[发明专利]用于在目标物中形成孔的系统和方法

说明书

本发明涉及一种用于在目标物中形成孔的系统，特别是用于在地下岩层中形成孔。特别是，该系统包括喷射装置，用于产生包括流体和一定量磨粒的混合物的磨蚀射流，并用于将具有侵蚀能力的磨蚀射流喷射成在撞击区域与目标物撞击，从而在撞击区域侵蚀目标物。

本发明还涉及一种在目标物中形成孔的方法，特别是用于在地下岩层中形成孔。特别是，该方法包括以下步骤：产生包括流体和一定量磨粒的混合物的磨蚀射流，并将具有侵蚀能力的磨蚀射流喷射成与目标物撞击。

在美国专利5944123中公开了一种钻探方法，包括使钻探工具旋转，且钻井液供给钻探部件，以便通过该钻探部件中的孔从该钻探部件中流出。钻探部件的离轴前进通过当它旋转时调节钻探部件的转速而实现。

由于在更大深度处与井孔壁的摩擦增加，因此当在相对较大深度处钻探井孔(例如钻探用于生产矿物烃的井时通常需要)时，该结构的方向稳定性将降低。

根据本发明，提供了一种用于在目标物中形成孔的系统，该系统包括喷射装置，用于产生包括流体和一定量磨粒的混合物的磨蚀射流，并用于将具有侵蚀能力的磨蚀射流喷射成在撞击区域与目标物撞击，从而在撞击区域侵蚀目标物，该系统还包括：扫描装置，用于使撞击区域沿孔中的选定轨道运动；以及调节装置，用于当撞击区域沿选定轨道运动时调节磨蚀射流的侵蚀能力。

还提供了一种在目标物中形成孔的方法，该方法包括以下步骤：

产生包含流体和一定量磨粒的混合物的磨蚀射流；

将具有侵蚀能力的磨蚀射流喷射成在撞击区域与目标物撞击，从而在撞击区域侵蚀目标物；

使得撞击区域沿孔中的选定轨道运动；以及

当撞击区域运动时调节磨蚀射流的侵蚀能力。

通过在撞击区域运动时调节磨蚀射流的侵蚀能力，在沿选定轨道的各撞击区域中由一个磨蚀射流引起的侵蚀量可以变化。因此可以进行方向控制。

通过在孔一侧的选定撞击区域中侵蚀的岩层比在孔的相对侧的另一选定区域中侵蚀的岩层更多，可以钻探出弯曲孔。通过在轨道的所有区域中均匀侵蚀岩层，可以钻探出直孔。

特别是在更大深度处，用于在地层中形成孔的系统可能受到在钻探结构和包围钻探结构的井孔壁之间的摩擦干扰。该摩擦引起作用在钻探系统上的摩擦力，该力取决于系统在孔中的运动。当方向控制依赖于钻探系统的运动速度调节时，所述摩擦将干扰系统的方向稳定性。

调节磨蚀射流的侵蚀能力的优点是可以调节从目标物中除去材料的速度，同时不必改变在钻探工具和井孔壁之间的直接机械接触。

通过调节由于磨蚀射流中存在的磨粒的动能而产生的能力，能够调节磨蚀射流的侵蚀能力。这可以通过调节磨蚀射流中的磨粒的质量流量来实现(例如通过调节在磨蚀射流中的磨粒量)，或者通过调节磨蚀射流中的磨粒速度来实现(调节磨粒速度例如可以通过调节在喷射装置中的流体加速压力降来实现)，或者两者组合。

优选是，调节装置与调节控制装置连接，该调节控制装置布置成控制调节装置，这样，侵蚀能力根据在选定轨道上的撞击区域位置来调节。这样，调节能够这样进行，即当磨蚀射流撞击需要更多侵蚀的岩层时侵蚀能力增加，反之亦然，当磨蚀射流撞击需要更少侵蚀的岩层时侵蚀能力可以降低。

下面将参考附图通过实例介绍本发明，附图中：

图1示意表示了根据本发明用于在地下岩层中形成孔的系统的剖视图；

图2示意表示了用于图1的系统的优选挖掘工具的一部分的剖视图；

图3示意表示了用于图2的优选挖掘工具中的磁体表面结构的表面图；以及

图4示意表示了用于在地下岩层中形成孔的系统的实例，该系统包括井下动力系统。

在附图中，相同部件有相同参考标号。

图1示意表示了用于在地下岩层2形式的目标物中形成孔1的系统，特别是制造用于生产矿物烃的井。系统包括安装在钻杆柱8底端上的挖掘工具6，该钻杆柱8从地面13插入孔1中。钻杆柱8提供有纵向通道，用于将钻井液输送给挖掘工具6。挖掘工具6包括喷射装置(未示出)，该喷射装置布置成沿与地层在撞击区域中撞击的喷射方向产生磨蚀射流10。磨蚀射流有能够调节的特定侵蚀能力。

系统还包括扫描装置(未示出)，该扫描装置布置成使得磨蚀射流沿岩层运动，从而使得撞击区域沿轨道运动。在图1的系统中，扫描装置布置成旋转装置的形式(由箭头示意表示)，用于使得磨蚀射流在孔中绕旋转轴线旋转，该旋转轴线基本与孔的纵向方向一致。因为撞击区域定位成相对于旋转轴线偏心，因此，磨蚀射流在孔中旋转导致射流和撞击区域沿孔中的基本圆形轨道运动。优选是，偏心撞击区域与旋转中心交叠，这样，井孔的中部也承受磨蚀射流的侵蚀能力。