[发明专利]转向系统和方法

说明书

一种转向组件，其构造为设置在钻头部上方，形成具有顶表面和底表面的柱体并具有欠规外围部分和与欠规外围部分基本相对的超规外围部分，其中欠规外围部分中的顶表面上的最大欠规大于超规外围部分中的底表面上的最大超规。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年4月4日提交的英国专利申请号GB 1705424.8的优先权和权益，其全部公开内容通过引用合并于此。

背景技术

该部分旨在向读者介绍可能与本公开的各个方面有关的本领域的各个方面，下面将对其进行描述和/或要求保护。相信该讨论有助于向读者提供背景信息以促进对本公开的各个方面的更好理解。因此，应该理解的是，应从这种角度来阅读这些陈述，而不是作为对现有技术的承认。

本公开总体上涉及一种用于在地层中定向钻出井孔的转向组件，并且更具体地涉及一种转向组件，该转向组件包括欠规部分和超规部分并且构造为布置在钻头上方。

定向钻井是指井孔从其自然会走的路径的故意偏离，这可能包括转向钻柱，以使其沿预定方向行进。

在许多工业中，可能希望在地层中定向井孔，以便例如避开障碍物和/或到达岩层中的预定位置。

在石油和天然气工业中，受控定向钻井始于20世纪中叶，作为一种获得以其他方式无法获得的碳氢化合物储量的技术。早期的定向钻井涉及使用偏转或侧向跟踪装置(例如，造斜器和简单的旋转组件)来达到所需的目标。但是，这种方法很耗时，涉及工具和管道多次进出井孔，并且控制范围有限，常常导致无法达到目标。

引入正排量马达提供了转向能力，并由此提供了一定程度的方向控制。但是，这些马达缺乏钻工所追求的效率，这主要是因为涉及了滑动钻井。

滑动钻井是指在不从地面旋转钻柱的情况下用泥浆马达旋转钻头至井下的钻井。钻柱下端的井底钻具组件在钻头上方安装了弯曲的转环或弯曲的壳体泥浆马达，或两者都用于定向钻井。在这样的系统中，弯曲的转环和钻头指向所需的方向。在不转动钻柱的情况下，钻头由泥浆马达旋转，并沿其指向的方向滑动。当达到所需的井眼方向时，将旋转整个钻柱，并进行笔直钻探，而不是以一角度钻探。通过控制在滑动模式与旋转模式下井孔的数量，可以控制井眼轨迹。

正排量马达会产生极大的扭矩和阻力，这会限制在滑动和旋转模式下的井孔能力。在旋转模式下钻井时，可转向马达会产生无法接受的井眼曲折，使进一步滑动更加困难，并阻碍了对地层评估和套管运行的关键操作。为了解决这些问题，引入了旋转可转向系统(RSS)，该系统从地面连续旋转定向钻井，同时推动钻头或将钻头指向目标方向。RSS消除了滑动钻柱的需要；通过连续旋转将重量更有效地传递到钻头，从而提高钻速；通过搅动钻井流体和钻屑改善孔的清洁度，从而使钻屑从孔中流出而不是积聚在钻屑床中；在三个维度改进方向控制；井眼更光滑，更清洁，可以使地层评估和套管的运行不那么复杂，并降低卡住的风险。但是，RSS通过地面旋转来执行，使其依赖于钻探设备，对钻头尺寸和速度的选择有限，并且涉及增加的机械和电子复杂性，从而可能导致成本增加。

RSS的已知形式包括“反向旋转”机构，其沿与钻柱旋转相反的方向旋转。通常，反向旋转以与钻柱旋转相同的速度发生，使得反向旋转部分相对于井孔内部保持相同的角位置。由于反向旋转部分不相对于井孔旋转，因此本领域技术人员通常将其称为“对地静止”。例如，US8727036指向对地静止的转向柱体，该对地转向柱体包括第一欠规或全规的外围部分以及与第一部分相对的第二外围部分，其中从两个部分到钻头中心的距离相差0.5毫米和20毫米。特别地，US8727036的图8K公开了一种转向柱体，其具有圆形的轮廓并且偏离钻头。然而，实际上，由于所需的位移很小，因此难以精确地制造该构造，并且该构造具有欠规部分，可能会阻止转向柱体向前钻进。

发明内容

下面阐述本文公开的某些实施例的概述。应当理解，提供这些方面仅仅是为了向读者提供这些某些实施例的简要概述，并且这些方面无意于限制本公开的范围。实际上，本公开内容可以包括以下可能未阐述的多个方面。