專利名稱：導(dǎo)向系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種例如用于在井眼的形成中使用的導(dǎo)向系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
通常在用于隨后開采油氣的井眼形成領(lǐng)域使用導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)以允許對井眼軌跡 進行控制。已知許多導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)。例如，已知其中偏置單元被定位成靠近鉆頭，且偏置單 元可操作以將側(cè)向指向的力施加到鉆頭，從而沿期望的方向遠離井眼的軸線推所述鉆頭。 導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)的另一種形式可通過控制彎套的方位以確保鉆頭沿期望的方向指向來實現(xiàn)。 在一些布置中，可調(diào)節(jié)彎套以控制鉆頭的方向和角度。在其它布置中，彎套傾角固定，而鉆 頭指向的方向的調(diào)節(jié)可通過控制彎套的角位置來實現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種簡便形式的導(dǎo)向系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明，提供了一種導(dǎo)向系統(tǒng)，包括第一可旋轉(zhuǎn)殼體；第二可旋轉(zhuǎn)殼體，所 述第二可旋轉(zhuǎn)殼體通過可調(diào)節(jié)接頭連接到第一可旋轉(zhuǎn)殼體；凸輪件，所述凸輪件在使用中 保持不旋轉(zhuǎn)；以及凸輪隨動裝置，所述凸輪隨動裝置可與所述凸輪件協(xié)作并且可移動以驅(qū) 動所述第二可旋轉(zhuǎn)殼體繞可調(diào)節(jié)接頭相對于第一可旋轉(zhuǎn)殼體移動。這種裝置的優(yōu)點在于在第一和第二可旋轉(zhuǎn)殼體旋轉(zhuǎn)的同時，第一可旋轉(zhuǎn)殼體的 旋轉(zhuǎn)軸線可以保持在大致固定的位置。被第二殼體支承的鉆頭因此可以保持在期望的方 位，同時進行鉆井。優(yōu)選地，第一和第二可旋轉(zhuǎn)殼體相互連接，使得第一殼體的旋轉(zhuǎn)被傳遞給第二殼 體。諸如爪形離合器(dog clutch)形式的離合器機構(gòu)可以被設(shè)置成允許第一殼體相對于 第二殼體旋轉(zhuǎn)。凸輪件可便利地調(diào)節(jié)以允許調(diào)節(jié)第二殼體的方位。有利地，凸輪件使旋轉(zhuǎn)斜盤的 形式。優(yōu)選地，凸輪件安裝到套管，所述套管包圍第一殼體的至少一部分，并且在正常使用 中保持不旋轉(zhuǎn)。例如，套管可以包括扶正器。優(yōu)選地，球面軸承設(shè)置在第一殼體上，并且被 布置成相對于套管支撐凸輪件。一個或多個線性致動器被設(shè)置成驅(qū)動凸輪件相對于套管進 行移動以調(diào)節(jié)所述凸輪件的位置。所述或每一個線性操作機構(gòu)可以以電的方式被驅(qū)動、以 電磁方式被驅(qū)動或通過液壓供給動力。優(yōu)選地，凸輪隨動裝置包括隨動活塞，所述隨動活塞被布置成由凸輪件驅(qū)動并且 可移動以使驅(qū)動活塞移動。優(yōu)選地，隨動活塞具有比驅(qū)動活塞的直徑小的直徑以提供機械 增益。優(yōu)選地，驅(qū)動活塞的移動通過相關(guān)聯(lián)的推桿被傳遞給第二殼體。優(yōu)選地，推桿與隨動活塞中的相對應(yīng)的隨動活塞對齊。在這種布置中，第二殼體相 對于第一殼體沿與凸輪件相同的方向傾斜，但是傾斜角度將更小。


以下參照附圖以示例的方式說明本發(fā)明，其中圖1是裝有本發(fā)明的一個實施例的導(dǎo)向系統(tǒng)的導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)的圖示；和圖2被顯示圖1的鉆井系統(tǒng)的導(dǎo)向系統(tǒng)的放大剖視圖。
具體實施例方式參照附圖，示出了在井眼的形成中使用的導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)。導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)包括支撐 多個井下部件的鉆柱10。鉆柱10在地面上由鉆機支撐，所述鉆機具有支撐功能，并且驅(qū)動 鉆柱10用于旋轉(zhuǎn)。鉆柱10支承多個中間扶正器單元12，并且在其下端處支承底部鉆具組合14。底 部鉆具組合14包括井下馬達16、導(dǎo)向系統(tǒng)18、和鉆頭20。在使用中，馬達16用于驅(qū)動鉆 頭20以便進行旋轉(zhuǎn)。鉆頭20的旋轉(zhuǎn)與施加到所述鉆頭的鉆壓載荷結(jié)合使鉆頭20從井眼 正在形成的地層測量、刮或磨蝕物質(zhì)，從而延伸井眼。雖然所述的裝置使用井下馬達，但是也可以使用其中鉆頭由鉆柱的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的裝置。導(dǎo)向系統(tǒng)18操作以確保在進行鉆進的同時將鉆頭20保持在期望的方位上，從而 控制井眼延伸的方向。如圖2中最清楚地所示，導(dǎo)向系統(tǒng)18包括第一可旋轉(zhuǎn)殼體22，所述第一可旋轉(zhuǎn)殼 體被布置成連接到井下馬達16的輸出以被驅(qū)動，用于藉此進行旋轉(zhuǎn)。第二可旋轉(zhuǎn)殼體24 通過例如萬向接頭或轉(zhuǎn)環(huán)形式的可調(diào)節(jié)接頭26連接到第一殼體22。接頭26包括部分球面 推力軸承28，從而允許將來自第一殼體22的軸向指向的載荷傳遞給第二殼體24，同時允許 調(diào)節(jié)第二殼體24的軸線24a相對于第一殼體22的軸線的角度(或傾斜)。爪形離合器(dog clutch) 30形式的可松開扭矩傳遞裝置設(shè)置在第一殼體22與第 二殼體24之間，使得當期望時第一殼體22繞其軸線的旋轉(zhuǎn)可以傳遞給第二殼體24，且爪形 離合器30的松開可允許第一殼體22獨立于第二殼體24旋轉(zhuǎn)。軸向延伸通道32延伸通過第一殼體22和接頭26到達設(shè)置在第二殼體24中的通 道34，從而允許通過導(dǎo)向系統(tǒng)18供應(yīng)鉆井液或泥漿。扶正器套管36包圍第一殼體22的一部分。在使用中，套管36抵靠在井眼的壁 上，并且保持大致固定不旋轉(zhuǎn)。套管36通過還用作密封件的軸承38安裝到第一殼體22， 以允許第一殼體22旋轉(zhuǎn)而同時套管36保持固定不旋轉(zhuǎn)。套管36和第一殼體22 —起限定 室40，旋轉(zhuǎn)斜盤42形式的凸輪件可位于所述室內(nèi)。旋轉(zhuǎn)斜盤42與套管36通過鍵或槽接 合，使得在正常使用中所述旋轉(zhuǎn)斜盤保持不旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)斜盤42與套管之間的連接的性質(zhì)使 得可以調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)斜盤42的角度方位。球面軸承44設(shè)置在旋轉(zhuǎn)斜盤42的內(nèi)部與第一殼體 22的相鄰部分之間，以接受這種移動，同時支撐旋轉(zhuǎn)斜盤42。一系列線性致動器46安裝在 套管36上并接合旋轉(zhuǎn)斜盤42，且線性致動器46在適當?shù)目刂葡到y(tǒng)(未示出)的控制下可 操作以調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)斜盤42相對于套管36的方位。線性致動器46可以具有各種形式。例如， 線性致動器46可以通過電或電磁致動，或者可選地，線性致動器46可以以液壓的方式被操 作。旋轉(zhuǎn)斜盤42的與線性致動器46協(xié)作的表面相對的表面接合一系列凸輪隨動裝置 48。凸輪隨動裝置48每一個都包括相對較小直徑的隨動活塞50，所述隨動活塞支承在旋轉(zhuǎn)斜盤42上并且在形成在第一殼體22內(nèi)的相對應(yīng)的孔52中可往復(fù)運動?？?2開口到更大 直徑的孔54，更大直徑的驅(qū)動活塞56可在所述更大直徑的孔中往復(fù)運動。將要認識的是， 利用這樣的裝置，隨動活塞50的移動使相關(guān)聯(lián)的驅(qū)動活塞56沿相同的方向移動。驅(qū)動活 塞56將通過比隨動活塞50小的距離，但是由于如此獲得的機械增益而能夠施加更大的力。一系列推桿58支承在驅(qū)動活塞56上，從而將所述驅(qū)動活塞的移動傳遞給第二殼 體24。在使用中，在圖2中所示的位置中，將要認識的是旋轉(zhuǎn)斜盤42相對于第一殼體22 成角度，并且第二殼體24相對于第一殼體22沿與旋轉(zhuǎn)斜盤42相同的方向但是以較小的角 度傾斜。由此位置，第一殼體22由于馬達16的操作的旋轉(zhuǎn)使隨動活塞50又被旋轉(zhuǎn)斜盤42 提升和下壓，且隨動活塞50每一個都由于其被旋轉(zhuǎn)斜盤42下壓而被進一步推進到相對應(yīng) 的孔52內(nèi)。隨動活塞50的移動通過孔52、54中的流體被傳遞給相關(guān)聯(lián)的驅(qū)動活塞56，從 而使推桿58伸出，并且推動第二殼體24以繞接頭26傾斜。如此獲得的第二殼體24的傾 斜運動驅(qū)動推桿58以及沿朝向縮回位置的相反的方向驅(qū)動在導(dǎo)向系統(tǒng)的徑向相對側(cè)上的 驅(qū)動活塞56和隨動活塞50。將要認識的是這種動作確保在第一殼體22和第二殼體24旋 轉(zhuǎn)的同時第二殼體24的旋轉(zhuǎn)軸線24a在空間內(nèi)保持大致固定。因此，鉆頭20被保持在期 望的方位，同時進行鉆井。通過線性致動器46對旋轉(zhuǎn)斜盤42的位置進行適當調(diào)節(jié)可以用于調(diào)節(jié)第二殼體24 相對于第一殼體22的傾斜度并且調(diào)節(jié)第二殼體24的旋轉(zhuǎn)軸線24a相對于第一殼體22的 方向或方位。因此將要認識的是，通過使用線性致動器46適當?shù)乜刂菩D(zhuǎn)斜盤42的位置， 可以控制導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)的鉆進方向。由于凸輪隨動裝置的性質(zhì)而產(chǎn)生的機械增益確保即使當施加抑制這種運動的大 載荷時也可獲得足夠大的力以使第二殼體24沿期望的方向偏斜或傾斜。將要認識的是在不背離本發(fā)明的保護范圍的情況下可以對上述布置做大范圍的 修改和改變。
權(quán)利要求
一種導(dǎo)向系統(tǒng)，包括第一可旋轉(zhuǎn)殼體；第二可旋轉(zhuǎn)殼體，所述第二可旋轉(zhuǎn)殼體通過可調(diào)節(jié)接頭連接到所述第一可旋轉(zhuǎn)殼體；凸輪件，所述凸輪件在使用中保持不旋轉(zhuǎn)；以及凸輪隨動裝置，所述凸輪隨動裝置能夠與所述凸輪件協(xié)作并且能夠移動以驅(qū)動所述第二可旋轉(zhuǎn)殼體繞所述可調(diào)節(jié)接頭相對于所述第一可旋轉(zhuǎn)殼體移動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述第一可旋轉(zhuǎn)殼體和所述第二可旋轉(zhuǎn)殼體相 互連接，使得所述第一可旋轉(zhuǎn)殼體的旋轉(zhuǎn)被傳遞給所述第二可旋轉(zhuǎn)殼體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，還包括離合器機構(gòu)，所述離合器機構(gòu)能夠操作以允許 所述第一可旋轉(zhuǎn)殼體相對于所述第二可旋轉(zhuǎn)殼體旋轉(zhuǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中，所述離合器機構(gòu)包括爪形離合器。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的系統(tǒng)，其中，所述凸輪件能夠調(diào)節(jié)以允許調(diào)節(jié)所 述第二可旋轉(zhuǎn)殼體的方位。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的系統(tǒng)，其中，所述凸輪件安裝到套管，所述套管包 圍所述第一可旋轉(zhuǎn)殼體的至少一部分，并且在正常使用中保持不旋轉(zhuǎn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中，所述套管包括扶正器。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的系統(tǒng)，其中，球面軸承被設(shè)置和布置成相對于所述套管支 撐所述凸輪件。
9.根據(jù)權(quán)利要求6-8中任一項所述的系統(tǒng)，其中，一個或多個線性致動器被設(shè)置成驅(qū) 動所述凸輪件相對于所述套管進行移動以調(diào)節(jié)所述凸輪件的位置。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，所述或每一個線性操作機構(gòu)以電的方式被驅(qū) 動、以電磁方式被驅(qū)動或通過液壓供給動力。
11.根據(jù)權(quán)利要求6-10中任一項所述的系統(tǒng)，其中，所述凸輪件是旋轉(zhuǎn)斜盤的形式。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的系統(tǒng)，其中，所述凸輪隨動裝置包括隨動活塞， 所述隨動活塞被布置成由所述凸輪件驅(qū)動并且能夠移動以使驅(qū)動活塞移動。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中，所述隨動活塞具有比所述驅(qū)動活塞的直徑小 的直徑以提供機械增益。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的系統(tǒng)，其中，所述驅(qū)動活塞的移動通過相關(guān)聯(lián)的推桿 被傳遞給所述第二可旋轉(zhuǎn)殼體。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中，所述推桿與所述隨動活塞中的相對應(yīng)的隨動 活塞對齊。
16.一種參照附圖大致如上所述的導(dǎo)向系統(tǒng)。
17.一種導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)，包括馬達，所述馬達被布置成驅(qū)動根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述類型的導(dǎo)向系統(tǒng)的第一 可旋轉(zhuǎn)殼體進行旋轉(zhuǎn)；和鉆頭，所述鉆頭安裝到所述導(dǎo)向系統(tǒng)的第二可旋轉(zhuǎn)殼體。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種導(dǎo)向系統(tǒng)，所述導(dǎo)向提供包括第一可旋轉(zhuǎn)殼體(22)；第二可旋轉(zhuǎn)殼體(24)，所述第二可旋轉(zhuǎn)殼體通過可調(diào)節(jié)接頭(26)連接到第一可旋轉(zhuǎn)殼體(22)；凸輪件(42)，所述凸輪件在使用中保持不旋轉(zhuǎn)；以及凸輪隨動裝置，所述凸輪隨動裝置可與所述凸輪件(42)協(xié)作并且可移動以驅(qū)動所述第二可旋轉(zhuǎn)殼體(24)繞可調(diào)節(jié)接頭(26)相對于第一可旋轉(zhuǎn)殼體(22)移動。
文檔編號E21B7/06GK101946058SQ200880127120
公開日2011年1月12日 申請日期2008年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月19日
發(fā)明者邁克爾·謝帕德 申請人:普拉德研究及開發(fā)股份有限公司