[發(fā)明專利]用于提供對鉆井裝備的方向控制的設備

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201680078890.5
• 申請日: 2016-01-13
• 公開（公告）號: CN108495974B
• 公開（公告）日: 2020-04-03
• 發(fā)明（設計）人: 邁克爾·金·拉塞爾
• 申請（專利權）人: 滑動離合器系統(tǒng)有限公司
• 主分類號: E21B7/06
• 分類號: E21B7/06
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 陸弋;安翔

公開了用于提供對鉆井裝備的方向控制的設備。在一個實施例中，該設備包括：液壓泵，該液壓泵具有輸入軸，用于從鉆桿接收輸入扭矩并且在使用時連接至鉆井頭。另外，該設備包括控制裝置，該控制裝置用于改變流經所述泵的流體的流速。該控制裝置包括閉環(huán)充油系統(tǒng)，該閉環(huán)充油系統(tǒng)包括所述液壓泵和主閥。來自所述泵的油在返回到泵輸入端之前穿過所述主閥。另外，該控制裝置包括孔口控制系統(tǒng)，該孔口控制系統(tǒng)能夠操作成響應于來自控制處理器的輸入信號來控制所述主閥的位置。

相關申請

本申請是2016年1月13日提交的、發(fā)明名稱為“Apparatus For ProvidingDirectional Control of Bore Drilling Equipment的PCT申請PCT/GB2016/050074的中國國家階段申請。

關于聯邦贊助研究或開發(fā)的聲明

不適用。

技術領域

本發(fā)明涉及一種用于提供對鉆井裝備的方向控制的設備以及提供對鉆井裝備的方向控制的方法。

背景技術

在鉆出井眼的過程中，已知的是提供鉆桿或“鉆柱”，該鉆桿或“鉆柱”在上游端處聯接到地面鉆機。在下游端處，該鉆桿連接至鉆井頭或井底鉆具組件(通常稱為BHA)。在早期鉆井裝置中，鉆機的旋轉驅動器經由鉆桿直接剛性地連接到鉆頭，并且，對井眼方向的控制非常有限。已經嘗試通過機械楔形件(造斜器)來控制方向，并且這些裝置通常通過鉆桿機械操作來定位。

方向控制的進一步發(fā)展使用了井下泥漿驅動馬達，該井下泥漿驅動馬達具有彎曲外殼，該彎曲外殼連接到鉆桿的井下端。在這種裝置中，這些馬達的滾動定向(rollorientation)由鉆桿控制。所述泥漿馬達具有反作用扭矩，該反作用扭矩經由鉆桿返回到地面鉆機。通過這種構造，通過操縱地面鉆機處的固定鉆桿扭轉位置來控制井眼偏移。這種鉆井裝置使用固定鉆桿。由于非旋轉鉆桿和井眼之間的縱向摩擦的影響，這種類型的系統(tǒng)在大位移鉆井中受限。

進一步的發(fā)展是提供一種在井眼中原位地改變鉆井頭的定向的機構。鉆井頭(或BHA)被相對于鉆桿的井下端可旋轉地連接，并且在申請人的早期專利GB 1268938中公開了這種裝置的示例。

旋轉可轉向鉆井系統(tǒng)是已知的，例如在WO2011/160027、EP1024245和EP2559841中。在這些旋轉可轉向鉆井系統(tǒng)中，鉆桿輸入端直接連接到鉆井馬達或鉆頭。通過用通常被稱為偏置單元的組件圍繞鉆桿輸入軸來實現鉆井系統(tǒng)轉向。所述偏置單元通常是液壓驅動組件，并且使用液壓泵為它們提供動力。該液壓泵可由泥漿渦輪機、電動馬達或一些其它合適的已知機械驅動器提供動力。

申請人先前已經提出了一種用于控制BHA的定向的裝置，其中，提供了一種用于驅動鉆頭的馬達。鉆井反作用扭矩通過控制裝置而反作用于鉆桿。一種裝置包括用于鎖定鉆井頭以防止相對于鉆桿旋轉的離合器，后者在使用中保持不旋轉。另一種裝置包括扭矩轉換器，例如具有可變負載的泵，該扭矩轉換器聯接到鉆桿而由鉆桿驅動，該鉆桿在使用中被從地面連續(xù)地旋轉。

GB0602623.1和GB0712874.7中描述了一種由申請人開發(fā)的在鉆井時提供方向控制的替代方法。這些裝置包括安裝在鉆桿和鉆井頭之間的滑動離合器機構，使得：通過改變該離合器的接合，能夠將來自鉆桿的扭矩可控地施加到鉆井頭。這些裝置不使用上述的基本泵機構。

大位移鉆井的當前進展使用了在旋轉的鉆桿上運行的BHA裝置，并且可以通過改變鉆桿旋轉速度來傳輸控制信息。

這些系統(tǒng)的一個問題是被稱為粘滑(stick-slip)的扭轉振蕩運動。這種運動導致旋轉可轉向系統(tǒng)的控制困難，并且可能涉及過度的應力，甚至是機械故障。

典型地，在鉆出井眼期間，連續(xù)的測量值被從井下端發(fā)送到地面處的控制站。鉆井過程涉及直進鉆井(直通鉆井)和路徑修正鉆井之間的交替。