井眼工具部署的液压控制的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明一般涉及钻井操作中的钻井工具以及操作钻井工具的方法。更具体地，一些实施方案涉及钻井流体启动钻柱工具控制和/或部署系统、设备和机构，并涉及用于控制井下钻柱工具的操作的方法。本公开还涉及通过控制由钻柱传送的钻井流体(例如，钻井泥浆)的井下压力状况进行的井下扩眼器部署控制。
[0002]发明背景
[0003]钻井眼是为了进行勘探并生产诸如油和气的碳氢化合物。通常利用设置在钻柱下端的钻头钻井眼。通常利用设置在钻柱下端的钻头钻井眼。钻柱通常包括多个被称为“钻杆”的管状段，其端对端地连接在一起。钻头可包括具有其它机械和机电工具以促进钻井过程的底部钻具总成(BHA)。使钻头紧抵地层旋转会剪切或压碎岩层物质从而钻出井筒。
[0004]钻柱常常包括在钻井操作期间可定位在井下(例如，定位在BHA内或沿钻柱的其它地方)的工具或其它装置。因此，可预期远程启动和停用钻柱工具和/或装置。这种工具和装置包括例如扩眼器、稳定器、用于使钻头转向的转向工具和地层测试装置。
[0005]已设计了通过控制钻井流体的压力水平远程控制井下工具启动的各种方法。钻井流体通常为“泥浆”，其在钻柱内部循环下降并向上循环回井眼环空。例如一些液压操作的扩眼器启动设备使用允许单个启动循环的落球机构，之后需要复位控制系统。
[0006]附图简述
[0007]附图通过实例而非限制性地图示了一些实施方案。
[0008]图1是根据实例实施方案的包括钻井工具总成(包括钻柱工具和关联的井工具，井工具具有用于停用液压致动工具的钻井流体操作的控制机构)的钻井设备的立面示意图。
[0009]图2是根据实例实施方案的包括扩眼器和被构造成选择性地部署液压致动工具的控制器的扩眼器总成的三维视图。
[0010]图3A和图3B是是分别描绘根据实例实施方案的用于钻柱工具的控制器总成、形成图3A中所示的处于关闭状态(在该状态下钻柱工具停用)的控制器总成的一部分的部署机构的局部纵切面的示意图，其中图3B中所示的控制机构处于打开状态，在该状态下对钻柱工具进行了部署。
[0011]图4A和图4B是根据实例实施方案的形成如图3A和图3B中图示的控制器总成的一部分的旋转阀的轴向端视图，其中旋转阀示为处于图4A中的关闭状态和图4B中的打开状
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【具体实施方式】
[0012]以下【具体实施方式】参考附图描述了本公开的实例实施方案，附图描绘了示出可如何应用本公开的实例的各种细节。本讨论参考这些附图阐述了新颖方法、系统和设备的各种实例，并充分描述了所描绘的实施方案以使得本领域的技术人员能够应用本发明。除本文讨论的说明性实例之外的许多实施方案可用于实践这些技术。在不脱离本公开的范围的情况下，除本文特别讨论的替代方案之外，可做出结构性和操作性改变。
[0013]在本说明中提到的“一个实施方案”或“实施方案”或“一个实例”或“实例”并不一定是指相同的实施方案或实例;然而这些实施方案并不相互排斥，除非如此说明，或对受益于本公开的本领域的普通技术人员而言将显而易见。因此，可包括本文描述的实施方案和实例的各种组合和/或综合，以及限定在基于本公开的所有权利要求以及这种权利要求的所有合法等同物的范围内的进一步的实施方案和实例。
[0014]本公开的一个方面描述了钻柱工具控制机构，其被构造成通过利用钻井流体将开关顶杆液压致动至启动位置来启动井下钻柱工具，对开关顶杆移动至启动位置的速率进行了调节，以便启动工具的条件是应用超阈值钻井流体状况达至少预定的切换持续时间。
[0015]控制机构可以是被动式机械系统，其被构造成使得控制机构响应于压力差变化的功能性操作基本上仅是机械操作，且包括例如一个或多个液压致动机构、弹簧偏压机构和凸轮机构。在这种情况下，至少控制机构的提供公开的功能的那些部件可在无任何基本非机械的组件(例如，电气组件、机电组件或电子组件)的帮助下操作。
[0016]图1是通过操作者控制钻井流体(例如，钻井泥浆)的压力状况控制液压致动启动和液压致动停用的系统的实例实施方案的示意图。
[0017]钻井设备100包括地下井眼104，钻柱108位于井眼104内。钻柱108可包括悬挂于固定在井口处的钻井平台112的钻杆的接合部分。钻柱108底端的井下总成或底部钻具总成(BHA)151可包括压碎地层从而引导井眼104的钻头116，且可进一步包括一个或多个扩眼器总成118的实例形式的工具总成，其相对于钻头116位于井上，通过操作可选择性地部署的切削元件来加宽井眼104 AHA 151可包括测量和控制总成120，其还包括测量井眼参数、钻井性能等的测量仪器。
[0018]因此，井眼104是基本为圆柱形的细长腔，其剖面轮廓基本为圆形，该轮廓沿井眼104的长度基本保持恒定。在某些情况下井眼104可以是直线型的，但沿其长度常常可包括一个或多个曲线、弯曲、弯折或拐角。如文中参考井眼104和组件所使用，井眼104的“轴线”(因此为钻柱108或其一部分的轴线)是指圆柱形井眼104的纵向延伸的中心线(与例如图3中的纵向轴线367对应)。
[0019]因此，“轴向”和“纵向”是指沿在所讨论的井眼104的相关点或部分处与井眼104的纵长方向基本平行的线的方向；“径向”是指基本沿与井眼轴线相交并位于与井眼轴线垂直的平面内的线的方向；“切向”是指基本沿不与井眼轴线相交且位于与井眼轴线垂直的平面内的线的方向；且“周向”或“旋转”是指切向量绕井眼轴线旋转所形成的基本为弧形或圆形的路径。“旋转”及其派生词不仅指连续或重复旋转360°或更多，而且还包括小于360°的角位移或周向位移。
[0020]如文中所用，移动或位置“向前”或“井下”(以及相关术语)是指远离表面朝向钻头116的轴向运动或相对轴向位置。反之，“向后”、“向后面”或“井上”是指沿井眼104远离钻头116并朝向地面的轴向移动或相对位置。应注意，在图2、图3和图4中，钻柱108的井下方向从左向右延伸。
[0021]钻井流体(例如，钻井“泥楽”或井中可存在的其它流体)通过迫使钻井流体通过钻柱108的中空内部提供的内孔128向下运动的栗系统132从地面钻井流体储存库例如储存坑(且耦接至井口)循环，以便钻井流体通过钻头116在相对较高的压力下离开。在离开钻柱108之后，钻井流体沿井眼104向上移动返回，占据了钻柱108与井眼104的壁之间限定的井眼环空134。尽管许多其它环形空间可与系统关联，然而除非另有说明或除非在上下文中明确指出，否则提到的环空压力、环形间隙等是指井眼环空134的特征。
[0022]应注意，沿钻柱108的内径(S卩，孔128)栗送钻井流体，其中流体流至限制在钻头116处的孔128外部。然后，钻井流体沿环空134向上流动，将切肩从井眼104的底部携带至井口，在此处切肩被除去，且钻井流体可返回钻井流体储存库132。因此，孔128内的流体压力大于环空134内的流体压力。因此，通过控制钻井流体的状况进行的工具启动可包括控制孔128与环空134之间的压力差，然而在其它实施方案中，井下钻井流体状况可参考孔128内的隔离压力值。除非上下文中指出，否则术语“压力差”是指孔128内的总流体压力与环空134内的压力的差值。
[0023]在某些情况下，钻头116通过钻柱108从平台112的旋转而旋转。在本实例实施方案中，设置在钻柱108内并形成BHA 151的一部分(在这种情况下)的井下电机136(例如，所谓的泥浆马达或涡轮马达)可有助于钻头116旋转。在一些实施方案中，钻柱108的旋转可选择性地由地面设备、井下电机136或地面设备和井下电机136 二者提供动力。
[0024]系统可包括地面控制系统140以从井下传感器和遥测设备接收信号，传感器和遥测设备结合在钻柱108内，例如形成测量和控制总成120的一部分。地面控制系统140可在显示器或操作者用于控制钻井操作的监控器上显示钻井参数和其它信息。一些钻井设备可部分或完全自动化，以便钻井控制操作(例如，通过控制井下钻井流体的压力状况控制马达136的操作参数并控制钻柱工具部署，如本文所述)可以是手动、半自动或完全自动化的。地面控制系统140可包括具有一个或多个数据处理器和数据存储器的计算机系统。地面控制系统140可处理与钻井操作相关的数据、来自地面传感器和装置的数据和从井下接收的数据，且可控制钻柱工具和/或地面装置的一个或多个操作。
[0025]代替或除了扩眼器总成118，钻柱108可包括一个或多个钻柱工具。因此在本实例中，钻柱108的钻柱工具包括至少一个位于BHA 151内的扩眼器总成118以在BHA 151穿透地层时扩大井眼104的直径。在其它实施方案中，钻柱108可包括多个扩眼器总成118，例如位于邻近BHA 151的相对端处并耦接至BHA 151。
[0026]每一个扩眼器总成118可包括一个或多个周