[发明专利]井下钻井马达和使用方法

说明书

发明背景

本公开大体上涉及钻井领域，并且更具体地涉及井下钻井马达。

在螺杆钻井马达中，马达的每分钟转数(rpm)直接与通过马达的流体流量相关。每种马达尺寸设计成适应一系列的流体流量。在一些井下钻井环境中，需要将流体流量和/或钻头150的旋转速度改变至超出钻柱中的钻井马达的设计范围。马达的换出可能需要伴随钻柱从井筒的移出。就钻井时间而言，这样的更换是成本高昂的。

附图简述

图1示出了钻井系统的示意图；

图2示出了井下马达的一个实施方案的图；

图3A示出了通过井下马达的功率部段的流体流的一个实例；

图3B示出了通过井下马达的功率部段的流体流的另一个实例；以及

图4示出了井下马达的离合器部段的实例。

详细描述

图1示出了根据本公开的一个实施方案的具有井下组件的钻井系统110的示意图。如图所示，系统110包括架设在钻台112上的常规井架111，钻台112支撑转盘114，转盘114由原动机(未示出)以所需旋转速度旋转。包括钻杆段122的钻柱120从转盘114向下延伸到定向钻孔126中。钻孔126可以在三维路径中行进。钻头150附接到钻柱120的井下端，并且在钻头150旋转时使地质建造123崩解。钻柱120通过皮带轮系统(未示出)经由方钻杆接头121、泥浆喷嘴128和管线129联接到绞车130。在钻井操作期间，操作绞车130以控制钻头150上的压力和钻柱120穿透到钻孔126中的速率。绞车130的操作是本领域熟知的，因此不在本文中详细描述。

在钻井操作期间，来自泥浆池132的合适的钻井流体(在本领域也称为“泥浆”)131由泥浆泵134在压力下循环通过钻柱120。钻井流体131经由流体管线138和方钻杆接头121从泥浆泵134传输到钻柱120中。钻井流体131在钻孔底部151处通过钻头150中的开口排放。钻井流体131通过钻柱120和钻孔126之间的环形空间127朝井口向上循环并且经由回流管线135排放到泥浆池132中。优选地，多种传感器(未示出)根据本领域已知的方法被合适地部署在地面上，以提供关于各种与钻井有关的参数的信息，所述参数为例如流体流量、钻头压力、大钩负荷等。

在本公开的一个示例性实施方案中，井底钻具组件(BHA)159可包括随钻测量(MWD)系统158，该系统包括各种传感器以提供关于地层123的信息和井下钻井参数。BHA159可联接在钻头150和钻杆122之间。

BHA159中的MWD传感器可包括但不限于用于测量钻头附近的地层电阻率的传感器、用于测量地层伽马射线强度的伽马射线仪器、用于确定钻柱的倾角和方位角的姿态传感器以及用于测量钻井流体井下压力的压力传感器。上述传感器可以将数据发送到井下遥测发射机133，井下遥测发射机133又将数据朝井口向上发送到地面控制单元140。在一个实施方案中，泥浆脉冲遥测技术可用来在钻井操作期间通信来自井下传感器和装置的数据。置于泥浆供应管线138中的换能器143响应于由井下发射机133发送的数据而检测泥浆脉冲。换能器143响应于泥浆压力变化而生成电信号，并且将此类信号发送至地面控制单元140。地面控制单元140可以经由置于流体管线138中的传感器143来接收来自井下传感器和装置的信号，并且根据存储在与地面控制单元140数据通信的存储器或其它数据存储单元中的编程指令处理此类信号。地面控制单元140可以在显示器/监视器142上显示所需的钻井参数和其它信息，所述参数和信息可由操作者用来控制钻井操作。地面控制单元140可以包含计算机、用于存储数据的存储器、数据记录器和其它外围设备。地面控制单元140也可在其中存储钻井、测井记录解释和偏向性模型并可根据编程的指令处理数据，并且响应于通过诸如键盘(未示出)的合适的输入装置输入的用户命令。

在其它实施方案中，诸如电磁技术和/或声学技术的其它遥测技术或本领域已知的任何其它合适的技术都可以用于本发明的目的。在一个实施方案中，硬连线的钻杆可用来在地面和井下装置之间通信。在一个实例中，可以使用所描述的技术的组合。在一个实施方案中，地面发射机接收机180使用所描述的传输技术中的任一种(例如，泥浆脉冲遥测技术)与井下工具通信。这可以实现地面控制单元140和下文所述的井下工具之间的双向通信。