[发明专利]控制井下行为的系统和方法

说明书

在井下环境中使用的钻头具有相对于钻头可移动的活动元件。在井下环境中旋转钻头，并测量至少一个井下参数。将所述至少一个井下参数与目标参数值进行比较，并且当所述至少一个井下参数超出所述目标参数值的阈值时，所述活动元件选择性地相对于所述钻头。与钻头的其他切割结构相比，活动元件的移动改变了活动元件上重量的比例。改变重量比例可用于减少切割结构的切割深度，并减少或消除马达失速或粘滑行为。

相关申请的交叉引用

本申请要求2019年8月29日提交的美国专利申请No.62/724,436的优先权和权益，其全部内容通过引用明确地结合于此。

背景技术

在地下钻井中，使用钻头将井眼钻入地下地层中。钻头附接到回到地面的管道的部分。管道的附接部分连接到其他井下工具，统称为钻柱。钻柱的位于井眼底部附近的部分称为井底组件(BHA)。BHA通常包括钻头、传感器、电池、遥测装置以及位于钻头附近的其他装置。通过形成钻柱的管道从地面向钻头提供有时称为钻井泥浆的钻井液。钻井液的主要功能是冷却钻头，并使钻屑从井孔底部移出，并向上穿过钻柱与井孔壁之间的环空。通常，将传感器放置在BHA或钻头上以测量井下钻井参数或其他参数。传感器测量与井下环境中的钻头行为有关的井下参数。

发明内容

在一些实施例中，用于钻井眼的系统包括井底组件，该井底组件包括具有主体的切割工具。活动元件连接到主体并且相对于主体至少部分地在切割工具的纵向方向上是可移动的。致动器联接到活动元件并被配置为移动活动元件。至少一个传感器被配置为测量至少一个井下参数，并且处理器与至少一个传感器和致动器通信，以基于至少一个井下参数与目标参数之间的差值来移动活动元件。

在一些实施例中，一种用于钻井眼的系统包括具有纵向轴线的钻头，该钻头围绕该纵向轴线是可旋转的。活动元件位于钻头内或钻头上，并沿纵向轴线相对于钻头。该系统还包括致动器，其将力施加到活动元件上以使活动元件移动；以及至少一个传感器，其测量至少一个井下参数。该系统的处理器与至少一个传感器和致动器通信，以便在至少一个井下参数超过致动阈值时将活动元件移向伸出状态，并在当至少一个井下参数在停用阈值内时将活动元件移向缩回状态。

在一些实施例中，一种在井下环境中控制钻头的方法包括将钻头下钻到井下环境中，在该井下环境中，钻头具有相对于钻头的纵向轴线可移动的活动元件。该方法还包括在井下环境中向钻头施加扭矩，测量至少一个井下参数以及将至少一个井下参数与目标参数值进行比较。当至少一个井下参数超过目标参数值的阈值时，活动元件相对于钻头移动。移动活动元件可以向被钻头切割的地层或其他工件施加力。

提供本概述以介绍在详细描述中进一步描述的一些构思。该概述不旨在标识所要求保护的主题的关键或必要特征，也不旨在用于帮助限制所要求保护的主题的范围。本公开的实施例的附加特征和方面将在本文中阐述，并且部分地从描述中将是显而易见的，或者可以通过实践这些实施例而获知。

附图说明

为了描述可以获得本公开的以上引用的特征和其他特征的方式，将参照在附图中示出的其特定实施例来进行更具体的描述。为了更好地理解，在各个附图中，相同的元件已经用相同的附图标记表示。尽管一些附图可以是概念的示意性表示或放大表示，但是至少一些附图可以按比例绘制。理解附图描绘了一些示例实施例，将通过使用附图以附加的特征和细节来描述和解释实施例，其中：

图1是根据本公开的至少一个实施例的钻井系统的示意性侧视图；

图2是根据本公开的至少一个实施例的井下马达的截面图；

图3是根据本公开的至少一个实施例的钻头的截面图；

图4是根据本公开的至少一个实施例的另一钻头的截面图；

图5-1是根据本公开的至少一个实施例的具有第一切割深度的切割元件的侧视图；

图5-2是根据本公开的至少一个实施例的示出第二切割深度的图5-1的切割元件的侧视图；