[发明专利]具有井下扩孔装置的钻柱

说明书

本发明描述了用于定向钻井的钻柱。井下扩孔装置(202)安装在钻柱中，该钻柱结合有钻井马达(300)、稳定器(302)和钻头(304)，钻头(304)可通过钻柱的旋转或钻井马达(300)的启动来操作。钻柱位于钻管(310)的端部的钻井孔(306)中,如果操作员希望向上钻井，则将扩孔元件锁定在缩回状态。这使得扩孔装置欠尺寸，使得造斜角(308)将钻头指向上方。

技术领域

本发明涉及一种用于钻井孔的定向钻井的钻柱，特别但不限于涉及一种包括井下扩孔装置的钻柱，用于在定向滑动钻井操作中进行随钻扩孔。本发明还涉及一种井下扩孔装置，用于在定向滑动钻井操作中进行随钻扩孔。

背景技术

为形成用于油气开采的钻井孔而进行的常规定向钻井中，通常在钻井操作期间会耗费10％至高达30％的时间进行滑动钻井工艺。滑动钻井用于进行方向校正或改变扩孔角度。

为此，钻柱自地面的旋转可通过锁定旋转台或锁定旋转顶部驱动器来停止。钻井马达(通常称为泥浆马达)配备有弯曲壳体或弯曲接头，通过钻柱进行钻井泥浆泵送来致动钻井马达。然后，将钻头指向所需方向，并且推动或滑动钻柱沿着钻井孔前进。

如果操作员希望扩大钻孔的直径，就使用随钻扩孔工具。但是，当钻柱在滑动模式下沿钻井孔移动时，扩孔装置的扩孔元件会产生阻力。在某些情况下，当钻井孔扩大工具刀到达小于钻头所钻的尺寸大小的导向孔时，钻柱将不会滑动。钻柱的重量将在井孔过渡处托持在置于矿层上的切刀上。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的上述缺点。

根据本发明的一个方面，提供了一种钻柱，包括：

钻头；

钻井马达，其中，所述钻头设置为通过所述钻柱的旋转或通过所述钻井马达的操作而旋转；和

井下扩孔装置，包括：

芯轴，布置在所述钻柱中；

外壳，布置在所述芯轴上，其中所述芯轴相对于所述外壳可旋转；以及

至少一个扩孔元件，响应于所述芯轴沿第一方向相对于外壳的旋转而在向内缩回状态和向外展开状态之间运动；

其中，所述钻井马达旋转所述钻头的操作，引起所述钻柱中沿与第一方向相反的第二方向的反作用扭矩，使得所述芯轴相对于所述外壳沿所述第二方向旋转，以使所述至少一个扩孔元件运动到所述向内缩回状态。

本发明提供至少一个扩孔元件，该扩孔元件通过内部芯轴相对于外壳的旋转而向外展开，这具有以下优点：使用者可以通过旋转台或旋转顶部驱动装置来旋转钻柱，从而能够在选定时间进行扩孔。

在用于进行滑动钻井操作的钻柱中，钻柱不会被地面旋转台旋转。但是，由于钻井泥浆仍在泵送中，因此泥浆马达使井底钻具组件(BHA)底部的钻头旋转，并且随着非旋转钻柱沿钻井孔向下滑动，继续钻井。因此，在该构造中，扩孔元件将处于向内缩回状态，直到操作者进行顺时针旋转/右旋以展开扩孔元件。这样，操作人员的控制显著增强，并消除了扩孔元件在钻柱上造成的阻力。

在滑动钻井操作期间，随着泥浆马达底部的钻头顺时针旋转，在钻柱中会产生逆时针反作用扭矩。需要将该反作用扭矩抵消，以防止整个钻柱转动。因此，在钻柱中产生了感应的左手扭矩，使得当外壳通过钻井孔上的阻力保持旋转静止时，迫使扩孔元件缩回。因此，该装置在滑动扩孔操作中自动保持在未设置状态。

可选地，在常规定向钻井期间，钻柱的顺时针旋转将展开扩孔元件。因此，扩孔元件既可以进行扩孔元件的常规扩孔，也可以使扩孔元件缩回以消除滑动模式下的阻力。所有这些都是通过仅旋转钻柱即可完成的，而无需任何电动、液压或其他控制。

这也提供除了钻井(泥浆)马达的钻柱操作的钻井孔扩大工具的优点。已知的扩孔工具将钻井孔扩孔至钻头规格或欠尺寸。这些工具通常用于通过井下马达简单地对钻井孔和钻孔产生的矿层进行平整。但是，这些工具不会扩大钻井孔，因为刀块会接触由钻头产生的导向孔的边缘，因此会阻止钻柱沿钻井孔移动。