[发明专利]定向钻井系统

说明书

背景技术

通过钻一个穿透含油地层的井，而从地下地质地层(被称为储层)中获取诸如油及天然气的烃流体。受控转向或定向钻井技术被用于油、水及天然气行业中，以到达并非位于井口正下方的源头。在制备一个或一系列具有狗腿弯折或其他类型的斜井区段的井眼时，已经采用多种导向系统来提供对钻井方向的控制。

发明内容

一般地，本发明提供了一种在多种应用中用于钻井眼或其他类型的孔的系统及方法。一种导向系统或其他井下工具被设计为具有多个被配置为在钻井作业(例如钻井眼作业)期间提供受控导向的致动器。每个致动器包括至少一个可滑动地装配于相应的球套筒内的球。压力流体被用于提供所述球沿所述致动器的相应球套筒的受控运动。所述球的受控运动能够在所述钻井作业期间提供对所述井下工具的转向控制和/或其他控制。如在此所使用的，术语“球”并不必然表示球形元件。球可以是大体上球形的活动元件，但其还可以是任意可接受的形状，包括但不限于，大体上椭圆形或大体上圆柱形。类似地，球套筒并不必然是圆筒形，而可以是任意需要的形状，以便接收所述活动元件，例如但不限于，具有椭圆形或其他非圆形截面的圆筒。

然而，在实质上不脱离本发明教导的前提下，可能有多种修改。相应地，权利要求所限定的本发明的范围意图包含这样的修改。

附图说明

此后将参照附图描述某些实施例，其中相同的参考标记表示相同的元件。然而应该理解，附图示出了本文描述的多种实施方式，并且不意图限制本文描述的多种技术的范围，其中：

图1是根据本发明的一个实施例的可以采用导向系统的实施例的井场系统；

图2是根据本发明的一个实施例的用于定向钻井的导向系统的一个例子的示意图；

图3是根据本发明的一个实施例的由旋转导向系统内的致动器产生的力的示意图；

图4是根据本发明的一个实施例的示出了相对于距所述导向系统的万向接头的距离的球直径的图示；

图5是根据本发明的一个实施例的示出了相对于距导向系统的万向接头的距离的所述球致动器的压力需求的图示；

图6是根据本发明的一个实施例的具有位于球套筒内的球活塞的球致动器的截面示意图；

图7是根据本发明的一个实施例的图6中示出的球致动器但所述球活塞位于致动位置的截面示意图；

图8是根据本发明的一个实施例的球致动器的截面示意图，其中，所述套筒包括用于允许致动流体及颗粒排出的凹槽；

图9是根据本发明的一个实施例的球致动器基本上沿图8中的线9-9所作的截面示意图。

图10是根据本发明的一个实施例的球活塞被配置成于凹槽中抵靠至转向套筒的内表面上以减小接触压力的示意图；

图11是根据本发明的一个实施例的具有多个用于接收球致动器的球活塞的异型凹部的转向套筒的示意图；

图12是根据本发明的一个实施例的示出了球致动器的球套筒被定向成不垂直于所述转向套筒的角度的示意图；

图13是根据本发明的一个实施例的旋转导向系统的截面示意图，其中，球活塞与转向套筒滚动接触；

图14是根据本发明的一个实施例的示出了球活塞位于具有变化截面积的球套筒内的示意图；

图15是根据本发明的一个实施例的示出了球活塞位于具有变化截面积的另一类型的球套筒内的示意图；

图16是根据本发明的一个实施例的示出了与导向系统的球致动器相结合的仪器的示意图；

图17是根据本发明的一个实施例的具有非球异型形状从而对于相同直径能够增加接触面积而降低接触应力的球的示意图；以及

图18是根据本发明的一个实施例的球被容纳于相应的凹部内的示意图。

具体实施方式

在以下的描述中，陈述了多个细节以提供对本发明的一些说明性实施例的理解。然而，本领域技术人员应该理解，可以在没有这些细节的情况下实施所述系统和/或方法，并且基于所述实施例的多个变型或修改是可能的。