[发明专利]井眼调节系统

说明书

相关申请的引用

本申请要求以下临时申请的优先权：2011年10月3日提交的美国临时申请No.61/542601，和2011年12月2日提交的美国临时申请No.61/566079，这两个申请的发明名称均为“Wellbore Conditioning System”，这两个美国临时申请都通过引用具体地且整体地并入。

技术领域

本发明涉及井眼调节系统和装置。具体地，本发明涉及用来调节水平井眼的系统和装置。

背景技术

用于钻油井、天然气井、地热井和其它类似用途的钻头典型地包括实心金属或复合基材类型金属本体，该本体具有下切割面区域和上杆部区域，该上杆部区域用来连接到由常规连接的管状构件形成的钻柱的底部钻具组合，它们然后通过旋转工作台或顶部驱动钻机，或通过选择性地结合表面设备的井下马达作为单个单元旋转。替代地，旋转钻头可以连接到包括底部钻具马达组件的底部钻具组合，而该底部钻具组合连接到钻柱，其中底部钻具马达组件旋转该钻头。钻头本体可以具有一个或更多个内部通道以便将钻削流体或泥浆引到钻头的切割面以冷却布置在其上的刀刃并且促进地层碎屑和地层微粒移除。钻头的侧部典型地可以包括多个径向或侧向延伸的刀片，该刀片具有基本上恒定直径的并且基本上平行于钻头的中心纵向轴线的最外表面(通常称为保径垫(gage pad))。保径垫通常接触正被钻削的眼孔的壁以便支撑钻头并且在钻头沿希望的切割路径或轨迹前进时为钻头提供引导。

在水平的油井和天然气井的钻削期间，例如，井眼的轨迹通常是不均匀的且不规则的。由地质导向、定向钻削过度修正和/或地层相互作用引起的井眼的高度曲折使得在这种井中穿过多级可扩展封隔器组装(packer assemble)或壳体及其困难并且有时是不可能的。在钻削长距离水平井时，由钻柱和井眼相互作用产生的摩擦严重限制重量传递到钻头，因此降低钻进速度并且潜在地引起无数其它问题，并且在最差的情况中，不能达到井的总的计划深度。

目前，大多数孔扩大工具具有直的机械接合或液压接合。这些工具已经具有数个可靠性问题，包括：过早接合，不通往它们的希望位置，并且不完全关闭，所有这些可能导致灾难性结果。这种工具包括可扩展的钻头，可扩展的开孔钻头，和可扩展的稳定器。常规的固定同心稳定器和随钻铰孔工具的使用也已经证明在大多数情况中是无效的。

发明内容

本发明克服与目前策略和设计相关的问题和缺点并且提供调节井眼的新的工具和方法。

本发明的实施例涉及一种井眼调节系统。该系统包括至少一个轴和从该至少一个轴延伸的至少两个单侧扩孔器。所述单侧扩孔器布置成彼此离开预定距离并且所述单侧扩孔器布置成彼此离开预定旋转角度。

优选地，每一个单侧扩孔器从所述至少一个轴的外表面沿垂直于所述轴的旋转轴线的方向延伸。在优选实施例中，每一个扩孔器由多个刀片组成，其中沿逆转的方向，每一个刀片具有大于先前刀片的半径。该系统优选地还包括连接到每一个刀片的多个刀刃。每一个刀刃优选地是聚晶金刚石复合(PDC)刀刃。该系统也优选地还包括连接到每一个刀片的至少一个圆顶滑块。优选地，每一个圆顶滑块是PDC圆顶滑块。

优选地，在邻近每一个扩孔器的所述至少一个轴中存在凹部。在优选实施例中，所述至少一个轴和扩孔器由单块材料制成。优选地，存在多个轴并且每一个轴包括一个扩孔器。

本发明的另一实施例涉及一种井眼钻柱。该井眼钻柱包括：钻头；井下泥浆马达；随钻测量(MWD)装置，所述随钻测量装置将所述钻头和所述井下泥浆马达的取向传送到控制器；和井眼调节系统。该井眼调节系统包括至少一个轴和从该轴延伸的至少两个偏心单侧扩孔器。所述单侧扩孔器布置成彼此离开预定距离并且所述单侧扩孔器布置成彼此离开预定旋转角度。所述井眼调节系统可在所述底部钻具组合中或周围的部位布置在所述井眼钻柱内。

优选地，每一个单侧扩孔器从所述至少一个轴的外表面沿垂直于所述至少一个轴的旋转轴线的方向延伸。在优选实施例中，每一个扩孔器由多个刀片组成，其中每一个刀片具有大于沿逆转的方向的先前刀片的半径。该井眼调节系统优选地还包括联接到每一个刀片的多个刀刃。每一个刀刃优选地是聚晶金刚石复合(PDC)刀刃。该井眼调节系统也优选地还包括联接到每一个刀片的至少一个圆顶滑块。优选地，每一个圆顶滑块是PDC圆顶滑块。

优选地，在邻近每一个扩孔器的所述至少一个轴中存在凹部。在优选实施例中，所述至少一个轴和扩孔器由单块材料制成。优选地，存在多个轴并且每一个轴包括一个扩孔器。