[发明专利]用于旋转导向系统的减摇系统

说明书

技术领域

本公开涉及一种用于钻探偏斜井眼的旋转导向钻井系统。.

发明背景

旋转导向系统可在定向钻探中实现，以沿期望方向逐步引导附接到钻柱的钻头。在定向和水平钻探中，对钻柱的圆周上相对于井眼上的参考点的固定参考点(称为“工具面”)的角方位的实时了解可能是重要的。例如，在旋转导向系统中，可利用对工具面的了解来促使系统位于特定的角位置。例如，参考点可以是垂直井眼中的磁北或倾斜井眼中的井眼高侧。因此，使用旋转导向系统引导钻柱可能需要使工具面固定(即，静止)。

可根据磁性工具面(MTF)或重力工具面(GTF)或二者来测量工具面。可使用GTF通过测量三个卡迪尔(Cartesian)坐标方向(X、Y和Z方向)的重力分量来确定工具面，其可被转换成倾斜度。但是，钻井条件可能造成安装有加速器的相对于地球静止参考点变成非静止，这进而可不利地影响工具面确定。例如，在使用旋转导向系统的旋转钻井期间产生的振动可能会使重力加速度失真。失真可能会使由于X、Y和Z方向的重力而引起的加速的瞬时值的测量变得困难。MTF使用地球的磁场获取以真实磁北为参考点的工具面。当旋转系统以超过300rpm的速度钻探时，并且在每毫秒需要进行测量的情况下，测量具有足够精确度的磁场对于井下计算机和微处理器系统而言是繁冗的。在一些情况下，MTF还可能需要被转换成GTF以获得倾斜度，这可能需要求解复杂的方程式。这样做对于井下计算机和微处理器系统而言也可能是繁冗的。

附图简述

图1是实例旋转导向钻井系统的截面视图。

图2是图示包括实例行星齿轮系统的实例减摇系统的截面视图。

图3是用于在钻井系统中使用的实例反向旋转过程的流程图。

在各个附图中，相同的参考符号指示相同的元件。

具体实施方式

本公开描述一种用于旋转导向钻井系统的减摇系统，其可包括使用径向和推力轴承来平衡旋转钻头驱动轴的壳体(例如，静止壳体)。壳体可用作相对于地球静止的参考点，其上安装传感器(例如，加速计)和电子产品。静止壳体与钻头驱动轴之间的轴承摩擦可导致摩擦力矩，其可被转移到壳体，从而使壳体滚动。将本文描述的减摇系统固定到壳体，使得钻头驱动轴的旋转力矩沿顺时针方向和逆时针方向转移到壳体。具体而言，将减摇系统固定到壳体，使得一个轴承将顺时针方向的力矩而另一轴承将逆时针方向的力矩同时转移到壳体，从而导致无滚动或将滚动减少到可接受的阈值滚动之下。如下文描述，可将减摇系统固定到以相反方向(即，顺时针方向和逆时针方向)旋转的相等数量的轴承，从而将相等和相反的摩擦力矩转移到壳体。如果轴承经历类似的操作条件(诸如相对于钻头驱动轴的相对速度、钻压(WOB)和力矩)，那么轴承中的摩擦力矩将是相等的。

本文描述的减摇系统的实施方式可提供以下优点中的一个或多个。减摇系统可使旋转导向系统从振动(例如底部钻具组件(BHA)振动)分隔，并且因此将钻柱上的参考点呈现为基本上相对于地球静止的。静止的参考点可便于对倾斜度和方位的实时测量，以确定工具面。被实施来帮助抑制滚动的其它机构包括弹簧加载的刀片，其可抓取井眼中的地层。但是，在太软或太硬的某些地层中或在长的水平侧枝中，这种弹簧加载的机构可能不如预期那样执行。与这种弹簧加载的机构不同，本文描述的减摇系统不需要抓取井眼中的地层。因此，可能减少减摇系统在艰难的钻井条件下失败的可能性。因为可从钻头驱动轴获取到减摇系统的电力，所以不需要任何额外的电源来减少壳体中的滚动。

图1是包括旋转导向系统的钻井系统100的截面视图。旋转导向系统100包括钻头驱动轴102，其被支撑来通过减摇系统(例如，减摇系统104a、减摇系统104b或减摇系统104c中的一个或多个)在管状壳体120中旋转。壳体120可内嵌式地附接在钻柱中。钻头驱动轴102包括位于壳体120中的连续、中空的旋转轴。为此，壳体可螺旋在一端上，该端可螺旋到前面的接头。壳体可具有与钻柱的剩余部分相同的外直径。一般而言，可将减摇系统固定在钻头驱动轴102上的一个或多个位置处