[发明专利]井下导向钻井系统

说明书

相关申请的交叉引用

本文档是基于2014年8月28日提交的美国临时申请序列号：62/042883以及2015年8月27日提交的美国非临时申请序列号：14/838315，并且要求它们的优先权，所述申请以引用的方式整体并入本文。

背景技术

已经使用受控定向钻井来提高对各种烃储层的接近能力。定向钻井实现了对偏斜钻孔的钻井。已经采用各种技术来为沿所需的偏斜轨迹钻探钻孔提供便利，所述技术包括使用旋转导向钻井系统和弯壳体马达的技术。弯壳体马达配置包括正排量式马达，诸如泥浆马达；以及弯接头或弯壳体，它们用于提供导向能力和方向控制。弯接头或弯壳体与钻柱的其余部分相比较使钻头定向在偏斜方向上。在钻柱旋转时，弯壳体与钻井系统的钻头一起旋转并且实现对大体直线形钻孔的钻井。为了提供偏斜轨迹，使钻柱保持旋转，直到弯壳体被定向在钻工希望钻孔沿着它延伸的方向上为止。之后使钻柱保持旋转地固定，并且通过例如经由钻柱泵运流体以使与钻头联接的泥浆马达旋转来使钻头旋转。这允许在钻井系统偏离直线形钻孔时通过钻头在由弯壳体确立的偏斜方向上继续钻探偏斜钻孔。

发明内容

一般而言，提供用于在钻孔的钻井期间导向的系统和方法论。所述系统和方法论采用可以沿钻柱设置的钻井系统。钻井系统可以用于沿直线形钻孔轴线钻探钻孔的直线部段，并且还选择性地钻探钻孔的偏斜部段。钻井系统包括壳体；钻头杆，所述钻头杆可旋转地安装在壳体中；以及致动器，所述致动器可以被选择性地致动来使钻头杆相对于直线形钻孔轴线移位至另一个位置。致动器可在未偏置模式与偏置模式之间选择性地移位。在未偏置模式下，钻头杆轴线在钻孔的直线部段的钻探过程中相对于直线形钻孔轴线处于第一位置，例如，与直线形钻孔轴线对准的位置。致动器可以选择性地移位至偏置模式，在所述偏置模式下，钻头杆轴线相对于直线形钻孔轴线偏离轴线以实现对钻孔的所需的偏斜部段的钻探。在一些应用中，允许钻柱在钻孔的直线部段的钻探过程中旋转，并且允许所述钻柱在钻孔的偏斜部段的钻探过程中保持旋转地固定。在这些类型应用中，钻井系统可以有效地用作选择性可控制的弯壳体。

然而，在本质上不脱离本公开的教义的情况下，许多修改是可能的。因此，这类修改意在被包括在如由权利要求书所限定的本公开的范围内。

附图说明

在下文将参考附图来描述本公开的某些实施方案，其中相同参考号表示相同元件。然而，应理解，附图展示本文描述的各种实现方式并且并不打算限制本文描述的各种技术的范围，并且：

图1是根据本公开的实施方案的钻井系统的实例的截面图；

图2是根据本公开的实施方案的图1中所示的但处于不同操作位置的钻井系统的截面图；

图3是根据本公开的实施方案的沿钻井系统的纵向轴线取得的钻井系统的实例的截面图；

图4是根据本公开的实施方案的用于控制钻井系统的致动器的液压回路的实例的示意图；

图5是根据本公开的实施方案的用于控制钻井系统的致动器的液压回路的另一个实例的示意图；

图6是根据本公开的实施方案的用于控制钻井系统的致动器的液压回路的另一个实例的示意图；

图7是根据本公开的实施方案的用于控制钻井系统的致动器的液压回路的另一个实例的示意图；

图8是根据本公开的实施方案的用于控制钻井系统的致动器的液压回路的另一个实例的示意图；

图9是根据本公开的实施方案的沿钻井系统的纵向轴线取得的钻井系统的另一个实例的截面图；

图10是根据本公开的实施方案的图9中所示的但处于不同操作位置的钻井系统的截面图；

图11是根据本公开的实施方案的具有单叶片致动器稳定器的钻井系统的实例的示意图；

图12是根据本公开的实施方案的呈可调稳定器叶片形式的致动器处于缩回位置的钻井系统的示意图；

图13是根据本公开的实施方案的具有可调叶片的稳定器处于延伸或偏置位置的钻井系统的示意图；

图14是根据本公开的实施方案的稳定器具有多个可调叶片的钻井系统的示意图；

图15是根据本公开的实施方案的致动器呈泥浆操作式稳定器叶片形式的钻井系统的截面图；

图16是根据本公开的实施方案的凸轮轨道的实例的示意图，所述凸轮轨道可以用于在钻具组合的导向期间控制致动器；

图17是根据本公开的实施方案的凸轮轨道的另一个实例的示意图，所述凸轮轨道可以用于在钻具组合的导向期间控制致动器；