多角度旋轉導向鉆井的制作方法
【專利說明】多角度旋轉導向鉆井
[000?]對相關申請的引用
[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的權益和優先權，該專利申請通過完整引用結合在此。
技術領域
[0003]在井下鉆井作業中，利用旋轉導向系統(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部。RSS轉動或構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向問題，這些問題可能使得鉆進速度(ROP)達不到最佳。
【發明內容】
[0004]本公開提出一種設備，所述設備包括軸、可沿所述軸重新軸向定位的多角度擊打環，以及耦合至所述軸的鉸接件。所述設備還可包括由所述鉸接件承載的導向件、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與所述導向件之間的方位角相關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與由所述鉸接件承載的導向件之間的方位角相關接觸，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，以通過保持所述導向件與處于所述第二軸向位置的多角度擊打環之間的方位角相關接觸，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節為第二角偏移量，以及使用所述井下工具通過轉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/或可由本領域普通技術人員通過閱讀本文中的材料和/或實施本文中所述的原理來了解。本公開的至少一部分特征可通過所附權利要求中敘述的裝置來實現。
【附圖說明】
[0008]通過結合附圖來閱讀以下詳細說明，能夠更好地理解本發明。需要強調的是，根據業界的常規作法，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是根據本公開的一個或多個方面的設備的至少一部分的示意圖；
[0010]圖2是根據本公開的一個或多個方面的設備的至少一部分的示意圖；
[0011]圖3是根據本公開的一個或多個方面的設備的至少一部分的示意圖；
[0012]圖4是根據本公開的一個或多個方面的設備的至少一部分的示意圖；
[0013]圖5是根據本公開的一個或多個方面的設備的至少一部分的示意圖；
[0014]圖6是根據本公開的一個或多個方面的設備的至少一部分的示意圖；
[0015]圖7是根據本公開的一個或多個方面的設備的至少一部分的示意圖；
[0016]圖8是根據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]應理解，以下的公開提供多種不同的實施方式或用于實現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，本公開可能重復使用指代標號和/或字符。這種重復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/或構造之間的關系。
[0019]圖1是根據本公開的一個或多個方面的設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前進至巖層35中，并形成鉆孔20。所述的一串管狀件25可由轉盤40轉動，所述轉盤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環50附接至游動滑車(未示出)的鉤45懸吊下來，所述轉環50允許所述的一串管狀件25相對于所述鉤45轉動。
[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鉆掘形成鉆孔20。但是，本領域普通技術人員應理解，本公開的一個或多個方面也可應用在其它的井下實現形式中，而不局限于地面鉆架。本領域普通技術人員還能認識到，除了上述的轉盤40外，本公開的一個或多個特征適用于或適合于與頂部驅動系統結合使用。
[0021]鉆井液(或“泥楽”)55儲存在形成在井位10處的坑60中。栗65經由轉環50中的端口向所述的一串管狀件25的內部輸送鉆井液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進行潤滑，并且，隨著其返回到坑60中進行再循環，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。除了提供導向功能的部件外，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相關的信息。還布置有遙測裝置(未示出)，用于與地面設備12(例如可包括采集和/或控制設備)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120、耦合至軸110的鉸接件130、由鉸接件130承載的導向件140、擊打環致動裝置150、以及多個導向件致動裝置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轉動，并使鉆井液55流過軸110與鉸接件130的內部通道。導向件致動裝置160彼此協作，通過保持多角度擊打環120與導向件140之間的方位角相關接觸來保持鉸接件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，導向件致動裝置160彼此協作驅動導向件140相對于軸110移動至第一角偏移量201。因此，導向件140的井口端142與多角度擊打環120接觸，從而多角度擊打環120約束導向件140，阻止其彎曲/傾斜超過第一角偏移量201。通過導向件致動裝置160的相互協作，以與方位角相關的方式保持導向件140的端部142與多角度擊打環120之間形成的接觸。
[0026]例如，請同時參考圖1和圖2，當操作井下工具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120與導向件140之間的方位角相關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內的軸110的轉動量成比例。
[0027]與此相反，當操作井下工具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120與導向件140之間的方位角相關接觸包括保持相對于鉆孔20發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方式實現的軌跡，即，導向件致動裝置160可彼此協作保持導向件140相對于軸110的角偏移量，但不保持導向件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120與導向件140之間的方位角變化的轉動接觸可導致鉆孔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與相鄰的管狀構件25之間的耦合是行業標準的陽螺紋-陰螺紋連接。但是，在本公開的范圍內，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形式。
[0029]多角度擊打環120可沿軸110重新軸向定位。例如，多角度擊打環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。導向件致動裝置160和多角度擊打環120可相互協作，從而當多角度擊打環120處于第一位置(圖2)時