[发明专利]具有地层接口构件和控制系统的井下旋转式钻井设备

权利要求书

1.一种旋转式可导向钻井设备，包括：

（a）控制组件，所述控制组件设置在具有下端的筒状壳体内；

（b）导向部，所述导向部具有中央轴向通道、安装到所述壳体的所述下端的上端以及可连接到切削结构的下端，所述导向部容纳一个或更多个可沿径向延伸的活塞，并且所述导向部具有在数目上与活塞对应的一个或更多个流体通道，其中每个流体通道从所述导向部的所述上端向下延伸，以允许活塞致动流体向相关联的活塞流动；和

（c）流体计量装置，所述流体计量装置与所述导向部的所述上端相关联并与所述控制组件以可操作的方式接合，以用于选择性地计量从所述壳体进入在所述导向部中的所述流体通道中的一个或更多个流体通道中的活塞致动流体。

2.根据权利要求1所述的旋转式可导向钻井设备，其中，所述流体计量装置包括：

（a）下部套筒，所述下部套筒固定到所述导向部的所述上端或与所述导向部的所述上端成整体，所述下部套筒具有筒状孔和在数目上与在所述导向部中的所述流体通道对应的一个或更多个流体入口；和

（b）上部套筒，所述上部套筒具有带筒状孔的筒状部分，所述筒状部分具有带流体计量开口的侧壁，所述筒状部分以可旋转的方式设置在所述下部套筒的所述孔内，使得随着所述上部套筒的旋转，所述上部套筒的所述孔会经由所述流体计量开口与在所述下部套筒中的每个流体入口顺序地流体连通，从而允许活塞致动流体顺序地流入每个流体通道。

3.根据权利要求2所述的旋转式可导向钻井设备，其中，所述上部套筒能够相对于所述下部套筒在以下位置之间沿轴向移动：

（a）上部位置，所述上部位置允许流体同时流入所有流体入口；

（b）中间位置，所述中间位置允许流体一次仅流入一个流体入口，如权利要求2所述的那样；和

（c）下部位置，所述下部位置防止流体流入所述流体入口中的任何流体入口。

4.根据权利要求1所述的旋转式可导向钻井设备，其中，所述流体计量装置包括：

（a）下板，所述下板具有中央开口，所述下板被固定到所述导向部的所述上端或与所述导向部的所述上端成整体，其中所述下板的中央开口与在所述导向部中的所述轴向通道流体连通，所述下部套筒具有在数目上与在所述导向部中的所述流体通道对应的一个或更多个流体入口；和

（b）上板，所述上板具有中央开口和沿径向偏移的流体计量孔，所述上板可相对于所述下板旋转并与所述下板相接触，使得随着所述上板的旋转，所述流体计量孔会与在所述下板中的每个流体入口顺序地流体连通，从而允许活塞致动流体顺序地流入每个流体通道。

5.根据权利要求4所述的旋转式可导向钻井设备，其中，所述上板能够沿轴向离开所述下板地移动以允许流体流动通过所述上板的所述中央开口并同时流入所有流体入口。

6.根据权利要求1至5中的任一项所述的旋转式可导向钻井设备，其中，反作用衬垫被与每个活塞相关联地安装到所述导向部，以便当所述活塞响应于活塞致动流体流动通过在所述导向部中的相关联的流体通道而沿径向延伸时，所述活塞会反作用于所述反作用衬垫并使所述反作用衬垫沿径向偏转离开所述导向部。

7.根据权利要求6所述的旋转式可导向钻井设备，其中，所述反作用衬垫包括以弹性方式安装到所述导向部的柔性构件。

8.根据权利要求6所述的旋转式可导向钻井设备，其中，所述反作用衬垫包括铰接构件，所述铰接构件能够绕与所述导向部的纵向轴线平行的铰接轴线枢转。

9.根据权利要求1至8中的任一项所述的旋转式可导向钻井设备，进一步包括偏压装置，所述偏压装置用于在活塞致动流体向所述活塞的流动停止时使所述活塞缩回到所述导向部中。

10.根据权利要求1至9中的任一项所述的旋转式可导向钻井设备，其中，所述一个或更多个活塞中的至少一个活塞是两件式活塞组件，所述两件式活塞组件包括：

（a）内部构件，所述内部构件被安装到所述导向部以相对于所述导向部处于沿径向固定的位置；和

（b）外部构件，所述外部构件与所述内部构件同轴接合以能够相对于所述内部构件沿轴向且向外延伸，并且能够相对于所述导向部沿径向向外延伸；

并且其中，所述活塞组件结合有行程限制装置，所述行程限制装置限制所述外部构件相对于所述内部构件和所述导向部的冲程。