[发明专利]钻短曲率半径的井孔

说明书

本发明涉及用于钻短曲率半径井孔的设备和方法，特别是，并不排除用于在普通竖直井的井底形成水平井孔。

在已存在的竖直井的底部形成水平井孔是最近才出现的技术。在很多情况下运用这种技术可以提高或恢复已丧失的产量。可以看出，形成一个或多个这样的水平井孔可以增强地下产油区与竖直井的联系。

在很多情况下，这样的水平井孔都是采用传统钻井技术来完成的，这种技术是使钻头逐渐弯曲转向，最终从初始垂直方位移至需要的水平方向。然而，传统的技术需要的曲率半径为几百英尺，这就需要钻进相当长的长度，而且还需要精心监测钻头的位置，以便适当引导井孔朝向需要的位置发展。

因此需要一种实现短曲率半径的技术出现。一般希望井孔的曲率半径应小于一百英尺，而且最好小于二十英尺。这样一个非常短的曲率半径使得要达到水平方向所需钻进的长度相当短。这样短的曲率半径一般不需要使用昂贵的监测设备，只需要适当导向并设计钻头位置，由于距离短，也有可能利用地质学的测定线作为向导。

一直都试图取得这样短的钻进半径，但由于方向控制问题、方位角与曲率比之间的关系问题，至今也未取得成功。

本发明的一个目的在于提供一种对于在垂直方向和水平方向之间生成一个弯曲部分的同时，形成竖直井的辅助水平段非常有用的方法和设备，这种弯曲部分在能够对方位角和弯曲比率形成良好控制的同时是相当小的，最好等于或小于十二英尺。

下面结合附图对本发明的一个或多个实施例进行描述。

图1是根据本发明的钻具的垂直横剖面视图，图中示出了钻具的第一部分;

图2是同一钻具的垂直横剖面视图，图中示出了钻具的上部;

图3是相似于图1的垂直横剖面视图，图中示出了处于倾斜位置的钻具的下部;

图4是穿过现有的垂直井的垂直横剖面视图，图中示出了图1所示钻具的侧面，及其在竖直井中的工作状态;

图5是相似于图4的视图，图中示出了有利于图解的较小角度，它表示了图4所示步骤之后的步骤;

图6是相似于图4和5的又一视图，图中示出了操作过程的下一个步骤;

图7是相似于图4、5和6的另一视图，图中示出的井孔接近了水平方向。

图1和图2结合在一起示出了形成现有竖直井的水平辅助段的过程中使用的钻具的主要部件。为便于图解，连接在钻具下端的钻头在图1中省略，而表示在图3中。

该钻具包括一连接元件10，在其一端具有一内连接螺纹，用于与图4、5和6中所示的标号为12的连续钻井液供给导管连接。钻井液可以是泥浆或其它已知可以使用的液体。在连接元件10的相反一端形成标号为13的铰接连接，它包括在连接元件10上的一球面14和一相似表面的支座15。一个横向销16可控制连接元件10相对于支座15绕销轴16的轴线产生枢轴运动。支座和连接元件是中空的，并可传导经供给导管12来的钻井泥浆。限制元件17允许连接元件10的枢轴运动从初始轴线方向沿箭头18指示的方向运动，而防止相反方向的任何运动。

支座15进一步与普通泥浆（moineau）泵/马达装置20的上部19连接。这种装置包括一具有圆柱形外表面的圆柱形定子21和安装在定子内部的转子22，转子可通过圆柱形定子随钻井泥浆的纵向流动相对定子转动。转子包括一明显示于图2底部的一输出轴23，该轴也示于图1的顶部，并将两幅图连接起来。泥浆（moineau）泵/马达的结构是公知的并且很容易在市场上买到。转矩的大小可以根据需要改变泥浆（moineau）泵的长度从而调整转子叶片的数量来改变。圆柱形转子的下端与另一个相似于支座15的支座24相连接。支座24由本申请的平的弹簧薄片25所改进，该弹簧薄片一端焊接在支座24上，并由此向后沿着圆柱形定子延伸至套筒25A，该套筒在靠近定子上端处包围着定子。套筒25A可沿着定子的纵向滑动，从而将弹簧薄片从图2所示的展开位置压缩至贴平在圆柱形定子侧壁上的压缩位置。弹簧薄片由可在井侧壁上提供弹簧偏压推力的弹簧钢制成，从而形成如图2所示的展开位置。也可以使用其它型式的弹簧（未示出）。