專利名稱：導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于在井眼的形成中使用例如用于隨后開(kāi)采油氣時(shí)使用的導(dǎo)向 鉆井系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
GB 2399121說(shuō)明了一種導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)，在所述導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)中，底部鉆具組合裝 有位于所述底部鉆具組合的上部分與導(dǎo)向部分之間的旋轉(zhuǎn)接頭或萬(wàn)向接頭。井下馬達(dá)位于 上部分中并且驅(qū)動(dòng)由導(dǎo)向部分支承的鉆頭進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。一系列活塞設(shè)置在上部分上，且活塞 可操作以調(diào)節(jié)導(dǎo)向部分的軸線相對(duì)于上部分的軸線的角度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種這種通用類型的并且具有簡(jiǎn)便形式的導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明，提供了一種導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)，所述導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)包括底部鉆具組合， 所述底部鉆具組合包括上部分和導(dǎo)向部分；旋轉(zhuǎn)接頭，所述旋轉(zhuǎn)接頭允許對(duì)導(dǎo)向部分的軸 線相對(duì)于上部分的軸線的方位進(jìn)行調(diào)節(jié)；井下馬達(dá)，所述井下馬達(dá)可操作以驅(qū)動(dòng)導(dǎo)向部分 相對(duì)于上部分進(jìn)行旋轉(zhuǎn)；和多個(gè)致動(dòng)器，所述多個(gè)致動(dòng)器可操作以控制導(dǎo)向部分的軸線相 對(duì)于上部分的軸線的方位，且致動(dòng)器安裝在導(dǎo)向部分和上部分中的一個(gè)上，并且被布置成 抵靠導(dǎo)向部分和上部分中的另一個(gè)而作用。高速滑動(dòng)接觸可以形成在致動(dòng)器與導(dǎo)向部分和上部分中的所述另一個(gè)之間。高速滑動(dòng)接觸可以形成液壓動(dòng)力軸承，從而避免致動(dòng)器和/或與致動(dòng)器接觸的表 面的過(guò)度磨損。致動(dòng)器優(yōu)選地包括活塞，所述活塞例如被布置成使用鉆井液或鉆井泥漿驅(qū)動(dòng)。可 以通過(guò)活塞供應(yīng)流體以潤(rùn)滑活塞與導(dǎo)向部分與上部分中的所述另一個(gè)之間的接觸?？蛇x地，滾柱軸承裝置可以設(shè)置在致動(dòng)器與導(dǎo)向部分和上部分中的所述另一個(gè)之間。 柔順材料元件可以裝入到軸承裝置中以適應(yīng)導(dǎo)向部分相對(duì)于上部分繞旋轉(zhuǎn)接頭的角運(yùn)動(dòng)。井下馬達(dá)可以具有多種形式。例如，井下馬達(dá)可以包括鉆井液或鉆井泥漿供給動(dòng) 力的馬達(dá)、渦輪機(jī)、或電動(dòng)馬達(dá)。


以下參照附圖以示例的方式進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，其中圖1顯示裝有根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)的鉆機(jī)；圖2是顯示圖1的導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)的視圖；和圖3-5說(shuō)明可選的布置。
具體實(shí)施例方式圖1中所示的鉆機(jī)包括由位于地面的裝置14支撐在井眼12內(nèi)的鉆柱10。鉆柱10承載一系列扶正器16及其它部件，并且在所述鉆柱的下端處，所述鉆柱連接到底部鉆具 組合18并支撐所述底部鉆具組合。位于地面的裝置14被布置成使鉆柱10和固定到所述 鉆柱的部件旋轉(zhuǎn)，并且還被布置成沿鉆柱10將鉆井液20供應(yīng)給位于井下的部件。底部鉆具組合18在圖2中被詳細(xì)示出，并且包括上部分22和導(dǎo)向部分24。萬(wàn)向 接頭26連接導(dǎo)向部分24與上部分22。萬(wàn)向接頭26允許導(dǎo)向部分24相對(duì)于上部分22的 方位調(diào)節(jié)至少+/-2°的角度。上部分22容納井下馬達(dá)(未示出)。馬達(dá)可以具有各種形 式。例如，馬達(dá)可以包括鉆井液或泥漿供給動(dòng)力的馬達(dá)、渦輪機(jī)、或電動(dòng)馬達(dá)。馬達(dá)的轉(zhuǎn)子 連接到輸出軸28，所述輸出軸延伸通過(guò)上部分22并且可相對(duì)于所述上部分旋轉(zhuǎn)，且軸28通 過(guò)萬(wàn)向接頭26將來(lái)自井下馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)力施加給導(dǎo)向部分24。鉆頭30連接到導(dǎo)向部分 24。將要認(rèn)識(shí)的是井下馬達(dá)的操作會(huì)驅(qū)動(dòng)鉆頭30相對(duì)于上部分22進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。在使用中，上部分22固定到鉆柱10，以可與所述鉆柱一起移動(dòng)。鉆井系統(tǒng)的操作 使得通過(guò)鉆柱10將鉆壓載荷施加到上部分22，且鉆壓載荷通過(guò)萬(wàn)向接頭26傳遞給導(dǎo)向部 分24并由此傳遞給鉆頭30。鉆壓載荷與由于井下馬達(dá)的操作并且由于鉆柱10的旋轉(zhuǎn)而使 鉆頭30旋轉(zhuǎn)的結(jié)合應(yīng)用從而使鉆頭30從正在其內(nèi)形成井眼12的地層32刨削、刮削或以 其它方式清除物質(zhì)，從而延伸井眼12的長(zhǎng)度。多個(gè)致動(dòng)器34安裝在上部分22上，且致動(dòng)器34被布置成與導(dǎo)向部分24的一部 分接合并且可操作以控制導(dǎo)向部分24的軸線相對(duì)于上部分22的軸線的位置或方位。將要 認(rèn)識(shí)的是當(dāng)致動(dòng)器34安裝在可與鉆柱10 —起旋轉(zhuǎn)的上部分22的一部分上，并且致動(dòng)器34 倚靠在通過(guò)井下馬達(dá)的操作驅(qū)動(dòng)的導(dǎo)向部分24的一部分上時(shí)，在使用中，在致動(dòng)器34與導(dǎo) 向部分24之間具有高速滑動(dòng)接觸。高速滑動(dòng)接觸形成用于最小化致動(dòng)器34和導(dǎo)向部分24 的相關(guān)聯(lián)部分的磨損的流體動(dòng)力軸承。致動(dòng)器34具有一系列活塞的形式，所述一系列活塞在使用中沿設(shè)置在上部分22 中的供應(yīng)管線36被供應(yīng)有加壓流體。例如，使用可以位于井下馬達(dá)上方或下方的旋轉(zhuǎn)閥或 一系列雙穩(wěn)態(tài)致動(dòng)器閥可有利地控制流體沿供應(yīng)管線36的供應(yīng)。雖然沒(méi)有示出，但是底部鉆具組合18將裝有流動(dòng)通道裝置，藉此，鉆井液可以通 過(guò)底部鉆具組合18被供應(yīng)給鉆頭30以從形成在所述流動(dòng)通道裝置中的流動(dòng)通道或噴管被 輸送。例如，這可以通過(guò)沿形成在軸28的通道并通過(guò)軟管(所述軟管通過(guò)萬(wàn)向接頭26)將 流體供應(yīng)到導(dǎo)向部分24來(lái)實(shí)現(xiàn)。如此被供應(yīng)的鉆井液用于沖洗鉆切地層物質(zhì)而遠(yuǎn)離鉆頭， 鉆井液和鉆切物質(zhì)往往沿井眼12沿形成在鉆柱10與井眼12的壁之間的環(huán)空而回流到地 面或另一個(gè)適當(dāng)?shù)奈恢?，從而遠(yuǎn)離鉆頭30而帶走鉆切物質(zhì)。導(dǎo)向可以使用諸如GB 2399121中所述的一些不同的技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在一種技術(shù)中， 控制致動(dòng)器34以將鉆頭30的工具面保持在期望的方位上，或者使所述工具面指向期望的 方向，同時(shí)如上所述操作馬達(dá)以驅(qū)動(dòng)鉆頭30進(jìn)行旋轉(zhuǎn)并施加鉆壓載荷。在此操作期間，鉆 柱10可以連續(xù)或間歇旋轉(zhuǎn)，將要認(rèn)識(shí)的是致動(dòng)器34可能需要連續(xù)或周期性調(diào)節(jié)以確保將 導(dǎo)向部分24保持在期望的方位上。在需要井眼的相對(duì)直線段的情況下，可以操作致動(dòng)器34 以保持導(dǎo)向部分24和上部分22基本上彼此共軸。然而，即使在這種操作模式下，也有可能 使井眼的形成部分例如由于鉆頭30移動(dòng)通過(guò)不同類型的地層物質(zhì)的層而將與實(shí)際直線偏 罔。如同GB 2399121中所述的裝置一樣，扶正器可以安裝在上部分和/或?qū)虿糠稚?，或與所述上部分和/或所述導(dǎo)向部分相關(guān)聯(lián)，且扶正器的位置在某種程度上確定可以 使用的導(dǎo)向技術(shù)的類型。在扶正器設(shè)置在導(dǎo)向部分上的情況下，所述扶正器可以位于萬(wàn)向 接頭的中心的位置的上方、位于所述萬(wàn)向接頭的中心的位置上或位于所述萬(wàn)向接頭的中心 的位置的下方。角度傳感器(未示出)可以被設(shè)置成允許感測(cè)導(dǎo)向部分24相對(duì)于上部分22的角 度，并從而允許對(duì)鉆頭指向的方向進(jìn)行測(cè)量。這種信息可以在反饋回路中使用，從而控制鉆 井系統(tǒng)的操作。角度傳感器可以是電感形式，例如，包括安裝在導(dǎo)向部分24上的線圈和位 于上部分24上的非共面?zhèn)鞲衅鳎蛘叻粗嗳?。電纜或電線可以沿軸28和轉(zhuǎn)子的長(zhǎng)度延伸以允許與例如位于鉆頭30上的傳感器 進(jìn)行電連接。集流環(huán)或電感耦合可以被設(shè)置成允許對(duì)電纜或電線進(jìn)行連接。電纜或電線可 以用于給傳感器通電和/或從所述傳感器發(fā)射信號(hào)。雖然以上所示和所述的裝置使用位于萬(wàn)向接頭26上方的活塞形式的致動(dòng)器34， 但是可以將一些或所有致動(dòng)器34定位在萬(wàn)向接頭26的位置的下方和/或?qū)⑺鲆恍┗蛩?有致動(dòng)器定位在距離萬(wàn)向接頭26不同的距離處。通過(guò)交錯(cuò)定位致動(dòng)器34，在不必要增加底 部鉆具組合18的直徑的情況下可以增加所設(shè)置的致動(dòng)器34的數(shù)量。在另一個(gè)實(shí)施例中，不是將致動(dòng)器34安裝在可與鉆柱10 —起旋轉(zhuǎn)的上部分22的 一部分上，而是致動(dòng)器34可以安裝在導(dǎo)向部分24上，以可與所述導(dǎo)向部分一起旋轉(zhuǎn)，且在 使用中致動(dòng)器34倚靠在上部分22的多個(gè)部分上。圖3顯示其中致動(dòng)器34為活塞形式并提供流動(dòng)通道40，藉此用于控制致動(dòng)器34 的操作的大量流體被供應(yīng)給與導(dǎo)向部分24接觸的點(diǎn)，從而潤(rùn)滑致動(dòng)器與導(dǎo)向部分之間的 高速滑動(dòng)接觸并增加流體動(dòng)力軸承效應(yīng)的修改例。圖4顯示其中高速滑動(dòng)軸承被滾柱軸承42替代的變形例，所述滾柱軸承包括由致 動(dòng)器34支承的內(nèi)座圈44、和安裝在導(dǎo)向部分24上的外座圈46。柔順材料元件48還可以 裝入軸承42內(nèi)以適應(yīng)導(dǎo)向部分24繞萬(wàn)向接頭26的角運(yùn)動(dòng)。在以上所述的每一個(gè)裝置中，不是使用活塞作為致動(dòng)器34，而是如圖5中所示可 以使用導(dǎo)螺桿裝置50。裝置50每一個(gè)都包括螺桿52，所述螺桿可通過(guò)馬達(dá)54旋轉(zhuǎn)并且與 螺紋套筒56接合，使得馬達(dá)54的操作使螺桿52伸出或縮回。滾柱軸承或滑動(dòng)軸承可以如 上所述使用。雖然與其中安裝在上套管并且在上套管相當(dāng)緩慢地旋轉(zhuǎn)的裝置中使用的液壓驅(qū) 動(dòng)裝置相比導(dǎo)螺桿裝置可能具有更慢的響應(yīng)速度，但是所述響應(yīng)速度可能是充分的，并且 用于調(diào)節(jié)導(dǎo)向部分方位的動(dòng)力可以非常低。這種裝置可能在高溫應(yīng)用中尤其有益。另一種可能性包括使用液壓油以使致動(dòng)器活塞移動(dòng)，且例如通過(guò)小功率泵供應(yīng)所 述油。在以上所述的所有裝置中，將要認(rèn)識(shí)的是通過(guò)將致動(dòng)器定位在上套管上，所述致 動(dòng)器僅需要在正常使用中與上套筒的旋轉(zhuǎn)時(shí)被致動(dòng)而不是在鉆頭轉(zhuǎn)速下被致動(dòng)，從而可以 實(shí)現(xiàn)大量動(dòng)力節(jié)省。將要認(rèn)識(shí)的是在不背離本發(fā)明的保護(hù)范圍的情況下可以對(duì)以上所述裝置進(jìn)行大 范圍修改和改變。
權(quán)利要求
一種導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)，包括底部鉆具組合，所述底部鉆具組合包括上部分和導(dǎo)向部分；旋轉(zhuǎn)接頭，所述旋轉(zhuǎn)接頭允許對(duì)所述導(dǎo)向部分的軸線相對(duì)于所述上部分的軸線的方位進(jìn)行調(diào)節(jié)；井下馬達(dá)，所述井下馬達(dá)能夠操作以驅(qū)動(dòng)所述導(dǎo)向部分相對(duì)于所述上部分進(jìn)行旋轉(zhuǎn)；和多個(gè)致動(dòng)器，所述多個(gè)致動(dòng)器能夠操作以控制所述導(dǎo)向部分的軸線相對(duì)于所述上部分的軸線的方位，所述致動(dòng)器安裝在所述導(dǎo)向部分和所述上部分中的一個(gè)上，并且被布置成抵靠所述導(dǎo)向部分和所述上部分中的另一個(gè)而作用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，高速滑動(dòng)接觸形成在所述致動(dòng)器與所述導(dǎo)向部 分和所述上部分中的所述另一個(gè)之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，滾柱軸承裝置設(shè)置在所述致動(dòng)器與所述導(dǎo)向部 分和所述上部分中的所述另一個(gè)之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中，所述滾柱軸承裝置裝有柔順材料元件。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述致動(dòng)器包括活塞。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中，所述活塞限定流動(dòng)通道。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述致動(dòng)器包括導(dǎo)螺桿裝置。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述致動(dòng)器在距離所述旋轉(zhuǎn)接頭的 共同距離處彼此對(duì)齊。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述致動(dòng)器定位于距離所述旋轉(zhuǎn)接 頭的兩個(gè)或更多個(gè)距離處。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，至少一個(gè)致動(dòng)器定位于所述旋轉(zhuǎn)接 頭的一側(cè)，而至少一個(gè)致動(dòng)器定位于所述致動(dòng)器的另一側(cè)。
11.根據(jù)前述根據(jù)權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述旋轉(zhuǎn)接頭適于允許將鉆壓 載荷傳遞給所述導(dǎo)向部分。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，還包括軟管，所述軟管被布置成允許流體 通過(guò)所述萬(wàn)向接頭被供應(yīng)到所述導(dǎo)向部分。
13.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的系統(tǒng)，還包括閥裝置，所述閥裝置被布置成控制流體到 所述致動(dòng)器的供應(yīng)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中，所述閥裝置定位于所述馬達(dá)上方。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中，所述閥裝置定位于所述馬達(dá)下方。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中，所述閥裝置包括旋轉(zhuǎn)閥。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中，所述閥裝置包括至少一個(gè)雙穩(wěn)態(tài)閥。
18.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述馬達(dá)包括泥漿馬達(dá)、渦輪機(jī)和 電動(dòng)馬達(dá)中的一種。
19.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，還包括角度傳感器，所述角度傳感器能夠 操作以感測(cè)所述導(dǎo)向部分相對(duì)于所述上部分的角度。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中，所述角度傳感器是電感形式。
21.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，還包括扶正器，所述扶正器安裝在所述導(dǎo)向部分上。
22.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，還包括電導(dǎo)體，所述電導(dǎo)體延伸通過(guò)所述 系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)，所述導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)包括底部鉆具組合(18)，所述底部鉆具組合包括上部分(22)和導(dǎo)向部分(24)；旋轉(zhuǎn)接頭(26)，所述旋轉(zhuǎn)接頭允許對(duì)導(dǎo)向部分(24)的軸線相對(duì)于上部分(22)的軸線的方位進(jìn)行調(diào)節(jié)；井下馬達(dá)，所述井下馬達(dá)可操作以驅(qū)動(dòng)導(dǎo)向部分(24)用于相對(duì)于上部分(22)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)；和多個(gè)致動(dòng)器(34)，所述多個(gè)致動(dòng)器可操作以控制導(dǎo)向部分(24)的軸線相對(duì)于上部分(22)的軸線的方位，且致動(dòng)器(34)安裝在導(dǎo)向部分(24)和上部分(22)中的一個(gè)上，高速滑動(dòng)接觸形成在致動(dòng)器(34)與導(dǎo)向部分(24)和上部分(22)中的另一個(gè)之間。
文檔編號(hào)E21B7/06GK101946057SQ200880127109
公開(kāi)日2011年1月12日 申請(qǐng)日期2008年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月21日
發(fā)明者杰弗里·C·當(dāng)頓 申請(qǐng)人:普拉德研究及開(kāi)發(fā)股份有限公司