多角度旋转导向钻井的制作方法
【专利说明】多角度旋转导向钻井
[000?]对相关申请的引用
[0002]本专利申请要求于2013年10月25日提交的美国非临时专利申请14/062,963的权益和优先权，该专利申请通过完整引用结合在此。
技术领域
[0003]在井下钻井作业中，利用旋转导向系统(RSS)来钻出具有一个或多个水平段和/或斜井段的钻井。例如，在单次钻井过程中，RSS最初时可竖直钻掘，然后以某一角度开始钻掘钻井的侧部。RSS转动或构造角度以形成钻井的拐弯井段的程度可能受限于控制和导向问题，这些问题可能使得钻进速度(ROP)达不到最佳。
【发明内容】
[0004]本公开提出一种设备，所述设备包括轴、可沿所述轴重新轴向定位的多角度击打环，以及耦合至所述轴的铰接件。所述设备还可包括由所述铰接件承载的导向件、以及致动装置，所述致动装置可在操作时通过保持所述多角度击打环与所述导向件之间的方位角相关接触来保持所述铰接件相对于所述轴的角偏移量。
[0005]本公开还提出一种方法，所述方法包括:操作致动装置，以通过保持相对于耦合至一铰接件的轴处于第一轴向位置的多角度击打环与由所述铰接件承载的导向件之间的方位角相关接触，来保持所述铰接件相对于耦合至一铰接件的所述轴的第一角偏移量。所述方法还可包括:把所述多角度击打环沿所述轴从第一轴向位置轴向平移至第二轴向位置，以及操作所述致动装置，以通过保持所述导向件与处于所述第二轴向位置的多角度击打环之间的方位角相关接触，来保持所述铰接件相对于所述轴的第二角偏移量。所述第二角偏移量可显著不同于所述第一角偏移量。
[0006]本公开还提出一种方法，包括:使用一井下工具通过转动耦合至所述井下工具的一串管状件来钻掘钻孔的第一部分，同时操作所述井下工具的致动装置以保持所述井下工具和由所述井下工具承载的钻头的轴线之间的第一角偏移量。所述方法还可包括:通过改变从所述的一串管状件流过所述井下工具的钻井液的压力或流速把所述第一角偏移量调节为第二角偏移量，以及使用所述井下工具通过转动所述一串管状件来钻掘钻孔的第二部分，同时操作所述致动装置以保持所述第二角偏移量。
[0007]本公开的其它特征在下文的说明中阐述，和/或可由本领域普通技术人员通过阅读本文中的材料和/或实施本文中所述的原理来了解。本公开的至少一部分特征可通过所附权利要求中叙述的装置来实现。
【附图说明】
[0008]通过结合附图来阅读以下详细说明，能够更好地理解本发明。需要强调的是，根据业界的常规作法，各个特性在附图中不是按比例描绘绘制的。实际上，为了便于论述，各个特性的尺寸可随意增大或减小。
[0009]图1是根据本公开的一个或多个方面的设备的至少一部分的示意图；
[0010]图2是根据本公开的一个或多个方面的设备的至少一部分的示意图；
[0011]图3是根据本公开的一个或多个方面的设备的至少一部分的示意图；
[0012]图4是根据本公开的一个或多个方面的设备的至少一部分的示意图；
[0013]图5是根据本公开的一个或多个方面的设备的至少一部分的示意图；
[0014]图6是根据本公开的一个或多个方面的设备的至少一部分的示意图；
[0015]图7是根据本公开的一个或多个方面的设备的至少一部分的示意图；
[0016]图8是根据本公开的一个或多个方面的方法的至少一部分的流程图。
【具体实施方式】
[0017]应理解，以下的公开提供多种不同的实施方式或用于实现各种实施方式的不同特性的实例。
[0018]为了简化本公开的说明，下面将说明部件和布置形式的特定实例。当然，这些实例仅是示例性的，而不是限定性的。另外，在各个例子中，本公开可能重复使用指代标号和/或字符。这种重复使用是为了简洁和清晰的目的，其本身不指示所述的各种实施方式和/或构造之间的关系。
[0019]图1是根据本公开的一个或多个方面的设备的至少一部分的示意图。描述的部件包括井位10、钻架15、以及在钻孔20中经由钻柱和/或其它的一串管状件25从钻架15悬吊下来的井下工具100。井下工具100或井底钻具组合(“BHA”)包括井下工具100，所述井下工具100在其下端包括钻头30或耦合至钻头30，所述钻头30在操作时可使井下工具100前进至岩层35中，并形成钻孔20。所述的一串管状件25可由转盘40转动，所述转盘40与位于所述的一串管状件25的上端的钻杆接合。所述的一串管状件25从通过所述钻杆和转环50附接至游动滑车(未示出)的钩45悬吊下来，所述转环50允许所述的一串管状件25相对于所述钩45转动。
[0020]钻架15为地面平台和钻塔组合，用于以众所周知的方式通过旋转钻掘形成钻孔20。但是，本领域普通技术人员应理解，本公开的一个或多个方面也可应用在其它的井下实现形式中，而不局限于地面钻架。本领域普通技术人员还能认识到，除了上述的转盘40外，本公开的一个或多个特征适用于或适合于与顶部驱动系统结合使用。
[0021]钻井液(或“泥楽”)55储存在形成在井位10处的坑60中。栗65经由转环50中的端口向所述的一串管状件25的内部输送钻井液55，使钻井液向下流过所述的一串管状件25，如图1中的方向箭头70所示。钻井液55经由钻头30中的端口从所述的一串管状件25流出，然后向上环流，流过限定在所述的一串管状件25外部与钻孔20的壁之间的环带，如图1中的方向箭头75所示。通过这种方式，钻井液55对钻头30进行润滑，并且，随着其返回到坑60中进行再循环，钻井液55把岩肩携带至地面。
[0022]井下工具100和/或BHA可布置在钻头30附近，其位置可在从钻头30算起的多个钻铤和/或其它管状件25的长度范围之内。除了提供导向功能的部件外，井下工具100还可包括具有不同能力的不同部件，例如测量、处理和存储与井下工具100、BHA和/或地下岩层35相关的信息。还布置有遥测装置(未示出)，用于与地面设备12(例如可包括采集和/或控制设备)的一个或多个部件通信。
[0023]井下工具100可包括轴110、可沿轴110重新定位的多角度击打环120、耦合至轴110的铰接件130、由铰接件130承载的导向件140、击打环致动装置150、以及多个导向件致动装置160。铰接件130铰接为通过万向接头170耦合至轴110。铰接件130还提供钻头30与万向接头170和/或轴110之间的机械和流体接口。铰接件130也可以是一个或多个柔性件或包括一个或多个柔性件。
[0024]万向接头170允许铰接件130与轴110之间有角偏移量，同时仍允许轴110相对于铰接件130转动，并使钻井液55流过轴110与铰接件130的内部通道。导向件致动装置160彼此协作，通过保持多角度击打环120与导向件140之间的方位角相关接触来保持铰接件130相对于轴110的角偏移量。钻头30可为铰接件130的一个部件，或者可耦合至铰接件130，它可为固定割刀、牙轮钻头和/或其它类型的钻头，并且可包括聚晶金刚石复合片(PDC)镶齿、磨粒热压镶齿(GHI)、碳化钨镶齿(TCI)、铣齿(MT)和/或其它类型的镶齿、和/或割刀。
[0025]图2是图1的井下工具100的至少一部分的剖视图。在操作时，导向件致动装置160彼此协作驱动导向件140相对于轴110移动至第一角偏移量201。因此，导向件140的井口端142与多角度击打环120接触，从而多角度击打环120约束导向件140，阻止其弯曲/倾斜超过第一角偏移量201。通过导向件致动装置160的相互协作，以与方位角相关的方式保持导向件140的端部142与多角度击打环120之间形成的接触。
[0026]例如，请同时参考图1和图2，当操作井下工具100以钻掘或拓展钻孔20的弯曲轨迹部分22时，保持多角度击打环120与导向件140之间的方位角相关接触包括把接触保持在相对于钻孔20大致恒定的方位角位置。保持的接触(不论是点接触、线接触和/或面接触)的方位角可相对于钻孔20变化，并且其变化可与钻孔20内的轴110的转动量成比例。
[0027]与此相反，当操作井下工具100以沿大致和/或有效笔直的轨迹钻掘或拓展钻孔20的另一部分24时，保持多角度击打环120与导向件140之间的方位角相关接触包括保持相对于钻孔20发生方位角变化的接触(不论是点接触、线接触和/或面接触)ο “有效笔直的”轨迹可以是通过如下实现方式实现的轨迹，即，导向件致动装置160可彼此协作保持导向件140相对于轴110的角偏移量，但不保持导向件140相对于轴110的笔直或同轴的对位(S卩，零度角偏移量)。因而，多角度击打环120与导向件140之间的方位角变化的转动接触可导致钻孔20围绕大致笔直的轴线沿一条螺旋轨迹拓展。
[0028]如图2所示，井下工具100和/或BHA的其它部分还包括用于使轴110与所述的一串管状件25耦合的接口 180。接口 180可以是或包括螺纹凹部，所述螺纹凹部构造为接收相邻的一个管状件25的螺纹端，因而轴110与相邻的管状构件25之间的耦合是行业标准的阳螺纹-阴螺纹连接。但是，在本公开的范围内，也可采用其它方式把井下工具100耦合至所述的一串管状件25和/或其它钻孔输送装置，包括在轴110与相邻的输送件之间耦合有一个或多个中间部件的实现形式。
[0029]多角度击打环120可沿轴110重新轴向定位。例如，多角度击打环120至少可在轴110上的第一位置(例如图2中所示的示例性位置)与轴120上的第二位置(例如图3中所示的示例性位置)之间重新轴向定位。导向件致动装置160和多角度击打环120可相互协作，从而当多角度击打环120处于第一位置(图2)时