[发明专利]双BHA钻井系统

说明书

技术领域

本发明涉及用于将侧向井眼钻进到包围主井眼的地层内的设备和方法。

背景技术

近年来，已经在多个位置钻多侧向井(从主井眼延伸的多口较小的井眼)。这样做的主要动机是提供与储层的接触，同时最小化总的钻井成本。还由于海上平台中的底座的有效性被限制而使用多侧向井。在大多数情况下，钻多侧向井通过多次起下钻而需要复杂的操作，从而浪费大量钻井时间。侧向井的固井也是一个复杂的操作：与母井(parent well)的连接是限定侧向井的质量和控制开采的方法的关键因素。

近年来已经研发了利用来自钻机的较少支撑更加快速钻小侧向井的多种技术。多个方法已经提出了通过从由钢丝电缆操作的系统钻侧向井。根据这种方法，在没有钻柱或挠性管作为与地面的连接件的情况下可以钻侧向井。在EP1559864、WO2004072437和WO2004011766中可以找到这种技术的示例。丛式钻井工具还被公知为用于钻延伸的孔眼(通常比几厘米的直径长1米)。

现有技术系统的一个示例是来自Corpro Systems有限公司的由主底部钻具组合(BHA)操作的SCORE100工具。主BHA包括改良的钻铤，所述钻铤包括一体式造斜器。当专用钻铤在主井眼中位于需要的深度处时，专用小直径BHA可以下放在钢丝电缆上的主钻柱内。这种小BHA包括取心筒、用于旋转取心筒的小钻进马达、锚件、用于产生向前运动(穿透深度(ROP)和钻压(WOB))的推进系统、和用于使流动转向到小马达内的膨胀式封隔器。这种系统则可以自身固定到钻铤内，并且通过产生WOB的升降系统向前推动自身。地面泵产生起动小马达并且清洁小侧向井的泥浆流。在开始轴向移动时，在主BHA外通过一体式造斜器推动小BHA的末端，然后所述末端进入裸眼井，然后进入地层。侧向井的轴线通常相对于主井的轴线倾斜3-6度。这种系统可以钻进达到100英尺的小井眼。通常，这种系统用于取心。钢丝电缆和工具具体地为ROP和WOB提供井下过程控制。所述钢丝电缆和工具还控制系统在钻铤内的固定以确保爬行运动。当完成侧向井和取心过程时，利用钢丝电缆打捞小BHA。钻铤窗孔通常被通过小BHA钻出的铝球塞住。EP1247936说明了这种技术的其它细节。

本发明的目的是提供一种可以有效地用于钻侧向井并且不需要用于部署小BHA的这种显著的中断的技术。

发明内容

本发明提供了一种钻井设备，所述钻井设备包括：

钻铤，所述钻铤形成主钻具组合的一部分，并且钻铤在其侧部具有向外开口的沟槽；和

副钻具组合，所述副钻具组合包括：

管状钻柱，所述管状钻柱在一端连接到钻铤；

钻进马达，所述钻进马达安装在钻柱内；

钻头，所述钻头安装在钻柱的另一端，并且连接到钻进马达，

其中，副钻具组合安装在钻铤内以可在第一位置与第二位置之间移动，在所述第一位置，钻头位于沟槽内，在所述第二位置，钻头从钻铤侧部内的沟槽侧向突起。

在本发明的一个具体的优选实施例中，副钻具组合包括活塞，所述活塞可滑动地安装在钻铤内，管状钻柱在一端连接到活塞，并且在钻铤内延伸，使得在第一位置与第二位置之间的移动期间，活塞在钻铤内被推进。

优选地，沟槽具有倾斜下端，所述倾斜下端倾斜到钻铤的外表面。沟槽能够以连接到钻铤的钻具的工具面为参考，使得将工具面定向在具体方向用于以相对应的方式定向沟槽。钻铤可以具有滑阀，所述滑阀能够在第一位置与第二位置之间移动，在所述第一位置，沟槽被遮盖，在所述第二位置，沟槽打开。

所述设备还可以包括缩进系统，所述缩进系统用于将副钻具组合从第二位置移动到第一位置。

传动轴优选地被设置成延伸通过钻柱以将钻头连接到钻进马达。钻头可以包括支承外壳(可以是弯外壳)，所述支承外壳包括钻头与传动轴之间的连接件。支承外壳还可以包括诸如类似于LWD或MWD传感器的测量装置。

活塞通常还包括减压阀，所述减压阀用于在不需要移动活塞的情况下允许流体沿着钻铤通过。

钻进马达可以包括调节器，所述调节器根据马达转速控制旁路的打开。尤其优选的是钻进马达可以包括报警器(siren)，所述报警器包括连接到活塞的定子和临近定子安装并且连接到钻头的转子。在这种情况下，转子可以通过扭簧连接到钻头。还优选的是提供相对于定子将转子推进到打开位置的装置(例如，磁体)。

压力检测器可以被设置成用于检测由于报警器的操作而产生的压力脉冲并且生成信号，并且控制系统被设置成用于使用信号以控制副钻具组合的操作。

活塞优选地包括在不需要移动活塞的情况下允许流体沿着钻铤通过的旁路。