[發(fā)明專利]用于旋轉式轉向系統(tǒng)的策略撓性部段

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201880014906.5
• 申請日: 2018-05-16
• 公開（公告）號: CN110366627B
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發(fā)明（設計）人: 約翰·R·小哈丁
• 申請（專利權）人: 哈利伯頓能源服務公司
• 主分類號: E21B7/06
• 分類號: E21B7/06;E21B23/12
• 代理公司: 隆天知識產(chǎn)權代理有限公司 72003
• 代理人: 金鵬

一種旋轉式轉向系統(tǒng)(RSS)，包括聯(lián)接在其中或聯(lián)接到其上的撓性套環(huán)，所述撓性套環(huán)允許控制所述RSS的剛度并且允許實現(xiàn)期望的回轉半徑，而不犧牲所述RSS的穩(wěn)定性特性。所述撓性套環(huán)可定位在所述RSS的轉向部段與控制器之間。可策略性地選擇影響所述撓性套環(huán)和所述RSS的幾何結構、位置和剛度特性的參數(shù)，以匹配正在鉆探的特定井筒的要求。通過策略性地選擇這些參數(shù)，可實現(xiàn)與工具長度、彎曲剛度、彎曲應力、扭轉剛度、由于扭轉引起的剪切應力以及增大的狗腿嚴重度容限有關的改進。

相關申請的交叉引用

本申請要求2017年5月31日提交的標題為“Strategic Flexible Section for aRotary Steerable System”的美國臨時申請?zhí)?2/513,365的優(yōu)先權，所述臨時申請的公開內(nèi)容以引用的方式整體并入本文。

背景技術

本公開總體涉及旋轉式轉向系統(tǒng)(RSS)，例如，用于在石油和天然氣勘探與生產(chǎn)中定向鉆探井筒的鉆井系統(tǒng)。更特別地，本公開的實施方案涉及旋轉式轉向系統(tǒng)，所述旋轉式轉向系統(tǒng)在其中具有撓性套環(huán)以用于實現(xiàn)期望的轉向半徑。

定向鉆井操作涉及在鉆探井筒時控制井筒的方向。通常定向鉆井的目標是利用鉆柱達到目標地下目的地，并且常常將需要使鉆柱轉動通過緊湊的半徑以到達目標目的地。總體上，RSS通過以下方式改變方向：以轉向墊抵靠井筒壁的一側推壓以由此致使鉆頭在相對側上推壓(在推靠鉆頭式系統(tǒng)中)，或使延伸穿過非旋轉殼體的主軸彎曲以使鉆頭相對于工具的其余部段指向特定方向(在指向鉆頭式系統(tǒng)中)。在推靠鉆頭式系統(tǒng)中，井筒壁通常與鉆頭、轉向墊和穩(wěn)定器接觸。這種系統(tǒng)的轉向能力主要受能夠通過鉆頭、轉向墊和穩(wěn)定器中的每一者擬合的曲線限制。

附圖說明

在下文中僅以舉例的方式、基于在附圖中表示的實例詳細描述本公開，在附圖中：

圖1是利用包括RSS的井底總成鉆探的定向井筒的局部剖面?zhèn)纫晥D；

圖2是包括聯(lián)接到RSS的井上端部的撓性套環(huán)的井底總成的示意圖；

圖3A是具有撓性套環(huán)的RSS的示意圖，撓性套環(huán)聯(lián)接在RSS的轉向部段與控制部段之間；

圖3B是圖3A的撓性套環(huán)的剖視圖；

圖4是具有撓性套環(huán)的RSS的示意圖，其中控制部件設置在撓性套環(huán)內(nèi)；

圖5A是具有總體上圓柱形配置的示例性撓性套環(huán)的示意圖示；

圖5B是示出被配置為圖5A的撓性套環(huán)且由不同材料(鋼和鈦)構造的兩個示例性撓性套環(huán)的幾何結構和剛度特性的表；

圖6是示出利用圖5B的兩個示例性撓性套環(huán)可實現(xiàn)的狗腿嚴重度的圖形視圖，所述狗腿嚴重度是多種傾角下的鉆壓的函數(shù)，所述圖形視圖示出改進的增斜率能力；

圖7是示出利用圖5B的兩個示例性撓性套環(huán)可實現(xiàn)的狗腿嚴重度的圖形視圖，所述狗腿嚴重度是多種傾角下的鉆壓的函數(shù)，所述圖形視圖示出改進的降斜率能力；并且

圖8是示出配置并構造旋轉式轉向系統(tǒng)的過程的流程圖。

具體實施方式

現(xiàn)本公開包括一種RSS，所述RSS具有聯(lián)接在其中的撓性套環(huán)，所述撓性套環(huán)允許實現(xiàn)期望的回轉半徑。撓性套環(huán)可定位在包括RSS的井底總成的井上端部處，或者可替代地，撓性套環(huán)可定位在RSS的轉向部段與控制器之間。可策略性地選擇影響撓性套環(huán)的幾何結構和剛度特性的參數(shù)，以匹配正在鉆探的特定井筒的要求。另外，可選擇用于旋轉式轉向系統(tǒng)的鉆頭，使得可連同撓性套環(huán)的布局和剛度特性……一起策略性地選擇鉆頭的側向切割效率，以匹配正在鉆探的特定井筒的要求。通過策略性地選擇這些參數(shù)，可獲得與工具長度、彎曲剛度、彎曲應力、扭轉剛度、由于扭轉引起的剪切應力有關的改進以及增大的狗腿嚴重度容限。