RU2574429C2 - Valves of bottom-hole assembly and method for selective actuation of motor - Google Patents
Valves of bottom-hole assembly and method for selective actuation of motor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2574429C2 RU2574429C2 RU2012113633/03A RU2012113633A RU2574429C2 RU 2574429 C2 RU2574429 C2 RU 2574429C2 RU 2012113633/03 A RU2012113633/03 A RU 2012113633/03A RU 2012113633 A RU2012113633 A RU 2012113633A RU 2574429 C2 RU2574429 C2 RU 2574429C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- disk
- cylinder
- valve
- hole
- outlet
- Prior art date
Links
- 238000005553 drilling Methods 0.000 claims abstract description 55
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 32
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 8
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 4
- 230000000712 assembly Effects 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 6
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 3
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 2
- 229910000906 Bronze Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000975 Carbon steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000997 High-speed steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 238000005296 abrasive Methods 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 1
- 239000010974 bronze Substances 0.000 description 1
- 239000010962 carbon steel Substances 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000011010 flushing procedure Methods 0.000 description 1
- 238000005552 hardfacing Methods 0.000 description 1
- -1 hardfacing Substances 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 1
- 238000009666 routine test Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Предпосылки изобретенияBACKGROUND OF THE INVENTION
Забойные турбинные двигатели являются мощными источниками энергии, используемыми в операциях бурения для вращения бурового долота, генерирования электроэнергии и т.п. Скорость и крутящий момент, создаваемые забойным турбинным двигателем, зависят от его конструктивного исполнения и подачи промывочного раствора (бурового раствора) в забойный турбинный двигатель. Управление данными параметрами осуществляют с наземного оборудования скважины, регулируя интенсивность подачи и давление бурового раствора и корректируя осевую нагрузку на долото. Точность управления с помощью данных методик является неудовлетворительной. Двигатели могут глохнуть и скорость их может меняться вследствие нагрузки и перемещения бурильной колонны. Соответственно, существует необходимость создания устройств и способов для более надежного и точного управления работой забойного турбинного двигателя.Downhole turbine engines are powerful sources of energy used in drilling operations to rotate a drill bit, generate electricity, etc. The speed and torque created by the downhole turbine engine depend on its design and the supply of drilling fluid (drilling mud) to the downhole turbine engine. These parameters are controlled from the ground equipment of the well, adjusting the flow rate and pressure of the drilling fluid and adjusting the axial load on the bit. The accuracy of the control using these techniques is unsatisfactory. The engines may stall and their speed may vary due to load and movement of the drill string. Accordingly, there is a need to create devices and methods for more reliable and accurate control of the operation of a downhole turbine engine.
Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION
Объектами настоящего изобретения являются клапаны, компоновки низа бурильной колонны и способы избирательного приведения в действие двигателя.The objects of the present invention are valves, bottom-hole assemblies and methods for selectively actuating an engine.
В одном аспекте создан клапан, содержащий цилиндр, имеющий внутреннее пространство с круглым поперечным сечением, впускное отверстие, выпускное отверстие, перепускное отверстие, первый диск, размещенный с возможностью вращения в цилиндре, и второй диск, размещенный с возможностью вращения в цилиндре и прижатый к первому диску для выборочного образования уплотнения. Первый диск и второй диск имеет дроссельное отверстие.In one aspect, a valve is provided comprising a cylinder having an inner space with a circular cross section, an inlet, an outlet, a bypass hole, a first disk rotatably disposed in the cylinder, and a second disk rotatably disposed in the cylinder and pressed against the first drive for selective formation of seals. The first disk and the second disk have a throttle hole.
Клапан может иметь различные варианты осуществления. В одном варианте осуществления цилиндр образует ближний конец и дальний конец, впускное отверстие и перепускное отверстие расположены вблизи дисков и выпускное отверстие расположено на расстоянии от дисков. Диски могут иметь, по существу, круговой профиль. Дроссельное отверстие может быть ограничено круговым профилем дисков. В некоторых вариантах осуществления дроссельное отверстие имеет, по существу, секторную форму.The valve may have various embodiments. In one embodiment, the cylinder forms a proximal end and a distal end, an inlet and a bypass are located near the disks and the outlet is located at a distance from the disks. Disks may have a substantially circular profile. The throttle bore may be limited by the circular profile of the discs. In some embodiments, the throttle aperture has a substantially sectorial shape.
Первый диск может быть соединен с первым шпинделем, и второй диск может быть соединен со вторым шпинделем. Диски могут быть сжаты вместе шпинделями. Диски могут быть сжаты вместе одной или несколькими пружинами. Диски могут быть сжаты вместе с помощью одного или нескольких подшипников.The first disk may be connected to the first spindle, and the second disk may be connected to the second spindle. Disks can be compressed together with spindles. Discs can be compressed together with one or more springs. Discs can be compressed together using one or more bearings.
Диски могут включать в себя износостойкий материал. Первый диск может быть соединен с блоком управления. Второй диск может быть соединен с ротором в двигателе. Выпускное отверстие может сообщаться с двигателем. Впускное отверстие может сообщаться с внутренней полостью бурильной колонны. Перепускное отверстие может сообщаться с внутренней полостью бурильной колонны.Discs may include wear resistant material. The first disk may be connected to the control unit. The second disk may be connected to the rotor in the engine. The outlet may communicate with the engine. The inlet may communicate with the interior of the drill string. The bypass hole may communicate with the inner cavity of the drill string.
В другом аспекте создана компоновка низа бурильной колонны, содержащая двигатель, включающий в себя ротор и статор, клапан, включающий в себя цилиндр, имеющий внутреннее пространство с круглым поперечным сечением, впускное отверстие, выпускное отверстие, перепускное отверстие, первый диск, размещенный с возможностью вращения в цилиндре и имеющий дроссельное отверстие, и второй диск, размещенный с возможностью вращения в цилиндре, прижатый к первому диску для выборочного образования уплотнения и имеющий дроссельное отверстие и блок управления. Первый диск соединен с блоком управления. Второй диск соединен с ротором. Выпускное отверстие сообщено со статором.In another aspect, a bottom hole assembly is provided comprising a motor including a rotor and a stator, a valve including a cylinder having an inner space with a circular cross-section, an inlet, an outlet, an overflow hole, a first rotatably arranged disk in the cylinder and having a throttle aperture, and a second disk rotatably disposed in the cylinder, pressed against the first disk to selectively form a seal and having a throttle bore and a control unit phenomena. The first disk is connected to the control unit. The second disk is connected to the rotor. The outlet is communicated with the stator.
Компоновка низа бурильной колонны может иметь различные варианты осуществления. В одном варианте осуществления впускное отверстие сообщено с источником текучей среды. Источником текучей среды может являться внутренняя полость компоновки низа бурильной колонны. Перепускное отверстие может сообщаться с внутренней полостью.The bottom of the drill string may have various options for implementation. In one embodiment, the inlet is in fluid communication with the source. The source of fluid may be the interior cavity of the bottom of the drill string. The bypass hole may communicate with the internal cavity.
В другом аспекте изобретения создан способ избирательного приведения в действие двигателя, включающего в себя ротор и статор. Способ содержит создание клапана, включающего в себя цилиндр, имеющий внутреннее пространство с круглым поперечным сечением, впускное отверстие, выпускное отверстие, перепускное отверстие, первый диск, размещенный с возможностью вращения в цилиндре и имеющий дроссельное отверстие, и второй диск, размещенный с возможностью вращения в цилиндре, прижатый к первому диску для выборочного образования уплотнения и имеющий дроссельное отверстие, создание блока управления, соединенного с первым диском, и избирательное приведение в действие блока управления для поворота первого диска в нужное положение для обеспечения избирательной подачи текучей среды через дроссельные отверстия и к двигателю. Второй диск соединен с ротором. Выпускное отверстие сообщено с двигателем.In another aspect of the invention, a method for selectively actuating an engine including a rotor and a stator is provided. The method comprises creating a valve including a cylinder having an inner space with a circular cross-section, an inlet, an outlet, a bypass hole, a first disk rotatably disposed in the cylinder and having a throttle aperture, and a second disk rotatably disposed in cylinder pressed against the first disk to selectively form a seal and having a throttle bore, creating a control unit connected to the first disk, and selectively actuating the bl Single control to rotate the first disc to the desired position for selectively supplying fluid through the throttle opening and the engine. The second disk is connected to the rotor. The outlet is in communication with the engine.
Описание чертежейDescription of drawings
Для более полного понимания сущности и задач, решаемых настоящим изобретением, ниже приведено подробное описание со ссылками на приложенные чертежи. На прилагаемых чертежах одинаковыми позициями обозначены соответствующие части по всем фигурам. На чертежах показано следующее.For a more complete understanding of the nature and objectives of the present invention, the following is a detailed description with reference to the attached drawings. In the accompanying drawings, the same positions denote the corresponding parts in all figures. The drawings show the following.
На фиг.1 показана система буровой площадки, в которой можно использовать настоящее изобретение.1 shows a well site system in which the present invention can be used.
На фиг.2A и 2B показано поперечное сечение клапана с торцовым уплотнением согласно одному варианту осуществления изобретения.2A and 2B show a cross section of a mechanical seal valve according to one embodiment of the invention.
На фиг.3A-3D показано взаимодействие дисков в цилиндре согласно одному варианту осуществления изобретения.3A-3D illustrate disk interaction in a cylinder according to one embodiment of the invention.
На фиг.4 показано поперечное сечение компоновки низа бурильной колонны, включающей в себя забойный двигатель и клапан, согласно одному варианту осуществления изобретения.4 is a cross-sectional view of a bottom assembly of a drill string including a downhole motor and valve according to one embodiment of the invention.
На фиг.5 показан способ избирательного приведения в действие двигателя согласно одному варианту осуществления изобретения.5 shows a method for selectively driving an engine according to one embodiment of the invention.
Подробное описание изобретенияDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Объектами изобретения являются клапаны, компоновки низа бурильной колонны и способы избирательного приведения в действие двигателя. Различные варианты осуществления изобретения могут быть использованы в системах буровой площадки.Objects of the invention are valves, bottom-hole assemblies, and methods for selectively actuating an engine. Various embodiments of the invention may be used in well site systems.
Система буровой площадкиRig site system
На фиг.1 показана система буровой площадки, на которой настоящее изобретение можно использовать. Буровая площадка может быть сухопутной или морской. В данном варианте системы ствол 11 скважины выполнен в подземных пластах с помощью роторного бурения хорошо известным способом. В вариантах осуществления изобретения можно также использовать наклонно-направленное бурение, как описано ниже в данном документе.1 shows a well site system on which the present invention can be used. The drilling site may be land or offshore. In this embodiment of the system, the
Бурильная колонна 12 подвешена в стволе 11 скважины и имеет компоновку низа бурильной колонны (КНБК) 100, которая включает в себя буровое долото 105 на своем нижнем конце. Наземная часть системы включает в себя компоновку 10 основания и вышки, установленные над стволом 11 скважины, и включающую в себя ротор 16, ведущую бурильную трубу 17, крюк 18 и вертлюг 19. Бурильную колонну 12 вращает ротор 16, приводимый в действие средством, которое не показано, и соединенный с ведущей бурильной трубой 17 на верхнем конце бурильной колонны. Бурильная колонна 12 подвешена на крюке 18, прикрепленном к талевому блоку (также не показано) через ведущую бурильную трубу 17 и вертлюг 19, что обеспечивает вращение бурильной колонны относительно крюка. Известно, что можно альтернативно использовать систему верхнего привода.The
В данном варианте осуществления наземная система дополнительно включает в себя буровой раствор или промывочный раствор 26, находящийся в емкости 27 на буровой площадке. Насос 29 подает буровой раствор 26 внутрь бурильной колонны 12 через отверстие в вертлюге 19, обуславливая перемещение бурового раствора вниз через бурильную колонну 12, как показано стрелкой 8. Буровой раствор выходит из бурильной колонны 12 через отверстия в буровом долоте 105 и затем циркулирует вверх через зону кольцевого пространства между наружной поверхностью бурильной колонны и стенкой ствола скважины в направлении, показанном стрелками 9. В данном хорошо известном способе буровой раствор смазывает буровое долото 105 и уносит на поверхность выбуренную породу при возврате в емкость 27 для повторной циркуляции.In this embodiment, the surface system further includes drilling fluid or flushing
Компоновка 100 низа бурильной колонны показанного варианта осуществления включает в себя модуль 120 каротажа во время бурения, модуль 130 измерений во время бурения, роторную управляемую систему и двигатель и буровое долото 105.The
Модуль 120 каротажа во время бурения размещен в известной специальной утяжеленной бурильной трубе и может содержать один или множество известных каротажных инструментов. Следует также понимать, что несколько модулей каротажа во время бурения и/или измерений во время бурения можно использовать, например, как представлено позицией 120A. Ссылки на модуль 120 могут альтернативно также означать модуль позиции 120A. Модуль каротажа во время бурения имеет возможность измерения, обработки и хранения информации, а также осуществления связи с наземным оборудованием. В настоящем варианте осуществления модуль каротажа во время бурения включает в себя устройство измерения давления.The
Модуль 130 измерений во время бурения также размещен в известной специальной утяжеленной бурильной трубе и может содержать одно или несколько устройств для измерения характеристик бурильной колонны и бурового долота. Инструмент измерений во время бурения дополнительно включает в себя устройство (не показано) для генерирования электроэнергии для скважинной системы. Такое устройство может обычно включать в себя забойный турбогенератор (также известный как «забойный турбинный двигатель»), приводимый в действие потоком бурового раствора, при этом следует понимать, что и другие системы электропитания и/или батареи можно использовать. В настоящем варианте осуществления модуль измерений во время бурения включает в себя одно или несколько следующих измерительных устройств: устройство измерения осевой нагрузки на долото, устройство измерения крутящего момента, устройство измерения вибрации, устройство измерения ударной нагрузки, устройство измерения прихвата и проскальзывания, устройство измерения азимута и инклинометр.The
В частности, предпочтительным является использование системы в сочетании с управлением направлением бурения или «наклонно-направленным бурением». В данном варианте осуществления создана подсистема 150 роторного управляемого бурения (фиг.1). Наклонно-направленное бурение является намеренным отклонением ствола скважины от естественной траектории. Другими словами, наклонно-направленное бурение является управлением направлением бурильной колонны так, что колонна перемещается в нужном направлении.In particular, it is preferable to use the system in combination with control of the direction of drilling or "directional drilling." In this embodiment, a rotary controlled
Наклонно-направленное бурение является, например, предпочтительным в морском бурении, поскольку обеспечивает бурение множества скважин с одной платформы. Наклонно-направленное бурение также обеспечивает горизонтальное бурение через коллектор. Горизонтальное бурение обеспечивает пересечение коллектора отрезком большей длины ствола скважины, что увеличивает дебит скважины.Directional drilling is, for example, preferable in offshore drilling, as it enables the drilling of multiple wells from one platform. Directional drilling also provides horizontal drilling through the reservoir. Horizontal drilling ensures the intersection of the reservoir with a segment of a larger length of the wellbore, which increases the flow rate of the well.
Систему наклонно-направленного бурения можно также использовать в вертикальном бурении. Часто буровое долото отклоняется от заданного направления проектной траектории бурения по причине непредсказуемого характера пластов проходки или изменения сил, действующих на буровое долото. Когда такое отклонение происходит, систему наклонно-направленного бурения можно использовать для приведения бурового долота обратно на нужный курс.A directional drilling system can also be used in vertical drilling. Often, the drill bit deviates from the specified direction of the projected drilling path due to the unpredictable nature of the penetration layers or changes in the forces acting on the drill bit. When such a deviation occurs, the directional drilling system can be used to bring the drill bit back to the desired course.
Известный способ наклонно-направленного бурения включает в себя использование роторных управляемых систем. В данных системах бурильную колонну вращают с поверхности, и забойные устройства обеспечивают бурение буровым долотом в нужном направлении. Вращение бурильной колонны значительно уменьшает возможность застревания бурильной колонны или прихвата во время бурения.A known method of directional drilling involves the use of rotary controlled systems. In these systems, the drill string is rotated from the surface, and downhole devices provide drilling with the drill bit in the desired direction. Rotation of the drill string significantly reduces the possibility of sticking of the drill string or stick during drilling.
Роторные управляемые системы для бурения наклонно-направленных стволов скважины в геологической среде можно в общем классифицировать как системы с направлением долота или «отклонением долота».Rotary guided systems for drilling directional boreholes in a geological environment can generally be classified as systems with bit direction or “bit deviation”.
В системе с направлением долота ось вращения бурового долота отклоняется от локальной оси компоновки низа бурильной колонны в общем направлении нового ствола. Проводку ствола выполняют согласно обычной трехточечной геометрии, образованной верхней и нижней точками касания центратора с жесткими лопастями и буровым долотом. Угол отклонения оси бурового долота в соединении с конечным расстоянием между буровым долотом и нижним центратором обеспечивает в результате условие неколлинеарности, требуемое для создания кривой. Существует много способов достижения данного условия, включающих в себя фиксированное искривление в точке компоновки низа бурильной колонны вблизи нижнего центратора или изгиб приводного вала бурового долота между верхним и нижним центратором. В идеализированной форме, от бурового долота не требуется бокового разрушения породы, поскольку ось долота непрерывно поворачивается в направлении искривленного ствола. Примеры роторных управляемых систем с позиционированием долота и способов управления ими описаны в патентах США № 6394193, 6364034, 6244361, 6158529, 6092610, и 5113953 и публикациях патентных заявок США № 2002/0011359 и 2001/0052428.In a system with a direction of the bit, the axis of rotation of the drill bit deviates from the local axis of the layout of the bottom of the drill string in the general direction of the new shaft. Posting the trunk is performed according to the usual three-point geometry formed by the upper and lower points of contact of the centralizer with rigid blades and a drill bit. The angle of deviation of the axis of the drill bit in conjunction with a finite distance between the drill bit and the lower centralizer provides the result of non-collinearity required to create a curve. There are many ways to achieve this condition, including fixed curvature at the point of assembly of the bottom of the drill string near the lower centralizer or bending the drive shaft of the drill bit between the upper and lower centralizer. In an idealized form, lateral rock failure is not required from the drill bit, since the axis of the bit continuously rotates in the direction of the curved shaft. Examples of rotary controlled positioning systems with bit positioning and methods for controlling them are described in US Patent Nos. 6394193, 6364034, 6244361, 6158529, 6092610, and 5113953 and US Patent Application Publications Nos. 2002/0011359 and 2001/0052428.
В роторной управляемой системе с отклонением долота обычно нет специально идентифицированного механизма для отклонения оси долота от локальной оси компоновки низа бурильной колонны; вместо этого требуемое условие неколлинеарности получают, обуславливая приложение внецентренного усилия верхним и/или нижним центратором или смещение в направлении предпочтительной ориентации относительно направления продвижения ствола. Также существуют многочисленные способы, которыми указанного можно достигать, включающие в себя использование невращающихся (относительно ствола) эксцентричных центраторов (подходы на основе смещения) и эксцентричных исполнительных механизмов, прикладывающих усилие к буровому долоту для необходимого управления направлением бурения. Также управление направлением получают, создавая условие неколлинеарности между буровым долотом и, по меньшей мере, двумя другими точками касания. В идеализированной форме от бурового долота требуется боковое разрушение породы для создания искривленного ствола. Примеры роторных управляемых систем с отклонением долота и способов их работы описаны в патентах США № 6089332, 5971085, 5803185, 5778992, 5706905, 5695015, 5685379, 5673763, 5603385, 5582259, 5553679, 5553678, 5520255 и 5265682.In a rotary controlled system with a deviation of the bit, there is usually no specially identified mechanism for deviating the axis of the bit from the local axis of the layout of the bottom of the drill string; instead, the desired noncollinearity condition is obtained by causing an eccentric force to be applied by the upper and / or lower centralizer or an offset in the preferred orientation relative to the direction of the barrel advance. There are also numerous ways that this can be achieved, including the use of non-rotating (relative to the barrel) eccentric centralizers (displacement-based approaches) and eccentric actuators that apply force to the drill bit for the necessary control of the direction of drilling. Directional control is also obtained by creating a non-collinearity condition between the drill bit and at least two other tangent points. In an idealized form, a lateral rock break is required from the drill bit to create a curved shaft. Examples of rotary controlled systems with bit deviation and methods of their operation are described in US patent No. 6089332, 5971085, 5803185, 5778992, 5706905, 5695015, 5685379, 5673763, 5603385, 5582259, 5553679, 5553678, 5520255 and 5265682.
Клапаны с торцовым уплотнениемMechanical Seal Valves
На фиг.2A и 2B показано поперечное сечение клапана 200 с торцовым уплотнением. Клапан 200 с торцовым уплотнением включает в себя цилиндр 202, первый диск 204a и второй диск 204b.On figa and 2B shows a cross section of the
Цилиндр 202 имеет внутреннюю зону 206, имеющую, по существу, круглое поперечное сечение, ближний конец 208 и дальний конец 210. Цилиндр 202 также включает в себя впускное отверстие 212, выпускное отверстие 214 и перепускное отверстие 216. Впускное отверстие 212 и перепускное отверстие 216 расположены вблизи диска 204. Выпускное отверстие 214 расположено на расстоянии от диска 204.The
Диски 204 имеют, по существу, круговой профиль, стыкующийся, по существу, с проходящей по окружности стенкой цилиндра 202. Диски 204 включают в себя одно или несколько дроссельных отверстий 218 для обеспечения прохода текучей среды через клапан 200 из впускного отверстия 212 в выпускное отверстие 214, когда дроссельные отверстия 218 совмещены, как показано на фиг.2B.The disks 204 have a substantially circular profile that extends substantially along the circumferential wall of the
Как показано на фиг.2A, когда диски 204 повернуты в положение, в котором дроссельные отверстия 218 не совмещены, текучая среда не может проходить через дроссельные отверстия 218 в выпускное отверстие 214 и вместо этого проходит через перепускное отверстие 216.As shown in FIG. 2A, when the disks 204 are rotated to a position where the throttle openings 218 are not aligned, the fluid cannot pass through the throttle openings 218 to the
Как показано на фиг.2B, когда диски 204 повернуты в положение, в котором дроссельные отверстия 218 совмещены, текучая среда может проходить через дроссельные отверстия 218 и выходит из цилиндра 202 через выпускное отверстие 214.As shown in FIG. 2B, when the disks 204 are rotated to a position where the throttle openings 218 are aligned, fluid can flow through the throttle openings 218 and exits the
Дроссельные отверстия 218 могут быть ограничены круговым профилем дисков 204, как показано на фиг.2A и 2B. Альтернативно, дроссельные отверстия 218 могут иметь секторную форму, как показано на фиг.3A и 3B.The throttle holes 218 may be limited by the circular profile of the disks 204, as shown in FIGS. 2A and 2B. Alternatively, throttle bores 218 may be sector-shaped, as shown in FIGS. 3A and 3B.
Диски 204 могут вращаться различными устройствами, включающими в себя шпиндели 220.Disks 204 can be rotated by various devices including spindles 220.
Альтернативно, диски 204 могут вращаться с помощью электромагнитной муфты с источником энергии, установленным вне цилиндра 202.Alternatively, discs 204 can be rotated by an electromagnetic clutch with an energy source mounted outside of
Диски 204 сжаты вместе для образования, по существу, непроницаемого для текучей среды уплотнения, когда дроссельные отверстия 218 не сообщаются друг с другом. В некоторых вариантах осуществления диски 204 сжаты вместе давлением, приложенным к шпинделям 220. В других вариантах осуществления диски 204 сжаты вместе с помощью одной или нескольких пружин 222 в цилиндре 202 и/или одного или нескольких подшипников или других геометрических элементов 224 в цилиндре 202.The disks 204 are compressed together to form a substantially fluid tight seal when the throttle openings 218 are not in communication with each other. In some embodiments, discs 204 are compressed together by pressure applied to spindles 220. In other embodiments, discs 204 are compressed together by one or
Цилиндр 202 и диски 204 предпочтительно сконструированы и/или имеют покрытие из износостойких материалов, выдерживающих воздействие трения во время вращения дисков 204 (например, между дисками 204 и между другими дисками 204 и цилиндром 202), высоких температур и/или абразивных текучих сред (например, бурового раствора). Подходящие износостойкие материалы включают в себя, но без ограничения этим, сталь, «высокоскоростную сталь», углеродистую сталь, бронзу, медь, железо, поликристаллические синтетические алмазы, наплавки твердым сплавом, керамику, карбиды, керамические карбиды, керметы и т.п. Подходящие покрытия описаны, например, в публикации патентной заявки США № 2007/0202350.The
Первый диск 204a может быть соединен с блоком 226 управления, выполненным с возможностью управления приведением в действие клапана 200. В некоторых вариантах осуществления блок 226 управления удерживает первый диск 204a под геостационарным углом при вращении бурильной колонны.The
Блок 226 управления может быть установлен на подшипник, обеспечивающий его свободное вращение вокруг оси компоновки низа бурильной колонны. Блок 226 управления согласно некоторым вариантам осуществления содержит измерительное оборудование, такое как акселерометр с измерением по трем осям и/или магниточувствительные датчики для измерения угла наклона и азимута компоновки низа бурильной колонны. Блок 226 управления может дополнительно осуществлять связь с датчиками, установленными в элементах компоновки низа бурильной колонны, так что датчики могут передавать характеристики пласта или данные динамики бурения в блок управления. Характеристики пласта могут включать в себя информацию по смежным геологическим пластам, собранную ультразвуковыми или радионуклидными устройствами визуализации, такими как рассмотренные в публикации патентной заявки США № 2007/0154341, которая включена в данный документ в виде ссылки. Данные динамики бурения могут включать в себя измерения вибрации, ускорения, скорости и температуры компоновки низа бурильной колонны.The
В некоторых вариантах осуществления блок 226 управления программируют на поверхности для следования нужному углу наклона и азимутальному направлению. Продвижение компоновки низа бурильной колонны можно измерять с использованием систем измерений во время бурения и передавать на поверхность с помощью последовательностей пульсаций в буровом растворе, с помощью акустического или беспроводного способа передачи или с помощью проводного соединения. Если нужную траекторию изменяют, могут быть переданы новые требуемые инструкции. Системы связи в буровом растворе описаны в публикации патентной заявки США № 2006/0131030, которая включена в данный документ в виде ссылки. Подходящие системы имеются под маркой изготовителя POWERPULSE™ в компании Schlumberger Technology Corporation of Sugar Land, Texas.In some embodiments, the
Второй диск 204b может соединяться с ротором забойного двигателя 228. Выпускное отверстие 214 может сообщаться с двигателем так, что поток текучей среды из выпускного отверстия 214 обеспечивает вращение ротора забойного двигателя 228 и поворот второго диска 204b. Забойный двигатель 228 может вращать долото, устройство управления направлением бурения и т.п. в любом необходимом направлении. Например, забойный двигатель 228 может вращать буровое долото внизу бурильной колонны в направлении, противоположном направлению вращения бурильной колонны. Впускное отверстие 212 и перепускное отверстие 216 могут сообщаться с внутренней полостью бурильной колонны для приема и выпуска текучей среды.The
Забойные двигатели описаны в различных публикациях, таких как патенты США № 7442019, 7396220, 7192260, 7093401, 6827160, 6543554, 6543132, 6527512, 6173794, 5911284, 5221197, 5135059, 4909337, 4646856, и 2464011; публикациях патентных заявок США № 2009/0095528, 2008/0190669, и 2002/0122722, и William C. Lyons et al., Air & Gas Drilling Manual: Applications for Oil & Gas Recovery Wells & Geothermal Fluids Recovery Wells § 11.2 (3d ed. 2009); G. Robello Samuel, Downhole Drilling Tools: Theory & Practice for Engineers & Students 288-333 (2007); Standard Handbook of Petroleum & Natural Gas Engineering 4-276-4-299(William C. Lyons & Gary J. Plisga eds. 2006); и 1 Yakov A. Gelfgat et al., Advanced Drilling Solutions: Lessons from the FSU 154-72 (2003).Downhole motors are described in various publications, such as US Pat. Nos. 7442019, 7396220, 7192260, 7093401, 6827160, 6543554, 6543132, 6527512, 6173794, 5911284, 5221197, 5135059, 4909337, 4646856, and 2464011; U.S. Patent Publications No. 2009/0095528, 2008/0190669, and 2002/0122722, and William C. Lyons et al., Air & Gas Drilling Manual: Applications for Oil & Gas Recovery Wells & Geothermal Fluids Recovery Wells § 11.2 (3d ed . 2009); G. Robello Samuel, Downhole Drilling Tools: Theory & Practice for Engineers & Students 288-333 (2007); Standard Handbook of Petroleum & Natural Gas Engineering 4-276-4-299 (William C. Lyons & Gary J. Plisga eds. 2006); and 1 Yakov A. Gelfgat et al., Advanced Drilling Solutions: Lessons from the FSU 154-72 (2003).
На фиг.3A-3D показано взаимодействие дисков 304 в цилиндре 302 (показан пунктирными линиями). Первый диск 304a имеет дроссельное отверстие в виде сектора, занимающего 90°, а второй диск 304b имеет дроссельное отверстие в виде сектора, занимающего 180°.On figa-3D shows the interaction of the disks 304 in the cylinder 302 (shown by dashed lines). The
Показанные на фиг.3A первый диск 304a установлен так, что его дроссельное отверстие расположено в верхнем правом углу, и второй диск 304b установлен так, что его дроссельное отверстие расположено в верхней половине цилиндра 302, если смотреть от дальнего конца 308.3A, the
Показанный на фиг.3B второй диск 304b повернут на 90° вследствие вращения забойного двигателя (не показано). Первый диск 304a также повернут на 90° блоком управления (не показано) для поддержания совмещения дроссельных отверстий для обеспечения подачи текучей среды к забойному двигателю.3B, the
Показанный на фиг.3C второй диск 304b повернут дополнительно на 90° вследствие вращения забойного двигателя (не показано). Первый диск 304a удерживается неподвижно блоком управления (не показано). В данный момент дроссельные отверстия не совмещены и текучая среда проходит через перепускное отверстие, а не к забойному двигателю.3C, the
Показанный на фиг.3D первый диск 304a повернут на 90° блоком управления (не показано) для восстановления совмещения со вторым диском 304b, остававшимся неподвижным вследствие прекращения потока через клапан 300. В данный момент дроссельные отверстия вновь совмещены и текучая среда может проходить через клапан 300 к забойному двигателю.The
Компоновки низа бурильной колонныBottom hole assembly
На фиг.4 показано поперечное сечение компоновки 400 низа бурильной колонны, включающей в себя забойный двигатель 402 и клапан 404. Забойный двигатель 402 включает в себя ротор 406 и статор 408. Клапан 404 включает в себя цилиндр 410 с внутренней зоной 412, имеющей, по существу, круглое поперечное сечение, впускное отверстие 414, выпускное отверстие 416 и перепускное 418 отверстие. Клапан 404 также включает в себя первый диск 420a и второй диск 420b, размещенные во внутренней зоне 412 цилиндра 410. Каждый диск 420 имеет дроссельное отверстие 422, и эти отверстия могут совмещаться для обеспечения прохода текучей среды (показано сплошными стрелками) из внутренней полости 424 бурильной колонны 426 через впускное отверстие 414 дроссельные отверстия 422 и выпускное отверстие 416 в забойный двигатель 402 для вращения ротора 406. Альтернативно, когда диски 420 повернуты так, что дроссельные отверстия 422 не совмещены, текучая среда (показано точечными стрелками) проходит из внутренней полости 424 бурильной колонны 426 через впускное отверстие 414 и через перепускное 418 отверстие обратно во внутреннюю полость 424 бурильной колонны 426 перед выпуском снизу бурильной колонны и/или через одно или несколько дроссельных отверстий 428, расположенных на бурильной колонне 426. Первым диском 420a может управлять блок управления 432, и второй диск 420b может быть соединен с ротором 406, как рассмотрено в данном документе. Забойный двигатель 402 может соединяться с буровым долотом, устройством управления направлением бурения и т.п. различными соединительными устройствами, включающими в себя карданный шарнир 430 и т.п.FIG. 4 shows a cross-section of a
Способ избирательного приведения в действие двигателяMethod for selectively driving an engine
На фиг.5 представлен способ 500 избирательного приведения в действие двигателя. Двигатель включает в себя ротор и статор.5, a
На этапе S502 создают клапан. Клапан может включать в себя цилиндр с внутренней зоной, имеющей, по существу, круглое поперечное сечение, впускное отверстие, выпускное отверстие и перепускное отверстие. Клапан может также включать в себя первый диск и второй диск, размещенные во внутренней зоне цилиндра. Каждый диск имеет дроссельное отверстие, и эти отверстия могут совмещаться для обеспечения прохода текучей среды во впускное отверстие, через дроссельные отверстия и наружу через выпускное отверстие. Второй диск может быть соединен с ротором, и выпускное отверстие может сообщаться с двигателем. Клапан может представлять собой вариант осуществления клапанов, описанных в данном документе.In step S502, a valve is created. The valve may include a cylinder with an inner zone having a substantially circular cross section, an inlet, an outlet, and an overflow hole. The valve may also include a first disk and a second disk located in the inner zone of the cylinder. Each disc has a throttle opening, and these openings can be combined to allow fluid to enter the inlet, through the throttle openings, and out through the outlet. The second disk may be connected to the rotor, and the outlet may be in communication with the motor. The valve may be an embodiment of the valves described herein.
На этапе S504 создают блок управления. Блок управления может соединяться с первым диском.In step S504, a control unit is created. The control unit may be connected to the first disk.
На этапе S506 блок управления избирательно приводится в действие для поворота первого диска в нужное положение относительно второго диска для обеспечения прохода текучей среды через дроссельные отверстия и к двигателю.In step S506, the control unit is selectively actuated to rotate the first disk to a desired position relative to the second disk to allow fluid to pass through the throttle openings and to the engine.
Включение в виде ссылкиLink Included
Все патенты, опубликованные патентные заявки и другие источники, раскрытые в данном документе, полностью включены в данный документ в виде ссылки.All patents, published patent applications, and other sources disclosed herein are hereby incorporated by reference in their entirety.
ЭквивалентыEquivalents
Специалисты в данной области техники должны учитывать или уметь выявлять с использованием не более, чем рутинных опытов многие эквиваленты конкретных вариантов осуществления изобретения, описанных в данном документе. Такие эквиваленты заключает в себе следующая формула изобретения.Those of ordinary skill in the art should consider or be able to identify, using no more than routine tests, many of the equivalents of the specific embodiments of the invention described herein. Such equivalents are encompassed by the following claims.
Claims (18)
создание клапана, включающего в себя цилиндр, имеющий внутреннее пространство с круглым поперечным сечением, впускное отверстие, выпускное отверстие и перепускное отверстие, первый диск, размещенный с возможностью вращения в цилиндре и имеющий дроссельное отверстие, и второй диск, размещенный с возможностью вращения в цилиндре, прижатый к первому диску для выборочного образования уплотнения и имеющий дроссельное отверстие, при этом второй диск соединен с ротором, а выпускное отверстие сообщено с двигателем;
создание блока управления, соединенного с первым диском; и
избирательное приведение в действие блока управления для поворота первого диска в нужное положение для обеспечения избирательной подачи текучей среды через дроссельные отверстия к двигателю, тем самым избирательно приводя в действие двигатель. 18. A method for selectively actuating a downhole motor including a rotor and a stator for use in drilling wells, comprising the following steps:
creating a valve including a cylinder having an inner space with a circular cross section, an inlet, an outlet and a bypass hole, a first disk rotatably disposed in the cylinder and having a throttle opening, and a second disk rotatably disposed in the cylinder, pressed against the first disk for selective formation of a seal and having a throttle hole, the second disk being connected to the rotor, and the outlet opening in communication with the engine;
creating a control unit connected to the first disk; and
selectively actuating the control unit to rotate the first disk to the desired position to provide selective fluid supply through the throttle openings to the engine, thereby selectively driving the engine.
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US12/556,077 US8469104B2 (en) | 2009-09-09 | 2009-09-09 | Valves, bottom hole assemblies, and method of selectively actuating a motor |
US12/556,077 | 2009-09-09 | ||
PCT/GB2010/001691 WO2011030095A2 (en) | 2009-09-09 | 2010-09-08 | Valves, bottom hole assemblies, and methods of selectively actuating a motor |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2012113633A RU2012113633A (en) | 2013-10-20 |
RU2574429C2 true RU2574429C2 (en) | 2016-02-10 |
Family
ID=
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4304261A (en) * | 1979-12-10 | 1981-12-08 | Forester Buford G | Valve |
US5894011A (en) * | 1998-06-24 | 1999-04-13 | Prosl; Frank R. | Flow reversing device for hemodialysis |
RU2214495C1 (en) * | 2002-04-19 | 2003-10-20 | ОАО НПО "Буровая техника" | Device for well drilling by downhole hydraulic motor |
RU2282770C2 (en) * | 2004-05-19 | 2006-08-27 | Александр Павлович Андреев | Valve |
RU2285184C1 (en) * | 2005-03-28 | 2006-10-10 | Дмитрий Николаевич Веремеев | Control disk valve with balancing device |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4304261A (en) * | 1979-12-10 | 1981-12-08 | Forester Buford G | Valve |
US5894011A (en) * | 1998-06-24 | 1999-04-13 | Prosl; Frank R. | Flow reversing device for hemodialysis |
RU2214495C1 (en) * | 2002-04-19 | 2003-10-20 | ОАО НПО "Буровая техника" | Device for well drilling by downhole hydraulic motor |
RU2282770C2 (en) * | 2004-05-19 | 2006-08-27 | Александр Павлович Андреев | Valve |
RU2285184C1 (en) * | 2005-03-28 | 2006-10-10 | Дмитрий Николаевич Веремеев | Control disk valve with balancing device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2475835B1 (en) | Valves, bottom hole assemblies, and methods of selectively actuating a motor | |
RU2513602C2 (en) | Drill bit for controlled directed boring, boring system and method of boring of curved well shafts | |
US8157024B2 (en) | Ball piston steering devices and methods of use | |
US9057223B2 (en) | Directional drilling system | |
CA2546398C (en) | Apparatus and method for measuring while drilling | |
US8469117B2 (en) | Drill bits and methods of drilling curved boreholes | |
US20120127829A1 (en) | Generating fluid telemetry | |
NO20110830A1 (en) | Valve controlled downhole motor | |
US7980328B2 (en) | Rotary steerable devices and methods of use | |
US8919459B2 (en) | Control systems and methods for directional drilling utilizing the same | |
US8235145B2 (en) | Gauge pads, cutters, rotary components, and methods for directional drilling | |
US8235146B2 (en) | Actuators, actuatable joints, and methods of directional drilling | |
RU2574429C2 (en) | Valves of bottom-hole assembly and method for selective actuation of motor |