多角度旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井的制作方法
【專利說明】多角度旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井
[000?]對相關(guān)申請的引用
[0002]本專利申請要求于2013年10月25日提交的美國非臨時專利申請14/062,963的權(quán)益和優(yōu)先權(quán)，該專利申請通過完整引用結(jié)合在此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]在井下鉆井作業(yè)中，利用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)(RSS)來鉆出具有一個或多個水平段和/或斜井段的鉆井。例如，在單次鉆井過程中，RSS最初時可豎直鉆掘，然后以某一角度開始鉆掘鉆井的側(cè)部。RSS轉(zhuǎn)動或構(gòu)造角度以形成鉆井的拐彎井段的程度可能受限于控制和導(dǎo)向問題，這些問題可能使得鉆進(jìn)速度(ROP)達(dá)不到最佳。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本公開提出一種設(shè)備，所述設(shè)備包括軸、可沿所述軸重新軸向定位的多角度擊打環(huán)，以及耦合至所述軸的鉸接件。所述設(shè)備還可包括由所述鉸接件承載的導(dǎo)向件、以及致動裝置，所述致動裝置可在操作時通過保持所述多角度擊打環(huán)與所述導(dǎo)向件之間的方位角相關(guān)接觸來保持所述鉸接件相對于所述軸的角偏移量。
[0005]本公開還提出一種方法，所述方法包括:操作致動裝置，以通過保持相對于耦合至一鉸接件的軸處于第一軸向位置的多角度擊打環(huán)與由所述鉸接件承載的導(dǎo)向件之間的方位角相關(guān)接觸，來保持所述鉸接件相對于耦合至一鉸接件的所述軸的第一角偏移量。所述方法還可包括:把所述多角度擊打環(huán)沿所述軸從第一軸向位置軸向平移至第二軸向位置，以及操作所述致動裝置，以通過保持所述導(dǎo)向件與處于所述第二軸向位置的多角度擊打環(huán)之間的方位角相關(guān)接觸，來保持所述鉸接件相對于所述軸的第二角偏移量。所述第二角偏移量可顯著不同于所述第一角偏移量。
[0006]本公開還提出一種方法，包括:使用一井下工具通過轉(zhuǎn)動耦合至所述井下工具的一串管狀件來鉆掘鉆孔的第一部分，同時操作所述井下工具的致動裝置以保持所述井下工具和由所述井下工具承載的鉆頭的軸線之間的第一角偏移量。所述方法還可包括:通過改變從所述的一串管狀件流過所述井下工具的鉆井液的壓力或流速把所述第一角偏移量調(diào)節(jié)為第二角偏移量，以及使用所述井下工具通過轉(zhuǎn)動所述一串管狀件來鉆掘鉆孔的第二部分，同時操作所述致動裝置以保持所述第二角偏移量。
[0007]本公開的其它特征在下文的說明中闡述，和/或可由本領(lǐng)域普通技術(shù)人員通過閱讀本文中的材料和/或?qū)嵤┍疚闹兴龅脑韥砹私?。本公開的至少一部分特征可通過所附權(quán)利要求中敘述的裝置來實現(xiàn)。
【附圖說明】
[0008]通過結(jié)合附圖來閱讀以下詳細(xì)說明，能夠更好地理解本發(fā)明。需要強調(diào)的是，根據(jù)業(yè)界的常規(guī)作法，各個特性在附圖中不是按比例描繪繪制的。實際上，為了便于論述，各個特性的尺寸可隨意增大或減小。
[0009]圖1是根據(jù)本公開的一個或多個方面的設(shè)備的至少一部分的示意圖；
[0010]圖2是根據(jù)本公開的一個或多個方面的設(shè)備的至少一部分的示意圖；
[0011]圖3是根據(jù)本公開的一個或多個方面的設(shè)備的至少一部分的示意圖；
[0012]圖4是根據(jù)本公開的一個或多個方面的設(shè)備的至少一部分的示意圖；
[0013]圖5是根據(jù)本公開的一個或多個方面的設(shè)備的至少一部分的示意圖；
[0014]圖6是根據(jù)本公開的一個或多個方面的設(shè)備的至少一部分的示意圖；
[0015]圖7是根據(jù)本公開的一個或多個方面的設(shè)備的至少一部分的示意圖；
[0016]圖8是根據(jù)本公開的一個或多個方面的方法的至少一部分的流程圖。
【具體實施方式】
[0017]應(yīng)理解，以下的公開提供多種不同的實施方式或用于實現(xiàn)各種實施方式的不同特性的實例。
[0018]為了簡化本公開的說明，下面將說明部件和布置形式的特定實例。當(dāng)然，這些實例僅是示例性的，而不是限定性的。另外，在各個例子中，本公開可能重復(fù)使用指代標(biāo)號和/或字符。這種重復(fù)使用是為了簡潔和清晰的目的，其本身不指示所述的各種實施方式和/或構(gòu)造之間的關(guān)系。
[0019]圖1是根據(jù)本公開的一個或多個方面的設(shè)備的至少一部分的示意圖。描述的部件包括井位10、鉆架15、以及在鉆孔20中經(jīng)由鉆柱和/或其它的一串管狀件25從鉆架15懸吊下來的井下工具100。井下工具100或井底鉆具組合(“BHA”)包括井下工具100，所述井下工具100在其下端包括鉆頭30或耦合至鉆頭30，所述鉆頭30在操作時可使井下工具100前進(jìn)至巖層35中，并形成鉆孔20。所述的一串管狀件25可由轉(zhuǎn)盤40轉(zhuǎn)動，所述轉(zhuǎn)盤40與位于所述的一串管狀件25的上端的鉆桿接合。所述的一串管狀件25從通過所述鉆桿和轉(zhuǎn)環(huán)50附接至游動滑車(未示出)的鉤45懸吊下來，所述轉(zhuǎn)環(huán)50允許所述的一串管狀件25相對于所述鉤45轉(zhuǎn)動。
[0020]鉆架15為地面平臺和鉆塔組合，用于以眾所周知的方式通過旋轉(zhuǎn)鉆掘形成鉆孔20。但是，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)理解，本公開的一個或多個方面也可應(yīng)用在其它的井下實現(xiàn)形式中，而不局限于地面鉆架。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員還能認(rèn)識到，除了上述的轉(zhuǎn)盤40外，本公開的一個或多個特征適用于或適合于與頂部驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)合使用。
[0021]鉆井液(或“泥楽”)55儲存在形成在井位10處的坑60中。栗65經(jīng)由轉(zhuǎn)環(huán)50中的端口向所述的一串管狀件25的內(nèi)部輸送鉆井液55，使鉆井液向下流過所述的一串管狀件25，如圖1中的方向箭頭70所示。鉆井液55經(jīng)由鉆頭30中的端口從所述的一串管狀件25流出，然后向上環(huán)流，流過限定在所述的一串管狀件25外部與鉆孔20的壁之間的環(huán)帶，如圖1中的方向箭頭75所示。通過這種方式，鉆井液55對鉆頭30進(jìn)行潤滑，并且，隨著其返回到坑60中進(jìn)行再循環(huán)，鉆井液55把巖肩攜帶至地面。
[0022]井下工具100和/或BHA可布置在鉆頭30附近，其位置可在從鉆頭30算起的多個鉆鋌和/或其它管狀件25的長度范圍之內(nèi)。除了提供導(dǎo)向功能的部件外，井下工具100還可包括具有不同能力的不同部件，例如測量、處理和存儲與井下工具100、BHA和/或地下巖層35相關(guān)的信息。還布置有遙測裝置(未示出)，用于與地面設(shè)備12(例如可包括采集和/或控制設(shè)備)的一個或多個部件通信。
[0023]井下工具100可包括軸110、可沿軸110重新定位的多角度擊打環(huán)120、耦合至軸110的鉸接件130、由鉸接件130承載的導(dǎo)向件140、擊打環(huán)致動裝置150、以及多個導(dǎo)向件致動裝置160。鉸接件130鉸接為通過萬向接頭170耦合至軸110。鉸接件130還提供鉆頭30與萬向接頭170和/或軸110之間的機械和流體接口。鉸接件130也可以是一個或多個柔性件或包括一個或多個柔性件。
[0024]萬向接頭170允許鉸接件130與軸110之間有角偏移量，同時仍允許軸110相對于鉸接件130轉(zhuǎn)動，并使鉆井液55流過軸110與鉸接件130的內(nèi)部通道。導(dǎo)向件致動裝置160彼此協(xié)作，通過保持多角度擊打環(huán)120與導(dǎo)向件140之間的方位角相關(guān)接觸來保持鉸接件130相對于軸110的角偏移量。鉆頭30可為鉸接件130的一個部件，或者可耦合至鉸接件130，它可為固定割刀、牙輪鉆頭和/或其它類型的鉆頭，并且可包括聚晶金剛石復(fù)合片(PDC)鑲齒、磨粒熱壓鑲齒(GHI)、碳化鎢鑲齒(TCI)、銑齒(MT)和/或其它類型的鑲齒、和/或割刀。
[0025]圖2是圖1的井下工具100的至少一部分的剖視圖。在操作時，導(dǎo)向件致動裝置160彼此協(xié)作驅(qū)動導(dǎo)向件140相對于軸110移動至第一角偏移量201。因此，導(dǎo)向件140的井口端142與多角度擊打環(huán)120接觸，從而多角度擊打環(huán)120約束導(dǎo)向件140，阻止其彎曲/傾斜超過第一角偏移量201。通過導(dǎo)向件致動裝置160的相互協(xié)作，以與方位角相關(guān)的方式保持導(dǎo)向件140的端部142與多角度擊打環(huán)120之間形成的接觸。
[0026]例如，請同時參考圖1和圖2，當(dāng)操作井下工具100以鉆掘或拓展鉆孔20的彎曲軌跡部分22時，保持多角度擊打環(huán)120與導(dǎo)向件140之間的方位角相關(guān)接觸包括把接觸保持在相對于鉆孔20大致恒定的方位角位置。保持的接觸(不論是點接觸、線接觸和/或面接觸)的方位角可相對于鉆孔20變化，并且其變化可與鉆孔20內(nèi)的軸110的轉(zhuǎn)動量成比例。
[0027]與此相反，當(dāng)操作井下工具100以沿大致和/或有效筆直的軌跡鉆掘或拓展鉆孔20的另一部分24時，保持多角度擊打環(huán)120與導(dǎo)向件140之間的方位角相關(guān)接觸包括保持相對于鉆孔20發(fā)生方位角變化的接觸(不論是點接觸、線接觸和/或面接觸)ο “有效筆直的”軌跡可以是通過如下實現(xiàn)方式實現(xiàn)的軌跡，即，導(dǎo)向件致動裝置160可彼此協(xié)作保持導(dǎo)向件140相對于軸110的角偏移量，但不保持導(dǎo)向件140相對于軸110的筆直或同軸的對位(S卩，零度角偏移量)。因而，多角度擊打環(huán)120與導(dǎo)向件140之間的方位角變化的轉(zhuǎn)動接觸可導(dǎo)致鉆孔20圍繞大致筆直的軸線沿一條螺旋軌跡拓展。
[0028]如圖2所示，井下工具100和/或BHA的其它部分還包括用于使軸110與所述的一串管狀件25耦合的接口 180。接口 180可以是或包括螺紋凹部，所述螺紋凹部構(gòu)造為接收相鄰的一個管狀件25的螺紋端，因而軸110與相鄰的管狀構(gòu)件25之間的耦合是行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的陽螺紋-陰螺紋連接。但是，在本公開的范圍內(nèi)，也可采用其它方式把井下工具100耦合至所述的一串管狀件25和/或其它鉆孔輸送裝置，包括在軸110與相鄰的輸送件之間耦合有一個或多個中間部件的實現(xiàn)形式。
[0029]多角度擊打環(huán)120可沿軸110重新軸向定位。例如，多角度擊打環(huán)120至少可在軸110上的第一位置(例如圖2中所示的示例性位置)與軸120上的第二位置(例如圖3中所示的示例性位置)之間重新軸向定位。導(dǎo)向件致動裝置160和多角度擊打環(huán)120可相互協(xié)作，從而當(dāng)多角度擊打環(huán)120處于第一位置(圖2)時