[发明专利]用于使钻柱转向的系统

说明书

发明背景

这个发明涉及钻头，特别是用在石油、天然气、地热和水平钻探的钻 头组件。期望在井下钻探应用中具有精确调整钻探方向的能力，以将钻孔 指向特定目标。已经为这个目的设计了许多转向系统。

一个这样的系统在美国专利第5,803,185号里公开，这里通过引用并 入其包含的全部内容。这个专利公开了有底部钻具组件的可转向的旋转钻 探系统，底部钻具组件除了钻头还包括受调整的偏置单元和控制单元，偏 置单元在该单元的外围周围具有许多液压促动器，每个液压促动器具有活 动的推进构件(thrust member)，其可液压地向外移置，以与正在钻的钻 孔的地层接合。每个促动器可通过控制阀连接到压力下的钻液的源，且阀 的操作由控制单元控制，以便随着偏置单元的旋转调整供应给促动器的液 体压力。如果与偏置单元的旋转同步操作控制阀，则推进构件施加横向偏 置到偏置单元，并因此施加到钻头，以控制钻探的方向。

发明内容

在本发明的一方面，一种钻头组件具有处在钻柄部分(shank portion) 和工作部分之间的主体部分。工作部分具有至少一个切割元件，轴的至少 一部分放置在主体部分里并从工作部分伸出。轴具有旋转地隔离于主体部 分并与地下地层相联系的末端。发动机适合于旋转地控制末端。

发动机可以是电动机、液压发动机、容积式发动机(positive displacement motor)或它们的组合。电动机是步进电动机、交流电动机、 交直流两用电动机、三相交流异步电动机、三相交流同步电动机、两相交 流伺服电动机、单相交流异步电动机、单相交流同步电动机、转矩电动机、 永磁电动机、直流电动机、直流无刷电动机、无芯直流电动机、线性电动 机、双馈电式电动机或单馈电式电动机，或它们的组合。发动机可由来自 地表或井下的涡轮、电池或动力传输系统激励。

发动机可与井下发电机相联系。发电机可具有用钐钴制造的磁体。

齿轮传动装置可处在轴和发动机中间，并与轴和发动机相联系。轴可 通过第二齿轮传动装置与发动机相联系。第二齿轮传动装置可以是行星齿 轮系统。第二齿轮传动装置可具有至少2∶1的齿轮齿数比。

轴可从工作部分伸出6到20英寸。布置在钻头组件里的传感器可测 量轴关于钻头组件的方位。末端可以是不对称的。

固定到钻头的传感器可测量并维持钻头组件关于地下地层的方位。传 感器可以是陀螺仪、倾角计、磁力计或它们的组合。钻头组件可与井下遥 感勘测系统相联系。

附图说明

图1是吊在钻孔里的钻柱的实施方式的剖面图。

图2是钻头组件的实施方式的剖面图。

图3是钻头组件的另一实施方式的剖面图。

图4是工具柱(tool string)的一部分的实施方式的剖面图。

图5是井下工具柱部件里的齿轮传动装置的实施方式的截面图。

图6是与负载相联系的发电机的实施方式的原理图。

图7是与负载相联系的发电机的另一实施方式的原理图。

图8是钻头组件的一部分的另一实施方式的剖面图。

图9是钻头组件里的齿轮传动装置的另一实施方式的截面图。

图10是吊在钻孔里的钻柱的另一实施方式的剖面图。

图11是钻机的各种实施方式的透视图。

图12是轴的末端的实施方式的透视图。

图13是轴的末端的另一实施方式的透视图。

图14是轴的末端的另一实施方式的透视图。

图15是轴的末端的另一实施方式的透视图。

图16是轴的末端的另一实施方式的透视图。

图17是轴的末端的另一实施方式的透视图。

图18是轴的末端的另一实施方式的透视图。

图19是轴的末端的另一实施方式的透视图。

图20是轴的末端的另一实施方式的透视图。

图21是轴的末端的另一实施方式的透视图。

发明和优选实施方式详述