机械操作的底部钻孔组件工具的液压致动的制作方法
【技术领域】
[0001]本说明书大体上涉及用于液压致动可定位在钻探井筒所使用的底部钻孔组件中的机械操作的工具的系统和方法。
【背景技术】
[0002]在钻井操作期间，钻柱被下放到井筒中。在一些钻探操作(例如，常规的竖直钻探操作)中，使钻柱旋转。钻柱的旋转使耦接到底部钻孔组件(“BHA”)的远端的钻头旋转，所述底部钻孔组件被耦接到钻柱的远端。底部钻孔组件可包括稳定器、钻孔器、随钻测量(“MWD”)工具、随钻测井(“LWD”)工具和本领域已知的其他井下设备。在一些钻探操作中(例如，如果井筒偏离竖直方向)，那么可将井下泥浆马达设置在底部钻孔组件中、钻头上方，以便使所述钻头旋转而不是通过旋转钻柱来使钻头旋转。
[0003]在一些钻探操作中，为了通过已经处于井筒中适当位置的上部套管柱的内径，通常钻头将具有钻探比井筒中后续操作可能所需的孔更小的定位孔的此类尺寸。可能需要具有更大直径的井筒以允许进一步下放套管柱并且允许此类后面的套管柱与井筒壁之间有充足的环形空间以用于形成良好的水泥护套。钻孔开启器(“钻孔器”)可被包括在钻柱中以增加(“开放”)钻孔的直径。
【附图说明】
[0004]图1是示例性底部钻孔组件的视图，其特征在于近钻头钻孔器。
[0005]图2A是底部钻孔组件的下端的侧视图，其示出被耦接到钻头的近钻头钻孔器。
[0006]图2B是图2A的近钻头钻孔器的一部分的横截面侧视图。
[0007]图3A-3C是装配有护栅致动组件的钻头的横截面透视图、顶视图和侧视图。
[0008]图4A-4C是用于使用可变形落球致动近钻头钻孔器的技术的顺序图。
[0009]图5是示出致动近钻头钻孔器的方法的流程图，所述方法涉及创建近钻头钻孔器的临时流动限制部上游。
[0010]图6是示出致动近钻头钻孔器的方法的流程图，所述方法涉及将高粘性丸剂流体引入到底部钻孔组件。
[0011]图7是第一示例性过滤器致动组件的横截面透视图。
[0012]图7A-7B是示出第一示例性过滤器致动组件的操作的顺序图。
[0013]图8A是示出过滤器致动组件的第二实例的分解图。
[0014]图SB和图SC是呈组装形式的第二示例性过滤器致动组件的透视图和横截面侧视图。
[0015]图8D-8F是示出第二示例性过滤器致动组件的操作的顺序图。
[0016]图9是过滤器致动组件的第三实例的横截面透视图。
[0017]图1OA是以致动衬套为特征的底部钻孔组件的下段的横截面侧视图。
[0018]图1OB是图1OA的致动衬套的横截面透视图。
[0019]图1OC和图1OD是示出图1OA和图1OB的致动衬套的操作的顺序图。
[0020]附图中的一些特征被放大以更好地示出特征、过程步骤和结果。
【具体实施方式】
[0021]本公开包括用于液压致动机械操作的底部钻孔组件工具的方法和装置。在一些实施方式中，也称为近钻头钻孔器(“NBR”)的近钻头钻孔开启器/扩张工具被设置在工具管柱的接近钻头的远端(或“下端”)上。例如，本公开涉及装置，所述装置可用于通过调整底部钻孔组件内的钻井流体的液压来致动钻孔开启工具的切割块。
[0022]图1是示例性底部钻孔组件10的视图。底部钻孔组件10是从钻机(未示出)悬垂的钻柱12的下部组件。在一些实施方式中，底部钻孔组件10的上端包括常规的下扩孔工具14 (例如，哈里伯顿型号XR钻孔器或UR型常规的下扩孔工具)。随钻测量(“MWD”)和/或随钻测井(“LWD”)工具管柱段16定位在常规的下扩孔工具14下方。MWD/LWD工具管柱段16定位在常规的下扩孔工具14下方，以便扩大的钻孔不会降低MWD/LWD工具或相关联稳定器元件18的性能。旋转导向系统(“RSS”)工具管柱20 (例如，哈里伯顿GeoPilot系统)处于MWD/LWD工具管柱段16下方，所述旋转导向系统工具管柱20被设计来促进定向钻探。类似于MWD/LWD工具管柱段16，RSS工具管柱20定位在常规的下扩孔工具14下方以便确保其正常运行。底部钻孔组件10的下端的特征在于刚好安装在钻头22上方并且在RSS工具管柱20下方的NBR 100。
[0023]在底部钻孔组件10的前面描述中，可省略设备的各种物品以简化描述，所述物品如管道、阀门、紧固件、配件、铰接的或挠性接头等。将理解的是，所述的一些部件被列举用于上下文说明目的并且不限制本公开的范围。
[0024]图2A是底部钻孔组件10的下端的侧视图，其示出NBR 100和钻头22。在这个实例中，NBR 100和钻头22在底部钻孔组件10上直接相邻。然而，NBR和钻头由一个或多个部件分隔开的其它布置也在本公开的范围内。如所示，NBR 100包括复数个切割块202以接合到周围井筒的壁。切割块202周向定位在NBR 100的细长主体204的周围。在这个实例中，NBR 100包括以120°周向间隔定位的三个切割块202。当然，在不脱离本公开的范围的情况下，任何适合布置的切割块可用于各种其它实施方案和实施方式。
[0025]切割块202中的每一个包括被设置在径向柱塞208上的切割器元件206，所述径向柱塞208被设置在细长主体204内部。切割器元件最初处于径向缩回位置。当NBR 100被启动时，切割器元件206相对于中心纵轴212径向向外移动以接触井筒壁。当NBR 100旋转时，切割器元件206磨损并且切除岩层，进而扩大钻孔的直径。
[0026]图2B是NBR 100的横截面侧视图。如所示，径向柱塞208中的每一个包括锚板216。径向柱塞208由剪切销218保持在适当位置中，以使得切割器元件206处于径向缩回位置。切割器元件206通过液压来部署。也就是说，当主体204中的液压达到预先确定阈值时，压力作用于锚板216以用足够的力径向向外推进径向柱塞208，以便破坏剪切销218。在没有剪切销218将径向柱塞208保持在适当位置的情况下，径向柱塞通过钻井流体的液压向外朝向井筒壁移动，从而部署切割器元件206。剪切销218的剪切强度等级确定致动NBR 100所需的液压。在一些实例中，剪切销218具有120bar的剪切强度等级，其对应于NBR 100的液压致动压力。
[0027]NBR 100还包括偏置构件220 (例如，盘簧或螺旋弹簧)，所述偏置构件220被安装在径向柱塞208的锚板216与被固定到主体204的外凸缘222之间。当液压降低到抵制锚板216的压力由偏置构件220克服的点时(例如，当钻井流体的流动充分减少或完全停止时)，径向柱塞208被拉回，以使得切割器元件206返回到缩回位置。
[0028]如上所述，通过增加钻井流体的液压使其超过由剪切销218的剪切强度等级所确定的预先确定阈值来致动NBR 100例如，在一些实施方式中，NBR可通过以下步骤致动:将一个或多个落球插入钻井流体流中；沿钻柱向下泵送钻井流体中的落球并且泵送到底部钻孔组件中；以第一液压使钻井流体和落球流动通过NBR;堵塞一个或多个流孔(例如，钻头喷嘴入口或过滤孔)，进而限制限流部上游钻井流体的流动并且使限流部的NBR上游中的钻井流体的液压增加到预定的第二液压。作用于NBR表面上的增加的液压在剪切销上产生剪切力，所述剪切力在其达到预先确定的剪切力时剪切并且允许用流动通过NBR的钻井流体的预定的第二液压致动NBR。
[0029]图3A-3C是装配有护栅致动组件300的钻头22的横截面透视图、顶视图和侧视图，所述护栅致动组件300被设计来促进用于增加液压以致动NBR100的落球技术。在这个实例中，钻头22是具有用于喷射钻井流体的多个(在这种情况下，七个)喷嘴入口 302的固定切割器定向钻头。然而，本公开所论述的NBR致动技术也可适用于其它适合的钻头。如所示，护栅致动组件300被定位在由钻头22的柄部306限定的中心流体通道304中。护栅致动组件300邻接中心流体通道304的基底以覆盖喷嘴入口 302。
[0030]护栅致动组件300包括大体圆柱形主体308，其具有倾斜顶面310、包括一系列导向槽312。倾斜表面310和导向槽312被设计来朝向接近中心流体通道304的壁的开口 314引导一个或多个落球(未示出)。如所示，开口 314提供到钻头22的喷嘴入口 302的通路。导向槽312被形成具有小于落球直径的宽度。这种配置允许钻井流体通过导向槽312到达喷嘴入口 302，同时防止落球