RU2817301C2 - Rotary controlled drilling system - Google Patents

Rotary controlled drilling system Download PDF

Info

Publication number
RU2817301C2
RU2817301C2 RU2021132881A RU2021132881A RU2817301C2 RU 2817301 C2 RU2817301 C2 RU 2817301C2 RU 2021132881 A RU2021132881 A RU 2021132881A RU 2021132881 A RU2021132881 A RU 2021132881A RU 2817301 C2 RU2817301 C2 RU 2817301C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
valve
bha
subsystem
actuator
controlled
Prior art date
Application number
RU2021132881A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2021132881A (en
Inventor
Дэвид КРАМЕР
Original Assignee
Спарроу Даунхоул Тулз Лтд.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Спарроу Даунхоул Тулз Лтд. filed Critical Спарроу Даунхоул Тулз Лтд.
Publication of RU2021132881A publication Critical patent/RU2021132881A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2817301C2 publication Critical patent/RU2817301C2/en

Links

Abstract

FIELD: drilling of soil or rocks.
SUBSTANCE: invention relates to drilling technology, namely to rotary controlled drilling systems (RCS). Trajectory-controlled bottomhole assembly (BHA) comprises a drill string component including an actuator subsystem, wherein the actuator subsystem comprises an actuator with an output shaft for selective rotation of the valve disc around the axis of rotation of the BHA. Actuator subsystem further comprises a position marker on the output shaft, a position sensor near the output shaft, wherein the position sensor and the position marker interact when the position marker rotates with the output shaft to a position adjacent to the position sensor, position sensor in response transmits a signal to the actuator subsystem for use in controlling the angular orientation of the valve disc. BHA additionally comprises a deflecting subsystem passing between a drill string component and a drill bit, which receives a flow of drilling fluid under pressure through a drill string component and comprises a housing, a plurality of thrust hydraulic structures associated with the periphery of the housing, plurality of central pipes of the valve in the housing for supply of drilling mud for actuation of the corresponding one of the thrust hydraulic structures and a plurality of peripheral flow pipes in the housing for supply of drilling mud to the drilling bit. Flow tubes are located closer to periphery than central tubes of the valve. At that, according to the selected angular orientation of the valve disc relative to the valve pipes, the inlet of drilling fluid under pressure into the valve pipes is selectively provided or blocked.
EFFECT: higher efficiency of well trajectory control.
20 cl, 34 dwg

Description

Перекрестные ссылки на родственные заявкиCross references to related applications

[0001] Данная заявка испрашивает приоритет по временной патентной заявке США 62/833,792, зарегистрированной 15 апреля 2019 г., и временной патентной заявке США 62/888,197, зарегистрированной 16 августа 2019 г. Содержание каждой из данных приоритетных заявок включено в данный документ полностью в виде ссылки.[0001] This application claims priority to U.S. Provisional Patent Application No. 62/833,792, filed April 15, 2019, and U.S. Provisional Patent Application No. 62/888,197, filed Aug. 16, 2019. The contents of each of these priority applications are incorporated herein in their entirety. as a link.

Область техники изобретенияTechnical field of the invention

[0002] Следующее относится в общем к технологии бурения, и конкретнее к буровым роторным управляемым системам (РУС).[0002] The following relates generally to drilling technology, and more specifically to drilling rotary steerable systems (RSS).

Уровень техники изобретенияBACKGROUND OF THE INVENTION

[0003] При бурении или отборе керна в подземном пласте буровой установкой с бурильной колонной, может быть целесообразным получение способности модифицировать направление бурения, чтобы ориентировать ствол скважины в конкретном требуемом направлении для достижения в конечном итоге проектной цели. Известны различные устройства для обеспечения способности управления траекторией скважины, являющиеся частями компоновки низа бурильной колонны (КНБК).[0003] When drilling or coring a subterranean formation with a drill string rig, it may be desirable to obtain the ability to modify the direction of drilling to orient the wellbore in a specific desired direction to ultimately achieve the design goal. Various devices are known to provide the ability to control the trajectory of a well, which are parts of the bottom hole assembly (BHA).

[0004] Например, европейский патент EP0728909 на имя Barr et al. предлагает буровую РУС, патент США 5,685,379 на имя Barr et al. предлагает способ управления работой буровой РУС, и патент США 10,544,650 на имя Farley et al. предлагает вращающийся дисковый клапан для инструмента РУС. [0004] For example, European patent EP0728909 in the name of Barr et al. offers drilling RUS, US patent 5,685,379 to Barr et al. proposes a method for controlling the operation of a drilling RSS, and US Patent 10,544,650 to Farley et al. offers a rotating disc valve for RUS tools.

[0005] Хотя известны различные устройства, требуются их улучшения. Например, может быть целесообразным создание систем и исполнение способов, которые более эффективны, экономически оправданы и имеют лучшее управление.[0005] Although various devices are known, improvements are required. For example, it may be advisable to create systems and execute in ways that are more efficient, cost effective, and better managed.

Сущность изобретенияThe essence of the invention

[0006] В одном аспекте, обеспечена управляемая по траектории скважины компоновка низа бурильной колонны (КНБК) содержащая: компонент бурильной колонны, включающий в себя подсистему исполнительного механизма, причем подсистема исполнительного механизма содержит исполнительный механизм с выходным валом для избирательного вращения диска клапана вокруг оси вращения КНБК; причем подсистема исполнительного механизма дополнительно содержит: маркер положения на выходном валу; датчик положения вблизи выходного вала, при этом датчик положения и маркер положения взаимодействуют, когда маркер положения поворачивается с выходным валом в положение смежное с датчиком положения, датчик положения в ответ передает сигнал в подсистему исполнительного механизма для применения в управлении угловой ориентацией диска клапана; узел КНБК дополнительно содержит отклоняющую подсистему, проходящую между компонентом бурильной колонны и буровым долотом, причем отклоняющая подсистема принимает поток бурового раствора под давлением через компонент бурильной колонны и содержит: корпус; множество упорных гидравлических конструкций, связанных с периферией корпуса; множество центральных труб клапана в корпусе для перемещения бурового раствора для приведения в действие соответствующей одной из упорных гидравлических конструкций; и множество периферийных проточных труб в корпусе для подачи бурового раствора к буровому долоту, причем проточные трубы расположены ближе к периферии, чем центральные трубы клапана, при этом, согласно выбранной угловой ориентации диска клапана относительно труб клапана, избирательно обеспечивается или блокируется вход бурового раствора под давлением в трубы клапана.[0006] In one aspect, a well path-controlled bottom hole assembly (BHA) is provided, comprising: a drill string component including an actuator subsystem, wherein the actuator subsystem includes an actuator with an output shaft for selectively rotating a valve disk about an axis of rotation. BHA; wherein the actuator subsystem further comprises: a position marker on the output shaft; a position sensor in proximity to the output shaft, wherein the position sensor and the position marker interact, when the position marker is rotated with the output shaft to a position adjacent to the position sensor, the position sensor in response transmits a signal to the actuator subsystem for use in controlling the angular orientation of the valve disk; the BHA assembly further comprises a deflection subsystem extending between the drill string component and the drill bit, the deflection subsystem receiving a flow of pressurized drilling fluid through the drill string component and comprising: a housing; a plurality of thrust hydraulic structures associated with the periphery of the housing; a plurality of central valve tubes in the housing for moving drilling fluid to operate a corresponding one of the thrust hydraulic structures; and a plurality of peripheral flow tubes in the housing for supplying drilling fluid to the drill bit, wherein the flow tubes are located closer to the periphery than the central valve tubes, wherein, according to the selected angular orientation of the valve disc relative to the valve tubes, selectively allowing or blocking the entry of pressurized drilling fluid into the valve pipes.

[0007] В варианте осуществления отклоняющая подсистема дополнительно содержит: сводящее потоки в одну точку устройство, расположенное ниже по потоку от упорных конструкций, причем сводящее потоки в одну точку устройство включает в себя трубы сводящего потоки в одну точку устройства для приема и сведения потоков бурового раствора из центральных труб клапана и периферийных проточных труб в один выходной поток до входа в буровое долото.[0007] In an embodiment, the deflection subsystem further comprises: a flow convergence device located downstream of the thrust structures, wherein the flow convergence device includes pipes of a convergence device for receiving and converging drilling fluid flows from the central valve tubes and peripheral flow tubes into a single outlet stream before entering the drill bit.

[0008] В варианте осуществления управляемая по траектории скважины КНБК дополнительно содержит в корпусе: манифольд текучей среды с расположенной выше по потоку поверхностью с: периферийной зоной, включающей в себя проточные окна, каждое из которых связано с соответствующей одной из периферийных проточных труб; и центральной зоной, включающей в себя окна клапана, каждое из которых связано с соответствующей одной из центральных труб клапана, причем центральная зона стыкуется с диском для блокирования или последовательного обеспечения входа бурового раствора в окна клапана, согласно выбранной угловой ориентации диска относительно расположенной выше по потоку поверхности.[0008] In an embodiment, the path-controlled BHA further comprises in the housing: a fluid manifold with an upstream surface with: a peripheral zone including flow ports, each of which is connected to a corresponding one of the peripheral flow pipes; and a central zone including valve ports, each of which is connected to a respective one of the valve central tubes, the central zone being coupled to the disk to block or subsequently allow entry of drilling fluid into the valve ports, according to the selected angular orientation of the disk relative to the upstream one. surfaces.

[0009] В варианте осуществления манифольд текучей среды закреплен в корпусе.[0009] In an embodiment, the fluid manifold is secured to the housing.

[0010] В варианте осуществления манифольд текучей среды включает в себя: два проточных окна; и два окна клапана.[0010] In an embodiment, the fluid manifold includes: two flow ports; and two valve windows.

[0011] В варианте осуществления каждая из двух периферийных проточных труб проходит ниже по потоку, по существу, параллельно оси вращения отклоняющей подсистемы.[0011] In an embodiment, each of the two peripheral flow tubes extends downstream substantially parallel to the axis of rotation of the deflection subsystem.

[0012] В варианте осуществления каждая из двух центральных труб клапана проходит ниже по потоку, по существу, параллельно оси вращения отклоняющей подсистемы.[0012] In an embodiment, each of the two central valve tubes extends downstream substantially parallel to the axis of rotation of the deflector subsystem.

[0013] В варианте осуществления каждая упорная конструкция содержит: входное окно; по меньшей мере один цилиндр, сообщающийся по текучей среде с входным окном; поршень, перемещающийся в каждом из по меньшей мере одного цилиндра в направлении внутрь и наружу относительно оси вращения отклоняющей подсистемы; упорный башмак, стыкующийся с поршнем или каждым поршнем на периферии корпуса, причем упорный башмак шарнирно закреплен относительно корпуса и может поворачиваться наружу относительно оси вращения при перемещении в направлении наружу поршня или каждого поршня под действием гидравлического давления, чтобы выдвинуться от корпуса.[0013] In an embodiment, each thrust structure includes: an entrance window; at least one cylinder in fluid communication with the inlet window; a piston moving in each of the at least one cylinder in an inward and outward direction relative to the axis of rotation of the deflection subsystem; a thrust shoe mating to the piston or each piston at a periphery of the housing, wherein the thrust shoe is hinged relative to the housing and is rotatable outwardly relative to the axis of rotation as the piston or each piston is moved outwardly by hydraulic pressure to extend away from the housing.

[0014] В варианте осуществления каждая упорная конструкция содержит два цилиндра и два соответствующих поршня.[0014] In an embodiment, each thrust structure includes two cylinders and two corresponding pistons.

[0015] В варианте осуществления подсистема исполнительного механизма неподвижно закреплена и установлена по центру в трубе текучей среды бурильного компонента, чтобы вращаться с бурильным компонентом вокруг оси вращения бурильного компонента.[0015] In an embodiment, the actuator subsystem is fixedly mounted and centrally mounted in the fluid pipe of the drilling component to rotate with the drilling component about the axis of rotation of the drilling component.

[0016] В варианте осуществления подсистема исполнительного механизма содержит: трубу, которой приданы нужные размеры и установленную по центру в трубе текучей среды, чтобы оставлять кольцевую проточную зону для бурового раствора между трубой и внутренней поверхностью стенки трубы текучей среды, при этом исполнительный механизм размещен в трубе; и выходной вал, связанный с исполнительным механизмом и проходящий аксиально за расположенным ниже по потоку концом трубы, чтобы стыковаться с компонентом дискового клапана, при этом диск клапана является частью компонента дискового клапана.[0016] In an embodiment, the actuator subsystem comprises: a pipe that is dimensioned and centrally mounted in the fluid pipe to provide an annular flow zone for drilling fluid between the pipe and an internal surface of the wall of the fluid pipe, wherein the actuator is located in pipe; and an output shaft coupled to the actuator and extending axially beyond the downstream end of the pipe to mate with the disc valve component, the valve disc being part of the disc valve component.

[0017] В варианте осуществления компонент дискового клапана дополнительно содержит муфту для приема выходного вала.[0017] In an embodiment, the disc valve component further includes a coupling for receiving an output shaft.

[0018] В варианте осуществления выходной вал посажен на шпонку для закрепления в соответствующем пазу в муфте компонента дискового клапана, чтобы исключить вращение относительно муфты, но дать возможность осевого скольжения относительно муфты.[0018] In an embodiment, the output shaft is keyed to be secured in a corresponding slot in the clutch of the disc valve component to prevent rotation relative to the clutch but allow axial sliding relative to the clutch.

[0019] В варианте осуществления исполнительный механизм содержит электродвигатель и редуктор.[0019] In an embodiment, the actuator includes an electric motor and a gearbox.

[0020] В варианте осуществления редуктор обеспечивает понижающее передаточное отношение 5,8:1 для электродвигателя.[0020] In an embodiment, the gearbox provides a 5.8:1 reduction ratio for the electric motor.

[0021] В варианте осуществления управляемая по траектории КНБК дополнительно содержит комплект аксиальных подшипников в трубе для приема проходящего выходного вала, чтобы аксиально поддерживать выходной вал вдоль оси вращения бурильного компонента.[0021] In an embodiment, the path-controlled BHA further includes a set of axial bearings in the tube for receiving a passing output shaft to axially support the output shaft along the axis of rotation of the drilling component.

[0022] В варианте осуществления управляемая по траектории КНБК дополнительно содержит комплект радиальных подшипников в трубе для приема проходящего выходного вала, чтобы радиально поддерживать выходной вал вдоль оси вращения бурильного компонента.[0022] In an embodiment, the path-controlled BHA further includes a set of radial bearings in the tube for receiving a passing output shaft to radially support the output shaft along the axis of rotation of the drilling component.

[0023] В варианте осуществления подсистема исполнительного механизма дополнительно содержит: плату управления в трубе, имеющую связь с исполнительным механизмом, чтобы управлять углом поворота выходного вала; малогабаритный блок электропитания для питания по меньшей мере платы управления и исполнительного механизма; и блок датчиков для измерения ориентации магнитного поля Земли и вектора силы тяжести.[0023] In an embodiment, the actuator subsystem further comprises: a control board in a tube in communication with the actuator to control the rotation angle of the output shaft; a small-sized power supply unit for powering at least the control board and the actuator; and a sensor unit for measuring the orientation of the Earth's magnetic field and the gravity vector.

[0024] В варианте осуществления датчик положения является датчиком Холла, и маркер положения является магнитом.[0024] In an embodiment, the position sensor is a Hall effect sensor and the position marker is a magnet.

[0025] В варианте осуществления диск клапана является в общем кольцевым и имеет V-образную канавку, обеспечивающую проход бурового раствора ниже по потоку от диска клапана в выбранную одну из центральных труб клапана.[0025] In an embodiment, the valve disc is generally annular and has a V-shaped groove allowing passage of drilling fluid downstream of the valve disc into a selected one of the valve central tubes.

[0026] В варианте осуществления V-образная канавка проходит внутрь от периферии диска клапана к его центру.[0026] In an embodiment, a V-shaped groove extends inward from the periphery of the valve disc to its center.

[0027] В варианте осуществления V-образной канавке приданы размеры с учетом множества центральных труб клапана и диска клапана для избирательного ориентирования канавки, обеспечивающего вход бурового раствора только в одну центральную трубу клапана единовременно.[0027] In an embodiment, the V-groove is sized to accommodate multiple valve core tubes and a valve disk to selectively orient the groove to allow drilling fluid to enter only one valve core tube at a time.

[0028] В варианте осуществления V-образной канавке приданы размеры с учетом множества центральных труб клапана и диска клапана для избирательного ориентирования канавки, не позволяющего буровому раствору войти ни в одну из центральных труб клапана.[0028] In an embodiment, the V-groove is sized to accommodate a plurality of valve core tubes and a valve disk to selectively orient the groove to prevent drilling fluid from entering any of the valve core tubes.

[0029] В варианте осуществления управляемая по траектории КНБК дополнительно содержит цилиндрический ниппель, выступающий от расположенной ниже по потоку поверхности диска клапана.[0029] In an embodiment, the path-controlled BHA further includes a cylindrical nipple protruding from a downstream surface of the valve disc.

[0030] В варианте осуществления обращенная внутрь сторона каждого упорного башмака выполнена с возможностью симметричного распределения силы, передаваемой на соответствующий один или несколько поршней по оси хода поршней по всей величине хода поршня.[0030] In an embodiment, the inward facing side of each thrust shoe is configured to symmetrically distribute the force transmitted to the corresponding one or more pistons along the piston stroke axis over the entire piston stroke.

[0031] В варианте осуществления обращенная внутрь сторона каждого упорного башмака является вогнутой.[0031] In an embodiment, the inward facing side of each thrust shoe is concave.

[0032] В варианте осуществления обращенная внутрь сторона каждого упорного башмака выполнена с возможностью, когда КНБК 50 центрируется в скважине, передавать силу на соответствующий один или несколько поршней в совмещении с соответствующими осями хода поршней.[0032] In an embodiment, the inward facing side of each thrust shoe is configured, when the BHA 50 is centered in the well, to transmit force to a corresponding one or more pistons in alignment with the respective axes of the pistons' stroke.

[0033] В другом аспекте создана отклоняющая подсистема для управляемой по траектории компоновки низа бурильной колонны (КНБК), содержащая: корпус, имеющий ось вращения; множество проточных труб в корпусе для подачи бурового раствора, принятого на расположенном выше по потоку конце корпуса, к расположенному ниже по потоку концу корпуса; множество упорных гидравлических конструкций, каждую, проходящую изнутри корпуса до периферии корпуса; множество труб клапана в корпусе, каждую для подачи бурового раствора до соответствующей одной из упорных гидравлических конструкций, при этом проточные трубы не находятся между упорными гидравлическими конструкциями и осью вращения.[0033] In another aspect, a deflection subsystem is provided for a path-controlled bottom hole assembly (BHA), comprising: a housing having an axis of rotation; a plurality of flow pipes in the housing for supplying drilling fluid received at the upstream end of the housing to the downstream end of the housing; a plurality of thrust hydraulic structures, each extending from inside the housing to the periphery of the housing; a plurality of valve pipes in the housing, each for supplying drilling fluid to a corresponding one of the thrust hydraulic structures, wherein the flow pipes are not located between the thrust hydraulic structures and the axis of rotation.

[0034] В варианте осуществления отклоняющая подсистема дополнительно содержит: сводящее потоки в одну точку устройство, расположенное ниже по потоку от упорных конструкций, причем сводящее потоки в одну точку устройство включает в себя трубы сводящего потоки в одну точку устройства для приема и сведения потоков бурового раствора из труб клапана и проточных труб в один выходной поток до выхода из отклоняющей подсистемы.[0034] In an embodiment, the deflection subsystem further comprises: a convergence device located downstream of the thrust structures, wherein the convergence device includes pipes of a convergence device for receiving and converging drilling fluid flows from valve pipes and flow pipes into one outlet stream before exiting the diverter subsystem.

[0035] В варианте осуществления отклоняющая подсистема дополнительно содержит в корпусе: манифольд текучей среды, с расположенной выше по потоку поверхностью с: периферийной зоной, включающей в себя проточные окна, каждое из которых связано с соответствующей одной из проточных труб; и центральной зоной, включающей в себя окна клапана, каждое из которых связано с соответствующей одной из труб клапана, причем центральной зоне приданы размеры для стыковки с узлом исполнительного механизма для блокирования или последовательного обеспечения входа бурового раствора в окна клапана.[0035] In an embodiment, the deflection subsystem further comprises in the housing: a fluid manifold, with an upstream surface with: a peripheral zone including flow ports, each of which is associated with a corresponding one of the flow pipes; and a central zone including valve ports, each of which is connected to a respective one of the valve conduits, the central zone being sized to interface with the actuator assembly to block or subsequently allow entry of drilling fluid into the valve ports.

[0036] В варианте осуществления манифольд текучей среды закреплен в корпусе.[0036] In an embodiment, the fluid manifold is secured to the housing.

[0037] В варианте осуществления манифольд текучей среды включает в себя: два проточных окна и два окна клапана.[0037] In an embodiment, the fluid manifold includes: two flow ports and two valve ports.

[0038] В варианте осуществления каждая из двух проточных труб проходит ниже по потоку, по существу, параллельно оси вращения корпуса.[0038] In an embodiment, each of the two flow tubes extends downstream substantially parallel to the axis of rotation of the housing.

[0039] В варианте осуществления каждая из двух труб клапана проходит ниже по потоку, по существу, параллельно оси вращения корпуса.[0039] In an embodiment, each of the two valve tubes extends downstream substantially parallel to the axis of rotation of the housing.

[0040] В варианте осуществления каждая упорная конструкция содержит: входное окно; по меньшей мере один цилиндр, сообщающийся по текучей среде с входным окном; поршень, перемещающийся в каждом из по меньшей мере одного цилиндра в направлении внутрь и наружу относительно оси вращения отклоняющей подсистемы; упорный башмак, стыкующийся с поршнем или каждым поршнем на периферии корпуса, причем упорный башмак шарнирно закреплен относительно корпуса и может поворачиваться наружу относительно оси вращения при перемещении в направлении наружу поршня или каждого поршня под действием гидравлического давления, чтобы выдвигаться из корпуса.[0040] In an embodiment, each thrust structure includes: an entrance window; at least one cylinder in fluid communication with the inlet window; a piston moving in each of the at least one cylinder in an inward and outward direction relative to the axis of rotation of the deflection subsystem; a thrust shoe mating to the piston or each piston at a periphery of the housing, the thrust shoe being hinged relative to the housing and being rotatable outwardly relative to the axis of rotation as the piston or each piston is moved outwardly by hydraulic pressure to be retractable from the housing.

[0041] В варианте осуществления каждая упорная конструкция содержит два цилиндра и два соответствующих поршня.[0041] In an embodiment, each thrust structure includes two cylinders and two corresponding pistons.

[0042] В варианте осуществления обращенная внутрь сторона каждого упорного башмака выполнена с возможностью симметричного распределения силы, передаваемой на соответствующий один или несколько поршней по оси хода поршней по всей величине хода поршня.[0042] In an embodiment, the inward facing side of each thrust shoe is configured to symmetrically distribute the force transmitted to the corresponding one or more pistons along the piston stroke axis over the entire piston stroke.

[0043] В варианте осуществления обращенная внутрь сторона каждого упорного башмака является вогнутой.[0043] In an embodiment, the inward facing side of each thrust shoe is concave.

[0044] В варианте осуществления обращенная внутрь сторона каждого упорного башмака выполнена с возможностью, когда КНБК 50 центрируют в скважине, передавать силу на соответствующий один или несколько поршней в совмещении с соответствующими осями хода поршней.[0044] In an embodiment, the inward facing side of each thrust shoe is configured, when the BHA 50 is centered in the well, to transmit force to a corresponding one or more pistons in alignment with the respective axes of the piston strokes.

[0045] Согласно другому аспекту создана подсистема исполнительного механизма для компоновки низа бурильной колонны (КНБК), причем подсистема исполнительного механизма содержит: исполнительный механизм, устанавливаемый в бурильный компонент и имеющий выходной вал для избирательного вращения диска клапана вокруг оси вращения КНБК; маркер положения на выходном валу; датчик положения вблизи выходного вала, при этом датчик положения и маркер положения взаимодействуют, когда маркер положения поворачивается с выходным валом в положение смежное с датчиком положения, датчик положения в ответ передает сигнал подсистеме исполнительного механизма для применения в управлении угловой ориентацией диска клапана.[0045] In another aspect, an actuator subsystem is provided for assembling a bottom hole string (BHA), the actuator subsystem comprising: an actuator mounted to the drilling component and having an output shaft for selectively rotating a valve disk about an axis of rotation of the BHA; position marker on the output shaft; a position sensor in the vicinity of the output shaft, wherein the position sensor and the position marker interact, when the position marker is rotated with the output shaft to a position adjacent the position sensor, the position sensor in response transmits a signal to the actuator subsystem for use in controlling the angular orientation of the valve disk.

[0046] В варианте осуществления подсистеме исполнительного механизма приданы размеры для неподвижного закрепления и центральной установки в трубе текучей среды бурильного компонента, чтобы вращаться с бурильным компонентом вокруг оси вращения бурильного компонента.[0046] In an embodiment, the actuator subsystem is sized to be fixedly mounted and centrally mounted in the drilling component fluid pipe to rotate with the drilling component about the drilling component's axis of rotation.

[0047] В варианте осуществления подсистема исполнительного механизма содержит: трубу, которой приданы нужные размеры и установленную по центру в трубе текучей среды, чтобы оставлять кольцевую проточную зону для бурового раствора между трубой и внутренней поверхностью стенки трубы текучей среды, при этом исполнительный механизм размещен в трубе; и выходной вал, связанный с исполнительным механизмом и проходящий аксиально за расположенным ниже по потоку концом трубы, чтобы стыковаться с компонентом дискового клапана, при этом диск клапана является частью компонента дискового клапана.[0047] In an embodiment, the actuator subsystem comprises: a pipe that is dimensioned and centrally mounted in the fluid pipe to provide an annular flow zone for drilling fluid between the pipe and an internal surface of the wall of the fluid pipe, wherein the actuator is located in pipe; and an output shaft coupled to the actuator and extending axially beyond the downstream end of the pipe to mate with the disc valve component, the valve disc being part of the disc valve component.

[0048] В варианте осуществления компонент дискового клапана дополнительно содержит муфту для приема выходного вала.[0048] In an embodiment, the disc valve component further includes a coupling for receiving an output shaft.

[0049] В варианте осуществления выходной вал посажен на шпонку для закрепления в соответствующем пазу в муфте компонента дискового клапана, чтобы исключить вращение относительно муфты, но дать возможность осевого скольжения относительно муфты.[0049] In an embodiment, the output shaft is keyed to be secured in a corresponding slot in the clutch of the disc valve component to prevent rotation relative to the clutch but allow axial sliding relative to the clutch.

[0050] В варианте осуществления исполнительный механизм содержит электродвигатель и редуктор.[0050] In an embodiment, the actuator includes an electric motor and a gearbox.

[0051] В варианте осуществления редуктор обеспечивает понижающее передаточное отношение 5,8:1 для электродвигателя.[0051] In an embodiment, the gearbox provides a 5.8:1 reduction ratio for the electric motor.

[0052] В варианте осуществления подсистема исполнительного механизма дополнительно содержит комплект аксиальных подшипников в трубе для приема проходящего выходного вала, чтобы аксиально поддерживать выходной вал вдоль оси вращения бурильного компонента.[0052] In an embodiment, the actuator subsystem further includes a set of axial bearings in the tube for receiving a passing output shaft to axially support the output shaft along the axis of rotation of the drilling component.

[0053] В варианте осуществления подсистема исполнительного механизма дополнительно содержит комплект радиальных подшипников в трубе для приема проходящего выходного вала, чтобы радиально поддерживать выходной вал вдоль оси вращения бурильного компонента.[0053] In an embodiment, the actuator subsystem further includes a set of radial bearings in the tube for receiving a passing output shaft to radially support the output shaft along the axis of rotation of the drilling component.

[0054] В варианте осуществления подсистема исполнительного механизма дополнительно содержит: плату управления в трубе и имеющую связь с исполнительным механизмом, чтобы управлять углом поворота выходного вала; малогабаритный блок электропитания для питания по меньшей мере платы управления и исполнительного механизма; и блок датчиков для измерения ориентации магнитного поля Земли и вектора силы тяжести.[0054] In an embodiment, the actuator subsystem further comprises: a control board in the conduit and in communication with the actuator to control the rotation angle of the output shaft; a small-sized power supply unit for powering at least the control board and the actuator; and a sensor unit for measuring the orientation of the Earth's magnetic field and the gravity vector.

[0055] В варианте осуществления датчик положения является датчиком Холла, и маркер положения является магнитом.[0055] In an embodiment, the position sensor is a Hall effect sensor and the position marker is a magnet.

[0056] В варианте осуществления диск клапана является в общем кольцевым и имеет V-образную канавку, обеспечивающую проход бурового раствора ниже по потоку от диска клапана в выбранную одну из множества труб клапана в расположенной ниже по потоку отклоняющей подсистеме, с которой подсистема исполнительного механизма может стыковаться.[0056] In an embodiment, the valve disc is generally annular and has a V-shaped groove allowing drilling fluid to pass downstream of the valve disc into a selected one of a plurality of valve tubes in a downstream deflector subsystem with which the actuator subsystem can dock.

[0057] В варианте осуществления V-образная канавка проходит внутрь от периферии диска клапана к ее центру.[0057] In an embodiment, a V-shaped groove extends inward from the periphery of the valve disk to its center.

[0058] В варианте осуществления V-образной канавке приданы размеры с учетом множества труб клапана в расположенной ниже по потоку отклоняющей подсистеме и избирательного ориентирования диска клапана, обеспечивающих вход бурового раствора только в одну трубу клапана расположенной ниже по потоку отклоняющей подсистемы единовременно.[0058] In an embodiment, the V-groove is sized to accommodate multiple valve tubes in the downstream deflector subsystem and selective orientation of the valve disc to allow drilling fluid to enter only one valve tube of the downstream deflector subsystem at a time.

[0059] В варианте осуществления V-образной канавке приданы размеры с учетом множества труб клапана в расположенной ниже по потоку отклоняющей подсистеме и избирательного ориентирования диска клапана, не позволяющего буровому раствору войти ни в одну из центральных труб клапана расположенной ниже по потоку отклоняющей подсистемы.[0059] In an embodiment, the V-groove is sized to accommodate multiple valve tubes in the downstream deflector subsystem and to selectively orient the valve disk to prevent drilling fluid from entering any of the central valve tubes of the downstream deflector subsystem.

[0060] В варианте осуществления подсистема исполнительного механизма дополнительно содержит цилиндрический ниппель, выступающий от расположенной ниже по потоку поверхности диска клапана.[0060] In an embodiment, the actuator subsystem further includes a cylindrical nipple protruding from a downstream surface of the valve disk.

[0061] Другие аспекты и варианты осуществления станут понятными из описания, приведенного ниже.[0061] Other aspects and embodiments will become apparent from the description below.

Краткое описание чертежейBrief description of drawings

[0062] Варианты осуществления изобретения описаны ниже со ссылкой на прилагаемый чертежи, на которых показано следующее.[0062] Embodiments of the invention are described below with reference to the accompanying drawings, which show the following.

[0063] На фиг. 1 показан вид сбоку компоновки низа бурильной колонны варианта осуществления, содержащей утяжеленную бурильную трубу, отклоняющую подсистему и буровое долото.[0063] In FIG. 1 is a side view of a bottom hole assembly of an embodiment comprising a drill collar, a diverter subsystem, and a drill bit.

[0064] На фиг. 2 в сечении компоновки низа бурильной колонны фиг. 1, по линии N-N на фиг. 1, показана подсистема исполнительного механизма, размещенная в утяжеленной бурильной трубе варианта осуществления.[0064] In FIG. 2 in a cross-section of the bottom hole assembly of FIG. 1, along the line N-N in Fig. 1 shows an actuator subsystem housed in a drill collar of an embodiment.

[0065] На фиг. 3 показан с увеличением вид сбоку подсистемы исполнительного механизма фиг. 2 в отдельности.[0065] In FIG. 3 is an enlarged side view of the actuator subsystem of FIG. 2 separately.

[0066] На фиг. 4 показано сечение подсистемы исполнительного механизма фиг. 3, по линии B-B на фиг. 3.[0066] In FIG. 4 shows a cross-section of the actuator subsystem of FIG. 3, along line B-B in FIG. 3.

[0067] На фиг. 5 показан с увеличением вид расположенного ниже по потоку участка подсистемы исполнительного механизма фиг. 4.[0067] In FIG. 5 is an enlarged view of a downstream portion of the actuator subsystem of FIG. 4.

[0068] На фиг. 6 показан вид в изометрии подсистемы исполнительного механизма фиг. 3.[0068] In FIG. 6 is an isometric view of the actuator subsystem of FIG. 3.

[0069] На фиг. 7 показан с увеличением вид в изометрии расположенного ниже по потоку участка подсистемы исполнительного механизма фиг. 6;[0069] In FIG. 7 is an enlarged isometric view of the downstream portion of the actuator subsystem of FIG. 6;

[0070] На фиг. 8 показан вид сбоку отклоняющей подсистемы фиг. 1 в отдельности.[0070] In FIG. 8 is a side view of the deflection subsystem of FIG. 1 separately.

[0071] На фиг. 9 показано сечение отклоняющей подсистемы фиг. 8, по линии C-C на фиг. 8.[0071] In FIG. 9 shows a cross-section of the deflection subsystem of FIG. 8, along line C-C in FIG. 8.

[0072] На фиг. 10A показано сечение отклоняющей подсистемы фиг. 8 по линии D-D на фиг. 9;[0072] In FIG. 10A shows a cross-section of the deflection subsystem of FIG. 8 along line D-D in FIG. 9;

[0073] На фиг. 10B показано сечение компоновки низа бурильной колонны одинаковой с показанной на фиг. 2, но центрированной в стволе скважины в породе.[0073] In FIG. 10B shows a cross-section of a bottom hole assembly identical to that shown in FIG. 2, but centered in the borehole in the rock.

[0074] На фиг. 10C показан вид сечения отклоняющей подсистемы компоновки низа бурильной колонны, центрированной в стволе скважины, как на фиг. 10B, по линии B-B на фиг. 10B.[0074] In FIG. 10C is a cross-sectional view of the deflection subsystem of the bottom hole assembly centered in the wellbore as in FIG. 10B, along line B-B in FIG. 10B.

[0075] На фиг. 11 показан вид с торца, расположенного выше по потоку, отклоняющей подсистемы фиг. 8.[0075] In FIG. 11 is an upstream end view of the deflection subsystem of FIG. 8.

[0076] На фиг. 12 показан вид с торца, расположенного выше по потоку манифольда текучей среды отклоняющей подсистемы фиг. 8 варианта осуществления.[0076] In FIG. 12 is an end view of the upstream fluid manifold of the deflection subsystem of FIG. 8 embodiment.

[0077] На фиг. 13 показан вид в изометрии манифольда текучей среды фиг. 12, с внутренними трубами текучей среды, показанными пунктирными линиями.[0077] In FIG. 13 is an isometric view of the fluid manifold of FIG. 12, with the internal fluid pipes shown in dotted lines.

[0078] На фиг. 14 показан вид с торца, расположенного выше по потоку, манифольда текучей среды для отклоняющей подсистемы альтернативного варианта осуществления.[0078] In FIG. 14 is an upstream end view of a fluid manifold for a deflection subsystem of an alternative embodiment.

[0079] На фиг. 15 показан вид в изометрии манифольда текучей среды фиг. 14, с внутренними трубами текучей среды, показанными пунктирными линиями;[0079] In FIG. 15 is an isometric view of the fluid manifold of FIG. 14, with internal fluid pipes shown in dotted lines;

[0080] На фиг. 16 показан вид сбоку отклоняющей подсистемы, имеющей манифольд текучей среды фиг. 14.[0080] In FIG. 16 is a side view of the deflection subsystem having the fluid manifold of FIG. 14.

[0081] На фиг. 17 показано сечение отклоняющей подсистемы фиг. 16, по линии G-G на фиг. 16.[0081] In FIG. 17 shows a cross-section of the deflection subsystem of FIG. 16, along line G-G in FIG. 16.

[0082] На фиг. 18 показано сечение отклоняющей подсистемы фиг. 16, по линии H-H на фиг. 17.[0082] In FIG. 18 shows a cross-section of the deflection subsystem of FIG. 16, along line H-H in FIG. 17.

[0083] На фиг. 19 показан вид с торца, расположенного выше по потоку, отклоняющей подсистемы фиг. 16.[0083] In FIG. 19 is an upstream end view of the deflection subsystem of FIG. 16.

[0084] На фиг. 20 показан вид сечения отклоняющей подсистемы фиг. 16, по линии L-L на фиг. 19.[0084] In FIG. 20 is a cross-sectional view of the deflection subsystem of FIG. 16, along line L-L in FIG. 19.

[0085] На фиг. 21 показан другой вид сбоку отклоняющей подсистемы с манифольдом текучей среды фиг. 14, с одной из упорных конструкций, несколько выдвинутой для управления траекторией, варианта осуществления.[0085] In FIG. 21 shows another side view of the deflection subsystem with the fluid manifold of FIG. 14, with one of the thrust structures slightly extended to control the trajectory of the embodiment.

[0086] На фиг. 22 показано сечение отклоняющей подсистемы фиг. 21, по линии G-G на фиг. 21, и показана отклоняющая подсистема, также включающая в себя сводящее потоки в одну точку устройство, расположенное ниже по потоку от упорных конструкций.[0086] In FIG. 22 shows a cross-section of the deflection subsystem of FIG. 21, along line G-G in FIG. 21, and the deflection subsystem is shown, which also includes a device that brings the flows to one point, located downstream of the thrust structures.

[0087] На фиг. 23 показано сечение отклоняющей подсистемы фиг. 21, по линии H-H на фиг. 22.[0087] In FIG. 23 shows a cross-section of the deflection subsystem of FIG. 21, along line H-H in FIG. 22.

[0088] На фиг. 24 показан вид с торца, расположенного выше по потоку, отклоняющей подсистемы фиг. 21.[0088] In FIG. 24 is an upstream end view of the deflection subsystem of FIG. 21.

[0089] На фиг. 25 показан вид сечения отклоняющей подсистемы фиг. 21 по линии R-R на фиг. 24. [0089] In FIG. 25 is a cross-sectional view of the deflection subsystem of FIG. 21 along the line R-R in FIG. 24.

[0090] На фиг. 26 показан вид с торца, расположенного выше по потоку, сводящего потоки в одну точку устройства фиг. 22 в отдельности варианта осуществления.[0090] In FIG. 26 is a view from the upstream end that brings the flows to one point of the device of FIG. 22 individual embodiments.

[0091] На фиг. 27 показано сечение сводящего потоки в одну точку устройства фиг. 22 по линии P-P на фиг. 26.[0091] In FIG. Fig. 27 shows a cross-section of the device of Fig. that brings flows to one point. 22 along line P-P in FIG. 26.

[0092] На фиг. 28 показан со стороны выше по потоку вид в изометрии сводящего потоки в одну точку устройства фиг. 22.[0092] In FIG. 28 shows an isometric view from the upstream side of the device of FIG. 22.

[0093] На фиг. 29 показан со стороны выше по потоку вид в изометрии сводящего потоки в одну точку устройства фиг. 22 с внутренними трубами текучей среды, показанными пунктирными линиями.[0093] In FIG. 29 shows an isometric view from the upstream side of the device of FIG. 22 with the internal fluid pipes shown in dotted lines.

[0094] На фиг. 30 в сечении компоновки низа бурильной колонны, показана подсистема исполнительного механизма альтернативного варианта осуществления, размещенного в утяжеленной бурильной трубе.[0094] In FIG. 30 is a cross-sectional view of a bottom hole assembly showing the actuator subsystem of an alternative embodiment housed in a drill collar.

[0095] На фиг. 31 показан с увеличением вид расположенного ниже по потоку участка подсистемы исполнительного механизма фиг. 30. [0095] In FIG. 31 is an enlarged view of a downstream portion of the actuator subsystem of FIG. thirty.

[0096] На фиг. 32 показан с увеличением вид в изометрии частей расположенного ниже по потоку участка подсистемы исполнительного механизма фиг. 30.[0096] In FIG. 32 is an enlarged isometric view of portions of the downstream portion of the actuator subsystem of FIG. thirty.

Подробное описаниеDetailed description

[0097] На фиг. 1 показан вид сбоку компоновки низа бурильной колонны (КНБК) 50 для буровой РУС варианта осуществления. В данном варианте осуществления КНБК 50 содержит утяжеленную бурильную трубу 100, отклоняющую подсистему 200 и буровое долото 300, соединенные последовательно, от расположенного выше по потоку конца до расположенного ниже по потоку конца КНБК 50 (слева направо на фиг. 1). Утяжеленную бурильную трубу 100, в свою очередь, можно соединять на ее расположенном выше по потоку конце с расположенным выше по потоку компонентом (не показано) бурильной колонны для соединения КНБК 50 с остальной буровой системой.[0097] In FIG. 1 shows a side view of the bottom hole assembly (BHA) 50 for a drilling RSS embodiment. In this embodiment, the BHA 50 includes a drill collar 100, a deflector subsystem 200, and a drill bit 300 connected in series from the upstream end to the downstream end of the BHA 50 (from left to right in FIG. 1). The drill collar 100 may in turn be coupled at its upstream end to an upstream component (not shown) of the drill string to connect the BHA 50 to the rest of the drilling system.

[0097] Во время работы буровой системы КНБК 50 вращается в общем вокруг центральной продольной оси в скважине, где ведут бурение, вместе с остальной бурильной колонной, с который соединена. Кроме того, КНБК 50 принимает на своем расположенным выше по потоку конце поток бурового или промывочного раствора под давлением, прокачиваемого через бурильную колонну. Как описано ниже, в КНБК 50 буровой раствор подается ниже по потоку до выхода из КНБК 50 через буровое долото 300. Данный буровой раствор входит в скважину под давлением, содействуя выносу выбуренной породы из скважины.[0097] During operation of the drilling system, the BHA 50 rotates generally about a central longitudinal axis in the well being drilled, along with the rest of the drill string to which it is connected. In addition, the BHA 50 receives at its upstream end a flow of pressurized drilling or mud fluid pumped through the drill string. As described below, the BHA 50 is fed with drilling fluid downstream before exiting the BHA 50 through the drill bit 300. This drilling fluid enters the well under pressure to assist in removing cuttings from the well.

[0099] В данном варианте осуществления, описанном ниже, отклоняющей подсистемой 200 можно управлять для избирательного направления некоторой части потока бурового раствора под давлением отклоняющей подсистемой 200 для управления траекторией движения. Такой направленный поток можно использовать для приведения в действие многочисленных упорных конструкций, установленных по периферии отклоняющей подсистемы 200. Приведение в действие упорной конструкции при конкретном угле поворота бурильной колонны обуславливает выталкивание упорной конструкции наружу и в упор со стенкой скважины под таким углом поворота, чтобы направить траекторию движения КНБК 50 в противоположном направлении.[0099] In this embodiment, described below, the deflector subsystem 200 can be controlled to selectively direct some of the flow of drilling fluid under pressure by the deflector subsystem 200 to control the path of movement. This directional flow can be used to actuate multiple thrust structures positioned around the periphery of the deflector subsystem 200. Actuating the thrust structure at a particular rotation angle of the drill string causes the thrust structure to be pushed outward and against the borehole wall at such an angle of rotation as to direct the trajectory. movement of the BHA 50 in the opposite direction.

[00100] На фиг. 2 показано сечение КНБК 50, по линии N-N на фиг. 1. Как показано, утяжеленная бурильная труба 100 содержит корпус 102, имеющий первую резьбовую часть 104 на своем конце выше по потоку. Первой резьбовой части 104 приданы размеры (т.е., приданы размеры и форма) для свинчивания утяжеленной бурильной трубы 100 с расположенным выше по потоку компонентом бурильной колонны (не показано). Корпус 102 также имеет вторую резьбовую часть 106 на своем конце ниже по потоку. Второй резьбовой части 106 приданы размеры для свинчивания утяжеленной бурильной трубы 100 с первой резьбовой частью 204 отклоняющей подсистемы 200.[00100] In FIG. 2 shows a cross-section of the BHA 50, along the line N-N in FIG. 1. As shown, drill collar 100 includes a body 102 having a first threaded portion 104 at its upstream end. The first threaded portion 104 is sized (ie, sized and shaped) to screw the drill collar 100 to an upstream drill string component (not shown). Housing 102 also has a second threaded portion 106 at its downstream end. The second threaded portion 106 is sized to screw the drill collar 100 to the first threaded portion 204 of the deflector subsystem 200.

[00101] Труба 108 текучей среды проходит по центру через корпус 102 утяжеленной бурильной трубы 100 от расположенного выше по потоку конца насквозь до расположенного ниже по потоку конца. Труба 108 текучей среды подает буровой раствор к отклоняющей подсистеме 200 и буровому долоту 300. В данном варианте осуществления подсистема 150 исполнительного механизма установлена закрепленной неподвижно в центре трубы 108 текучей среды, чтобы вращаться вместе с утяжеленной бурильной трубой 100 вокруг ее центральной оси во время работы бурильной колонны. Подсистема 150 исполнительного механизма проходит частично за расположенный ниже по потоку конец утяжеленной бурильной трубы 100 для стыковки с компонентами отклоняющей подсистемы 200 и для, управления, при этом траекторией, как описано ниже.[00101] The fluid pipe 108 extends centrally through the body 102 of the drill collar 100 from the upstream end through to the downstream end. Fluid pipe 108 supplies drilling fluid to diverter subsystem 200 and drill bit 300. In this embodiment, actuator subsystem 150 is mounted fixedly at the center of fluid pipe 108 to rotate with drill collar 100 about its central axis during drilling operation. columns. The actuator subsystem 150 extends partially beyond the downstream end of the drill collar 100 to interface with components of the diverter subsystem 200 and to control the trajectory as described below.

[00102] Подсистеме 150 исполнительного механизма придают нужные размеры и устанавливают в трубе 108 текучей среды, оставляя существенную кольцевую проточную зону 110 между периферией подсистемы и внутренней поверхностью стенки трубы 108 текучей среды. Кольцевая проточная зона 110 обеспечивает буровому раствору продолжение сквозной подачи от расположенного выше по потоку конца утяжеленной бурильной трубы 100 и выход наружу из расположенного ниже по потоку конца. [00102] The actuator subsystem 150 is sized and mounted in the fluid pipe 108, leaving a substantial annular flow zone 110 between the periphery of the subsystem and the inner wall surface of the fluid pipe 108. The annular flow zone 110 allows drilling fluid to continue through from the upstream end of the drill collar 100 and exit out of the downstream end.

[00103] На фиг. 3 показан с увеличением вид сбоку подсистемы 150 исполнительного механизма в отдельности, и на фиг. 4 показано сечение подсистемы 150 исполнительного механизма, по линии B-B на фиг. 3. В данном варианте осуществления подсистема 150 исполнительного механизма работает, как система поворотного клапана. В, дополнение, подсистема 150 исполнительного механизма основана на “форме зонда”. Например, ее компоненты (малогабаритный блок электропитания такой как батареи, исполнительный механизм, плата управления, датчики, как описано ниже) размещены в трубе 152 в виде зонда с стандартными размерами блока измерений во время бурения (MWD). В данном варианте осуществления труба 152 является цилиндрической и имеет наружный диаметр 1 7/8 (один и семь восьмых) дюйма (47 мм). Из расположенного ниже по потоку конца трубы 152 выступает вращающийся выходной вал 154, который посажен на шпонку для закрепления в соответствующем пазу в муфте компонента 156 дискового клапана. При этом обеспечено вращение компонента 156 дискового клапана, когда вращается выходной вал 154, без проскальзывания. Вместе с тем, выходной вал 154 и компонент 156 дискового клапана аксиально разделены для обеспечения осевого скольжения малой величины относительно друг друга. Данная осевая “игра” является только незначительной. Осевая игра полезна для приспособления к потенциальному наложению допусков либо в “слишком коротком” направлении или “слишком длинном” направлении. Полезно иметь компонент 156 дискового клапана, посаженный на расположенной выше по потоку поверхности 222 без обязательного вдавливания в нее, что может случиться в ином случае, если наложение допусков во время станочной обработки компонентов обуславливает выдвижение последовательности компонентов малой величины слишком далеко, или недостаточно далеко в сравнении с величиной полезной для надежного долгого функционирования. То есть, предпочтительно, с точки зрения обоих, износа и потребления энергии, чтобы компонент 156 дискового клапана мог вращаться относительно расположенной выше по потоку поверхности 222 от выходного вала 154 с возможно меньшим трением между расположенной выше по потоку поверхностью 222 и компонентом 156 дискового клапана, и также работал, эффективно блокируя и разблокируя окна клапана, как описано.[00103] In FIG. 3 is an enlarged side view of the actuator subsystem 150 in isolation, and FIG. 4 shows a cross-section of actuator subsystem 150 along line B-B in FIG. 3. In this embodiment, the actuator subsystem 150 operates as a rotary valve system. In addition, the actuator subsystem 150 is based on a “probe shape”. For example, its components (small power supply such as batteries, actuator, control board, sensors, as described below) are housed in a probe-like tube 152 with standard measurement-while-drilling (MWD) unit dimensions. In this embodiment, pipe 152 is cylindrical and has an outer diameter of 1 7/8 (one and seven eighths) inches (47 mm). Protruding from the downstream end of pipe 152 is a rotating output shaft 154 that is keyed to be secured in a corresponding slot in the clutch of disc valve component 156. This ensures that the disc valve component 156 rotates when the output shaft 154 rotates without slipping. However, the output shaft 154 and the disc valve component 156 are axially separated to provide a small amount of axial slip relative to each other. This axial “game” is only minor. Axial play is useful for accommodating potential tolerance overlap in either the “too short” direction or the “too long” direction. It is beneficial to have the disc valve component 156 seated on the upstream surface 222 without necessarily pressing into it, which may otherwise happen if tolerances during component machining cause a sequence of small components to extend too far, or not far enough in comparison. with a value useful for reliable long-term operation. That is, it is preferable, from the standpoint of both wear and power consumption, that the disc valve component 156 can rotate relative to the upstream surface 222 of the output shaft 154 with as little friction as possible between the upstream surface 222 and the disc valve component 156, and also worked to effectively lock and unlock the valve windows as described.

[00104] Как описано ниже, исполнительный механизм 164 (в данном варианте осуществления блок электродвигателя и редуктора) в трубе 152 может вращать выходной вал 154 относительно трубы 152. Вал, в свою очередь, вращает компонент 156 дискового клапана относительно трубы 152. Таким образом компонент 156 дискового клапана может вращаться относительно компонентов отклоняющей подсистемы 200, с которой компонент 156 дискового клапана должен стыковаться.[00104] As described below, the actuator 164 (in this embodiment, the motor and gear assembly) in the pipe 152 can rotate the output shaft 154 relative to the pipe 152. The shaft, in turn, rotates the disc valve component 156 relative to the pipe 152. Thus, the component The disc valve component 156 can be rotated relative to the components of the deflector subsystem 200 to which the disc valve component 156 is to be mated.

[00105] Как показано на фиг. 4, малогабаритный блок электропитания, в данном варианте осуществления блок 155 комплекта батарей, обеспечивает электроэнергией электродвигатель/редуктор 164, а также блок 160 датчиков и плату 162 управления. В данном варианте осуществления блок 155 комплекта батарей имеет один комплект батарей, содержащий восемь (8) литиевых первичных источников тока, DD, соединенных последовательно. Поскольку каждый источник тока имеет напряжение 3,6 В, номинальное напряжение комплекта составляет 28,8 В. В вариантах осуществления, блок 155 комплекта батарей содержит два комплекта батарей, обеспечивающих приблизительно 100 часов постоянной работы на забое. Блок 155 комплекта батарей может иметь больше комплектов батарей, сколько требуется на месте размещения, в габаритах подсистемы 150 исполнительного механизма.[00105] As shown in FIG. 4, a small power supply unit, in this embodiment, battery pack unit 155, provides electrical power to motor/gearbox 164, as well as sensor unit 160 and control board 162. In this embodiment, the battery pack unit 155 has one battery pack including eight (8) lithium primary current sources, DD, connected in series. Since each current source has a voltage of 3.6 V, the nominal voltage of the set is 28.8 V. In embodiments, the battery pack unit 155 contains two sets of batteries providing approximately 100 hours of continuous downhole operation. The battery pack unit 155 may have more battery packs as required at the site within the dimensions of the actuator subsystem 150.

[00106] Блок 160 датчиков содержит в данном варианте осуществления три (3) ортогональных магнитометра для измерения ориентации магнитного поля Земли относительно блока 160 датчиков и три (3) ортогональных акселерометра для измерения вектора силы тяжести относительно блока 160 датчиков. Плата 162 управления поддерживает и обеспечивает электропитание структуре обработки информации, такой как микропроцессор, для приема сигналов данных с указанных компонентов блока датчиков. Структура обработки информации обрабатывает сигналы данных и проводит фильтрацию с предсказанием для сглаживания входящих сигналов. Структура обработки информации также выполнена с возможностью приспосабливаться к времени запаздывания, которое возникает при приеме сигналов, и времени обработки, требуемому когда инструмент вращается со скоростью несколько сотен оборотов в минуту (об/мин). В общем, структура обработки информации выполнена с возможностью получать вектор угла бокового наклона, представляющий направление от измеренной ориентации КНБК 50 к ориентация КНБК 50 на проектную цель. Когда вектор угла бокового наклона определен, плата 162 управления может активировать электродвигатель/редуктор 164 соответственно для поворота компонента 156 дискового клапана. Поворотом компонента 156 дискового клапана управляют так, что его скорость вращения приводит его в некоторое положение относительно отклоняющей подсистемы 200, соответствующее углу бокового наклона к проектной цели минус измеренный угол бокового наклона. Понятно, что структура обработки информации на плате 162 управления выполнена с возможностью учитывать время запаздывания между приемом измерений на блоке 160 датчиков и ответным приведением в действие электродвигателя/редуктора 164.[00106] The sensor unit 160 includes, in this embodiment, three (3) orthogonal magnetometers for measuring the orientation of the Earth's magnetic field relative to the sensor unit 160 and three (3) orthogonal accelerometers for measuring the gravity vector relative to the sensor unit 160. The control board 162 supports and provides power to an information processing structure, such as a microprocessor, to receive data signals from said sensor assembly components. The information processing framework processes the data signals and performs predictive filtering to smooth the incoming signals. The information processing structure is also configured to accommodate the lag time that occurs when receiving signals and the processing time required when the tool is rotated at several hundred revolutions per minute (rpm). In general, the information processing structure is configured to obtain a lateral inclination angle vector representing the direction from the measured orientation of the BHA 50 to the orientation of the BHA 50 toward the design target. When the side tilt angle vector is determined, the control board 162 may activate the motor/gearbox 164, respectively, to rotate the disc valve component 156. The rotation of the disc valve component 156 is controlled such that its rotational speed brings it to a position relative to the deflector subsystem 200 corresponding to the side tilt angle to the design target minus the measured side tilt angle. It will be understood that the information processing structure on the control board 162 is configured to take into account the lag time between the reception of measurements at the sensor unit 160 and the response actuation of the motor/gearbox 164.

[00107] На фиг. 5 показан с увеличением вид расположенного ниже по потоку участка подсистемы 150 исполнительного механизма. В данном варианте осуществления электродвигатель/редуктор 164 являются единым блоком, который содержит электродвигатель с редуктором, обеспечивающим понижающее передаточное отношение 5,8:1. Выходной вал 166 двигателя /редуктора 164 соединен соединительной муфтой 168 с выходным валом 154. Выходной вал 154 проходит от соединительной муфты 168 весь путь до компонента 156 дискового клапана. В данном варианте осуществления выходной вал 154 проходит через оба, комплект 172 несущих осевую нагрузку упорных подшипников, противодействующих осевому перемещению выходного вала 154, и комплект 174 радиальных подшипников, противодействующих радиальному перемещению выходного вала 154. На расположенном ниже по потоку конце трубы 152 установлено уплотнение 175, препятствующее попаданию бурового раствора или другого материала.[00107] In FIG. 5 is an enlarged view of a downstream portion of the actuator subsystem 150. In this embodiment, motor/gearbox 164 is a single unit that includes a motor with a gearbox providing a reduction ratio of 5.8:1. The output shaft 166 of the motor/gearbox 164 is connected by a coupling 168 to the output shaft 154. The output shaft 154 extends from the coupling 168 all the way to the disc valve component 156. In this embodiment, the output shaft 154 passes through both a set 172 of axial load-bearing thrust bearings resisting axial movement of the output shaft 154 and a set 174 of radial bearings resisting radial movement of the output shaft 154. A seal 175 is mounted on the downstream end of the pipe 152. , preventing the entry of drilling fluid or other material.

[00108] Датчик 176 положения закреплен в трубе 152 вблизи соединительной муфты 168, и соответствующий индикатор 178 положения закреплен на точке соединительной муфты 168, соответствующей осевому местоположению датчика 176 положения. Датчик 176 положения и индикатор 178 положения взаимодействуют, обеспечивая датчик 176 положения информацией о повороте индикатора 178 положения в положение вблизи датчика 176 положения, так что индикатор 178 положения может передавать сигнал плате 162 управления каждый раз, когда индикатор 178 положения расположен вблизи датчика 176 положения. В данном варианте осуществления датчик 176 положения является датчиком Холла, и индикатор 178 положения является магнитом. Когда выходной вал 154 поворачивается так, что индикатор 178 положения поворачивается, становясь смежно с датчиком 176 положения, датчик 176 положения быстро передает электрический сигнал на плату 162 управления. Плата 162 управления при этом получает данные углового положения и скорости выходного вала 154 относительно утяжеленной бурильной трубы 100, когда выходной вал 154 вращается. Плата 162 управления поэтому, в свою очередь, может получать данные углового положения компонента 156 дискового клапана относительно отклоняющей подсистемы 200. Имея данные углового положения компонента 156 дискового клапана относительно отклоняющей подсистемы 200, плата 162 управления адаптирует или поддерживает угловое положение. Указанное плата 162 управления выполняет, передавая команды электродвигателю/редуктору 164 на ускорение, замедление или остановку вращения выходного вала 166, чтобы осуществлять управление траекторией КНБК 50.[00108] The position sensor 176 is fixed in the pipe 152 near the coupling 168, and the corresponding position indicator 178 is fixed at a point of the coupling 168 corresponding to the axial location of the position sensor 176. The position sensor 176 and the position indicator 178 interact to provide the position sensor 176 with information about the rotation of the position indicator 178 to a position near the position sensor 176, so that the position indicator 178 can transmit a signal to the control board 162 whenever the position indicator 178 is located near the position sensor 176. In this embodiment, the position sensor 176 is a Hall sensor, and the position indicator 178 is a magnet. When the output shaft 154 is rotated such that the position indicator 178 rotates to become adjacent to the position sensor 176, the position sensor 176 quickly transmits an electrical signal to the control board 162. The control board 162 then receives the angular position and speed of the output shaft 154 relative to the drill collar 100 as the output shaft 154 rotates. The control board 162 can therefore, in turn, receive angular position data of the disc valve component 156 relative to the deflector subsystem 200. Given the angular position data of the disc valve component 156 relative to the deflector subsystem 200, the control board 162 adapts or maintains the angular position. The control board 162 does this by instructing the motor/gearbox 164 to accelerate, decelerate, or stop the rotation of the output shaft 166 to control the path of the BHA 50.

[00109] В данном варианте осуществления датчик 176 положения содержит электросхему для фильтрации (такой как калмановская фильтрация) для получения надежных данных положения вала даже в условиях вибрации на забое.[00109] In this embodiment, position sensor 176 includes circuitry for filtering (such as Kalman filtering) to obtain reliable shaft position data even under downhole vibration conditions.

[00110] В варианте осуществления плата 162 управления выполнена с возможностью избирательной работы с применением рабочего цикла для реализации частоты толчков отклоняющей подсистемы 200. Например, рабочий цикл можно установить таким, чтобы обеспечивать управление отклоняющей подсистемой 200 для создания отклонения траектории в течение одной минуты, и затем не отклонения траектории в течение одной минуты, и затем отклонения траектории в течение одной минуты. Конкретнее, 50% рабочий цикл. Плату 162 управления можно выполнить с возможностью управления работой отклоняющей подсистемы 200 по различным другим рабочим циклам.[00110] In an embodiment, the control board 162 is configured to selectively operate using a duty cycle to implement the kick frequency of the deflection subsystem 200. For example, the duty cycle may be set to control the deflection subsystem 200 to create a path deviation within one minute, and then no trajectory deviation for one minute, and then trajectory deviation for one minute. More specifically, 50% duty cycle. The control board 162 may be configured to control the operation of the deflection subsystem 200 over various other operating cycles.

[00111] В варианте осуществления плата 162 управления может принимать команды с наземного оборудования скважины и исполнять их, изменяя работу КНБК 50. Поскольку применение проводной связи с поверхностью через КНБК 50 может быть нецелесообразным, можно задействовать другие средства связи. Например, можно управлять буровыми насосами, чтобы модулировать подачу бурового раствора, или можно модулировать скорость вращения бурильной колонны, чтобы обеспечить передачу сигнала на забой. Подсистему 150 исполнительного механизма можно обеспечить компонентами для обнаружения изменений в уровнях вибрации или скоростях вращения, чтобы обнаруживать передачу сигнала и, соответственно, отвечать управляющими сигналами для электродвигателя 164. Скорости передачи данных для таких конфигураций связи с забойной зоной обычно меньше 0,3 бит/сек. Можно задействовать и другие методики для передачи сигналов на забой.[00111] In an embodiment, the control board 162 may receive commands from the surface well equipment and execute them to change the operation of the BHA 50. Since wired communication to the surface through the BHA 50 may not be practical, other means of communication may be employed. For example, mud pumps can be controlled to modulate the flow of drilling fluid, or the speed of rotation of the drill string can be modulated to provide a signal downhole. The actuator subsystem 150 may be provided with components to detect changes in vibration levels or rotational speeds to detect signal transmission and accordingly respond with control signals to the motor 164. Data rates for such downhole communication configurations are typically less than 0.3 bps . Other techniques can be used to transmit signals to the bottom.

[00112] В варианте осуществления сигналы можно передавать с подсистемы 150 исполнительного механизма на поверхность во время работы, применяя компонент генератора импульсов давления в столбе бурового раствора или применяя электромагнитную (ЕМ) телеметрию (где электрические сигналы передаются через среду породы самого пласта). Такая система может задействовать передатчик импульсов давления в столбе бурового раствор или EM передатчик непосредственно на КНБК 50. Альтернативно, можно задействовать систему с каналом передачи на короткие расстояния.[00112] In an embodiment, signals can be transmitted from the actuator subsystem 150 to the surface during operation using a drilling fluid column pressure pulse generator component or using electromagnetic (EM) telemetry (where electrical signals are transmitted through the rock environment of the formation itself). Such a system may employ a mud pulse transmitter or EM transmitter directly on the BHA 50. Alternatively, a system with a short distance transmission channel may be employed.

[00113] На фиг. 6 показан вид в изометрии подсистемы 150 исполнительного механизма, и на фиг. 7 показан с увеличением вид в изометрии расположенного ниже по потоку участка подсистемы 150 исполнительного механизма. Как показано на фиг. 7, компонент 156 дискового клапана содержит диск 157. Диск 157, в данном варианте осуществления является в общем кольцевым и имеет V-образную канавку 159, проходящую внутрь от одного участка его периферии часть пути до его центра. V-образной канавке 159 в данном варианте осуществления приданы размеры (т.е., канавка имеет угол дуги и протяженность внутрь) для обеспечения совмещения V-образной канавки 159 только с одним лежащим ниже клапанным окном единовременно. То есть, для разблокирования только одного клапанного окна при блокирования другого клапанного окна (окон). Данное обеспечивает проход бурового раствора ниже по потоку через V-образную канавку 159 и только в окно клапана, совмещенное с V-образной канавкой 159. При такой ориентации диска 157 остальная часть диска 157, по существу, блокирует прием бурового раствора любыми другими нижележащими окнами клапана. [00113] In FIG. 6 is an isometric view of actuator subsystem 150, and FIG. 7 is an enlarged isometric view of a downstream portion of the actuator subsystem 150. As shown in FIG. 7, disc valve component 156 includes a disc 157. The disc 157, in this embodiment, is generally annular and has a V-shaped groove 159 extending inwardly from one portion of its periphery part way to its center. The V-groove 159 in this embodiment is sized (ie, the groove has an arc angle and an inward extension) to ensure that the V-groove 159 aligns with only one underlying valve port at a time. That is, to unlock only one valve window while blocking the other valve window(s). This allows drilling fluid to pass downstream through V-groove 159 and only into the valve port aligned with V-groove 159. With this orientation of disk 157, the remainder of disk 157 essentially blocks any other underlying valve ports from receiving drilling fluid. .

[00114] Кроме того, в данном варианте осуществления V-образной канавке 159 приданы размеры, обеспечивающие V-образной канавке 159 избирательное не совмещение ни с одним из лежащих ниже окон клапана. То есть такую ориентацию, что остальная часть диска 157 блокирует все окна клапана. Таким путем, можно исключить вход бурового раствора в какую либо из упорных конструкций посредством управления ориентацией диска 157 и, в частности, V-образной канавки 159. Данное “нейтральное” положение может быть нужным, когда управление траекторией не требуется (известно в разговорной речи, как “нейтральное положение”). Можно отметить, что нейтральное положение некоторого вида можно получить другим путем, продолжая приводить в действие все упорные конструкции в псевдослучайном режиме или с другим автоматическим противодействием, когда бурильная колонна вращается, обуславливая отсутствие эффективного управления траекторией. Вместе с тем, когда продолжают приводить в действие упорные конструкции таким путем, даже когда управление траекторией не требуется, продолжается потребление энергии, а также износ и амортизация упорных конструкций и других компонентов; упорные башмаки продолжают придавливаться к стенке скважины. Вместе с тем, с созданием клапанной конструкции, описанной в данном документе, сконфигурированной так, что ее можно ориентировать для разблокирования только одного клапанного окна единовременно и, дополнительно, можно альтернативно ориентировать для блокирования всех окон клапана на некоторое время так, что ни одна из упорных конструкций не приводится в действие, износ и амортизация по меньшей мере на компонентах упорной конструкции, а также потребление электроэнергии, можно уменьшить по сравнению с другими подходами для получения нейтрального положения.[00114] Additionally, in this embodiment, the V-groove 159 is sized to ensure that the V-groove 159 is not selectively aligned with any of the underlying valve ports. That is, such an orientation that the rest of the disk 157 blocks all of the valve windows. In this way, it is possible to prevent drilling fluid from entering any of the thrust structures by controlling the orientation of the disk 157 and, in particular, the V-groove 159. This “neutral” position may be desired when trajectory control is not required (known colloquially as as “neutral position”). It may be noted that a neutral position of some kind can be achieved another way by continuing to drive all thrust structures in a pseudo-random mode or other automatic counteraction as the drill string rotates, causing no effective path control. However, when the thrust structures continue to be driven in this manner even when trajectory control is not required, energy consumption continues, as well as wear and tear on the thrust structures and other components; the thrust shoes continue to press against the borehole wall. However, by making the valve structure described herein configured such that it can be oriented to unlock only one valve port at a time and, additionally, can alternatively be oriented to block all valve ports for a period of time such that none of the thrust structures are not actuated, wear and tear on at least the components of the thrust structure, as well as power consumption, can be reduced compared to other approaches to obtain a neutral position.

[00115] Понятно, что угол/размер V-образной канавки 159 в диске 157 можно выбрать в зависимости от количества окон клапана, их размеров и расстояний между окнами клапана.[00115] It will be appreciated that the angle/size of the V-groove 159 in the disk 157 can be selected depending on the number of valve ports, their sizes, and the spacing between the valve ports.

[00116] V-образная канавка проходит внутрь в диске 157 от периферии, в отличие от этого (например) апертура (такая как кольцевое отверстие), проходящая через диск 157, отнесенная от периферии, обеспечивает диску 157 окружность, продолжающуюся только до точек, куда доходят окна клапана от центра расположенной выше по потоку поверхности 222. Понятно, что желательна малая интерференция с проточными окнами диска 157, чтобы проточным окнам не создавал препятствий, насколько возможно, диск 157. Хотя альтернативный диск с сквозным отверстием, отнесенным внутрь от его периферии для совмещения с лежащим ниже клапанным окном, может быть функционален, такой альтернативный диск должен иметь радиус больше расстояния, на которое окно клапана продолжается от центра расположенной выше по потоку поверхности 222. То есть такой альтернативный диск для размещения полного сквозного отверстия, которое совмещается с лежащим ниже клапанным окном, должен иметь радиус больше необходимого для простого закрытия окон клапана. Поскольку такой альтернативный диск должен иметь радиус больше необходимого, проточные окна должны быть отнесены дальше от оси вращения отклоняющей подсистемы 200, при этом их станет невозможно даже частично блокировать альтернативным диском. Таким образом, при обеспечении V-образной канавки 159, проходящей внутрь от периферии диска 157, как описано в данном документе, достаточно большое отверстие может быть создано для обеспечения прохода бурового раствора в выбранные окна клапана, не требующее большего, чем необходимо, радиуса диска 157 и расстояния от проточных окон до оси вращения подсистемы.[00116] A V-shaped groove extends inwardly in disk 157 from the periphery, in contrast (for example), an aperture (such as an annular hole) passing through disk 157 spaced from the periphery provides disk 157 with a circumference extending only to points where valve ports reach from the center of the upstream surface 222. It is clear that little interference with the flow ports of the disk 157 is desirable so that the flow ports are not obstructed as much as possible by the disc 157. Although an alternative disc with a through hole spaced inward from its periphery for alignment with the underlying valve port may be functional, such an alternate disk must have a radius greater than the distance that the valve port extends from the center of the upstream surface 222. That is, such an alternative disk to accommodate a complete through hole that is aligned with the underlying valve window must have a radius greater than that necessary to simply close the valve windows. Since such an alternative disk must have a radius larger than necessary, the flow windows must be located further from the axis of rotation of the deflection subsystem 200, in which case they cannot be even partially blocked by the alternative disk. Thus, by providing a V-shaped groove 159 extending inward from the periphery of disk 157 as described herein, a sufficiently large opening can be created to allow passage of drilling fluid into selected valve ports without requiring a larger than necessary radius of disk 157 and the distance from the flow windows to the axis of rotation of the subsystem.

[00117] В данном варианте осуществления от центра расположенной ниже по потоку поверхности диска 157 проходит короткий цилиндрический ниппель 158, который должен соприкасаться с соответствующим компонентом отклоняющей подсистемы 200, чтобы обеспечить поворот компонента 156 дискового клапана относительно отклоняющей подсистемы 200 с очень малым добавленным трением. Это надежно обеспечивает поворот компонента 156 дискового клапана питаемым от батареи электродвигателем 164 с небольшой приводной мощностью с питанием от батареи.[00117] In this embodiment, a short cylindrical nipple 158 extends from the center of the downstream surface of the disc 157 and must contact a corresponding component of the deflector subsystem 200 to allow the disc valve component 156 to rotate relative to the deflector subsystem 200 with very little added friction. This reliably enables the disc valve component 156 to be rotated by the battery-powered electric motor 164 with a small amount of battery-powered drive power.

[00118] На фиг. 8 показан вид сбоку отклоняющей подсистемы 200 в отдельности, и на фиг. 9 показано сечение отклоняющей подсистемы 200 по линии C-C на фиг. 8. В данном варианте осуществления отклоняющая подсистема 200 содержит корпус 202, включающий в себя манифольд 220 текучей среды, расположенный сразу ниже по потоку от первой резьбовой части 204. Манифольд 220 текучей среды имеет расположенную выше по потоку поверхность 222, обращенную к потоку бурового раствора, выходящего из утяжеленной бурильной трубы 100.[00118] In FIG. 8 shows a side view of the deflection subsystem 200 in isolation, and FIG. 9 shows a cross-section of the deflection subsystem 200 along line C-C in FIG. 8. In this embodiment, the deflection subsystem 200 includes a housing 202 including a fluid manifold 220 located immediately downstream of the first threaded portion 204. The fluid manifold 220 has an upstream surface 222 facing the flow of drilling fluid, exiting the drill collar 100.

[00119] На фиг. 12 показан вид с торца, расположенного выше по потоку, манифольда 220 текучей среды варианта осуществления, и на фиг. 13 показан вид в изометрии манифольда текучей среды фиг. 12 с внутренними трубами текучей среды, показанными пунктирными линиями.[00119] In FIG. 12 is an upstream end view of the fluid manifold 220 of an embodiment, and FIG. 13 is an isometric view of the fluid manifold of FIG. 12 with the internal fluid pipes shown in dotted lines.

[00120] Расположенная выше по потоку поверхность 222 имеет центральную зону 224 (показана линией точек на фиг. 12) и периферийную зону 225, проходящую от центральной зоны до периферии расположенной выше по потоку поверхности 222. В данном варианте осуществления в центральной зоне 224 расположены три (3) окна 226A, 226B и 226C клапана. Окна 226A, 226B и 226C клапана выполнены заподлицо с расположенной выше по потоку поверхностью 222 и открыты на ней. Каждое из окон 226A, 226B и 226C клапана сообщается по текучей среде с соответствующей трубой 240A, 240B и 240C клапана, проходящей вниз по потоку от расположенной выше по потоку поверхности 222 манифольда 220 текучей среды. [00120] The upstream surface 222 has a central zone 224 (shown as a line of dots in FIG. 12) and a peripheral zone 225 extending from the central zone to the periphery of the upstream surface 222. In this embodiment, three (3) valve windows 226A, 226B and 226C. The valve windows 226A, 226B and 226C are flush with and open to the upstream surface 222. Each of the valve ports 226A, 226B and 226C is in fluid communication with a corresponding valve pipe 240A, 240B and 240C extending downstream from the upstream surface 222 of the fluid manifold 220.

[00121] Как описано ниже, когда утяжеленная бурильная труба 100 свинчивается с отклоняющей подсистемой 200, диск 157, проходящий от подсистемы 150 исполнительного механизма, выступает к расположенной выше по потоку поверхности 222 и в конечном итоге соприкасается с ней. Диск 157 поэтому выставлен по центру относительно центральной зоны 224 расположенной выше по потоку поверхности 222 и окон 226A, 226B и 226C клапана. Цилиндрический ниппель 158, проходящий от расположенной ниже по потоку поверхности диска 157, соприкасается с участком центральной зоны 224 расположенной выше по потоку поверхности 222 между участками 226A, 226B и 226C клапана. В вариантах осуществления короткая цилиндрическая чашка (не показано), имеющая стенки параллельные оси вращения КНБК 50, проходит сразу незначительно ниже по потоку от расположенной выше по потоку поверхности 222. Данное обеспечено для приема короткого цилиндрического ниппеля 158, чтобы содействовать удержанию диска 157 в центральном положении, обращенным к центральной зоне 224. В таких вариантах осуществления короткой цилиндрической чашке предпочтительно придают размеры для небольшой интерференции с вращением короткого цилиндрического ниппеля 158. Например, чашка, предпочтительно, имеет глубину только незначительно меньше соответствующей длины ниппеля 158, так что расположенная ниже по потоку поверхность диска 157 фактически не соприкасается с расположенной выше по потоку поверхностью 222, когда вращается относительно нее, но при этом весьма незначительно отнесена от нее, чтобы сохранять небольшое трение между двумя компонентами. В данном варианте осуществления ниппель 158 имеет диаметр между 1/16 и 1/8 дюйма (1,6 и 3,2 мм) с длиной около 1/32 дюйма (0,8 мм), и короткая цилиндрическая чашка, в свою очередь, имеет диаметр на около 10/1000 дюйма (0,3 мм) больше, чем ниппель 158 с глубиной на около 10/1,000 дюйма (0,3 мм) меньше длины ниппеля 158. Возможны альтернативы.[00121] As described below, when drill collar 100 is screwed onto deflector subsystem 200, disk 157 extending from actuator subsystem 150 protrudes toward and ultimately contacts upstream surface 222. Disc 157 is therefore centered relative to central region 224 of upstream surface 222 and valve ports 226A, 226B and 226C. A cylindrical pin 158 extending from the downstream surface of the disk 157 contacts a portion of the central region 224 of the upstream surface 222 between the valve portions 226A, 226B, and 226C. In embodiments, a short cylindrical cup (not shown) having walls parallel to the axis of rotation of the BHA 50 extends immediately slightly downstream of the upstream surface 222. This is provided to receive a short cylindrical nipple 158 to assist in maintaining the disk 157 in a central position. facing the central region 224. In such embodiments, the short cylindrical cup is preferably sized to interfere slightly with the rotation of the short cylindrical nipple 158. For example, the cup preferably has a depth only slightly less than the corresponding length of the nipple 158 such that the downstream surface disk 157 does not actually contact the upstream surface 222 when rotated relative to it, but is very slightly offset from it so as to maintain little friction between the two components. In this embodiment, nipple 158 has a diameter of between 1/16 and 1/8 inch (1.6 and 3.2 mm) with a length of about 1/32 inch (0.8 mm), and the short cylindrical cup, in turn, has a diameter about 10/1,000 inch (0.3 mm) larger than nipple 158 with a depth about 10/1,000 inch (0.3 mm) less than the length of nipple 158. Alternatives are possible.

[00122] При управлении угловым положением диска 157 относительно центральной зоны 224, диск 157 блокирует или не блокирует окна 226A, 226B или 226C клапана. Данное, в свою очередь, обеспечивает подсистеме 150 исполнительного механизма управление возможностью входа бурового раствора под давлением, принятого в утяжеленную бурильную трубу 100, в любое из окон 226A, 226B или 226C клапана.[00122] By controlling the angular position of disk 157 relative to center zone 224, disk 157 does or does not block valve windows 226A, 226B, or 226C. This, in turn, allows the actuator subsystem 150 to control whether pressurized drilling fluid received in the drill collar 100 can enter any of the valve ports 226A, 226B, or 226C.

[00123] В периферийной зоне 225 расположенной выше по потоку поверхности 222 расположены три (3) проточных окна 228A, 228B и 228C. Проточные окна 228A, 228B и 228C выполнены заподлицо с расположенной выше по потоку поверхностью 222 и открыты на ней. В данном варианте осуществления каждое из проточных окон 228A, 228B и 228C сообщается по текучей среде с соответствующей проточной трубой 229A, 229B и 229C проходящей ниже по потоку от расположенной выше по потоку поверхности 222 манифольда 220 текучей среды. Диску 157 приданы размеры только для стыковки с центральной зоной 224 расположенной выше по потоку поверхности 222 и не стыковки, по существу, с периферийной зоной 225 расположенной выше по потоку поверхности 222. При этом, проточные окна 228A, 228B и 228C остаются, по существу, не блокированными какой-либо клапанной конструкцией. Вследствие указанного, основной поток бурового раствора может продолжаться ниже по потоку для перемещения к буровому долоту 300 без существенного влияния на него, как в ином случае, работы клапана.[00123] In the peripheral zone 225 of the upstream surface 222, three (3) flow ports 228A, 228B and 228C are located. Flow ports 228A, 228B, and 228C are flush with and open to the upstream surface 222. In this embodiment, each of the flow ports 228A, 228B and 228C is in fluid communication with a corresponding flow pipe 229A, 229B and 229C extending downstream of the upstream surface 222 of the fluid manifold 220. The disk 157 is sized to interface only with the central zone 224 of the upstream surface 222 and not substantially with the peripheral zone 225 of the upstream surface 222. The flow ports 228A, 228B and 228C remain substantially not blocked by any valve structure. As a result, the main flow of drilling fluid can continue downstream to the drill bit 300 without being significantly affected as it would otherwise be by valve operation.

[00124] В данном варианте осуществления, поскольку трубы 240A 240B и 240C клапана проходят ниже по потоку от расположенной выше по потоку поверхности 222 к соответствующим упорным конструкциям, каждая из них также проходит несколько наружу, к периферии манифольда 220 текучей среды и от центральной оси манифольда 220 текучей среды. В дополнение, когда проточные трубы 229A, 229B и 229C проходят ниже по потоку от расположенной выше по потоку поверхности 222, они сходятся. В частности, проточные трубы 229A, 229B и 229C проходят несколько внутрь к центральной оси манифольда 220 текучей среды, чтобы сходиться в одно, центральное выходное окно 230. Таким путем три основных потока бурового раствора, сформированные, когда входящий буровой раствор достигает расположенной выше по потоку поверхности 222 манифольда 220 текучей среды, воссоединяются ниже по потоку от расположенной выше по потоку поверхности 222 до прохода в буровое долото 300.[00124] In this embodiment, as the valve conduits 240A 240B and 240C extend downstream from the upstream surface 222 to their respective thrust structures, each also extends somewhat outward toward the periphery of the fluid manifold 220 and away from the central axis of the manifold 220 fluid. In addition, as the flow tubes 229A, 229B and 229C pass downstream of the upstream surface 222, they converge. Specifically, flow pipes 229A, 229B, and 229C extend somewhat inward toward the central axis of the fluid manifold 220 to converge into a single, central outlet port 230. In this way, three main mud flows are formed when the incoming drilling mud reaches the upstream surfaces 222 of the fluid manifold 220 are reconnected downstream from the upstream surface 222 before entering the drill bit 300.

[00125] Возвращаясь к показанному на фиг. 9, труба 240A клапана подает буровой раствор под давлением к соответствующей упорной конструкции, когда окно клапана 226A не блокировано диском 157. Труба 240A клапана проходит мимо расположенной ниже по потоку поверхности манифольда 220 текучей среды короткое расстояние для вставления в соответствующую входную трубу 242A соответствующей упорной конструкции, чтобы обеспечить соединение между трубами 240A, 242A. Ступень 208 дросселирования сразу ниже по потоку от манифольда 220 текучей среды создает противодавление по центру, что является полезным для обеспечения буровому раствору достаточного гидравлического давления для подачи вдоль клапанной трубы 240A. [00125] Returning to FIG. 9, valve pipe 240A delivers pressurized drilling fluid to the corresponding thrust structure when the valve window 226A is not blocked by disk 157. Valve pipe 240A extends past the downstream surface of the fluid manifold 220 a short distance for insertion into the corresponding inlet pipe 242A of the corresponding thrust structure. to provide a connection between pipes 240A, 242A. The throttling stage 208 immediately downstream of the fluid manifold 220 creates a central back pressure, which is useful in providing the drilling fluid with sufficient hydraulic pressure to flow along the valve pipe 240A.

[00126] Хотя варианты осуществления упорной конструкции описаны в данном документе, соответственно, с двумя цилиндрами и поршнями каждый, фактические варианты осуществления упорной конструкции могут иметь три или больше цилиндров /поршней на упорную конструкцию. Следует отметить, что хотя два цилиндра /поршня показаны в настоящих вариантах осуществления для лучшего понимания, упорная конструкция, в которой меньше или больше цилиндров /поршней может работать в общем одинаково с описанной в данном документе.[00126] Although embodiments of the thrust structure are described herein with, respectively, two cylinders and pistons each, actual embodiments of the thrust structure may have three or more cylinders/pistons per thrust structure. It should be noted that although two cylinders/pistons are shown in the present embodiments for better understanding, a thrust design with fewer or more cylinders/pistons may operate generally the same as described herein.

[00127] В данном варианте осуществления упорная конструкция, соответствующая трубе 240A клапана, содержит входную трубу 242A и два цилиндра 250AA и 250AB, сообщающихся по текучей среде с трубой 240A клапана через входную трубу 242A. Упорная конструкция также содержит поршни 255AA и 255AB, скользящие в соответствующем одном из двух цилиндров 250AA и 250AB. В свою очередь, поршни 255AA и 255AB стыкуются с нижней стороной одного упорного башмака 260A. Упорный башмак 260A шарнирно прикреплен к внешней части корпуса 202 отклоняющей подсистемы 200 на ее периферии и может поворачиваться наружу относительно оси вращения при перемещении в направлении наружу поршня или каждого поршня 255AA и 255AB под действием гидравлического давления. Таким образом, упорный башмак 260A выдвигается от периферии корпуса 202 при данном условии.[00127] In this embodiment, the thrust structure corresponding to the valve pipe 240A includes an inlet pipe 242A and two cylinders 250AA and 250AB in fluid communication with the valve pipe 240A through the inlet pipe 242A. The thrust structure also includes pistons 255AA and 255AB sliding in a respective one of two cylinders 250AA and 250AB. In turn, pistons 255AA and 255AB mate with the underside of one thrust shoe 260A. The thrust shoe 260A is pivotally attached to the outer portion of the housing 202 of the deflection subsystem 200 at its periphery and is rotatable outwardly about the axis of rotation as the piston or each piston 255AA and 255AB moves outwardly under hydraulic pressure. Thus, the thrust shoe 260A extends from the periphery of the housing 202 under this condition.

[00128] Когда буровому раствору диск 157 дает возможность входа в окно клапана 226A, входная труба 242A подает буровой раствор под давлением в цилиндры 250AA и 250AB. Выходная труба 252A проходит ниже по потоку от упорной конструкции и имеет дроссель. Дроссель, в данном варианте осуществления выполненный из карбида, сокращает выходную трубу 252A до диаметра, меньшего, чем у входной трубы 242A, чтобы обеспечить выходную трубу 252A эффективным отверстием с площадью сечения, составляющей приблизительно 60% площади сечения входной трубы 242A. Данное сужение увеличивает противодавление, чтобы буровой раствор вталкивался в упорную конструкцию а не просто обходил ее. Буровой раствор, входящий в цилиндры 250AA и 250AB обуславливает, в свою очередь, скольжение поршней 255AA и 255AB в направлении наружу (вверх, как видно на фиг. 9) при этом вместе толкающих упорный башмак 260A наружу и в упор к стенке скважины. Упорный башмак 260A таким образом соприкасается со стенкой скважины, при этом толкая КНБК 50 в противоположном направлении. Когда окно клапана 226A затем блокируется, давление текучей среды в соответствующих цилиндрах 250AA, 250AB падает, и упорный башмак 260A перемещается обратно в свое нейтральное положение с упором в корпус 202. Данное является простым, поскольку силе, действующей на наружную сторону упорного башмака 260A, которую передает стенка в данной точке, не противодействует достаточная сила, действующая на нижнюю сторону упорного башмака 260A через поршни 255AA, 255AB. Буровой раствор проходит далее ниже по потоку от упорной конструкции через выходную трубу 252A и свой дроссель. Буровой раствор, проходящий ниже по потоку от упорной конструкции выходную трубу 252A, затем сходится с основным потоком текучей среды под давлением около выхода на расположенном ниже по потоку конце отклоняющей подсистемы 200.[00128] When drilling fluid is allowed to enter valve window 226A by disk 157, inlet pipe 242A supplies drilling fluid under pressure to cylinders 250AA and 250AB. The outlet pipe 252A extends downstream of the thrust structure and includes a throttle. The choke, in this embodiment made of carbide, reduces the outlet pipe 252A to a diameter smaller than that of the inlet pipe 242A to provide the outlet pipe 252A with an effective opening with a cross-sectional area that is approximately 60% of the cross-sectional area of the inlet pipe 242A. This constriction increases back pressure so that the drilling fluid is pushed into the thrust structure rather than simply bypassing it. The drilling fluid entering the cylinders 250AA and 250AB in turn causes the pistons 255AA and 255AB to slide outward (upward, as seen in FIG. 9) while together pushing the thrust shoe 260A outward and against the borehole wall. The thrust shoe 260A thus contacts the borehole wall while pushing the BHA 50 in the opposite direction. When the valve window 226A is then locked, the fluid pressure in the respective cylinders 250AA, 250AB drops and the thrust shoe 260A moves back to its neutral position against the body 202. This is simple because the force acting on the outside of the thrust shoe 260A, which transmitted by the wall at a given point, there is not enough counteracting force acting on the underside of the thrust shoe 260A through the pistons 255AA, 255AB. The drilling fluid passes further downstream from the thrust structure through the outlet pipe 252A and its choke. The drilling fluid passing downstream of the thrust structure, outlet pipe 252A, then converges with the main pressurized fluid stream near the outlet at the downstream end of the deflector subsystem 200.

[00129] Вторая резьбовая часть 206 на расположенном ниже по потоку конце отклоняющей подсистемы 200 может свинчиваться с соответствующей резьбовой частью бурового долота 300, чтобы подавать текучую среду под давлением, выходящую из отклоняющей подсистемы 200, в буровое долото 300.[00129] A second threaded portion 206 at the downstream end of the deflector subsystem 200 may be screwed to a corresponding threaded portion of the drill bit 300 to deliver pressurized fluid exiting the deflector subsystem 200 into the drill bit 300.

[00130] На фиг. 10A показано сечение отклоняющей подсистемы 200, по линии D-D на фиг. 9. На фиг. 9 показана только одна выходная труба 252A (включающая в себя дроссель) и соответствующая упорная конструкция. Вместе с тем, на виде сечения торца фиг. 10A показана взаимосвязь между другими двумя (2) упорными конструкциями вместе с соответствующими выходными трубами 252B и 252C и их соответствующими дросселями потока.[00130] In FIG. 10A shows a cross-section of the deflection subsystem 200 along line D-D in FIG. 9. In FIG. 9 shows only one outlet pipe 252A (including the orifice) and associated thrust structure. At the same time, in the cross-sectional view of the end of Fig. 10A shows the relationship between the other two (2) thrust structures along with the corresponding outlet pipes 252B and 252C and their respective flow restrictors.

[00130] В частности, на фиг. 10A показан участок упорной конструкции, содержащий выходную трубу 252B (с соответствующим дросселем), цилиндр 250BB и поршень 255BB, конструктивно одинаковые с цилиндром 250AB и поршнем 255AB, приводящие в действие упорный башмак 260B. Аналогично, другая упорная конструкция содержит выходную трубу 252C (с соответствующим дросселем), цилиндр 250CB и поршень 255CB, конструктивно одинаковые с цилиндром 250AB и поршнем 255AB, приводящие в действие упорный башмак 260C. Понятно, что, хотя это не показано на фигурах, цилиндры и поршни конструктивно одинаковые с цилиндром 250AA и поршнем 255AA упорной конструкции, содержащей входную трубу 242A, должны также являться частью упорных конструкций, которые, соответственно, содержат входные трубы 242B и 242C.[00130] Specifically, in FIG. 10A shows a portion of the thrust structure comprising an outlet pipe 252B (with associated throttle), a cylinder 250BB and a piston 255BB, structurally the same as the cylinder 250AB and piston 255AB, driving the thrust shoe 260B. Likewise, another thrust structure includes an outlet pipe 252C (with associated throttle), a cylinder 250CB and a piston 255CB, structurally the same as the cylinder 250AB and piston 255AB, driving the thrust shoe 260C. It will be understood that, although not shown in the figures, cylinders and pistons that are structurally the same as the cylinder 250AA and piston 255AA of the thrust structure comprising the inlet pipe 242A should also be part of the thrust structures, which respectively contain the inlet pipes 242B and 242C.

[00132] Понятно, что поскольку подсистема 150 исполнительного механизма осуществляет управление угловым положением одного установленного по центру диска 157 (и, в частности, V-образной канавки 159) относительно манифольда 220 текучей среды, подсистема исполнительного механизма осуществляет управление тем из упорных башмаков 260A, 260B и 260C (или ни одним из них), который выталкивается наружу под действием бурового раствора под давлением.[00132] It is understood that since the actuator subsystem 150 controls the angular position of one centrally mounted disk 157 (and, in particular, the V-groove 159) relative to the fluid manifold 220, the actuator subsystem controls which of the thrust shoes 260A, 260B and 260C (or neither), which is pushed outward by the action of pressurized drilling fluid.

[00133] В данном варианте осуществления обращенная внутрь сторона каждого упорного башмака, которая стыкуется с соответствующий обращенными наружу концами поршней, выполнена с возможностью в общем симметричного распределения силы, которую передает на поршни по оси хода поршней, по всей величине хода поршня. Понятно, поскольку каждый упорный башмак поворачивается вокруг оси шарнира, в общем параллельной оси вращения отклоняющей подсистемы 200, и каждый поршень скользит внутрь и наружу вдоль оси своего хода, когда стыкуется с нижней стороной соответствующего упорного башмака, имеется потенциал для передачи упорным башмаком большей силы с течением времени на поршни в одном не осевом направлении, чем в противоположном не осевом направлении. Для компенсации указанного, обращенная внутрь сторона каждого упорного башмака наклонена таким образом, что когда упорные башмаки перемещаются внутрь и наружу, сумма векторов силы передаваемой между упорными башмаками и поршнями в диапазоне их рабочего хода нормальна цилиндрической оси поршней. Альтернативно, обращенная внутрь сторона каждого упорного башмака не является планарной, но вместо этого криволинейной и вогнутой так, что когда соответствующие поршни перемещаются в обоих направлениях, наружу и внутрь, обращенная внутрь сторона упорного башмака, соприкасающаяся с обращенными наружу концами поршней, “наклоняется вбок” около обращенных наружу концов поршней чтобы некоторым образом “качаться на качелях” весь полный ход относительно осей хода поршней. В общем, данное “качание на качелях” передает силу более симметрично по осям хода поршней, что приводит к более равномерному износу, чем если обращенная внутрь сторона упорного башмака является планарной. Кроме того, обращенная внутрь сторона каждого упорного башмака в точке, где стыкуется с соответствующими поршнями, когда КНБК 50 центрируется в скважине, проходит перпендикулярно оси хода поршня. Данное, соответственно, передает силу, принятую силу на каждый упорный башмак, стенкой скважины по оси хода поршня, когда КНБК 50 центрируется.[00133] In this embodiment, the inward-facing side of each thrust shoe that mates with the corresponding outward-facing ends of the pistons is configured to distribute the force transmitted to the pistons along the piston stroke axis in a generally symmetrical manner over the entire piston stroke. It is understood that since each thrust shoe rotates about a hinge axis generally parallel to the axis of rotation of the deflector subsystem 200, and each piston slides in and out along its stroke axis when mated to the underside of the corresponding thrust shoe, there is the potential for the thrust shoe to transmit greater force with the passage of time on the pistons in one non-axial direction than in the opposite non-axial direction. To compensate for this, the inward facing side of each thrust shoe is inclined so that when the thrust shoes move in and out, the sum of the force vectors transmitted between the thrust shoes and the pistons over their range of stroke is normal to the cylindrical axis of the pistons. Alternatively, the inward facing side of each thrust shoe is not planar, but instead is curved and concave such that when the respective pistons move in both directions, outward and inward, the inward facing side of the thrust shoe contacting the outward facing ends of the pistons is “tilted sideways.” near the outward-facing ends of the pistons in order to in some way “swing on a swing” the entire full stroke relative to the axes of the pistons. In general, this “seesaw” transfers force more symmetrically along the stroke axes of the pistons, resulting in more uniform wear than if the inward side of the thrust shoe is planar. In addition, the inward facing side of each thrust shoe, at the point where it mates with the corresponding pistons, when the BHA 50 is centered in the well, runs perpendicular to the piston stroke axis. This, accordingly, transmits the force received by each thrust shoe to the well wall along the axis of the piston stroke when the BHA 50 is centered.

[00134] На фиг. 10B показано сечение одинаковое с показанным на фиг. 2 компоновки низа бурильной колонны 50, но с компоновкой низа бурильной колонны центрированной в стволе BH скважины в породе G. На фиг. 10C показан вид сечения отклоняющей подсистемы 200, одинаковый с фиг. 10A но показана компоновка низа бурильной колонны 200, центрированной в стволе BH скважины, как на фиг. 10B, по линии B-B на фиг. 10B. На фиг. 10C можно видеть, что нижние стороны всех упорных башмаков нормальны своим соответствующим осям поршней, когда компоновка низа бурильной колонны 50 и, в частности, отклоняющая подсистема 200, центрируется в стволе BH скважины.[00134] In FIG. 10B shows a cross-section identical to that shown in FIG. 2 of the bottom hole assembly 50, but with the bottom hole assembly centered in the wellbore BH in formation G. FIG. 10C shows a cross-sectional view of the deflection subsystem 200, the same as FIG. 10A but shows the bottom hole assembly 200 centered in the wellbore BH as in FIG. 10B, along line B-B in FIG. 10B. In fig. 10C, it can be seen that the undersides of all thrust shoes are normal to their respective piston axes when the bottom hole assembly 50, and in particular the diverter subsystem 200, is centered in the wellbore BH.

[00135] Вид с торца, расположенного выше по потоку, отклоняющей подсистемы 200 показан на фиг. 11.[00135] An upstream end view of deflector subsystem 200 is shown in FIG. eleven.

[00136] На фиг. 14 показан вид с торца, расположенного выше по потоку, манифольда 420 текучей среды для отклоняющей подсистемы 400 альтернативного варианта осуществления, и на фиг. 15 показан вид в изометрии манифольда 420 текучей среды с внутренними трубами текучей среды, показанными пунктирными линиями. Манифольд 420 текучей среды имеет расположенную выше по потоку поверхность 422, обращенную к потоку бурового раствора, выходящего из утяжеленной бурильной трубы 100.[00136] In FIG. 14 is an upstream end view of a fluid manifold 420 for an alternative embodiment diverter subsystem 400, and FIG. 15 is an isometric view of the fluid manifold 420 with the internal fluid pipes shown in dotted lines. The fluid manifold 420 has an upstream surface 422 facing the flow of drilling fluid exiting the drill collar 100.

[00137] Расположенная выше по потоку поверхность 422 имеет центральную зону 424 (показана линией из точек на фиг. 14) и периферийную зону 425, проходящую от центральной зоны до периферии расположенной выше по потоку поверхности 422. В данном варианте осуществления в центральной зоне 424 расположены два (2) окна 426A и 426B клапана. Окна 426A и 426B клапана выполнены заподлицо с расположенной выше по потоку поверхностью 422 и открыты на ней. Каждое из окон 426A и 426B клапана сообщается по текучей среде с соответствующей трубой 440A, 440B клапана, проходящей ниже по потоку от расположенной выше по потоку поверхности 422 манифольда 420 текучей среды. Как описано ниже, когда утяжеленная бурильная труба 100 свинчивается с отклоняющей подсистемой 400, диск 157, выступающий от подсистемы 150 исполнительного механизма, выдвигается к расположенной выше по потоку поверхности 422. Диск 157 таким образом выставляется по центру относительно центральной зоны 424 расположенной выше по потоку поверхности 422. Диск 157, таким образом, связан с окнами 426A и 426B клапана, когда отклоняющая подсистема 400 соединена с утяжеленной бурильной трубой 100. Цилиндрический ниппель 158, проходящий от расположенной ниже по потоку поверхности диска 157 соприкасается с участком центральной зоны 424 между участками 426A и 426B клапана. В вариантах осуществления короткая цилиндрическая чашка (не показано) с стенками параллельными оси вращения КНБК 50 проходит незначительно ниже по потоку от расположенной выше по потоку поверхности 422. Данное обеспечено для приема короткого цилиндрического ниппеля 158, чтобы содействовать удержанию диска 157 в центральном положении, обращенным к центральной зоне 424. В таких вариантах осуществления, короткой цилиндрической чашке должны быть приданы размеры, для весьма незначительной интерференции с вращением короткого цилиндрического ниппеля 158. [00137] The upstream surface 422 has a central zone 424 (shown as a dotted line in FIG. 14) and a peripheral zone 425 extending from the central zone to the periphery of the upstream surface 422. In this embodiment, the central zone 424 includes two (2) valve windows 426A and 426B. The valve ports 426A and 426B are flush with and open to the upstream surface 422. Each of the valve ports 426A and 426B is in fluid communication with a corresponding valve pipe 440A, 440B extending downstream of the upstream surface 422 of the fluid manifold 420. As described below, when the drill collar 100 is screwed onto the diverter subsystem 400, a disk 157 protruding from the actuator subsystem 150 is advanced toward the upstream surface 422. The disk 157 is thus centered relative to the central region 424 of the upstream surface. 422. Disc 157 is thus associated with valve ports 426A and 426B when deflector subsystem 400 is coupled to drill collar 100. A cylindrical nipple 158 extending from the downstream surface of disc 157 contacts a portion of central zone 424 between portions 426A and 426B valve. In embodiments, a short cylindrical cup (not shown) with walls parallel to the axis of rotation of the BHA 50 extends slightly downstream of the upstream surface 422. This is provided to receive a short cylindrical nipple 158 to assist in maintaining the disk 157 in a central position facing central zone 424. In such embodiments, the short cylindrical cup must be sized to interfere very little with the rotation of the short cylindrical nipple 158.

[00138] Посредством управления угловым положением диска 157 относительно центральной зоны 424, диск 157 блокирует или разблокирует окна 426A и 426B клапана. Данное обеспечивает подсистеме 150 исполнительного механизма управление при перекачке бурового раствора под давлением, проходящего через бурильную колонну и в отклоняющую подсистему 400, его входом в любое из окон 426A и 426B клапана.[00138] By controlling the angular position of the disk 157 relative to the central zone 424, the disk 157 locks or unlocks the valve windows 426A and 426B. This allows the actuator subsystem 150 to control the pumping of pressurized drilling fluid through the drill string and into the diverter subsystem 400 as it enters any of the valve ports 426A and 426B.

[00139] В периферийной зоне 425, расположенной выше по потоку поверхности 422, расположены два (2) проточных окна 428A и 428B, выполненных заподлицо с расположенной выше по потоку поверхностью 422 и открытых на ней. В данном варианте осуществления каждое из проточных окон 428A и 428B сообщается по текучей среде с соответствующей проточной трубой 429A и 429B. Проточные трубы 429A и 429B проходят ниже по потоку от расположенной выше по потоку поверхности 422 манифольда 420 текучей среды. Диску 157 приданы размеры только для стыковки с центральной зоной 424 расположенной выше по потоку поверхности 422 и, по существу, не с периферийной зоной 425 расположенной выше по потоку поверхности 422. При этом, проточные окна 428A и 428B остаются, по существу, не блокированными какими либо клапанами. Таким образом, основной поток бурового раствора может проходить ниже по потоку для подачи к буровому долоту 300 без воздействия на него работы клапана в ином случае.[00139] In a peripheral region 425 located upstream of surface 422, two (2) flow ports 428A and 428B are located flush with and open to the upstream surface 422. In this embodiment, each of the flow ports 428A and 428B is in fluid communication with a corresponding flow pipe 429A and 429B. Flow tubes 429A and 429B extend downstream from the upstream surface 422 of the fluid manifold 420. The disk 157 is sized only to interface with the central zone 424 of the upstream surface 422 and not substantially with the peripheral zone 425 of the upstream surface 422. The flow ports 428A and 428B remain substantially unobstructed by any or valves. Thus, the main flow of drilling fluid can pass downstream to the drill bit 300 without being otherwise affected by valve operation.

[00140] В данном варианте осуществления, поскольку трубы 440A и 440B клапана проходят ниже по потоку от расположенной выше по потоку поверхности 422 к соответствующей упорной конструкции, каждая из них продолжается в общем линейно по центральной оси манифольда 420 текучей среды. В дополнение, поскольку проточные трубы 429A и 429B проходят ниже по потоку от расположенной выше по потоку поверхности 422, каждая из них продолжается в общем линейно по центральной оси манифольда 420 текучей среды. Таким образом, два основных потока бурового раствора, формируемые, когда входящий буровой раствор, достигающий расположенной выше по потоку поверхности 422 манифольда 420 текучей среды, продолжает проход через манифольд 420 текучей среды наружу из соответствующих выходных окон 430A, 430B для прохода в буровое долото 300. Вторая резьбовая часть 406 на расположенном ниже по потоку конце отклоняющей подсистемы 400 может свинчиваться с соответствующей резьбовой частью бурового долота 300, чтобы обеспечить перемещение текучей среды под давлением, выходящей из отклоняющей подсистемы 400, в буровое долото 300. Можно видеть, что проточные трубы 429А и 429B проходят в корпусе по оси вращения отклоняющей системы, но ближе к периферии, чем меньшие трубы 440A, 440B клапана, который проходят в корпусе ближе к отклоняющей подсистеме 400 и по ее оси вращения. В данной конфигурации, в особенности в зоне упорной конструкции, отрезки глубины цилиндров и длины поршней могут проходить ближе к оси вращения. Указанное сравнивается с тем, как близко глубины цилиндров и длины поршней могли бы позволять выдвигаться, если бы проточные трубы 429А, 429В большего размера (или одна проточная труба) проходили через центр корпуса 402 и, таким образом, между упорной конструкцией и осью вращения.[00140] In this embodiment, as valve conduits 440A and 440B extend downstream from upstream surface 422 to a respective abutment structure, each extends generally linearly along the central axis of fluid manifold 420. In addition, as flow tubes 429A and 429B extend downstream from upstream surface 422, each extends generally linearly along the central axis of fluid manifold 420. Thus, two main flows of drilling fluid are formed when the incoming drilling fluid reaching the upstream surface 422 of the fluid manifold 420 continues to flow through the fluid manifold 420 out of the respective outlet ports 430A, 430B to pass into the drill bit 300. A second threaded portion 406 at the downstream end of the deflector subsystem 400 may be screwed to a corresponding threaded portion of the drill bit 300 to allow pressurized fluid exiting the deflector subsystem 400 to move into the drill bit 300. It can be seen that flow pipes 429A and 429B extends in the housing along the axis of rotation of the deflection system, but is closer to the periphery than the smaller valve pipes 440A, 440B, which extends in the housing closer to the deflection subsystem 400 and along its axis of rotation. In this configuration, especially in the area of the thrust structure, the cylinder depths and piston lengths can be closer to the axis of rotation. This is compared to how close the cylinder depths and pistons lengths would allow to extend if larger flow tubes 429A, 429B (or a single flow tube) passed through the center of the housing 402 and thus between the thrust structure and the axis of rotation.

[00141] На фиг. 16 показан вид сбоку отклоняющей подсистемы 400 имеющей корпус 402, включающей в себя манифольд 420 текучей среды, и на фиг. 17 показано сечение отклоняющей подсистемы 400, по линии G-G на фиг. 16. Отклоняющая подсистема 400 одинаковая с отклоняющей подсистемой 200, содержит первую резьбовая часть 404 на расположенном выше по потоку конце и вторую резьбовую часть 406 на расположенном ниже по потоку конце.[00141] In FIG. 16 is a side view of a deflection subsystem 400 having a housing 402 including a fluid manifold 420, and FIG. 17 shows a cross-section of the deflection subsystem 400 along line G-G in FIG. 16. The deflector subsystem 400 is the same as the deflector subsystem 200, comprising a first threaded portion 404 at the upstream end and a second threaded portion 406 at the downstream end.

[00142] Труба 440A клапана, когда окно 426 клапана не блокировано диском 157, подает буровой раствор под давлением к соответствующей упорной конструкции. Труба 440A клапана проходит мимо расположенной ниже по потоку поверхности манифольда 420 текучей среды короткое расстояние для вставления в соответствующую входную трубу 442A соответствующей упорной конструкции, чтобы обеспечить соединение между трубами 440A, 442A. В данном варианте осуществления упорная конструкция соответствующая трубе 440А клапана, содержит входную трубу 442A и два цилиндра 450AA и 450AB, сообщающиеся по текучей среде с трубой 440A клапана через входную трубу 442A. Упорная конструкция также содержит поршни 455AA и 455AB, скользящие в соответствующих из двух цилиндров 450AA и 450AB. В свою очередь, поршни 455AA и 455AB стыкуются с нижней стороной одного упорного башмака 460A. Упорный башмак 460A шарнирно прикреплен к внешней части корпуса 402 отклоняющей подсистемы 400 на его периферии и может поворачиваться наружу относительно оси вращения при перемещении в направлении наружу поршня или каждого поршня 455AA и 455AB под действием гидравлического давления. Таким образом, упорный башмак 460A выдвигается от периферии корпуса 402 при данном условии. [00142] Valve pipe 440A, when valve window 426 is not blocked by disk 157, supplies pressurized drilling fluid to a corresponding thrust structure. The valve pipe 440A extends past the downstream surface of the fluid manifold 420 a short distance to be inserted into a corresponding inlet pipe 442A of a suitable thrust structure to provide a connection between the pipes 440A, 442A. In this embodiment, the thrust structure corresponding to the valve pipe 440A includes an inlet pipe 442A and two cylinders 450AA and 450AB in fluid communication with the valve pipe 440A through the inlet pipe 442A. The thrust structure also includes pistons 455AA and 455AB sliding in the respective of two cylinders 450AA and 450AB. In turn, pistons 455AA and 455AB mate with the underside of one thrust shoe 460A. The thrust shoe 460A is pivotally attached to the outer portion of the housing 402 of the deflection subsystem 400 at its periphery and is rotatable outwardly about the axis of rotation as the piston or each piston 455AA and 455AB moves outwardly under hydraulic pressure. Thus, the thrust shoe 460A extends from the periphery of the housing 402 under this condition.

[00143] Когда диск 157 дает возможность буровому раствору входа в окно 426 клапана, входная труба 442A подает буровой раствор под давлением в цилиндры 450AA и 450AB. С помощью противодавления от дросселя в выходной трубе 252A данное, в свою очередь, обуславливает выталкивание поршней 455AA и 455AB наружу (вверх, на фиг. 17) при этом вместе толкающих упорный башмак 460A наружу и в упор со стенкой скважины. Упорный башмак 460A соприкасается со стенкой скважины, при этом толкает КНБК 50 в противоположном направлении. Когда окно 426 клапана затем блокируется, давление текучей среды в соответствующих цилиндрах 450AA, 450AB падает и упорный башмак 460A перемещается к своему нейтральному положению на корпусе 402. Данное происходит просто потому, что силе, действующей на наружную сторону упорного башмака 460A, передаваемой стенкой, в данной точке не противодействует достаточная сила на нижней стороне упорного башмака 460A через поршни 455AA, 455AB. Буровой раствор проходит далее ниже по потоку от упорной конструкции через выходную трубу 452A, чтобы затем встретиться и соединиться с основным потоком текучей среды под давлением перед выходом из отклоняющей подсистемы 400.[00143] When disk 157 allows drilling fluid to enter valve port 426, inlet pipe 442A supplies pressurized drilling fluid to cylinders 450AA and 450AB. Using the back pressure from the throttle in the outlet pipe 252A, this in turn causes the pistons 455AA and 455AB to be pushed outward (upward, in FIG. 17) while together pushing the thrust shoe 460A outward and against the borehole wall. The thrust shoe 460A contacts the borehole wall and pushes the BHA 50 in the opposite direction. When the valve window 426 is then blocked, the fluid pressure in the respective cylinders 450AA, 450AB drops and the thrust shoe 460A moves to its neutral position on the housing 402. This occurs simply because the force acting on the outside of the thrust shoe 460A, transmitted by the wall, in this point is not counteracted by sufficient force on the underside of the thrust shoe 460A through the pistons 455AA, 455AB. The drilling fluid passes further downstream of the thrust structure through the outlet pipe 452A to then meet and connect with the main pressurized fluid stream before exiting the diverter subsystem 400.

[00144] Аналогично, труба 440B клапана, когда окно 426B клапана не блокировано диском 157, подает буровой раствор под давлением к соответствующей упорной конструкции. В данном варианте осуществления упорная конструкция, соответствующая трубе 440B клапана содержит входную трубу 442B и два цилиндра 450BA и 450BB, сообщающиеся по текучей среде с трубой 440B клапана через входную трубу 442B. Данная упорная конструкция содержит поршни 455BA и 455BB, скользящие в соответствующих из двух цилиндров 450BA и 450BB. В свою очередь, поршни 455BA и 455BB стыкуются с нижней стороной одного упорного башмака 460B. Упорный башмак 460B также шарнирно соединен с внешней частью корпуса 402 отклоняющей подсистемы 400 и может поворачиваться наружу относительно оси вращения при перемещении в направлении наружу поршня или каждого поршня 455BA и 455BB под действием гидравлического давления. Таким образом, упорный башмак 460B выдвигается от периферии корпуса 402 при данном условии.[00144] Likewise, valve pipe 440B, when valve port 426B is not blocked by disk 157, delivers drilling fluid under pressure to a corresponding thrust structure. In this embodiment, the thrust structure corresponding to the valve pipe 440B includes an inlet pipe 442B and two cylinders 450BA and 450BB in fluid communication with the valve pipe 440B through the inlet pipe 442B. This thrust structure contains pistons 455BA and 455BB sliding in the respective of two cylinders 450BA and 450BB. In turn, the 455BA and 455BB pistons mate with the underside of a single 460B thrust shoe. The thrust shoe 460B is also pivotally coupled to the outer portion of the housing 402 of the deflector subsystem 400 and can be rotated outwardly about the axis of rotation as the piston or each piston 455BA and 455BB moves outwardly under hydraulic pressure. Thus, the thrust shoe 460B extends from the periphery of the housing 402 under this condition.

[00145] Когда диск 157 дает возможность буровому раствору входа в окно 426B клапана, входная труба 442B подает буровой раствор под давлением в цилиндры 450BA и 450BB. Данное, в свою очередь, обуславливает выталкивание поршней 455BA и 455BB наружу (вниз фиг. 17), при этом вместе толкающих упорный башмак 460B наружу и в упор со стенкой скважины. Упорный башмак 460B, соприкасающийся со стенкой скважины при этом толкает КНБК 50 в противоположном направлении. Когда окно 426B клапана затем блокируется, давление текучей среды в соответствующих цилиндрах 450BA, 450BB падает, и упорный башмак 460B перемещается к своему нейтральному положению на корпусе 402. Данное происходит просто поскольку силе, действующей на наружную сторону упорного башмака 460B, передаваемой стенкой, в данной точке не противодействует достаточная сила, действующая на нижнюю сторону упорного башмака 460B через поршни 455BA, 455BB. Буровой раствор проходит далее ниже по потоку чтобы затем встретиться и соединиться с основным потоком текучей среды под давлением перед выходом из отклоняющей подсистемы 400.[00145] When disk 157 allows drilling fluid to enter valve port 426B, inlet pipe 442B supplies pressurized drilling fluid to cylinders 450BA and 450BB. This, in turn, causes the pistons 455BA and 455BB to be pushed outward (downward in FIG. 17), while together pushing the thrust shoe 460B outward and against the borehole wall. The thrust shoe 460B, in contact with the borehole wall, pushes the BHA 50 in the opposite direction. When the valve window 426B is then blocked, the fluid pressure in the respective cylinders 450BA, 450BB drops and the thrust shoe 460B moves to its neutral position on the body 402. This occurs simply because the force acting on the outer side of the thrust shoe 460B, transmitted by the wall, in this point is not counteracted by sufficient force acting on the underside of the thrust shoe 460B through the pistons 455BA, 455BB. The drilling fluid travels further downstream to then meet and connect with the main pressurized fluid stream before exiting the diverter subsystem 400.

[00146] В данном варианте осуществления обращенной внутрь стороне каждого упорного башмака, стыкующейся с соответствующими обращенными наружу концами поршней, придана форма для в общем симметричного распределения передаваемой ей силы на поршни по оси хода поршней, через длину хода поршня. Понятно, что поскольку каждый упорный башмак поворачивается около шарнирной оси, в общем параллельной оси вращения отклоняющей подсистемы 400, и каждый поршень скользит внутрь и наружу вдоль оси своего хода, поскольку стыкуется с нижней стороной соответствующего упорного башмака, имеется потенциал для упорного башмака передавать больше силы с течением времени на поршни в одном не осевом направлении, чем в противоположном не осевом направлении. Для компенсации указанного, обращенная внутрь сторона каждого упорного башмака наклонена так, что когда упорные башмаки перемещаются внутрь и наружу, сумма векторов сил, передаваемых между упорными башмаками и поршнями в диапазоне их хода, нормальна цилиндрической оси поршней. Альтернативно, обращенная внутрь сторона каждого упорного башмака не планарная, но вместо этого искривлена выпукло так, что когда соответствующие поршни перемещаются в обоих направлениях, наружу и внутрь, обращенная внутрь сторона упорного башмака, соприкасающаяся с обращенными наружу с концами поршней “наклоняется вбок” около обращенных наружу концов поршней чтобы некоторым образом “качаться на качелях” весь полный ход относительно осей хода поршней. В общем, данное “качание на качелях” передает силу более симметрично по осям хода поршней, что приводит к более равномерному износу, чем при обращенной внутрь планарной стороне упорного башмака. Кроме того, обращенная внутрь сторона каждого упорного башмака на точке, где стыкуется с соответствующими поршнями, когда КНБК 50 центрируется в скважине, проходит перпендикулярно оси хода поршня. Данное, соответственно, передает принятую на каждый упорный башмак силу стенкой скважины вдоль оси хода поршня, когда КНБК 50 центрируется.[00146] In this embodiment, the inward facing side of each thrust shoe mating with the respective outward facing ends of the pistons is shaped to generally symmetrically distribute the force it imparts to the pistons along the piston stroke axis, across the piston stroke length. It is understood that since each thrust shoe rotates about a pivot axis generally parallel to the axis of rotation of the deflector subsystem 400, and each piston slides in and out along the axis of its stroke as it mates with the underside of the corresponding thrust shoe, there is the potential for the thrust shoe to transmit more force over time on the pistons in one non-axial direction than in the opposite non-axial direction. To compensate for this, the inward facing side of each thrust shoe is inclined so that when the thrust shoes move in and out, the sum of the force vectors transmitted between the thrust shoes and the pistons over their range of stroke is normal to the cylindrical axis of the pistons. Alternatively, the inward-facing side of each thrust shoe is not planar, but is instead curved convexly so that when the respective pistons move in both directions, outward and inward, the inward-facing side of the thrust shoe contacting the outward-facing ends of the pistons “leans sideways” near the facing ones. outwards of the ends of the pistons in order to in some way “swing on a swing” the entire full stroke relative to the axes of the pistons. In general, this “seesaw” transfers force more symmetrically along the piston strokes, resulting in more uniform wear than with an inward-facing planar side of the thrust shoe. In addition, the inward facing side of each thrust shoe at the point where it mates with the corresponding pistons when the BHA 50 is centered in the well is perpendicular to the piston stroke axis. This, accordingly, transmits the force received on each thrust shoe by the well wall along the axis of the piston stroke when the BHA 50 is centered.

[00147] На фиг. 18 показано сечение отклоняющей подсистемы 400, по линии H-H на фиг. 17. На фиг. 19 показан вид с торца, расположенного выше по потоку, отклоняющей подсистемы фиг. 16.[00147] In FIG. 18 shows a cross-section of the deflection subsystem 400 along line H-H in FIG. 17. In FIG. 19 is an upstream end view of the deflection subsystem of FIG. 16.

[00148] На фиг. 20 показан вид сечения отклоняющей подсистемы фиг. 16, по линии L-L на фиг. 19. Ступень 408A дросселирования в проточной трубе 410A манифольда 420 текучей среды создает противодавление, обуславливая работу бурового раствора при достаточном гидравлическом давлении для перемещения по трубе 240A клапана. Аналогичная, не показанная на фигурах, ступень дросселирования в проточной трубе 410B манифольда 420 текучей среды также вносит вклад в противодавление.[00148] In FIG. 20 is a cross-sectional view of the deflection subsystem of FIG. 16, along line L-L in FIG. 19. The throttling stage 408A in the flow pipe 410A of the fluid manifold 420 creates a back pressure, causing the drilling fluid to operate at sufficient hydraulic pressure to move through the valve pipe 240A. A similar, not shown, throttling stage in flow pipe 410B of fluid manifold 420 also contributes to the back pressure.

[00149] С манифольдом 420 текучей среды трубы 440A и 440B клапана проходят в общем по центру в отклоняющей подсистеме 400, и проточные трубы 410A и 410B проходят в общем по периферии. Данная конфигурация оставляет место для труб 440A и 440B клапана для расположения их ближе к оси отклоняющей подсистемы 400 чем, например, труб клапана для отклоняющей подсистемы 200. В каждой конфигурации отклоняющей подсистемы 200 или 400 возможна эффективная стыковка с установленной по центру, подсистемой исполнительного механизма с одним диском, такой как подсистема 150 исполнительного механизма, вследствие их одинаково установленных по центру окон клапана. Данное обеспечивает полезную способность управления многочисленными упорными конструкциями с применением одного диска. Вместе с тем, дополнительно, поскольку трубы 440A и 440B клапана отклоняющей подсистемы 400 установлены по центру, и проточные трубы 410A и 410B установлены некоторым образом периферийно, трубы 440A и 440B клапана могут стыковаться с расположенной ниже по потоку упорной конструкцией, имеющей более глубокие цилиндры 450AA, 450AB, 450BA и 450BB. Поскольку цилиндры 450AA, 450AB, 450BA и 450BB могут быть глубже, площадь поперечного сечения соответствующих поршней 455AA, 455AB, 455BA и 455BB можно выполнить более широкой, не вызывающей соответствующего перекоса или заедания поршней 455AA, 455AB, 455BA и 455BB в цилиндрах 450AA, 450AB, 450BA и 450BB, вследствие увеличенного сцепления. Поскольку упорная сила, передаваемой на упорные башмаки 460A и 460B, линейно коррелирует с площадью поперечного сечения поршня, отклоняющий узел 400 может передавать упорную силу на стенку скважину, которая больше при всех других равных факторах.[00149] With fluid manifold 420, valve pipes 440A and 440B extend generally centrally in deflector subsystem 400, and flow pipes 410A and 410B extend generally peripherally. This configuration leaves room for the valve tubes 440A and 440B to be positioned closer to the axis of the deflector subsystem 400 than, for example, the valve tubes for the deflector subsystem 200. In each configuration of the deflector subsystem 200 or 400, effective coupling with a centrally mounted actuator subsystem is possible. one disk, such as the actuator subsystem 150, due to their equally centrally mounted valve ports. This provides the useful ability to control multiple thrust structures using a single disc. However, in addition, since the valve pipes 440A and 440B of the deflector subsystem 400 are mounted centrally, and the flow pipes 410A and 410B are mounted somewhat peripherally, the valve pipes 440A and 440B can be coupled to a downstream thrust structure having deeper cylinders 450AA , 450AB, 450BA and 450BB. Since the 450AA, 450BA, 450BA and 450BB cylinders can be deeper, the cross -sectional area of the corresponding pistons 455AA, 455AB, 455BA and 455BB can be performed by a wider, which does not cause an appropriate distortion or seal of the piston 455AA, 455BA and 455BB in cylinders 450AA, 450AA , 450BA and 450BB, due to increased adhesion. Because the thrust force transmitted to the thrust shoes 460A and 460B is linearly correlated with the cross-sectional area of the piston, the deflector assembly 400 can transmit a thrust force to the borehole wall that is greater, all other factors being equal.

[00150] Отклоняющая подсистема 400 является примером конфигурации, в которой самые близкие к оси компоненты упорной конструкции (т.е., впускные трубы и соответствующие нижние части цилиндров) проходят внутрь очень близко к оси вращения отклоняющей подсистемы 400. Данные компоненты способны проходить очень близко к оси вращения отклоняющей подсистемы 400, поскольку проточные трубы, которые должны быть достаточно большими для обеспечения достаточной подачи бурового раствора через отклоняющую подсистему 400, установлены в отклоняющей подсистеме 400 чтобы не лежать между (не располагаться “в промежутке”) данными самыми близкими к оси компонентами упорной конструкции и осью вращения отклоняющей подсистемы 400. Как видно на фиг. 18, проточные трубы 410A и 410B “разобщаются” с осью вращения отклоняющей подсистемы 400 (на странице фиг. 18) в направлении отличающемся от того, в котором компоненты упорной конструкции “разобщаются” осью вращения. Например, грубо говоря, с ориентацией на фиг. 18, упорные конструкции, содержащие цилиндры 450AB и 450BB, разобщаются с осью вращения в направлении “север-юг”, а проточные трубы 410A, 410B разобщаются с осью вращения в направлении “восток-запад” и дополнительно радиально отнесены на достаточное расстояние от оси вращения для обеспечения самым близким к оси участкам цилиндров приближения к оси вращения. Обеспечение самым близким к оси компонентам упорной конструкции прохождения близко к оси вращения отклоняющей подсистемы обеспечивает более длинный ход для поршней 455AB, 455BB в соответствующих цилиндрах 450AB, 450BB. Как описано в данном документе, длинный ход поршня, в свою очередь, обеспечивает больший диаметр поршня, и соответственно упорную силу, которая больше в сравнении с системами, обеспечивающими более короткий ход поршня, вследствие уменьшения риска перекоса /заедания. Понятно что предполагаются и другие конфигурации, включающие в себя позиционирование проточных труб в отклоняющей подсистеме, чтобы в общем не располагаться между самыми близкими к оси из компонентов упорной конструкции и оси вращения, с применением аналогичных принципов разноса и разобщения.[00150] The deflector subsystem 400 is an example of a configuration in which the proximal components of the thrust structure (i.e., the intake pipes and associated cylinder bottoms) extend inwardly very close to the axis of rotation of the deflector subsystem 400. These components are capable of passing very close to the axis of rotation of the deflector subsystem 400, since the flow pipes, which must be large enough to provide sufficient flow of drilling fluid through the deflector subsystem 400, are installed in the deflector subsystem 400 so as not to lie between ("in between") these closest components to the axis thrust structure and the axis of rotation of the deflection subsystem 400. As can be seen in FIG. 18, flow tubes 410A and 410B are decoupled from the axis of rotation of the deflector subsystem 400 (on page FIG. 18) in a direction different from that in which the components of the thrust structure are decoupled from the axis of rotation. For example, roughly speaking, with the orientation of FIG. 18, thrust structures containing cylinders 450AB and 450BB are disconnected from the rotation axis in the north-south direction, and flow pipes 410A, 410B are disconnected from the rotation axis in the east-west direction and are additionally radially spaced at a sufficient distance from the rotation axis to ensure that the sections of the cylinders closest to the axis are closer to the axis of rotation. Allowing the proximal components of the thrust structure to pass close to the axis of rotation of the deflector subsystem provides a longer stroke for the pistons 455AB, 455BB in the corresponding cylinders 450AB, 450BB. As described herein, the long stroke, in turn, provides a larger piston diameter, resulting in greater thrust force than shorter stroke systems due to the reduced risk of misalignment/seizing. It is understood that other configurations are contemplated, including positioning the flow tubes in the deflection subsystem so as not generally to be positioned between the proximal components of the thrust structure and the axis of rotation, using similar principles of spacing and decoupling.

[00151] На фиг. 21 показан другой вид сбоку отклоняющей подсистемы 400, с одной из упорных конструкций, несколько выдвинутой для управления траекторией, согласно варианту осуществления. На фиг. 22 показано сечение отклоняющей подсистемы 400 по линии G-G на фиг. 21. На фиг. 22, сводящее потоки в одну точку устройство 470 включено в состав в корпусе 402 ниже по потоку от упорных конструкций для сведения в одну точку бурового раствора, подаваемого ниже по потоку от упорных конструкций и наружу через выходные трубы 452A, 452B, где буровой раствор подается через проточные трубы 410A, 410B перед входом сведенного в одну точку бурового раствора в буровое долото 300.[00151] In FIG. 21 shows another side view of the deflector subsystem 400, with one of the thrust structures extended slightly to control the path, according to an embodiment. In fig. 22 shows a cross-section of the deflection subsystem 400 along line G-G in FIG. 21. In FIG. 22, a convergence device 470 is included in a housing 402 downstream of the thrust structures to converge drilling fluid supplied downstream from the thrust structures and out through outlet pipes 452A, 452B, where the drilling fluid is supplied through flow pipes 410A, 410B prior to the entry of the pooled drilling fluid into the drill bit 300.

[00152] На фиг. 23 показано сечение отклоняющей подсистемы 400, включающей в себя сводящее потоки в одну точку устройство 470, по линии H-H на фиг. 22. На фиг. 24 показан другой вид с торца выше по потоку отклоняющей подсистемы 400, и на фиг. 25 показан вид сечения отклоняющей подсистемы 400, включающей в себя сводящее потоки в одну точку устройство 470, по линии R-R на фиг. 24.[00152] In FIG. 23 shows a cross-section of the deflection subsystem 400, including the flow convergence device 470, along the line H-H in FIG. 22. In FIG. 24 is another end view of the upstream deflector subsystem 400, and FIG. 25 shows a cross-sectional view of the deflection subsystem 400, including the flow convergence device 470, along the line R-R in FIG. 24.

[00153] Сводящее потоки в одну точку устройство 470 функционирует для реинтеграции многочисленных потоков бурового раствора, формируемых выше по потоку от упорной конструкции, манифольдом 420 текучей среды, на точке ниже по потоку от упорных конструкций. Сводящее потоки в одну точку устройство 470 при этом обеспечивает один объединенный и интегрированный поток бурового раствора до бурового долота 300, а не многочисленные отдельные потоки. Таким образом, скорость и давление бурового раствора, представленные на буровом долоте 300 отклоняющей подсистемой 400, включающей в себя сводящее потоки в одну точку устройство 470, могут в общем быть единообразными.[00153] The flow convergence device 470 functions to reintegrate multiple flows of drilling fluid generated upstream of the thrust structure by the fluid manifold 420 at a point downstream of the thrust structures. The converging device 470 provides one combined and integrated flow of drilling fluid to the drill bit 300 rather than multiple separate flows. Thus, the mud velocity and pressure represented at the drill bit 300 by the diverter subsystem 400 including the flow convergence device 470 can be generally uniform.

[00154] На фиг. 26 показан вид с торца расположенного выше по потоку сводящего потоки в одну точку устройства 470, и на фиг. 27 показано сечение сводящего потоки в одну точку устройства 470, по линии P-P на фиг. 26.[00154] In FIG. 26 is an end view of the upstream convergence device 470, and FIG. 27 shows a cross-section of the flow convergence device 470 along the line P-P in FIG. 26.

[00155] Сводящее потоки в одну точку устройство 470 установлено ниже по потоку от упорных конструкций и имеет расположенную выше по потоку поверхность 472, обращенную к потоку бурового раствора, подаваемому по проточным трубам 410A, 410B и выходным трубам 452A, 452B. Расположенная выше по потоку поверхность 472 имеет центральную зону с планарный поверхностью, включающую в себя две (2) меньших трубы 476A, 476B сводящего потоки в одну точку устройства совмещенные с выходными трубами 452A, 452B. Периферийная зона расположенной выше по потоку поверхности 472 скошена ниже по потоку от планарной поверхности центральной зоны. Две трубы 478A, 478B большего диаметра сводящего потоки в одну точку устройства выполнены со сквозным проходом через центральную и периферийную зоны. Трубы 476A, 476B меньшего диаметра сводящего потоки в одну точку устройства являются короткими и завершаются на расположенном выше по потоку конце камеры 480. Трубы 478A, 478B большего диаметра сводящего потоки в одну точку устройства наклонены к камере 480 для приема бурового раствора вблизи периферии расположенной выше по потоку поверхности 472 и подачи его внутрь к оси вращения отклоняющей подсистемы 400. Потоки бурового раствора, входящие в камеру 480 через трубы 476A, 476B, 478A и 478B повторно сходятся и смешиваются для подавления вихревых потоков и турбулентности, чтобы получить в общем единообразный один выходной поток бурового раствора в камере 480, который затем может выходить из камеры 480 через отверстие 482 сводящего потоки в одну точку устройства для входа в буровое долото 300.[00155] The converging device 470 is mounted downstream of the thrust structures and has an upstream surface 472 facing the flow of drilling fluid through flow pipes 410A, 410B and outlet pipes 452A, 452B. The upstream surface 472 has a central zone with a planar surface including two (2) smaller flow convergence pipes 476A, 476B aligned with the outlet pipes 452A, 452B. The peripheral zone of the upstream surface 472 is tapered downstream of the planar surface of the central zone. Two pipes 478A, 478B of larger diameter bringing the flows to one point of the device are made with a through passage through the central and peripheral zones. The smaller diameter one-point convergence tubes 476A, 476B are short and terminate at the upstream end of the chamber 480. The larger diameter one-point convergent tubes 478A, 478B are inclined toward the chamber 480 to receive drilling fluid near the periphery of the upstream flow of the surface 472 and feed it inward to the axis of rotation of the deflector subsystem 400. The drilling fluid flows entering the chamber 480 through the pipes 476A, 476B, 478A and 478B are reconverged and mixed to suppress eddies and turbulence to produce an overall uniform single output stream drilling fluid in chamber 480, which can then exit chamber 480 through flow diverter opening 482 into drill bit 300.

[00156] На фиг. 28 показано со стороны выше по потоку в изометрии сводящее потоки в одну точку устройство 470, и на фиг. 29 показано со стороны выше по потоку в изометрии сводящее потоки в одну точку устройство 470, с внутренними трубами текучей среды, показанными пунктирными линиями.[00156] In FIG. 28 shows an upstream isometric view of the flow convergence device 470, and FIG. 29 shows an upstream isometric view of the flow convergence device 470, with the internal fluid pipes shown in dotted lines.

[00157] На фиг. 30 в сечении компоновки низа бурильной колонны, показана подсистема 350 исполнительного механизма для альтернативной компоновки низа бурильной колонны (КНБК) 500 альтернативного варианта осуществления, размещенная в утяжеленной бурильной трубе 100. КНБК 500 в данном варианте осуществления соединяется с нижней частью бурильной колонны аналогично КНБК 50. [00157] In FIG. 30 is a cross-sectional view of a bottom hole assembly (BHA) actuator subsystem 350 of an alternative embodiment 500 housed in a drill collar 100. The BHA 500 in this embodiment is connected to the bottom hole string in a manner similar to BHA 50.

[00158] На фиг. 31 показан с увеличением расположенный ниже по потоку участок подсистемы 350 исполнительного механизма, и на фиг. 32 показаны с увеличением в изометрии части расположенного ниже по потоку участка подсистемы 350 исполнительного механизма. Аналогично подсистеме 150 исполнительного механизма, подсистема 350 исполнительного механизма размещена в трубе 152, и содержит исполнительный механизм 164 то есть, в данном варианте осуществления блок 164 электродвигателя /редуктора. В данном варианте осуществления выходной вал блока 164 электродвигателя /редуктора аксиально соединен через соединительную муфту 168 с валом конической шестерни 370. Коническая шестерня 370 вращается, когда приводится в действие через муфту двигателем/редуктором 164 вокруг оси вращения, соответствующей оси вращения КНБК 500. Коническая шестерня 370, в свою очередь, стыкуется с конической шестерней 372. Коническая шестерня 372 может вращаться с валом, проходящим нормально к оси вращения КНБК 500. На противоположном конце данного вала расположены стандартная шестерня, зубья которой сцепляются с соответствующей шестерней узла 374 коленчатого вала. Узел 374 коленчатого вала 374 вращается вокруг оси нормальной оси вращения КНБК 500 в ответ на передачу энергии от двигателя /редуктора 164 через соединительную муфту 168 и конические шестерни 370, 372. Когда узел коленчатого вала 374 вращается таким образом, соединительные штанги 376A, 376B узла 374 коленчатого вала перемещают соответствующие валы 378A, 378B тарельчатого клапана вверх и вниз в направлении выше по потоку и ниже по потоку. При этом, в свою очередь, перемещаются соответствующие тарельчатые клапаны 380A, 380B в и зацепление и из него, с соответствующими окнами 426А, 426B клапана манифольда 420 текучей среды. Таким образом, узел 350 исполнительного механизма может блокировать или разблокировать окна 426А, 426B клапана для управления подачей бурового раствора под давлением к соответствующей упорной конструкции. В данном варианте осуществления окна 426А, 426B клапана могут иметь незначительно скошенные отверстия для приема незначительно скошенных концов тарельчатых клапанов 380A, 380B чтобы обеспечить некоторое направление для центровки тарельчатых клапанов 380A, 380B в окнах 426A, 426B клапана, чтобы эффективно закупоривать их при контакте. [00158] In FIG. 31 is an enlarged view of a downstream portion of actuator subsystem 350, and FIG. 32 shows an isometric enlargement of portions of the downstream portion of the actuator subsystem 350. Similar to the actuator subsystem 150, the actuator subsystem 350 is housed in the tube 152 and includes an actuator 164, that is, in this embodiment, a motor/gearbox assembly 164. In this embodiment, the output shaft of the motor/gearbox assembly 164 is axially coupled through a coupling 168 to the shaft of the bevel gear 370. The bevel gear 370 rotates when driven through the coupling by the motor/gearbox 164 about an axis of rotation corresponding to the axis of rotation of the BHA 500. The bevel gear 370, in turn, mates with bevel gear 372. Bevel gear 372 can rotate with a shaft running normal to the axis of rotation of BHA 500. At the opposite end of this shaft is a standard gear whose teeth mesh with a corresponding gear in crankshaft assembly 374. The crankshaft assembly 374 rotates about the normal axis of rotation of the BHA 500 in response to the transmission of power from the engine/gearbox 164 through the coupling 168 and the bevel gears 370, 372. As the crankshaft assembly 374 rotates in this manner, the coupling rods 376A, 376B of the assembly 374 the crankshaft moves the corresponding poppet valve shafts 378A, 378B up and down in the upstream and downstream directions. This, in turn, moves the corresponding poppet valves 380A, 380B in and out of the engagement with the corresponding valve ports 426A, 426B of the fluid manifold 420. Thus, the actuator assembly 350 can lock or unlock the valve ports 426A, 426B to control the flow of pressurized drilling fluid to the corresponding thrust structure. In this embodiment, the valve windows 426A, 426B may have slightly beveled openings to receive the slightly beveled ends of the poppet valves 380A, 380B to provide some direction for centering the poppet valves 380A, 380B in the valve windows 426A, 426B to effectively seal them upon contact.

[00159] Понятно, что, вследствие конструкции узла 374 коленчатого вала, в отличие от узла 150 исполнительного механизма узлом 350 исполнительного механизма нельзя управлять для блокирования обоих окон 426А, 426B клапана одновременно. Потому с узлом 350 исполнительного механизма, нейтральное положение можно получать, продолжая приводить в действие все упорные конструкции в псевдослучайном или некотором другом режиме с автоматическим противодействием, когда бурильная колонна вращается. [00159] It is understood that, due to the design of the crankshaft assembly 374, unlike the actuator assembly 150, the actuator assembly 350 cannot be controlled to lock both valve ports 426A, 426B simultaneously. Therefore, with actuator assembly 350, a neutral position can be achieved by continuing to actuate all thrust structures in a pseudo-random or some other automatic counter mode as the drill string rotates.

[00160] Хотя клапанная конструкция с применением тарельчатых клапанов 380A, 380B сложнее клапанной конструкции с применением диска 157 она может иметь некоторые преимущества. Например, вследствие приема в окна 426А, 426B клапана до некоторой степени, тарельчатые клапаны 380A, 380B могут обеспечивать более надежную блокировку окна, чем диск 157. Кроме того, конструкция тарельчатого клапана может быть способна лучше выдерживать помехи от некоторых материалов для борьбы с поглощением (LCM), таких как опилки, которые могут прокачиваться на забой вместе с буровым раствором, чем конструкция диска, описанная выше. Также дополнительно, конструкция тарельчатого клапана может быть менее склонна к заеданию от накопления твердых частиц под диском, таким как диск 157. [00160] Although the valve design using poppet valves 380A, 380B is more complex than the valve design using disc 157, it may have some advantages. For example, due to valve acceptance into windows 426A, 426B to some extent, poppet valves 380A, 380B may provide more reliable window locking than disk 157. Additionally, the poppet valve design may be able to better withstand interference from certain absorption control materials ( LCM), such as sawdust, which can be pumped downhole along with the drilling fluid than the disc design described above. Also additionally, the poppet valve design may be less prone to galling from the accumulation of solids under the disk, such as disk 157.

[00161] Хотя варианты осуществления описаны со ссылкой на чертежи, специалистам в технике ясно, что вариации и модификации можно выполнять без отхода от сущности, объема и назначения изобретения, определенного прилагаемой формулой изобретения.[00161] Although embodiments have been described with reference to the drawings, those skilled in the art will appreciate that variations and modifications may be made without departing from the spirit, scope and purpose of the invention as defined by the appended claims.

[00162] Например, хотя в вариантах осуществления, описанных в данном документе, подсистема исполнительного механизма включена в состав в утяжеленной бурильной трубе, расположенной сразу выше по потоку от отклоняющей подсистемы, возможны альтернативы. Например, подсистему исполнительного механизма можно альтернативно включать в состав другого компонента бурильной колонны сразу выше по потоку от отклоняющей подсистемы, такого как бурильная труба, компонент измерений во время бурения, (MWD) или каротажа во время бурения, (LWD).[00162] For example, although in the embodiments described herein, the actuator subsystem is included in a drill collar located immediately upstream of the diverter subsystem, alternatives are possible. For example, the actuator subsystem may alternatively be included in another drill string component immediately upstream of the diverter subsystem, such as a drill pipe, measurement while drilling (MWD) or logging while drilling (LWD) component.

[00163] Кроме того, хотя в вариантах осуществления, описанных в данном документе, каждая из упорных конструкций содержит два цилиндра с соответствующими поршнями, предполагаются альтернативы, в которых каждая из упорных конструкций имеет только один цилиндр с соответствующим поршнем или больше двух цилиндров с соответствующими поршнями. Также предполагаются альтернативы, в которых имеется больше трех упорных конструкций в отклоняющей подсистеме. Понятно, что, для реализации большего числа упорных конструкций число окон клапана, проходящих от манифольда текучей среды, должно соответственно быть больше. Указанное, соответственно, требует корректировки размеров в диске, манифольде текучей среды и других конструкциях.[00163] Additionally, although in the embodiments described herein each of the thrust structures includes two cylinders with corresponding pistons, alternatives are contemplated in which each of the thrust structures has only one cylinder with a corresponding piston or more than two cylinders with corresponding pistons . Alternatives are also contemplated where there are more than three thrust structures in the deflection subsystem. It is clear that, in order to realize a larger number of thrust structures, the number of valve ports extending from the fluid manifold must be correspondingly greater. This, accordingly, requires dimensional adjustments in the disk, fluid manifold and other structures.

[00164] Кроме того, отличающиеся конфигурации диска для компонента дискового клапана требуются там, где окна клапана не одинаково разнесены по центру в зоне расположенной выше по потоку поверхности манифольда текучей среды, или где дополнительные окна клапана подлежат блокированию в любой данный момент.[00164] In addition, different disc configurations for the disc valve component are required where the valve ports are not equally spaced on center in the area of the upstream surface of the fluid manifold, or where additional valve ports are subject to blocking at any given time.

[00165] Кроме того, хотя в вариантах осуществления ниппель проходит от расположенной ниже по потоку поверхности участка диска клапана для стыковки с соответствующей чашкой в расположенной выше по потоку поверхности манифольда текучей среды, возможны альтернативы. Например, предполагаются варианты осуществления, в которых нет такой пары ниппеля /чашки, а также варианты осуществления, в которых такой ниппель обеспечен без ответной части в виде чашки, или с ответной частью в виде чашки, которая проходит незначительно выше по потоку от поверхности, а не ниже по потоку от нее. Возможны вариации.[00165] Additionally, although in embodiments a nipple extends from a downstream surface of a valve disc portion to mate with a corresponding cup in an upstream surface of a fluid manifold, alternatives are possible. For example, embodiments are contemplated in which there is no such nipple/cup pair, as well as embodiments in which such a nipple is provided without a cup mate, or with a cup mate that extends slightly upstream of the surface, and not downstream from it. Variations are possible.

[00166] Кроме того, хотя описанные варианты осуществления содержат манифольд текучей среды, как отдельный компонент в отклоняющих подсистемах, возможны альтернативы, в которых потоки текучей среды разводятся, между окнами клапана и проточными окнами конструкцией, интегральной с отклоняющей подсистемой. Например, потоки текучей среды можно разводить конструкциями интегральными с корпусом отклоняющей подсистемы так, что расположенная выше по потоку поверхность описанная в данном документе для манифольдов или функционально эквивалентной конструкции, является сама альтернативной интегральной частью корпуса, а не частью отдельного компонента манифольда. Кроме того, можно предлагать альтернативные конструкции для разведения потоков текучей среды для частных вариантов осуществления, описанных в данном документе.[00166] In addition, although the described embodiments include a fluid manifold as a separate component in the deflection subsystems, alternatives are possible in which fluid flows are routed between valve ports and flow ports by a structure integral with the deflection subsystem. For example, fluid flows may be routed by structures integral to the deflector subsystem housing such that the upstream surface described herein for manifolds or a functionally equivalent structure is itself an alternative integral part of the housing rather than part of a separate manifold component. In addition, alternative designs for diluting fluid flows may be proposed for specific embodiments described herein.

[00167] Кроме того, хотя описанные варианты осуществления содержат сводящее потоки в одну точку устройство, как отдельный компонент, с отклоняющими подсистемами ниже по потоку от упорных конструкций, сводящее потоки в одну точку устройство может альтернативно являться конструкцией, выполненной в самом корпусе.[00167] In addition, although the described embodiments include a convergence device as a separate component, with deflection subsystems downstream of the thrust structures, the convergence device may alternatively be a structure formed within the housing itself.

[00168] Кроме того, хотя в описанных вариантах осуществления выходной вал 154 подсистемы 150 исполнительного механизма проходит через оба, комплект 172 упорных подшипников осевой нагрузки и комплект 174 радиальных подшипников, возможны альтернативы, в которых выходной вал 154 иначе удерживается на линии аксиально и/или радиально либо без любого из комплектов 172, 174, или без одного или другого из них.[00168] Additionally, although in the described embodiments the output shaft 154 of the actuator subsystem 150 passes through both the axial load thrust bearing set 172 and the radial bearing set 174, alternatives are possible in which the output shaft 154 is otherwise held in line axially and/or radially or without any of the sets 172, 174, or without one or the other of them.

Claims (43)

1. Управляемая по траектории компоновка низа бурильной колонны (КНБК), содержащая:1. Path-controlled bottom hole assembly (BHA), containing: компонент бурильной колонны, включающий в себя подсистему исполнительного механизма, причем подсистема исполнительного механизма содержит исполнительный механизм с выходным валом для избирательного вращения диска клапана вокруг оси вращения КНБК; причем подсистема исполнительного механизма дополнительно содержит:a drill string component including an actuator subsystem, the actuator subsystem comprising an actuator with an output shaft for selectively rotating the valve disk about an axis of rotation of the BHA; wherein the actuator subsystem further comprises: маркер положения на выходном валу;position marker on the output shaft; датчик положения вблизи выходного вала, при этом датчик положения и маркер положения взаимодействуют, когда маркер положения поворачивается с выходным валом в положение, смежное с датчиком положения, датчик положения в ответ передает сигнал подсистеме исполнительного механизма для применения в управлении угловой ориентацией диска клапана;a position sensor in proximity to the output shaft, wherein the position sensor and the position marker cooperate, when the position marker is rotated with the output shaft to a position adjacent the position sensor, the position sensor responsively transmits a signal to the actuator subsystem for use in controlling the angular orientation of the valve disk; причем КНБК дополнительно содержит отклоняющую подсистему, проходящую между компонентом бурильной колонны и буровым долотом, причем отклоняющая подсистема принимает поток бурового раствора под давлением через компонент бурильной колонны и содержит:wherein the BHA further comprises a deflector subsystem extending between the drill string component and the drill bit, the deflector subsystem receiving a flow of pressurized drilling fluid through the drill string component and comprising: корпус;frame; множество упорных гидравлических конструкций, связанных с периферией корпуса;a plurality of thrust hydraulic structures associated with the periphery of the housing; множество центральных труб клапана в корпусе для подачи бурового раствора для приведения в действие соответствующей одной из упорных гидравлических конструкций; иa plurality of central valve tubes in the housing for supplying drilling fluid for actuating a corresponding one of the thrust hydraulic structures; And множество периферийных проточных труб в корпусе для подачи бурового раствора к буровому долоту, причем проточные трубы расположены ближе к периферии, чем центральные трубы клапана,a plurality of peripheral flow pipes in the housing for supplying drilling fluid to the drill bit, the flow pipes being located closer to the periphery than the central pipes of the valve, при этом, согласно выбранной угловой ориентации диска клапана относительно труб клапана, избирательно обеспечивается или блокируется вход бурового раствора под давлением в трубы клапана.in this case, according to the selected angular orientation of the valve disk relative to the valve pipes, the entry of pressurized drilling fluid into the valve pipes is selectively ensured or blocked. 2. Управляемая по траектории КНБК по п. 1, в которой отклоняющая подсистема дополнительно содержит:2. Path-controlled BHA according to claim 1, in which the deflection subsystem additionally contains: сводящее потоки в одну точку устройство, расположенное ниже по потоку от упорных конструкций, причем сводящее потоки в одну точку устройство включает в себя трубы сводящего потоки в одну точку устройства для приема и сведения потоков бурового раствора из центральных труб клапана и периферийных проточных труб в один выходной поток до входа в буровое долото.a flow convergence device located downstream of the thrust structures, wherein the flow convergence device includes pipes of a single point flow convergence device for receiving and converging drilling fluid flows from the central valve pipes and peripheral flow pipes into one outlet flow up to the entrance to the drill bit. 3. Управляемая по траектории КНБК по п. 1, дополнительно содержащая в корпусе:3. BHA controlled along the trajectory according to claim 1, additionally containing in the housing: манифольд текучей среды с расположенной выше по потоку поверхностью с:a fluid manifold with an upstream surface having: периферийной зоной, включающей в себя проточные окна, каждое из которых связано с соответствующей одной из периферийных проточных труб; и центральной зоной, включающей в себя окна клапана, каждое из которых связано с соответствующей одной из центральных труб клапана, причем центральная зона стыкуется с диском для блокирования или последовательного обеспечения входа бурового раствора в окна клапана согласно выбранной угловой ориентации диска относительно расположенной выше по потоку поверхности.a peripheral zone including flow windows, each of which is connected to a corresponding one of the peripheral flow pipes; and a central zone including valve ports, each of which is connected to a respective one of the valve central tubes, the central zone mating to the disk to block or subsequently allow entry of drilling fluid into the valve ports according to a selected angular orientation of the disk relative to the upstream surface. . 4. Управляемая по траектории КНБК по п. 3, в которой манифольд текучей среды закреплен в корпусе.4. The trajectory-controlled BHA according to claim 3, in which the fluid manifold is fixed in the housing. 5. Управляемая по траектории КНБК по п. 3, в которой манифольд текучей среды включает в себя:5. Path-controlled BHA according to claim 3, in which the fluid manifold includes: два проточных окна; иtwo flow windows; And два окна клапана. two valve windows. 6. Управляемая по траектории КНБК по п. 5, в которой каждая из двух периферийных проточных труб проходит ниже по потоку параллельно оси вращения отклоняющей подсистемы.6. The path-controlled BHA of claim 5, in which each of the two peripheral flow pipes runs downstream parallel to the axis of rotation of the deflection subsystem. 7. Управляемая по траектории КНБК по п. 1, в которой каждая упорная конструкция содержит:7. Path-controlled BHA according to claim 1, in which each thrust structure contains: входное окно;entrance window; по меньшей мере один цилиндр, сообщающийся по текучей среде с входным окном;at least one cylinder in fluid communication with the inlet window; поршень, перемещающийся в каждом из по меньшей мере одного цилиндра в направлении внутрь и наружу относительно оси вращения отклоняющей подсистемы;a piston moving in each of the at least one cylinder in an inward and outward direction relative to the axis of rotation of the deflection subsystem; упорный башмак, стыкующийся с поршнем или каждым поршнем на периферии корпуса, причем упорный башмак шарнирно закреплен относительно корпуса и может поворачиваться наружу относительно оси вращения при перемещении в направлении наружу поршня или каждого поршня под действием гидравлического давления для выдвижения при этом из корпуса.a thrust shoe mating to the piston or each piston at a periphery of the housing, wherein the thrust shoe is hinged relative to the housing and is rotatable outwardly relative to the axis of rotation as the piston or each piston is moved outwardly by hydraulic pressure to thereby extend from the housing. 8. Управляемая по траектории КНБК по п. 1, в которой подсистема исполнительного механизма неподвижно закреплена и установлена по центру в трубе текучей среды компонента бурильной колонны, чтобы вращаться с компонентом бурильной колонны вокруг оси вращения бурильной колонны.8. The path-controlled BHA of claim 1, wherein the actuator subsystem is fixedly mounted and centrally mounted in the fluid pipe of the drill string component to rotate with the drill string component about the axis of rotation of the drill string. 9. Управляемая по траектории КНБК по п. 8, в которой подсистема исполнительного механизма содержит:9. Path-controlled BHA according to claim 8, in which the actuator subsystem contains: трубу, имеющую размеры и установленную по центру в трубе текучей среды, чтобы оставлять кольцевую проточную зону для бурового раствора между трубой и внутренней поверхностью стенки трубы текучей среды, при этом исполнительный механизм размещен в трубе; a pipe sized and centrally mounted in the fluid pipe to leave an annular flow zone for drilling fluid between the pipe and an internal wall surface of the fluid pipe, the actuator being housed in the pipe; при этом выходной вал проходит аксиально за расположенным ниже по потоку концом трубы, чтобы стыковаться с компонентом дискового клапана, при этом диск клапана является частью компонента дискового клапана.wherein the output shaft extends axially beyond the downstream end of the pipe to mate with the disc valve component, the valve disc being part of the disc valve component. 10. Управляемая по траектории КНБК по п. 9, в которой компонент дискового клапана дополнительно содержит муфту для приема выходного вала.10. The path-controlled BHA of claim 9, wherein the disc valve component further comprises a coupling for receiving the output shaft. 11. Управляемая по траектории КНБК по п. 10, в которой выходной вал посажен на шпонку для закрепления в соответствующем пазу в муфте компонента дискового клапана, чтобы исключить вращение относительно муфты, но дать возможность осевого скольжения относительно муфты.11. The path-controlled BHA of claim 10, wherein the output shaft is keyed to be secured in a corresponding slot in the coupling of the disc valve component to prevent rotation relative to the coupling, but to allow axial sliding relative to the coupling. 12. Управляемая по траектории КНБК по п. 1, в которой исполнительный механизм содержит электродвигатель и редуктор.12. Path-controlled BHA according to claim 1, in which the actuator contains an electric motor and a gearbox. 13. Управляемая по траектории КНБК по п. 1, дополнительно содержащая комплект аксиальных подшипников в трубе для приема проходящего выходного вала, чтобы аксиально поддерживать выходной вал вдоль оси вращения компонента бурильной колонны.13. The path-controlled BHA of claim 1, further comprising a set of axial bearings in the tube to receive a passing output shaft to axially support the output shaft along the axis of rotation of the drill string component. 14. Управляемая по траектории КНБК по п. 9, в которой подсистема исполнительного механизма дополнительно содержит:14. The trajectory-controlled BHA according to claim 9, in which the actuator subsystem additionally contains: плату управления в трубе, имеющую связь с исполнительным механизмом, чтобы управлять углом поворота выходного вала;a control board in the pipe in communication with the actuator to control the rotation angle of the output shaft; блок электропитания для питания по меньшей мере платы управления и исполнительного механизма; иa power supply for powering at least the control board and the actuator; And блок датчиков для измерения ориентации магнитного поля Земли и вектора силы тяжести.a sensor unit for measuring the orientation of the Earth's magnetic field and the gravity vector. 15. Управляемая по траектории КНБК по п. 1, в которой датчик положения является датчиком Холла, и маркер положения является магнитом.15. The trajectory-controlled BHA according to claim 1, in which the position sensor is a Hall sensor and the position marker is a magnet. 16. Управляемая по траектории КНБК по п. 1, в которой диск клапана является кольцевым и имеет V-образную канавку, обеспечивающую проход бурового раствора ниже по потоку диска клапана в выбранную одну из центральных труб клапана.16. The path-controlled BHA according to claim 1, in which the valve disc is annular and has a V-shaped groove that allows the passage of drilling fluid downstream of the valve disc into the selected one of the central pipes of the valve. 17. Управляемая по траектории КНБК по п. 16, в которой V-образной канавке приданы размеры с учетом множества центральных труб клапана и диска клапана для избирательного ориентирования канавки, обеспечивающего вход бурового раствора только в одну центральную трубу клапана единовременно.17. The path-controlled BHA of claim 16, wherein the V-groove is sized to accommodate multiple valve center tubes and a valve disc to selectively orient the groove to allow drilling fluid to enter only one valve center tube at a time. 18. Управляемая по траектории КНБК по п. 17, в которой V-образной канавке приданы размеры с учетом множества центральных труб клапана и диска клапана для избирательного ориентирования канавки, не позволяющего буровому раствору войти ни в одну из центральных труб клапана.18. The path-controlled BHA of claim 17, wherein the V-groove is sized to accommodate multiple valve center tubes and a valve disk to selectively orient the groove to prevent drilling fluid from entering any of the valve center tubes. 19. Управляемая по траектории КНБК по п. 7, в которой обращенная внутрь сторона каждого упорного башмака выполнена с возможностью симметричного распределения силы, передаваемой на соответствующий один или несколько поршней по оси хода поршней, по всей величине хода поршня.19. The trajectory-controlled BHA according to claim 7, in which the inward-facing side of each thrust shoe is configured to symmetrically distribute the force transmitted to the corresponding one or more pistons along the axis of the piston stroke, over the entire length of the piston stroke. 20. Управляемая по траектории КНБК по п. 19, в которой обращенная внутрь сторона каждого упорного башмака выполнена с возможностью, когда КНБК центрируется в скважине, передавать силу на соответствующий один или несколько поршней в совмещении с соответствующими осями хода поршней.20. The path-controlled BHA of claim 19, wherein the inward facing side of each thrust shoe is configured, when the BHA is centered in the well, to transmit force to a corresponding one or more pistons in alignment with the corresponding axes of the piston stroke.
RU2021132881A 2019-04-15 2020-04-15 Rotary controlled drilling system RU2817301C2 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US62/833,792 2019-04-15
US62/888,197 2019-08-16

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2021132881A RU2021132881A (en) 2023-05-15
RU2817301C2 true RU2817301C2 (en) 2024-04-12

Family

ID=

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6213226B1 (en) * 1997-12-04 2001-04-10 Halliburton Energy Services, Inc. Directional drilling assembly and method
US20030079913A1 (en) * 2000-06-27 2003-05-01 Halliburton Energy Services, Inc. Apparatus and method for drilling and reaming a borehole
RU2455448C2 (en) * 2007-11-27 2012-07-10 Шлюмбергер Текнолоджи Б.В. Method and device for hydraulic control of well rotor drilling systems
RU2513602C2 (en) * 2008-07-11 2014-04-20 Шлюмбергер Текнолоджи Б.В. Drill bit for controlled directed boring, boring system and method of boring of curved well shafts
US20150107902A1 (en) * 2013-10-18 2015-04-23 Schlumberger Technology Corporation Mud Actuated Drilling System
US20160084007A1 (en) * 2014-09-24 2016-03-24 Schlumberger Technology Corporation Back-Reaming Rotary Steering
WO2018085042A1 (en) * 2016-11-04 2018-05-11 Halliburton Energy Services, Inc. Flexible collar for a rotary steerable system

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6213226B1 (en) * 1997-12-04 2001-04-10 Halliburton Energy Services, Inc. Directional drilling assembly and method
US20030079913A1 (en) * 2000-06-27 2003-05-01 Halliburton Energy Services, Inc. Apparatus and method for drilling and reaming a borehole
RU2455448C2 (en) * 2007-11-27 2012-07-10 Шлюмбергер Текнолоджи Б.В. Method and device for hydraulic control of well rotor drilling systems
RU2513602C2 (en) * 2008-07-11 2014-04-20 Шлюмбергер Текнолоджи Б.В. Drill bit for controlled directed boring, boring system and method of boring of curved well shafts
US20150107902A1 (en) * 2013-10-18 2015-04-23 Schlumberger Technology Corporation Mud Actuated Drilling System
US20160084007A1 (en) * 2014-09-24 2016-03-24 Schlumberger Technology Corporation Back-Reaming Rotary Steering
WO2018085042A1 (en) * 2016-11-04 2018-05-11 Halliburton Energy Services, Inc. Flexible collar for a rotary steerable system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0763647B1 (en) Steerable drilling tool and system
EP1106777B1 (en) Method and apparatus for steering a directional drilling tool
US5529133A (en) Steerable drilling tool and system
RU2471066C2 (en) Method to use sensor of drilling tool end position
AU2009257951B2 (en) Method and apparatus for controlling downhole rotational rate of a drilling tool
AU666373B2 (en) Drill bit steering
CA2870276C (en) Drilling assembly with high-speed motor gear system
US20020179336A1 (en) Drilling tool with non-rotating sleeve
CA2506912A1 (en) Improved rotary pulser for transmitting information to the surface from a drill string down hole in a well
US20020053471A1 (en) Intergrated transmitter surveying while boring entrenching powering device for the continuation of a guided bore hole
US11879333B2 (en) Rotary steerable drilling assembly and method
AU2013201543B2 (en) Controllable deflection tool, downhole steering assembly and method of use
US20200109608A1 (en) Downhole pulsation system and method
RU2817301C2 (en) Rotary controlled drilling system
US11852015B2 (en) Rotary steerable drilling system
US20150090497A1 (en) Directional Drilling Using Variable Bit Speed, Thrust, and Active Deflection
WO2023186055A1 (en) Drilling tool, drilling method and drilling guiding method
AU6318099A (en) Actively controlled rotary steerable system and method for drilling wells
CA2638285C (en) Tool face sensor method