CN109690014B - 带有旋转转向装置以钻井偏斜井筒的旋转可转向钻具组件 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于钻井偏斜井筒的钻井组件,所述钻井组件在一个实施方案中包括转向单元,所述转向单元具有通过倾斜装置联接到下部的上部,其中机电致动装置致使在钻柱旋转时所述倾斜装置关于所述钻井组件中的选定位置倾斜,使所述下部相对于上部沿选定方向倾斜。

Description

带有旋转转向装置以钻井偏斜井筒的旋转可转向钻具组件
相关申请的交叉引用
本申请要求2016年7月14日提交的美国申请第15/210669号的权益,所述美国申请的全部内容通过引用并入文中。
技术领域
本公开大体上涉及用于钻井偏斜井筒的旋转钻井系统,并且具体地涉及利用旋转转向装置钻井偏斜井筒的钻井组件。
背景技术
井或井筒经形成以用于从留存有烃(石油和天然气)的地下地层区域中生产这类烃。为了钻井偏斜井筒,使用包括联接到钻头的转向装置的钻井组件(也称为井底组件或“BHA”)。转向装置使钻井组件的下部倾斜选定量并沿选定方向倾斜以形成井筒的偏斜部分。已经提出了各种类型的转向装置并用于钻井偏斜井筒。钻井组件还包括各种传感器和工具,其提供与土层和钻井参数有关的各种信息。
在一个这类转向装置中,使用如下致动器机构,其中旋转阀将泥浆流朝向活塞致动器转向,而整个工具本体与阀一起在井筒内旋转。在这类机构中,相对于井筒内的瞬时角位置(上、下、左、右)控制阀致动。控制单元相对于井筒保持旋转静止位置(也称为对地静止)。作为示例,如果在钻井期间钻柱并且因此钻井组件以60rpm顺时针旋转,则控制单元由例如电动机驱动以60rpm逆时针旋转。为了保持旋转静止位置,控制单元可包含导航装置,例如加速计和磁力计。在这类系统中,致动力依赖于工具内部的压力和工具外部的环形压力之间的压降。所述压降高度依赖于操作参数并且在很宽的范围内变化。致动行程是基于施加在致动活塞上的压力的反作用力。力和冲程都不是精确可控的。
本文的公开内容提供了利用转向装置的钻井系统,所述转向装置利用与钻井组件一起旋转以钻井偏斜井筒的致动器。
发明内容
在一个方面,公开一种用于钻井井筒的钻井组件,所述钻井组件在一个非限制性实施方案中包括转向装置,所述转向装置包括倾斜装置和致动装置,其中钻井组件的第一部分和第二部分通过倾斜装置联接,并且其中致动装置倾斜倾斜装置,以使得在转向装置旋转时第一部分相对于第二部分沿选定方向倾斜。
在另一个方面,公开了一种形成井筒的方法,所述方法在一个实施方案中包括:输送钻井组件到井筒中,其中所述钻井组件包括在其一端的分解装置,包括倾斜装置和致动装置的转向装置,其中钻井组件的第一部分和第二部分通过倾斜装置联接,并且其中致动装置倾斜倾斜装置以使转向单元旋转时第一部分相对于第二部分关于倾斜装置沿选定方向倾斜;使用分解装置钻井井筒;并且致动致动装置以倾斜倾斜装置以使第一部分相对于上部倾斜并且在转向装置旋转时保持所述倾斜基本上对地静止以形成井筒的偏斜部分。
已相当广泛地概括设备和方法的某些特征的实例,以便可更好地理解其随后的详述,并且以便可了解对本领域的贡献。当然,存在下文将描述并且将构成权利要求的主题的另外特征。
附图说明
为了详细理解本文公开的设备和方法,应参考其附图和详述,其中相同元件通常给定为相同附图标号,并且其中:
图1示出了根据本公开的一个非限制性实施方案的示例性钻井系统的示意图,所述钻井系统可利用转向单元来钻井偏斜井筒;
图2示出了根据本公开的非限制性实施方案的联接到钻头的机电转向装置的某些元件的等距视图,所述钻头用于钻井偏斜井筒;
图3示出了用于图2的转向单元的调节器的非限制性实施方案的等距视图;
图4示出了根据本公开的非限制性实施方案的用于图2的转向单元的模块化机电致动器的某些元件;
图5示出了图2的转向单元的转向单元的部件的等距视图,其被布置用于组装转向单元;以及
图6是根据本公开的非限制性实施方案的钻井组件的框图,所述钻井组件利用具有致动装置和液压施力装置的转向装置。
具体实施方式
图1是示例性的旋转可转向钻井系统100的示意图,其利用钻井组件中的转向装置(也称为转向单元或转向组件)来钻井垂直和偏斜井筒并且在转向装置旋转时保持转向装置对地静止或基本上对地静止。偏斜井筒是任何非垂直的井筒。钻井系统100被示出为包括形成于地层119中的井筒110(也称为“井筒”或“井”),所述井筒包括其中安装有壳体112的上部井筒部分111和用钻柱120钻井的下部井筒部分114。钻柱120包括管状构件116,所述管状构件在其底端承载钻井组件130(也称为“井底组件”或“BHA”)。钻井管件116可以是通过连接管段而制成的钻管。钻井组件130联接到分解装置155(例如钻头),或附接到其底端的另一合适的切割装置。钻井组件130还包括多个装置、工具和传感器,如下所述。钻井组件130还包括转向装置150,以沿任何所需方向转向钻井组件130的部分,所述方法通常被称为地质导向。在一个非限制性实施方案中,转向装置150包括倾斜装置161和致动装置或单元或组件160(例如,机电装置或液压装置),其使一部分(例如钻井组件130的下部165)相对于另一部分(例如钻井组件130的上部166)倾斜。部分165联接到钻头155。通常,致动装置致使倾斜装置161倾斜,这又使下部165并因此使钻头155沿所需或选定方向倾斜或指向选定范围,如参考图2-6更详细地描述。
参考图1,钻柱120被示出为由地表167处的示例性钻机180输送到井筒110中。为了便于说明,图1中所示的示例性钻机180是陆地钻机。本文公开的设备和方法也可以与海上钻机一起使用。联接到钻管116的旋转台169或顶部驱动器169a可用于旋转钻柱120和钻井组件130。地表167处的控制单元(也称为“控制器”或“地表控制器”)190(可以是基于计算机的系统)可用于接收并处理由各种传感器和工具发送的钻井组件130中的数据(稍后描述)和用于控制钻井组件130中各种装置和传感器(包括转向装置150)的选定操作。地表控制器190可以包括处理器192、数据存储装置(或计算机可读介质)194,用于存储处理器192可访问的数据和计算机程序196、用于在钻井井筒110期间确定各种感兴趣参数,以及用于控制钻井组件130中的各种工具的选定操作和钻井井筒110的操作。数据存储装置194可以是任何合适的装置,包括但不限于只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、闪存、磁带、硬盘和光盘。为了钻井井筒110,钻井液179在压力下被泵送到管状构件116中,所述流体穿过钻井组件130并在钻头155的底部110a处排出。钻头155将地层岩石分解成钻屑151。钻井液179经由钻柱120与井筒110之间的环形空间127(也称为“环带”)与钻屑151一起返回到地表167。
仍然参考图1,钻井组件130还可包括一个或多个井下传感器(也被称为随钻测量(MWD)传感器和随钻测井(LWD)传感器或工具,统称为井下装置并由附图标号175表示,以及至少一个控制单元或控制器170,用于处理从传感器175接收的数据。井下装置175可包括用于提供与各种钻井参数有关的测量的传感器,包括但不限于振动、涡旋、粘滑、流速、压力、温度和钻压。钻井组件130还可包括工具,包括但不限于电阻率工具、声学工具、伽马射线工具、核工具和核磁共振工具。这类装置在本领域中是已知的,因此文中不详细描述。钻井组件130还包括发电装置186和合适的遥测单元188,所述遥测单元可以利用任何合适的遥测技术,包括但不限于泥浆脉冲遥测、电磁遥测、声学遥测,以及有线管道。这类遥测技术在本领域中是已知的,因此文中不详细描述。如上所述,钻井组件130包括转向装置150,所述转向装置150使得操作者能够使钻头155在所需方向上转向以在钻井组件旋转时钻井偏斜井筒并且保持转向装置对地静止或基本上对地静止。沿着下部165和上部166设置稳定器,例如稳定器162和164,以稳定转向部150和钻头155。附加的稳定器可用于稳定钻井组件130。控制器170可包括处理器172(例如微处理器)、数据存储装置174(例如固态存储器),以及处理器172可访问的程序176。控制器170与控制器190通信,以控制钻井组件中的工具和装置的各种功能和操作。在钻井期间,转向单元150控制钻头155的倾斜和方向,如参考图2-6更详细地描述。
图2示出了根据本公开的一个非限制性实施方案的转向装置150的某些元件或部件的等距视图,其用于钻井组件(例如,图1的钻井组件130)中使钻头155转向或倾斜以钻井偏斜井筒。钻井组件130包括用于容纳转向装置150的各种元件或部件的外壳或轴环210。转向装置150包括倾斜装置161和致动装置160,用于使下部165相对于上部166倾斜。在一个非限制性实施方案中,倾斜装置161包括调节器242和接头244。上部166和下部165通过接头244联接。调节器242以这样的方式联接到接头244,使得在调节器242沿某个方向移动一定量时致使接头244相应地倾斜。倾斜装置161可由致动装置160沿任何方向倾斜并且以任何所需量倾斜,以使下部165并因此使钻头155关于钻井组件130中的选定点或位置指向任何所需方向。调节器242可以是转环或其他合适的装置。接头244可以是卡登接头、同动接头、等速接头、万能接头、万向接头、虎克式接头、U形接头或其他合适的装置中的一者。接头244在上部166与下部165之间传递轴向和扭转载荷,同时保持两个部分之间的角度柔性。稳定器162和164设置在转向组件150周围的合适位置,例如一个围绕下部165而另一个围绕上部166,以在钻井操作期间为转向单元150和钻头155提供稳定性。在一个非限制性实施方案中,致动装置160还包括合适数量的,例如三个或更多个机电致动器,例如致动器222a、222b和222c,所述致动器在致动装置160中径向间隔地布置。每个这类致动器连接到调节器242的对应端242a-242c。在一个实施方案中,每个致动器是下端可以伸展和缩回以在调节器上基本上平行于轴线230施加所需力的纵向装置,以使调节器160关于转向单元150的纵向轴线230移动。在图2中,致动器222a-222c的端部224a-224c分别直接连接到调节器242的端部或邻接元件242a-242c。如参考图1所述,转向单元150是钻井组件130的部分。在钻井期间,随着钻井组件130旋转,转向单元150并且因此每个致动器随之旋转。每个致动器222a-222c被构造成在调节器242上施加力,如稍后所述,并且取决于所施加的力,调节器242的移动使得下部165并因此使钻头155沿所需方向倾斜。在图2所示的实施方案中,由于致动器222a-222c机械地连接到对应的调节器端部242a-242c,因此由这类致动器施加的力及其各自的行程可经同步以产生任何所需转向方向。尽管所示的致动器222a-222c在调节器242上施加轴向力,但是可以利用任何其他合适的装置(包括但不限于旋转振荡装置)在调节器242上施加力。在一些方面,机电致动单元220的至少一部分的移动可被选择性地调节或限制(例如通过在转向装置中提供止动件来机械地调节或限制,或通过控制器电子地调节或限制)以使下部165相对于上部166倾斜选定倾斜。而且,接头244的倾斜可被选择性地调节或限制,以使下部165相对于上部166倾斜选定倾斜。
图3示出了用于图2的转向单元150的调节器242的非限制性实施方案的等距视图。参照图2和3,调节器242包括圆柱形主体342和多个间隔开的邻接元件或构件,例如连接器322a、322b和322c,其中连接器322a的一端320a连接到调节器端342a并且另一端324a用用于直接连接到致动器222a,连接器322b的一端320b连接到调节器端32a并且另一端324b用于直接连接到致动器222b和连接器322c,并且连接器322c的一端320c连接到调节器242的一端32a并且另一端324c用于直接连接到致动器222c。邻接元件可包括诸如凸轮、曲柄轴的元件;偏心构件;阀;斜坡元件;以及杠杆。在这种配置中,在通过致动器施加力到调节器242上时,调节器242可在任何所需方向上实时地关于工具轴230产生任何所需量的偏心偏移,这提供了钻井期间360度的钻头操纵能力。邻接元件322a-322c上的力产生倾斜161装置的基本上对地静止的倾斜。在替代实施方案中,调节器242可以是液压装置,所述装置致使接头244使下部165相对于上部166倾斜,如参考图6更详细地描述。
图4示出了单独的致动器400的某些元件或部件,所述致动器用作图2的转向单元150中的任何致动器222a-222c。在一个方面,致动器400是包括可伸展和缩回的可移动端420的整体装置。致动器400还包括可沿顺时针和逆时针方向旋转的电动机430。电动机430(顺时针或逆时针)驱动齿轮箱440,所述齿轮箱440又使驱动螺杆450旋转,从而使端部420沿任一方向轴向地旋转。致动器400还包括用于控制电动机430的操作的控制电路460。控制器460包括电路462,并且可以包括微处理器464和存储装置466,所述存储装置466容纳用于控制电动机430的操作的指令或程序。控制电路460经由导体通过总线连接器470联接到电动机430。在一些方面,致动器400还可包括压缩活塞装置或另一合适的装置480,以用于向致动器400提供压力补偿。每个这类致动器可以是插入设置在致动器单元150(图1)中的保护外壳中的整体装置,如参考图5所述。在钻井期间,每个这类致动器由其控制电路控制,所述电路可与控制器270(图1)和/或控制器190(图1)通信,以便在调节器242(图2)上施加力。
图5示出了图2的转向单元150的部件的等距视图,其被布置用于组装转向单元150。如前所述,致动器单元150包括上部166、下部165、调节器242和上部166与下部165之间的接头244。上部166包括孔或袋520a、520b和520c,对应于每个单独的致动器,例如致动器222a-222c。致动器222a被插入孔或袋520a中,致动器222b被插入孔或袋520b中,并且致动器222c被插入孔或袋520c中。致动器222a-222c连接到调节器242的上端242a,如上面参考图2和3所述。调节器242通过接头244连接到下部165,以完成致动器单元组件。转向单元150连接到钻头155。
图6是利用转向装置250的钻井组件200的框图,所述转向装置250包括致动装置280和倾斜装置270。所示的致动装置280与图2中所示的相同,并且包括设置在外壳210中的三个或更多个致动器280a-280c。倾斜装置270包括调节器277和接头274。在一个非限制性实施方案中,调节器277包括对应于每个致动器280a-280c的单独的液压施力装置。在图2中,施力装置277a-277c分别对应于致动器282a-282c并连接到致动器282a-282c。在钻井组件200并且因此转向装置250旋转时,致动器280a-280c选择性地操作对应的施力装置277a-277c,以使下部258相对于上部246关于接头274倾斜。在一个非限制性实施方案中,每个施力装置277a-277c包括与流过钻井组件200中的通道289的加压流体279流体连通的阀和容纳活塞的腔室。在图2的实施方案中,施力装置277a-277c分别包括分别设置在腔室281a-281c中的阀276a-276c和活塞278a-278c。在钻井期间,转向装置250旋转,同时加压钻井液279流过通道289并且通过钻头255中的通道或喷嘴255a离开。排出流体279a经由环带291返回到地表,这在通道289和环带291之间产生压降。在一些方面,本文的公开内容利用这类压降来启动液压施力装置277a-277c,以产生下部246相对于上部246关于接头274的所需倾斜,并在转向组件250旋转时保持这类倾斜对地静止或基本上对地静止。为了经由部分258和246倾斜钻头255,致动器280a-280c选择性地打开和关闭对应的阀276a-276c,从而允许来自通道289的加压流体279流到气缸281a-281c以径向向外地伸展活塞278a-278c,所述活塞在调节器277上施加所需力,以使下部258并因此使钻头255沿所需方向倾斜。每个活塞和气缸组合可包括间隙,例如活塞278a与气缸281a之间的间隙283a以及活塞278c与室281c之间的间隙283c。在阀打开并且活塞被迫回到其气缸中时,这类间隙允许进入腔室的流体从腔室逸出到环带291中。或者,可提供连接在气缸与环带291之间的一个或多个喷嘴或排放孔(未示出),以允许流体从腔室流入环带291。为了在旋转可转向钻井组件200旋转时主动地控制下部258的倾斜,可以依序启动三个或更多个阀276a-276c,并且优选地以与钻井组件200的旋转速度(频率)相同的频率启动,以便在上部246与下部258之间产生对地静止的倾斜。例如,参考图6,如果需要向上钻井方向,则致动器280c暂时打开,迫使活塞278c向外伸展。同时,致动器280a将关闭阀276a,阻止从通道289到活塞278a的压力。由于所有活塞276a-276c通过接头274机械地连接,因此活塞278a将在活塞278c的外侧行程时返回或缩回。在钻井组件200旋转例如180°时并且对于围绕钻井组件200的圆周等距间隔布置的四个致动器的情况,启动将反向,致动器280a打开阀276a并且致动器280c关闭阀276c,从而保持对地静止的倾斜方向。对于图2所示的实施方案,可使用类似方法来倾斜并保持倾斜对地静止。
参考图1-6,本文描述的转向单元150处于旋转钻进系统100的钻井组件130(图1)的下部。转向单元150包括调节器和连接到致动装置的接头,所述致动装置关于钻井组件轴线而操纵或倾斜调节器,而所述钻井组件轴线又使接头倾斜。接头使包含钻头的下部相对于钻井组件的上部倾斜。系统将扭矩从轴环传递到钻头。在一个非限制性实施方案中,调节器通过选定数量个间歇启动的机电致动器而主动地倾斜。致动器与钻井组件一起旋转,并且由来自钻井组件130中的一个或多个位置传感器的信号输入控制。可以利用任何合适的定向传感器,包括但不限于磁力计、加速度计和陀螺仪。这类传感器提供钻井时与井筒取向有关的实时位置信息。取决于调节器的类型和设计,致动器可执行往复或旋转振荡移动,例如,联接到凸轮或曲柄系统的致动器进一步实现在钻井组件的每次回转期间在任何所需方向上偏离钻井组件轴线的偏心偏移,从而产生对地静止力和调节器轴线的偏移。
本文所公开的系统100并不要求控制单元反向旋转工具主体的旋转。位于致动组件的外径中的模块化启动器接收来自位于工具的另一部分中或在钻井组件中处于更上游的控制器的命令信号,所述控制器还可包括导航传感器。这些导航传感器与钻井组件一起旋转。这类机构可解决并处理钻井组件的旋转运动,以便计算瞬时角位置(同时旋转)并且基本上瞬时地向各个致动器生成命令。作为示例,假设钻井组件以1/3转/秒(20rpm)旋转。当前的转向矢量旨在向上指向。假设侧向力元件随着致动单元的正位移而增加偏心率,则导航封装电子设备确定钻井组件或转向单元相对于土层的瞬时角位置并向所有致动器发送命令(行程和力)。在零秒时,一个致动器(例如最下端)接收命令以向外冲程一定距离。在1秒时,转向单元旋转120度,并且同一致动器接收命令以将行程减小到大约中间位置。在1.5秒时,此致动器处于最上端位置,并且导航封装电子设备发送命令以将行程进一步减小在零秒发送的类似值、但不到中间位置。这些命令始终以各自的行程要求发送到每个致动器。随着致动器行程的变化,可实时控制并调节成角倾斜。在这类配置中,每个致动器每个工具回转执行一个行程(从中间位置到正位置和负位置)。为了钻井直的井筒部分,所有致动器在其各自的中间位置处保持静止,因此仅需要最小的能量供应来保持中心位置。倾斜角的量和倾斜角的瞬时方向控制井筒的钻孔方向。
前述公开涉及某些示例性非限制性实施方案。各种修改对本领域技术人员来说应是明显的。旨在所附权利要求的范围内的所有此类修改由前述公开涵盖。权利要求中所使用的词语“包括(comprising)”和“包括(comprises)”应解释为意指“包括但不限于”。另外,摘要不应用于限制权利要求的范围。

Claims (20)

1.一种用于钻井井筒的钻井组件,其包括:
转向单元,所述转向单元具有倾斜装置和致动装置,其中所述钻井组件的第一部分和第二部分通过所述倾斜装置联接,并且其中,所述第一部分联接到钻头,以及
其中,所述致动装置致使所述倾斜装置的倾斜,以使得在所述转向单元旋转时所述钻头以及联接到所述钻头的所述第一部分相对于所述第二部分沿选定的第一方向倾斜。
2.如权利要求1所述的钻井组件,其中,所述致动装置以如下方式在所述倾斜装置上施加力,以使得在所述转向单元旋转时保持所述倾斜装置对地静止或基本上对地静止的倾斜。
3.如权利要求1所述的钻井组件,其中,所述倾斜装置包括调节器,并且其中,所述致动装置施加力到所述调节器上,以使所述调节器沿选定的第二方向移动。
4.如权利要求3所述的钻井组件,其中,所述倾斜装置还包括联接到所述致动装置的接头,其中由所述致动装置在所述调节器上施加力使得所述钻头以及联接到所述钻头的所述第一部分相对于所述第二部分关于所述接头倾斜。
5.如权利要求1所述的钻井组件,其中,所述致动装置的至少一部分的运动可选择性地调节,以使所述钻头以及联接到所述钻头的所述第一部分相对于所述第二部分以选定倾斜倾斜。
6.如权利要求4所述的钻井组件,其中,所述接头的倾斜可选择性地调节,以使所述钻头以及联接到所述钻头的所述第一部分相对于所述第二部分以选定倾斜倾斜。
7.如权利要求1所述的钻井组件,其中,所述倾斜装置是液压装置,并且其中,所述致动装置驱动所述液压装置,以使所述钻头以及联接到所述钻头的所述第一部分相对于所述第二部分倾斜。
8.如权利要求7所述的钻井组件,其中,所述致动装置选择性地操作所述液压装置的阀,以使流过所述钻井组件的流体转向,从而使所述钻头以及联接到所述钻头的所述第一部分相对于所述第二部分倾斜。
9.如权利要求1所述的钻井组件,其中,所述致动装置包括一个或多个间隔开的致动器,并且其中,所述一个或多个间隔开的致动器中的每个致动器构造成在所述倾斜装置的一个或多个邻接元件上施加力。
10.如权利要求9所述的钻井组件,其还包括控制器,所述控制器控制所述一个或多个间隔开的致动器中的至少一个致动器的移动。
11.如权利要求9所述的钻井组件,其中,所述一个或多个邻接元件选自由以下各项组成的组:凸轮;曲柄轴;偏心构件;阀;斜坡元件;以及杠杆。
12.如权利要求9所述的钻井组件,其中,在所述倾斜装置的一个或多个邻接元件上施加的所述力产生所述倾斜装置的基本上对地静止的倾斜。
13.如权利要求1所述的钻井组件,其还包括控制器,所述控制器响应于感兴趣参数来控制所述倾斜装置的所述倾斜。
14.如权利要求13所述的钻井组件,其中,所述感兴趣参数是从选自由以下各项组成的组的传感器的响应获得的:加速器;陀螺仪;磁力计;地层评估传感器。
15.如权利要求9所述的钻井组件,其中,在所述转向单元的每圈旋转过程中,所述一个或多个间隔开的致动器中的每个致动器在所述一个或多个邻接元件上施加力一次。
16.一种钻井井筒的方法,其包括:
输送钻井组件到所述井筒中,其中所述钻井组件包括:在其一端的钻头;包括倾斜装置和致动装置的转向单元,其中所述钻井组件的第一部分和第二部分通过所述倾斜装置联接,并且其中,所述第一部分联接到所述钻头,并且其中,所述致动装置倾斜所述倾斜装置,以在所述转向单元旋转时使所述钻头以及联接到所述钻头的所述第一部分相对于所述第二部分关于所述倾斜装置沿选定方向倾斜;
使用所述钻头钻井所述井筒;以及
致动所述致动装置以倾斜所述倾斜装置,以使所述钻头以及联接到所述钻头的所述第一部分相对于所述第二部分倾斜并在所述钻井组件旋转时保持倾斜对地静止以形成所述井筒的偏斜部分。
17.如权利要求16所述的方法,其中,所述倾斜装置包括调节器和接头,并且其中,所述方法还包括在所述调节器上施加力以倾斜所述接头,从而使所述钻头以及联接到所述钻头的所述第一部分相对于所述第二部分沿所述选定方向倾斜。
18.如权利要求16所述的方法,其中,所述致动装置包括多个间隔开的致动器,并且其中,所述多个间隔开的致动器中的每个致动器构造成在所述倾斜装置的邻接元件上施加力。
19.如权利要求16所述的方法,其还包括:选择性地调节所述致动装置的至少一部分的移动,以使所述钻头以及联接到所述钻头的所述第一部分相对于所述第二部分以选定倾斜倾斜。
20.如权利要求16所述的方法,其中所述致动装置包括多个致动器,其中,所述方法还包括致使所述多个致动器中的每个致动器从所述钻井组件的每次回转的中间位置执行一个行程以钻井所述井筒的所述偏斜部分。
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Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11326437B2 (en) * 2013-06-12 2022-05-10 Well Resolutions Technology Universal bottomhole assembly node (UBHAN) providing communications to and from rotary steerable systems (RSS) and real time azimuthal resistivity imaging for geosteering and pressure while drilling (FWD) for well control
US10378283B2 (en) 2016-07-14 2019-08-13 Baker Hughes, A Ge Company, Llc Rotary steerable system with a steering device around a drive coupled to a disintegrating device for forming deviated wellbores
US11396775B2 (en) 2016-07-14 2022-07-26 Baker Hughes, A Ge Company, Llc Rotary steerable drilling assembly with a rotating steering device for drilling deviated wellbores
US10267091B2 (en) 2016-07-14 2019-04-23 Baker Hughes, A Ge Company, Llc Drilling assembly utilizing tilted disintegrating device for drilling deviated wellbores
CN108035677B (zh) * 2017-11-14 2019-08-16 中国科学院地质与地球物理研究所 一种混合式旋转导向装置
WO2020210905A1 (en) * 2019-04-15 2020-10-22 Sparrow Downhole Tools Ltd. Rotary steerable drilling system
CN110056323A (zh) * 2019-04-18 2019-07-26 江苏中船海洋设备有限公司 高效复式防别卡钻钻绞式铣锥
CN213450246U (zh) * 2019-06-06 2021-06-15 万晓跃 一种易造斜混合式旋转导向钻井系统
CN110821406A (zh) * 2019-11-27 2020-02-21 马鸿彦 具有自找平式导向器的液压驱动定向井钻井装置
WO2022026559A1 (en) * 2020-07-31 2022-02-03 Baker Hughes, A Ge Company, Llc A rotary steerable drilling assembly with a rotating steering device for drilling deviated wellbores
CN215169854U (zh) * 2021-06-11 2021-12-14 中国地质大学(武汉) 一种套管保护式水平定向钻进工程地质勘察同轴取芯装置

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020014354A1 (en) * 1999-01-27 2002-02-07 Patterson William N. Hydraulic in-the-hole percussion rock drill
CN1413285A (zh) * 1999-12-20 2003-04-23 哈利伯顿能源服务公司 三维操纵系统
US20120018225A1 (en) * 2010-07-21 2012-01-26 Baker Hughes Incorporated Tilted bit rotary steerable drilling system
US20120043133A1 (en) * 2010-08-20 2012-02-23 Breakthrough Design Annular Device for Radial Displacements of Interconnected Parts
CN104411916A (zh) * 2012-07-11 2015-03-11 普拉德研究及开发股份有限公司 具有流动控制阀的钻井系统
CN104884728A (zh) * 2012-12-29 2015-09-02 哈利伯顿能源服务公司 具有液压致动离合器的井下钻井组件及其使用方法
US20160108679A1 (en) * 2014-10-15 2016-04-21 Schlumberger Technology Corporation Pad in Bit Articulated Rotary Steerable System

Family Cites Families (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2971770A (en) 1958-03-24 1961-02-14 Gen Motors Corp Ball joint assembly for vehicle wheel suspension
US3743034A (en) * 1971-05-03 1973-07-03 Shell Oil Co Steerable drill string
US3941197A (en) * 1974-07-01 1976-03-02 Hughes Tool Company Rotary percussion earth boring bit
US4703814A (en) * 1986-01-16 1987-11-03 Hughes Tool Company - Usa Earth boring bit having a replaceable, threaded nozzle with wrench socket
US4974688A (en) 1989-07-11 1990-12-04 Public Service Company Of Indiana, Inc. Steerable earth boring device
US5503236A (en) 1993-09-03 1996-04-02 Baker Hughes Incorporated Swivel/tilting bit crown for earth-boring drills
RU2114273C1 (ru) * 1994-09-26 1998-06-27 Государственное научно-производственное предприятие "Пилот" Способ бурения наклонно направленных скважин и устройство для его осуществления
US6092610A (en) 1998-02-05 2000-07-25 Schlumberger Technology Corporation Actively controlled rotary steerable system and method for drilling wells
US6158529A (en) 1998-12-11 2000-12-12 Schlumberger Technology Corporation Rotary steerable well drilling system utilizing sliding sleeve
US6109372A (en) * 1999-03-15 2000-08-29 Schlumberger Technology Corporation Rotary steerable well drilling system utilizing hydraulic servo-loop
US6837315B2 (en) 2001-05-09 2005-01-04 Schlumberger Technology Corporation Rotary steerable drilling tool
US7188685B2 (en) 2001-12-19 2007-03-13 Schlumberge Technology Corporation Hybrid rotary steerable system
US7287604B2 (en) 2003-09-15 2007-10-30 Baker Hughes Incorporated Steerable bit assembly and methods
US7389830B2 (en) 2005-04-29 2008-06-24 Aps Technology, Inc. Rotary steerable motor system for underground drilling
US7360609B1 (en) 2005-05-05 2008-04-22 Falgout Sr Thomas E Directional drilling apparatus
FR2898935B1 (fr) * 2006-03-27 2008-07-04 Francois Guy Jacques Re Millet Dispositif d'orientation d'outils de forage
US8590636B2 (en) 2006-04-28 2013-11-26 Schlumberger Technology Corporation Rotary steerable drilling system
GB2450498A (en) 2007-06-26 2008-12-31 Schlumberger Holdings Battery powered rotary steerable drilling system
US7669669B2 (en) * 2007-07-30 2010-03-02 Schlumberger Technology Corporation Tool face sensor method
GB2455734B (en) 2007-12-19 2010-03-24 Schlumberger Holdings Steerable system
RU2457310C2 (ru) * 2007-12-19 2012-07-27 Шлюмбергер Текнолоджи Б.В. Направляющая система и система направленного бурения, содержащая указанную систему
US7779933B2 (en) 2008-04-30 2010-08-24 Schlumberger Technology Corporation Apparatus and method for steering a drill bit
US8016050B2 (en) * 2008-11-03 2011-09-13 Baker Hughes Incorporated Methods and apparatuses for estimating drill bit cutting effectiveness
US20110284292A1 (en) 2009-02-26 2011-11-24 Halliburton Energy Services, Inc. Apparatus and Method for Steerable Drilling
US8307914B2 (en) 2009-09-09 2012-11-13 Schlumberger Technology Corporation Drill bits and methods of drilling curved boreholes
US9556677B2 (en) * 2012-02-17 2017-01-31 Halliburton Energy Services, Inc. Directional drilling systems
CN104619944B (zh) 2012-06-12 2016-09-28 哈利伯顿能源服务公司 模块化旋转式可导向致动器、导向工具、及具有模块化致动器的旋转式可导向钻井系统
US9140114B2 (en) * 2012-06-21 2015-09-22 Schlumberger Technology Corporation Instrumented drilling system
US9057223B2 (en) 2012-06-21 2015-06-16 Schlumberger Technology Corporation Directional drilling system
US9371696B2 (en) * 2012-12-28 2016-06-21 Baker Hughes Incorporated Apparatus and method for drilling deviated wellbores that utilizes an internally tilted drive shaft in a drilling assembly
US9366087B2 (en) 2013-01-29 2016-06-14 Schlumberger Technology Corporation High dogleg steerable tool
US9828804B2 (en) 2013-10-25 2017-11-28 Schlumberger Technology Corporation Multi-angle rotary steerable drilling
US10174560B2 (en) 2015-08-14 2019-01-08 Baker Hughes Incorporated Modular earth-boring tools, modules for such tools and related methods
US10378283B2 (en) 2016-07-14 2019-08-13 Baker Hughes, A Ge Company, Llc Rotary steerable system with a steering device around a drive coupled to a disintegrating device for forming deviated wellbores
US10267091B2 (en) 2016-07-14 2019-04-23 Baker Hughes, A Ge Company, Llc Drilling assembly utilizing tilted disintegrating device for drilling deviated wellbores

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020014354A1 (en) * 1999-01-27 2002-02-07 Patterson William N. Hydraulic in-the-hole percussion rock drill
CN1413285A (zh) * 1999-12-20 2003-04-23 哈利伯顿能源服务公司 三维操纵系统
US20120018225A1 (en) * 2010-07-21 2012-01-26 Baker Hughes Incorporated Tilted bit rotary steerable drilling system
US20120043133A1 (en) * 2010-08-20 2012-02-23 Breakthrough Design Annular Device for Radial Displacements of Interconnected Parts
CN104411916A (zh) * 2012-07-11 2015-03-11 普拉德研究及开发股份有限公司 具有流动控制阀的钻井系统
CN104884728A (zh) * 2012-12-29 2015-09-02 哈利伯顿能源服务公司 具有液压致动离合器的井下钻井组件及其使用方法
US20160108679A1 (en) * 2014-10-15 2016-04-21 Schlumberger Technology Corporation Pad in Bit Articulated Rotary Steerable System

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Publication number Publication date
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