專利名稱：雙bha鉆井系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于將側(cè)向井眼鉆進到包圍主井眼的地層內(nèi)的設備和方法。
背景技術：
近年來，已經(jīng)在多個位置鉆多側(cè)向井(從主井眼延伸的多口較小的井眼)。這樣 做的主要動機是提供與儲層的接觸，同時最小化總的鉆井成本。還由于海上平臺中的底座 的有效性被限制而使用多側(cè)向井。在大多數(shù)情況下，鉆多側(cè)向井通過多次起下鉆而需要復 雜的操作，從而浪費大量鉆井時間。側(cè)向井的固井也是一個復雜的操作與母井(parent well)的連接是限定側(cè)向井的質(zhì)量和控制開采的方法的關鍵因素。近年來已經(jīng)研發(fā)了利用來自鉆機的較少支撐更加快速鉆小側(cè)向井的多種技術。多 個方法已經(jīng)提出了通過從由鋼絲電纜操作的系統(tǒng)鉆側(cè)向井。根據(jù)這種方法，在沒有鉆柱 或撓性管作為與地面的連接件的情況下可以鉆側(cè)向井。在EP1559864、W02004072437和 W02004011766中可以找到這種技術的示例。叢式鉆井工具還被公知為用于鉆延伸的孔眼 (通常比幾厘米的直徑長1米)?，F(xiàn)有技術系統(tǒng)的一個示例是來自Corpro Systems有限公司的由主底部鉆具組合 (BHA)操作的SC0RE100工具。主BHA包括改良的鉆鋌，所述鉆鋌包括一體式造斜器。當專 用鉆鋌在主井眼中位于需要的深度處時，專用小直徑BHA可以下放在鋼絲電纜上的主鉆柱 內(nèi)。這種小BHA包括取心筒、用于旋轉(zhuǎn)取心筒的小鉆進馬達、錨件、用于產(chǎn)生向前運動(穿 透深度(ROP)和鉆壓(WOB))的推進系統(tǒng)、和用于使流動轉(zhuǎn)向到小馬達內(nèi)的膨脹式封隔器。 這種系統(tǒng)則可以自身固定到鉆鋌內(nèi)，并且通過產(chǎn)生WOB的升降系統(tǒng)向前推動自身。地面泵 產(chǎn)生起動小馬達并且清潔小側(cè)向井的泥漿流。在開始軸向移動時，在主BHA外通過一體式 造斜器推動小BHA的末端，然后所述末端進入裸眼井，然后進入地層。側(cè)向井的軸線通常相 對于主井的軸線傾斜3-6度。這種系統(tǒng)可以鉆進達到100英尺的小井眼。通常，這種系統(tǒng) 用于取心。鋼絲電纜和工具具體地為ROP和WOB提供井下過程控制。所述鋼絲電纜和工具 還控制系統(tǒng)在鉆鋌內(nèi)的固定以確保爬行運動。當完成側(cè)向井和取心過程時，利用鋼絲電纜 打撈小BHA。鉆鋌窗孔通常被通過小BHA鉆出的鋁球塞住。EP1M7936說明了這種技術的 其它細節(jié)。本發(fā)明的目的是提供一種可以有效地用于鉆側(cè)向井并且不需要用于部署小BHA 的這種顯著的中斷的技術。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種鉆井設備，所述鉆井設備包括鉆鋌，所述鉆鋌形成主鉆具組合的一部分，并且鉆鋌在其側(cè)部具有向外開口的溝 槽；和副鉆具組合，所述副鉆具組合包括管狀鉆柱，所述管狀鉆柱在一端連接到鉆鋌；
鉆進馬達，所述鉆進馬達安裝在鉆柱內(nèi)；鉆頭，所述鉆頭安裝在鉆柱的另一端，并且連接到鉆進馬達，其中，副鉆具組合安裝在鉆鋌內(nèi)以可在第一位置與第二位置之間移動，在所述第 一位置，鉆頭位于溝槽內(nèi)，在所述第二位置，鉆頭從鉆鋌側(cè)部內(nèi)的溝槽側(cè)向突起。在本發(fā)明的一個具體的優(yōu)選實施例中，副鉆具組合包括活塞，所述活塞可滑動地 安裝在鉆鋌內(nèi)，管狀鉆柱在一端連接到活塞，并且在鉆鋌內(nèi)延伸，使得在第一位置與第二位 置之間的移動期間，活塞在鉆鋌內(nèi)被推進。優(yōu)選地，溝槽具有傾斜下端，所述傾斜下端傾斜到鉆鋌的外表面。溝槽能夠以連接 到鉆鋌的鉆具的工具面為參考，使得將工具面定向在具體方向用于以相對應的方式定向溝 槽。鉆鋌可以具有滑閥，所述滑閥能夠在第一位置與第二位置之間移動，在所述第一位置， 溝槽被遮蓋，在所述第二位置，溝槽打開。所述設備還可以包括縮進系統(tǒng)，所述縮進系統(tǒng)用于將副鉆具組合從第二位置移動 到第一位置。傳動軸優(yōu)選地被設置成延伸通過鉆柱以將鉆頭連接到鉆進馬達。鉆頭可以包括支 承外殼(可以是彎外殼)，所述支承外殼包括鉆頭與傳動軸之間的連接件。支承外殼還可以 包括諸如類似于LWD或MWD傳感器的測量裝置?；钊ǔ＿€包括減壓閥，所述減壓閥用于在不需要移動活塞的情況下允許流體沿 著鉆鋌通過。鉆進馬達可以包括調(diào)節(jié)器，所述調(diào)節(jié)器根據(jù)馬達轉(zhuǎn)速控制旁路的打開。尤其優(yōu)選 的是鉆進馬達可以包括報警器(siren)，所述報警器包括連接到活塞的定子和臨近定子安 裝并且連接到鉆頭的轉(zhuǎn)子。在這種情況下，轉(zhuǎn)子可以通過扭簧連接到鉆頭。還優(yōu)選的是提 供相對于定子將轉(zhuǎn)子推進到打開位置的裝置(例如，磁體)。壓力檢測器可以被設置成用于檢測由于報警器的操作而產(chǎn)生的壓力脈沖并且生 成信號，并且控制系統(tǒng)被設置成用于使用信號以控制副鉆具組合的操作?；钊麅?yōu)選地包括在不需要移動活塞的情況下允許流體沿著鉆鋌通過的旁路。在一個實施例中，設置用于當副鉆具組合朝向第二位置移動時調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子和定子的 角位置的裝置。所述裝置可以包括在鉆鋌內(nèi)的限定凸輪面的溝槽，當副鉆具組合移動時，轉(zhuǎn) 子定位鍵沿著所述凸輪面滑動。鉆鋌可以包括可操作夾緊裝置，所述可操作夾緊裝置可以作用在副鉆具組合上， 使得可操作夾緊裝置將副鉆具組合夾緊到鉆鋌的操作允許鉆鋌移動以移動副鉆具組合， 且可操作夾緊裝置松開副鉆具組合的操作允許主鉆具組合和副鉆具組合獨立移動。在一個 實施例中，夾緊裝置包括一對樞轉(zhuǎn)的偏心體，所述偏心體作用在副鉆具組合上。優(yōu)選的是設置用于限制由副鉆具組合的操作產(chǎn)生的扭矩的裝置。這些裝置可以包 括在鉆柱上的細長鍵，所述細長鍵接合在鉆鋌內(nèi)相對應的溝槽內(nèi)；鉆柱的在鉆進馬達上 方的延伸部，所述延伸部包括在鉆柱上的細長鍵，所述細長鍵接合在鉆鋌內(nèi)相對應的溝槽 內(nèi)；或具有非圓形部分的鉆柱，所述非圓形部分滑動通過相應成形的密封件。連接點可以設置在副鉆具組合上，用于連接收回線以將副鉆具組合從第二位置移 動到第一位置。還可以設置第二活塞旁路和閥裝置，以將鉆鋌內(nèi)的流體流引導到活塞的下側(cè)，從而將副鉆具組合從第二位置移動到第一位置。根據(jù)另一個實施例的鉆具組合還包括控制機構，所述控制機構可操作以迫使副鉆 具組合從溝槽出來。在這種情況下，副鉆具組合可以通過鉸鏈連接到鉆鋌并且鉆柱是柔性 的。在可選的實施例中，副鉆具組合包括位于鉆鋌內(nèi)的管內(nèi)爬行器裝置，管狀鉆柱在 一端連接到管內(nèi)爬行器裝置，并且在鉆鋌內(nèi)延伸；其中，在第一位置與第二位置之間的移動 期間，管內(nèi)爬行器裝置在鉆鋌內(nèi)被推進。在上述鉆具組合中，其中主鉆具組合被構造成在套管內(nèi)鉆窗孔，副鉆具組合可以 通過窗孔被推進。一種使用上述鉆井設備鉆井眼的方法，所述方法包括以下步驟鉆主井眼；將鉆井設備定位在主井眼內(nèi)的預定位置處；操作副鉆具組合以遠離第一位置推進鉆頭并且側(cè)向鉆進到包圍主井眼的地層內(nèi) 并形成側(cè)向井眼；以及將副鉆具組合收回到第二位置。主鉆具組合可以用于鉆主井眼。所述方法還包括以下步驟在副鉆具組合鉆入地層的同時，推進鉆鋌。在這種情況 下，這可以包括在副鉆具組合鉆入地層的同時，在主井眼內(nèi)將鉆鋌交替地推進和縮進一短距離。在主井已經(jīng)下有套管的情況下，所述方法優(yōu)選地包括以下步驟在操作副鉆具組 合之前使用主鉆具組合在套管內(nèi)開窗孔，以通過窗孔鉆入到地層內(nèi)。本發(fā)明基于安裝在主BHA(主鉆具組合)內(nèi)的小BHA(副鉆具組合)的組合。主 BHA允許以大致傳統(tǒng)的方式鉆井。主BHA可以包括諸如旋轉(zhuǎn)導向系統(tǒng)或馬達、MWD和/或 LWD裝置等的裝置。主BHA包括專用鉆鋌，所述專用鉆鋌包括小BHA。具體地，專用鉆鋌包 括窗孔或溝槽，從而允許小BHA從主BHA的內(nèi)部孔移動到外側(cè)。改良的造斜器可以集成在 開窗鉆鋌內(nèi)。在鉆側(cè)向井期間，主BHA類似靜止。小BHA包括馬達(優(yōu)選地為導向馬達)，可以 將所述小BHA向前推并且使所述小BHA進入地層。通過適當?shù)膶?，則可以遠離主井鉆小 側(cè)向井。通常以滑動模式執(zhí)行鉆進。當完成側(cè)向井鉆進時，小BHA縮進到主BHA內(nèi)。然后， 主BHA在主井內(nèi)重新開始正常操作(例如，鉆得更深)。在優(yōu)選的方案中，實施是基于機械系統(tǒng)的。還可以在套管井中操作雙BHA系統(tǒng)。在這種情況下，第一鉆頭被磨銑鉆頭替換以 在套管內(nèi)開窗。則可以在不需要起下鉆的情況下，小BHA可以鉆側(cè)向井?；驹淼木唧w修改包括-小BHA可以裝有儀器，使得遠離主井可以執(zhí)行測井。-由于此雙BHA，因此可以改進并且開發(fā)多儲層應用。-可以實施特殊匯接點(junction)以在開采的流體進入側(cè)向井并且流入到主井 的同時確保從主井到側(cè)向井的循環(huán)。這種技術對于稠油應用和在地層內(nèi)開采的流體的特殊 處理尤其有用。
圖1和圖2顯示使用本發(fā)明鉆進的側(cè)向井；圖3和圖4顯示根據(jù)本發(fā)明的設備的第一實施例；圖5和圖6顯示圖3和圖4的實施例的部分的細節(jié)；圖7顯示根據(jù)本發(fā)明的設備的第二實施例；圖8顯示圖7的報警器的俯視圖；圖9顯示對于圖7的報警器來說打開百分比與旋轉(zhuǎn)的圖；圖10顯示對于圖7所示的報警器來說平均時間打開百分比與馬達RPM的圖；圖11顯示對于圖7所示的報警器的平均時間壓差(壓差)與馬達RPM的圖；圖12顯示對于不同的馬達曲線RPM與WOB的圖；圖13顯示對于根據(jù)本發(fā)明的設備的第三實施例中的報警器來說調(diào)制信號與時間 的圖；圖14顯示了根據(jù)本發(fā)明的設備的第三實施例的一部分；圖15顯示根據(jù)本發(fā)明的設備的第四實施例；圖16顯示根據(jù)優(yōu)選的方法的本發(fā)明的實施例的操作；圖17顯示根據(jù)本發(fā)明的設備的第五實施例；以及圖18和圖19顯示利用根據(jù)本發(fā)明的設備所鉆的井眼軌跡。
具體實施例方式本發(fā)明的目的是提供一種不需要在(側(cè)向井和/或主井的)連續(xù)鉆井操作之間進 行起下鉆的情況下從主井12鉆多口小側(cè)向井10的系統(tǒng)(參見圖1和圖2)。側(cè)向井10的長度通常在15-100英尺的范圍內(nèi)，而直徑從1. 5英寸變化到3. 5英 寸，并且垂直間隔14可以小于1米。側(cè)向井的軌跡的半徑通常恒定，以達到幾乎垂直于主 井的方向在這種情況下，側(cè)向井的曲率半徑通常從10到50英尺，這使得遠離主井的鉆進 深度16達到20m(參見圖1)。對于其它應用，側(cè)向井軌跡可以是直線(參見圖2)，且軸線 與主井12在2-7度的度數(shù)18之間。主BHA基于要實現(xiàn)的目標主要由傳統(tǒng)的部件構造而成。從底部開始，BHA顯而易 見包括鉆頭。所述鉆頭可以包括旋轉(zhuǎn)導向系統(tǒng)或?qū)蝰R達、穩(wěn)定器和柔性接頭。對于鉆井 目標來說如果需要的話，還可以增加MWD和LWD測井儀。小BHA系統(tǒng)包括在如圖3中所示 的專用鉆鋌中。雙BHA包括主BHA 20和小BHA 22。主BHA 20鉆主井24，而小BHA 22鉆側(cè)向井。 雙BHA的一些部件直接包括在主BHA 20中。具體地，具有側(cè)窗28的專用鉆鋌沈允許小 BHA 22從主BHA 20移動出來和進入主井M的側(cè)面的裸眼井M和地層30內(nèi)。這種開窗鉆 鋌沈具有外溝槽32，所述外溝槽在其下端終止于傾斜滑塊(或造斜器)34。窗孔觀的工 具面通常以主BHA 20的MWD工具面為參考，以允許在側(cè)鉆開始之前將它定向在正確的方向 上。小BHA 22是在主BHA 20內(nèi)滑動的連續(xù)系統(tǒng)。所述小BHA的下末端在開窗鉆鋌沈 的外溝槽32內(nèi)。所述小BHA通過開窗鉆鋌沈的外溝槽32的頂部處的軸向滑動密封件34從主BHA 20的內(nèi)部穿到外部。小BHA 22從下往上包括鉆頭36 ；鉆進馬達38，所述鉆進馬達可以通過延伸的傳動軸39以旋轉(zhuǎn)地方式驅(qū)動鉆頭 36 ；鉆柱40 ；可以將小BHA 22推出鉆鋌沈的系統(tǒng)在此實施例中，所述系統(tǒng)是具有流動旁路 43的液壓活塞42，但是還可以是以下所述的機械系統(tǒng)-控制單元44，所述控制單元44允許控制小BHA22的操作(此控制單元可以是 機械或電機械的)；-當需要時允許小BHA22縮進到主鉆鋌沈內(nèi)的系統(tǒng)在這種情況下，設置鋼絲 鉆桿吊鉤46以允許鋼絲通過打撈工具抓所述鋼絲鉆桿吊鉤并且向后拉所述鋼絲鉆桿吊鉤 (如下所述其它方法也是可以的)；和-鎖住系統(tǒng)(未示出)，所述鎖住系統(tǒng)允許當將要停止小BHA22時將小BHA 22鎖 定在主BHA 20中。在使用中(參見圖4)，當沿著主BHA 20泵送鉆井液時，由于此活塞上的流體壓力 產(chǎn)生用于小BHA 22的W0B，因此通過滑動活塞42向前推動小BHA 22。小BAH22的鉆頭36 通過傾斜表面(或造斜器)34初始被側(cè)向推動。在一些位移之后，小BAH22的前端位于地 層30內(nèi)并且以滑動模式用作導向馬達。然后，所述小BAH22的前端確立角度并且側(cè)向軌跡 遠離主井M移動。小BHA 22包括被改良的導向馬達。鉆頭(直徑通常為1. 5-3. 5英寸)連接到鉆 頭盒/支承外殼48 (類似于傳統(tǒng)的小導向馬達的鉆頭盒/支承外殼)。在支承外殼48上 方，還安裝了彎外殼，使得馬達在所需的方向上對側(cè)向井50進行導向。在彎外殼48位于包 括主井M的平面內(nèi)的情況下，側(cè)向井50的平面還包括主井M。在這種彎外殼定位的情況 下，鉆頭僅僅需要考慮當將在井中定位鉆鋌時開窗鉆鋌26的方位角系統(tǒng)然后將在相同的 平面內(nèi)鉆側(cè)向井50。在彎曲外殼48上方，安裝鉆柱40以將馬達部分38連接到支承外殼48內(nèi)的軸。這 可以達到30米長(或更長)。利用這種延長部，馬達動力部分38保持在主BHA 20內(nèi)并且 沒有沿著側(cè)向井50的銳曲線彎曲。通過這種設計，馬達38沒有受到井眼彎曲率的影響。延伸的傳動軸39可(側(cè)向)彎曲以跟隨井眼彎曲率。此外，所述延伸的傳動軸替 換轉(zhuǎn)子與鉆頭驅(qū)動軸之間傳統(tǒng)的萬向接頭。這種軸可以由鈦制成以支撐彎曲(在旋轉(zhuǎn)時具 有相關聯(lián)的疲勞)以及來自鉆進扭矩的應力水平。馬達38 (由于馬達38兩端的流體壓力 差)還產(chǎn)生向下力。這種力還施加到延伸的傳動軸39，并且往往在軸內(nèi)產(chǎn)生彎折，因此，所 述軸還必須在其長度上被徑向軸承(未示出)支撐。還可以需要扭曲衰減系統(tǒng)52(參見圖 5)對延伸軸39內(nèi)的扭曲共振進行衰減。為了允許較大的(緊密的)井曲率，支承外殼48相對較短。然而，如果需要的話， 所述支承外殼還可以包括小外殼56以支撐一些測量裝置。通過這種馬達系統(tǒng)，將以滑動模式鉆側(cè)向井50。所述側(cè)向井將具有幾乎相同的造 斜率。在一些情況下，適當?shù)氖倾@幾乎平行于主井M(僅具有幾度偏角)的側(cè)向井50。在 本申請中，可以使用直管式發(fā)動機(在外殼48中沒有彎曲)。通過一體式造斜器34的斜率實現(xiàn)偏斜。延伸的馬達包括在支承外殼48與馬達動力部分38之間的鉆柱40。鉆柱40通常 具有1.2-2. 5英寸的直徑。此鉆柱不旋轉(zhuǎn)，所述鉆柱僅為鉆頭36傳遞W0B。扭矩通過在內(nèi) 部延伸的傳動軸39傳遞。鉆柱40可彎曲以在最小化與地層30的接觸的同時以彎曲的方 式通過。在一些應用中，這種管可以是鈦或用于高柔性的復合材料(纖維和環(huán)氧樹脂)?？?以考慮橢圓形部分以傳遞適當?shù)腤0B，并且確保在曲率平面內(nèi)的更側(cè)向的柔性。顯而易見，馬達38和鉆柱40必須足夠小以在主鉆鋌沈內(nèi)滑動。如果主BHA 20 的直徑為6. 75英寸，則鉆柱40可以為2又3/8英寸或2又7/8英寸。其它尺寸可以是適 當?shù)摹Ｈ鐖D6中所示，專用鉆鋌沈允許小BHA 22從主BHA 20移動出來。這種鉆鋌具有 外溝槽32，所述外溝槽在其底部終止于傾斜表面(一體式造斜器)34。溝槽的頂部具有小 軸向孔和密封件34以允許小BHA 22滑動通過。鉆頭36、馬達支承外殼和彎外殼48當沒 有鉆進到地層30時通常保持在溝槽32內(nèi)，而鉆柱40在開窗鉆鋌沈的滑動密封區(qū)34內(nèi)滑 動。此密封件34可以以其最簡單的形式形成緊密配合孔。這確保在鉆鋌沈內(nèi)流動的泥漿 58被迫朝向主鉆頭(未示出)向下。任選的可撈取塞60可以設置在密封部分34內(nèi)。支承部分(或彎外殼)48的具體接觸表面在傾斜表面34上滑動，以將外殼48推 到鉆鋌26的外部(并且迫使鉆頭36進入地層內(nèi))。這種過程提供最小化導向(滑動)表 面的磨損的優(yōu)點。因為鉆頭齒由于與金屬導向表面的接觸而不會破壞，因此這種導向方法 還可與巖石鉆頭一起使用。當小BHA 22完全縮進時，鉆頭36則接合在鉆鋌沈內(nèi)的溝槽32中，使得所述鉆頭 不能徑向移動。鉆頭36位于并保持在主鉆鋌沈的直徑內(nèi)。這避免了當主BHA 20在主井 24內(nèi)移動或旋轉(zhuǎn)時鉆頭36與地層壁接觸。外鉆鋌溝槽32延伸幾米。當鉆柱40在側(cè)向井 50內(nèi)接合時，主BHA 20可以在主井M內(nèi)軸向移動幾米，而對鉆柱40來說卻沒有切斷的風險。在這種原理中，用于小BHA的鉆壓通過施加到滑動活塞42的壓力生成。這種活塞 在鉆鋌26的孔內(nèi)滑動并且連接到小BHA 22的頂部?；钊?2還具有流動旁路43以確保在 將壓力保持在活塞42上的同時流體仍然可以沿著主BHA 20流動?；谒鲈O計，作用在 活塞上的流體壓力可以作用在10-15平方英寸的表面上。因此，在滑動活塞42兩端可以出 現(xiàn)達到500PSI。這種組合然后可以生成達到5000-7500磅的較大的向下力。因為與所考慮 的鉆頭尺寸(直徑為25-35英寸)相比這非常大，因此在大多數(shù)情況下需要低壓力。通過上述設計，可以預料的是通常30%的總流動將通過馬達38 (當鉆側(cè)向井50 時)。如果馬達38停止，小BHA 22兩端的壓降增加并且通過滑動活塞42的流動旁路端口 43的流動將會增加這表示壓力增加，然后WOB因此也增加。這使得當在停止時難以潛在 地控制小BHA 22，WOB甚至稍微增加，從而進一步阻礙鉆頭，并且保持停止狀態(tài)。為了避免 這種情況，可以將流量控制閥安裝在滑動活塞內(nèi)以確保當馬達RPM下降(或發(fā)生停止)時 WOB減小。圖7顯示在本發(fā)明中使用的馬達部分的具體優(yōu)選形式的一部分。馬達38包括用 于鉆井應用的典型的Moineau型馬達。這種馬達的轉(zhuǎn)子(未示出)驅(qū)動旋轉(zhuǎn)閥62，所述旋 轉(zhuǎn)閥包括類似于通常用于MWD遙測技術的報警系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子64和定子66。此旋轉(zhuǎn)閥62位于旁路70內(nèi)，所述旁路連接到活塞42，并且定子66固定到所述旁路。所述旋轉(zhuǎn)閥通過控制流 動通過旁路70的流體量來控制活塞42兩端的壓降。施加到滑動活塞42的表面的壓力產(chǎn) 生用于小BHA 22的W0B。報警器62的轉(zhuǎn)子64通過扭簧68連接到馬達38。此外，報警器 62的轉(zhuǎn)子64和定子66具有磁體72、74 (參見圖8)，所述磁體往往通過推動轉(zhuǎn)子64的葉片 以與定子66的葉片對齊而不是位于定子66的開口內(nèi)而保持報警器打開。當馬達38以恒 定速度旋轉(zhuǎn)時，報警器轉(zhuǎn)子64因為位于打開位置而具有不穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)(參見圖9)。具體地， 當馬達38沒有旋轉(zhuǎn)時，報警器62 (由于連接彈簧68的扭曲)打開。因為這種特性，報警器62的時間平均打開(time-averaged opening)從當沒有旋 轉(zhuǎn)時的100%變化到高速下的近似50% (參見圖10)。流動轉(zhuǎn)換(flowswitching)通?？?以從10赫茲變化到75赫茲。然而，由于小BHA的慣性，流動轉(zhuǎn)換的最高頻率優(yōu)選的是允許 更容易的WOB的時間平均。如圖11中所示，報警器62兩端的“時間平均”壓降隨馬達RPM變化。所述壓降可 以通過報警器62的機械設計(彈簧68的剛度、轉(zhuǎn)子64的質(zhì)量、磁體的力等)來調(diào)節(jié)。圖 10顯示低時間平均打開(即，更高的馬達和轉(zhuǎn)子RPM)產(chǎn)生更高的WOB (圖11)。高WOB的作用是降低馬達38的RPM。如果RPM足夠低，則報警器62將自動減小 WOB (圖10和圖11)，使得得到平衡以允許馬達停留在適當?shù)腞PM下。如果馬達接近失速狀 態(tài)，則RPM非常低并且報警器重新打開，以及WOB急劇下降?？傊?，馬達將會具有取決于傳 統(tǒng)的馬達曲線(RPM與流量)的操作點。RPM響應還取決于鉆頭特征以及巖石特性。在圖12中對兩種情況示出了馬達曲線和控制函數(shù)的組合。如圖所示，控制曲線顯 示當RPM為零時(在馬達的失速點處)W0B仍然存在。這是由于流體壓力仍然施加在鉆鋌 窗內(nèi)的滑動密封件的部分上，從而向前推BHA?？刂坪瘮?shù)曲線應該盡可能地水平與滑動密 封區(qū)相比，報警器的控制表面應該更大。此外，與小BHA (小馬達和小鉆頭)22兩端的壓降 相比，由報警器62產(chǎn)生的壓力脈沖應該更高。例如，小BHA 22的壓降大約為500PSI ；報警 器的壓力脈沖為1000PSI。控制表面與密封區(qū)的比可以為2，從而為操作提供四倍力比。如果在沒有與控制系統(tǒng)解開的情況下馬達在失速位置處被阻塞，則如下所述需要 使小BHA 22離開井底以允許馬達38重新啟動。進行控制的另一種方法是使用離心調(diào)節(jié)器。馬達38可以被布置成從所述馬達的 上端驅(qū)動離心調(diào)節(jié)器，所述上端連接到流動旁路端口。在高RPM下，調(diào)整器閉合流動旁路端 口，這增加了滑動活塞兩端的壓降，從而增加具有降低RPM作用的W0B。當馬達RPM降低時 產(chǎn)生反作用離心調(diào)節(jié)器使閥的開度更大，從而降低活塞兩端的壓降，由此減小W0B。這種 WOB減小允許馬達增加RPM以得到所述馬達適當?shù)牟僮鼽c。提出的調(diào)節(jié)系統(tǒng)都是自動調(diào)節(jié)的。所述調(diào)節(jié)系統(tǒng)不需要人的干預。還可以在主BHA 20中使用夾緊裝置以可操作地夾緊小BHA 22來控制W0B。在這 種結(jié)構中，主BHA 20將小BHA 22向前推動通常1米或2米的距離。這通過僅向下作用的 夾緊系統(tǒng)來實現(xiàn)當主BHA 20向下移動時，所述主BHA夾住小BHA 22 ；并且兩個BHA 20,22 一起移動。(通常)在1米或2米的行程之后，大BHA 20向上移動1米或2米夾緊系統(tǒng) 在此移動期間松開小BHA 22。由于馬達兩端的流體壓力，小BHA 22(通常與底部上的鉆頭 一起)保持在其深度。當主BHA 20已經(jīng)上升適當?shù)木嚯x(1米或2米)時，所述主BHA然 后再次向下移動，使得所述主BHA再次夾緊小BHA 22。通過這種設計，主BHA 20必需上下移動較短的行程(通常為1米或2米)。當所述主BHA每次向下移動時，小BHA22也向下移動。必須通過控制單元使夾緊系統(tǒng)無效以在鉆井操作結(jié)束時允許小BHA22縮進到主 BHA 20 內(nèi)。夾緊系統(tǒng)可以由兩個偏心器(例如，套管井牽引車的接觸通路)組成。這些偏心 器優(yōu)選地與鉆柱具有均勻的接觸面積以避免局部變形。當以滑動模式鉆進時，重要的是確保馬達38在其正確的RPM下運行。為了解決此 問題，可以使用通過報警器對鉆井液中的聲信號進行調(diào)制。調(diào)制信號的頻率與馬達RPM直 接成比例。在地面處，檢測此信號并且所述信號的頻率是馬達RPM的測量值。如果此信號 表示馬達正在錯誤地運行時，鉆頭可以采取適當?shù)男Ｕ齽幼鳌Ｓ糜赪OB調(diào)節(jié)的報警器可以起到到地面的信號發(fā)生器的作用，或者專用報警器可 以安裝在到達系統(tǒng)的總流中，或安裝在分流(例如，馬達兩端的流動)中。同樣重要的是在鉆側(cè)向井期間確定是否實現(xiàn)穿透深度。基于所使用的控制系統(tǒng)， 可以獲得此信息。例如，如果在側(cè)向井鉆進期間鋼絲連接到小BHA 22的頂部，通過鋼絲的 移動檢測側(cè)向井穿透深度。另一種方法是將WOB控制系統(tǒng)的報警器定子的角位置改變與 180度信號調(diào)制(這對應于兩個相鄰葉片之間的角距離的一半)相對應的角度。這種改變 將在信號VS時間曲線圖(圖13)中表現(xiàn)為急劇的信號變化X。這種角位移可以通過改變 主鉆鋌26內(nèi)的溝槽76的路徑而獲得，定子的反向扭矩鍵78在所述溝槽內(nèi)滑動，且溝槽76 限定凸輪面。鍵槽76由例如0. 5英尺的直線段形成，所述直線段由將溝槽偏移適當距離80 以給出定子的角位移以及由此給出信號的傾斜部分連接(圖14)。因此，對于小BHA 22的 每一個0. 5英尺的穿透深度都會出現(xiàn)峰值X?？赡苄枰氖鞘箼C械相位可選地移動到右側(cè) 和左側(cè)以避免系統(tǒng)大的機械旋轉(zhuǎn)。另外的方法需要檢測小BHA是否在其位移行程的端部。一種簡單的方法是提供活 塞與所述活塞在其內(nèi)滑動的孔之間的間隙，使得當活塞到達間隙時活塞兩端的壓降急劇下 降這可以在地面處觀察到。通過將主BHA下放小位移(例如1英尺)來重新接合活塞，以 重新在孔中接合活塞并重新確立壓降。通過連續(xù)移動，鉆機可以完全確認行程檢測結(jié)束?；谠O計，滑動活塞的沖程可以小于一個鉆鋌長度(例如IOm)或者達到30m或 30m以上?；瑒踊钊?2可以由在主鉆鋌沈的孔內(nèi)直接滑動的實心活塞組成。所述滑動活塞 可以通過諸如襯墊或0形環(huán)的橡膠元件進行密封，或者所述滑動活塞可以插入在孔內(nèi)，且 留有小間隙(當間隙內(nèi)有壓降時)這種小間隙則用作流動節(jié)流器。為了更靈活，活塞可以 具有在鉆鋌孔內(nèi)滑動的橡膠皮碗。這種橡膠皮碗可以適應鉆鋌之間較窄的銷直徑。因為橡 膠皮碗不在鉆鋌銷部分內(nèi)時可以適應大直徑，因此這種系統(tǒng)提供更好地密封和可能更大的 WOB。馬達38產(chǎn)生用于小BHA 22的鉆進扭矩。顯而易見具有必須傳遞給主鉆鋌沈而 同時允許小BHA 22在主BHA 20內(nèi)的軸向移動的反扭矩。對此三個系統(tǒng)被認為是尤其優(yōu)選 的-鉆柱40(在其長度上)具有長鍵，所述長鍵在主鉆鋌沈的導向系統(tǒng)的槽內(nèi)滑動。-小管在馬達38的上方連接。這種管具有等于鉆柱40(或小BHA22的最大可鉆進長度)的長度。這種管與在主鉆鋌沈的孔內(nèi)的小BHA 22 —起軸向移動。這種管在其整 個長度上具有鍵槽。(當它縮進在主鉆鋌沈時)鍵在馬達38的正上方的位置處連接到主 鉆鋌26。-橢圓形形狀鉆柱40。這種橢圓形形狀形成與主鉆鋌沈的導向系統(tǒng)相同的形狀。 這種形狀允許扭矩從小BHA 22傳遞到主鉆鋌沈。當橢圓限定好時可以進行密封。當小BHA 22完全縮進時，必須停止驅(qū)動馬達38的液體流。這通過小BHA 22的 頂部處的密封系統(tǒng)來實現(xiàn)當完全縮進時，密封塊位于連接到小BHA 22的流動通道的頂部 處，使得可以沒有流動。需要的是小BHA 22可以縮進在主BHA 20內(nèi)。多個系統(tǒng)可以用于這種操作。一種系統(tǒng)基于與打撈工具一起使用的鋼絲。鋼絲被下放在鉆柱內(nèi)打撈工具抓取 滑動活塞42 (參見圖幻的頂部上的專用鉤子46。然后，向上拉鋼絲這確保在主BHA 20內(nèi) 的縮進。在完全縮進之后，松開打撈工具，然后從鉆柱移除鋼絲。在整個小側(cè)向井的鉆進期 間，可以將鋼絲連接到小BHA22。另一種方法是使用系統(tǒng)內(nèi)的壓差以生成用于使小BHA 22縮進的向上力。圖15中 示出了這種系統(tǒng)。利用這種系統(tǒng)，可以根據(jù)流動瓣(flow flap) 82的位置使WOB活塞42的 噴嘴中的流動反向。當流動瓣82打開時，泥漿的一部分流動通過馬達通道84 (并且驅(qū)動鉆 頭36旋轉(zhuǎn))。主流通過主旁路端口 86和副旁路端口 88進入到主BHA 20。這種流動在被 向下推動的WOB活塞42兩端產(chǎn)生壓差(并且向下推動鉆頭36)。流動瓣82可以通過控制 單元44打開和閉合。當片82閉合時，小流動將經(jīng)由旁路連接件90向上移動。此流動然后 向上通過副旁路88，并且最后向下沿著馬達通道84流動到馬達38和鉆頭36 ；然而，這種流 動是可忽略的。主流在主BHA 20兩端產(chǎn)生壓差。這種壓力此刻產(chǎn)生到滑動活塞42上的向 上力，使得小BHA 22在主BHA 20內(nèi)被向后拉。當使用雙流動瓣系統(tǒng)時反向效應甚至可以更強流動瓣的第二部分(未示出)允 許通過主旁路86的流動被切斷。兩個瓣總是在相反的位置(一個打開，另一個閉合)。在本發(fā)明中可以應用多種控制單元技術。一種方法是使用鋼絲以控制鎖定件和流 動瓣閥82。在開始工作時，在適當?shù)拇涡蛑罂梢岳摻z以解開小BHA并且切換流動瓣閥 82。在工作結(jié)束時，可以使用同一鋼絲以使小BHA 22縮進并且再次切換流動瓣閥82，以及 重新將小BHA 22鎖在主BHA20中?？蛇x地，控制單元44可以基于液壓和機械指令?？梢圆扇〔煌姆椒?具有J形槽機構的滑動工作筒，所述滑動工作筒在旋轉(zhuǎn)的情況下以交錯的方式 上下移動。-可以壓縮或者不取決于是否已經(jīng)首先建立了泥漿流的滑動工作筒。-用于通過伸縮片確保套筒的制動(drag)的旋轉(zhuǎn)。如果泥漿流以適當?shù)拇涡虮黄?動，則只可以實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)。-通過流量變化設定的液壓鉆頭。這種系統(tǒng)通常在流動周期開始時操作。然后，通 過從沒有流動到高流動到中間流動(或不同的次序)，預定定時允許系統(tǒng)開始鉆側(cè)向井或 停止鉆井。利用這種系統(tǒng)，容易判定是否小BHA 22應該在縮進和鎖定模式或用于鉆進的釋 放模式。液壓機械控制單元的主要優(yōu)點是簡單的設計、維護和操作。
電氣控制系統(tǒng)也是可以的。電氣控制系統(tǒng)可以基于用于進行設定和控制的雙向遙 測技術。電氣控制系統(tǒng)可以通過電鋼絲電纜進行控制。這提供了充分的靈活度和高數(shù)據(jù)率 如果在鉆側(cè)向井的同時執(zhí)行測量，這是有用的。鉆側(cè)向井花費一些時間(從幾分鐘到1小時)。在此期間，主BHA 20可以在左側(cè) 處于靜態(tài)模式。這十分危險，因為卡鉆的風險是不可忽略的。為了最小化這種風險，系統(tǒng)被 設計成允許主BHA 20在主井M內(nèi)連續(xù)移動。主BHA 20可以向上20A和向下20B移動短 距離(通常在幾米的范圍內(nèi))。由于鉆鋌沈內(nèi)的外溝槽32，這種移動是允許的。在小BHA 22不需要來自傾斜板34的側(cè)推(鉆頭36完全接合在地層30內(nèi))時，由于鉆頭36此刻在 側(cè)向井50內(nèi)進行自動導向，因此主BHA 20可以緩慢向下移動。顯而易見的是主BHA 20的 向下移動受限于鉆鋌溝槽32的上端。還應該注意的是如果鉆鋌溝槽32的側(cè)壁被除去，主 BHA 20還可以稍微左右(通常為45度)振蕩。鉆井液流動通過主BHA鉆頭(未示出)，使 得在主井M的整個長度上可以確保良好的循環(huán)。這還起到了限制卡鉆的風險的作用。這 種循環(huán)還起到了將在側(cè)向井內(nèi)生成的鉆屑提升到地面的作用。在小側(cè)向井中，將鉆井液循環(huán)速度保持在適當?shù)乃俣认乱栽趥?cè)向井的整個長度上 將鉆屑提升到主井。小BHA還可以上下移動用于在側(cè)向井內(nèi)清潔鉆屑并且限制卡鉆的風險。如果小BHA卡在側(cè)向井內(nèi)，則可以向上拉主BHA以在主井與側(cè)向井之間的交叉點 處切斷小BHA。這允許使主BHA自由，從而限制損失。小BHA可以支持各種類型的測量(例如，方向和傾角、局部電阻率、井間電阻率、井 間聲速等)。通過一些設計修改，小BHA可以通過主鉆柱利用鋼絲進行打撈。小BHA底部周圍 的可打撈塞60 (圖6)允許從鉆頭到流動瓣閥和控制單元的所有部分被打撈出。打撈小BHA 的能力允許替換壞掉的小BHA或用于將其它工具安裝在側(cè)向井內(nèi)的窗孔打開。這些其它工 具可以是機械或電的。所述工具可以通過鋼絲或鋼絲電纜被下放。這些工具中的一些允許 在側(cè)向井中進行技術介入(例如，簡單完井的充填)或(通過微電纜測井儀)在小側(cè)向井 中進行測井。圖17顯示本發(fā)明的具有簡單設計的又一個實施例。小BHA 90包括在鉆鋌94的 外溝槽92內(nèi)，并且通過鉸鏈96連接。小BHA 90還是柔性的。當要鉆側(cè)向井時，機械控制 機構98將小BHA 90的前端推到外側(cè)。同時，鉆井液流開始通過小馬達100。當小BHA 90 開始進入地層內(nèi)時，主BHA 102緩慢向前移動，從而確保小BHA 90移動進入到地層內(nèi)。如 果小BHA 90具有彎外殼，則將遠離主井對側(cè)向井進行導向。本發(fā)明的又一個實施例是在主BHA內(nèi)使用管內(nèi)爬行器或牽引機以推進小BHA。可 以從主鉆柱內(nèi)的鋼絲電纜操作這種系統(tǒng)?？刂茊卧獙@井液流朝向小BHA引導。因為這種 系統(tǒng)可以移動長距離，因此這種系統(tǒng)是柔性的。作為電控制單元的替代物，所述電控制單元 還可以基于MWD和旋轉(zhuǎn)導向系統(tǒng)技術。當使用鋼絲電纜時，在側(cè)向鉆井之前下放電纜(并 且任選地，控制單元)，并且在操作結(jié)束時收回所述電纜。可以在下套管井中使用上述雙BHA系統(tǒng)的變形。在本申請中，主BHA鉆頭然后由 開窗銑磨鉆頭(和造斜器)替換。另一個實施例包括兩個小BHA，且一個具有磨銑鉆頭，另一個具有鉆進鉆頭。控制單元的設置會稍微更加復雜，以避免兩個小BHA的設置之間的混淆。事實上，這種系統(tǒng)具有 三個可能的鉆頭要部署a)兩個縮進的小BHA，主BHA上的鉆進/磨銑鉆頭；b)頂部為以鉆進模式的小BHA，底部縮進；和c)頂部為縮進的小BHA，底部為磨銑模式的小BHA。側(cè)向井可以具有比圖1和圖2更加復雜的形狀。在一個實施例中，這例如通過引 導反扭矩延伸部的鍵的溝槽的特殊形狀機械實現(xiàn)。對于一些現(xiàn)場應用來說，側(cè)向井104可能需要具有圖18中所示的S形狀。這確保 側(cè)向井的端部近似平行于主井106。為了提供這種軌跡，小BHA的工具面在位移的中間處旋 轉(zhuǎn)180度。運動反應通過上“反”扭矩延伸部傳遞給鉆鋌，并且鍵槽在鉆鋌中盤旋180度。 當來自“反”扭矩延伸部的鍵到達此位置時，小BHA被迫自行半轉(zhuǎn)。螺旋的螺距優(yōu)選地延伸 幾米的距離以避免小BHA的另一末端處的彎外殼的高度扭曲。對于其它應用來說，有益的是如圖19中所示在主井106周圍鉆螺旋狀側(cè)向井108。 為了實現(xiàn)此圖案，連續(xù)調(diào)節(jié)彎外殼方位角以遠離馬達當前的平面操縱所述馬達。為了實現(xiàn) 這種工具面設定，引導“反”扭矩延伸部的反扭矩鍵的鍵槽設置有適當?shù)穆菪?。例如，可以?具有5米半徑15米螺距的“圓柱面”上鉆側(cè)向井。這表示該井相對于主井傾斜45度。每 一次旋轉(zhuǎn)需要大約21米的位移，并且側(cè)向井可以轉(zhuǎn)兩圈。
權利要求
1.一種鉆井設備，包括鉆鋌，所述鉆鋌形成主鉆具組合的一部分，并且所述鉆鋌在其側(cè)部具有向外開口的溝 槽；和副鉆具組合，所述副鉆具組合包括 管狀鉆柱，所述管狀鉆柱在一端連接到所述鉆鋌； 鉆進馬達，所述鉆進馬達安裝在所述鉆柱內(nèi)； 鉆頭，所述鉆頭安裝在所述鉆柱的另一端，并且連接到所述鉆進馬達， 其中，所述副鉆具組合安裝在所述鉆鋌內(nèi)以能夠在第一位置與第二位置之間移動，在 所述第一位置，所述鉆頭位于所述溝槽內(nèi)，在所述第二位置，所述鉆頭從所述鉆鋌側(cè)部內(nèi)的 所述溝槽側(cè)向突起。
2.根據(jù)權利要求1所述的鉆井設備，其中，所述副鉆具組合包括活塞，所述活塞可滑動 地安裝在所述鉆鋌內(nèi)，所述管狀鉆柱在一端連接到所述活塞，并且在所述鉆鋌內(nèi)延伸；其中，在所述第一位置與所述第二位置之間的移動期間，所述活塞在所述鉆鋌內(nèi)被推進。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的鉆井設備，其中，所述溝槽具有傾斜下端，所述傾斜下端 傾斜到所述鉆鋌的外表面。
4.根據(jù)權利要求1-3中任一項所述的鉆井設備，其中，所述溝槽以連接到所述鉆鋌的 鉆具的工具面為參考，使得將所述工具面定向在具體方向用于以相對應的方式定向所述溝槽。
5.根據(jù)前述任一項權利要求所述的鉆井設備，其中，所述鉆鋌具有滑閥，所述滑閥能夠 在第一位置與第二位置之間移動，在所述第一位置，所述溝槽被遮蓋，在所述第二位置，所 述溝槽打開。
6.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的鉆井設備，還包括縮進系統(tǒng)，所述縮進系統(tǒng)用于 將所述副鉆具組合從所述第二位置移動到所述第一位置。
7.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的鉆井設備，其中，所述溝槽包括滑動密封件，當所 述副鉆具組合移動到其第二位置時，所述鉆柱通過所述滑動密封件突出。
8.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的鉆井設備，還包括傳動軸，所述傳動軸延伸通過 所述鉆柱以將所述鉆頭連接到所述鉆進馬達。
9.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的鉆井設備，其中，所述鉆頭包括支承外殼，所述支 承外殼包括所述鉆頭與所述傳動軸之間的連接件。
10.根據(jù)權利要求9所述的鉆井設備，其中，所述支承外殼還包括彎外殼。
11.根據(jù)權利要求9或10所述的鉆井設備，其中，所述支承外殼包括測量裝置。
12.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的鉆井設備，其中，所述活塞還包括減壓閥，所述 減壓閥用于在不需要移動所述活塞的情況下允許流體沿著所述鉆鋌通過。
13.根據(jù)權利要求12所述的鉆井設備，其中，所述鉆進馬達包括調(diào)節(jié)器，所述調(diào)節(jié)器根 據(jù)馬達轉(zhuǎn)速控制旁路的打開。
14.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的鉆井設備，其中，所述鉆進馬達包括報警器，所 述報警器包括連接到所述活塞的定子和臨近所述定子安裝并且連接到所述鉆頭的轉(zhuǎn)子。
15.根據(jù)權利要求14所述的鉆井設備，其中，所述轉(zhuǎn)子通過扭簧連接到所述鉆頭。
16.根據(jù)權利要求14或15所述的鉆井設備，還包括相對于所述定子將所述轉(zhuǎn)子推進到 打開位置的裝置。
17.根據(jù)權利要求16所述的鉆井設備，其中，所述裝置包括所述轉(zhuǎn)子和所述定子上的磁體。
18.根據(jù)權利要求14-17中任一項所述的鉆井設備，還包括壓力檢測器和控制系統(tǒng)，所 述壓力檢測器用于檢測由于所述報警器的操作而產(chǎn)生的壓力脈沖并且生成信號，所述控制 系統(tǒng)用于使用所述信號以控制所述副鉆具組合的操作。
19.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的鉆井設備，其中，所述活塞包括在不需要移動所 述活塞的情況下允許流體沿著所述鉆鋌通過的旁路。
20.根據(jù)權利要求14-19中任一項所述的鉆井設備，包括用于當所述副鉆具組合朝向 所述第二位置移動時調(diào)節(jié)所述轉(zhuǎn)子和定子的角位置的裝置。
21.根據(jù)權利要求20所述的鉆井設備，其中，所述裝置包括在所述鉆鋌內(nèi)的限定凸輪 面的溝槽，當所述副鉆具組合移動時，轉(zhuǎn)子定位鍵沿著所述凸輪面滑動。
22.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的鉆井設備，其中，所述鉆鋌包括可操作夾緊裝 置，所述可操作夾緊裝置能夠作用在所述副鉆具組合上，使得所述可操作夾緊裝置將所述 副鉆具組合夾緊到所述鉆鋌的操作允許所述鉆鋌移動以移動所述副鉆具組合，且所述可操 作夾緊裝置松開所述副鉆具組合的操作允許所述主鉆具組合和所述副鉆具組合獨立移動。
23.根據(jù)權利要求22所述的鉆井設備，其中，所述可操作夾緊裝置包括一對樞轉(zhuǎn)的偏 心體，所述偏心體作用在所述副鉆具組合上。
24.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的鉆井設備，還包括用于限制由所述副鉆具組合 的操作產(chǎn)生的扭矩的裝置。
25.根據(jù)權利要求M所述的鉆井設備，其中，所述用于限制由所述副鉆具組合的操作 產(chǎn)生的扭矩的裝置包括在所述鉆柱上的細長鍵，所述細長鍵接合在所述鉆鋌內(nèi)相對應的溝 槽內(nèi)。
26.根據(jù)權利要求25所述的鉆井設備，其中，所述用于限制由所述副鉆具組合的操作 產(chǎn)生的扭矩的裝置包括所述鉆柱的在所述鉆進馬達上方的延伸部，所述延伸部包括在所述 鉆柱上的細長鍵，所述細長鍵接合在所述鉆鋌內(nèi)相對應的溝槽內(nèi)。
27.根據(jù)權利要求M所述的鉆井設備，其中，所述用于限制由所述副鉆具組合的操作 產(chǎn)生的扭矩的裝置包括具有非圓形部分的鉆柱，所述非圓形部分滑動通過相應成形的密封 件。
28.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的鉆井設備，還包括在所述副鉆具組合上的連接 點，所述連接點用于連接收回線以將所述副鉆具組合從所述第二位置移動到所述第一位置。
29.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的鉆井設備，還包括第二活塞旁路和閥裝置，所述 第二活塞旁路和閥裝置能夠操作以將所述鉆鋌內(nèi)的流體流引導到所述活塞的下側(cè)從而將 所述副鉆具組合從所述第二位置移動到所述第一位置。
30.根據(jù)權利要求1所述的鉆具組合，還包括控制機構，所述控制機構能夠操作以迫使 所述副鉆具組合從所述溝槽出來。
31.根據(jù)權利要求30所述的鉆具組合，其中，所述副鉆具組合通過鉸鏈連接到所述鉆鋌。
32.根據(jù)權利要求30或31所述的鉆具組合，其中，所述鉆柱是柔性的。
33.根據(jù)權利要求1所述的鉆井設備，其中，所述副鉆具組合包括位于所述鉆鋌內(nèi)的 管內(nèi)爬行器裝置，所述管狀鉆柱在一端連接到所述管內(nèi)爬行器裝置，并且在所述鉆鋌內(nèi)延 伸；其中，在所述第一位置與所述第二位置之間的移動期間，所述管內(nèi)爬行器裝置在所述 鉆鋌內(nèi)被推進。
34.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的鉆具組合，其中，所述主鉆具組合被構造成在套 管內(nèi)鉆窗孔，所述副鉆具組合能夠通過所述窗孔被推進。
35.一種使用根據(jù)前述權利要求中任一項所述的鉆井設備鉆井眼的方法，包括以下步驟鉆主井眼；將所述鉆井設備定位在所述主井眼內(nèi)的預定位置處；操作所述副鉆具組合以推進所述鉆頭遠離所述第一位置并且側(cè)向鉆進到包圍所述主 井眼的地層內(nèi)并形成側(cè)向井眼；以及 將所述副鉆具組合收回到第二位置。
36.根據(jù)權利要求35所述的方法，包括使用所述主鉆具組合鉆所述主井眼的步驟。
37.根據(jù)權利要求35或36所述的方法，還包括以下步驟 在所述副鉆具組合鉆入所述地層的同時，推進所述鉆鋌。
38.根據(jù)權利要求37所述的方法，還包括以下步驟在所述副鉆具組合鉆入所述地層的同時，在所述主井眼內(nèi)將所述鉆鋌交替地推進和縮進一短距離。
39.根據(jù)權利要求35所述的方法，其中，所述主井已經(jīng)下有套管，所述方法包括以下步驟在操作所述副鉆具組合之前使用所述主鉆具組合在所述套管內(nèi)開窗孔，以通過所述窗 孔鉆入到所述地層內(nèi)。
40.根據(jù)權利要求35-39中任一項所述的方法，包括以下步驟 使用所述副鉆具組合鉆具有S形狀的側(cè)向井眼。
41.根據(jù)權利要求35-29中任一項所述的方法，包括以下步驟 使用所述副鉆具組合鉆具有螺旋形軌跡的側(cè)向井眼。全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于將側(cè)向井眼鉆進到包圍主井眼的地層內(nèi)的設備和方法。提出的技術可以用于鉆側(cè)向井，而不需要用于部署小BHA的這種顯著中斷，并且基于鉆井設備的使用，所述鉆井設備包括鉆鋌，所述鉆鋌形成主鉆具組合的一部分，并且鉆鋌在其側(cè)部具有向外開口的溝槽；和副鉆具組合，所述副鉆具組合包括管狀鉆柱，所述管狀鉆柱在一端連接到鉆鋌；鉆進馬達，所述鉆進馬達安裝在鉆柱內(nèi)；鉆頭，所述鉆頭安裝在鉆柱的另一端，并且連接到鉆進馬達，其中，副鉆具組合安裝在鉆鋌內(nèi)以可在第一位置與第二位置之間移動，在所述第一位置，鉆頭位于溝槽內(nèi)，在所述第二位置，鉆頭從鉆鋌側(cè)部內(nèi)的溝槽側(cè)向突起。
文檔編號E21B7/08GK102124180SQ200780100416
公開日2011年7月13日 申請日期2007年8月30日 優(yōu)先權日2007年8月30日
發(fā)明者薩米·伊斯康德爾, 賈奎斯·渥爾班 申請人:普拉德研究及開發(fā)股份有限公司