[发明专利]井下设备的远程控制设备、用于这种设备的部件、用于这种设备的远程状态指示装置以及相关方法

说明书

优先权

本申请要求于2011年6月27日申请的、名称为“REMOTELY CONTROLLED APPARATUS FOR DOWNHOLE APPLICATIONS,COMPONENTS FOR SUCH APPARATUS,REMOTE STATUS INDICATION DEVICES FOR SUCH APPARATUS,AND RELATED METHODS”的待审美国专利申请序列号13/169,743的优先权。

本申请还要求于2010年10月4日申请的、名称为“STATUS INDICATORS FOR USE IN EARTH-BORING TOOLS HAVING EXPANDABLE MEMBERS AND METHODS OF MAKING AND USING SUCH STATUS INDICATIORS AND EARTH-BORING TOOLS”的美国临时申请序列号61/389,578的优先权。

本申请还要求于2010年11月12日申请的、名称为“REMOTELY CONTROLLED APPARATUS FOR DOWNHOLE APPLICATIONS AND RELATED METHODS”的美国临时申请序列号61/412,911的优先权。

技术领域

本发明的实施方式总体上涉及用在地下井孔中的远程控制设备及其元件。一些实施方式涉及用于扩大地下井孔的可扩张扩孔设备，一些实施方式涉及用于在钻进操作期间稳定底部钻具组合的可扩张稳定器设备，其他实施方式涉及用在地下井孔中的其他设备，在其他实施方式涉及致动设备和系统。实施方式另外涉及用于远程检测这种远程控制设备的操作状态的装置和方法。

背景技术

用于碳氢化合物（石油和天然气）开采以及用于其他目的，比如地热能开采的井眼（也称做井孔）是利用钻柱钻出的，所述钻柱包括具有钻进组件（也称做钻探组件或底部钻具组合或“BHA”）的管状构件（也称做“钻柱”），所述钻进组件包括连接到其底端的钻头。使所述转动转动来剪切或碎裂岩层材料以钻出井孔。所述钻柱通常包括在钻进操作期间需要远程实现工作和停止工作的工具或其他装置。这些工具和装置包括扩孔器、稳定器或者用于操纵钻头的力施加构件。采油井包括诸如阀、入流控制装置等等之类的受远程控制的装置。这里所披露的内容提供了一种用于控制这些装置以及其他井下工具或装置的新颖设备。

可扩张工具一般用在钻进油井、天然气井和地热井的井下操作中。例如，可扩张扩孔器一般用于扩大地下井孔。在钻进油井、天然气井和地热井中，套管柱（该术语广义上包括衬管）安装并用水泥粘结在井孔内井孔壁塌方到井孔中，同时为后续钻进操作提供必要的支撑以获得更大的深度。套管还可以安装成将不同的地层隔离，以防止地层流体的交叉流动，并在钻进井孔时能够实现对地层流体的控制。为了增加之前钻出的井孔的深度，将新的套管放入之前安装好的套管内并伸到之前安装好的套管下方。虽然添加另外的套管能够使井孔达到更大的深度，但是其具有使井孔变窄的缺点。使井孔变窄限制了井的任意后续部分的直径，这是因为钻头和任意另外的套管必须通过现存的套管。因为井孔直径的减小是不理想的，这是由于它们限制了通过该井孔进行的石油和天然气开采的流速，所以通常扩大地下井孔是可取的以提供更大的井孔直径用于安装超出之前安装好的套管的另外的套管并且能够实现通过该井孔的更好的开采流速。

已经使用多种方法来扩大井孔直径。一种用于扩大地下井孔的传统方法包括使用偏心和双心钻头。例如，使具有横向延伸或扩大切削部的偏心钻头相对于其轴转动以产生扩大的井孔直径。双心钻头组件使用两个纵向叠加的钻头部分，它们具有横向偏置的纵轴线，当使钻头转动时产生扩大的井孔直径。

另一种用于扩大地下井孔的传统方法包括使用在远端部上具有导向钻头的延伸底部钻具组合和在上方一定距离处的扩孔器组件。这种构造允许使用任何类型的标准转动钻头，即牙轮钻头或刮刀钻头，因为导向钻头以及该组件的延伸性质在通过缩小点时具有更大的灵活性以及有效地稳定导向钻头的可能性以便于导向钻头以及随后的扩孔器将横贯为井孔准备的路径。延伸底部钻具组合的该方法在定向钻进中是尤其显著的。为此目的的一种设计包括所谓的“扩孔器翼”，其一般包括具有打捞颈的管状本体，在其顶部具有螺纹连接部，在其底部具有吊钳牙板表面，也具有螺纹连接部。扩孔器翼工具的上中部包括一个或多个纵向延伸的刮刀片，它们自所述管状本体基本径向向外伸出，刮刀片的外边缘承载PDC切削元件。