[发明专利]旋转导向工具用转盘阀

说明书

一种用于定向钻探的旋转导向工具包括壳体、至少一个外部定向器以及至少一个阀。外部定向器可相对于壳体液压地运动至伸出状态，并且阀选择性地将加压流体从阀的第一侧引导至阀的第二侧的外部定向器。阀的第一密封件可绕轴线选择性地定向并具有入口，该入口与来自第一侧的加压流体连通。与第一密封件相邻地设置的阀的第二密封件具有出口，该出口至少在与入口对准时将加压流体传输至第二侧。阀的支承组件在密封件之间设置在轴线处，并且具有凸形支承表面和凹形支承表面，所述各支承表面相对于轴线成角度并且彼此配合。

技术领域

本公开的主题涉及用于控制井下组件的设备和方法。该主题有望在控制井下组件的导向机构来沿选定方向对钻头进行导向的方面找到其最大的效用，并且以下描述中的大部分将涉及导向应用。然而，将理解的是，所公开的主题可以用于控制井下组件的其他部分。

背景技术

当进行对石油和天然气的钻探时，期望即使在钻探操作可能在地表以下几公里进行的情况下也保持对钻探操作的最大控制。导向钻头可用于定向钻探，并且通常在钻出要求在钻探操作期间精确控制钻头路径的复杂井眼轨迹时使用。

定向钻探是复杂的，因为导向钻头必须在恶劣的井眼条件下操作。例如，导向机构必须在钻探操作期间通常会遇到的超常的热、压力和振动条件下可靠地操作。另外，导向机构通常设置在钻头附近，并且所期望的对导向机构的实时定向控制是从地面远程控制的。无论导向机构在井眼内的深度如何，导向机构都必须保持期望的路径和方向，并且还必须保持切实可行的钻进速度。

工业中使用了许多类型的导向机构。一种普通类型的导向机构具有设置在壳体中的马达，该马达的纵向轴线从井眼的轴线偏移或移位。马达可以具有多种类型，包括电动型和液压型。利用循环的钻井流体操作的液压马达通常被称为“泥浆”马达。

通常称为弯曲壳体或“弯接头”的横向偏移的马达壳体提供了可用于改变井眼轨迹的横向移位。通过使钻头与马达一起旋转并且同时使马达壳体与钻柱一起旋转，壳体偏移的取向连续变化，并且正在推进的井眼的路径保持基本平行于钻柱的轴线。通过仅使钻头与马达一起旋转而不旋转钻柱，井眼的路径沿弯曲壳体的偏移方向偏离非旋转的钻柱的轴线。

另一种导向机构是允许钻头沿任何选定方向运动的旋转导向工具。以这种方式，井眼的曲率的方向(和度数)可以在钻探操作期间被确定，并且可以基于在特定井眼深度处测得的钻探条件来选择。

使旋转导向工具偏转的常见方式是使用活塞来激励垫块。垫块推压地层以便产生钻头侧向力以使井筒偏斜。为了移动活塞，旋转导向工具通常使用液压控制将加压的钻井流体从工具供应至活塞。将理解的是，由于恶劣的操作环境和平均可达300-rpm或更高的工具的旋转，精确且可靠地操作液压控制器可能是复杂的。

尽管各种导向机构是有效的，但是操作员一直在寻找更快、更强力、可靠且成本有效的定向钻探机构和技术。本公开的主题针对这样的努力。

发明内容

根据本公开，阀将加压流体从阀的第一侧引导至阀的第二侧。该阀包括第一密封件、第二密封件和支承组件。该阀例如可以是具有用于密封件的选择性盘和非选择性盘的转盘阀。

第一密封件能够绕轴线选择性地定向并且具有至少一个入口，所述至少一个入口与来自阀的第一(入口)侧的加压流体连通。第二密封件与第一密封件相邻地设置并且具有至少一个出口，所述至少一个出口至少在与所述至少一个入口对准时将加压流体传输至阀的第二(出口)侧。支承组件在第一密封件与第二密封件之间设置在轴线处。该支承组件具有凸形支承表面和凹形支承表面，该凸形支承表面和该凹形支承表面彼此配合并且具有相对于轴线成角度的交界面。该阀可以包括旋转致动器，该旋转致动器可操作成将第一密封件相对于第二密封件围绕轴线选择性地定向。

在一个示例中，凸形支承表面可以包括围绕轴线设置的锥形表面，而凹形支承表面可以包括围绕轴线设置并抵靠锥形表面与锥形表面接合的锥形座。在另一个示例中，凸形支承表面可以包括围绕轴线设置的球形表面，而凹形支承表面可以包括围绕轴线设置并抵靠球形表面与球形表面接合的球形座。