[发明专利]用于旋转式转向系统的策略挠性部段

说明书

一种旋转式转向系统(RSS)，包括联接在其中或联接到其上的挠性套环，所述挠性套环允许控制所述RSS的刚度并且允许实现期望的回转半径，而不牺牲所述RSS的稳定性特性。所述挠性套环可定位在所述RSS的转向部段与控制器之间。可策略性地选择影响所述挠性套环和所述RSS的几何结构、位置和刚度特性的参数，以匹配正在钻探的特定井筒的要求。通过策略性地选择这些参数，可实现与工具长度、弯曲刚度、弯曲应力、扭转刚度、由于扭转引起的剪切应力以及增大的狗腿严重度容限有关的改进。

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年5月31日提交的标题为“Strategic Flexible Section for aRotary Steerable System”的美国临时申请号62/513,365的优先权，所述临时申请的公开内容以引用的方式整体并入本文。

背景技术

本公开总体涉及旋转式转向系统(RSS)，例如，用于在石油和天然气勘探与生产中定向钻探井筒的钻井系统。更特别地，本公开的实施方案涉及旋转式转向系统，所述旋转式转向系统在其中具有挠性套环以用于实现期望的转向半径。

定向钻井操作涉及在钻探井筒时控制井筒的方向。通常定向钻井的目标是利用钻柱达到目标地下目的地，并且常常将需要使钻柱转动通过紧凑的半径以到达目标目的地。总体上，RSS通过以下方式改变方向：以转向垫抵靠井筒壁的一侧推压以由此致使钻头在相对侧上推压(在推靠钻头式系统中)，或使延伸穿过非旋转壳体的主轴弯曲以使钻头相对于工具的其余部段指向特定方向(在指向钻头式系统中)。在推靠钻头式系统中，井筒壁通常与钻头、转向垫和稳定器接触。这种系统的转向能力主要受能够通过钻头、转向垫和稳定器中的每一者拟合的曲线限制。

附图说明

在下文中仅以举例的方式、基于在附图中表示的实例详细描述本公开，在附图中：

图1是利用包括RSS的井底总成钻探的定向井筒的局部剖面侧视图；

图2是包括联接到RSS的井上端部的挠性套环的井底总成的示意图；

图3A是具有挠性套环的RSS的示意图，挠性套环联接在RSS的转向部段与控制部段之间；

图3B是图3A的挠性套环的剖视图；

图4是具有挠性套环的RSS的示意图，其中控制部件设置在挠性套环内；

图5A是具有总体上圆柱形配置的示例性挠性套环的示意图示；

图5B是示出被配置为图5A的挠性套环且由不同材料(钢和钛)构造的两个示例性挠性套环的几何结构和刚度特性的表；

图6是示出利用图5B的两个示例性挠性套环可实现的狗腿严重度的图形视图，所述狗腿严重度是多种倾角下的钻压的函数，所述图形视图示出改进的增斜率能力；

图7是示出利用图5B的两个示例性挠性套环可实现的狗腿严重度的图形视图，所述狗腿严重度是多种倾角下的钻压的函数，所述图形视图示出改进的降斜率能力；并且

图8是示出配置并构造旋转式转向系统的过程的流程图。

具体实施方式

现本公开包括一种RSS，所述RSS具有联接在其中的挠性套环，所述挠性套环允许实现期望的回转半径。挠性套环可定位在包括RSS的井底总成的井上端部处，或者可替代地，挠性套环可定位在RSS的转向部段与控制器之间。可策略性地选择影响挠性套环的几何结构和刚度特性的参数，以匹配正在钻探的特定井筒的要求。另外，可选择用于旋转式转向系统的钻头，使得可连同挠性套环的布局和刚度特性……一起策略性地选择钻头的侧向切割效率，以匹配正在钻探的特定井筒的要求。通过策略性地选择这些参数，可获得与工具长度、弯曲刚度、弯曲应力、扭转刚度、由于扭转引起的剪切应力有关的改进以及增大的狗腿严重度容限。