[发明专利]用下井马达的可控制方向的钻孔

说明书

本发明涉及在地层结构中钻孔的方法及装置。更具体地，本发明涉及用钻孔组件允许控制钻头的方向到要求的地下的目标区的钻孔方法及装置。需要这种控制钻头方向的典型应用是例如海上钻井，其中要从海上平台到地层结构中含烃类区域的多个位置钻出多个偏开的井孔。另外需要应用可控制方向的钻头的应用包括钻出水平的或高度倾斜的井孔钻到这种含烃类区。

EP-571045-A1公开了一种在地层结构中钻孔的方法，使用一个钻孔组件，包括延伸进孔中的钻具组，包括一外壳及转动钻头的驱动轴的下井马达，该驱动轴有相对钻具组下部的纵轴线有倾斜方向，马达外壳以允许钻孔组件绕所述的纵轴线转动的方式与钻具组下部连接，钻具组件还包括控制马达外壳绕所述的纵轴线相对钻具组的转动的控制装置。在该已知方法中，使用具有可调弯头的外壳的下井马达，因而在钻直线段时，弯头调到弯曲角为零，而在钻曲线段时，弯头调节成弯角与要求的孔的弧度相当。在钻曲线段前，马达外壳相对钻具组绕选定数量的增量的角度台阶转动以便把马达外壳定向在要求的地平经度方向。

本发明的目的是提供一种在地层结构中钻孔的方法，其马达外壳不需设可调节弯头，而用下井马达钻出曲线段及直线段。

本发明的另一个目的是提供一种在地层结构中钻孔的钻孔组件，其马达外壳不需设可调节弯头，而用下井马达钻出曲线段和直线段。

因此按照本发明的方法包括通过致动所述的控制装置使马达外壳连续绕所述的纵轴线并相对于钻具组转动同时操作下井马达使钻头转动，钻出所述的孔的直线段的步骤。连续转动马达的外壳保证马达的倾斜的驱动轴的方向连续改变因而钻头在地层中进行无优先的方向。结果，在外壳连续转动时，钻头钻出孔的直线段。

按照本发明的钻孔组件包括一种在地层结构中钻孔的钻孔组件，包括延伸进孔中的钻具组，一个下孔马达，其包括一个外壳和一个用来转动钻头的驱动轴，该驱动轴的方向相对钻具组下半部的纵轴线倾斜，马达外壳与钻具组下半部连接成使得马达外壳可绕所述的纵轴线转动，钻孔组件还包括控制马达外壳绕所述的纵轴线和相对钻具组转动的控制装置，及钻出孔的直线段的装置，其是通过致动控制装使马达外壳连续绕所述的纵轴线和相对钻具组转动同时操作下井马达使钻头转动而钻出孔的直线段。

下面参照附图更详细地说明本发明，附图中：

图1示意地示出了本发明方法用的钻井组件的下部的正视图。

图1示出的钻井组件伸进地层3中形成的孔1中。在图1中只示出该组件的下部，该组件包括成管5形状的钻孔的钻具组，其直径较小，例如为约50mm，在降到孔1中以前管5以圈卷形式储存在位于地表面的卷轴上。当钻孔进展时，管5从卷轴上退卷下来，逐渐降到孔1中。管5也称为卷管，而用这种管钻孔也称为“卷管钻孔”。带有外壳7的下井钻孔马达6位于钻具组件的下端，马达6驱动带有钻头9的驱动轴8，在钻井时，钻头9切入孔底11的岩石中。下井马达6是Moineau型的液压马达，其在可操纵的钻井中是熟知的。驱动轴8和钻头9安排成相对外壳7倾斜，因而卷管5的下端部的纵轴线13与驱动轴8的纵轴线17成一角度15。纵轴线13和17有一交点19位于低于马达的外壳7的地方。下井马达6设有多个稳定片21以使钻井组件的下部稳定及对中在孔1中。

下井马达6通过有外壳26及输出轴27的电动机23与卷管5相连，外壳25的上端与卷管5的下端固定连接，而输出轴27的下端与下井马达的外壳7的上端固定地连接。电动机23的输出轴27可相对电动机23的外壳25绕轴27的纵轴线转动。一孔(未示出)延伸通过电动机23内部，该孔提供了在卷管和下井马达6的流体进口之间的液流通道。因此，当通过卷管5泵入钻井流体以驱动下井马达6时，钻井流体通过电动机23的孔流到下井马达16的进口。电能通过延伸穿过保护钢套29内部的电源线供给电动机23，该钢套29沿着卷管5刚性地连到地面。在地面电源线与被合适的控制系统控制的电源(未示出)相连。电动机23还设有一方向指示器(未示出)以提供相对于卷管5，输出轴27的角度方向的指示，以及下井马达6的方向。该方向指示器通过延伸穿过钢套29的合适的信号线把代表输出轴27方向的信号提供给地面的操作者。