CN101784746A - 随机钻头噪音控制 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钻头定向系统和方法，所述钻头定向系统和方法修改或偏置钻头的随机运动和/或钻头与正在被钻井系统钻进的井眼的内壁之间的随机反作用力以改变钻井系统的钻进方向。监测钻头的方向，以确定所述方向是否以某些方式正好与优选的方向对齐。如果所述方向没有与优选的方向充分接近，则偏压机构改变随机运动以将所述方向改变成接近优选的方向。可以使用任意数量的偏置机构。一些实施例可以依赖于传统的导向机构以补充偏置机构。

Description

随机钻头噪音控制

相关申请的交叉引用

本申请主张2007年8月15日提出申请的题目为“SYSTEM ANDMETHOD FOR CONTROLLING A DRILLING SYSTEM FOR DRILLINGA BOREWELL IN AN EARTH FORMATION”的待审的美国申请No.11/839,381的权益，并且是所述申请的继续申请，该申请通过引用在此全文并入。

本申请涉及与本申请同一天提出申请的题为“DRILL BIT GAUGEPAD CONTROL”的美国专利申请No./，(代理人案号暂时为No.57.0831U.S.CIP)，该申请通过引用在此全文并入。

本申请涉及与本申请同一天提出申请的题为“SYSTEM ANDMETHOD FOR DIRECTIONALLY DRILLING A BOREHOLE WITH AROTARY DRILLING SYSTEM”的美国专利申请No./(代理人案号暂时为No.57.0834U.S.CIP)，该申请的内容通过引用在此全文并入。

本申请涉及与本申请同一天提出申请的题为“METHOD ANDSUSTEM FOR STEERING A DIRECTIONAL DRILLING SYSTEM”的美国专利申请No./，(代理人案号暂时为No.57.0853U.S.CIP)，该申请的内容通过引用在此全文并入。

技术领域

本发明总体涉及钻井，但不以限制性的方式涉及控制用于对井眼进行钻进的方向。

背景技术

在许多行业中，通常期望的是通过地球地层定向钻进一口井眼或者在地下地层中的井中取心，以便井眼和/或取心可以包围和/或通过地层内的沉积物和/或储层，以到达地层和/或类似地层内的预定目标。当在地下地层中钻井或取心时，有时期望能够改变和控制钻进方向，以例如朝向期望的靶心引导井眼，或者一旦已经到达靶心则水平控制在含有油气的区域内的方向。还期望的是当钻直井时可对偏离期望方向的井斜进行校正，或者控制井的方向以避免障碍物。

例如，在油气行业中，可以进行钻井以截取具体位置处具体的地下地层。在一些钻井过程中，为了钻期望的井眼，可以预先设计通过地球地层的钻井轨迹，并且可以控制钻井系统以与轨迹一致。在其它过程中，或者在与前述过程的结合中，在钻井过程期间，可以确定用于井眼的目标并可以监测正在地球地层内钻进井眼的进程，并且可以采用用于确保井眼到达靶区目标的步骤。此外，可以控制钻井系统的操作以提供经济钻井，所述经济钻井可以包括进行钻进以尽快钻通地球地层，进行钻进以减小钻头磨损，进行钻进以获得通过地球地层的最佳钻井和最佳钻头磨损和/或类似结果。

钻井的一个方面被称作“定向钻井”。定向钻井是有意使井眼偏离所述井眼本身所通过的路径。换句话说，定向钻井是对钻柱进行导向，使得所述钻柱沿期望的方向移动。

因为定向钻井能够从单个平台钻多口井，因此定向钻井的优势在于海上钻井。定向钻井还能够通过储层进行水平钻井。水平钻井能够使更长的井筒穿过储层，这增加了井的生产率。

定向钻井系统同样也可以用于垂直钻井操作中。通常，钻头由于被穿过的地层的不可预测的特性或钻头受到的变化力而离开设计好的钻井轨迹。当这种井斜发生时，定向钻井系统可以用于将钻头放回在规定的轨迹上。

用于井眼的定向钻进的监测过程可以包括确定钻头在地球地层内的位置、确定钻头在地球地层中的方位、确定钻井系统的钻压、确定通过地球地层的钻井速度、确定正在被钻进的地球地层的特性、确定包围钻头的地层的特性、期望确定钻头前面的地层的特性、对地球地层进行地震分析、确定邻近钻头的储层等的特性、测量井眼内和/或井眼或类似物周围的地层的压力、温度和/或类似参数。在用于井眼的定向钻进的任一过程中，不管是否在预先设计的轨迹之后、是否监测钻井过程和/或钻井条件和/或类似操作，必需能够对钻井系统进行导向。

在钻井操作期间作用在钻头上的力包括重力、由钻头产生的扭矩、施加到钻头的端部载荷、和来自钻柱组合的弯矩。这些力与正在被钻进的地层类型和地层相对于井眼的倾角一起可以在钻井过程期间产生复杂的相互作用的力系。

钻井系统可以包括“旋转钻井”系统，在所述旋转钻井系统中，包括钻头的底部钻具组合连接到可以从钻井平台被驱动/旋转的钻柱。在旋转钻井系统中，可以通过改变诸如钻压、旋转速度等因素提供井眼的定向钻井。

相对于旋转钻井，定向钻井公知的方法包括使用旋转钻井系统(RSS)。在RSS中，钻柱从地面旋转，并且井下装置使钻头沿期望的方向钻进。旋转钻柱大大减少了钻井期间钻柱的悬空或卡钻的发生。

用于将斜井钻进到地球内的旋转导向钻井系统可以大致分类为“面向钻头”系统或“推进钻头”系统。在面向钻头系统中，钻头的旋转轴线沿新井的大致方向偏离底部钻具组合(“BHA”)的局部轴线。根据由上下稳定器接触点和钻头限定的常规三点几何尺寸扩展井。与钻头和下稳定器之间的有限距离相关联的钻头轴线的偏斜角产生要生成的弯曲所需的非共线条件。有许多方法可以实现此，包括在BHA中靠近下稳定器的点处的固定弯曲或在上稳定器与下稳定器之间分布的钻头驱动轴的挠曲。

面向钻头可以包括使用井下马达旋转钻头，且马达和钻头安装在包括具有角度的弯头的钻柱上。在这种系统中，钻头可以通过悬挂型或倾斜机构/接头、弯接头或类似机构连接到马达，其中，钻头可以相对于马达倾斜。当需要改变钻井方向时，可以使钻柱停止旋转，并且钻头可以沿期望的方向位于井下，从而使用井下马达，并且钻头的旋转可以使沿期望的方向的钻进开始。在这种布置中，钻进方向取决于钻柱的角位移。

在钻头的理想形式中，在面向钻头系统中，因为钻头轴线沿弯曲井的方向连续旋转，因此，钻头不需要进行侧向钻切。美国专利申请出版物No.2002/0011359；2001/0052428和美国专利No.6,394,193；6,364,034；6,244,361；6,158,529；6,092,610；和5,113,953中说明了面向钻头型旋转导向系统的示例和所述面向钻头型旋转导向系统是如何操作的，所有这些申请通过引用在此并入。

推进钻头系统和方法将力施加在井壁上以弯曲钻柱和/或迫使钻头在优选的方向上进行钻进。在推进钻头旋转导向系统中，通过使机构在相对于井扩展的方向被优选定向的方向上施加力或产生位移来实现所需的非共线条件。此外，有许多方法可以实现此，包括不旋转(相对于井)基于位移的方法和沿期望的导向方向将力施加到钻头的偏心致动器。此外，通过在钻头与至少两个其它接触点之间产生非共线性来实现导向。在钻头的理想形式中，钻头需要进行侧向钻切以生成弯曲井。美国专利No.5,265,682；5,553,678；5,803,185；6,089,332；5,695,015；5,685,379；5,706,905；5,553,679；5,673,763；5,520,255；5,603,385；5,582,259；5,778,992；5,971,085中说明了推进钻头型旋转导向系统的示例和所述推进钻头型旋转导向系统是如何操作的，这些申请通过引用在此并入。

RSS的公知形式设置有在与钻柱旋转相反的方向上旋转的“反向旋转”机构。通常，反向旋转在与钻柱旋转相同的速度下发生，使得反向旋转部分相对于井眼的内部保持相同的角位置。因为反向旋转部分相对于井眼不旋转，因此通常被本领域的技术人员称作为“对地静止”。在此公开中，术语“反向旋转”和“对地静止”之间没有区别。

推进钻头系统通常在反向旋转稳定器的内部或外部使用。反向旋转稳定器相对于井壁保持固定角度(或对地静止)。当要使井眼偏斜时，致动器从期望的井斜在相反方向上将推力块(pad：或者为伸缩片)压靠在井壁上。产生的结果是钻头在期望的方向上被推动。

通过用于弯曲底部钻具组合的力可平衡由致动器/推力块生成的力，并且所述力通过致动器/推力块反作用在底部钻具组合的相对侧，并且反作用力作用在钻头的牙轮上，从而对井进行导向。在一些情况下，来自推力块/致动器的力可以足够大以磨蚀应用系统的地层。

例如，Schlurnberge^TMPowerdrive^TM系统钻杆使用三个推力块，所述三个推力块绕底部钻具组合的截面布置以从底部钻具组合被同步部署，从而沿一方向推动钻头并且对正在被钻进的井眼进行导向。在所述系统中，推力块在钻头后面1-4ft的范围内紧密安装，并且通过从循环流体所取的泥浆流给所述推力块供电或致动所述推力块。在其它系统中，由钻井系统或楔形物或类似物提供的钻压可以用于将钻井系统定向在井眼中。

虽然用于将力施加在井壁上并且使用反作用力沿一方向推动钻头或使钻头移动以沿期望的方向钻井的系统和方法可以与包括旋转钻井系统的钻井系统一起使用，但是所述系统和方法可能具有缺陷。例如，这种系统和方法可能需要将较大的力施加在井壁上以弯曲钻柱或将钻头定向在井眼中；这种力可能大约为5kN或更大，5kN或更大的力可能需要较大/复杂的井下发动机或类似物来生成。另外，许多系统和方法可以重复使用当底部钻具组合旋转时的推力块/致动器向外推入到井壁中的推力以产生推动钻头的反作用力，这可能需要复杂/昂贵/高维护的同步系统、复杂的控制系统和/或类似系统。

钻头被公知为以不可预测或甚至随机的方式在井眼内周围“跳动”或产生卡搭声。这种随机运动大致是不确定的原因在于当前的状态不能完全确定下一个状态。面向钻头和推进钻头技术用于迫使钻头进入具体方向并且克服钻头产生咔嗒声的趋势。这些技术忽视了钻头在没有定向力的情况下很可能产生的随机跳动。

发明内容

在一个实施例中，本发明提供了一种钻头定向系统，所述钻头定向系统修改或偏置钻头的随机或固有运动和/或钻头和/或量规推力块与正在被钻进的井眼的内壁之间的随机反作用力以改变钻进方向。在一些方面中，可以通过比传统的导向机构较少的工作、更简单的地面/井下机器和/或更经济地实现钻进方向的改变。监测钻头相对于地球(或其它固定点)的方向，以确定所述方向是否以某些方式正好优选的方向对齐。如果所述方向没有与优选的方向充分接近，则偏压机构强调径向运动的分量以使所述方向接近优选的方向。可以使用任意数量的偏置机构。一些实施例可以依赖于传统的导向机构以补充偏置机构或者作为所述偏置机构的替代物。

在另一个实施例中，公开了一种用于偏置钻头的不稳定运动以定向地使钻头相对于地球沿预定方向进行钻进的方法。在一个步骤中，确定钻头相对于地球的方向。比较所述方向与预定方向。偏置机构被定向成强调钻头在所述预定方向上的径向运动的分量。当所述比较步骤确定所述方向没有与预定方向充分对齐时起动偏置机构。

在又一个实施例中，公开了一种用于偏置钻头的不稳定运动以定向地使钻头相对于地球沿预定方向进行钻进的钻头定向系统。钻头定向系统包括：偏置机构、方向传感器和控制器。偏置机构强调钻头相对于地球沿钻头的预定方向的径向运动的分量。方向传感器确定钻头在井下的方向。控制器比较预定方向与所述方向。当所述方向偏离预定方向时，起动偏置机构。

本公开的适用性的进一步领域将从以下提供的详细说明变得清楚可见。应该理解的是详细说明和具体示例虽然示出了各种实施例，但是仅仅出于说明的目的，并且目的必然不是限制本公开的保护范围。

附图说明

以下参照附图说明本发明，其中：

图1示出了钻头定向系统的实施例的方框图；

图2A-2C示出了用于控制钻头方向的过程的实施例的流程图；和

图3A-3C示出了用于操纵钻头定向系统的状态机。

在附图中，类似的部件和/或特征可以具有相同的附图标记。此外，相同类型的各种部件可以通过在附图标记之后具有虚线和在类似部件中进行区别的第二标记来区别。只要在说明书中使用第一附图标记，则不管第二附图标记，说明适用于具有相同的第一附图标记的类似部件中的任一个。

具体实施方式

随后的说明仅提供了优选的示例性实施例(一个或多个)，并且目的不是限制本公开的保护范围、适用性或结构。相反，优选的示例性实施例(一个或多个)的随后说明将为本领域的技术人员提供用于能够实施优选的示例性实施例的说明。要理解的是在不背离如所附权利要求所述的精神和保护范围的情况下可以对元件的功能和布置做各种改变。

首先参照图1，示出了钻头定向系统100的实施例的方框图。综合控制和信息服务(ICIS)104位于地面上以操纵钻柱旋转控制块112和绞车控制块108。另外，ICIS 104大致引导在地球地层中的钻进方向。诸如用于实现钻头的期望方位或方向和使用的各种偏置机构以及导向机构132、136的可能选择的信息在井下被通信给底部钻具组合(BHA)120。相对于诸如地球的任何固定点限定方向。另外，所述信息可以为BHA 120以及任意偏置机构132和导向机构136提供控制信息。

ICIS 104操纵钻柱旋转控制块112和绞车控制块108。钻柱控制块112监测和操纵钻柱的相位(phase)、扭矩和转速。来自BHA 120的信息通过ICIS104可以被分析为钻柱控制块112正在如何执行操作的反馈。在钻井期间的各种操作使用绞车控制块108，例如移去钻柱。ICIS 104在这些操作期间操纵绞车控制块108的操作。

BHA 120包括井下控制器124、方位或方向传感器128、钻头旋转传感器140、一个或多个偏置机构132、和一个或多个导向机构136。典型的BHA可以具有在图1中没有示出的更多的控制系统。从地面将信息通信给BHA120以指示钻头的优选方向。另外，偏置机构132和导向机构136的使用基本上可以由ICIS 104控制，但是井下控制器124实时控制偏置机构132和导向机构136的操作，且从方向传感器128和钻头旋转传感器140采集信息。

从BHA 120将信息通信返回到在地面上的ICIS 104。观察到的钻头的方向可以与各种偏置机构132和导向机构136的使用一起被周期性地通信。井眼轨迹信息数据库116存储在井下采集的信息以知道井眼是如何导向通过地层的。ICIS 104可以重新计算用于钻头的最佳方位或方向，并且将所述最佳方位或方向通信给BHA 120以使先前的指令无效。另外，可以利用在地层上采集的其它信息分析各种偏置机构132和导向机构136的效率以在井下提供如何最佳地使用可用的偏置机构132和导向机构136的指导，从而实现对具体井位所期望的井眼的几何结构。

方向传感器128可以确定钻头相对于具体的三维参考系(即，相对于地球或其它固定点)的当前方向。各种技术可以用于确定当前方向，例如，具有陀螺仪的惯性或作用稳定的平台可以与钻头的参考进行比较，加速仪可以用于跟踪方向和/或磁力仪可以测量相对于地球的磁场的方向。测量值可以是有噪点的，但是过滤器可以用于使来自测量值的噪点最终得到平衡。

钻头旋转传感器140允许对钻头的旋转的相位进行监测。井下控制器124获取传感器信息以允许同步控制偏置机构(一个或多个)132。在知道相位的情况下，可以每一个旋转周期或任意整数周期(例如，每第二圈、每第三圈、每第四圈、每第十圈等)执行偏置。其它实施例没有使用钻头旋转传感器140或同步操纵偏置机构(一个或多个)132。

具有持续强制使钻头运动的各种导向机构136。导向机构136不是有意利用钻头本身发生的随机运动。给定位置可以使用一个或多个这些导向机构136以生成通过地层的随意改变方向的井眼。不同类型的导向机构136包括弯曲臂、与旋转同步的杠杆臂、万向接头、和沿具体方向施加力的对地静止机构。总之，这些导向机构可以预见地引导钻头，但是没有利用钻头可以处于正确方向的随机运动。其它实施例可以没有导向机构136，而完全依赖于偏置机构132用于定向钻井。

在借助于导向机构136之前可以使用偏置机构132。偏置机构132选择或强调(emphasize)钻头沿所选择的方向的径向运动的分量。通过将大致固定的偏置机构132的方位保持在所选择的方向来实现定向控制。一些实施例可以仅仅在井下具有一个或多个偏置机构132，而无需任何导向机构136。当随机运动沿错误的方向发生时，偏置机构132仅通过起动而利用钻头在井眼周围内移动的趋势。例如，可以移动量规推力块或牙轮。通径规可以施加压力和/或在各种实施例中喷射可以用作偏置机构132。任意不对称性和可以操纵的可用作偏置机构132。在一些情况下，钻头被设计和制造成相对于钻头沿具体方位方向施加侧向力。偏置机构132被起动以偏置侧向力。这种侧向力使钻头旋转以在所选择的方向上加强钻切。偏置机构132可以与钻头的旋转同步以起动和停止。

井下控制器124使用从ICIS 104以及方向传感器128和钻头旋转传感器140发射的信息以主动操作偏置机构132和导向机构136的使用。钻头的期望方向与用于使用各种偏置机构132和导向机构136的指南一起从ICIS 104被通信。井下控制器124可以使用模糊逻辑、神经算法、专家系统算法以在各种实施例中确定如何并且何时影响钻头方向。总之，在本实施例中BHA 120与ICIS 104之间的通信速度不允许从地面进行实时控制，但是其它实施例可以允许进行地面实时控制。可以以较小刚性的方式适应地使用钻头的随机方向。例如，如果期望井眼内的将来转向而使钻头过早转向，转向可以被接受并且可修改将来的设计。

参照图2A，示出了用于控制钻头方向的过程200-1的实施例的流程图。此实施例仅使用单个偏置机构136以控制钻头的方向。在方框204中进行过程的部分描述，在方框204中，执行地层和终点的分析以设计井眼几何尺寸。在方框208中，ICIS 104操作钻柱、绞车及其它系统以根据设计生成井眼。在方框212中确定钻头的期望方向，并且在方框216中将所述期望的方向通信给井下控制器124。期望的方向可以是单个目标或多个可接受的方向。

在方框220中期望的方向与任意偏置选择标准一起由井下控制器124接收。在方框224中，钻头的当前指向由方向传感器128确定。在方框228中要确定的是根据来自ICIS 104的指令所述方向是否是可接受的。此实施例允许方向上的一些灵活度并且根据允许发生的随机运动重新确定设计。可接受的方向是如果设计被修改而允许利用钻头实现终点的方向。一些设计可以具有可接受的井斜或方向范围，但是仍然避免了地层的不期望通过的部分。

在方向不可接受的情况下，处理从方框228进行到偏置机构132被起动的方框236。偏置机构132可以一次起动或者启动一段时间。可选地，偏置机构132可以与钻头的旋转同步被周期性地起动。偏置机构132选择或强调钻头在期望的方向(一个或多个)上的径向运动的这些分量。

在当方向在方框228中被确定是可接受的情况下，处理继续进行到方框240。偏置机构132通过将所述方向保持在期望的方向(一个或多个)来实现定向控制。在不需要的情况下，因为钻头的不稳定运动已经在期望的方向上(一个或多个)，所以没有起动偏置机构132。在方框240中，通过井下控制器124将当前方向通信给ICIS 104。在报告之后，处理返回方框212，用于根据来自地面的任何新指令进一步操纵方向。

接下来参照图2B，示出了用于控制钻头方向的过程200-2的另一个实施例的流程图。此实施例具有可用的多个偏置机构132，并且如果偏置机构(一个或多个)132无效时可以使用导向机构136。基本上以与图2A中的实施例相同的方式执行直到方框228的方框。在方框228中方向是不可接受的情况下，处理继续到方框232，在方框232处，从至少两个偏置机构232进行选择。来自ICIS 104的指导可以主宰或影响对这些偏置机构132的决定以选择应该以怎样的方式控制所述偏置机构。在步骤236中使用所选择的偏置机构132。

在使用偏置机构132之后，在方框240中将当前方向报告给ICIS 104。在方框244中，如果偏置机构132或一些可选的机构仍然被认为在定向钻头时有效，则处理返回到方框212以继续使用所述偏置机构132或可以影响钻头的径向运动的这些分量的其它偏置机构132以如期望地沿具体的方位方向施加侧向力。在方框244中，在确定偏置机构132不再有效的情况下，处理继续进行到方框248以起动导向机构136(如果有的话)。

参照图2C，示出了用于控制钻头方向的过程200-3的又一个实施例的流程图。除了从方框232中可以选择多个偏置机构132之外，此实施例类似于图2A的实施例。此实施例仅依赖于偏置机构132，而不依靠导向机构136。

接下来参照图3A，示出了用于操纵钻头定向系统100的状态机300-1的实施例。此控制系统根据在状态304中钻头是否没有与期望的方向或方向的范围对齐的判定而在两个状态之间移动。此实施例与图2A的实施例相对应。在失定向(disorientation)超过可接受的偏差的情况下，钻头定向系统100从状态304进行到状态308。在状态308中，试验一个或多个偏置机构132。在一些情况下，利用不同的参数试验同一个偏置机构132。例如，量规推力块可以在钻头旋转周期中在一个相位处移动，但是随后试验另一个相位且量规推力块的运动相同或不同。

参照图3B，示出了用于操纵钻头定向系统100的状态机300-2的另一个实施例。此实施例具有四个状态，并且大致与图2B的实施例相对应。在状态308中试验偏置机构132之后，在状态312中进行的判定用于查看偏置机构132是否有效。在偏置机构132充分工作的情况下，系统返回到状态304。如果偏置机构132无效，则钻头定向系统100从状态312进行到其中在返回到状态304之前使用主动导向机构136的状态316。

接下来参照图3C，示出了用于操纵钻头定向系统100的状态机300-3的又一个实施例。此实施例具有多项偏置技术并且基本上与图2C的过程200-3相对应。在状态304中找到失定向的情况下，在状态312中选择偏置机构或技术。可选地，从状态312中可以选择多个偏置技术。在返回到用于进一步分析任何失定向的状态304之前在选择的偏置状态320下执行所选择的偏置技术。

还可以使用公开的实施例的多种变化和修改。本发明可以在钻井或取心中使用。在以上实施例中，偏置过程的控制在ICIS与BHA之间分开。在其它实施例中，所有控制可以在任一位置。

以上说明中给出了具体细节以提供对实施例的充分理解。然而，要理解的是在没有这些具体细节的情况下可以实施所述实施例。例如，可以在方框图中显示线路图从而以不必要的细节的方式使实施例清楚。在其它情况下，可以显示公知的线路、过程、算法、结构和技术，而无需不必要的详细以免使所述实施例不清楚。

可以以各种方式执行上述技术、方框、步骤和装置。例如，这些技术、方框、步骤和装置可以在硬件、软件或所述硬件和软件组合中实施。对于硬件实施来说，处理单元可以在一个或多个专用集成电路(ASIC)、数字信号处理机(DSP)、数字信号处理装置(DSPD)、可编程序逻辑装置(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、被设计成执行上述功能的其它电子单元和/或所述专用集成电路(ASIC)、数字信号处理机(DSP)、数字信号处理装置(DSPD)、可编程序逻辑装置(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器和电子单元的组合中实施。

此外，要注意的是所述实施例可以被说明为流程图、流程图解、数据流程图、结构图、或方框图的过程。虽然流程图可以说明作为连续过程的操作，但是可以并行或同时执行多个操作。此外，可以重新布置操作的顺序。当过程的操作完成时结束所述过程，但是可以具有没有包括在附图中的另外的步骤。过程可以与方法、函数、程序、子例程、子程序等相对应。当过程与函数相对应时，所述过程的终止与函数到调用函数能或主函数的返回相对应。

此外，可以通过硬件、软件、脚本语言、固件、中间件、微码、硬件描述语言、和/或所述硬件、软件、脚本语言、固件、中间件、微码、硬件描述语言的任意组合实施实施例。当在软件、固件、中间件、脚本语言、和/或微码中实施时，执行必要任务的程序代码或代码段可以存储在诸如存储介质的机器可读介质中。代码段或机器可执行指令可以表示过程、函数、子程序、程序、例程、子例程、模块、软件包、脚本、类，或指令、数据结构和/或程序语句的任意组合。代码段可以通过传送和/或接收信息、数据、自变量、参数、和/或存储内容，耦合到其它代码段或硬件线路。信息、自变量、参数、数据等可以通过包括存储共享、信息传送、权标传送、网络传送等的任何适当的装置被传送、转送或传递。

对于固件和/或软件实施来说，可以利用执行这里所述的功能的模块(例如，程序，函数，等)实施方法论。在执行这里所述的方法论时可以使用可触摸地实施指令的任何机器可读介质。例如，软件代码可以存储在存储器中。可以在处理器或处理器外部实施存储器。如使用所使用的，术语“存储器”表示任何类型的长期、短期、可变非易失性、或其它存储介质，并且不限于任何具体类型的存储器或存储器的数量，或存储存储器的介质的类型。

此外，如这里所公开的，术语“存储介质”可以表示对于存储数据的一个或多个存储器，包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、磁RAM、磁心存储器、磁盘存储介质、光存储介质、闪速存储器件和/或对于存储信息的其它机器可读介质。术语“机器可读介质”包括但不限于便携式或固定存储器件、光存储器件、无线信道、和/或能够存储所述包含或携带指令(一个或多个)和/或数据的各种其它存储介质。

虽然以上已经结合具体设备和方法说明了本公开的原理，但是要清楚地理解仅仅是以示例的方式进行此说明，而不是限制本公开的保护范围。

Claims (17)

1.一种用于偏置钻井系统的底部钻具组合的不稳定运动以相对于地球沿预定方向在地球地层中钻进井眼的方法，所述底部钻具组合包括钻头，所述方法包括以下步骤：

确定相对于地球的方向，所述钻井系统准备沿所述方向钻进；

比较所述方向与所述预定方向；

提供偏置机构，所述偏置机构被定向成强调所述钻头在所述预定方向上的径向运动的分量；以及

当所述比较步骤确定所述方向没有与所述预定方向充分对齐时起动所述偏置机构。

2.根据权利要求1所述的用于偏置钻头的不稳定运动以定向地使所述钻头相对于地球沿预定方向进行钻进的方法，其中：

所述钻头被制造成沿相对于所述钻头的某一固定方向施加旋转侧向力，并且

所述偏置机构被构造成偏置所述旋转侧向力，藉此，所述钻头倾向于朝向所述预定方向转向。

3.根据权利要求1所述的用于偏置钻头的不稳定运动以定向地使所述钻头相对于地球沿预定方向进行钻进的方法，其中：

所述偏置机构没有以确定的方式使所述钻头移动。

4.根据权利要求1所述的用于偏置钻头的不稳定运动以定向地使所述钻头相对于地球沿预定方向进行钻进的方法，进一步包括以下步骤：

使所述起动步骤与所述钻头的旋转的相位同步。

5.根据权利要求1所述的用于偏置钻头的不稳定运动以定向地使所述钻头相对于地球沿预定方向进行钻进的方法，其中：

所述起动步骤在所述钻头旋转的一些整数圈时与所述钻头的旋转的相位同步。

6.根据权利要求1所述的用于偏置钻头的不稳定运动以定向地使所述钻头相对于地球沿预定方向进行钻进的方法，进一步包括提供导向机构的步骤，所述导向机构主动改变所述钻头的方向，其中，所述导向机构是面向钻头机构。

7.根据权利要求1所述的用于偏置钻头的不稳定运动以定向地使所述钻头相对于地球沿预定方向进行钻进的方法，进一步包括提供导向机构的步骤，所述导向机构主动改变所述钻头的方向，其中，所述导向机构是推进钻头机构。

8.根据权利要求1所述的用于偏置钻头的不稳定运动以定向地使所述钻头相对于地球沿预定方向进行钻进的方法，进一步包括以下步骤：

从地面上传达所述预定方向。

9.一种具有机器可执行指令的机器可读介质，所述机器可执行指令被构造成执行根据权利要求1所述的用于偏置钻头的不稳定运动以定向地使钻头相对于地球沿预定方向进行钻进的机器可实施的方法。

10.一种适于执行根据权利要求1所述的用于偏置钻头的不稳定运动以定向地使钻头相对于地球沿预定方向进行钻进的机器可执行方法的钻头定向系统。

11.一种用于偏置钻头的不稳定运动或所述钻头与正在被钻进的井眼的内壁之间的不稳定反作用力以定向地使钻头相对于地球沿预定方向进行钻进的钻头定向系统，所述钻头定向系统包括：

偏置机构，所述偏置机构强调所述钻头相对于地球沿所述钻头的所述预定方向的径向运动的分量；

方向传感器，所述方向传感器用于确定所述钻头在井下的方向；和

控制器，所述控制器用于比较预定方向与所述方向，其中，当所述方向偏离所述预定方向或预定方向的范围时，起动所述偏置机构。

12.根据权利要求11所述的用于偏置钻头的不稳定运动以定向地使所述钻头相对于地球沿预定方向进行钻进的钻头定向系统，其中：

所述钻头被制造成沿相对于所述钻头的某一固定方向施加旋转侧向力，并且

所述偏置机构被构造成偏置所述旋转侧向力，藉此，所述钻头倾向于朝向所述预定方向转向。

13.根据权利要求11所述的用于偏置钻头的不稳定运动以定向地使所述钻头相对于地球沿预定方向进行钻进的钻头定向系统，其中，所述控制器位于井下。

14.根据权利要求11所述的用于偏置钻头的不稳定运动以定向地使所述钻头相对于地球沿预定方向进行钻进的钻头定向系统，其中，在地面上确定所述预定方向，并且将所述预定方向传达给所述底部钻具组合。

15.根据权利要求11所述的用于偏置钻头的不稳定运动以定向地使所述钻头相对于地球沿预定方向进行钻进的钻头定向系统，还包括用于代替所述偏置机构使用的导向机构。

16.根据权利要求11所述的用于偏置钻头的不稳定运动以定向地使所述钻头相对于地球沿预定方向进行钻进的钻头定向系统，还包括钻头旋转传感器，其中，所述偏置机构与所述钻头的旋转同步。

17.根据权利要求11所述的用于偏置钻头的不稳定运动以定向地使所述钻头相对于地球沿预定方向进行钻进的钻头定向系统，其中，所述偏置机构以在所述钻头的一些整数圈时与所述钻头的旋转同步的方式被起动。

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