導(dǎo)向系統(tǒng)及導(dǎo)向方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明公開的實(shí)施方式涉及一種導(dǎo)向系統(tǒng)及相對(duì)應(yīng)的導(dǎo)向方法，尤其是適用于包含鉆桿的鉆孔裝置的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)及導(dǎo)向方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在油氣井鉆探中，由于受到地面客觀條件限制、地下油層分布等諸多因素的影響，需要對(duì)鉆井方向進(jìn)行改變和控制，使之沿一預(yù)設(shè)的軌跡前進(jìn)，順利鉆達(dá)油氣層，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)油產(chǎn)氣的目的。如常規(guī)定向井、水平井、分支井、多底井、三維繞障礙井等都需要用到旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)。
[0003]近年來(lái)，隨著石油、天然氣行業(yè)的發(fā)展，油氣勘探和開采方面的需求日益增加，因而對(duì)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)提出了更高的要求。
[0004]傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)可分為兩種類型:推靠式導(dǎo)向系統(tǒng)和指向式導(dǎo)向系統(tǒng)。推靠式導(dǎo)向系統(tǒng)造斜率較高，但井眼軌跡不平滑，井壁也較為粗糙。指向式導(dǎo)向系統(tǒng)能夠形成較為平滑的井眼軌跡和較為平整的井壁，但是造斜率較低。
[0005]現(xiàn)有的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)鉆桿活動(dòng)范圍小，導(dǎo)向控制精度低。
[0006]現(xiàn)有的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)的導(dǎo)向效果受井壁條件影響較大，不平整的井壁會(huì)使震動(dòng)增大，進(jìn)而使井眼軌跡變得更不平滑。
[0007]另外，現(xiàn)有的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)可靠性比較低，壽命比較短，容易受到砂石等雜質(zhì)的侵?jǐn)_，從而無(wú)法正常運(yùn)行，也大大增加了維護(hù)成本。
[0008]因此，有必要提供一種適用于鉆孔裝置的新的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)及導(dǎo)向方法來(lái)解決上述技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]鑒于上面提及的技術(shù)問題，本發(fā)明一方面提供一種導(dǎo)向系統(tǒng)，適用于包括鉆桿的鉆孔裝置，該導(dǎo)向系統(tǒng)包括:一導(dǎo)向環(huán)及一導(dǎo)向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。該導(dǎo)向環(huán)套設(shè)于所述鉆孔裝置的所述鉆桿上，其外徑與所鉆的孔的內(nèi)徑大致相等。該導(dǎo)向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)置于所述導(dǎo)向環(huán)和所述鉆桿之間，用于在鉆孔過程中控制所述鉆桿相對(duì)于所述孔的中心軸的徑向位移。其中，所述導(dǎo)向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括一個(gè)或多個(gè)子驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，用于連接所述導(dǎo)向環(huán)與所述鉆桿，且驅(qū)動(dòng)所述鉆桿在所述孔內(nèi)移動(dòng)。每個(gè)子驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括一個(gè)長(zhǎng)度可調(diào)節(jié)的驅(qū)動(dòng)器及一個(gè)連接件，該連接件的第一端可旋轉(zhuǎn)連接于所述驅(qū)動(dòng)器。
[0010]本發(fā)明的另一個(gè)方面在于提供一種鉆孔方法，包括:首先，用一包括鉆桿的鉆孔裝置鉆孔，其中，所述鉆孔裝置的鉆桿上安裝有一導(dǎo)向環(huán)，該導(dǎo)向環(huán)的外徑與所述孔的內(nèi)徑大致相等。其次，在鉆孔過程中，通過設(shè)置于所述導(dǎo)向環(huán)和所述鉆桿之間的一導(dǎo)向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)控制所述鉆桿相對(duì)于所述孔的中心軸的徑向位移，進(jìn)而控制所述鉆孔裝置的前進(jìn)方向。所述導(dǎo)向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括一個(gè)或多個(gè)子驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，每個(gè)子驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括一個(gè)長(zhǎng)度可調(diào)節(jié)的驅(qū)動(dòng)器及一個(gè)連接件，所述連接件可旋轉(zhuǎn)連接于所述驅(qū)動(dòng)器。
【附圖說(shuō)明】
[0011]通過結(jié)合附圖對(duì)于本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行描述，可以更好地理解本發(fā)明，在附圖中:
[0012]圖1為根據(jù)本發(fā)明的一具體實(shí)施例的導(dǎo)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖2為圖1所示的所述導(dǎo)向系統(tǒng)在導(dǎo)向狀態(tài)下的示意圖；
[0014]圖3為圖1所示的所述導(dǎo)向系統(tǒng)的局部剖視圖；
[0015]圖4為圖1所示的所述導(dǎo)向系統(tǒng)的截面圖；及
[0016]圖5為根據(jù)本發(fā)明的另一具體實(shí)施例的導(dǎo)向系統(tǒng)的截面圖。
[0017]圖6為圖1所示的所述導(dǎo)向系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)器和連接件的分解示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]以下將描述本發(fā)明的一個(gè)或者多個(gè)【具體實(shí)施方式】。首先要指出的是，在這些實(shí)施方式的具體描述過程中，為了進(jìn)行簡(jiǎn)明扼要的描述，本說(shuō)明書不可能對(duì)實(shí)際的實(shí)施方式的所有特征均作詳盡的描述。應(yīng)當(dāng)可以理解的是，在任意一種實(shí)施方式的實(shí)際實(shí)施過程中，正如在任意一個(gè)工程項(xiàng)目或者設(shè)計(jì)項(xiàng)目的過程中，為了實(shí)現(xiàn)開發(fā)者的具體目標(biāo)，或者為了滿足系統(tǒng)相關(guān)的或者商業(yè)相關(guān)的限制，常常會(huì)做出各種各樣的具體決策，而這也會(huì)從一種實(shí)施方式到另一種實(shí)施方式之間發(fā)生改變。此外，還可以理解的是，雖然這種開發(fā)過程中所作出的努力可能是復(fù)雜并且冗長(zhǎng)的，然而對(duì)于與本發(fā)明公開的內(nèi)容相關(guān)的本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，在本公開揭露的技術(shù)內(nèi)容的基礎(chǔ)上進(jìn)行的一些設(shè)計(jì)，制造或者生產(chǎn)等變更只是常規(guī)的技術(shù)手段，不應(yīng)當(dāng)理解為本發(fā)明公開的內(nèi)容不充分。
[0019]除非另作定義，在本說(shuō)明書和權(quán)利要求書中使用的技術(shù)術(shù)語(yǔ)或者科學(xué)術(shù)語(yǔ)應(yīng)當(dāng)為本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)具有一般技能的人士所理解的通常意義。本說(shuō)明書以及權(quán)利要求書中使用的“第一”或者“第二”以及類似的詞語(yǔ)并不表示任何順序、數(shù)量或者重要性，而只是用來(lái)區(qū)分不同的組成部分?！耙粋€(gè)”或者“一”等類似詞語(yǔ)并不表示數(shù)量限制，而是表示存在至少一個(gè)?！盎蛘摺卑ㄋ信e的項(xiàng)目中的任意一者或者全部。“包括”或者“包含”等類似的詞語(yǔ)意指出現(xiàn)在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵蓋出現(xiàn)在“包括”或者“包含”后面列舉的元件或者物件及其等同元件，并不排除其他元件或者物件。“連接”或者“相連”等類似的詞語(yǔ)并非限定于物理的或者機(jī)械的連接，而是可以包括電性的連接，不管是直接的還是間接的。此外，“電路”或者“電路系統(tǒng)”以及“控制器”等可以包括單一組件或者由多個(gè)主動(dòng)元件或者被動(dòng)元件直接或者間接相連的集合，例如一個(gè)或者多個(gè)集成電路芯片，以提供所對(duì)應(yīng)描述的功能。
[0020]本發(fā)明中使用的“可”、“可以”與“可能”等詞語(yǔ)表明在某些環(huán)境中事件發(fā)生的可能性；擁有一種特定屬性、特征或功能；和/或通過與某一合格動(dòng)詞結(jié)合表示一個(gè)或多個(gè)能力、性能或可能性。相應(yīng)地，“可能”的使用表明:被修飾的術(shù)語(yǔ)對(duì)于所示的能力、功能或用途是明顯適當(dāng)、可匹配或合適的；同時(shí)考慮到在某些情況的存在，被修飾的術(shù)語(yǔ)有時(shí)可能不適當(dāng)，不匹配或不合適。例如，在某些情況下，可能預(yù)期出現(xiàn)某一結(jié)果或性能；而在其他情況下，該結(jié)果或性能可能不出現(xiàn)。這一區(qū)別由表示“可能”的詞語(yǔ)體現(xiàn)。
[0021]參見圖1，本發(fā)明提供的導(dǎo)向系統(tǒng)可適用于一般的鉆孔裝置。鉆孔裝置通常包括一鉆桿2及一鉆頭5，該鉆頭5固定設(shè)置于鉆桿2的端部。在鉆孔過程中，所述鉆頭5隨鉆桿2 一起旋轉(zhuǎn)，對(duì)目標(biāo)物進(jìn)行旋轉(zhuǎn)切削，從而在目標(biāo)物上形成圓柱形的孔洞。
[0022]參見圖1和圖4，本發(fā)明提供的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)6包括一導(dǎo)向環(huán)I及一導(dǎo)向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)
3。所述導(dǎo)向環(huán)I套設(shè)于鉆孔裝置的鉆桿2上，其外徑與所鉆的孔的內(nèi)徑大致相等。所述導(dǎo)向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)3，設(shè)置于所述導(dǎo)向環(huán)I和所述鉆桿2之間，用于在鉆孔過程中控制所述鉆桿2相對(duì)于所述孔的中心軸的徑向位移。通過對(duì)于所述徑向位移方向的控制，可以控制所述鉆頭5的前進(jìn)方向。通過對(duì)于所述徑向位移大小的控制，可以控制所述鉆頭5的偏移程度，從而獲得想要的造斜率。以上兩點(diǎn)綜合起來(lái)，可最終得到想要的井眼軌跡。
[0023]參見圖1，所述導(dǎo)向環(huán)I的外徑與所述孔的內(nèi)徑大致相等，所述導(dǎo)向環(huán)I的中心軸與所述孔的中心軸大致重合。這樣限制了所述導(dǎo)向環(huán)I的運(yùn)動(dòng)方向，所述導(dǎo)向環(huán)I基本上只能沿所述孔的軸向滑動(dòng)，而無(wú)法在徑向上與所述孔產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因而當(dāng)所述導(dǎo)向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)3驅(qū)動(dòng)所述鉆桿2相對(duì)于所述導(dǎo)向環(huán)I做徑向運(yùn)動(dòng)時(shí)，鉆桿2也相對(duì)于所述孔做徑向運(yùn)動(dòng)。
[0024]圖2為所述旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)在導(dǎo)向狀態(tài)下的示意圖，由圖2可見，所述鉆桿2的中心軸21偏離于孔中心軸8，即:所述鉆桿2相對(duì)于所述孔中心軸8有一徑向位移S。此時(shí)，固定于所述鉆桿2端部的所述鉆頭5也偏離于所述孔中心軸8，偏向孔壁的一側(cè)7，然后，所述鉆頭5的前進(jìn)方向?qū)⑾蚱淦虻倪@一側(cè)7偏移。所述徑向位移S越大，造斜率也就越大。
[0025]在一些實(shí)施例中，所述旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)6為一閉環(huán)控制系統(tǒng)，所述導(dǎo)向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)3可基于一當(dāng)前徑向位移及一給定值，將所述徑向位移S調(diào)節(jié)至所述給定值。優(yōu)選地，所述導(dǎo)向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)3基于所述當(dāng)前徑向位移與所述給定值的差值來(lái)調(diào)節(jié)所述徑向位移S。其中，所述給定值由所需要的造斜率決定。
[0026]參見圖4，所述導(dǎo)向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)3包括一個(gè)或多個(gè)子驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)30，設(shè)置于所述導(dǎo)向環(huán)I與所述鉆桿2之間，用于連接所述導(dǎo)向環(huán)I與所述鉆桿2。在一些實(shí)施例中，所述導(dǎo)向環(huán)I可隨所述鉆桿2 —起繞所述孔的中心軸旋轉(zhuǎn)，但不能相對(duì)所述鉆桿2沿軸向滑動(dòng)。
[0027]所述子驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)30還驅(qū)動(dòng)所述鉆桿2在所述導(dǎo)向環(huán)I內(nèi)移動(dòng)。參見圖4，每個(gè)子驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)30包括一個(gè)驅(qū)動(dòng)器31及一個(gè)連接件32。所述驅(qū)動(dòng)器31的長(zhǎng)度可調(diào)節(jié)。所述連接件32的第一端321可旋轉(zhuǎn)連接于所述驅(qū)動(dòng)器31的第一端311。
[0028]在一些實(shí)施例中，所述連接件32的第二端322與所述導(dǎo)向環(huán)I的內(nèi)壁連接，所述驅(qū)動(dòng)器31的第二端312與所述鉆桿2連接。進(jìn)一步的，如圖4所示，所述連接件32的第二端322通過鉸鏈9可旋轉(zhuǎn)地連接于所述導(dǎo)向環(huán)I的內(nèi)壁上，所述驅(qū)動(dòng)器31有一部分與所述鉆桿2固定連接。
[0029]另外，所述驅(qū)動(dòng)器31與所述連接件32的位置關(guān)系不限于圖4中表現(xiàn)的方式，在另一些實(shí)施例中，可將所述連接件32的第二端322與所述鉆桿2連接，將所述驅(qū)動(dòng)器31的第二端312與所述導(dǎo)向環(huán)I的內(nèi)壁連接。
[0030]本實(shí)施例在所述驅(qū)動(dòng)器31的基礎(chǔ)上，增加了所述連接件32對(duì)所述鉆桿2進(jìn)行聯(lián)合控制，且所述連接件32的兩端均為可旋轉(zhuǎn)連接，例如，通過所述鉸鏈9進(jìn)行樞接，這樣增大了所述鉆桿2在所述導(dǎo)向環(huán)I中的徑向