專利名稱：動(dòng)態(tài)控制鉆進(jìn)故障的鉆進(jìn)組件和系統(tǒng)及利用該鉆進(jìn)組件和系統(tǒng)進(jìn)行鉆井的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施方式涉及井底組件及其元件，其能夠檢測(cè)鉆進(jìn)參數(shù) 并動(dòng)態(tài)調(diào)整井底裝置的運(yùn)行情況以提高井底裝置的鉆頭和其他元件的 性能。本發(fā)明還涉及鉆進(jìn)的方法。
背景技術(shù)：
碳?xì)浠衔锿ㄟ^鉆井獲得，其中鉆頭連接到鉆柱上，該鉆柱從地 表進(jìn)行驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，在一些情況下，除了或代替地表驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，通過井 下馬達(dá)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)。用于鉆進(jìn)地層的鉆頭連接到稱為井底組件 (BHA)的組件，該組件可以包括例如如下元件 一個(gè)或多個(gè)鉆鋌、 穩(wěn)定器和最近采用的鉆進(jìn)馬達(dá)及用于測(cè)量不同鉆進(jìn)和地質(zhì)參數(shù)的測(cè)井 工具。BHA連接到長(zhǎng)串的帶螺紋的鉆桿部并延伸到在井底的鉆頭，當(dāng) 井鉆得更深時(shí)，需要添加隨后的鉆桿部。鉆頭、BHA和鉆桿長(zhǎng)度共同 組成稱為鉆柱的裝置。
鉆進(jìn)過程在鉆柱的每個(gè)組件上引起顯著的磨損，特別是鉆頭和 BHA。對(duì)導(dǎo)致井下元件過早失效的磨損和狀況進(jìn)行管理是減少鉆井時(shí) 間和成本的重要方面。 一些狀況，通常共同地稱作鉆進(jìn)故障，能夠?qū)?致鉆頭和BHA過早磨損和失效，這些狀況包括過度的扭矩、震動(dòng)、 鉆頭抖動(dòng)、鉆頭渦動(dòng)、滑動(dòng)粘附和現(xiàn)有技術(shù)中已知的其他狀況。例如鉆頭渦動(dòng)，其特征為鉆頭和BHA通常在與旋轉(zhuǎn)方向相反的 方向上混亂地橫向平移。渦動(dòng)將引起鉆頭和井下工具強(qiáng)烈的震動(dòng)，導(dǎo) 致鉆頭切削結(jié)構(gòu)過早失效，井下工具和鉆鋌的電動(dòng)組件、機(jī)械組件也 是這樣。渦動(dòng)可以由幾個(gè)因素引起，包括差的平衡性的鉆頭，也即該 鉆頭具有非故意產(chǎn)生的不平衡，在鉆進(jìn)過程中有橫向作用力施加在該 鉆頭上，鉆頭上的切削元件與未鉆進(jìn)的地層結(jié)合的切削深度太淺，不 足以提供足夠的作用力以穩(wěn)定鉆頭，而其他因素也為本領(lǐng)域技術(shù)人員 所知。此外，鉆頭渦動(dòng)也可以部分地由鉆頭上的切削元件太深地切削 到地層中引起，導(dǎo)致鉆頭暫時(shí)地停止旋轉(zhuǎn)或停轉(zhuǎn)。在這段時(shí)間內(nèi)，鉆 桿繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，在鉆柱內(nèi)存儲(chǔ)扭矩，直至提供到鉆頭的扭矩上升到使切 削元件猛烈地?cái)嗔训狞c(diǎn)。
其他鉆進(jìn)故障可以由鉆頭上的切削元件過深地切入地層而引起。 例如，鉆頭可能切削出比能夠從其表面和排屑槽中充分地以液力排出 的方式移除還要多的地層物質(zhì)，可能導(dǎo)致已知的鉆頭"成球"環(huán)境，其 中地層切削物阻塞了水路和鉆頭的排屑槽，或圍繞BHA的區(qū)域，鉆 桿可能會(huì)充滿碎屑，這可能引起孔塞滿、粘桿或其他重大問題。
另外，分開的問題涉及從高壓縮強(qiáng)度的地層或區(qū)域鉆進(jìn)到低強(qiáng)度 的"軟"區(qū)。當(dāng)鉆頭鉆進(jìn)軟地層而沒有改變施加到鉆頭上的作用力，或 稱為WOB時(shí)，或在WOB可以由鉆井工人改變前，鉆頭的切削元件 接合地層的深度并由此在鉆頭上產(chǎn)生的扭矩幾乎瞬間增加，并且是大 幅度地增加。突然變高的扭矩又可以引起切削元件和/或鉆頭本體本身 的損壞。在定向鉆進(jìn)中，這樣的改變可以引起定向(隨鉆測(cè)井，或 MWD，或?qū)蚬ぞ?組件的工具面定向變動(dòng)，使得定向鉆井工人更 加難以跟隨計(jì)劃的鉆頭定向路徑。這樣，可能需要定向鉆井工人從井 孔的底部升起鉆頭重新設(shè)置或重新定位工具面。此外，井下馬達(dá)(如 果采用了的話)在突然的扭矩增加中可能完全停轉(zhuǎn)。也就是說，鉆頭 可能停止旋轉(zhuǎn)，從而停止鉆進(jìn)過程，迫使從井孔底部升起鉆頭以重新 建立鉆進(jìn)流體流和馬達(dá)輸出。在鉆井中的這樣的中斷既消耗時(shí)間又十 分昂貴。類似地，從低地層壓縮強(qiáng)度的區(qū)域或地層鉆井到高壓縮強(qiáng)度的"更 硬，，的區(qū)域也引起一些問題。當(dāng)鉆頭鉆進(jìn)到更硬的地層而不改變施加的
WOB時(shí)，或在WOB能夠由鉆井工人改變之前，鉆頭的切削元件接合 地層的深度幾乎瞬時(shí)下降，并且是大幅度地下降。如果切削元件在低 的WOB下接合地層的深度達(dá)不到足夠的程度，鉆頭和BHA可能開始 渦動(dòng)，這可能損壞鉆頭、傳感器和其他BHA組件。 一旦渦動(dòng)開始， 通常唯一能做的就是從孔底升起鉆頭、停止轉(zhuǎn)動(dòng)鉆頭和鉆柱，直到所 有的旋轉(zhuǎn)停止。 一旦旋轉(zhuǎn)停止，鉆井工人可以嘗試使鉆頭和鉆柱以慢 的增速旋轉(zhuǎn)以再次開始鉆進(jìn)，隨后使鉆頭回到井孔底部，通常采用不 同的鉆進(jìn)參數(shù)，例如更高的WOB。鉆進(jìn)參數(shù)需要再次仔細(xì)地監(jiān)控， 以辨別新的鉆進(jìn)參數(shù)是否減輕或減小渦動(dòng)或者鉆頭是否再次開始渦 動(dòng)。如上所述，鉆井過程中這樣的中斷將費(fèi)時(shí)費(fèi)錢，尤其是在鉆頭或 鉆柱組件由于渦動(dòng)引起的震動(dòng)而損壞并必須更換的時(shí)候。
為減輕或最好是排除諸如上述鉆進(jìn)故障，已經(jīng)在鉆頭和工具的設(shè) 計(jì)中付出了很大的努力。這些努力獲得了不同程度的成功，無疑是有 幫助的，然而可能不夠充分，因?yàn)锽HA遇到的井下環(huán)境可能有時(shí)顯 著不同于在鉆頭和鉆柱組件設(shè)計(jì)和選擇過程中的預(yù)期。例如，鉆頭的 設(shè)計(jì)或選擇可能部分地基于在井附近遇到的地層或者地震數(shù)據(jù)。然而， 在鉆進(jìn)過程中實(shí)際在井中遇到的地質(zhì)可能具有不同的特性或者可能在 沒有最初預(yù)期到的深度處遇到。這樣，最初看起來特別合適的鉆頭或 井下工具在實(shí)際中可能不夠理想或甚至非常不適于實(shí)際應(yīng)用。這樣，
減小鉆進(jìn)故障的效果可能依賴于對(duì)鉆進(jìn)過程中觀測(cè)到的環(huán)境的反饋過 程，如下所述。而且，即使選擇了理想的鉆頭或工具，還必須找到減 小鉆井時(shí)間和成本的最優(yōu)鉆進(jìn)參數(shù)。
在鉆進(jìn)過程中，對(duì)在地表和井下測(cè)試的不同參數(shù)進(jìn)行觀測(cè)，某些 井下鉆進(jìn)故障的發(fā)生可以從測(cè)量中得到推斷。 一旦推斷出鉆進(jìn)故障， 可以釆取正確的措施，例如改變地表參數(shù)(輸入)，理論上這些措施至 少會(huì)減輕(如果不是排除的話)鉆進(jìn)故障。早期觀測(cè)到的不同參數(shù)在 采取補(bǔ)救措施后還得到監(jiān)控，以確定補(bǔ)救措施是否有效。
8軟件程序可以從測(cè)量數(shù)據(jù)中辨識(shí)鉆進(jìn)故障并推薦補(bǔ)救動(dòng)作。這樣
的軟件程序的一個(gè)例子如MacDonald等的美國(guó)專利第6732052號(hào)所 述，該專利轉(zhuǎn)讓給了本發(fā)明的受讓人，包括神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，其能夠訓(xùn)練以 辨識(shí)鉆進(jìn)故障，并推薦采取某些動(dòng)作以修補(bǔ)鉆進(jìn)故障。
致力于辨識(shí)和對(duì)抗或控制鉆進(jìn)故障的另外的例子是釆用閉環(huán)鉆進(jìn) 系統(tǒng)，其利用井下鉆進(jìn)計(jì)算動(dòng)力和傳感器技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)更快地鉆井，并 比早期定向鉆進(jìn)方法風(fēng)險(xiǎn)更小。例如在Harrell等的美國(guó)專利第 5842149號(hào)所述的閉環(huán)鉆進(jìn)系統(tǒng)(該專利轉(zhuǎn)讓給了本發(fā)明的受讓人) 采用包括集成傳感器和MWD系統(tǒng)的井下馬達(dá)。傳感器可以測(cè)量BHA 上的三個(gè)軸向作用力、井下扭矩、井下WOB (沿著軸向施加在鉆頭 上的作用力)、鉆進(jìn)過程中鉆進(jìn)系統(tǒng)遭受的震動(dòng)和其他為本領(lǐng)域所知的 參數(shù)。鉆進(jìn)系統(tǒng)內(nèi)的計(jì)算機(jī)處理器處理來自傳感器的原始數(shù)據(jù)并分析 結(jié)果，將處理的數(shù)據(jù)與不同鉆進(jìn)故障的模型進(jìn)行比較，以確定當(dāng)前是 否發(fā)生了任何建模了的鉆進(jìn)故障。MWD系統(tǒng)可以將處理數(shù)據(jù)和是否 發(fā)生鉆進(jìn)故障的分析傳送到地表，接著采取任何推薦的補(bǔ)救動(dòng)作。
這樣的軟件程序和閉環(huán)鉆進(jìn)系統(tǒng)允許對(duì)鉆進(jìn)故障進(jìn)行更快的識(shí) 別，并且理論上允許相當(dāng)快速的反應(yīng)以減輕鉆進(jìn)故障。然而，辨識(shí)鉆 進(jìn)故障并推薦補(bǔ)救動(dòng)作的系統(tǒng)在某些情形下可能還不夠，如下所述。
第一，軟件程序和閉環(huán)鉆進(jìn)系統(tǒng)可能要求地表上的操作者積極干 預(yù)以采取補(bǔ)救動(dòng)作來彌補(bǔ)某些鉆進(jìn)故障，這可能引起多種考慮。由于 初始限制，地表輸入?yún)?shù)的改變很少完全有效地傳送到鉆頭。例如， 在地表以給定的量改變施加到鉆頭上的重量(地表WOB)幾乎不等 于井下提供的WOB (井下WOB)的相同的改變。這原因可能是部分 地表WOB由于在鉆桿和井孔之間的摩擦而損失，特別是在偏離的井 中。類似的鉆桿/井孔相互作用可以引起測(cè)量得到的施加在鉆頭上的扭 矩(井下扭矩)小于在地表測(cè)量得到的扭矩。這樣，減輕鉆進(jìn)故障的
過程是迭代的過程，操作者必須等待以看到輸入?yún)?shù)的改變會(huì)(如果 有的話)對(duì)想要的輸出產(chǎn)生的效果。
不幸的是，改變地表參數(shù)并估計(jì)在鉆頭和鉆柱上產(chǎn)生的改變，這樣的迭代過程會(huì)花費(fèi)相當(dāng)多的時(shí)間，在該過程中鉆進(jìn)故障會(huì)持續(xù)。例
如，在非常高的震動(dòng)(100倍于重力的量級(jí))的情形下，這可能預(yù)示 著鉆頭渦動(dòng)，井下工具的電子組件(例如MWD工具或隨鉆測(cè)井 (LWD)工具)的故障或鉆頭的故障(例如損壞切削元件)，或更壞 的情形，可能在幾分鐘內(nèi)發(fā)生。如果井下組件過早地失效，必須進(jìn)行 將工具拖出井孔并替換組件的非計(jì)劃的行程，這顯著地增加了鉆井時(shí) 間和費(fèi)用。
補(bǔ)救鉆進(jìn)故障(該鉆進(jìn)故障是由于將地表的輸入傳送到鉆頭所固 有的無效率而引起的)的時(shí)間與迭代地達(dá)到改進(jìn)結(jié)果所產(chǎn)生的時(shí)間相 復(fù)合，則在由井孔中工具上的傳感器將收集的數(shù)據(jù)傳送到地表過程中 存在固有的延遲。在閉環(huán)鉆進(jìn)系統(tǒng)和大多數(shù)MWD或LWD工具的情 形下，井下信息通過將數(shù)據(jù)編碼到供應(yīng)到鉆柱中鉆進(jìn)流體的一系列的 壓力變化上而方便地傳送到地表，通常稱為"泥漿脈沖遙感勘測(cè)"，如 本領(lǐng)域所知的。在地表的鉆進(jìn)豎桿上的專門的壓力傳送器測(cè)量鉆柱中 鉆進(jìn)流體的壓力變化并將數(shù)據(jù)傳送到計(jì)算機(jī)中進(jìn)行解碼。在許多情形 下，這樣的系統(tǒng)有效地工作著，即使有點(diǎn)慢，因?yàn)閿?shù)據(jù)傳輸速度通常 在每秒鐘1.5到12畢特(bit)之間。慢的數(shù)據(jù)傳輸速度是許多測(cè)量到 的數(shù)據(jù)在傳送到地表之前在井下處理的主要原因之一。然而，在鉆進(jìn) 故障需要在如上所述的災(zāi)難性的故障發(fā)生之前非?？焖俚匮a(bǔ)救的那些 情形下，延遲可能具有嚴(yán)重的后果。
進(jìn)一步地，壓力信號(hào)中的"噪音"可能引起計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)編碼的鉆 進(jìn)脈沖數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼嘗試的困難。例如，使鉆進(jìn)流體循環(huán)的鉆進(jìn)泵自 然的諧波頻率可能掩蓋來自MWD工具的編碼的壓力脈沖。更壞地， 許多鉆進(jìn)故障，尤其是鉆頭渦動(dòng)和鉆進(jìn)工具的震動(dòng)，可以引起它們自 身在鉆進(jìn)流體中的壓力波動(dòng)，這進(jìn)一步掩蓋編碼信號(hào)。結(jié)果，在鉆進(jìn) 故障發(fā)生時(shí)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可能不能正確地解碼壓力脈沖或完全不能解 碼脈沖，導(dǎo)致或者不能正確地解碼，或者來自井下的數(shù)據(jù)沒有被解碼。 這樣，就在鉆進(jìn)故障可能處于其最壞情形的時(shí)刻，操作者可能沒有關(guān) 于孔底鉆進(jìn)環(huán)境的任何信息或任何精確的信息，操作者只能對(duì)鉆進(jìn)故障可能的原因和合適的補(bǔ)救動(dòng)作進(jìn)行教育式的猜測(cè)。
這樣，鉆進(jìn)故障可能在鉆進(jìn)過程中引起嚴(yán)重的困難，并難以事先 預(yù)測(cè)。而且，鉆進(jìn)故障在鉆井現(xiàn)場(chǎng)通常難以辨識(shí)和補(bǔ)救，因?yàn)椴僮髡?必須在地表進(jìn)行工作的工具的精度通常很有限。這樣，對(duì)工具和方法 存在這樣的需要，即，其能夠快速地以最小的干涉辨識(shí)并減輕鉆進(jìn)過 程中發(fā)生的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例涉及鉆進(jìn)組件和系統(tǒng)，它們構(gòu)建用于響應(yīng)于井下 測(cè)量得到的與鉆進(jìn)性能參數(shù)相關(guān)的數(shù)據(jù)而動(dòng)態(tài)調(diào)整鉆進(jìn)系統(tǒng)的運(yùn)行操 作。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例包括一個(gè)或多個(gè)用于測(cè)量不同井下參數(shù)的傳 感器、處理器和用于分析傳感器測(cè)量得到的數(shù)據(jù)的軟件包。處理器和 軟件包可以連接到井下組件，所述井下組件可以響應(yīng)于來自處理器和 軟件包的命令而用于調(diào)整與鉆進(jìn)過程相關(guān)的其他組件的不同輸入。井 下組件可以包括閥和井下馬達(dá)。該閥可以在處理器的指導(dǎo)下打開和關(guān) 閉，以從井下馬達(dá)的動(dòng)力部中分流鉆柱中的部分鉆進(jìn)流體。分流的鉆 進(jìn)流體可以至少部分地分流到井孔中，或可以至少部分地分流通過井 下馬達(dá)的空心轉(zhuǎn)子，旁通于馬達(dá)的動(dòng)力部。作為分流至少部分鉆進(jìn)流 體的結(jié)果，井下馬達(dá)旋轉(zhuǎn)鉆頭的速率可以得到控制。
本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例可以包括液壓推進(jìn)器，該液壓推進(jìn)器構(gòu)建和 設(shè)置用于提高沿著鉆柱軸向的作用力。推進(jìn)器中的閥可以連接到傳感 器，并受到處理器和軟件程序的控制。該閥可以動(dòng)態(tài)調(diào)整以控制推進(jìn) 器的響應(yīng)，因此動(dòng)態(tài)調(diào)整推進(jìn)器沿著軸向施加至鉆頭的作用力。該推
進(jìn)器可選地與井下馬達(dá)一起使用，或者液壓推進(jìn)器可以在傳統(tǒng)的BHA 中采用而沒有馬達(dá)。
本發(fā)明其他實(shí)施例可以包括鉆鋌或子件，其將本發(fā)明的電子元件、 軟件包和處理器組合到旁通閥組件，以從井下馬達(dá)的動(dòng)力部、推進(jìn)器 或在單一子件的井下馬達(dá)動(dòng)力部和推進(jìn)器中分流鉆進(jìn)流體。本發(fā)明進(jìn)一 步的實(shí)施例包括鉆進(jìn)的方法，包括選擇性地控制鉆進(jìn) 流體流過井底組件，以調(diào)整例如鉆頭旋轉(zhuǎn)速度、施加到鉆頭上的軸向 作用力或二者。井底組件其他運(yùn)行情況可以調(diào)整，并且任何這樣的調(diào) 整可以響應(yīng)于鉆進(jìn)過程中測(cè)量到的井下性能參數(shù)值而實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明其他特征和優(yōu)點(diǎn)將通過對(duì)說明書、附圖和后面的權(quán)利要求 的思考而對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見。


圖1示例地顯示了鉆進(jìn)系統(tǒng)的實(shí)施例，包括鉆頭、井下馬達(dá)、旁
通閥組件、液壓推進(jìn)器和MWD系統(tǒng)；
圖2顯示了井下馬達(dá)的示例局部截面圖，該井下馬達(dá)可以應(yīng)用于
本發(fā)明實(shí)施例的裝置中；
圖3顯示了井下馬達(dá)實(shí)施例動(dòng)力部的示意局部截面圖4顯示了圖3的井下馬達(dá)實(shí)施例動(dòng)力部的示例斜截面圖5顯示了本發(fā)明實(shí)施例的示例局部縱向截面圖，包括井下馬達(dá)
的動(dòng)力部和旁通閥組件；
圖6顯示了圖5的井下馬達(dá)動(dòng)力部實(shí)施例的示例斜截面圖7顯示了另一個(gè)實(shí)施例，包括井下馬達(dá)的動(dòng)力部和旁通閥組件；
圖8示例地顯示了鉆進(jìn)系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施例，包括鉆頭、井下馬
達(dá)、旁通閥組件和MWD系統(tǒng)；
圖9示例地顯示了本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例，包括井下馬達(dá)、推進(jìn)器
和MWD系統(tǒng)；
圖10示例地顯示了本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例，包括推進(jìn)器和MWD 系統(tǒng)；和
圖11示例地顯示了本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例，包括井下馬達(dá)、集成的 旁通閥組件和推進(jìn)器組件，以及MWD系統(tǒng)。
具體實(shí)施例方式
為方便和清楚起見，在附圖中，不同實(shí)施例中類似的組件和特征采用類似的附圖標(biāo)記識(shí)別。
本發(fā)明的實(shí)施例如圖l所示。井底組件(BHA) 105可以包括鉆 頭110，其可以連接到井下馬達(dá)120?？蛇x地，BHA105可以包括另外 的組件，例如旁通閥組件130、推進(jìn)器140和MWD系統(tǒng)150。方使> 地，可以包括但是未示出的BHA105另外的元件是隨鉆測(cè)井(LWD) 工具、鉆鋌、鉆進(jìn)震擊器、穩(wěn)定器、擴(kuò)眼器、傳感器包，其用于測(cè)量 各種參數(shù)，包括震擊、振動(dòng)和壓力等。在圖1中盡管旁通閥組件130、 推進(jìn)器140和MWD系統(tǒng)150在BHA 105中以特定次序顯示，可以 理解的是，這些組件可以重新排序，以最好地適合于特定的應(yīng)用。鉆 柱160可以包括另外的鉆鋌和不同尺寸的鉆桿，并將BHA105連接到 地表。鉆進(jìn)流體170在附圖標(biāo)記176指示的位置處通過位于鉆頭面上 的噴嘴(未示出)流出鉆頭110之前通過流體通道165流過鉆柱160 和BHA105到達(dá)驅(qū)動(dòng)井下馬達(dá)120,并在附圖標(biāo)記178指示的位置處， 在位于鉆柱160和井孔壁190之間的環(huán)形空間中向上通到地表。
鉆頭110可以是現(xiàn)有技術(shù)中所知的任何鉆頭。例如，鉆頭可以是 輥?zhàn)訄A錐型鉆頭或固定刀具，或采用超耐磨切削元件的"刮刀"型鉆頭， 所述超耐磨切削元件為例如多晶鉆石牙輪鉆頭硬質(zhì)合金齒，或"鉆頭復(fù) 合片(PDC)"。其他可在本發(fā)明實(shí)施例中采用的鉆頭包括潛鑄式鉆頭、 天然鉆石鉆頭、雙心鉆頭、偏向鉆頭、擴(kuò)眼器、芯鉆、磨銑等。
可選地，鉆頭110可以包括用于測(cè)量性能參數(shù)值的傳感器，這些 參數(shù)包括但是不限于例如鉆頭轉(zhuǎn)速、作用于鉆頭上的構(gòu)成力(例如軸 向作用力和橫向作用力)、作用于鉆頭上的扭矩，鉆頭IIO還可包括其 他現(xiàn)有技術(shù)所知的傳感器。例如，本發(fā)明的實(shí)施例可以采用鉆頭110， 其包括傳感器包112，該傳感器包112包括傳感器114，該傳感器114 類似于Zaleski和Schmidt的美國(guó)專利No。 5813480所述的傳感器， 該專利轉(zhuǎn)讓給了本發(fā)明的受讓人。
本發(fā)明其他實(shí)施例可以包括傳感器114和相應(yīng)的電子元件，它們 構(gòu)建和設(shè)置在鉆頭110上，如在2005年6月7日提交的美國(guó)未審專利 申請(qǐng)No.11/146，934和2007年2月16日提交的No.11/708，147號(hào)中所公開的，每個(gè)申請(qǐng)轉(zhuǎn)讓給了本發(fā)明的受讓人。釆用儀器化的鉆頭，盡 管在本發(fā)明的實(shí)施例中不是必要的，但可以是優(yōu)選的，因?yàn)樵谶@樣的
鉆頭中的傳感器更靠近地層，而比起B(yǎng)HA中其他位置的傳感器，鉆 進(jìn)環(huán)境最顯著地影響鉆進(jìn)過程，因此可以提供比進(jìn)一步遠(yuǎn)離鉆頭的傳 感器(例如那些下面將描述的位于MWD系統(tǒng)150或LWD工具中的 傳感器)更有用的設(shè)備。
具有這樣的傳感器114的鉆頭110可以采用半導(dǎo)體基處理器116 和其他相關(guān)電子元件處理數(shù)據(jù)。處理了的數(shù)據(jù)，例如作用力、扭矩等 可以是原始測(cè)量的校正值。另外，處理器116可以用于將測(cè)量的數(shù)據(jù) 和不同鉆進(jìn)故障模型進(jìn)行比較。例如，鉆頭中的軸向作用力傳感器可 以測(cè)量施加到鉆頭上的WOB的突然增加，同時(shí)注意施加到鉆頭上的 扭矩的大的增加。處理器可被編程以識(shí)別出WOB的突然增加可能是 由于鉆頭的切削元件太深地切削到地層中引起，導(dǎo)致扭矩的突然增加。 該信息可以傳送到鉆柱中的其他工具，包括旁通閥組件130、推進(jìn)器 140，和/或通過與MWD系統(tǒng)150相關(guān)的遙感勘測(cè)i殳備152傳送到地 表，并用于減輕引起的因素，如將在下面具體描述的那樣。此外，處 理器116可以用于將測(cè)量的數(shù)據(jù)和用于不同地層類型(例如軟、硬、 摩擦、非摩擦)的鉆進(jìn)性能模型進(jìn)行比較，以確定鉆進(jìn)的地下地層的 類型和從一種地層類型到另一種地層類型的過渡。
井下馬達(dá)220可以用于本發(fā)明的實(shí)施例，更具體的顯示將在圖2 中看到。井下馬達(dá)220可以是容積式馬達(dá)(PDM)，當(dāng)鉆進(jìn)流體通過 該容積式馬達(dá)時(shí)，其采用Moineau原理驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子以4t轉(zhuǎn)鉆頭210?？?選地，井下馬達(dá)220可以包括彎曲子件，或外殼286,其可以在定向 鉆進(jìn)過程中用于選擇地在需要的方向上鉆井。代替包括彎曲子件286， 馬達(dá)220可以是旋轉(zhuǎn)操縱系統(tǒng)(RSS)的一部分，該旋轉(zhuǎn)操縱系統(tǒng)可 以用于定向鉆進(jìn)，例如上述Harrell等的美國(guó)專利No.5，842，149所述 的閉環(huán)鉆進(jìn)系統(tǒng)。井下馬達(dá)220還可以包括渦輪馬達(dá)或渦輪鉆，如現(xiàn) 有技術(shù)所已知的。
不管井下馬達(dá)220的類型如何，每個(gè)的運(yùn)行原理是一樣的。井下馬達(dá)220的動(dòng)力部280轉(zhuǎn)換鉆進(jìn)流體272中的部分液壓馬力為機(jī)械馬 力以旋轉(zhuǎn)鉆頭210，所述鉆進(jìn)流體272在動(dòng)力部280的轉(zhuǎn)子282和定 子284之間流動(dòng)，并作為鉆進(jìn)流體276通過噴嘴(未示出)從鉆頭210 流出。井下馬達(dá)220轉(zhuǎn)動(dòng)鉆頭210的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)(rpm)是選用為井 下馬達(dá)220的動(dòng)力部280的類型和鉆進(jìn)流體272通過馬達(dá)220的流量 的函數(shù)。
井下馬達(dá)220的動(dòng)力部280可以選用于特殊應(yīng)用中。例如，圖3 -4顯示了 PDM 220的動(dòng)力部380的橫截面圖，包括PDM 220的外 徑381、轉(zhuǎn)子382、定子384和流體通道365。給出的井下馬達(dá)220的 轉(zhuǎn)子382和定子384均可以具有各自的葉片數(shù)或節(jié)片數(shù)，且具有限定 的轉(zhuǎn)子/定子比率。例如，如圖3-4所示，轉(zhuǎn)子/定子比率為1: 2，并 指示可適合于低壓縮強(qiáng)度地層的高速(也即相對(duì)高的鉆頭轉(zhuǎn)速 (rpm))/低扭矩馬達(dá)。相比之下，7: 8的轉(zhuǎn)子/定子比率(未示出) 將指示可適用于高壓縮強(qiáng)度地層的低速(也即相對(duì)低的鉆頭轉(zhuǎn)速 (rpm)) /高扭矩馬達(dá)。除了轉(zhuǎn)子/定子結(jié)構(gòu)，可通過馬達(dá)的鉆進(jìn)流體 的量(通常稱作為運(yùn)行流量并給出為一個(gè)范圍，例如400 - 800加侖每 分鐘(gpm))很大部分上是馬達(dá)直徑的函數(shù)。這樣，與其他參數(shù)一起， 馬達(dá)可以選擇其專門的動(dòng)力部380及其操作流量。
在實(shí)際的鉆進(jìn)過程中，鉆進(jìn)流體372流過井下馬達(dá)220的動(dòng)力部 380的流量與鉆頭轉(zhuǎn)速直接相關(guān)。例如，當(dāng)流過動(dòng)力部380的鉆進(jìn)流 體372的流量增加時(shí)，鉆頭轉(zhuǎn)速(rpm)以與轉(zhuǎn)子/定子比率相關(guān)的固 定的比率增加。同樣地，當(dāng)流過動(dòng)力部380的鉆進(jìn)流體372的流量下 降時(shí)，鉆頭轉(zhuǎn)速(rpm)下降。類似的效果在渦輪中也發(fā)生；然而， 不同于轉(zhuǎn)子定子比率，除了其他之外，鉆頭轉(zhuǎn)速是渦輪中級(jí)數(shù)的函數(shù)。
本發(fā)明旁通閥組件530的實(shí)施例可以在圖5中看到，其中顯示了 井下馬達(dá)220的動(dòng)力部580的上部，該井下馬達(dá)包括轉(zhuǎn)子582和定子 584。在本實(shí)施例中，旁通閥組件530可以構(gòu)建在轉(zhuǎn)子582頂部附近， 并可以包括旁通閥532。該旁通閥532可以為鉆進(jìn)流體572提供路徑， 以通過將部分鉆進(jìn)流體572分流到轉(zhuǎn)子582中的空心芯586而至少部分地旁通井下馬達(dá)220的動(dòng)力部580。通過空心芯586分流的鉆進(jìn)流 體574可以與通過井下馬達(dá)220的動(dòng)力部580的鉆進(jìn)流體572在從鉆 頭210 (圖2)的噴嘴(未示出)流出之前、在動(dòng)力部580下面的位置 會(huì)合。通過該布置，鉆頭210可以接收鉆柱中的幾乎全部鉆進(jìn)流體570， 這可以有助于清洗和冷卻鉆頭210和鉆頭210上的切削元件，并將由 鉆頭210從井孔底部切削下的地層切屑運(yùn)走。具有靠近旁通閥組件530 上部定位的旁通閥532這樣的布置可以用于精確地控制從井下馬達(dá) 220的動(dòng)力部580分流的鉆進(jìn)流體574的量。
轉(zhuǎn)子580的空心芯586可以大致通過轉(zhuǎn)子582的中心線，如圖6 所示?？招男?86的直徑可以至少部分地選擇以確定可以通過空心芯 586分流的流體574 (圖5)的最大量。此外，參見圖5和6，旁通閥 532的尺寸或直徑也可以至少部分地選擇，以確定可通過空心芯586 分流的流體574的最大量。
盡管圖5顯示了靠近旁通閥組件530頂部定位的旁通閥532，因 此可以用于防止鉆進(jìn)流體570進(jìn)入轉(zhuǎn)子582的空心芯586,另一個(gè)實(shí) 施例可以將旁通閥732定位成靠近旁通閥組件730的橫向部，如圖7 所示。在這種情形下，鉆進(jìn)流體770的至少一部分可以最初進(jìn)入轉(zhuǎn)子 782的空心芯786;然而，鉆進(jìn)流體776的一部分可以分流回到井下馬 達(dá)220的動(dòng)力部780中，而分流鉆進(jìn)流體774的剩余部從轉(zhuǎn)子782中 通過。比起圖5所示的旁通閥532的布置，具有靠近旁通閥組件730 橫向部定位的旁通閥732的布置可以提供的好處是，更能抵抗鉆進(jìn)流 體774引起的任何腐蝕。當(dāng)然，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的是，旁通閥 的其他布置和位置將落入本發(fā)明的范圍中。
參見圖8，旁通閥組件830的另一個(gè)實(shí)施例可以包括旁通閥832。 圖8所示的在井下馬達(dá)820上面的旁通閥832可以為鉆進(jìn)流體870提 供另外的路徑，從而通過將鉆進(jìn)流體870的一部分874分流到井孔 805，而不是到上述的并在圖5-7中各自顯示的轉(zhuǎn)子582、 782的空心 芯586、 786中而至少部分旁通鉆進(jìn)馬達(dá)820的旁通動(dòng)力部880。
不管采用的旁通閥組件530、 730、 830的特殊構(gòu)造如何，旁通閥
16532、 732、 832可以由處理器116和軟件程序電子控制，所述處理器 116和軟件程序是旁通閥組件532、 732、 832的一部分。處理器116 可以安裝在專用的板或夾頭上，而所述專用的板或夾頭可安裝在鉆鋌 或鉆進(jìn)子件(短的鉆鋌)134、 834上，如現(xiàn)有技術(shù)所知的。這樣，處 理器116可以放置在構(gòu)造來用于接收夾頭的多個(gè)鉆鋌或子件中，在夾 頭上安裝有計(jì)算機(jī)處理器，鉆鋌或子件可以是相同于或不同于容納旁 通閥自身的裝置，這依賴于井底組件和釆用的旁通閥的構(gòu)造。
此外，夾頭可以包括閃存、可電擦除可編程只讀存儲(chǔ)芯片 (EEPROM )或其他現(xiàn)有技術(shù)中已知的存儲(chǔ)設(shè)備118，以存儲(chǔ)軟件程 序。由傳感器測(cè)量的原始和校正的數(shù)據(jù)、運(yùn)行參數(shù)、診斷信息等可以 存儲(chǔ)在與軟件程序相同的記憶存儲(chǔ)設(shè)備118中，或者在其他記憶存儲(chǔ) 設(shè)備118中，該記憶儲(chǔ)存設(shè)備118可以包括在夾頭上用于以后的診斷 和在地表通過外部計(jì)算機(jī)接口進(jìn)行下載，如現(xiàn)有技術(shù)所知道的那樣。
處理器116和軟件程序可以經(jīng)過物理的電連接、電磁遙感勘測(cè)或 其他為本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的井下通信形式與許多傳感器114進(jìn)行通 信，所述傳感器114對(duì)不同的井下參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，而不管傳感器114 是位于旁通閥組件130內(nèi)還是位于其他井下工具(例如鉆頭110、MWD 系統(tǒng)150、任何LWD工具等，如圖1所示)中。處理器116也可以與 MWD系統(tǒng)150通信，為MWD系統(tǒng)150提供數(shù)據(jù)和旁通閥組件130、 530、 730、 830的閥532、 732、 832的狀態(tài)(例如打開、關(guān)閉、診斷、 出錯(cuò)信息)，以進(jìn)一步通信到地表。
處理器116可以根據(jù)軟件程序的指令啟動(dòng)旁通閥532、 732、 832 的打開和關(guān)閉，從井下馬達(dá)120(圖1)的動(dòng)力部180分流至少部分鉆 進(jìn)流體170。如上所述，鉆進(jìn)流體可以通過轉(zhuǎn)子582、 682、 782的空 心芯586、 786分流，如圖5、 6和7所示，或者從BHA 805的內(nèi)孔向 外通過旁通閥832(指示為鉆進(jìn)流體874 )到位于井孔壁890和BHA 805 之間的環(huán)形空間中，如圖8所示。這樣做時(shí)，鉆進(jìn)流體172到達(dá)井下 馬達(dá)120的動(dòng)力部180的量相對(duì)于應(yīng)達(dá)到井下馬達(dá)120的動(dòng)力部180 的量來說將下降，結(jié)果，鉆頭110的井孔轉(zhuǎn)速(rpm)下降。這樣，旁通閥組件130可以允許井孔轉(zhuǎn)速(rpm)至少部分獨(dú)立于鉆進(jìn)流體 170的流量而得到控制。換句話說，鉆進(jìn)流體170在地表進(jìn)入鉆柱160 的流量可以保持基本恒定，而通過井下馬達(dá)120的動(dòng)力部180的鉆進(jìn) 流體172的流量可以通過釆用旁通閥組件130而自動(dòng)調(diào)整。
MWD系統(tǒng)150可以用于從集成到MWD組件150的傳感器116 和在BHA105的井下工具(如上所述，包括鉆頭110)中的其他不同 傳感器收集數(shù)據(jù)。傳感器可以包括不同類型，包括三軸向加速度計(jì)、 磁力計(jì)、震動(dòng)傳感器等。MWD系統(tǒng)150的遙感勘測(cè)組件152可以用 于通過將數(shù)據(jù)編碼在一系列壓力波動(dòng)中而將數(shù)據(jù)傳送到地表，所述壓 力波動(dòng)在鉆進(jìn)流體170中產(chǎn)生。編碼的壓力脈沖可以通過地表上的壓 力傳感器檢測(cè)并由地表上的計(jì)算機(jī)解碼?？蛇x地，MWD系統(tǒng)150可 以采用其他方法傳送數(shù)據(jù)到地表，包括電磁遙感勘測(cè)和其他本領(lǐng)域技 術(shù)人員已知的方法。
可選地，如圖l所示，旁通閥組件130可以比MWD系統(tǒng)150更 靠近鉆頭110。這樣，MWD組件150接收穿過BHA 105和鉆柱160 的孔的全部鉆進(jìn)流體170，這可以增加傳送到地表的編碼壓力脈沖的 強(qiáng)度。那么，在鉆進(jìn)流體170的全部流體到達(dá)井下馬達(dá)120之前，位 于MWD系統(tǒng)150下面的旁通閥組件130可以如上所述從馬達(dá)120動(dòng) 力部180分流部分鉆進(jìn)流體170。這樣，通過從井下馬達(dá)120的動(dòng)力 部180分流鉆進(jìn)流體170，由MWD系統(tǒng)150的遙感勘測(cè)組件編碼的 壓力脈沖的強(qiáng)度可以保持，同時(shí)保留控制井下馬達(dá)120和鉆頭110的 轉(zhuǎn)速(rpm )的優(yōu)點(diǎn)。
-故置旁通閥組件130于MWD系統(tǒng)150下面的另一個(gè)好處在于通 過MWD系統(tǒng)150和馬達(dá)120的動(dòng)力部180的鉆進(jìn)流體170的精確估 計(jì)可以計(jì)算，因此這將允許計(jì)算鉆進(jìn)流體170被旁通閥組件130分流 的量。例如，MWD系統(tǒng)150可以包括渦輪組件(未示出)，其將鉆進(jìn) 流體170的部分液壓馬力轉(zhuǎn)換為電能，該電能可以用于為BHA105中 的不同工具和傳感器提供電力。該渦輪可以根據(jù)鉆進(jìn)流體170通過渦 輪的流量而以已知的速率旋轉(zhuǎn)。通過測(cè)量渦輪旋轉(zhuǎn)的每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)(渦輪轉(zhuǎn)速(rpm))，則可計(jì)算鉆進(jìn)流體170通過渦輪的流量。
在通過旁通閥組件130之后，其中部分鉆進(jìn)流體170可從井下馬 達(dá)120的動(dòng)力部180分流走，剩下的鉆進(jìn)流體172通過井下馬達(dá)120 的動(dòng)力部180。如上所述，井下馬達(dá)120根據(jù)鉆進(jìn)流體172通過井下 馬達(dá)120動(dòng)力部180的流量而以已知的速率轉(zhuǎn)動(dòng)鉆頭110。通過測(cè)量 鉆頭110、轉(zhuǎn)子282或渦輪(在使用渦輪鉆或渦輪馬達(dá)的情況下)的 轉(zhuǎn)速(RPM)，則可計(jì)算通過井下馬達(dá)120的動(dòng)力部180的鉆進(jìn)流體 172量。通過從流過MWD系統(tǒng)150的渦輪組件的鉆進(jìn)流體170的流 量中減去流過馬達(dá)120動(dòng)力部180的鉆進(jìn)流體172的流量，則可計(jì)算 分流通過旁通閥組件130的鉆進(jìn)流體174的量。
參見圖9, BHA905除了包括如上所述的鉆頭910、井下馬達(dá)920、 MWD系統(tǒng)950、其他BHA及鉆柱960的其他組件之外，還可以包4舌 推進(jìn)器940。在本發(fā)明實(shí)際中可能用到的推進(jìn)器的例子在Fincher等 的美國(guó)專利申請(qǐng)公開No.2001/0045300中描述，其已經(jīng)轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明 的受讓人。推進(jìn)器940可以提供軸向作用力，也即，沿著BHA905縱 軸線的作用力。由推進(jìn)器940施加的作用力可以用于衰減震動(dòng)或軸向 作用力的突然變化，這種突然變化由鉆進(jìn)過程或WOB沒有完全有效 地從地表傳送到鉆頭910而引起，因此這可以保持鉆頭910的切削元 件幾乎與地層恒定地接觸。此外，由于推進(jìn)器940放置在鉆頭910附 近，通過推進(jìn)器940提供的作用力可以以最小的摩擦損失傳送到鉆頭 910上，這可以允許推進(jìn)器940用于補(bǔ)充從地表施加到鉆頭910上的 作用力(WOB)，特別在高偏差和延伸抵達(dá)的井中，通常很難將WOB 從地表傳送到鉆頭910上。
本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例在圖10中顯示。在該情形下，推進(jìn)器1040 可以應(yīng)用于傳統(tǒng)的BHA 1005中，也即不包括井下馬達(dá)或類似設(shè)備的 BHA。傳統(tǒng)的BHA 1005可以包括鉆頭1010、 MWD系統(tǒng)1050和將 BHA1005連接到地表的鉆柱1060，如上所述。傳統(tǒng)的BHA1005和鉆 柱1060必須從地表整體驅(qū)轉(zhuǎn)以轉(zhuǎn)動(dòng)鉆頭1010。
不管BHA是否采用井下馬達(dá)，推進(jìn)器1040可以液壓的方式運(yùn)行，類似于活塞的運(yùn)行，如現(xiàn)有技術(shù)所述的那樣，或者可以采用上述
Fincher的美國(guó)專利申請(qǐng)公開No.2001/0045300中描述的動(dòng)力系統(tǒng)和力 應(yīng)用系統(tǒng)。然而，本發(fā)明的實(shí)施例可以將具有處理器116的推進(jìn)器1040 與軟件程序協(xié)作，該軟件程序與位于推進(jìn)器1040內(nèi)或BHA1005的其 他不同組件內(nèi)傳感器114通信。如上所述，與旁通閥組件130相比， 處理器116可以安裝在專用板或夾頭上，所述專用板或夾頭可安裝在 鉆鋌或鉆進(jìn)子件(短的鉆鋌)上，如現(xiàn)有技術(shù)所知的。這樣，處理器 116可以放置在構(gòu)造為用于接收夾頭的多種鉆鋌或子件上，在夾頭上 安裝該計(jì)算機(jī)處理器。此外，夾頭可以包括閃存、可電擦除可編程只 讀存儲(chǔ)芯片(EEPROM)或其他現(xiàn)有技術(shù)中已知的存儲(chǔ)設(shè)備118，以 存儲(chǔ)軟件程序。由傳感器114測(cè)量的原始和校正的數(shù)據(jù)、運(yùn)行參數(shù)、 診斷信息等可以存儲(chǔ)在與存儲(chǔ)軟件程序相同的記憶存儲(chǔ)設(shè)備118中， 或者儲(chǔ)存在其他記憶存儲(chǔ)設(shè)備118中，所述記憶存儲(chǔ)設(shè)備118可以包 括在夾頭上用于以后的診斷和在地表通過外部計(jì)算機(jī)接口進(jìn)行下載， 如現(xiàn)有技術(shù)所已知的那樣。
處理器116可以連接推進(jìn)器1040并控制推進(jìn)器1040的響應(yīng)，例 如推進(jìn)器1040沿著BHA 1005的軸向施加的作用力的量或施加作用力 的速度。例如，處理器116可操作地連接到電子閥，該電子閥將至少 兩個(gè)在推進(jìn)器1040中容納液壓流體的存儲(chǔ)器分開。該電子閥可以在處 理器116的命令下打開和關(guān)閉，這可以改變液壓流體在推進(jìn)器1040 的兩個(gè)存儲(chǔ)器之間通過的流量。這樣，推進(jìn)器1040施加到鉆頭1010 上的軸向作用力的大小可以根據(jù)軟件程序改變，如下更具體地所述。
可選地，處理器、軟件及旁通閥組件1130相關(guān)的硬件和推進(jìn)器 1140可以整合在單一的鉆鋌或子件中，如圖11所示。這可以提供另 外的好處，即減少BHA 1105中鉆鋌的數(shù)量、降低BHA 1105的總長(zhǎng) 度以及減小BHA組件之間潛在接頭的總數(shù)。
此外，處理器、軟件及旁通閥組件1130的硬件和推進(jìn)器1140可 以與BHA中的其他組件單獨(dú)地或聯(lián)合地集成。例如，旁通閥組件230 可以集成在井下馬達(dá)220中，如上述的圖2所示，或與MWD系統(tǒng)一起集成在相同的鉆鋌中。作為后者的例子，組合的MWD-旁通閥組 件(未示出)可以包括在MWD系統(tǒng)底部的旁通閥，因此其更靠近鉆 頭，類似于圖1所示的裝置布置。這樣，MWD系統(tǒng)150接收通過BHA 105和鉆柱160的孔165的全部鉆進(jìn)流體170流，這將有助于增加傳 送到地表的壓力脈沖強(qiáng)度。然后，在全部鉆進(jìn)流體170到達(dá)馬達(dá)120 之前，位于MWD系統(tǒng)150的組件的下面的旁通閥130可以用于將鉆 進(jìn)流體170分流到位于井孔壁190和BHA 105的外徑之間的環(huán)形空間 中，就如前面所述的那樣。這樣，MWD數(shù)據(jù)信號(hào)強(qiáng)度可以維持，同 時(shí)保持從馬達(dá)分流鉆進(jìn)流體的好處。
在本發(fā)明的方法的一個(gè)實(shí)施例中，流過井底組件的鉆進(jìn)流體可以 采用旁通閥分流到這樣的程度，即，使得由流體驅(qū)動(dòng)的井下馬達(dá)引起 組件的鉆頭以零轉(zhuǎn)速(RPM)或接近零轉(zhuǎn)速(RPM)的速度旋轉(zhuǎn)，直 到在鉆頭進(jìn)入到鉆進(jìn)的地層中后達(dá)到某個(gè)選擇的WOB。在這點(diǎn)上， 旁通閥可以用于引導(dǎo)更大量的鉆進(jìn)流體回流經(jīng)過井下馬達(dá)，以提高鉆 頭轉(zhuǎn)速(RPM)到選擇的速率，以向前鉆進(jìn)。這樣，通常由在全轉(zhuǎn)速 (RPM)下的鉆頭與地層在小的WOB或沒有WOB下接合引起損壞 鉆頭的渦動(dòng)可以排除。如上所述，與旁通閥相關(guān)的處理器可以用于在 低水平上維持鉆頭轉(zhuǎn)速(RPM)，直到獲得編程的WOB，在該點(diǎn)旁通 閥可以完全打開或逐級(jí)提高鉆頭轉(zhuǎn)速(RPM)到想要的速度，而以非 損壞的方式鉆進(jìn)。
在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，井下性能參數(shù)的測(cè)量值可以相對(duì)于各 種不同地下地層的鉆進(jìn)性能模型進(jìn)行分析，井底組件的一個(gè)或多個(gè)運(yùn) 行情況可以在鉆進(jìn)過程中改變，以提高井底組件關(guān)于通過分析指示的 地下地層類型的性能。指示的地下地層類型還可以存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中， 傳送到地表，或進(jìn)行進(jìn)一步的后期分析，以便于另外的附近井的鉆進(jìn) 的優(yōu)化。
例1
本發(fā)明實(shí)施例可以用于優(yōu)化鉆頭的切削元件接合到地層的深度，
21從而優(yōu)化鉆進(jìn)過程中施加到鉆頭上的扭矩或作用力。這樣，鉆頭和在
BHA中相關(guān)的鉆進(jìn)工具的壽命可以優(yōu)化，也即提高。此外，機(jī)械鉆速 (ROP)可以優(yōu)化，而鉆井成本得以降低。
使機(jī)械鉆速(ROP)最大化通常是想要的，至少在鉆頭或井下工 具磨損得太快并要求提前替換的點(diǎn)之前，通常需要機(jī)械鉆速最大化。 ROP通常部分地是WOB和鉆頭轉(zhuǎn)速(rpm )的函數(shù)，通常隨著WOB 或轉(zhuǎn)速(rpm)的增加而增加。然而，如同本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解 的是，ROP是與許多因素相關(guān)的復(fù)雜函數(shù)，WOB和轉(zhuǎn)速(rpm)只 是其中兩個(gè)因素，通過它們可以施加控制。
在釆用輥?zhàn)訄A錐形鉆頭的情形中，切削元件特別是軸承上的磨損 直接受到WOB和鉆頭轉(zhuǎn)速(rpm)的影響；理想地，切削元件和軸 承將磨損至這樣的點(diǎn)，也即，使得所述切削元件和軸承均需要同時(shí)得 到替換，這樣減小了地層每英尺鉆進(jìn)的總成本。
在釆用PDC鉆頭的情形中，切削元件的磨損與切削元件經(jīng)歷的線 性滑動(dòng)距離成正比。切削元件接合地層的深度，或切削深度(DOC) 與線性滑動(dòng)距離具有直接的關(guān)系。DOC可以通過通過調(diào)整WOB而部 分地得到控制，其中，當(dāng)WOB增加時(shí)，DOC增加，這里假定其他因 素或元件不限制DOC。例如，ROP在英制單位下可以通過如下等式 計(jì)算
ROP = 5*DOC*RPM。
這樣，例如，如果DOC是2.03mm/轉(zhuǎn)(0.08英寸/轉(zhuǎn))，鉆頭以 120rpm旋轉(zhuǎn)，ROP將得出為14.63米/小時(shí)(48英尺/小時(shí))。相比之下， 當(dāng)鉆頭以240rpm旋轉(zhuǎn)的時(shí)候，為獲得相同的ROP, DOC將只需 1.016mm/轉(zhuǎn)(0.04英寸/轉(zhuǎn))，或是先前例子的一半。這樣，在第二個(gè)例 子中，鉆頭的切削元件將需要進(jìn)行第一個(gè)例子兩倍的切削元件線性滑 動(dòng)距離以移除相同數(shù)量的地層，為此，第二個(gè)例子中的切削元件可能 遭受第一個(gè)例子的切削元件兩倍的磨損。
如具有PDC鉆頭的例子表明的，通過增加WOB可實(shí)現(xiàn)增加 DOC,這將導(dǎo)致ROP的增加。然而，如上所述，太大的WOB可能導(dǎo)致鉆頭的過載，這可能導(dǎo)致切削元件的過載、使馬達(dá)停鉆和其他問 題。
因此，不管采用什么類型的鉆頭，優(yōu)化的DOC、轉(zhuǎn)速(rpm)和 WOB導(dǎo)致優(yōu)化的ROP和可能存在的鉆頭磨損，可能導(dǎo)致低的鉆進(jìn)成 本，這通常是最終目標(biāo)。
在鉆進(jìn)過程中，鉆頭110 (圖1)可以運(yùn)行并以給定參數(shù)組鉆進(jìn)地 層，該參數(shù)包括鉆進(jìn)流體170的給定的流量和鉆頭上的重量WOB,。 如上討論的，通過選擇特定的鉆進(jìn)流體170流量，鉆頭110的井下 RPM,可以計(jì)算得到。通過這樣定義的參數(shù)，可以獲得ROP,。
現(xiàn)在考慮鉆頭110鉆進(jìn)具有更高壓縮強(qiáng)度的新地層的情形。假設(shè) 初始鉆進(jìn)參數(shù)保持不變，ROP,可能下降到新的、低的ROP2，因?yàn)榈?層具有更高的壓縮強(qiáng)度。這可能部分地因?yàn)殂@頭110上的切削元件傾 向于騎跨在地層上，而不是充分地鉆進(jìn)地層。換句話說，鉆頭110的 切削元件可能以更淺的切削深度接合地層。結(jié)果，在井下工具或BHA 105其他組件上的扭矩傳感器，例如位于鉆頭110上的扭矩傳感器， 在其他鉆進(jìn)組件上的扭矩傳感器，或在二者上的扭矩傳感器可以記錄 井下扭矩的下降，而由鉆頭110和井下工具上的傳感器測(cè)量到的RPMi 和WOB，保持相對(duì)恒定。可選地，傳感器可以記錄橫向振動(dòng)、震擊和 其他參數(shù)。如上面討論的，橫向振動(dòng)和震動(dòng)的存在可以指示鉆頭110 和BHA105已經(jīng)開始渦動(dòng)。
如上所述地結(jié)合在BHA 105組件中的處理器116可以用于接收測(cè) 到的井下數(shù)據(jù)，并將其與存儲(chǔ)在相應(yīng)存儲(chǔ)器中的一個(gè)或多個(gè)模型比較。 通過將數(shù)據(jù)和鉆進(jìn)模型進(jìn)行比較，處理器116可以將井下數(shù)據(jù)和與數(shù) 據(jù)匹配的鉆進(jìn)模型經(jīng)由MWD系統(tǒng)150的遙感勘測(cè)模塊傳送到地表。
此外，在帶有相伴的問題和可能發(fā)生的延遲的情況下，不僅僅將 建議傳播到地表，處理器116還可以用于啟動(dòng)旁通閥組件130和/或推 進(jìn)器140的運(yùn)行，以改變提供到井下鉆頭110的運(yùn)行參數(shù)。例如，處 理器116可以命令旁通閥組件130的旁通閥至少部分地打開以分流來 自鉆進(jìn)流體170的部分鉆進(jìn)流體174 ，鉆進(jìn)流體170已經(jīng)先通過了馬達(dá)120的動(dòng)力部180。這樣，鉆進(jìn)流體172到達(dá)馬達(dá)120的流量下降， 因此，鉆頭110的RPM減小到RPM2，如上所述。在減小的鉆頭RPM2 作用下，鉆頭的切削元件可能更少地騎跨在地層上，從而增加鉆頭110 的切削元件切削的深度，并可能將機(jī)械鉆速增加到ROP2。處理器116 甚至可在早先發(fā)送的數(shù)據(jù)到達(dá)地表之前采取該行動(dòng)。這樣，通過馬達(dá) 120的動(dòng)力部180的鉆進(jìn)流體172的優(yōu)化的流量可以比先前可能更快 地獲得，而無需調(diào)整來自地表的鉆進(jìn)流體170的流量。
可選地，除了旁通閥組件130或作為旁通閥組件130的替代，BHA 105可以采用推進(jìn)器140。在上面描述的情形下，其中遇到具有更高壓 縮強(qiáng)度的地層，在推進(jìn)器140中的處理器116或與推進(jìn)器140相連的 處理器116可以再次辨識(shí)出對(duì)于給定的WOBi和RP!V^扭矩已經(jīng)下降。 結(jié)果，推進(jìn)器140中的處理器116可以命令用于控制在推進(jìn)器140的 兩個(gè)存儲(chǔ)器之間的液壓流體流動(dòng)的電子閥部分關(guān)閉，從而提高推進(jìn)器 140可沿著軸向?qū)︺@頭110施加的作用力，也即將施加到鉆頭110的 作用力增大到WOB2。這樣，可以引起鉆頭110的切削元件更深地接 合地層，這可將4幾械鉆速提高到ROP2。
不管是否旁通閥組件130和推進(jìn)器140都用于相同的BHA 105 中，也不管是集成到一個(gè)鉆鋌中或作為分離的組件或單個(gè)使用，處理 器或相應(yīng)的多個(gè)處理器可用于命令每個(gè)組件以一定方式運(yùn)行，以提供 優(yōu)化的輸出。例如，優(yōu)化的輸出可以包括獲得優(yōu)化的DOC、 WOB、 最高的ROP、最好的耐久性(例如最低的磨損率)、使振動(dòng)和/或震動(dòng) 最小，或它們的結(jié)合，從而減小并可能使總的鉆進(jìn)成本最小。
如果鉆頭110遇到的是低壓縮強(qiáng)度的地層，在給定的作用于鉆頭 的重量WOB,下，當(dāng)鉆頭110的切削元件更深地接合到較軟的地層時(shí)， 傳感器114可以測(cè)量到扭矩的突然增加。此時(shí)，處理器可以用于分析 對(duì)于給定的RPMi扭矩的突然增加，并將數(shù)據(jù)與不同的鉆進(jìn)模型作比 較。除了傳送數(shù)據(jù)到地表，處理器116還可以用于命令旁通閥組件130 的旁通閥至少部分地關(guān)閉，發(fā)送更多的鉆進(jìn)流體170到井下馬達(dá)120 的動(dòng)力部180,而不是將所有鉆進(jìn)流體170從動(dòng)力部180旁通走，這樣使鉆頭110的轉(zhuǎn)速增加到RPM2。這樣，可以引起鉆頭110的切削 元件較淺地接合地層，從而可將機(jī)械鉆速提高到ROP2，并提高鉆頭 110的磨損率。
在上述情形下，其中遇到了低壓縮強(qiáng)度的地層，推進(jìn)器140用于 BHA 105,推進(jìn)器140中的處理器116可以再次用于辨識(shí)出對(duì)于給定 的WOB,和RPM，扭矩已經(jīng)增加。結(jié)果，推進(jìn)器140中的處理器116 可以用于命令電子閥部分地打開，該電子閥用于控制在推進(jìn)器140的 兩個(gè)存儲(chǔ)器之間的液壓流體的流動(dòng)，從而減小推進(jìn)器140可在軸向上 施加在鉆頭110上的作用力，也即將施加到鉆頭上的作用力減小到 WOB2。這樣，可以引起鉆頭110的切削元件更淺地接合地層。
不管旁通閥組件130和推進(jìn)器140是否都用于相同的BHA105， 也不管它們是集成到一個(gè)鉆鋌中或作為分離的組件或單個(gè)的組件，與 每個(gè)組件相關(guān)聯(lián)的處理器可用于命令每個(gè)組件以一定方式運(yùn)行，以提 供優(yōu)化的輸出。例如，優(yōu)化的輸出可以包括獲得優(yōu)化的DOC、 WOB、 最高的ROP、最好的耐久性(最低的磨損率)、使振動(dòng)和/或震動(dòng)最小， 或它們的結(jié)合，以減小總的鉆進(jìn)成本。
這樣，從前面的例子可以看到，本發(fā)明的實(shí)施例提供了在多種鉆 進(jìn)條件和地層下優(yōu)化DOC并維持施加到鉆頭110上的扭矩，同時(shí)減 小振動(dòng)和/或震動(dòng)的方法。這樣，包括流量、WOB、扭矩和鉆頭110 的切削元件接合地層的深度在內(nèi)的鉆進(jìn)參數(shù)優(yōu)化范圍可單獨(dú)或聯(lián)合地 得到優(yōu)化，這可以導(dǎo)致改進(jìn)的ROP、減小鉆進(jìn)組件的磨損并降低鉆進(jìn)
成本o
例2
盡管上述例子提供了本發(fā)明可以證明是有用的例子，但還可以存 在其他的例子。例如，本發(fā)明的實(shí)施例可以證明在排除或至少減小可 能在鉆進(jìn)過程中發(fā)生的鉆進(jìn)故障的嚴(yán)重性上是有用的。這樣的鉆進(jìn)故 障的例子可以是已知為滑動(dòng)粘附的現(xiàn)象。
滑動(dòng)粘附發(fā)生在BHA105的一部分，通常是鉆頭110暫時(shí)停止旋
25轉(zhuǎn)，而鉆柱160和BHA105的剩余部分仍然從地表旋轉(zhuǎn)的時(shí)候。這可 能由于鉆頭IIO上的切削元件太深地接合到地層而發(fā)生，引起鉆頭110 停止旋轉(zhuǎn)和井下馬達(dá)120停轉(zhuǎn)。發(fā)生這種情況則指示了當(dāng)井下馬達(dá) 120的動(dòng)力部停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在地表對(duì)豎桿中鉆進(jìn)流體170測(cè)量的壓力 突然增加。此外，測(cè)量鉆頭110的轉(zhuǎn)速(RPM)的傳感器可以指示鉆 頭110已經(jīng)停止旋轉(zhuǎn)，或至少轉(zhuǎn)速(RPM)顯著地下降。
矯正滑動(dòng)粘附(stick-slip)的最常用方法可以是將鉆頭110從井 孔底部拖出，重新定位井下馬達(dá)280的彎曲子件288 (參見圖2)在需 要的方向上(如果彎曲子件用于鉆井的話)，并增加地表轉(zhuǎn)速(RPM) 和/或鉆進(jìn)流體170的流量(如果可能，給出現(xiàn)有技術(shù)已知的其他限制)， 以在回到以小的WOB鉆進(jìn)之前提高鉆頭轉(zhuǎn)速(RPM)。然而，該過 程可能花費(fèi)相當(dāng)多的時(shí)間。
然而，本發(fā)明可以采取補(bǔ)救行動(dòng)以排除或減小從地表釆取補(bǔ)救行 動(dòng)的需要。例如，一旦BHA105中合適地編程了的處理器基于BHA105 中的傳感器作出的測(cè)量認(rèn)識(shí)到滑動(dòng)粘附可能發(fā)生，可以用于命令旁通 閥130部分關(guān)閉，以從井下馬達(dá)120的動(dòng)力部分流走更少量的鉆進(jìn)流 體170。這樣，鉆頭轉(zhuǎn)速(RPM)可以增加，從而降低滑動(dòng)粘附發(fā)生 的可能性。
類似地，如果一個(gè)處理器用于BHA105中，處理器可以用于命令 推進(jìn)器140部分地打開將推進(jìn)器140中的兩個(gè)液壓存儲(chǔ)器分開的電子 閥。這樣，施加到鉆頭上的作用力可以下降，這可以減小鉆頭110的 切削元件接合到地層的深度，從而減小滑動(dòng)粘附發(fā)生的可能性。
盡管上面的例子描述了本發(fā)明對(duì)于特殊的鉆進(jìn)故障的處理，本發(fā) 明在公開的實(shí)施例中可以包括處理器或多個(gè)處理器，其展現(xiàn)了對(duì)從 BHA的傳感器輸入的數(shù)據(jù)足夠的敏感性，以對(duì)具體的鉆進(jìn)故障發(fā)生前 測(cè)量的數(shù)據(jù)作出前攝響應(yīng)。例如，處理器可以認(rèn)識(shí)到對(duì)于給定的轉(zhuǎn)速 (RPM)和WOB扭矩的增加。而不是等待直到鉆頭停轉(zhuǎn)和滑動(dòng)粘附 發(fā)生，處理器可以命令旁通閥組件130和推進(jìn)器140的一個(gè)或兩個(gè)適 當(dāng)?shù)胤磻?yīng)，以減小鉆進(jìn)故障發(fā)生的可能性。此外，盡管例子中描述了鉆進(jìn)參數(shù)根據(jù)鉆進(jìn)的地層的改變或發(fā)生 的鉆進(jìn)故障而改變的情形，本發(fā)明可以應(yīng)用于需要監(jiān)控和調(diào)整井下鉆 進(jìn)參數(shù)的其他情形下。例如，在從地表進(jìn)行最小的干預(yù)的情況下，運(yùn)
行參數(shù)可以調(diào)整以優(yōu)化DOC、提高ROP、鉆頭和BHA組件的磨損率、 減小振動(dòng)和降低總的鉆進(jìn)成本。類似地，本發(fā)明在防止或減輕其他鉆 進(jìn)故障，例如鉆頭渦動(dòng)、張緊等方面也是有用的。
盡管上述描述包含許多細(xì)節(jié)和例子，這些不能解釋為限制本發(fā)明 的范圍，而僅僅為提供一些實(shí)施例的示例。類似地，本發(fā)明其他實(shí)施 例可以在不脫離本發(fā)明精神或范圍的情況下設(shè)計(jì)。因此本發(fā)明的范圍 只通過后面的權(quán)利要求及它們合理的等同物進(jìn)行指示和限定，而不是 前面的描述。此外，對(duì)本發(fā)明這里公開的內(nèi)容的刪除和改變，其落入 權(quán)利要求的意思中，也包含在它們的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、用于控制鉆頭與地下地層接合方式的井下鉆進(jìn)組件，包括井底組件，該井底組件包括其上具有至少一個(gè)切削結(jié)構(gòu)的鉆頭，和構(gòu)造用于調(diào)整該井下鉆進(jìn)組件運(yùn)行的至少一個(gè)方面的部件，該部件影響作用力和速度中的至少一個(gè)，在該作用力和速度下，所述至少一個(gè)切削結(jié)構(gòu)能夠接合到由鉆頭鉆進(jìn)的地下地層；至少一個(gè)傳感器，所述傳感器構(gòu)造用于測(cè)量至少一個(gè)井下鉆進(jìn)參數(shù)；和處理器，該處理器可操作地結(jié)合到所述至少一個(gè)傳感器和所述部件上，以引起該部件響應(yīng)從該至少一個(gè)傳感器的輸入而調(diào)整所述井下鉆進(jìn)組件運(yùn)行的至少一個(gè)方面。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的井下鉆進(jìn)組件，還包括 井下馬達(dá)，該井下馬達(dá)具有適合于轉(zhuǎn)換來自通過井底組件的鉆進(jìn)流體的能量以旋轉(zhuǎn)鉆頭的動(dòng)力部；和其中，所述部件包括旁通閥組件，該旁通閥組件構(gòu)造成用于從通 過井下馬達(dá)的動(dòng)力部的能量轉(zhuǎn)換通道分流流過井底組件的至少部分鉆 進(jìn)流體。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的井下鉆進(jìn)組件，還包括至少一個(gè)記憶存 儲(chǔ)設(shè)備。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的井下鉆進(jìn)組件，其中，所述記憶存儲(chǔ)設(shè) 備構(gòu)造用于存儲(chǔ)來自所述至少一個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)和用于處理器運(yùn)行的 計(jì)算機(jī)程序中的至少一種。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的井下鉆進(jìn)組件，其中，所述至少一個(gè)傳 感器包括轉(zhuǎn)速傳感器、扭矩傳感器、軸向作用力傳感器和震動(dòng)傳感器 中的至少一個(gè)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的井下鉆進(jìn)組件，其中，所述旁通閥構(gòu)造 用于響應(yīng)于來自處理器的命令，并且還包括用于分流鉆進(jìn)流體的路徑， 以使該分流的鉆進(jìn)流體從井下井底組件的內(nèi)部流到位于井孔壁和井底組件外部之間的環(huán)形空間中。
7、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的井下鉆進(jìn)組件，其中，所述旁通閥構(gòu)造 用于響應(yīng)于來自處理器的命令，并且還包括用于分流鉆進(jìn)流體的路徑， 以使該分流的鉆進(jìn)流體流過在井下馬達(dá)轉(zhuǎn)子中的內(nèi)孔。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的井下鉆進(jìn)組件，還包括液壓推進(jìn)器，該 液壓推進(jìn)器構(gòu)造用于調(diào)整沿著井底組件的軸線施加到鉆頭上的作用 力。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的井下鉆進(jìn)組件，還包括閥，該閥構(gòu)造用 于響應(yīng)來自處理器的命令，并包括用于至少部分限制來自液壓推進(jìn)器 的第 一存儲(chǔ)器的流體到液壓推進(jìn)器的第二存儲(chǔ)器的流動(dòng)的路徑。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的井下鉆進(jìn)組件，還包括用于與井底組 件的另一部件和地表系統(tǒng)中的至少一個(gè)通信的設(shè)備。
11、 一種鉆井的方法，包括，在鉆進(jìn)時(shí)測(cè)量與在末端具有鉆頭的井下鉆進(jìn)組件的運(yùn)行相關(guān)的至少一個(gè)井 下鉆進(jìn)性能參數(shù)的值；分析所述至少一個(gè)井下鉆進(jìn)性能參數(shù)值；響應(yīng)于分析了的至少一個(gè)井下鉆進(jìn)參數(shù)值而調(diào)整井下鉆進(jìn)組件中 的至少一個(gè)閥，以改變井下鉆進(jìn)組件運(yùn)行的至少一方面；和重復(fù)上述的測(cè)量、分析和調(diào)整，直至獲得想要的井下鉆進(jìn)性能參 數(shù)值。
12、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，測(cè)量與井下鉆進(jìn)組件運(yùn) 行相關(guān)的至少一個(gè)井下性能參數(shù)的值是在鉆頭處進(jìn)行的。
13、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，調(diào)整井下鉆進(jìn)組件中的 至少一個(gè)閥包括調(diào)整至少一個(gè)閥，以改變流過井下鉆進(jìn)組件的至少一 部分鉆進(jìn)流體的流動(dòng)路徑。
14、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，改變井下鉆進(jìn)組件運(yùn)行 的至少一方面包括響應(yīng)于對(duì)所述至少一個(gè)井下鉆進(jìn)性能參數(shù)值的分析 而改變運(yùn)行的至少一個(gè)方面，所述至少一個(gè)井下鉆進(jìn)性能參數(shù)值指示 鉆進(jìn)的地下地層的類型。
15、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，分析所述至少一個(gè)井 下鉆進(jìn)性能參數(shù)值還包括測(cè)量得到的將所述至少一個(gè)井下鉆進(jìn)性能參 數(shù)值與至少一個(gè)鉆進(jìn)性能模型作比較。
16、 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述至少一個(gè)鉆進(jìn)性能 模型包括地下地層不同類型的性能模型，并且所述分析包括確定鉆進(jìn) 的地下地層類型的至少一種特性，且其中調(diào)整至少一個(gè)閥通過改變井 下鉆進(jìn)組件運(yùn)行的至少一方面而起作用，以響應(yīng)于確定的至少一個(gè)特 性而提高井下鉆進(jìn)組件的性能。
17、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，重復(fù)所述測(cè)量、分析和 調(diào)整直至獲得想要的井下鉆進(jìn)性能參數(shù)值的實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步包括重復(fù)所述 測(cè)量、分析和調(diào)整步驟，直至獲得優(yōu)化的機(jī)械鉆速、優(yōu)化的磨損率、 鉆頭上至少一個(gè)切削元件的優(yōu)化的切削深度和優(yōu)化的鉆進(jìn)成本中的至 少一個(gè)。
18、 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，重復(fù)所述測(cè)量、分析和 調(diào)整直至獲得優(yōu)化的機(jī)械鉆速、優(yōu)化的磨損率和優(yōu)化的鉆進(jìn)成本中的 至少一個(gè)進(jìn)一步包括重復(fù)測(cè)量、分析和調(diào)整，直至獲得最大的機(jī)械鉆 速、最小的磨損率和最小的鉆進(jìn)成本中的至少一個(gè)。
19、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述至少一個(gè)井下鉆進(jìn) 性能參數(shù)的測(cè)量包括測(cè)量鉆頭轉(zhuǎn)速、渦輪每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)、井下扭矩、軸 向作用力和震動(dòng)中的至少一個(gè)。
20、 一種鉆井的方法，包括使鉆進(jìn)流體流過井底組件，該井底組件包括鉆進(jìn)流體驅(qū)動(dòng)的井下 馬達(dá)和鉆頭；從驅(qū)動(dòng)井下馬達(dá)的鉆進(jìn)流體中分流大量鉆進(jìn)流體； 使待鉆進(jìn)的地層與鉆頭接合；和 停止鉆進(jìn)流體流的至少部分分流。
21、 根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，還包括 在鉆頭接合地層之后測(cè)量施加到鉆頭上的作用力；和 在測(cè)量的施加到鉆頭上的作用力達(dá)到選擇的幅度后停止鉆進(jìn)流體流的至少部分分流。
全文摘要
鉆進(jìn)工具，可以檢測(cè)和動(dòng)態(tài)調(diào)整鉆進(jìn)參數(shù)，以提高用于鉆井的鉆進(jìn)系統(tǒng)的鉆進(jìn)性能。該工具可以包括傳感器，例如轉(zhuǎn)速(RPM)傳感器、用于測(cè)量在鉆頭上的重量的軸向作用力的傳感器、扭矩傳感器、振動(dòng)傳感器和其他現(xiàn)有技術(shù)所知的傳感器。處理器可以比較傳感器測(cè)量得到的數(shù)據(jù)與不同的鉆進(jìn)模型，以確定是否有鉆進(jìn)故障發(fā)生和采取什么補(bǔ)救行動(dòng)(如果需要的話)。處理器可以命令井底組件(BHA)中的不同工具，包括旁通閥組件和/或液壓推進(jìn)器采取行動(dòng)，這樣可排除鉆進(jìn)故障或提高總的鉆進(jìn)性能。處理器能夠與隨鉆測(cè)井(MWD)組件通信，該組件可以將傳感器測(cè)量到的數(shù)據(jù)、工具的現(xiàn)狀和采取的任何補(bǔ)救行動(dòng)傳送到地表。
文檔編號(hào)E21B44/00GK101600851SQ200880001894
公開日2009年12月9日 申請(qǐng)日期2008年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月8日
發(fā)明者P·E·帕斯圖斯克, 范J·布拉克金 申請(qǐng)人:貝克休斯公司