定向钻井系统的制作方法
【专利摘要】一种用于钻出井眼的定向钻井系统，其可包括具有钻头轴线偏转机构的钻头偏转组件，该钻头轴线偏转机构向连接到钻头的轴施加偏转力。该偏转力偏转所述轴而不会在该偏转机构和该钻头之间受到反作用力。该偏转力可偏转位于该钻头和一径向轴承之间的轴，该径向轴承使该轴在钻头偏转组件内保持居中。该偏转机构可以同时成角度地偏转和侧向地位移该偏转机构中的钻头轴线。
【专利说明】定向钻井系统
【技术领域】
[0001] 本申请大体涉及与地下井钻井相关应用的设备和执行的操作，在下文描述的一个 实例中，特别提供了用于定向钻井的系统。
【背景技术】
[0002] 定向钻井是控制钻井方向的技术，其效果是"操纵"钻头，从而在陆地地层中在所 需的位置和方向钻成井眼。过去已开发出多种技术，用于在使钻柱滑动（例如在不使位于 井下马达上方的钻柱旋转）和使钻柱旋转的同时进行操纵。
[0003] 应当认识到，在定向钻井的【技术领域】需要继续改进。
【专利附图】
【附图说明】
[0004] 图1是可体现本申请的原理的一种定向钻井系统和相关方法的代表性的局部剖 视图。
[0005] 图2是可用于图1中的定向钻井系统的钻头偏转组件的代表性的放大尺寸的剖视 图。
[0006] 图3是钻头偏转组件的代表性的放大尺寸的剖视图，该视图是沿图2中的线3-3 截取的。
[0007] 图4是钻头偏转组件的另一个实例的代表性的剖视图。
[0008] 图5是钻头偏转组件的再一个实例的代表性的剖视图。
[0009] 图6是可用于图1中的定向钻井系统的一种侧向偏转工具的代表性的剖视图。
【具体实施方式】
[0010] 图1代表性地示出了可体现本申请的原理的一种定向钻井系统10和相关方法。该 系统10用于沿所需方向穿过陆地地层14以钻成井眼12。
[0011] 在图1所示实例中，系统10包括底孔组件30,底孔组件30包括钻头16、钻头偏转 组件18、可选的铰接外壳20、挠性轴组件22、井下马达24(例如正排量马达、"泥浆"马达、 涡轮机等）、旋转连接器26、以及井下传感器和遥测装置28 (例如随钻测量（MWD)传感器和 遥测收发器、随钻测压（PWD)传感器和遥测收发器、和/或随钻测井（LWD)传感器和遥测收 发器等）。
[0012] 井下传感器可包括任何数量的压力传感器、温度传感器、力传感器、振动传感器、 流速传感器、扭矩传感器、电阻率传感器、辐射传感器、和/或其他类型的传感器的组合。井 下遥测装置能够发射和/或接收压力脉冲信号、电磁场信号、声波信号、有线传输信号、压 力等级信号、流速信号、钻柱32操作和/或其它类型的遥测信号，用于在井下位置和远程位 置（例如地表、另一个井位、钻机等）之间传输数据、指令、信号等。为冗余度起见可利用遥 测模型的多种组合，且不同类型的遥测信号可用于短程和长程通信。
[0013] 铰接外壳20、挠性轴组件22、马达24、旋转连接器26、与传感器及遥测装置28可 以类似于钻井工艺中常用的、公知的工具，因此本文对它们仅作简要描述。然而，可对这些 工具进行改型，使得它们具体地适用于底孔组件30。
[0014] 铰接外壳20允许底孔组件30在铰接外壳处弯曲。这使得底孔组件30能够在曲 壁式的井眼12中弯曲，且在一些实例中能够使钻头16得以偏转到较大的程度，并能够产生 更小的井眼曲率半径，以例如获得更高的造斜率（build rate)。
[0015] 铰接外壳20可以是可调整的，使其具有期望的固定的弯曲部，或者外壳20可以在 井下如所需要地弯曲以适应井眼12的曲率。无论井眼12是在钻柱32旋转或是在钻柱32 不旋转情况下钻出的，铰接外壳20可具有固定的弯曲部。
[0016] 如果需要的话，铰接外壳20可被用作钻头偏转组件18中的外壳84。在此结构中， 铰接外壳20可覆盖轴关节部54 (见图2、图4和图5)。
[0017] 如果马达是Moineau型正排量马达，挠性轴组件22中包括连接到马达24的转子 的挠性轴。这使得转子能够在马达24内循环，扭矩通过挠性轴来传输。如果马达24是涡 轮机或其它类型的马达，则挠性轴组件22不是必须使用的。
[0018] 代替挠性轴，可利用恒速接头或其它类型的挠性联轴器将轴连接到Moineau型正 排量马达的转子。因此应理解，本申请的原理不局限于任何特定类型井下工具或其组合的 使用，这是因为在底孔组件30中，存在很多种可行的用于构造不同的工具组合的方式。
[0019] 旋转连接器26在旋转轴（旋转轴例如连接到马达24的转子）和传感器以及遥测 装置28之间传输信号。这使得线路（例如电导体、光导等）能够延伸穿过旋转轴、转子等， 并延伸到位于马达24下方的仪器、致动器、传感器等。
[0020] 应注意，底孔组件30的多个不同元件在本文中仅作为能够用于实现定向钻井的 元件组合的一个实例来描述。然而应清楚地理解，涵盖在本发明公开的范围内的定向钻井 系统并非必须包括本说明书附图示出的和文字描述的每一个元件。进一步地，整合了本申 请的原理的定向钻井系统可以包括本文没有描述的额外的或不同的元件。因此应认识到， 本申请的范围完全不局限于底孔组件30或系统10的细节。
[0021] 底孔组件30连接到钻柱32的底端（或远端）。钻柱32延伸到远程位置，例如钻 机（未示出）。钻柱32可包括连续的和/或分段的钻杆，且可由钢、其他金属或合金、塑料、 复合材料或任何其他材料制造。
[0022] 优选地，当钻头偏转组件18使钻头16偏转时，钻柱32不旋转，从而引起井眼12 朝向钻头偏转的方位角方向（相对于井眼）被钻出。然而如果需要的话，系统10可以在钻 柱32旋转的情况下进行操纵时使用。
[0023] 在系统10的一种使用方法中，在井眼12被直线式钻出且钻柱旋转（不过马达24 也可用于、或者可选地用于在直线式钻井时使钻头旋转）时，钻头16的纵轴线36与钻柱32 的纵轴线38共线。在需要改变井眼12的方向时，钻柱32相对于井眼被按照方位角定向， 使得钻头偏转组件18在被致动时能够沿所需方向偏转钻头16。钻柱32的这种方位角定向 可利用传感器和遥测装置28来完成和确认。
[0024] 钻头偏转组件18随后被致动，以沿所需方向按所需量偏转钻头16。钻头16可被 钻头偏转组件18成角度地和/或侧向地偏转。在下文描述的实例中，可选择性地和递增地 控制偏转量。
[0025] 钻头偏转可从远程位置控制，钻头16每次偏转时由钻头偏转组件18提供确认。这 种控制和确认的通信可经由遥测装置28、经由钻柱32中（例如钻柱的壁中等）的导体、或 者通过任何其它技术进行。
[0026] 当钻头16被偏转组件18偏转时，使用马达24钻出井眼12。在井眼12被钻出的 同时，钻头16的偏转量可被改变，且不需要在井眼中操作钻柱32 (例如提示和降下钻柱、向 钻柱施加某种形式的操作等），不过如果需要的话也可使用这些操作。
[0027] 在通过偏转组件18来偏转钻头16的情况下，钻成井眼12的一个曲形段之后，可 通过致动偏转组件18来撤销钻头的偏转，而再次直线钻出井眼（不过也可在钻头偏转时通 过旋转钻柱32来直线钻出井眼）。偏转组件18的用以撤销钻头偏转的致动可钻出井眼12 的同时被执行。
[0028] 本领域技术人员应当认识到，此系统10使得钻井者能够在钻井时方便地开始方 向变化，而无需为此从井中取回钻柱32和底孔组件30。作为替代，也可每当需要起动或撤 销钻头16的偏转时，就从远程位置（例如钻机）将适当的信号发送到钻头偏转组件18 (例 如经由遥测、有线或无线通信）。
[0029] 现在额外地参照图2,其代表性地示出了钻头偏转组件18的一个实例的放大尺寸 剖视图。在此实例中，钻头偏转组件18包括钻头轴线偏转机构40,钻头轴线偏转机构40的 位置靠近钻头连接器42,钻头连接器42用于将钻头16连接到底孔组件30。
[0030] 通过使用偏转机构40靠近钻头16来使钻头轴线36偏转，可随井眼被钻出而在井 眼12中产生较大的弯曲。通过相对于偏转机构40的外缸46使内缸44旋转，此弯曲的量 (也称为"造斜率"）可在钻井的同时被方便地改变。
[0031] 缸44、46相对于钻头轴线36和钻柱轴线38倾斜。缸44、46具有纵轴线48,纵轴 线48相对于钻头轴线36和钻柱轴线38中的每个轴线倾斜且不共线。其结果是，当内缸44 相对于外缸46旋转时，钻头轴线36围绕缸轴线48旋转，由此成角度地偏转钻头轴线。
[0032] 轴50被容纳于内缸44中。径向轴承52为轴50提供径向支撑，同时使得该轴能 够在偏转机构40中旋转。
[0033] 轴50和钻头轴线36共线，且当内缸44相对于外缸46旋转时，轴50被成角度地 偏转（即，钻头轴线和钻柱轴线38之间的角度改变）。扭矩传输关节部54被设置为将轴 50连接到另一轴56,轴56由马达24来旋转（例如在图1的系统10中，轴56可连接到挠 性轴组件22的挠性轴）。
[0034] 关节部54使得轴50 (经由连接器42连接到钻头16)能够相对于轴56成角度地 偏转。轴56通过径向轴承58而被保持与钻柱轴线38共线。
[0035] 图2所示关节部54包括恒速接头。然而在其他实例中，可以使用挠性轴、花键式 球窝接头、或其它类型的关节部。
[0036] 借助致动器60,内缸44相对于外缸46被转动。在此实例中，致动器60包括电动 马达62,马达62具有齿轮64,齿轮64啮合内缸44上的齿66。在其他实例中，其它类型的 致动器（例如，液压马达、泵与活塞、线性致动器、压电致动器等）可用于代替电动马达62 和齿轮64。
[0037] 致动器60由控制和通信电路68来控制。例如，电路68能够控制内缸44是否由 马达62来旋转以及内缸44如何由马达62旋转、钻头轴线36的成角度的偏转等。作为另 一个实例，电路68可传达（例如到远程位置）偏转指令已被执行的确认、内缸44的旋转的 测量值、钻头轴线36偏转的测量值等。
[0038] 在图2的偏转组件18中，与电路68的通信经由线路70 (例如电线、光纤和/或其 它类型的线路）来进行，线路70从偏转组件18上方的底孔组件30延伸穿过轴56的侧壁。 附加地或可选地，线路72可延伸穿过内部流动通道76中的管道74。线路72可在钻头偏转 组件18下方连接到传感器、仪器等（例如，钻头16中的能够感测钻头前方的地层14的性 质的传感器）。
[0039] 滑环接触器78可用于将电路68电连接到线路70和/或线路72。线路70和/或 线路72可连接到下文将描述的传感器和遥测装置28,遥测装置28例如用于电路68和远程 位置之间的双向信号遥测。以此方式，电路68能够从远程位置接收指令、数据、其它信号、 电能（如果井下没有提供电能，例如没有通过电池或井下发电机提供电能的话）等，且远程 位置能够从电路接收传感器测量值、其它数据、钻头轴线36偏转的确认等。
[0040] 虽然图2中未示出，但偏转组件18中可设有多种传感器，用于测量钻头轴线36的 偏转的相关参数。例如，旋转位移传感器可用于测量内缸44的旋转。作为另一个实例，位 移传感器可用于直接或间接地测量轴50的角度位移。任何类型的传感器或传感器组合均 可用于偏转组件18中，均在本发明的范围内。根据内缸44的旋转位置，传感器可以是简单 的接合或脱离的开关或接触器。
[0041] 作为另一个实例，马达62可以是步进马达，步进马达产生单独的旋转步进。可以 统计每个旋转方向的步进，以便确定内缸44相对于外缸46的总旋转角度。
[0042] 推力轴承80对由于钻头16与井眼12底部的地层14接合、将钻柱32的全部或部 分重量通过底孔组件30施加到钻头而产生的轴向力形成反作用力。旋转密封件82将偏转 组件的外壳84的内部与井眼12中的流体、碎屑等隔离，同时适应其中的轴50的偏转。
[0043] 现在再参照图3,其代表性地示出了偏转组件18的沿图2中的线3-3截取的代表 性剖视图。在此视图中，可看出外壳84不是圆柱形而是椭圆形。
[0044] 此构造优选地使外壳84中具有用于构件的额外空间，并且在钻井时令人满意地 使外壳在井眼12稳定。为此目的，外壳84优选地在钻头轴线36被偏转机构40偏转的方 向上具有其最宽的侧向尺寸D。
[0045] 尺寸D还优选为接近钻头16的基准直径，以产生更平滑的井眼12、产生较少的井 眼螺旋等。例如，尺寸D可以至少是钻头16的基准直径的大约80%，或者更优选为至少是 钻头16的基准直径的大约90%。
[0046] 现在再参照图4,其代表性地示出了另一个钻头偏转组件18的实例。在此实例中， 缸轴线48没有相对于钻头轴线36倾斜，取而代之的是侧向偏移（偏移尺寸0)。此外，图4 实例中的轴关节部54包括挠性扭杆，该挠性扭杆互连于轴50与轴56之间。径向轴承58 被设置成更靠近关节部54,以便对在轴50和钻头轴线36被偏转机构40侧向位移时施加的 侧向作用力形成反作用力。
[0047] 当内缸44被马达62旋转时，钻头轴线36围绕缸轴线48旋转，由此使钻头轴线从 钻柱轴线38侧向偏移。当内缸44从其在图4中的位置旋转180度时，可达到最大侧向偏 移。
[0048] 现在再参照图5,其代表性地示出了另一个钻头偏转组件18的实例。在此实例中， 轴关节部54包括球窝接头86和花键88。球窝接头86使得钻头轴线36能够相对于钻柱轴 线38成角度地偏转，而花键88将扭矩从轴56传输到轴50。
[0049] 图5所示实例中的致动器60包括泵90、控制阀92、活塞94和缸96。泵90和控制 阀92可由电路68来操作，用以使活塞94在缸96中沿任一方向位移。
[0050] 活塞94连接到阶梯式楔块98,阶梯式楔块98和另一个阶梯式楔块100接合，轴 50被容纳在阶梯式楔块100中。径向轴承52使得轴50能够在阶梯式楔块100中旋转，并 且对轴由于被偏转机构40侧向位移而产生的侧向力形成反作用力。
[0051] 通过楔块98相对于楔块100的位移，钻头轴线36可以产生单独的递增的侧向位 移。传感器102 (例如线性变量位移转换器、电位计等）可以测量楔块98的位置和/或位 移，由此能够容易确定轴50的侧向位置。
[0052] 需注意，当轴50的下端被偏转机构40侧向地位移时，钻头轴线36也围绕轴关节 部54旋转。因此，钻头轴线36被偏转组件18中的偏转机构40同时侧向地和成角度地位 移。
[0053] 图2_图5的实例中的偏转组件18的一个有益的特征是，偏转机构40向轴50施 加的偏转力不会在偏转机构和钻头16之间受到反作用力。因此，偏转机构40中的钻头轴 线36的任何偏转会引起钻头16的相应的实际偏转。偏转机构40和钻头16之间没有会对 侧向偏转机构向轴50施加的侧向力形成反作用力的径向轴承。
[0054] 现在再参照图6,钻头偏转组件18可包括侧向偏转装置104。侧向偏转装置104 用于侧向地偏转井眼12中的钻头偏转组件18。
[0055] 侧向可延伸结构34从偏转装置104向外延伸并接触井眼12的壁。如图6所示， 此结构将使偏转组件朝向井眼12的相对侧而侧向地偏转。
[0056] 类似的如上所述的致动器60和电路68可用于偏转装置104中，用以使偏转组件 18的钻头轴线36偏转。在图6的实例中，致动器60用于使楔块106位移，楔块106与结构 34上的倾斜表面108接合。任何类型的致动器60 (例如电动、液压、压电、光学等）可均用 在装置104中。
[0057] 电路68连接到传感器110 (例如压力传感器、天线等），传感器110可以检测从远 程位置传输的信号112 (例如压力脉冲、电磁场信号等）。电路68可通过操作致动器60以 伸出或缩回结构34,来响应合适的信号112。
[0058] 虽然图6所示具有楔块106的偏转装置104被用于使结构34位移，应认识到，通 过适当的变化，上文所述的用于使轴50偏转的任何类型的偏转机构40也可以用于偏转该 结构。因此，在钻出井眼12时，结构34可以使偏转装置104提供步进的、递增的、单独的偏 转，而且偏转量可从远程位置控制，并且对偏转的确认由装置104发送到远程位置。
[0059] 如图1所不，偏转装置104优选地位置靠近外壳84,外壳84包含用于偏转钻头轴 线36的偏转机构40。以此方式，当钻头轴线36也相对于井眼，（通过偏转机构40)以相同 的方位角方向偏转时，由于井眼12中的组件18的侧向偏转（通过偏转装置104)，可以得到 井眼12的更大的曲率（例如更大的造斜率）。
[0060] 在上述任一实例中，轴50或结构34的偏转可利用任何类型的锁定装置来锁定 (由此防止该偏转的不想要的变化）。例如可使用机械、液压、电子、或其它类型的锁定装 置。
[0061] 现在应该充分认识到，上文为定向钻井技术提供了显著的优点。在以上描述的不 同实例中，底孔组件30能够实现造斜率的增大，同时还允许在钻出井眼12时对钻头轴线36 的偏转的远程控制以及对此偏转的确认。
[0062] 上文描述了用于钻出井眼12的一种定向钻井系统10。在一个实例中，系统10可 包括钻头偏转组件18,钻头偏转组件18包括钻头轴线偏转机构40,钻头轴线偏转机构40 向连接到钻头16的轴50施加偏转力。该偏转力使轴50偏转而会不在偏转机构40和钻头 16之间受到反作用力。这样能够用于使钻头轴线36的偏转更大，产生更大的造斜率，增大 井眼12的曲率等。
[0063] 偏转机构40可互连于钻头16和关节部54之间，关节部54允许轴50产生的偏转。 关节部54可包括恒速接头、花键式球窝接头和/或挠性扭杆。
[0064] 偏转机构40可以绕倾斜轴线48来旋转钻头轴线36。倾斜轴线48可形成在围绕 轴50旋转的倾斜缸44中。
[0065] 偏转机构40侧向地和/或成角度地位移钻头轴线36。
[0066] 偏转机构40可通过一连串单独的步进来偏转轴50。
[0067] 包围偏转机构40的外壳84可以是非圆柱形和/或可以具有椭圆形的横截面。
[0068] 侧向可延伸结构34可选择性地使钻头偏转组件18侧向偏转。结构34可响应从 远程位置传输的信号112,向井眼12的壁施加偏压。偏转机构40可位于可延伸结构34和 钻头16之间。
[0069] 传感器102能够感测偏转机构40对钻头轴线36的不同偏转。
[0070] 表示钻头轴线36的偏转的信号能够被传输到远程位置。
[0071] 上文还描述了一种定向钻井系统10,其在一个实例中可包括钻头偏转组件18,钻 头偏转组件18包括钻头轴线偏转机构40,钻头轴线偏转机构40对连接到钻头16的第一轴 50施加偏转力。此偏转力可以偏转位于钻头16和径向轴承58之间的第一轴50,径向轴承 58可使第二轴56在钻头偏转组件18内保持居中。
[0072] 钻头偏转组件18可以不设有位于偏转机构40和钻头16之间且用于使轴50保持 侧向居中的径向轴承。
[0073] 上文还为本领域提供了一种定向钻井系统10,其中，偏转机构40使偏转机构40中 的钻头轴线36同时成角度地偏转和侧向地位移。
[0074] 虽然上文描述了多个不同的实例，且每个实例具有特定特征，但应理解，一个实例 中的具体特征并不只是唯一地用于这个实例。与之相反，上文所述和/或附图所示的任一 特征能够与任一实例结合、添加到或替换这些实例中的任一其他特征。一个实例中的特征 与另一个实例中的特征并不互相排斥。与之相反，本申请的范围包含任何特征的任何组合。 [0075] 虽然上文描述的每一个实例包括多个特定特征的组合，但应理解，并非必须使用 一个实例中的所有特征。与之相反，上述多个特征中的任何特征可以不和其他任何一个或 多个特征共同使用。
[0076] 应理解，本文描述的不同实施例可用于不同的方位，例如倾斜、倒转、水平、坚直 等，和不同的结构，而不脱离本申请的原理。实施例仅作为本申请的原理的有益应用的实例 描述，本申请并不受限于这些实施例的任何具体细节。
[0077] 在上文代表性实例的描述中，使用方向性的术语（例如"上方"、"下方"、"上面"、 "下面"等）是为了便于参照附图。然而应当明确理解，本申请的范围不限于本文描述的任 何特定方向。
[0078] 术语"包含"、"包括"和类似的术语用于本说明书中的非限制性功能。例如，如果 一个系统、方法、设备、装置等被描述为"包括" 一定的特征或元件，该系统、方法、设备、装置 等可以包括该特征或元件，还可以包括其它特征或元件。类似地，术语"包含"应被认为意 指"包含但不限于"。
[0079] 当然，在基于上文描述的本申请的代表性实施例的仔细思考之后，本领域技术人 员可以容易地认识到可以对该具体实施例进行多种变形、添加、替换、删除或其它改变，且 此种改变是本申请的原理所预期的。因此应明确地理解，前述的详细描述只是作为示例和 实例，本发明的精神和范围并不仅限于所附的权利要求和其等同内容。
【权利要求】
1. 一种用于钻出井眼的定向钻井系统，所述系统包括： 钻头偏转组件，包括钻头轴线偏转机构，所述钻头轴线偏转机构向连接到钻头的轴施 加偏转力，且 其中，所述偏转力偏转所述轴而不会在所述偏转机构和所述钻头之间受到反作用力。
2. 如权利要求1所述的系统，其中，所述偏转机构互连于所述钻头和一关节部之间，所 述关节部允许所述轴偏转。
3. 如权利要求2所述的系统，其中，所述关节部包括恒速接头。
4. 如权利要求2所述的系统，其中，所述关节部包括花键式球窝接头。
5. 如权利要求2所述的系统，其中，所述关节部包括挠性扭杆。
6. 如权利要求1所述的系统，其中，所述偏转机构使所述钻头轴线围绕倾斜轴线旋转。
7. 如权利要求6所述的系统，其中，所述倾斜轴线形成在围绕所述轴旋转的倾斜缸中。
8. 如权利要求1所述的系统，其中，所述偏转机构侧向地位移所述钻头轴线。
9. 如权利要求1所述的系统，其中，所述偏转机构成角度地偏转所述钻头轴线。
10. 如权利要求1所述的系统，其中，所述偏转机构成角度地偏转和侧向地位移所述钻 头轴线。
11. 如权利要求1所述的系统，其中，所述偏转机构通过一连串单独的步进来偏转所述 轴。
12. 如权利要求1所述的系统，其中，包围所述偏转机构的外壳是非圆柱形。
13. 如权利要求1所述的系统，其中，包围所述偏转机构的外壳具有椭圆形的横截面。
14. 如权利要求1所述的系统，还包括侧向可延伸结构，所述侧向可延伸结构选择性地 侧向偏转所述钻头偏转组件。
15. 如权利要求14所述的系统，其中，所述结构响应从远程位置传输的信号，向所述井 眼的壁施加偏压力。
16. 如权利要求14所述的系统，其中，所述偏转机构位于所述可延伸结构和所述钻头 之间。
17. 如权利要求1所述的系统，其中，传感器感测由所述偏转机构对所述钻头轴线进行 的多种不同偏转。
18. 如权利要求1所述的系统，其中，表示所述钻头轴线的偏转的信号被传输到远程位 置。
19. 一种用于钻出井眼的定向钻井系统，所述系统包括： 钻头偏转组件，包括钻头轴线偏转机构，所述钻头轴线偏转机构向连接到钻头的第一 轴施加偏转力，且 其中，所述偏转力偏转位于所述钻头和径向轴承之间的所述第一轴，所述径向轴承使 第二轴在所述钻头偏转组件内保持居中。
20. 如权利要求19所述的系统，其中，所述偏转机构互连于所述钻头和一关节部之间， 所述关节部允许所述第一轴相对于所述第二轴偏转。
21. 如权利要求20所述的系统，其中，所述关节部包括恒速接头。
22. 如权利要求20所述的系统，其中，所述关节部包括花键式球窝接头。
23. 如权利要求20所述的系统，其中，所述关节部包括挠性扭杆。
24. 如权利要求19所述的系统，其中，所述偏转机构使所述钻头轴线围绕倾斜轴线旋 转。
25. 如权利要求24所述的系统，其中，所述倾斜轴线形成在围绕所述第一轴旋转的倾 斜缸中。
26. 如权利要求19所述的系统，其中，所述偏转机构侧向地位移所述钻头轴线。
27. 如权利要求19所述的系统，其中，所述偏转机构成角度地偏转所述钻头轴线。
28. 如权利要求19所述的系统，其中，所述偏转机构成角度地偏转和侧向地位移所述 钻头轴线。
29. 如权利要求19所述的系统，其中，所述偏转机构通过一连串单独的步进来偏转所 述轴。
30. 如权利要求19所述的系统，其中，包围所述偏转机构的外壳是非圆柱形。
31. 如权利要求19所述的系统，其中，包围所述偏转机构的外壳具有椭圆形的横截面。
32. 如权利要求19所述的系统，还包括侧向可延伸结构，所述侧向可延伸结构选择性 地侧向偏转所述钻头偏转组件。
33. 如权利要求32所述的系统，其中，所述结构响应从远程位置传输的信号，向所述井 眼的壁施加偏压力。
34. 如权利要求32所述的系统，其中，所述偏转机构位于所述可延伸结构和所述钻头 之间。
35. 如权利要求19所述的系统，其中，传感器感测由所述偏转机构对所述钻头轴线进 行的多种不同偏转。
36. 如权利要求19所述的系统，其中，表示所述钻头轴线的偏转的信号被传输到远程 位置。
37. 如权利要求19所述的系统，其中，所述钻头偏转组件没有任何位于所述偏转机构 和所述钻头之间且用于使所述第一轴保持侧向居中的径向轴承。
38. -种用于钻出井眼的定向钻井系统，所述系统包括： 钻头偏转组件，包括钻头轴线偏转机构，所述钻头轴线偏转机构向连接到钻头的轴施 加偏转力，且 其中，所述偏转机构成角度地偏转和侧向地位移所述偏转机构中的所述钻头轴线。
39. 如权利要求38所述的系统，其中，所述偏转力偏转所述轴而不会在所述偏转机构 和所述钻头之间受到反作用力。
40. 如权利要求38所述的系统，其中，所述偏转机构互连于所述钻头和一关节部之间， 所述关节部允许所述轴偏转。
41. 如权利要求40所述的系统，其中，所述关节部包括恒速接头。
42. 如权利要求40所述的系统，其中，所述关节部包括花键式球窝接头。
43. 如权利要求40所述的系统，其中，所述关节部包括挠性扭杆。
44. 如权利要求38所述的系统，其中，所述偏转机构使所述钻头轴线围绕倾斜轴线旋 转。
45. 如权利要求44所述的系统，其中，所述倾斜轴线形成在围绕所述轴旋转的倾斜缸 中。
46. 如权利要求38所述的系统，其中，所述偏转机构通过一连串单独的步进来偏转所 述轴。
47. 如权利要求38所述的系统，其中，包围所述偏转机构的外壳是非圆柱形。
48. 如权利要求38所述的系统，其中，包围所述偏转机构的外壳具有椭圆形的横截面。
49. 如权利要求38所述的系统，还包括侧向可延伸结构，所述侧向可延伸结构选择性 地侧向偏转所述钻头偏转组件。
50. 如权利要求49所述的系统，其中，所述结构响应从远程位置传输的信号，向所述井 眼的壁施加偏压力。
51. 如权利要求49所述的系统，其中，所述偏转机构位于所述可延伸结构和所述钻头 之间。
52. 如权利要求38所述的系统，其中，传感器感测由所述偏转机构对所述钻头轴线进 行的多种不同偏转。
53. 如权利要求38所述的系统，其中，表示所述钻头轴线的偏转的信号被传输到远程 位置。
【文档编号】E21B19/18GK104114805SQ201280069611
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2012年2月17日 优先权日:2012年2月17日
【发明者】雷蒙德·C·史密斯, 卡里姆·N·宽治 申请人:哈利伯顿能源服务公司