[发明专利]钻柱工具的液压控制

说明书

钻柱工具具有控制机构，所述控制机构用于响应于包括钻井流体压差的变化的预定义触发序列的操作者执行而使所述工具在非激活状态与激活状态之间切换。所述触发序列包括以下各项的多个周期：(a)使所述预定义触发序列升高到但不超过预定义压力范围；以及(b)使所述预定义触发序列降低到低于所述压力范围的下限阈值。使所述压差升高到超过上限压力范围阈值会引起所述预定义触发序列的自动中断和重设。

技术领域

本申请大体涉及钻井操作中的钻柱工具，并且涉及操作钻柱工具的方法。某些实施方案更具体来说涉及用于控制钻柱工具操作的流体启动(activate)控制系统、设备、机构和方法。本公开还涉及通过由钻柱传送的钻井流体的压力序列所进行的井下扩孔器展开控制。

背景技术

通常在地面钻出钻孔以从地下地层中回收烃类诸如油气。一般利用钻柱端部的钻头钻出这样的钻孔。可以通过连续地加入任何数量的管状构件(有时也称为钻杆段)来就地形成钻柱。钻柱的下端通常包括井底组合件，该井底组合件具有任何数量的钻柱工具，其中钻头附接至底端。使钻头诸如通过旋转钻柱或通过使用泥浆马达独立地旋转钻头而旋转，以使岩石地层材料剪切或碎裂，从而钻出井筒。

钻柱中所包含的某些工具和装置要求在钻井操作期间远程启动和禁用。这样的工具和装置的示例包括扩孔器、稳定器和用于引导钻头的施力构件。然而，恶劣的井下环境通常会给为了实现所需水平的性能和可靠性的机电控制系统设计者带来挑战。

各种方法已被设计用于使用受控流体压力来远程操作工具。钻柱中受控流体压力的使用通常允许有限数量的启动/禁用周期，此后将重设控制系统。某些扩孔器启动设备例如使用落球(ball-drop)机构，该落球机构允许单个启动周期，此后需要重设控制系统。在许多常规系统中，可以将沿着钻柱向下并且向上回到钻孔环形空间循环的钻井流体(即，“泥浆”)用作控制流体。在这样的系统中，钻井泥浆可以利用对应的钻井流体压力水平执行多个单独功能。除了对钻井泥浆加压以使其循环通过钻柱和环形空间之外，还可以例如改变钻井泥浆的压力和流量以控制泥浆马达的速度和/或转矩。由于钻井操作期间钻井泥浆压力变化的该多个不同的原因，使用钻井泥浆控制工具或装置致动机构可以导致无意中的工具启动，这种工具启动是由于将不相关的泥浆压力波动误判为致动机构控制信号而引起的。

附图说明

在附图各图中以示例而非限制的方式示出了某些实施方案，附图中：

图1描绘了根据示例实施方案的包括提供控制安排的钻井设备的钻井设施的示意图，该控制安排用于通过预定义钻井流体压力序列来进行对工具启动的液压控制。

图2描绘了根据示例实施方案的用于扩孔器启动的钻井流体启动控制的钻井设备的三维视图。

图3A至3C描绘了根据示例实施方案的形成钻柱一部分的钻柱工具控制设备的一部分的局部纵向截面图，该设备包括分别在图3A至3C的各个展开阶段示出的分级活塞机构。

图4A至4C描绘了根据示例实施方案的形成钻柱一部分的钻柱工具控制设备的纵向截面的另一部分的纵向截面图，该示例设备包括图4中示意性示出的凸轮机构和启动机构。

图5描绘了根据示例实施方案的沿图4A中的线5-5获得的形成钻柱一部分的钻柱工具控制设备的横向截面图。

图6描绘了根据示例实施方案的形成设备一部分的内管的径向外表面的示意性展开或铺开视图并且提供了凸轮凹座，可将托架构件上的凸轮构件接纳于该凸轮凹座中以将托架构件的纵向移位转化成托架构件的旋转移动。

具体实施方式