[發(fā)明專利]借助放電進行旋轉(zhuǎn)鉆孔的系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910870296.5
• 申請日: 2015-02-20
• 公開（公告）號: CN110578470A
• 公開（公告）日: 2019-12-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: F·巴約爾;B·德拉馬內(nèi);J-L·高森;C·格普菲特
• 申請（專利權(quán)）人: I.T.H.P.P公司
• 主分類號: E21B7/15
• 分類號: E21B7/15;E21B41/00
• 代理公司: 31100 上海專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司
• 代理人: 浦易文

本發(fā)明涉及用于旋轉(zhuǎn)鉆探的向下鉆進裝置，其包括安裝在一系列桿(4)端部處的發(fā)電機(5)；機械地和電氣地連接到所述發(fā)電機的脈沖發(fā)生器(6)；電動鉆探工具(7)；以及電滑動開關(guān)系統(tǒng)(9)。本發(fā)明用于通過放電進行的進行鉆探的領(lǐng)域。

本申請為CN 201580011576.0(國際申請?zhí)朠CT/EP2015/053634)的分案申請，其母案的申請日為2015年2月20日，其發(fā)明名稱為“借助放電進行旋轉(zhuǎn)鉆孔的系統(tǒng)”。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及借助于放電進行旋轉(zhuǎn)鉆孔的裝置和過程以及該種裝置的某些元件。

背景技術(shù)

油氣開采、開礦、地?zé)崮堋⑼两üこ毯推渌鳂I(yè)的領(lǐng)域中采用的傳統(tǒng)鉆孔技術(shù)是向下鉆進旋轉(zhuǎn)鉆孔工具，同時要施加幾噸至幾十噸之大的推力。通過從地面上旋轉(zhuǎn)全部的鉆柱(行業(yè)內(nèi)稱作“旋轉(zhuǎn)鉆孔”的系統(tǒng))，或者使用底部液壓馬達(渦輪鉆進)，來提供鉆孔工具的旋轉(zhuǎn)。所用的鉆孔工具是三錐輪型、PDC(多晶金剛石復(fù)合刀具)或浸漬的基質(zhì)。在所有的情形中，巖石的碎裂是由機械效果產(chǎn)生的。工具所產(chǎn)生的巖石切割在孔壁和鉆柱之間的空間(環(huán)腔)內(nèi)，通過鉆探流體的向上流動而上升到地面。

然而，這些技術(shù)在某些非常硬或非常耐磨地質(zhì)地層中遭遇到緩慢的前進進程。為解決該問題，人們已經(jīng)針對傳統(tǒng)技術(shù)設(shè)計出各種替代方案。在這些各種設(shè)計方案中，人們提出了一種技術(shù)，該技術(shù)基于通過放置在鉆孔工具下方的電極，反復(fù)地將非常高功率的電脈沖直接注入到地里。電極之間產(chǎn)生電弧，電弧穿透地面并形成等離子隧道。等離子產(chǎn)生的氣體膨脹使得巖石破裂并形成切削物，然后在傳統(tǒng)方式中通過流體流動來消除所產(chǎn)生的切削物。該技術(shù)很長時間已為人們所熟知，在文獻中該技術(shù)具有不同的名字，諸如“放電脈沖鉆孔”、“等離子通道鉆孔工藝過程”或“電脈沖巖石鉆孔裝置”。

文獻US005845854A是先前的出版物，其顯示如何根據(jù)電壓上升時間來優(yōu)化電極間的距離。文獻US6164388給出了優(yōu)化操作的等式，并提出使用半導(dǎo)體整流器的優(yōu)化的功率電路設(shè)計。文獻WO-A-03/069110提供相對于該過程電參數(shù)(電壓、功率、脈沖周期)的量級順序。然而，這三個專利遭受主要的弱點，即，提供給電極的電功率。的確，這些系統(tǒng)的脈沖發(fā)生器位于地面上。因此傳輸方式(借助于電纜或其他系統(tǒng))有必要將地面連接到底部鉆孔，這導(dǎo)致復(fù)雜性和安全性的問題。

某些文獻注意點著力于該技術(shù)與其他工藝過程的組合。因此，文獻US7416032涉及到一種鉆探系統(tǒng)，該系統(tǒng)用具有電氣和機械效果相組合的放電來進行鉆探。文獻US7527108涉及到一種便攜式系統(tǒng)，該系統(tǒng)在線性度量的鉆孔開礦的背景下用放電來進行鉆探。文獻US7784563涉及到一種用放電進行鉆探的系統(tǒng)，其包括保持巖石和電極之間連續(xù)接觸的機構(gòu)。文獻EP2554780提出一種用放電進行鉆探的系統(tǒng)與用來冷卻和脈動鉆孔流體的工藝過程的組合。文獻EP2554778提出一種用放電進行鉆探的系統(tǒng)、用于方向性鉆探的傳感器系統(tǒng)以及LWD(邊記錄邊鉆探)系統(tǒng)的組合。

所有這些文獻呈現(xiàn)同樣的弱點：盡管在鉆孔底部處存在有脈沖發(fā)生器，但向其供電所需的電力仍由電纜從地面提供。然而，電纜的存在是與操作使用這些系統(tǒng)發(fā)生沖突的主要障礙。的確，在使用傳統(tǒng)鉆柱的情形中，電纜的存在阻礙了鉆柱的旋轉(zhuǎn)。如此的障礙與專業(yè)的基本規(guī)律相矛盾：在任何時刻要能夠轉(zhuǎn)動桿的外殼。

然而，某些文獻建議采用向下鉆進的電力發(fā)生器來向借助于放電進行鉆探的系統(tǒng)供電的可能性，例如，諸如文獻US2009/00500371、US8109345和US7784563。然而，這些文獻沒有對如此構(gòu)造中的系統(tǒng)的操作提供細(xì)節(jié)，第一個文獻只是關(guān)于非轉(zhuǎn)動的系統(tǒng)。然而，向下鉆進的發(fā)電機的主要優(yōu)點之一是能夠從地面上轉(zhuǎn)動鉆柱。此外，為了使用向下鉆進發(fā)電機，這些文獻沒有解決以下三個關(guān)鍵問題：從地面對系統(tǒng)操作的控制；當(dāng)提升出鉆柱時，針對高電壓的風(fēng)險，人員的安全性；以及與使用MWD(邊測量邊鉆探)系統(tǒng)的兼容，所述系統(tǒng)幾乎在這些天中運轉(zhuǎn)，尤其是用于油井鉆探。

發(fā)明內(nèi)容