[发明专利]用于定向钻井的方法和系统

权利要求书

1.一种用于在地层中定向钻井眼的系统，该系统包括：

-一种可顺时针旋转的钻柱(16)，其具有用于让钻井液通过的中央流体通道(202)；

-一种可旋转钻头(10)，其连接到所述钻柱(16)的端部上，该钻头包括用于从所述钻柱接收钻井液的中间空间(32)和用于喷射钻井液的至少两个喷嘴，所述至少两个喷嘴中的每个喷嘴与所述中间空间(32)保持流体连通；

-一种第一转子部分(210)，其被设置在所述钻柱(16)的所述中央流体通道(202)内，所述第一转子部分(210)包括第一转子(214)，所述第一转子被设置有一些第一叶片(216)，这些第一叶片相对于所述钻柱(16)的轴线(18)以第一角度设置，以在所述钻井液(49)通过时就将第一力矩提供给所述第一转子(214)，使得所述第一转子(214)沿所述钻柱的轴线(18)旋转，该第一转子(214)可被所述钻井液直接驱动并可相对于所述钻柱在第一方向上以第一旋转速度(ω_2/1)旋转，所述第一方向是逆时针的；

-一种引流器(45)，其连接到所述第一转子部分(210)的井下端上，用于相对于所述钻柱的轴线(18)使钻井液转向到预定方向上；

-一种第二转子部分(212)，其可被钻井液直接驱动并可相对于所述第一转子部分(210)在与所述第一方向相反的第二方向上以第二旋转速度(ω_3/2)旋转，所述第二转子部分(212)包括第二转子(230)，所述第二转子被设置有一些第二叶片(232)，这些第二叶片相对于所述钻柱(16)的轴线(18)以第二角度设置，以在所述钻井液(49)通过时就将第二力矩提供给所述第二转子(230)，使得所述第二转子(230)沿所述钻柱的轴线在第二方向上旋转，所述第二转子部分(212)被设置有至少一个永久磁铁(221)；

-所述第一转子部分(210)的所述第一转子(214)连接到纵向轴(218)上；

-所述第二转子(230)被可旋转地设置成包围所述纵向轴(218)；并且

-所述纵向轴(218)被设置有至少一个通电线圈(222)，所述至少一个通电线圈被设置成与所述第二转子部分(212)的所述至少一个永久磁铁(221)磁耦合；以及

-一种控制单元(52)，其用于控制所述第二转子部分(212)相对于所述第一转子部分(210)的第二旋转速度(ω_3/2)，从而控制所述第一转子部分(210)相对于所述钻柱的所述第一旋转速度(ω_2/1)。

2.根据权利要求1所述的系统，所述第二角度超过所述第一角度

3.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述第一叶片(216)延伸入所述钻柱的所述中央流体通道(202)中；和

其中，所述第二叶片(232)延伸入所述钻柱的所述中央流体通道(202)中。

4.根据权利要求1所述的系统，

所述控制单元被连接到所述至少一个通电线圈(222)上，用于控制所述至少一个通电线圈的电力负载。

5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述控制单元(52)适于增加所述至少一个通电线圈(222)的电力负载以降低所述第二旋转速度(ω_3/2)。

6.根据权利要求1所述的系统，至少包括第一轴承(204)和第二轴承(206)，它们被设置在所述钻柱(16)的所述中央流体通道(202)内，用于使所述第一转子部分(210)的旋转与所述钻柱的旋转分离。

7.根据权利要求1所述的系统，所述控制单元(52)包括至少一个方位传感器，其用于检测所述控制单元在井眼(3)中的方位。

8.根据权利要求7所述的系统，所述控制单元(52)适于根据被检测的方位提供控制信号，用于控制所述第二转子部分(212)的所述第二旋转速度(ω_3/2)。

9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制单元(52)被组合在所述第一转子部分(210)中。