定向随钻套管的制作方法
【专利说明】定向随钻套管
[0001 ] 背景
[0002]本公开一般涉及地下钻探操作，并且更具体地说涉及定向钻探操作及其工具。
[0003]碳氢化合物，诸如油和气体，通常从可以位于陆上或者海上的地下地层获得。涉及将碳氢化合物从地下地层移除的地下操作和过程的发展是复杂的。通常，地下操作涉及许多不同步骤，例如像在所希望的井场处钻探井眼，处理所述井眼以便优化碳氢化合物的生产，以及执行必要步骤以便生产并处理来自地下地层的碳氢化合物。
[0004]可使用附接到自相连的井表面延伸的大体中空的、管形钻柱的端部的钻头钻探井目艮。钻头的旋转使用设置在钻头的外部部分上的切割元件和切割结构来逐渐地切去井下地层的邻近部分。在钻探井眼之后，可执行后续的的套管操作以沿井眼的选择部分安装金属套管并且将所述套管粘牢在适当位置。换言之，所谓的套管钻探替代地可以被采用，其中套管柱本身在钻探期间被用作钻柱。这可例如通过将旋转施加给套管而完成，所述套管可操作地联接到钻头以便也将旋转施加给钻头。
[0005]在一些情况下，套管钻探可替代地或另外地通过使用井下泥浆马达或容积式马达(PDM)而被执行，所述井下泥浆马达或容积式马达(PDM)可以是位于钻柱上的邻近于钻柱的井下端部的底孔组件(BHA)的一部分。这种马达可以邻近于套管柱的底部端部而联接到(例如，闩锁到)套管柱，并且进一步可操作地联接到钻头。可(例如，通过流过马达的泥浆)致动马达，以便将旋转施加在钻头上，而无需旋转套管柱。套管钻柱可消除将钻柱移除的需要(有时称为“抽动”或“抽出”钻柱)，以便将套管插入钻孔中(有时称为“下入钻杆”)；在钻探行进时已经将套管插入钻孔中。
[0006]在套管或非套管钻探中的BHA可包括用于实现定向钻探(也就是，钻头的导向)的一个装置或多个装置。使钻探组件导向可用于各种原因，诸如以避免特定地层或以与感兴趣的地层相交。使钻探组件导向可包括改变钻探组件/钻头指向的方向。定向钻探装置的一个实例是旋转可导向系统(RSS)，所述旋转可导向系统(RSS)可以各种方式引起钻头的轴向偏离，诸如“摆动钻头”或“推靠钻头”。在典型的“摆动钻头”系统中，改变钻探组件/钻头指向的方向包括在连接到钻头的柔性驱动轴上施加力。在典型的“推靠钻头”系统中，改变钻探组件/钻头指向的方向包括在钻孔壁上施加力。
[0007]使钻头导向可导致钻探出与井眼的直的部分偏离的钻孔。在简化的应用中，井眼是直的垂直孔，并且钻探操作者希望钻探出偏离直的井眼的偏离孔，例如，以便随后在含油或气地层或其他地下地层中基本上水平地进行钻探。当然，所述偏离并非必须导致水平钻探，因为在定向钻探中可采用与垂直井眼的其他程度的偏离。
[0008]附图
[0009]通过部分地参考以下描述和附图可理解本公开的一些具体的示例性实施方案。
[0010]图1A是示出定向井眼的一个实例的其中部分被剖开的呈截面和正面形式的示意性侧视图，所述定向井眼的一个实例可根据本公开的各方面而形成。
[0011]图1B是示出根据本公开的各方面的定向钻探的一个实例的其中部分被剖开的近视侧视图。
[0012]图2A是示出根据本公开的各方面的在套管中的示例性旋转可导向系统的图。
[0013]图2B是示出根据本公开的各方面的在套管中的示例性旋转可导向系统的图。
[0014]图3是示出根据本公开的各方面的示例性旋转可导向系统的其中部分被剖开的图。
[0015]图4是示出根据本公开的各方面的在套管中的另一个示例性旋转可导向系统的图。
[0016]图5A是示出根据本公开的各方面的在套管中和钻孔内的另一个示例性旋转可导向系统的图。
[0017]图5B是示出根据本公开的各方面的RSS和套管垫的图。
[0018]图6是示出根据本公开的各方面的在套管中和钻孔内的另一个示例性旋转可导向系统的图。
[0019]图7是示出根据一些实施方案的转环的部件的横截面细节图的图。
[0020]虽然本公开的实施方案已经得以描绘和描述并且通过参考本公开的示例性实施方案来加以限定，但是所述参考并不暗示对本公开的限制，并且不能推断出这样的限制。如本领域中的技术人员以及受益于本公开的人员将想到，所公开的标的物能够在形式和功能上存在许多修改、变更和等效形式。所描绘和描述的本公开的实施方案仅为示例性的，并非详尽说明本公开的范围。
[0021]详述
[0022]本文详细描述本公开的说明性实施方案。为了清晰起见，并非实际实现形式的所有特征都在本说明书中进行描述。当然应该理解的是，在任何这种实施方案的开发中，做出许多实现特定的决定以获得特定的实现目标，这些目标因不同的实现而不同。此外，应该理解的是，这种开发努力可能是复杂的且耗时的，但是仍将是受益于本公开的本领域一般技术人员的常规任务。
[0023]为了促进更好理解本公开，给出某些实施方案的以下实施例。以下实施例决不应被理解为限制或限定本公开的范围。本公开的实施方案可适用于任何类型地层中的水平、垂直、偏斜、多边、U形管连接、交叉、绕开(钻探被卡住的落物周围并且返回井下)或其他非线性井身。实施方案可以适用于注入井和生产井，包括自然资源生产井例如硫化氢、烃类或地热井；以及用于过河隧道的钻孔建设和其他用于接近表面建设目的或用于流体比如烃类输送的U形管的管道的其他这样的隧道钻孔。下面关于一种实现描述的实施方案不欲具有限制性。
[0024]如本文所用的术语“联接(couple)”或“联接(couples)”旨在意指间接或直接连接。因此，如果第一装置联接到第二装置上，所述连接可以是通过直接连接或通过借由其他装置和连接进行的间接机械或电子连接。类似地，如本文所用的术语“可操作地联接”旨在意指能够进行特定的一个操作或多个操作的直接或间接连接，如由使用“可操作地联接”的上下文所解释。例如，钻柱可以可操作地联接到钻头，以便在钻柱旋转时将旋转力施加到钻头上。在该上下文中，那么“可操作地联接”旨在意指钻头以使施加给钻柱的旋转力传送至钻头的方式直接地或间接地联接到钻柱。作为另一个实例，钻头可以可操作地联接到BHA，以便使BHA能够实现钻头的轴向偏离-在该实例中，“可操作地联接”旨在意指钻头以使BHA能够使钻头以轴向方式(例如，相对于钻柱)偏离的方式直接地或间接地连接到BHA。
[0025]本公开一般涉及地下钻探操作，并且更具体地说涉及定向钻探操作及其工具。
[0026]在一些实施方案中，本公开提供用于实现定向钻探，具体地说在随钻套管操作和/或尾管钻探操作中的定向钻探的方法、系统和设备。根据本公开的各方面，定向钻探可通过旋转可导向系统(“RSS”)来完成，所述旋转可导向系统(“RSS”)可包括用于使钻头与钻柱的轴线以“摆动钻头”或“推靠钻头”的方式径向偏离的装置。在根据一些实施方案的随钻套管操作中，套管柱被用作钻柱(例如，替代钻杆，套管柱本身旋转并且将旋转施加给设置在套管柱的井下端部或下端处的钻头，以使得在钻探行进时，套管柱下降到钻孔中)。
[0027]根据一些实施方案的RSS可联接到钻柱，并且在涉及定向随钻套管的某些实施方案中，RSS可联接到套管柱，以使得RSS被设置在套管柱内。在一些实施方案中，RSS可以是BHA的一部分或以其他方式包括在BHA中。RSS可联接到设置在套管柱的井下端部或下端处的扩孔器和/或钻头。
[0028]根据本公开的某些实施方案可包括定向尾管钻探。“尾管”是一种特定的套管柱，其并不延伸到钻孔的顶部。因此，在根据本公开的一些方面的尾管钻探中，钻柱可包括联接到尾管的钻杆，所述钻杆进而联接到RSS(其同样地可以是BHA的一部分或以其他方式包括在BHA中)。此类实施方案的RSS可同样地设置在尾管内，并且联接到设置在尾管的井下端部或下端处的扩孔器和/或钻头。在尾管与更通用形式的套管之间的一些差异在下文更加详细地进行讨论，但是一般来说，涉及对随钻套管的实施方