RU99126648A

RU99126648A - Способ бурения скважин и одновременного напраления бурового долота активно контролируемым вращательным направляемым буровым устройством и вращательное направляемое буровое устройство

Info

Publication number: RU99126648A
Application number: RU99126648/03A
Authority: RU
Inventors: Алан П. ДОРЕЛЬ
Original assignee: Шлюмбергер Холдингз Лимитед
Priority date: 1998-12-11
Filing date: 1999-12-10
Publication date: 2001-09-20

Claims

1. Способ бурения скважин и одновременного направления бурового долота активно контролируемым вращательным направляемым скважинным буровым устройством, отличающийся тем, что вращают внутри ствола пробуриваемой скважины приводной компонент внутри скользящей переходной муфты бурового инструмента, находящийся во вращательном отношении с отклоняющей оправкой, расположенной с возможностью поворота внутри скользящей переходной муфты инструмента и несущей буровое долото, генерируют управляющие сигналы направления в соответствии с управляющими сигналами направления гидравлически позиционируют отклоняющую оправку относительно ее шарнирной опоры во время приводного вращения отклоняющей оправки с помощью вращательного приводного компонента для поддержания оси отклоняющей оправки в существенной степени геостационарно и под предварительно определенными углами наклона и азимута; перемещают со скольжением скользящую переходную муфту инструмента в соприкосновении со стенками ствола скважины во время бурения.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют скользящую переходную муфту инструмента, имеющую внешние эластичные элементы, выступающие в существенной степени радиально наружу от него и поддерживают скользящий контакт внешних эластичных элементов со стенками ствола скважины при бурении для существенного предотвращения вращения переходной муфты инструмента внутри ствола скважины во время бурения.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют скользящую переходную муфту инструмента, вмещающую системы для генерирования давления гидравлической жидкости и электрической энергии и гидравлическое поршневое средство для осуществления позиционного управления отклоняющей оправкой относительно скользящей переходной муфты инструмента во время вращения отклоняющей оправки с помощью приводного компонента и содержащую электрически управляемые клапанные средства для контролирования создаваемого гидравлическим давлением перемещения гидравлического поршневого средства, и генерируют гидравлическое давление и электрическую энергию в ответ на поток бурового раствора, электрически приведенной в действие электрически управляемых клапанных средств, реагирующих на управляющие сигналы для контролирования передачи гидравлического давления к гидравлическому поршневому средству для осуществления гидравлического позиционирования отклоняющей оправки.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что используют поршневое средство, содержащее, по меньшей мере, два поршня, каждый из которых расположен между скользящей переходной муфтой инструмента и отклоняющей оправкой и способен передавать им усилие, и выборочно и независимо контролируют повышение и снижение гидравлического давления, подаваемого к каждому поршню, для осуществления вызванного поршнем поворотного позиционирования отклоняющей оправки внутри скользящей переходной муфты инструмента.

5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что используют гидравлическое поршневое средство, подвижно расположенное внутри гидравлического цилиндрического средства, и определяют соответствующие положения поршневого средства внутри цилиндрического средства и соотносят соответствующие положения поршневого средства к поворотным положениям отклоняющей оправки внутри скользящей переходной муфты инструмента; идентифицируют изменения соответствующих положений поршневого средства для желаемого изменения поворотного положения отклоняющей оправки, под контролем вводят в действие электрически контролируемые клапанные средства для независимого контролируемого гидравлического сообщения давления к цилиндрическому средству для выполнения желаемого изменения положения поршневого средства.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что определяют объем гидравлической жидкости в гидравлическом цилиндрическом средстве для идентификации положения поршня в гидравлическом цилиндрическом средстве; изменяют объем гидравлической жидкости в гидравлическом цилиндрическом средстве, чтобы таким образом изменять положение поршня и положение отклоняющей оправки в скользящей переходной муфте инструмента; последовательно изменяют положение отклоняющей оправки в скользящей переходной муфте инструмента, чтобы таким образом поддержать отклоняющую оправку, в основном, в геостационарном положении и ориентировано относительно азимута и наклона во время вращения ее с помощью вращательного приводного компонента.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что при генерировании управляющих сигналов направления определяют расположение и ориентацию скользящей переходной муфты инструмента и угловое положение отклоняющей оправки относительно скользящей переходной муфты инструмента и генерируют сигналы положения в реальном масштабе времени, обрабатывают упомянутые сигналы положения в реальном масштабе времени и генерируют управляющие сигналы направления, контролируют позиционирование отклоняющей оправки с помощью управляющих сигналов направления.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют вращательное направляемое буровое устройство, содержащее бортовую электронику для приема управляющих сигналов направления и передают управляющие сигналы направления с расположенной на поверхности установки к бортовой электронике; контролируют позиционирование отклоняющей оправки с помощью управляющих сигналов направления.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют скользящую переходную муфту инструмента, содержащую по меньшей мере, два гидравлических цилиндра, каждый из которых содержит гидравлический поршень, находящийся в позиционном сопряжении с отклоняющей оправкой, подают гидравлическую жидкость под давлением к гидравлическим цилиндрам, электронно контролируемые клапанные средства для гидравлической жидкости для выборочной подачи гидравлической жидкости под давлением к гидравлическим цилиндрам и электронный контроллер для приема сигналов положения и выборочного приведения в действие электронно контролируемых клапанных средств для гидравлической жидкости для гидравлически контролируемого позиционирования отклоняющей оправки относительно скользящей переходной муфты инструмента, и генерируют электронные сигналы положения поршней, представляющих положения гидравлических поршней внутри гидравлических цилиндров, создают электронные сигналы положения переходной муфты инструмента, представляющие положение скользящей переходной муфты инструмента, обрабатывают электронные сигналы положения поршней и электронные сигналы положения переходной муфты инструмента с помощью контроллера и вырабатывают выходные сигналы положения клапана от контроллера для изменения положения клапанных средств для контролирования гидравлической жидкости, когда необходимо изменить положение отклоняющей оправки относительно скользящей переходной муфты инструмента.

10. Вращательное направляемое скважинное буровое устройство, содержащее скользящую муфту бурового инструмента и средство для поддержания соприкосновения скользящей муфты инструмента со стенками ствола пробуриваемой скважины и, в существенной степени, предотвращения вращения скользящей муфты инструмента во время бурения, отличающееся тем, что имеет отклоняющую оправку, поддерживаемую в скользящей муфте инструмента для поворотного перемещения относительно скользящей муфты инструмента и для вращения относительно скользящей муфты инструмента, средство для сообщения приводного вращения отклоняющей оправке, гидравлическое приводящее в действие средство для поддерживания отклоняющей оправки выборочно поворотно позиционированной в скользящей муфте инструмента во время ее вращения в скользящей муфте инструмента, чтобы таким образом поддерживать отклоняющую оправку и буровое долото, соединенное с ней, направленными в выбранном направлении для управления буровым долотом по выбранному направлению.

11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что гидравлическое приводящее в действие средство содержит гидравлическое цилиндрическое средство в скользящей муфте инструмента, гидравлическое поршневое средство в гидравлическом цилиндрическом средстве, имеющем силовую передачу с отклоняющей оправкой, средство для подачи гидравлической жидкости под давлением к гидравлическому цилиндрическому средству для поворотного перемещения при поддержании положения отклоняющей оправки внутри скользящей переходной муфты инструмента; средство, реагирующее на позиционирующие сигналы для контролируемо приводимого в действие средства для подачи гидравлической жидкости под давлением и, таким образом, для поддерживания отклоняющей оправки, выборочно расположенной относительно скользящей переходной муфты инструмента.

12. Устройство по п.10, отличающееся тем, что средство для поддерживания соприкосновения скользящей переходной муфты инструмента со стенками ствола пробуриваемой скважины содержит эластичное сопрягаемое средство, поддерживаемое скользящей переходной муфтой инструмента и выступающее в радиальном направлении от него в существенной степени для силового зацепления со стенками ствола скважины.

13. Устройство по п. 10, отличающееся тем, что эластичное сопрягаемое средство содержит множество эластичных соединительных элементов, расположенных в отстоящем положении относительно скользящей переходной муфты инструмента, и имеется средство для определения относительных положений эластичных соединительных элементов относительно скользящей переходной муфты инструмента и для генерирования электронных сигналов, представляющих относительные положения и, таким образом, для измерения диаметра ствола пробуриваемой скважины.

14. Устройство по п.10, отличающееся тем, что средство для поддерживания соприкосновения скользящей переходной муфты инструмента со стенками ствола пробуриваемой скважины содержит множество продолговатых эластичных лопастей, имеющих, по меньшей мере, один конец, соединенный со скользящей переходной муфтой инструмента, выступающих в радиальном направлении наружу от скользящей переходной муфты инструмента для силового зацепления со стенками ствола скважины.

15. Устройство по п.10, отличающееся тем, что средство для поддерживания соприкосновения скользящей переходной муфты инструмента со стенками ствола пробуриваемой скважины содержит множество удлиненных изогнутых эластичных лопастей, каждая из которых имеет концы и центральную часть, причем концы соединены со скользящей переходной муфтой инструмента, а центральные части каждой лопасти выступают радиально наружу от скользящей переходной муфты инструмента для силового зацепления со стенками ствола скважины.

16. Устройство по п.10, отличающееся тем, что содержит универсальный шарнир в скользящей переходной муфте инструмента, а отклоняющая оправка поддерживается с возможностью, поворота и вращения с помощью универсального шарнира, обеспечивающего возможность вращательного и всенаправленного поворотного перемещения отклоняющей оправки относительно скользящей переходной муфты инструмента.

17. Устройство по п. 10, отличающееся тем, что средство для сообщения приводного вращения отклоняющей оправке содержит трубчатый вращательный приводной вал, образующий проход для потока и расположенный в скользящей переходной муфте инструмента и имеющий приводной конец, приспособленный для соединения с вращательным приводным элементом и имеющий ведущий конец, подшипниковое средство, поддерживающее трубчатый вращательный вал внутри скользящей переходной муфты инструмента, средство, создающее шарнирное приводное соединение приводного конца трубчатого вращательного приводного вала с отклоняющей оправкой.

18. Устройство по п.17, отличающееся тем, что отклоняющая оправка образует проход для потока для пропуска бурового раствора через него, и имеется средство для уплотнения переходной муфты, посредством которого образуют уплотненный участок, между переходной муфтой инструмента и отклоняющей оправкой, создают защитную камеру для жидкости, предназначенную для содержания защитной жидкой среды, и изолируют камеру от проникновения бурового раствора, и средство для уплотнения оправки, посредством которого образуют уплотнение между отклоняющей оправкой и приводным концом трубчатого вращательного приводного вала, и изолируют защитную камеру для жидкости от проникновения бурового раствора.

19. Устройство по п.10, отличающееся тем, что содержит систему для подачи гидравлической жидкости, расположенную внутри скользящей переходной муфты инструмента и приводимую в действие путем вращения приводного средства во время бурения, причем с помощью системы подачи гидравлической жидкости подают гидравлическую жидкость под давлением в гидравлическое приводящее в действие средство, систему для обеспечения электропитания, расположенную внутри скользящей переходной муфты инструмента, и приводимую в действие путем вращения приводного средства во время бурения, приводимые в действие электрически клапанные средства, вмонтированные в систему для подачи гидравлической жидкости, с помощью которых управляют подачей гидравлической жидкости под давлением к гидравлическим приводящему в действие средству.

20. Устройство по п.10, отличающееся тем, что содержит датчик для определения положения, расположенный внутри скользящей переходной муфты инструмента, для определения положения скользящей переходной муфты инструмента внутри формации, в которой ведут бурение, и для генерирования сигналов положения, контролирующее средство, расположенное внутри скользящей переходной муфты инструмента, предназначенное для приема сигналов положения, и генерирующее выходные сигналы управления клапанами для выборочного управления действием приводимого в действие электрических клапанных средств.

21. Устройство по п.10, отличающееся тем, что содержит средство для подачи гидравлической жидкости, расположенное внутри скользящей переходной муфты инструмента; средство для электропитания, расположенное внутри скользящей переходной муфты инструмента; электрически приводимые в действие клапанные средства, вмонтированные в средстве для подачи гидравлической жидкости, с помощью которых управляют подачей гидравлической жидкости под давлением к гидравлически приводимому в действие средству; датчик для определения положения, предназначенный для определения положения гидравлически приводимого в действие средства, и генерирующий выходные сигналы положения; контролирующее средство, предназначенное для приема и обработки выходных сигналов положения и генерирования управляющих сигналов для выборочного управляющего приведения в действие электрически приводимых в действие клапанных средств.

22. Устройство по п.21, отличающееся тем, что содержит средство телеметрии, расположенное внутри скользящей переходной муфты инструмента, предназначенное для приема управляющих сигналов позиционирования, передаваемых с поверхности и создающее выходной телеметрический сигнал, который принимает и обрабатывает контролирующее средство.

23. Устройство по п.21, отличающееся тем, что содержит, по меньшей мере, один акселерометр, расположенный внутри скользящей переходной муфты инструмента, предназначенный для определения изменений положения скользящей переходной муфты инструмента и генерирования сигналов положения, чувствительных к этим изменениям, которые принимаются и обрабатываются контролирующим средством.

24. Устройство по п.10, отличающееся тем, что гидравлически приводимое в действие средство содержит, по меньшей мере, два гидравлически перемещаемых элемента, каждый из которых взаимодействует с передачей усилия с отклоняющей оправкой в местах расположения, отдаленных от шарнирной опоры, размещенной внутри скользящей переходной муфты инструмента, при этом при введении в действие гидравлически перемещаемые элементы способны перемещать отклоняющую оправку относительно шарнирной опоры, чтобы поддержать выбранное положение ее относительно скользящей переходной муфты инструмента.