轉(zhuǎn)；以這種方式，所預(yù)期的鉆井方向能夠被精確地保持。換句話(huà)說(shuō)， 所述搖擺應(yīng)當(dāng)足以克服所述靜摩擦力，以便使鉆柱的一部分向下擺向 或靠近底部鉆具組件，但是不能搖擺底部鉆具組件本身。
來(lái)自MWD儀器的反饋能夠使鉆工監(jiān)控定向鉆井的進(jìn)程。通常每 3-6m左右，MWD儀器顯示鉆頭156需要重新定位。泥漿馬達(dá)將停止， 并且頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)127用于使鉆頭從地層縮回。頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)127之 后用于使鉆柱旋轉(zhuǎn)或扭繞(可能地是通過(guò)幾轉(zhuǎn))到某點(diǎn)，在該點(diǎn)，鉆 柱進(jìn)一步的旋轉(zhuǎn)會(huì)使彎接頭141旋轉(zhuǎn)預(yù)期的量，從而使鉆頭156定位。 之后，鉆柱被釋放到中性位置，并且泥漿馬達(dá)重新啟動(dòng)以繼續(xù)鉆井。 以這種方式使鉆頭重新定位顯著地降低了鉆速(ROP)。
當(dāng)在定向鉆井期間搖擺或擺動(dòng)鉆柱時(shí)具有兩種情況 (1)泥漿馬達(dá)的反扭矩完全被鉆柱吸收；或者 (2 )泥漿馬達(dá)的反扭矩僅部分被鉆柱吸收，因此需要在地面測(cè)量 反扭矩。
為了進(jìn)行"搖擺"模式，操作員首先限定參考值(起始值)，從該參 考值開(kāi)始測(cè)量施加到鉆柱上的能量。為此，按下"設(shè)定參考，，按鈕，其 使控制系統(tǒng)將存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器內(nèi)的計(jì)算出的所施加的能量歸零。通常， 所述參考值為鉆柱在任一方向上沒(méi)有扭繞地方附近的位置(即中性位 置)，盡管這不是必要的?？刂葡到y(tǒng)還存儲(chǔ)鉆柱所在的物理位置和鉆頭 所在的物理位置，這由編碼器裝置(如與上述的編碼器裝置43相類(lèi)似
13的裝置)顯示。
之后，操作員使鉆柱在第一方向上旋轉(zhuǎn)到相對(duì)于參考位置的第一
位置(利用常規(guī)的控制和常規(guī)的旋轉(zhuǎn)；以"沖擊，，模式；或以"跟隨"模 式)。這一新的第一位置可為鉆柱距參考位置幾轉(zhuǎn)(例如，6轉(zhuǎn))的位 置，并且可為剛好在某點(diǎn)之前的位置，在所述某點(diǎn)處，鉆柱進(jìn)一步的 旋轉(zhuǎn)將會(huì)使彎接頭141旋轉(zhuǎn)。因此，這一新的第一位置可根據(jù)彎接頭 按照上述方式開(kāi)始重新定位之前所需的鉆柱轉(zhuǎn)數(shù)進(jìn)行確定?？刂葡到y(tǒng) 計(jì)算機(jī)的功能是計(jì)算向鉆柱施加多少能量才能使其到達(dá)第 一位置(如 通過(guò)積分馬達(dá)124在參考位置與鉆柱135的新第一位置之間所施加的 扭矩)，這一能量量值被顯示為"目前能量"。然后，操作員按下"用作 設(shè)定點(diǎn)"按鈕，以便將"目前能量"存儲(chǔ)為能量設(shè)定點(diǎn)值(用于使鉆柱在 相反于第一方向的第二方向上旋轉(zhuǎn)的能量量值)。之后，操作員按下"搖 擺"按鈕，控制系統(tǒng)開(kāi)始使鉆柱在第二方向上的旋轉(zhuǎn)移動(dòng)回參考位置。 從參考點(diǎn)開(kāi)始，控制系統(tǒng)開(kāi)始在第二方向上移動(dòng)，并且計(jì)算施加到鉆 柱上的能量的總和，并使所述總和同設(shè)定點(diǎn)值進(jìn)行比較。當(dāng)所施加的 能量大致等于能量設(shè)定點(diǎn)值時(shí)，控制系統(tǒng)停止旋轉(zhuǎn)，并在之后再次旋 轉(zhuǎn)回參考位置。
根據(jù)使鉆頭重新定位所需的能量，這一循環(huán)以所預(yù)期的擺動(dòng)模式 重復(fù)使鉆柱來(lái)回?fù)u擺。特別是，在鉆頭156重新定位期間具有能量極 限，該極限代表了彎接頭141開(kāi)始旋轉(zhuǎn)和因此的鉆頭156重新定位所 需的能量量值。通過(guò)根據(jù)這一極限搖擺所述鉆柱，受到搖擺的鉆柱所 述部分的長(zhǎng)度可增加或最大化，因而在基本不使鉆頭同時(shí)旋轉(zhuǎn)的情況 下使靜摩擦力的影響降低或最小。能量設(shè)定點(diǎn)值可由操作員按照上述 方式進(jìn)行人工確定，或者通過(guò)測(cè)量使鉆頭剛好重新定位所需的能量自 動(dòng)確定，并在之后將能量設(shè)定點(diǎn)值設(shè)定為一定百分比(如在90%與 99%之間)的重新定位能量。
在旋轉(zhuǎn)到能量設(shè)定點(diǎn)之后，旋轉(zhuǎn)回參考位置有助于確保經(jīng)過(guò)大量 的疊代(iteration)后沒(méi)有出現(xiàn)參考值的總體偏移，例如所述偏移會(huì) 由系統(tǒng)偏差或噪聲產(chǎn)生。在上述的情況(l)中(即沒(méi)有來(lái)自地面泥漿馬達(dá)142的反扭矩)， 施加一定量值的能量來(lái)使鉆柱135在任一方向上旋轉(zhuǎn)類(lèi)似于在地面上 產(chǎn)生任一旋轉(zhuǎn)方向上的大致相同的轉(zhuǎn)數(shù)(如所測(cè)的角度或轉(zhuǎn)數(shù))的量 值。
在情況(2)中，具有來(lái)自地面泥漿馬達(dá)142的反扭矩。有效地是， 這是在一個(gè)旋轉(zhuǎn)方向上鉆柱上的扭矩偏差。因此，當(dāng)鉆井馬達(dá)124在 一個(gè)方向中的參考位置旋轉(zhuǎn)鉆柱而抵抗扭矩偏差時(shí)，能量被輸入到鉆 柱內(nèi)。然而，當(dāng)鉆井馬達(dá)124在相反方向上使鉆柱從參考位置旋轉(zhuǎn)時(shí)， 所述扭矩偏差對(duì)鉆井馬達(dá)124有益，并且能量被帶出鉆柱。在后一種 情況下，鉆井馬達(dá)124的扭矩輸出不會(huì)在旋轉(zhuǎn)期間改變。在此情況下， 當(dāng)具有充足的轉(zhuǎn)數(shù)以便克服靜摩擦力但不會(huì)使彎接頭141開(kāi)始旋轉(zhuǎn) 時(shí)，監(jiān)測(cè)鉆井馬達(dá)124的扭矩輸出不會(huì)顯示。通過(guò)使鉆柱在任一方向 上旋轉(zhuǎn)固定數(shù)量的轉(zhuǎn)數(shù)可以解決這一問(wèn)題，這是公知的。然而，由此 產(chǎn)生的問(wèn)題是鉆柱變的更長(zhǎng)，很難確切地得到克服所述靜摩擦力究竟 需要多少轉(zhuǎn)數(shù)。相反，根據(jù)輸入能量設(shè)定旋轉(zhuǎn)極限有助于同時(shí)克服這 兩個(gè)問(wèn)題，這是因?yàn)椴恍枰谖恢玫臉O限，并且無(wú)論鉆井馬達(dá)124 的扭矩輸出是否保持恒定，所述能量輸入總能被精確地測(cè)量。
一旦進(jìn)行鉆井和搖擺，MWD結(jié)果可顯示出鉆頭需要重新定位。 如上所述，通常這需要使所述鉆井和搖擺停止，以便能夠進(jìn)行重新定 位。然而，本發(fā)明能夠使重新定位在鉆井和搖擺期間進(jìn)行。圖4中的"沖 擊距離"按鈕能夠使鉆工調(diào)整為搖擺過(guò)程設(shè)定的參考位置。通過(guò)利用上 下箭頭，鉆工可設(shè)定鉆頭應(yīng)當(dāng)旋轉(zhuǎn)的角度值?？刂葡到y(tǒng)僅使存儲(chǔ)在存 儲(chǔ)器內(nèi)的參考位置增加或降低"沖擊距離，，的數(shù)值。以這種方式，由鉆 井馬達(dá)124輸入到鉆柱內(nèi)的能量根據(jù)新的參考位置進(jìn)行測(cè)量。假設(shè)能 量設(shè)定點(diǎn)值接近使彎接頭141剛好旋轉(zhuǎn)所需的能量，所述參考值的任 意調(diào)整都會(huì)使彎接頭141發(fā)生相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)和由此產(chǎn)生鉆頭156的旋轉(zhuǎn)。 在輸入"沖擊距離"之后，鉆工可監(jiān)測(cè)MWD結(jié)果，并且，如果需要可 對(duì)"沖擊距離"進(jìn)行任意進(jìn)一步的調(diào)整。
在這一重新定位過(guò)程期間，控制系統(tǒng)可監(jiān)測(cè)MWD結(jié)果，從而確認(rèn)重新定位開(kāi)始的時(shí)間，以便如果需要可調(diào)整能量設(shè)定點(diǎn)值。
為了搖擺鉆柱135,鉆井馬達(dá)124可僅僅由控制系統(tǒng)指令其從一 個(gè)位置移動(dòng)到另一個(gè)位置(后者取決于上述的輸入能量)。搖擺鉆柱 135的一種替換方式可以申請(qǐng)系列號(hào)為11/418 842的共有美國(guó)專(zhuān)利申 請(qǐng)、和申請(qǐng)?zhí)枮镻CT/GB2007/050235的相應(yīng)PCT申請(qǐng)所公開(kāi)的重新 定位鉆頭的方法為基礎(chǔ)，這里援引上述文獻(xiàn)作為參考。
傳遞給/來(lái)自鉆柱的能量可通過(guò)對(duì)一段時(shí)間內(nèi)鉆井馬達(dá)的功率輸 出進(jìn)行積分而計(jì)算出。尤其是，
功率(尸OMW )=肌
其中，w為角速度，T為扭矩；并且 能量(￡>iergjO =_f< Tdt
可選擇地是，所傳遞的能量可根據(jù)下述公示進(jìn)行計(jì)算 能量(五wergj) =tA(9
其中，A0為鉆柱角位置的變化，并且T為所述變化期間(由馬達(dá) 或鉆柱)施加的扭矩?？刂葡到y(tǒng)可以規(guī)則的時(shí)間間隔進(jìn)行這一計(jì)算(如
每一時(shí)鐘周期或過(guò)一定量的時(shí)鐘周期)，存儲(chǔ)所述結(jié)果并計(jì)算所有前述 結(jié)果的總和，以便確定正在進(jìn)行的能量總量。將這一總量與能量設(shè)定 點(diǎn)值比較，從而確定所述極限是否已經(jīng)達(dá)到。
為了允許頂部驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的速度合適地勻變，并確保在能量極限已 經(jīng)達(dá)到時(shí)其驅(qū)動(dòng)軸停止和精確地反向，計(jì)算角停止位置，并在與設(shè)定 點(diǎn)值比較之前，將花在停止上的能量添加到正在進(jìn)行的能量總量上。 為此，在其最大減速度時(shí)停止所述軸所需的角距離可由下述公示計(jì)算
其中，a^x為用于速度勻變功能的加速度極限，0為角距離(軸旋 轉(zhuǎn)量)，fi 為軸的目前角速度(和因此的鉆柱角速度)。在這一向下勻 變期間添加到鉆柱上的能量通過(guò)利用平滑的扭矩值(數(shù)字化過(guò)濾)和 使其乘以這一角距離估算出。然后，通過(guò)將傳遞到所述軸上的能量進(jìn) 行積分來(lái)確定何時(shí)開(kāi)始向下勻變速度，以及通過(guò)使所述軸的速度勻變 到零并反向確定其何時(shí)在估算出的所述極限停止能量范圍內(nèi)。
16因此，本發(fā)明在至少一個(gè)或特定實(shí)施例中提供了擺動(dòng)鉆柱的方法， 所述鉆柱伸入地層中，所述鉆柱具有在其底端的鉆頭，該鉆頭用于鉆 入地層，鉆柱連接到動(dòng)力裝置，該動(dòng)力裝置用于旋轉(zhuǎn)所述鉆柱，所述
動(dòng)力裝置具有與旋轉(zhuǎn)鉆柱相關(guān)的功率輸出，所述方法包括確定第一 量值的能量和第二量值的能量，所述確定基于動(dòng)力裝置的功率輸出； 在第一旋轉(zhuǎn)方向上將第一量值的能量施加給鉆柱；在第二旋轉(zhuǎn)方向上 將第二量值的能量施加給鉆柱，第二旋轉(zhuǎn)方向與第一旋轉(zhuǎn)方向相反； 第一量值的能量和第二量值的能量的施加都不會(huì)使鉆頭移動(dòng)。這一方 法可包括下述任意可能組合中的一種或多種所述動(dòng)力裝置為頂部驅(qū) 動(dòng)系統(tǒng)、動(dòng)力水龍頭、或者用于旋轉(zhuǎn)鉆柱的旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)；通過(guò)向鉆柱施 加一定量值的能量，連續(xù)使鉆柱在第一旋轉(zhuǎn)方向、然后在第二旋轉(zhuǎn)方 向上進(jìn)行周期擺動(dòng)，所述向鉆柱施加的一定量值的能量不會(huì)使鉆頭移 動(dòng)；所述頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有頂部驅(qū)動(dòng)軸，并且其由變頻驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)， 并且與頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和變頻驅(qū)動(dòng)裝置聯(lián)通的控制系統(tǒng)控制所述變頻驅(qū) 動(dòng)裝置，變頻驅(qū)動(dòng)裝置向控制系統(tǒng)提供反饋，該反饋涉及頂部驅(qū)動(dòng)軸 的角速度和由頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)施加到頂部驅(qū)動(dòng)軸上的扭矩，所述方法還 包括根據(jù)來(lái)自變頻驅(qū)動(dòng)裝置的反饋，控制系統(tǒng)計(jì)算由頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 傳遞給鉆柱的能量量值；其中與動(dòng)力裝置聯(lián)通并控制所述動(dòng)力裝置的 控制系統(tǒng)控制動(dòng)力裝置以旋轉(zhuǎn)鉆柱；所述控制系統(tǒng)包括具有可編程介 質(zhì)的控制裝置，所述控制裝置選自由計(jì)算機(jī)、可編程邏輯控制器、單 板計(jì)算機(jī)、中央處理器、微控制器、有限態(tài)機(jī)器所構(gòu)成的組；所述控 制系統(tǒng)與操作界面聯(lián)通，以使操作員啟動(dòng)控制系統(tǒng)計(jì)算由動(dòng)力裝置施 加到鉆柱上的能量量值，該能量量值能使鉆柱在第一旋轉(zhuǎn)方向上移動(dòng) 到第一位置，所述方法還包括啟動(dòng)計(jì)算施加到鉆柱上以使其移動(dòng)到 第一位置的能量量值，使鉆柱在第二方向上從第一位置旋轉(zhuǎn)到第二位 置，計(jì)算用于使鉆柱移動(dòng)到第二位置的能量量值，向鉆柱施加新的能 量量值，以使鉆柱在第一旋轉(zhuǎn)方向上移動(dòng)第三位置；所述鉆柱包括用 于旋轉(zhuǎn)鉆頭的泥漿馬達(dá)，所述方法還包括利用泥漿馬達(dá)旋轉(zhuǎn)鉆頭； 在施加第一量值的能量之前，確定施加到鉆柱上的能量起始參考值，
17并確定參考位置，該參考位置為向鉆柱施加第 一量值的能量之前鉆柱
的位置；計(jì)算在緊隨每一施加到鉆柱上能量量值之后施加到鉆柱上的 新的能量量值，并且根據(jù)所述新施加的能量，在相反于施加到鉆柱上 新量值能量方向的方向上，向所述鉆柱進(jìn)一步施加一定量值的能量； 當(dāng)?shù)谝涣恐档哪芰恳咽┘拥姐@柱上時(shí)，在第一旋轉(zhuǎn)方向上停止旋轉(zhuǎn)鉆 柱；在緊隨施加到所述鉆柱上的所述新量值能量之后的旋轉(zhuǎn)方向上， 停止旋轉(zhuǎn)鉆柱；所述能量量值由旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)施加；和/或所述能量量值由 動(dòng)力水龍頭施力口。
因此，本發(fā)明在至少 一個(gè)或特定實(shí)施例中提供了利用頂部驅(qū)動(dòng)系 統(tǒng)擺動(dòng)鉆柱的方法，所述鉆柱伸入地層中，所述鉆柱具有位于其底端 的鉆頭，該鉆頭用于鉆入地層中，所述方法包括在第一旋轉(zhuǎn)方向上 將第一量值的能量施加給鉆柱；在第二旋轉(zhuǎn)方向上將第二量值的能量 施加給鉆柱，第二旋轉(zhuǎn)方向與第一旋轉(zhuǎn)方向相反；第一量值的能量和 第二量值的能量都不會(huì)使鉆頭移動(dòng)；通過(guò)向鉆柱施加另外量值的能量， 使鉆柱在第一旋轉(zhuǎn)方向然后在第二旋轉(zhuǎn)方向上進(jìn)行周期性擺動(dòng)；所施 加的所述另外量值的能量不會(huì)使鉆頭移動(dòng)；所述頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有頂 部驅(qū)動(dòng)軸并由變頻驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)，并且與頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和變頻驅(qū)動(dòng)裝 置聯(lián)通的控制系統(tǒng)控制所述變頻驅(qū)動(dòng)裝置，變頻驅(qū)動(dòng)裝置向控制系統(tǒng) 提供反饋，該反饋涉及頂部驅(qū)動(dòng)軸的角速度和由頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)施加到 頂部驅(qū)動(dòng)軸上的扭矩；根據(jù)來(lái)自變頻驅(qū)動(dòng)裝置的反饋，控制系統(tǒng)計(jì)算 由頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)傳遞給鉆柱的能量的量值；所述控制系統(tǒng)包括具有可 編程介質(zhì)的控制裝置，所述控制裝置選自由計(jì)算機(jī)、可編程邏輯控制 器、單板計(jì)算機(jī)、中央處理器、微控制器、有限態(tài)機(jī)器所構(gòu)成的組。 所述方法可包括下述任意可能組合中的一種或多種在施加第一量值 的能量之前，確定施加到鉆柱上的能量起始參考值，并確定參考位置， 該參考位置為向鉆柱施加第一量值的能量之前鉆柱的位置；計(jì)算在緊 隨施加到鉆柱上每一量值的能量之后施加到鉆柱上的另外量值的能 量，并且在相反于先前施加到鉆柱上能量方向的方向上，向所述鉆柱 施加另外量值的能量；和/或在所述旋轉(zhuǎn)方向上停止旋轉(zhuǎn)鉆柱，在該旋轉(zhuǎn)方向上，鉆柱跟隨向鉆柱施加每一另外量值的能量而旋轉(zhuǎn)。
因此，本發(fā)明在至少一個(gè)或特定實(shí)施例中提供了一種用于周期性
擺動(dòng)鉆柱的系統(tǒng)，所述鉆柱具有位于鉆柱底端的鉆頭，所述系統(tǒng)包括 用于旋轉(zhuǎn)鉆柱和鉆頭的動(dòng)力裝置，所述鉆頭連接到鉆柱的一端，所述 鉆柱位于井眼中，所述井眼從地面延伸入地層，所述鉆頭位于地面以 下的某一位置；與動(dòng)力裝置聯(lián)通的控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)控制動(dòng)力裝 置，以便通過(guò)向鉆柱施加第一量值的能量使鉆柱在第一旋轉(zhuǎn)方向上旋 轉(zhuǎn)，然后通過(guò)向鉆柱施加第二量值的能量使鉆柱在第二旋轉(zhuǎn)方向上旋 轉(zhuǎn)；施加到鉆柱上的所述量值的能量不會(huì)使鉆頭移動(dòng)。
權(quán)利要求
1、一種擺動(dòng)鉆柱的方法，所述方法包括如下步驟(a)在第一方向上旋轉(zhuǎn)所述鉆柱，直到到達(dá)第一極限為止；以及(b)在第二方向上旋轉(zhuǎn)所述鉆柱，直到達(dá)到第二極限為止；其特征在于，所述第一和第二極限的基礎(chǔ)在于旋轉(zhuǎn)期間所施加能量的量值。
2、 如權(quán)利要求1所述的方法，還包括確定在所述旋轉(zhuǎn)步驟期間所 施加能量的量值，以及根據(jù)所述旋轉(zhuǎn)方向比較所述量值和所述第一或 第二極限的步驟。
3、 如權(quán)利要求2所述的方法，還包括大致連續(xù)地確定所述量值并 在旋轉(zhuǎn)所述鉆柱期間進(jìn)行比較的步驟。
4、 如權(quán)利要求2或3所述的方法，其中所述確定的步驟包括對(duì)施 加到或來(lái)自于鉆柱的扭矩相對(duì)于所述鉆柱角位置的變化進(jìn)行積分。
5、 如權(quán)利要求2， 3或4所述的方法，還包括存儲(chǔ)所述鉆柱角參 考位置的步驟，以及在所述鉆柱從所述角參考位置在任意方向上旋轉(zhuǎn) 時(shí)確定所述量值的步驟。
6、 如權(quán)利要求5所述的方法，還包括與到達(dá)所述角參考位置所需 的能量無(wú)關(guān)， 一旦所述第一或第二能量極限達(dá)到，則使所述鉆柱旋轉(zhuǎn) 返回所述角參考位置，從而抑制所述角參考位置偏移的步驟。
7、 如權(quán)利要求5或6所述的方法，還包括在擺動(dòng)所述鉆柱期間改 變所述角參考位置，從而調(diào)整所述鉆柱底端的鉆頭的方位，以便促進(jìn) 定向鉆井的步驟。
8、 如前述任一權(quán)利要求所述的方法，還包括確定使鉆柱從中性位 置旋轉(zhuǎn)到鉆頭可被重新定位的位置期間所需的能量的步驟，和確定所 述能量的所述第一和第二極限并將所述第一和第二極限存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器 內(nèi)的步驟。
9、 如權(quán)利要求8所述的方法，所述確定所述第一和第二極限的步 驟包括計(jì)算并存儲(chǔ)小于一個(gè)所述能量的摩擦力。
10、 如前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述第一和第二極限大致相同。
11、 如權(quán)利要求所述10的方法，其中所述第一和第二極限相同，并且僅一個(gè)極限被存儲(chǔ)在電子存儲(chǔ)器內(nèi)以便在任一方向進(jìn)行使用。
12、 如前述任一權(quán)利要求所述的方法，還包括在擺動(dòng)的同時(shí)進(jìn)行 鉆井的步驟。
13、 如前述任一權(quán)利要求所述的方法，用于與所述第一和第二極 限比較的所述能量的量值為輸入給所述鉆柱的量值或者由所述鉆柱輸 出的量值。
14、 如前述任一權(quán)利要求所述的方法，還包括確定停止能量的步 驟，所述停止能量被傳遞給所述鉆柱，以便使所述鉆柱從目前的角速 度停止，其中所述停止能量可被考慮以便不會(huì)超過(guò)第一和第二極限。
15、 如前述任一權(quán)利要求所述的方法，還包括利用連接到所述鉆 柱上的頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)完成所述旋轉(zhuǎn)步驟。
16、 如權(quán)利要求15所述的方法，所述頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括頂部驅(qū)動(dòng) 軸并由變頻驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，具有與所述頂部驅(qū)動(dòng)裝置和所述變頻 驅(qū)動(dòng)裝置聯(lián)通的控制系統(tǒng)，所述方法還包括所述控制系統(tǒng)接收來(lái)自 所述變頻驅(qū)動(dòng)裝置的反饋，該反饋涉及所述頂部驅(qū)動(dòng)軸的角速度和由 所述頂部驅(qū)動(dòng)裝置施加到所述頂部驅(qū)動(dòng)軸上的扭矩，所述控制系統(tǒng)根 據(jù)所述反饋計(jì)算由所述頂部驅(qū)動(dòng)裝置傳遞給所述鉆柱的能量量值。
17、 如權(quán)利要求l所述的方法，所述旋轉(zhuǎn)步驟由旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)完成。
18、 如權(quán)利要求1所述的方法，所述旋轉(zhuǎn)步驟由動(dòng)力水龍頭完成。
19、 一種定向鉆井的方法，所述方法包括如下步驟(a) 利用連接到鉆柱一端的鉆頭鉆非豎直井眼；(b) 利用權(quán)利要求l-18任一所述的方法在步驟U)期間擺動(dòng)所 述鉆柱。
20、 一種用于擺動(dòng)鉆柱的裝置，所述裝置包括能夠連接到動(dòng)力裝 置上的控制器，所述動(dòng)力裝置用于旋轉(zhuǎn)所述鉆柱，所述控制器包括存 儲(chǔ)計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令的存儲(chǔ)器，所述指令用于完成前述任一權(quán)利要求所述的方法步驟。
21、 一種包括權(quán)利要求20所述裝置的鉆工房。
全文摘要
一種擺動(dòng)鉆柱(135)的方法，所述方法包括如下步驟(a)在第一方向上旋轉(zhuǎn)所述鉆柱(135)，直到到達(dá)第一極限為止；(b)在第二方向上旋轉(zhuǎn)所述鉆柱(135)，直到達(dá)到第二極限為止；其特征在于，所述第一和第二極限的基礎(chǔ)在于旋轉(zhuǎn)期間所施加能量的量值。
文檔編號(hào)E21B3/025GK101466911SQ200780021580
公開(kāi)日2009年6月24日 申請(qǐng)日期2007年5月4日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月5日
發(fā)明者D·A·卡德利尼, K·E·赫利克 申請(qǐng)人:國(guó)民油井華高有限合伙公司