[发明专利]用于提供对钻井装备的方向控制的设备

说明书

公开了用于提供对钻井装备的方向控制的设备。在一个实施例中，该设备包括：液压泵，该液压泵具有输入轴，用于从钻杆接收输入扭矩并且在使用时连接至钻井头。另外，该设备包括控制装置，该控制装置用于改变流经所述泵的流体的流速。该控制装置包括闭环充油系统，该闭环充油系统包括所述液压泵和主阀。来自所述泵的油在返回到泵输入端之前穿过所述主阀。另外，该控制装置包括孔口控制系统，该孔口控制系统能够操作成响应于来自控制处理器的输入信号来控制所述主阀的位置。

相关申请

本申请是2016年1月13日提交的、发明名称为“Apparatus For ProvidingDirectional Control of Bore Drilling Equipment的PCT申请PCT/GB2016/050074的中国国家阶段申请。

关于联邦赞助研究或开发的声明

不适用。

技术领域

本发明涉及一种用于提供对钻井装备的方向控制的设备以及提供对钻井装备的方向控制的方法。

背景技术

在钻出井眼的过程中，已知的是提供钻杆或“钻柱”，该钻杆或“钻柱”在上游端处联接到地面钻机。在下游端处，该钻杆连接至钻井头或井底钻具组件(通常称为BHA)。在早期钻井装置中，钻机的旋转驱动器经由钻杆直接刚性地连接到钻头，并且，对井眼方向的控制非常有限。已经尝试通过机械楔形件(造斜器)来控制方向，并且这些装置通常通过钻杆机械操作来定位。

方向控制的进一步发展使用了井下泥浆驱动马达，该井下泥浆驱动马达具有弯曲外壳，该弯曲外壳连接到钻杆的井下端。在这种装置中，这些马达的滚动定向(rollorientation)由钻杆控制。所述泥浆马达具有反作用扭矩，该反作用扭矩经由钻杆返回到地面钻机。通过这种构造，通过操纵地面钻机处的固定钻杆扭转位置来控制井眼偏移。这种钻井装置使用固定钻杆。由于非旋转钻杆和井眼之间的纵向摩擦的影响，这种类型的系统在大位移钻井中受限。

进一步的发展是提供一种在井眼中原位地改变钻井头的定向的机构。钻井头(或BHA)被相对于钻杆的井下端可旋转地连接，并且在申请人的早期专利GB 1268938中公开了这种装置的示例。

旋转可转向钻井系统是已知的，例如在WO2011/160027、EP1024245和EP2559841中。在这些旋转可转向钻井系统中，钻杆输入端直接连接到钻井马达或钻头。通过用通常被称为偏置单元的组件围绕钻杆输入轴来实现钻井系统转向。所述偏置单元通常是液压驱动组件，并且使用液压泵为它们提供动力。该液压泵可由泥浆涡轮机、电动马达或一些其它合适的已知机械驱动器提供动力。

申请人先前已经提出了一种用于控制BHA的定向的装置，其中，提供了一种用于驱动钻头的马达。钻井反作用扭矩通过控制装置而反作用于钻杆。一种装置包括用于锁定钻井头以防止相对于钻杆旋转的离合器，后者在使用中保持不旋转。另一种装置包括扭矩转换器，例如具有可变负载的泵，该扭矩转换器联接到钻杆而由钻杆驱动，该钻杆在使用中被从地面连续地旋转。

GB0602623.1和GB0712874.7中描述了一种由申请人开发的在钻井时提供方向控制的替代方法。这些装置包括安装在钻杆和钻井头之间的滑动离合器机构，使得：通过改变该离合器的接合，能够将来自钻杆的扭矩可控地施加到钻井头。这些装置不使用上述的基本泵机构。

大位移钻井的当前进展使用了在旋转的钻杆上运行的BHA装置，并且可以通过改变钻杆旋转速度来传输控制信息。

这些系统的一个问题是被称为粘滑(stick-slip)的扭转振荡运动。这种运动导致旋转可转向系统的控制困难，并且可能涉及过度的应力，甚至是机械故障。

典型地，在钻出井眼期间，连续的测量值被从井下端发送到地面处的控制站。钻井过程涉及直进钻井(直通钻井)和路径修正钻井之间的交替。