具有调节组件的井下钻探马达制造技术

本发明专利技术的实施方式包括一种井下马达，该井下马达构造成操作钻头以在地层中钻井。井下马达包括：马达壳体、由马达壳体的内表面支承的定子、以及可操作地联接至定子的转子。转子构造成可操作地联接至钻头。马达壳体包括井上部、弯曲部和井下部，该井下部相对于弯曲部沿井下方向远离井上部延伸。井下马达包括可以导引钻探的方向的调节组件。

【技术实现步骤摘要】

本公开涉及构造成操作钻头以在地层中钻井的井下马达，并且具体地，本公开涉及包括一个或多个弯曲部以及能够有助于钻头在钻探期间的定向控制的调节组件的井下马达、用于通过这种井下马达钻井的相关方法和钻探系统以及组装这种井下马达的方法。
技术介绍
钻探系统被设计成向土壤中钻探以尽可能有效地确定目标烃源。由于到达到烃源并且随后从地球获取烃需要大量的资金投入，因此钻探操作者要在不损害个人操作钻探系统的安全性的情况下在压力之下进行钻探并且尽可能快地到达目标。典型的钻探系统包括钻塔或井架、由钻塔支承的钻柱以及钻头，钻头联接至钻柱的用以在地层中钻井的井下端部。地表马达可以经由方钻杆或顶部驱动件向钻柱施加扭矩，从而使钻柱和钻头旋转。钻柱的旋转导致钻头旋转，从而使得钻头切入地层中。安装在钻柱中的井下马达或“泥浆马达(井下动力马达，mud motor)”用以使钻头独立于钻柱的旋转而旋转。钻探流体或“钻探泥浆”通过井下马达穿过钻柱的内部通道从钻头向井下泵送并且穿过在钻柱与井壁之间限定的环形通道返回至地表。钻探流体的循环将切削物从井移除、使钻头冷却并且为井下马达供以动力。在钻探期间，可以根据井身方案来使用地表马达和井下马达中的一者或两者。在任何情况下，钻探效率的一种测量方式是钻头穿过地层的穿透速率(ROP)(英尺/小时)。ROP越大，到达目标源所需的时间越少。由于与钻井相关联的成本对钻探操作者来说都是绝对的花费，因此到达目标烃源所需的时间方面的任何减少都有可能增大关于从目标源提取烃所需的投入的回报。定向钻探是一种用以到达不在钻塔位置的竖向下方的目标烃源
的技术。通常，井以竖向开始、随后在出油点(kickoff point)处偏离竖向路径以朝向烃源转向。用于导致井中的略微偏离的常规技术包括钻头射流技术以及造斜器的使用。然而，更普遍的定向钻探技术包括可转向马达和可旋转转向系统。可转向马达和可旋转转向系统从根本上是不同的系统。可转向马达使用弯曲的井下马达以在钻柱滑动的同时——即在钻柱没有旋转时——使旋转钻头转向。当钻头旋转时，弯曲的壳体沿弯曲的方向引导钻头。当实现所需的钻探方向时，重新采取钻柱和钻头进行旋转的旋转钻探。与之相比，可旋转转向系统在钻柱和钻头旋转的同时朝向预限定的方向“推动”或“指引”钻头以在井中限定转弯。当期望较高的造斜率(BUR)(每100英尺的度数)时，钻探者将使用可转向马达来代替其他定向钻探技术。更高的BUR能够在更短的距离以及更短的时间段内实现转弯，并且因此与通过该转弯的更高的ROP相关联。更低的造斜率——指示更平缓转弯并且对于可旋转转向系统是常见的——可能导致通过该转弯的ROP更低。但是可转向马达也并不是没有缺点。在旋转钻探模式期间使用具有较大弯曲的可转向马达可能会导致井下马达、钻头和其他井下工具的故障。更大程度的弯曲增大了故障的风险。较小的弯曲角度减少了部件故障的风险，但却也减小了造斜率并且因此会减小ROP。
技术实现思路
本公开的实施方式是一种井下马达，该井下马达构造成操作钻头以在地层中钻井。该井下马达包括马达壳体，该马达壳体具有井上部、一个或多个弯曲部以及井下部，该井下部相对于弯曲部沿井下方向远离井上部延伸。马达壳体构造成在井下马达联接至钻头时使钻头沿相对于马达壳体的井上部偏移的方向定向。井下马达包括马达组件，该马达组件包括定子和转子，其中，定子由马达壳体的内表面支承，转子可操作地联接至定子。转子构造成可操作地联接至钻头以使得在流体穿过马达壳体时引起钻头的旋转。井下马达还包括调节组件，该调节组件由马达壳体支承并且还包括接触表面。调节组件构造成在收回构型与伸出构型之间转换，在收回构型中，调节组件的接触表面与马
达壳体的一部分对准，在伸出构型中，调节组件的接触表面远离马达壳体向外延伸。本公开的另一实施方式是一种用于在于地层中钻井的钻探操作期间控制钻探方向的方法。该方法包括使钻柱旋转以在地层中钻井的步骤，钻柱包括井下马达和钻头，井下马达包括一个或多个弯曲部，所述一个或多个弯曲部使钻头关于所述一个或多个弯曲部相对于钻柱井上部偏移。该方法包括使钻柱在井中的旋转停止。该方法包括在钻柱于井中的旋转已经停止时使钻头经由沿着钻柱设置的井下马达旋转。该方法包括致动由井下马达承载的调节组件，使得接触表面沿第一方向朝向井壁延伸出，从而沿与所述第一方向相反的第二方向引导所述钻头。附图说明在结合附图进行阅读时将更好地理解前述
技术实现思路
以及本申请的说明性实施方式的以下详细描述。出于说明本申请的目的，在附图中示出了本公开的说明性实施方式。然而，应当理解到，本申请不限于示出的精确布置和工具。在附图中：图1是根据本公开的实施方式的钻探系统的示意性侧视图；图2是图1中示出的钻探系统中的具有调节组件的井下马达的立体图；图3是井下马达的沿着图2中的线3-3截取的截面图；图4是井下马达的沿着图2中的线4-4截取的截面图；图5A是图4中示出的井下马达的一部分的详细截面图；图5B是图2中示出的井下马达的一部分的平面图，其中，为了清楚起见，可动构件被移除；图5C是井下马达的沿着图5A中的线5C-5C截取的截面图；图6A和图6B图示了图2中示出的井下马达，其中，调节组件分别处于收回构型和伸出构型；图7是图1中示出的钻探系统中的根据本公开的另一实施方式的具有调节组件的井下马达的立体图；图8是井下马达的沿着图7中的线8-8截取的截面图；图9和图10是图7中示出的井下马达的一部分的立体端视图，其示出了调节组件的转换；图11A和图11B图示了图7中示出的井下马达，其中，调节组件分别处于收回构型和伸出构型；图12是用以在收回构型与伸出构型之间致动井下马达的调节组件的控制系统的示意图；以及图13是用指示调节组件的伸出特征与图1中图示的钻探系统的造斜率之间的关系的示例性数据来说明的图表。具体实施方式参照图1，本公开的实施方式是包括一个或多个弯曲部36和调节组件50的井下马达30，调节组件50在钻探期间能够选择性地接触井壁以有助于钻头的定向控制，例如以在钻探期间帮助实现所需的造斜率(BUR)。就这点而言，文中所使用的井下马达可以被称作可转向井下马达、弯曲马达或者甚至是可转向弯曲马达。如可以在图1中观察到的，井下马达30包括钻探系统1的一部分。钻探系统1包括支承钻柱6的钻塔或井架5。钻柱6包括联接至钻头14的井底(BHA)组件12。钻头14构造成沿着竖向方向V以及从竖向方向V偏移或偏离的偏移方向O来在地层3中钻探井眼或井2。钻探系统1可以包括位于地表4处的地表马达20以及井下马达30，地表马达20经由旋转台或顶部驱动件(未示出)向钻柱6施加扭矩，井下马达30沿着钻柱6设置并且可操作地联接至钻头14。钻探系统1构造成以钻柱6和钻头14进行旋转的旋转转向模式以及以钻柱6没有旋转但钻头旋转的(优选地)滑动模式操作。井下马达30的操作导致钻头14随着或者不随着钻柱6的旋转而旋转。因此，地表马达20和井下马达30两者能够在钻探期间进行操作以
限定井2。在钻探操作期间，泵17使钻探流体9(在图3中示出)穿过钻柱6的内部通道7从钻头14向井下泵送并且穿过在钻柱6与井壁11之间限定的环形通道13返回至地表4。下面将描述井下马达30的操作。继续参照图1，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种井下马达，所述井下马达构造成操作钻头以在地层中钻井，所述井下马达包括：马达壳体，所述马达壳体包括井上部、至少一个弯曲部和井下部，所述井下部相对于所述至少一个弯曲部沿井下方向远离所述井上部延伸，使得所述马达壳体构造成当所述钻头联接至所述井下马达时将所述钻头沿相对于所述马达壳体的所述井上部偏移的方向定向；以及马达组件，所述马达组件包括定子和转子，其中，所述定子由所述马达壳体的内表面支承，所述转子可操作地联接至所述定子，所述转子构造成可操作地联接至所述钻头并且构造成在流体穿过所述马达壳体时使所述钻头旋转；以及调节组件，所述调节组件包括接触表面，所述调节组件构造成在收回构型与伸出构型之间转换，在所述收回构型中，所述调节组件的所述接触表面与所述马达壳体的一部分对准，在所述伸出构型中，所述接触表面远离所述马达壳体向外伸出。

【技术特征摘要】
2015.03.31 US 14/675,3781.一种井下马达，所述井下马达构造成操作钻头以在地层中钻井，所述井下马达包括：马达壳体，所述马达壳体包括井上部、至少一个弯曲部和井下部，所述井下部相对于所述至少一个弯曲部沿井下方向远离所述井上部延伸，使得所述马达壳体构造成当所述钻头联接至所述井下马达时将所述钻头沿相对于所述马达壳体的所述井上部偏移的方向定向；以及马达组件，所述马达组件包括定子和转子，其中，所述定子由所述马达壳体的内表面支承，所述转子可操作地联接至所述定子，所述转子构造成可操作地联接至所述钻头并且构造成在流体穿过所述马达壳体时使所述钻头旋转；以及调节组件，所述调节组件包括接触表面，所述调节组件构造成在收回构型与伸出构型之间转换，在所述收回构型中，所述调节组件的所述接触表面与所述马达壳体的一部分对准，在所述伸出构型中，所述接触表面远离所述马达壳体向外伸出。2.根据权利要求1所述的井下马达，其中，所述调节组件靠近所述至少一个弯曲部。3.根据权利要求1所述的井下马达，其中，所述马达壳体联接至包括所述至少一个弯曲部的弯曲接头。4.根据权利要求1所述的井下马达，其中，当所述调节组件处于所述伸出构型中时，所述接触表面沿第一方向朝向井壁伸出，从而引起反作用力以沿与所述第一方向相反的第二方向对联接至所述井下马达的所述钻头进行导引。5.根据权利要求1所述的井下马达，其中，所述调节组件包括致动器，所述致动器构造成使所述调节组件在所述收回构型与所述伸出构型之间转换。6.根据权利要求5所述的井下马达，其中，所述致动器包括阀和以可移动的方式联接至所述阀的接合构件，其中，所述阀构造成选择性地引起所述接合构件使所述可动构件在所述收回构型与所述伸出构型之间移动。7.根据权利要求6所述的井下马达，其中，所述致动器响应于流体以使所述可动构件在所述收回构型与所述伸出构型之间转换。8.根据权利要求6所述的井下马达，其中，所述可动构件为包括所述接触表面和与所述接触表面相对的接合表面的臂部，其中，所述接合构件构造成抵接所述接合表面以使所述臂部从所述收回构型转换至所述伸出构型。9.根据权利要求6所述的井下马达，其中，所述可动构件构造成进行枢转以在所述收回构型与所述伸出构型之间转换。10.根据权利要求6所述的井下马达，其中，所述可动构件构造成进行平移以在所述收回构型与所述伸出构型之间转换。11.根据权利要求6所述的井下马达，其中，所述可动构件构造成进行旋转以在所述收回构型与所述伸出构型之间转换。12.根据权利要求11所述的井下马达，其中，所述调节组件包括第一部件和至少部分地围绕所述第一部件的第二部件，其中，所述第一部件和所述第二部件中的至少一者能够相对于所述第一部件和所述第二部件中的另一者旋转。13.根据权利要求11所述的井下马达，其中，所述第一部件和所述第二部件各自包括放大部段，其中，当所述调节组件处于所述伸出构型
\t中时，所述放大部段至少部分地彼此对准，并且当所述调节组件处于所述收回构型中时，所述放大部段相对于彼此旋转地偏移。14.根据权利要求13所述的井下马达，其中，所述第二部件的所述放大部段包括所述接触表面。15.根据权利要求11所述的井下马达，其中，所述第一部件和所述第二部件相对于彼此偏心地设置。16.根据权利要求11所述的井...

【专利技术属性】
技术研发人员：比尔·默里，大卫·霍尔德曼，马克·埃尔斯沃思·瓦塞尔，
申请(专利权)人：APS科技公司，
类型：发明
国别省市：美国;US