使用可變流體流動路徑來定向控制旋轉(zhuǎn)的可操縱鉆探組件的制作方法
【專利說明】
【背景技術(shù)】
[0001]本發(fā)明總的涉及鉆井作業(yè)，具體來說，涉及使用可變流體流動路徑對旋轉(zhuǎn)可操縱鉆探組件的定向控制。
[0002]由于鉆井作業(yè)變得越來越復(fù)雜，且碳?xì)浠衔飪幼兊酶与y于到達(dá)，所以，精確地將鉆探組件定位(垂直地和水平地)在地層內(nèi)的需求在增加。部分的該作業(yè)要求操縱鉆探組件避開特殊的地層或相交于感興趣的地層。操縱鉆探組件包括改變鉆探組件/鉆頭指向的方向。目前操縱鉆探組件的機(jī)構(gòu)一般來說既復(fù)雜又昂貴，并會要求鉆孔與可延伸的嚙合機(jī)構(gòu)相嚙合，當(dāng)可延伸的嚙合機(jī)構(gòu)必須通過重要機(jī)構(gòu)(諸如防井噴器)時(shí)，可延伸的嚙合機(jī)構(gòu)會出問題，這在鉆探作業(yè)期間對于安全來說是至關(guān)緊要的。
【附圖說明】
[0003]通過部分地參照以下的描述和附圖，可理解本發(fā)明某些具體的示范實(shí)施例。
[0004]圖1是圖示根據(jù)本發(fā)明諸方面的示例的鉆探系統(tǒng)的示意圖。
[0005]圖2A-D是圖示根據(jù)本發(fā)明諸方面的示例的操縱組件的示意圖。
[0006]圖3A-C是圖示根據(jù)本發(fā)明諸方面的示例的操縱組件的示意圖。
[0007]盡管圖示和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，且參照本發(fā)明的示范實(shí)施例予以定義，但如此的參照并不暗示對本發(fā)明限制，且并不推斷出如此的限制。本發(fā)明的主題內(nèi)容在形式和功能上能夠作相當(dāng)?shù)男薷?、改變和等價(jià)替換，本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員從本披露的發(fā)明中獲益后將會想到這些修改、改變和等價(jià)替換。所圖示和描述的本發(fā)明實(shí)施例僅是示例而已，并不是本發(fā)明范圍詳盡無遺漏的。
【具體實(shí)施方式】
[0008]本發(fā)明總的涉及鉆井作業(yè)，具體來說，涉及使用可變流體流動路徑對旋轉(zhuǎn)可操縱鉆探組件的定向控制。
[0009]本文詳細(xì)描述本發(fā)明的說明性實(shí)施例。為清晰明了起見，在本說明書中可能不會描述實(shí)際實(shí)施方式的全部特征。當(dāng)然，將會認(rèn)識到，在任何如此實(shí)際實(shí)施方式的開發(fā)中，必須作出許多專用于實(shí)施方式的決定以達(dá)到特殊的實(shí)施方式之目標(biāo)，這些決定會隨實(shí)施方式不同而變化。此外，將會認(rèn)識到，如此的開發(fā)工作會是既復(fù)雜又費(fèi)時(shí)，但這對于獲益于本發(fā)明的本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員來說仍然是要承擔(dān)的例行公事。
[0010]為了便于更好地理解本發(fā)明，下面給出某些實(shí)施例的實(shí)例。但以下的實(shí)例決不應(yīng)看作限制或限定本發(fā)明的范圍。本發(fā)明的實(shí)施例可適用于水平的、垂直的、偏轉(zhuǎn)的、多側(cè)向的、U形管連接、相交、旁路(圍繞中深卡落物鉆入到下面的井中)，或任何類型地下地層內(nèi)的其它非線性的鉆孔。各種實(shí)施例可適用于注入井和生產(chǎn)井，包括諸如硫化氫的天然資源生產(chǎn)井，碳?xì)浠衔锘虻責(zé)峋?；以及穿越河流的隧道的鉆孔構(gòu)造和其它如此用于近地面構(gòu)造的隧道鉆孔，或用于運(yùn)輸諸如碳?xì)浠衔锬菢恿黧w的u形管管線鉆孔。下面參照一個實(shí)施方式描述的實(shí)施例并不意圖限制。
[0011]根據(jù)本發(fā)明諸方面，本文描述用來控制鉆孔內(nèi)鉆探組件方向的系統(tǒng)和方法。一示例的系統(tǒng)可包括外殼和外殼內(nèi)可變的流體流動路徑。流體受控的驅(qū)動機(jī)構(gòu)可與可變的流體流動路徑流體地連通。此外，偏移心軸可偶聯(lián)到流體受控的驅(qū)動機(jī)構(gòu)的輸出。該偏移心軸可相對于外殼獨(dú)立地轉(zhuǎn)動。在某些實(shí)施例中，該系統(tǒng)還可包括樞轉(zhuǎn)地偶聯(lián)到外殼的鉆頭軸。該鉆頭軸可偶聯(lián)到偏移心軸的偏心座，而外殼可構(gòu)造成對鉆頭軸賦予轉(zhuǎn)矩。正如下文中將要描述的，鉆頭軸可偶聯(lián)到鉆頭上，由外殼賦予鉆頭軸上的轉(zhuǎn)矩可驅(qū)動鉆頭。流體受控的驅(qū)動機(jī)構(gòu)可相對于外殼反向轉(zhuǎn)動偏移心軸，在鉆探作業(yè)過程中這可使偏移心軸、鉆頭軸和鉆頭相對于周圍地層保持角度的定向。通過控制流體受控的驅(qū)動機(jī)構(gòu)速度可改變偏移心軸的反向轉(zhuǎn)速。通過改變可變流體流動路徑內(nèi)鉆探流體流動，可控制流體受控的驅(qū)動機(jī)構(gòu)的速度，流體受控的驅(qū)動機(jī)構(gòu)與該可變的流體流動路徑流體地連通。
[0012]圖1是顯示根據(jù)本發(fā)明諸方面的示例的鉆探系統(tǒng)100的示意圖。該鉆探系統(tǒng)100包括安裝在地面101上并定位在地下地層103內(nèi)鉆孔104上方的臺架102。在所示的實(shí)施例中，鉆探組件105可定位在鉆孔104內(nèi)，并可偶聯(lián)到臺架102。鉆探組件105可包括鉆柱106和底部孔組件(BHA) 107。鉆柱106可包括用螺紋方式連接的多段。BHA107可包括鉆頭109、邊測量邊鉆探(MWD)裝置108和操縱組件114。操縱組件114可控制鉆孔104鉆探的方向。正如本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員閱讀本披露后將會認(rèn)識到的，鉆孔104將沿垂直于鉆頭109的工具面110的方向鉆探，該方向?qū)?yīng)于鉆頭109的縱向軸線116。因此，控制鉆孔104的方向可包括控制鉆頭109的縱向軸線116與操縱組件114的縱向軸線115之間的角度，以及控制鉆頭109相對于地層103的角度定向。
[0013]根據(jù)下面將要描述的本發(fā)明的諸方面，操縱組件114可包括偏移心軸(未示出)，其致使鉆頭109的縱向軸線116偏離操縱組件114的縱向軸線115。該偏移心軸可相對于鉆柱106的轉(zhuǎn)動作反向轉(zhuǎn)動，以使鉆頭109相對于地層103保持角度的定向。操縱組件114可接收來自控制單元113的控制信號?？刂茊卧?13可包括帶有處理器和存儲器件的信息操作系統(tǒng)，并可通過遙控系統(tǒng)與操縱組件114通訊。在某些實(shí)施例中，正如下文中將要描述的，控制單元113可將控制信號發(fā)送到操縱組件114，以改變鉆頭109的縱向軸線115，以及控制偏移心軸的部分的反向轉(zhuǎn)動以保持鉆頭109相對于地層103的角度定向。如文中所使用的，保持鉆頭109相對于地層103的角度定向可指定為將鉆頭保持在與地球相對位置不變的位置中。在某些實(shí)施例中，處理器和存儲器件可位于操縱組件114內(nèi)以執(zhí)行某些或所有的控制功能。此外，包括MWD裝置108的其它BHA107部件可與控制單元113通訊并接收來自控制單元的指令。
[0014]在某些實(shí)施例中，鉆柱106可轉(zhuǎn)動而鉆出鉆孔104。鉆柱106的轉(zhuǎn)動又可以相同的轉(zhuǎn)動方向和轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動BHA107和鉆頭109。該轉(zhuǎn)動可致使操縱組件114圍繞其縱向軸線115轉(zhuǎn)動，致使鉆頭109圍繞其縱向軸線116和操縱組件114的縱向軸線115轉(zhuǎn)動。鉆頭109圍繞其縱向軸線116的轉(zhuǎn)動是要致使鉆頭109切割入地層內(nèi)，但在某些情形中鉆頭109圍繞操縱組件114的縱向軸線115的轉(zhuǎn)動可以是不需要的，因?yàn)樗淖冦@頭109相對于地層103的角度定向。例如，當(dāng)鉆頭109的縱向軸線116與鉆柱的縱向軸線115成某一角度時(shí)，如圖1所示，鉆頭109可圍繞操縱組件114的縱向軸線115轉(zhuǎn)動，防止鉆探組件以特殊角度和方向進(jìn)行鉆探。
[0015]圖2A-D是顯示根據(jù)本發(fā)明諸方面的示例操縱組件200的示意圖，其在鉆探作業(yè)過程中可用來部分地將鉆頭保持在與地球相對位置不變的位置中。圖2B-D示出操縱組件200的說明性部分。正如下文中將要描述的，操縱組件200可包括外殼201，其可直接偶聯(lián)到鉆柱或間接地偶聯(lián)到鉆柱，諸如通過MWD裝置來偶聯(lián)。外殼201可包括分離的諸段201a-c，或可包括單一的一體外殼。在某些實(shí)施例中，正如下文中將要描述的，每段可對應(yīng)于操縱組件200的分離的器具部分。例如，段201a可容納控制機(jī)構(gòu)，并可與地面處的控制單元通訊，和/或接收來自地面和操縱組件內(nèi)控制機(jī)構(gòu)的控制信號。在某些實(shí)施例中，控制機(jī)構(gòu)可包括處理器和存儲器件，并可接收來自操縱組件內(nèi)位置傳感器的測量值，諸如可指出鉆探方向的重力工具面?zhèn)鞲衅鳌６?01b可包括驅(qū)動元件，其包括可變的流體流動路徑和流體受控的驅(qū)動機(jī)構(gòu)。段201c可包括操縱元件，其控制偶聯(lián)到操縱組件200的鉆頭軸202的鉆頭的鉆探角度和軸向定向。
[0016]在某些實(shí)施例中，操縱組件200可直接地或間接地偶聯(lián)到鉆柱，在鉆探作業(yè)過程中，鉆探流體可泵送通過鉆柱。鉆探流體可流過端口 204流入圍繞流動控制模塊206的環(huán)腔205內(nèi)。一旦在環(huán)腔205內(nèi)，鉆探流體可流向與流體受控的驅(qū)動機(jī)構(gòu)209流體地連通的內(nèi)部環(huán)腔208，或可偏轉(zhuǎn)到旁路環(huán)腔207。流動控制閥210可被納入在流動控制模塊206內(nèi)，并可控制進(jìn)入內(nèi)部環(huán)腔208以驅(qū)動流體受控的驅(qū)