[发明专利]用于定向钻井的方法和系统以及联接短接

说明书

技术领域

本发明涉及用于定向钻井的方法和系统，以及涉及适于这种系统的联接短接。钻井系统可以是磨料射流钻井系统。可以应用这种方法和系统以钻出用于生产烃的井眼。

背景技术

磨料射流钻井系统可以包括可旋转的钻柱和连接到钻柱的井下端部的钻头。所述钻头可以包括至少一个射流喷嘴，用于产生一股或者多股由钻井流体和磨料颗粒构成的混合物的射流。钻柱设置有流体通道，用于将钻井流体从地面处的井口端传送到钻头。

例如在WO 2005/005767中讨论了这种钻井系统。WO-2005/005767的射流钻井系统可被引入到井眼中，以便使用从喷嘴排放的一股或多股磨料射流侵蚀井眼的底部。磨料颗粒可以在钻井系统中循环，并且可以混合在钻井流体中被引入在钻柱中。可替代地，可以使用井下再循环装置使磨料颗粒再循环。在此，较少的颗粒必须来回行进到地面，从而削减成本并且提高效率。

磨料射流钻井系统既能够产生直线井眼又能够产生曲线井眼。然而，传统的导向技术通常不适于射流钻井系统。例如，对于磨料射流，磨料射流钻井要求较高的钻井流体压力。另外，磨料射流钻井可以排除对如在传统钻井系统中那样对钻头施加钻压(WOB)或者转矩的要求。

不需要钻压允许钻柱或者钻井组件的柔性应用，从而使得能够钻出具有相对小半径的曲线段。然而，当钻井眼的直线段时，钻柱和钻井组件优选地相对刚性。刚性的钻井组件更加适于保持直线钻井方向，这是因为刚性的钻井组件具有很小或者没有偏离直线的运动自由度。相比而言，柔性的钻井组件则更适于沿着任何期望方向钻井，并且因此对于井眼的曲线段而言是优选的。

发明内容

本发明旨在提供一种改进的磨料射流钻井系统，其适于钻出直线段且适于定向钻井。

因此，本发明提供了一种联接短接，所述联接短接用于在定向钻井系统中将第一钻柱段连接到第二钻柱段，所述联接短接包括：

-第一端部，所述第一端部能够连接到第一钻柱段；

-第二端部，所述第二端部能够连接到第二钻柱段；

-铰接构件，所述铰接构件位于第一端部和第二端部之间，从而允许第二端部相对于第一端部枢转；和

-锁定装置，所述锁定装置能够在铰接模式和锁定模式之间操作，所述锁定模式用于锁定铰接构件，以防止第二端部相对于第一端部枢转。

联接短接适于被包括在一钻柱中，所述钻柱包括至少两个邻接的钻柱段。联接短接使得所述钻柱段彼此连接，并且允许钻柱段根据旋转轴线相对于彼此旋转，所述旋转轴线相对于钻柱的纵向方向横向定向。锁定装置具有：锁定模式，所述锁定模式用于将钻柱段锁定在对准位置中；和自由模式，所述自由模式用于允许钻头部分相对于彼此旋转。在此，铰接构件在铰接模式和锁定模式中均将转矩从第一钻柱段传递到第二钻柱段。在锁定模式中，钻柱段轴向对准。在铰接模式中，铰接构件允许第二钻柱段的轴线相对于第一钻柱段的轴线成一角度。联接短接例如用作万向接头，所述万向接头能够锁定在对准布置中。在一个实施例中，第一钻柱段和第二钻柱段之间的所述角度可以处于大约2-20度的范围内，例如大约5-10度的范围内。

根据本发明的联接短接可以一体结合在钻柱中或者一体结合在钻井组件中，从而允许钻柱或者钻井组件在两种模式之间转换。当钻直线井眼段时，钻柱段被锁定成相对于彼此成对准关系。当钻井眼的曲线段时，不锁定钻柱段，从而允许铰接构件枢转。这增加了钻柱的灵活性，从而允许钻柱遵循曲线轨迹。在铰接模式中，钻柱能够沿着井壁的方向或者抵靠井壁弯曲。在此，钻头的轴线和井眼的轴线之间的角度将改变。所述角度与第一钻柱段和第二钻柱段之间的角度基本成比例地变化。结果，井眼的底部将被不均匀地侵蚀，从而产生了相对于井眼轴线的角度。钻井系统使得钻头能够遵循这个角度并且改变钻井方向。

在实施例中，本发明的联短接包括在钻柱中。

能够以不同方式获得钻柱的灵活性。根据第一可行方案，联接装置包括弹簧装置，诸如具有相反卷绕方向的同轴螺旋弹簧。根据另一个可行方案，联接装置包括万向接头。

在所有这些实施例中，钻柱部分均具有贯穿通道部分，所述贯穿通道部分通过延伸贯穿联接装置的软管道导彼此连接。通过所述软管道，流体流连同包含在其中的磨料颗粒能够被可靠地传递通过钻柱的柔性部分。