[发明专利]导向钻井系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于形成钻孔的钻井系统，例如用于油或天然气的后 续抽提。本发明尤其涉及一种能够被导向、以便能够在形成钻孔的过程中 控制随后的路线。

背景技术

许多导向钻井系统是已知的。一种这样的系统包括连接到钻头的偏置 单元。该偏置单元包括多个可动衬垫，在使用时每一个衬垫都可在缩回位 置与伸展位置之间移动。每一个衬垫，当处于其伸展位置时，抵靠在钻孔 壁上，施加侧向作用力到偏置单元的一部分上和由其携带的钻头上。

衬垫通常布置成通过相关联的活塞移动，处在压力下的流体，通常为 钻井液或泥浆，穿过控制阀装置供应到活塞。

使用时，偏置单元和钻头例如通过井底动力钻具或通过相关钻杆柱的 旋转而旋转。为了在选定方向上将侧向作用力施加到钻头上，从而改变钻 进方向，衬垫从它们的缩回位置移动到它们的伸展位置继而与偏置单元的 旋转同步，且这通过控制阀的适当控制而实现。

另一些系统通过使钻头指向想要的钻进方向、而不是推动钻头以形成 在想要的方向上取向的弯曲来操作。这些系统都是采用了位于钻头后面的 设备，这些设备一般相对比较复杂和昂贵。

还有的系统利用施加到钻头上的钻压来实现转向程度。在这种布置 中，稳定器位于靠近钻头。所施加的钻压的变化导致钻头关于稳定器倾斜， 造成其倾斜度的变化。尽管该技术能够用来控制钻头倾斜度，由此控制井 底钻具组合的构造或下降趋势，但不能实现对于方位角的控制。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种导向钻井系统，包括：具有钻头 体的钻头和控制装置，该钻头体具有至少一个可动构件，在使用时，所述 控制装置能够调整被可动构件占据的位置，以控制钻头的钻进方向，

其中，所述可动构件包括钻头的可动规径衬垫，所述可动规径衬垫可 在径向缩回与径向伸展位置之间移动。

进一步地，控制装置布置成以与钻头相对于地层的旋转成定相关系调 整可动构件的位置。

进一步地，所述系统还包括至少一个传感器，所述传感器感测钻进方 向，控制装置比较所感测的钻进方向和想要的钻进方向，并利用比较结果 调整可动构件的位置的调整相位。

进一步地，可动构件的位置的调整改变施加到钻头体上的侧向作用载 荷的大小。

进一步地，可动构件的位置的调整导致钻头的不平衡力的改变。

进一步地，可动构件的位置的调整导致至少一个规径切刀的位向改 变。

进一步地，可动构件的位置的调整导致钻头的切削深度的改变。

进一步地，可动构件的位置的调整改变孔的前进方向的对称性。

进一步地，可动构件包括减震器，所述减震器可操作来使得横跨钻头 表面的切削深度不均匀。

进一步地，可动构件包括切刀，所述切刀可移动以使得横跨钻头表面 的切削深度不均匀。

进一步地，可动构件包括切刀，所述切刀可移动以使得横跨钻头表面 的切削深度不均匀。

进一步地，处在压力下的流体用来驱动可动构件。

进一步地，处在压力下的流体向钻头的供应通过回转阀来控制。

进一步地，处在压力下的流体的供应利用双稳阀或螺线管来控制。

进一步地，流体包括油、泥浆、磁流变流体、气体。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于在地层中在想要的方向上钻 孔的导向钻井系统，该系统包括：具有钻头体的钻头，该钻头体包括至少 一个可动构件，所述可动构件布置成在使用时直接或间接地与地层相互作 用；测量系统，该测量系统可操作来确定孔前进的实际方向；以及控制系 统，该控制系统可操作来调整可动构件的循环移动的相位、以使得孔前进 的实际方向与想要的方向一致，

其中所述可动构件包括钻头的可动规径衬垫，所述可动规径衬垫可在 径向缩回与径向伸展位置之间移动。

根据本发明的还一方面，提供了一种在地层中在想要的方向上钻孔的 方法，该方法使用具有钻头体的钻头，该钻头体包括至少一个可动构件， 所述可动构件布置成直接或间接地与地层相互作用，该方法包括：感测孔 前进的实际方向，并调整可动构件的循环移动的相位，以使得孔前进的实 际方向与想要的方向一致，

其中所述可动构件包括钻头的可动规径衬垫，所述可动规径衬垫可在 径向缩回与径向伸展位置之间移动。