[发明专利]用于消除钻头净扭矩和控制钻头游动的设备

权利要求书

1.一种钻井设备，所述的钻井设备用于控制钻井操作期间的钻头扭 矩，并且包括：

提供轴向推进力的推进模块；

连接到推进模块和钻井模块的旋转联接件；其中：旋转联接件包括旋 转编码器，所述的旋转编码器是可操作地确定推进模块与钻井模块之间的 相对旋转角度；

钻井模块，其被连接到旋转联接件，以从推进模块接收推进，并 接收表示推进模块与钻井模块之间的相对旋转角度的来自旋转编码器 的信号，其中：钻井模块包括：分成外部钻头和内部钻头的钻头；内 部和外部钻头被连接到动力单元，所述的动力单元是可操作地沿相反 方向同时驱动内部和外部钻头；和驱动模块；和

控制模块，其被连接到动力单元并可操作地控制内部与外部钻头 的相对旋转速度。

2.根据权利要求1所述的设备，还包括：

线性致动器，其响应从旋转编码器接收的信号，可操作地提供内部钻 头相对于外部钻头的轴向运动。

3.根据权利要求2所述的设备，其中：内部钻头相对于外部钻头的 轴向运动产生内部钻头与外部钻头之间的钻压分布的变化，以调节钻头净 扭矩。

4.根据权利要求2所述的设备，其中：钻井模块相对于推进模块的 角度旋转位置被用于调节内部钻头与外部钻头之间的钻压分布。

5.根据权利要求1所述的设备，其中：钻井模块相对于推进模块的 角度旋转位置被用于调节内部钻头和/或外部钻头的旋转速度。

6.根据权利要求1所述的设备，其中：控制模块包括用于以下的装 置：

与表面钻井与处理设备通信；

处理钻井模块相对于推进模块的角度旋转，以调节与钻头相关联的扭 矩。

7.一种为了操纵钻井操作的目的而用于控制钻井期间的钻头游动的 钻井设备，包括：

分成外部钻头和内部钻头的圆柱钻头，内部钻头位于外部钻头内部，

动力单元，可操作以独立控制内部和外部钻头；

监视泥浆流速和外部钻头与内部钻头的钻压；和

控制模块，其连接到动力单元并可操作以：

从表面钻井与处理设备接收从分量矢量计算的合成矢量；

将合成矢量与对应于期望钻井方向的期望矢量比较，

确定对于修改合成矢量以取得期望的矢量所需的至少一个分量矢 量的至少一次调节，和

调节对应于这样的力的钻井参数，所述力对应于经调节的至少一 个分量矢量。

8.根据权利要求7所述的设备，其中：控制模块将外部钻头与内部 钻头的方向参数传送到表面钻井与处理设备。

9.根据权利要求7所述的设备，其中：控制模块接收对来自表面钻 井与处理设备的钻井参数的校正。

10.根据权利要求7所述的设备，其中：控制模块处理从表面钻井 与处理设备接收的钻井参数的校正包括用于以下的装置：

用于调节与内部钻头与外部钻头的旋转相关的力；和

响应来控制钻头游动。

11.一种操作钻井设备的方法，所述钻井设备具有推进模块和带有多 个钻头的钻井模块，包括：

以第一旋转速度沿第一方向旋转第一钻头；

以第二旋转速度沿与第一方向相反的第二方向旋转第二钻头；

从推进模块对钻井模块提供推进；

确定推进模块和钻井模块之间的相对旋转；和

响应探测钻井模块与推进模块之间的相对旋转，调节第一旋转速度与 第二旋转速度的至少一个。

12.根据权利要求11所述的操作钻井设备的方法，其中：确定相对 旋转包括：

从旋转编码器取得相对旋转。

13.根据权利要求11所述的操作钻井设备的方法，其中：

如果相对旋转指示第二钻头上的扭矩大于第一钻头上的扭矩，则增大 第二钻头的旋转速度。