專利名稱：閥控井底馬達的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于控制井底馬達的系統(tǒng)和方法以及使用了這種系統(tǒng)和方法的鉆井系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
泥漿馬達是在鉆井操作中用于轉(zhuǎn)動鉆頭、產(chǎn)生電能等的大功率的發(fā)電機。由泥漿馬達產(chǎn)生的速度和轉(zhuǎn)矩會受到泥漿馬達的設計和泥漿(鉆井流體)向著泥漿馬達的流動影響。對這些參數(shù)的控制試圖通過調(diào)節(jié)泥漿的流率和壓力、調(diào)節(jié)鉆壓(WOB)從井眼的地面進行。然而，通過這些技術(shù)的控制的精確度差。馬達可由于負載和鉆柱動作而停轉(zhuǎn)和經(jīng)受速度變化。因此，需要響應更好和更準確地控制泥漿馬達的操作的裝置和方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及用于控制井底馬達的系統(tǒng)和方法。本發(fā)明的一個方面提供了一種閥控井底馬達，包括井底馬達和滑閥。井底馬達包括具有第一端口和第二端口的密封腔室、被接收在密封腔室內(nèi)的定子以及被接收在定子內(nèi)的轉(zhuǎn)子。所述滑閥包括套筒和被接收在套筒內(nèi)的閥芯。所述套筒包括輸入端口、排放端口、第一供給端口、第二供給端口、第一返回端口以及第二返回端口。輸入端口鄰近于第一供給端口和第二供給端口定位。排放端口鄰近于第一返回端口和第二返回端口定位。所述閥芯包括第一壓蓋和第二壓蓋。該方面可具有多個實施例?；y可被配置為動作到使井底馬達的運動基本上停止的鎖定位置。第一壓蓋可基本上抑制從輸入端口的流動，第二壓蓋可基本上抑制向著排放端口的流動。第一壓蓋可完全抑制從輸入端口的流動，第二壓蓋可完全抑制向著排放端口的流動。第一壓蓋和第二壓蓋能夠使得流體可大致均等地從輸入端口流動到第一供給端口和第二供給端口、以及可大致均等地從第一返回端口和第二返回端口流動到排放端口?；y可被配置為動作到沿著第一方向推動井底馬達的轉(zhuǎn)子的前向位置。第一壓蓋可允許產(chǎn)生從輸入端口到第一供給端口的不受阻礙的流動，第二壓蓋可允許產(chǎn)生從第一返回端口到排放端口的不受阻礙的流動。第一壓蓋可允許產(chǎn)生從輸入端口到第一供給端口的部分受阻的流動，第二壓蓋可允許產(chǎn)生從第一返回端口到排放端口的部分受阻的流動?；y可被配置為動作到沿著第二方向推動井底馬達的轉(zhuǎn)子的反向位置。所述第二方向可與第一方向相反。第一壓蓋可允許產(chǎn)生從輸入端口到第二供給端口的不受阻礙的流動，第二壓蓋可允許產(chǎn)生從第二返回端口到排放端口的不受阻礙的流動。第一壓蓋可允許產(chǎn)生從輸入端口到第二供給端口的部分受阻的流動，第二壓蓋可允許產(chǎn)生從第二返回端口到排放端口的部分受阻的流動。滑閥可以機械方式被致動?；y可以電方式被致動?；y可以氣動方式被致動。井底馬達可以是渦輪馬達。井底馬達可以是容積式馬達。井底馬達可以是單螺桿型 (Moineau-type)容積式馬達?；y可被配置成使閥芯的位置與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速之間具有線性關(guān)系。閥控井底馬達可被接收在鉆鋌(drill string collar)內(nèi)。所述閥控井底馬達可包括用于測量鉆鋌的轉(zhuǎn)速的鉆鋌速度傳感器。閥控井底馬達可被構(gòu)造成指引與鉆鋌連接的鉆頭。閥控井底馬達可被構(gòu)造成用于側(cè)鉆。閥控井底馬達可包括連接到轉(zhuǎn)子的軸。所述軸可以是偏置軸。閥控井底馬達可包括用于測量軸的轉(zhuǎn)速的軸速傳感器。閥控井底馬達可包括處理器，所述處理器被構(gòu)造成用于計算軸相對于鉆鋌的相對速度?；y可以是雙穩(wěn)態(tài)致動器。本發(fā)明的另一方面提供了一種井底組件，包括鉆鋌；以及與鉆鋌連接的可被致動的臂。該方面可具有多個實施例。當鉆鋌轉(zhuǎn)動時，可被致動的臂可位于鉆鋌內(nèi)且與鉆鋌的中心軸線大致平行?？杀恢聞拥谋劭赏ㄟ^第一閥控井底馬達被致動到傾斜位置。第一閥控井底馬達可包括井底馬達和滑閥。井底馬達包括具有第一端口和第二端口的密封腔室、被接收在密封腔室內(nèi)的定子以及被接收在定子內(nèi)的轉(zhuǎn)子。所述滑閥包括套筒和被接收在套筒內(nèi)的閥芯。所述套筒包括輸入端口、排放端口、第一供給端口、第二供給端口、第一返回端口以及第二返回端口。輸入端口鄰近于第一供給端口和第二供給端口定位。排放端口鄰近于第一返回端口和第二返回端口定位。所述閥芯包括第一壓蓋和弟·~‘壓蓋ο滑閥可通過伺服機構(gòu)被致動?？杀恢聞拥谋圻€可包括第二閥控井底馬達、連接到第二閥控井底馬達的軸以及連接到軸的鉆頭。第二閥控井底馬達可包括井底馬達和滑閥。井底馬達包括具有第一端口和第二端口的密封腔室、被接收在密封腔室內(nèi)的定子以及被接收在定子內(nèi)的轉(zhuǎn)子。所述滑閥包括套筒和被接收在套筒內(nèi)的閥芯。所述套筒包括輸入端口、排放端口、第一供給端口、第二供給端口、第一返回端口以及第二返回端口。輸入端口鄰近于第一供給端口和第二供給端口定位。排放端口鄰近于第一返回端口和第二返回端口定位。所述閥芯包括第一壓蓋和弟·~‘壓蓋ο本發(fā)明的又一方面提供了一種鉆井方法。該方法包括提供具有閥控井底馬達的鉆柱、連接到閥控井底馬達的軸以及連接到軸的鉆頭，所述閥控井底馬達包括井底馬達和滑閥；以及將滑閥致動到多種位置，以控制軸和鉆頭的轉(zhuǎn)速和方向。所述井底馬達包括具有第一端口和第二端口的密封腔室、被接收在密封腔室內(nèi)的定子以及被接收在定子內(nèi)的轉(zhuǎn)子?；y包括套筒和被接收在套筒內(nèi)的閥芯。套筒包括輸入端口、排放端口、第一供給端口、第二供給端口、第一返回端口以及第二返回端口。輸入端口鄰近于第一供給端口和第二供給端口定位。排放端口鄰近于第一返回端口和第二返回端口定位。所述閥芯包括第一壓蓋和第二壓蓋。本發(fā)明的另一方面提供了一種鉆柱，包括井底馬達、滑閥、連接到井底馬達的軸以及連接到軸的鉆頭。所述井底馬達包括具有第一端口和第二端口的密封腔室、被接收在密封腔室內(nèi)的定子以及被接收在定子內(nèi)的轉(zhuǎn)子。所述滑閥包括套筒和被接收在套筒內(nèi)的閥芯。所述套筒包括輸入端口、排放端口、第一供給端口、第二供給端口、第一返回端口以及第二返回端口。輸入端口鄰近于第一供給端口和第二供給端口定位。排放端口鄰近于第一返回端口和第二返回端口定位。所述閥芯包括第一壓蓋和第二壓蓋。


為了更全面地理解本發(fā)明的特征和期望目標，請參看下面結(jié)合附圖所作的詳細描述，其中，在所有的附圖中，相同的附圖標記均表示相應的部件，附圖包括圖1示出了可應用本發(fā)明的井場系統(tǒng)。圖2A-2C示出了閥控井底馬達的結(jié)構(gòu)和操作。圖3示出了指引鉆頭的閥控井底馬達的結(jié)構(gòu)。圖4示出了用于側(cè)鉆的裝置。
具體實施例方式本發(fā)明涉及用于控制井底馬達的系統(tǒng)和方法。本發(fā)明的各種實施例可用于井場系統(tǒng)中。井場系統(tǒng)圖1示出了可應用本發(fā)明的井場系統(tǒng)。井場可以是陸地上的或海底上的。在該示例性系統(tǒng)中，井眼11以眾所周知的方式通過旋轉(zhuǎn)鉆井形成在地下的地層中。本發(fā)明的多個實施例也可使用定向鉆探，這將在下面進行描述。鉆柱12懸置在井眼11內(nèi)，且具有井底組件100，所述井底組件100在其下端包括鉆頭105。地面系統(tǒng)包括定位在井眼11上方的平臺和鉆塔組件10，所述組件10包括轉(zhuǎn)臺 16、方鉆桿(kelly) 17、鉤18和旋轉(zhuǎn)接頭19。鉆柱12通過轉(zhuǎn)臺16轉(zhuǎn)動，所述轉(zhuǎn)臺由未示出的裝置驅(qū)動，且在鉆柱的上端處接合方鉆桿17。鉆柱12通過方鉆桿17和旋轉(zhuǎn)接頭19懸置于加裝到游動滑車(也未示出)的鉤18，所述旋轉(zhuǎn)接頭19允許鉆柱相對于鉤轉(zhuǎn)動。眾所周知，可替代性地使用頂驅(qū)系統(tǒng)。在該實施方式的示例中，地面系統(tǒng)還包括儲存在形成于井場處的坑27中的鉆井流體或泥漿26。泵四經(jīng)由旋轉(zhuǎn)接頭19中的端口將鉆井流體沈給送到鉆柱12的內(nèi)部，從而，使得鉆井流體如方向箭頭8所示地向下流經(jīng)鉆柱12。鉆井流體經(jīng)由鉆頭105中的端口排出鉆柱12，然后通過鉆柱的外側(cè)與井壁之間的環(huán)形區(qū)域向上循環(huán)，如方向箭頭9所示。以該眾所周知的方式，鉆井流體潤滑鉆頭105，并在它返回到坑27以再循環(huán)時將巖屑上送到地面。示出的實施例的井底組件100包括隨鉆測井(LWD)模塊120、隨鉆測量(MWD)模塊 130、旋轉(zhuǎn)導向系統(tǒng)(roto-steerable system)和馬達以及鉆頭105。LffD模塊120如現(xiàn)有技術(shù)中所公知的那樣容納在一種特殊類型的鉆鋌中，且可包含一種或多種現(xiàn)有類型的測井工具。還可以理解，可采用一個以上的LWD和/或MWD模塊， 例如如圖中的附圖標記120A所示(在整個申請中，對附圖標記120的位置處的一個模塊的描述同樣適用于附圖標記120A的位置處的一個模塊)。LWD模塊具有用于測量、處理和儲存信息以及用于與地面儀器通信的能力。在本實施例中，LffD模塊包括壓力測量裝置。MWD模塊130也如現(xiàn)有技術(shù)中所公知的那樣容納在一種特殊類型的鉆鋌中，且可包含一個或多個用于測量鉆柱和鉆頭的特性的裝置。MWD工具還包括用于向井底系統(tǒng)產(chǎn)生電能的裝置(未示出)。這通常可包括由鉆井流體流驅(qū)動的泥漿渦輪發(fā)電機(也稱作“泥漿馬達”)，可以理解，也可采用其他電能和/或電池系統(tǒng)。在本實施例中，MWD模塊包括以下類型的測量裝置中的一種或多種鉆壓測量裝置、扭矩測量裝置、振動測量裝置、沖擊測量裝置、粘滑測量裝置、方向測量裝置和傾斜測量裝置。該系統(tǒng)的特別有利的應用是與受控導向或“定向鉆探”相結(jié)合。在該實施例中，設有旋轉(zhuǎn)導向子系統(tǒng)150(圖1)。定向鉆探有意地使井眼偏離自然所取的路徑。換言之，定向鉆探對鉆柱進行導向，使得鉆柱沿期望的方向行進。定向鉆探例如在海底鉆探中是有利的，這是因為它能夠使許多井從單個平臺鉆探。定向鉆探還使得能夠進行通過儲層的水平鉆探。水平鉆探能夠使更長的井眼穿過儲層， 這增大了井的產(chǎn)率。定向鉆探系統(tǒng)還可用于垂直鉆探操作中。通常，鉆頭會由于穿過的地層的不可預測的特性或鉆頭經(jīng)受的力的變化而偏離計劃的鉆探軌跡。當出現(xiàn)這種偏離時，定向鉆探系統(tǒng)可用于將鉆頭帶回到計劃軌跡上?，F(xiàn)有的定向鉆探方法包括使用旋轉(zhuǎn)導向系統(tǒng)(“RSS”)。在RSS中，鉆柱從地面轉(zhuǎn)動，且井底裝置使得鉆頭沿期望方向鉆探。轉(zhuǎn)動鉆柱大大地降低了鉆柱在鉆探過程中擱淺或卡住的發(fā)生。用于在地中鉆探偏斜井眼的旋轉(zhuǎn)導向鉆探系統(tǒng)通?？煞譃椤爸赶蚴姐@頭”系統(tǒng)或“推靠式鉆頭”系統(tǒng)。在指向式鉆頭系統(tǒng)中，鉆頭的轉(zhuǎn)動軸線偏離新井孔的走向上的井底組件的局部軸線。井孔根據(jù)由上、下穩(wěn)定器接觸點和鉆頭限定的常規(guī)三點幾何關(guān)系延伸。與鉆頭和下穩(wěn)定器之間的有限距離關(guān)聯(lián)的鉆頭軸線的偏斜角度導致要產(chǎn)生的曲線所需的非共線的條件。具有許多種可實現(xiàn)此點的方式，包括在井底組件中的與下穩(wěn)定器接近的點處的固定彎曲部或分布在上、下穩(wěn)定器之間的鉆頭驅(qū)動軸的撓曲。在其理想化的形式下，鉆頭不需要向側(cè)旁切割，這是因為鉆頭軸線在彎曲井孔的方向上連續(xù)地轉(zhuǎn)動。指向式鉆頭型旋轉(zhuǎn)導向系統(tǒng)的多種示例以及它們?nèi)绾尾僮髅枋鲇诿绹鴮＠暾埞_No. 2002/0011359 ；2001/0052428和美國專利 No. 6，394，193 ；6，364，034 ；6，244，361 ；6，158，529 ；6，092，610 ；以及 5，113，953 中。在推靠式鉆頭旋轉(zhuǎn)導向系統(tǒng)中，通常不具有特別確定的機構(gòu)來使鉆頭軸線偏離局部井底組件軸線；相反，必需的非線性條件通過使上、下穩(wěn)定器中的任一個或兩者沿一個方向施加偏心力或移位實現(xiàn)，所述方向優(yōu)選相對于孔的延伸方向定向。此外，具有許多種可實現(xiàn)此點的方式，包括不轉(zhuǎn)動的(相對于井眼)偏心穩(wěn)定器(基于位移的方法)和沿期望的導向方向向鉆頭施加力的偏心致動器。而且，導向通過在鉆頭與至少兩個其他接觸點之間產(chǎn)生非共線性實現(xiàn)。在其理想化的形式下，鉆頭需要向旁側(cè)切割，以產(chǎn)生彎曲的井孔。 推靠式鉆頭型旋轉(zhuǎn)導向系統(tǒng)的多個示例和它們?nèi)绾尾僮髅枋鲇诿绹鴮＠鸑o. 5，265, 682 ； 5，553，678 ；5，803，185 ；6，089，332 ；5，695，015 ；5，685，379 ；5，706，905 ；5，553，679 ； 5，673，763 ；5，520，255 ；5，603，385 ；5，582，259 ；5，778，992 ；5，971，085 中。閥控井底馬達參看圖2A，提供了一種系統(tǒng)200，該系統(tǒng)包括井底馬達202，所述井底馬達202由滑閥204控制。井底馬達202和滑閥均位于鉆柱206內(nèi)。圖2A中的構(gòu)件像在此所有圖中的構(gòu)件一樣均不必按比例繪制。井底馬達202可以是眾多種現(xiàn)在公知的或者后來開發(fā)的井底馬達(也稱作“泥漿馬達”)中的任何一個。這種裝置包括渦輪馬達、容積式馬達、單螺桿型容積式馬達等。單螺桿型容積式馬達示于圖2A中。泥漿馬達在多個公開物中被描述，例如，作者為G. RobelloSamuel 的 Downhole DrillinR Tools Theory & Practice for EnRineers & Students 288-333 (2007) :Standard Handbook of Petroleum & Natural Gas EnRineerinR 4-276-4-299(William C. Lyons & Gary J. Plisga eds. 2006)；以及作者為 1 Yakov A. Gelfgat等人的Advanced Drilling Solutions :Lessons from the FSU 154-72(2003)。通常，井底馬達包括轉(zhuǎn)子208和定子210。轉(zhuǎn)子208連接到軸212，以傳遞由轉(zhuǎn)子 208的轉(zhuǎn)動所產(chǎn)生的動力。在圖2A描述的特殊的實施例中，軸212將動力傳遞給第二軸 214，所述第二軸214通過軸承218a和218b支撐在井底馬達殼體216的端部處。轉(zhuǎn)子208的轉(zhuǎn)動方向、從而也是軸212和214的轉(zhuǎn)動方向由通過井底馬達202的流動方向和流量確定。井底馬達202包括用于從井底馬達202接收和/排放流體的第一導管220和第二導管222。導管220和222定位在轉(zhuǎn)子208和定子210的相反端。因此，流過轉(zhuǎn)子208和定子210的流體方向?qū)⒏鶕?jù)是從導管220接收流體(從導管222排放流體)還是從導管222接收流體(從導管220排放流體)變化?；y204被構(gòu)造成用于控制流體向井底馬達202流動的方向和量?；y204包括套筒224，所述套筒2M具有輸入端口 226、排放端口 228、第一供給端口 230、第二供給端口 232、第一返回端口 234以及第二返回端口 236。閥芯238位于套筒224內(nèi)。滑芯238可選擇性地在套筒內(nèi)移動，以利用壓蓋240和M2阻止或限制從一個或多個端口 226、228、230、 232、234、236的流動。(壓蓋240和242被示為小于套筒224的內(nèi)徑，目的是說明滑閥204 的功能)。在許多實施例中，壓蓋240和242的外徑接近于套筒224的內(nèi)徑和/或可包含彈性體、例如一個或多個0形圈，以阻止從一個或多個端口 2沈、2觀、230、232、234、236的流動。閥芯238由一個或多個軸承M^、244bJMc、244d支撐，且可由致動器246移動。致動器246可以是現(xiàn)有技術(shù)中所公知的電致動器、機械致動器、機電致動器或氣動致動器。在一些實施例中，致動器是伺服機構(gòu)?；y進一步描述于作者為T.Christopher Dickenson 的 Valves. PipinR & Pipelines Handbook 138-45 (3d ed. 1999)中。輸入端口 2 可連接有過濾器對8，以防止鉆井流體中的顆粒堵塞和/或損壞滑閥 204和/或井底馬達202。排放端口 2 可連接到鉆柱206的外部。請再參看圖2A，當滑閥處于中性位置時，閥芯238被定位成(i)向著第一供給端口的流量基本上等于向著第二供給端口的流量，和/或(ii)向著第一返回端口的流量基本上等于向著第二返回端口的流量。這可以多種方式實現(xiàn)。第一種，壓蓋240可阻止或基本上阻止從輸入端口 2 的流動。第二種，壓蓋242可阻止或基本上阻止向著排放端口 2 的流動。第三，壓蓋240和242可(i)允許相等或大致相等的流量從輸入端口 2 流到第一供給端口 230和第二供給端口 232，以及(ii)允許相等或大致相等的流量從第一返回端口 234和第二返回端口 236流到排放端口 228。在任一方法中，作用于馬達導管220和222 上的壓力相等或大致相等，且馬達不會運動?，F(xiàn)請參看圖2B，滑閥204被致動到“前向”位置。增大的流量從輸入端口 2 被轉(zhuǎn)移到第一供給端口 230，且增大的流量被允許從第一返回端口 234到達排放端口 228。流體從第一供給端口 230沿第一方向流過井底馬達202，從而，在經(jīng)由第一返回端口 234返回到滑閥之前使軸214沿“前向”方向轉(zhuǎn)動。現(xiàn)請參看圖2C，滑閥204被致動到“反向”位置。增大的流量從輸入端口 2 被轉(zhuǎn)移到第二供給端口 232，且增大的流量被允許從第二返回端口 236到達排放端口 228。流體從第二供給端口 232沿第二方向流過井底馬達202，從而，在經(jīng)由第二返回端口 236返回到滑閥之前使軸214沿“反向”方向轉(zhuǎn)動?；y204可被致動用于控制任一方向上的速度。這可通過部分地阻止向著相應的供給端口的流動和從相應的返回端口的流動實現(xiàn)?；y204和井底馬達202可被構(gòu)造成在閥芯的位置與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動速度之間具有線性關(guān)系。這種關(guān)系可例如通過這樣構(gòu)造端口 226、 228、230、232、234、236而形成暴露出的端口區(qū)域(從而流量)的增大隨著閥芯238的移動而線性地增大。閥控井底馬達可用于導向鉆頭，以實施“指向式鉆頭”導向?，F(xiàn)參看圖3，提供了一種系統(tǒng)300，所述系統(tǒng)300包括鉆柱302、滑閥303和井底馬達306。井底馬達軸308連接到由軸承312a、312b、312c、312d支撐的偏置軸310。偏置軸轉(zhuǎn)動樞軸314，所述樞軸可由球節(jié) 316等支撐。鉆頭318連接到樞軸314。當與轉(zhuǎn)動傳感器、鉆鋌速度傳感器和/或其他位置感測裝置關(guān)聯(lián)時，滑閥304可在鉆柱302轉(zhuǎn)動時選擇性地被致動，以保持鉆頭318的位置，從而鉆探出彎曲的井眼。處理器也可被構(gòu)造成計算軸310相對于鉆柱302的相對轉(zhuǎn)速。套管開窗由于多種原因，通常需要或希望鉆探與第一井眼分叉的第二孔眼。該技術(shù)稱作套管開窗或側(cè)鉆。例如，當鉆柱折斷而不可或不能經(jīng)濟地將折斷的鉆柱從第一井眼的底部取出時，這可能是必須的。參看圖4，提供了一種用于側(cè)鉆的系統(tǒng)400。提供了鉆柱402，所述鉆柱在凹槽406 內(nèi)容納臂404，且在一些實施例中，其與鉆柱402的中心軸線大致平行。臂404包括鉆頭 408，所述鉆頭可通過在此所述的閥控井底馬達操作。臂401繞著樞軸410轉(zhuǎn)動。臂404的轉(zhuǎn)動也可通過相同或不同的井底馬達控制。如圖4所示，鉆頭408能夠鉆透巖石地層412 和/或混凝土套管414。通過引用加入所有專利、公開的專利申請以及其他在此公開的參考文獻整體上通過引用包括在本說明書中。等同替換本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認識到或能夠在僅利用常規(guī)實驗的情況下獲得此處描述的本發(fā)明的特定的實施例的許多等同替換。這種等同替換意欲由權(quán)利要求涵蓋。
權(quán)利要求
1.一種閥控井底馬達，包括 井底馬達，所述井底馬達具有具有第一端口和第二端口的密封腔室；被接收在密封腔室內(nèi)的定子；以及被接收在定子內(nèi)的轉(zhuǎn)子；以及滑閥，所述滑閥包括套筒，所述套筒具有輸入端口 ；排放端口 ；第一供給端口；第二供給端口；第一返回端口 ；以及第二返回端口；其中，輸入端口鄰近于第一供給端口和第二供給端口定位；以及其中，排放端口鄰近于第一返回端口和第二返回端口定位；以及被接收在套筒內(nèi)的閥芯，所述閥芯具有 第一壓蓋；以及弟·~‘壓蓋ο
2.如權(quán)利要求1所述的閥控井底馬達，其特征在于，滑閥被配置為動作到使井底馬達的運動基本上停止的鎖定位置。
3.如權(quán)利要求2所述的閥控井底馬達，其特征在于，第一壓蓋基本上抑制從輸入端口的流動，第二壓蓋基本上抑制向著排放端口的流動。
4.如權(quán)利要求2所述的閥控井底馬達，其特征在于，第一壓蓋完全抑制從輸入端口的流動，第二壓蓋完全抑制向著排放端口的流動。
5.如權(quán)利要求2所述的閥控井底馬達，其特征在于，第一壓蓋和第二壓蓋使得流體可大致均等地從輸入端口流動到第一供給端口和第二供給端口、以及可大致均等地從第一返回端口和第二返回端口流動到排放端口。
6.如權(quán)利要求1所述的閥控井底馬達，其特征在于，滑閥被配置為動作到沿著第一方向推動井底馬達的轉(zhuǎn)子的前向位置。
7.如權(quán)利要求6所述的閥控井底馬達，其特征在于，第一壓蓋允許產(chǎn)生從輸入端口到第一供給端口的不受阻礙的流動，第二壓蓋允許產(chǎn)生從第一返回端口到排放端口的不受阻礙的流動。
8.如權(quán)利要求6所述的閥控井底馬達，其特征在于，第一壓蓋允許產(chǎn)生從輸入端口到第一供給端口的部分受阻的流動，第二壓蓋允許產(chǎn)生從第一返回端口到排放端口的部分受阻的流動。
9.如權(quán)利要求1所述的閥控井底馬達，其特征在于，滑閥被配置為動作到沿著第二方向推動井底馬達的轉(zhuǎn)子的反向位置，所述第二方向與第一方向相反。
10.如權(quán)利要求9所述的閥控井底馬達，其特征在于，第一壓蓋允許產(chǎn)生從輸入端口到第二供給端口的不受阻礙的流動，第二壓蓋允許產(chǎn)生從第二返回端口到排放端口的不受阻礙的流動。
11.如權(quán)利要求9所述的閥控井底馬達，其特征在于，第一壓蓋允許產(chǎn)生從輸入端口到第二供給端口的部分受阻的流動，第二壓蓋允許產(chǎn)生從第二返回端口到排放端口的部分受阻的流動。
12.如權(quán)利要求1所述的閥控井底馬達，其特征在于，滑閥以機械方式被致動。
13.如權(quán)利要求1所述的閥控井底馬達，其特征在于，滑閥以電方式被致動。
14.如權(quán)利要求1所述的閥控井底馬達，其特征在于，滑閥以氣動方式被致動。
15.如權(quán)利要求1所述的閥控井底馬達，其特征在于，井底馬達是渦輪馬達。
16.如權(quán)利要求1所述的閥控井底馬達，其特征在于，井底馬達是容積式馬達。
17.如權(quán)利要求16所述的閥控井底馬達，其特征在于，井底馬達是單螺桿型容積式馬達。
18.如權(quán)利要求1所述的閥控井底馬達，其特征在于，滑閥被配置成使閥芯的位置與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速之間具有線性關(guān)系。
19.如權(quán)利要求1所述的閥控井底馬達，其特征在于，閥控井底馬達被接收在鉆鋌內(nèi)。
20.如權(quán)利要求19所述的閥控井底馬達，其特征在于，所述閥控井底馬達還包括 用于測量鉆鋌的轉(zhuǎn)速的鉆鋌速度傳感器。
21.如權(quán)利要求19所述的閥控井底馬達，其特征在于，閥控井底馬達被構(gòu)造成指引與鉆鋌連接的鉆頭。
22.如權(quán)利要求21所述的閥控井底馬達，其特征在于，閥控井底馬達被構(gòu)造成用于側(cè)鉆。
23.如權(quán)利要求1所述的閥控井底馬達，其特征在于，所述閥控井底馬達還包括 連接到轉(zhuǎn)子的軸。
24.如權(quán)利要求23所述的閥控井底馬達，其特征在于，所述軸是偏置軸。
25.如權(quán)利要求M所述的閥控井底馬達，其特征在于，所述閥控井底馬達還包括 用于測量軸的轉(zhuǎn)速的軸速傳感器。
26.如權(quán)利要求20和25所述的閥控井底馬達，其特征在于，所述閥控井底馬達還包括處理器，所述處理器被構(gòu)造成用于計算軸相對于鉆鋌的相對速度。
27.如權(quán)利要求1所述的閥控井底馬達，其特征在于，滑閥是雙穩(wěn)態(tài)致動器。
28.一種井底組件，包括 鉆鋌；以及與鉆鋌連接的可被致動的臂。
29.如權(quán)利要求觀所述的井底組件，其特征在于，當鉆鋌轉(zhuǎn)動時，可被致動的臂位于鉆鋌內(nèi)且與鉆鋌的中心軸線大致平行。
30.如權(quán)利要求觀所述的井底組件，其特征在于，可被致動的臂通過第一閥控井底馬達被致動到傾斜位置。
31.如權(quán)利要求30所述的井底組件，其特征在于，第一閥控井底馬達包括 井底馬達，所述井底馬達具有具有第一端口和第二端口的密封腔室；被接收在密封腔室內(nèi)的定子；以及被接收在定子內(nèi)的轉(zhuǎn)子；以及滑閥，所述滑閥包括套筒，所述套筒具有輸入端口 ；排放端口 ；第一供給端口；第二供給端口；第一返回端口 ；以及第二返回端口；其中，輸入端口鄰近于第一供給端口和第二供給端口定位；以及其中，排放端口鄰近于第一返回端口和第二返回端口定位；以及被接收在套筒內(nèi)的閥芯，所述閥芯具有 第一壓蓋；以及弟·~‘壓蓋ο
32.如權(quán)利要求31所述的井底組件，其特征在于，滑閥通過伺服機構(gòu)被致動。
33.如權(quán)利要求觀所述的井底組件，其特征在于，可被致動的臂還包括 第二閥控井底馬達；連接到第二閥控井底馬達的軸；以及連接到軸的鉆頭。
34.如權(quán)利要求33所述的井底組件，其特征在于，第二閥控井底馬達包括 井底馬達，所述井底馬達具有具有第一端口和第二端口的密封腔室；被接收在密封腔室內(nèi)的定子；以及被接收在定子內(nèi)的轉(zhuǎn)子；以及滑閥，所述滑閥包括套筒，所述套筒具有輸入端口 ；排放端口 ；第一供給端口；第二供給端口；第一返回端口 ；以及第二返回端口；其中，輸入端口鄰近于第一供給端口和第二供給端口定位；以及其中，排放端口鄰近于第一返回端口和第二返回端口定位；以及被接收在套筒內(nèi)的閥芯，所述閥芯具有 第一壓蓋；以及弟·~‘壓蓋ο
35.一種鉆井方法，包括提供鉆柱，所述鉆柱具有閥控井底馬達，所述閥控井底馬達包括井底馬達，所述井底馬達具有具有第一端口和第二端口的密封腔室；被接收在密封腔室內(nèi)的定子；以及被接收在定子內(nèi)的轉(zhuǎn)子；以及滑閥，所述滑閥包括套筒，所述套筒具有輸入端口 ；排放端口 ；第一供給端口；第二供給端口；第一返回端口 ；以及第二返回端口；其中，輸入端口鄰近于第一供給端口和第二供給端口定位；以及其中，排放端口鄰近于第一返回端口和第二返回端口定位；以及被接收在套筒內(nèi)的閥芯，所述閥芯具有 第一壓蓋；以及第二壓蓋；連接到閥控井底馬達的軸；以及連接到軸的鉆頭；將滑閥致動到多種位置，以控制軸和鉆頭的轉(zhuǎn)速和方向。
36. 一種鉆柱，包括閥控井底馬達，所述閥控井底馬達包括具有第一端口和第二端口的密封腔室；被接收在密封腔室內(nèi)的定子；以及被接收在定子內(nèi)的轉(zhuǎn)子；以及滑閥，所述滑閥包括套筒，所述套筒具有輸入端口 ；排放端口 ；第一供給端口；第二供給端口；第一返回端口 ；以及第二返回端口；其中，輸入端口鄰近于第一供給端口和第二供給端口定位；以及其中，排放端口鄰近于第一返回端口和第二返回端口定位；以及被接收在套筒內(nèi)的閥芯，所述閥芯具有 第一壓蓋；以及第二壓蓋；連接到井底馬達的軸；以及連接到軸的鉆頭。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于控制井底馬達的系統(tǒng)和方法。本發(fā)明的一個方面提供了一種閥控井底馬達(202)，包括井底馬達和滑閥(204)。井底馬達包括具有第一端口(220)和第二端口(228)的密封腔室、被接收在密封腔室內(nèi)的定子(210)以及被接收在定子內(nèi)的轉(zhuǎn)子。所述滑閥包括套筒和被接收在套筒內(nèi)的閥芯(238)。所述套筒包括輸入端口(226)、排放端口、第一供給端口(230)、第二供給端口(232)、第一返回端口(234)以及第二返回端口(236)。輸入端口鄰近于第一供給端口和第二供給端口定位。排放端口鄰近于第一返回端口和第二返回端口定位。所述閥芯包括第一壓蓋(240)和第二壓蓋(242)。
文檔編號E21B4/02GK102282333SQ200980152673
公開日2011年12月14日 申請日期2009年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月26日
發(fā)明者G·唐頓 申請人:普拉德研究及開發(fā)股份有限公司