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CN102149895A - 钻弯曲井眼的可导向的导向钻头、钻井系统和方法 - Google Patents

钻弯曲井眼的可导向的导向钻头、钻井系统和方法 Download PDF

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CN102149895A
CN102149895A CN200980135488.6A CN200980135488A CN102149895A CN 102149895 A CN102149895 A CN 102149895A CN 200980135488 A CN200980135488 A CN 200980135488A CN 102149895 A CN102149895 A CN 102149895A
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杰弗里·当顿
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Prad Research and Development Ltd
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Abstract

本发明提供用于受控导向的设备和方法。本发明的一个实施例提供一种钻头体，所述钻头体包括：后端、引导部分和扩眼部分。后端适于可拆卸地固定到钻柱。引导部分位于钻头体的与后端相对的前端上。扩眼部分位于前端与所述后端之间。引导部分包括至少一个导向装置，所述至少一个导向装置用于对钻头体的引导部分进行导向，从而对整个钻头体进行导向。本发明的另一个实施例提供一种井场系统，所述井场系统包括钻柱、连接到钻柱的方钻杆、和如上所述的钻头体。本发明的另一个实施例提供一种在地下地层中钻弯曲井眼的方法。

Description

钻弯曲井眼的可导向的导向钻头、钻井系统和方法
技术领域
本发明涉及用于在井眼内受控导向(又被公知为“定向钻井”)的系统和方法。
背景技术
受控导向或定向钻井技术通常用在油、水、和天然气工业中以到达没有直接位于井口装置下方的资源。定向钻井的优点是公知的，并且具有到达难以垂直接近或不可能接近的储层的能力(例如，在油田位于城市、水体下方，或难以钻进的地层的情况下)，和将多个井口装置聚集在单个平台(例如，对于海上钻井来说)的能力。
随着对油、水、和天然气需求的增加，需要改进并且更加有效的设备和工艺用于从地球采出自然资源。
本发明的一方面提供一种推动钻头式旋转导向方案，其中，需要双中心钻头通过完井系统接近要钻进的区域，从而与传统钻头所允许的接近约束相比可钻更大的井。
发明内容
本发明提供用于定向钻井的设备和方法。本发明的多个方面和实施例将被描述如下。
本发明的一个实施例提供一种钻头体，包括：后端、引导部分和扩眼部分。后端适于可拆卸地固定到钻柱。引导部分位于钻头体的与后端相对的前端上。扩眼部分位于前端与所述后端之间。引导部分包括至少一个导向装置，所述至少一个导向装置用于对钻头体的引导部分进行导向，从而对整个钻头体进行导向。
本实施例可以具有多个特征。例如，导向装置可以是推力块(pad：或者伸缩片)，例如，可移动推力块，例如流体致动推力块。在一些实施例中，导向装置包括连接到可移动推力块的活塞和连接到活塞的致动器。如本领域技术人员所理解的，流体可以是钻井泥浆。在另一个示例中，导向装置包括固定推力块和位于固定推力块内用于排放流体的孔口。
钻头体还可以包括用于调节至少一个导向装置的移动的控制装置。控制装置可以包括操纵、或控制用于控制流体朝向导向装置的流动的阀。阀可以被电致动和/或机械致动。
引导部分可以独立于扩眼部分旋转。钻头体可以包括用于使引导部分旋转的诸如流体驱动马达的马达。引导部分的转速可以比扩眼部分的转速快、慢或等于所述扩眼部分的转速。引导部分可以相对于扩眼部分在相同或相反的方向上旋转。
引导部分的钻孔口径可以小于、大于、或等于扩眼部分的钻孔口径。钻头体还可以包括扶正环，所述扶正环与扩眼部分连接，用于受控引导部分相对于从引导部分延伸通过后端的旋转轴线的移动。
本发明的另一个实施例提供一种在地下地层中钻弯曲井眼的方法。该方法包括以下步骤：将钻头体安装在钻柱上；旋转钻柱和钻头，并向钻头体施加重量以推动钻头体的引导部分抵靠地下地层，从而钻切导向井眼；利用扩眼部分基本上同时钻切和扩大导向井眼；以及选择性地致动导向装置以沿期望的方向推动导向钻头，从而钻弯曲井眼。钻头体包括：后端，所述后端适于可拆卸地固定到钻柱；引导部分，所述引导部分位于钻头体的与后端相对的前端上；和扩眼部分，所述扩眼部分位于前端与后端之间。引导部分包括至少一个导向装置。
附图说明
为了更加全面地理解本发明的本质和期望目的，结合附图进行以下详细说明，其中相同的附图标记在整个附图中表示相应的部件，其中：
图1显示了可以采用本发明的井场系统；
图2A显示了根据本发明的一个实施例的具有可导向的引导部分的钻头体；
图2B显示了根据本发明的一个实施例的具有可导向的引导部分的双中心钻头体；
图2C显示了包括活塞致动可移动推力块的引导部分的横截面；
图2D和2E示出了包括铰接的、活塞致动可移动推力块的引导部分的横截面；
图3显示根据本发明的一个实施例的位于井眼内的钻头体的横截面；以及
图4A和图4B示出了根据本发明的一个实施例的扶正环的顶部横截面图。
具体实施方式
本发明提供用于受控导向的设备和方法。更具体地，本发明提供包括具有至少一个导向装置的引导部分的钻头体，和使用这种钻头体的方法。这种系统不仅允许进行定向钻井，而且增强垂直钻井，这是因为受控导向能力在钻头偏离的情况下允许钻头返回到期望的路径。
钻头体适于在诸如油、气、和水钻井中的钻井操作范围中使用。因此，钻头体被设计成装入在通常用在油、气、和水工业中的井场系统中。图1示出了示例性井场系统。
井场系统
图1示出了可以使用本发明的井场系统。井场可以在陆上或海上。在此示例性系统中，井眼11以公知的方式通过旋转钻井形成在地下地层内。如以下所述，本发明的实施例还可以使用定向钻井。
钻柱12悬挂在井眼11中并具有底部钻具组合100，所述底部钻具组合包括在其下端处的钻头105。地面系统包括定位在井眼11上方的平台和井架组件10，其中组件10包括转盘16、方钻杆17、大钩18、和水龙头19。钻柱12通过转盘16旋转，所述转盘通过未示出的装置激励，并且在钻柱的上端处接合方钻杆17。钻柱12通过方钻杆17和水龙头19从连接到游动滑车(也未示出)的大钩18悬挂下来，水龙头19允许钻柱12相对于大钩18旋转。如所公知的，可以可选地使用顶部驱动系统。
在本实施例的示例中，地面系统还包括储存在位于井场处的槽27中的钻井液或泥浆26。泵29经由水龙头19中的端口将钻井液26输送到钻柱12的内部，从而使钻井液如由方向箭头8所示向下流动通过钻柱12。钻井液经由钻头105中的端口离开钻柱12，然后如由方向箭头9所示向上循环通过钻柱12的外部与井壁之间的环空区域。以这种公知的方式，钻井液润滑钻头105并且当钻井液返回到槽27用于再循环时将岩屑携带到地面。
所图示的实施例的井底钻具组合100包括随钻测井(LWD)模块120、随钻测量(MWD)模块130、旋转导向系统和马达、以及钻头105。
如本领域所公知的，LWD模块120容纳在专用钻铤中，并且可以包括一个或多个已知类型的测井仪。还要理解的是可以采用诸如由附图标记120A表示的多于一个的LWD和/或MWD模块(在整个说明中，对位置120处的模块的说明也可选地表示在位置120A处的模块)。LWD模块包括测量、处理、和存储信息的能力、以及与地面设备进行通信的能力。在本实施例中，LWD模块包括压力测量装置。
如本领域所公知的，MWD模块130也容纳在专用钻铤中，并且可以包括用于测量钻柱和钻头的特性的一个或多个装置。MWD仪还包括给井下系统产生电力的设备(未示出)。这通常可以包括由钻井液的流动供给动力的泥浆涡轮发电机，要理解的是可以采用其它电源和/或电池系统。在本实施例中，MWD模块可以包括一个或多个以下类型的测量装置：钻压测量装置、扭矩测量装置、振动测量装置、冲击测量装置、粘滑测量装置、方向测量装置和倾角测量装置。
特别有利的是将所述系统与受控导向或“定向钻井”相结合。在该实施例中，提供旋转导向子系统150(图1)。定向钻井是有意使井眼与其本身将采取的轨迹偏离。换句话说，定向钻井是对钻柱进行导向，使得所述钻柱沿期望的方向移动。
因为定向钻井能够从单个平台钻多口井，因此定向钻井有利于例如在海上钻井。定向钻井还能够通过储层进行水平钻井。水平钻井能够使更长的井筒穿过储层，这增加了井的开采率。
定向钻井系统同样也可以用于垂直钻井操作中。通常，钻头由于被穿过的地层的不可预测的特性或钻头受到的变化力而离开设计好的钻井轨迹。当这种井斜发生时，定向钻井系统可以用于将钻头返回规定的轨迹上。
一种公知的定向钻井方法包括使用旋转导向系统(“RSS”)。在RSS中，钻柱在地面被旋转，并且井下装置使钻头沿期望的方向钻进。使钻柱旋转在很大程度上减少了在钻井期间钻柱悬空或卡钻的发生。用于将斜井钻进到地球内的旋转导向钻井系统可以大致分类为“面向钻头”系统和“推进钻头”系统。
在面向钻头系统中，钻头的旋转轴线沿新井的大致方向偏离底部钻具组合的局部轴线。根据由上下扶正器接触点和钻头限定的常规三点几何尺寸扩展井。与钻头和下扶正器之间的有限距离相关联的钻头轴线的偏斜角产生要生成的弯曲所需的非共线条件。有许多方法可以实现此，包括在底部钻具组合中靠近下扶正器的点处的固定弯曲、或在上扶正器与下扶正器之间分布的钻头驱动轴的挠曲。在钻头的理想形式中，因为钻头轴线沿弯曲井的方向连续旋转，因此，钻头不需要进行侧向钻切。美国专利申请出版物No.2002/0011359和No.2001/0052428和美国专利No.6,394,193、No.6,364,034、No.6,244,361、No.6,158,529、No.6,092,610和No.5,113,953中说明了面向钻头型旋转导向系统的及其操作的示例，所有这些申请通过引用在此并入。
在推进钻头旋转导向系统中，通常没有具体确定的机构来使钻头轴线偏离底部钻具组合轴线。相反，通过使上下稳定器中的一个或两个在相对于井扩展的方向被优选定向的方向上施加偏心力或位移来实现所需的非共线条件。再次，有许多方法可以实现此，包括非旋转(相对于井)偏心扶正器(基于位移的方法)和沿期望的导向方向将力施加到钻头的偏心致动器。再次，通过在钻头与至少两个其它接触点之间产生非共线性来实现导向。在钻头的理想形式中，钻头需要进行侧向钻切以生成弯曲井。美国专利No.5,265,682、No.5,553,678、No.5,803,185、No.6,089,332、No.5,695,015、No.5,685,379、No.5,706,905、No.5,553,679、No.5,673,763、No.5,520,255、No.5,603,385、No.5,582,259、No.5,778,992和No.5,971,085中说明了推进钻头型旋转导向系统及其操作的示例，所有这些申请通过引用在此并入。
钻头体
图2A示出了用作或装入钻头105内的钻头体200。钻头体200包括后端202、引导部分204、和扩眼部分206。后端202适于直接或间接与钻柱12连接。引导部分204位于钻头体的前缘中，所述前缘与后缘相对并通常为接触将被钻进的地下地层的钻头体200的第一部分。扩眼部分206位于引导部分204与后端206之间，并被设计成清除另外的物质以形成井眼11。纵向轴线208被示出为说明在一些实施例中一些特征如图2A中所示关于纵向轴线208对称，但在扩眼部分具有其半径大于导向钻头的刮刀片的情况下如图2B所示是不对称的。
引导部分204和扩眼部分206分别包括一个或多个切削表面210和209。为简单起见，图2A示出了简化的切削表面，本发明因此不局限于如所示的平滑切削表面。而是在许多实施例中，切削表面将具有包括多个切削表面的轮廓表面。美国专利No.1,587,266、No.1,758,773、No.2,074,951、No.3,367,430、No.4,408,669、No.4,440,244、No.4,635,738、No.4,706,765、No.5,040,621、No.5,052,503、No.5,765,653、No.5,992,548、No.6,298,929、No.6,340,064、No.6,394,200、No.6,926,099、No.7,287,605、和No.7,334,649中示出并说明了各种适合的切削表面，所有这些专利都通过引用在此并入。本领域的技术人员将容易地认识到切削表面209和210的轮廓形状本质上可以是类似的，或者可以为不同的轮廓形状。在一些实施例中，切削表面将包括选定硬度的诸如多晶金刚石(PCD)的材料。
另外，切削表面209和210可以由相同的材料制造而成，或者可选地，切削表面209和210可以由不同的材料制造而成。考虑到上述，在实施本发明时可以使用各种可选的切削表面轮廓形状和材料，使得形状和材料可以被选择为满足本发明的导向和钻井要求。例如，本发明的一个实施例可以采用进取性的(aggressive)导向切削表面210和较少进取性的扩眼切削表面209。另一个实施例可以采用进取性的扩眼切削表面209和较少进取性的导向切削部分210。
通过选择、配对、和构造各种切削表面形状和材料，可以优化钻头体200的诸如耐磨性、钻井速度、钻进速度、和类似特性的特性。例如，认识到扩眼部分的较大半径可以导致扩眼切削表面209相对于导向切削表面210载荷和旋转速度增加，扩眼切削表面209可以被设计成具有与导向切削表面210相比较少进取性的轮廓。较少进取性的切削表面可以包括牙轮或齿，所述牙轮或齿与切削表面210上的类似牙轮或齿相比从切削表面209延伸较小的距离，使得切削表面209的牙轮或齿比切削表面210的牙轮或齿接合相对较少的物质。钻头体200还可以被优化以获得在具体地质条件和地层中的理想性能。
导向装置
引导部分204还包括用于对钻头的引导部分进行导向的一个或多个导向装置212。一些实施例采用如这里所述的推进钻头系统。在这种系统中，通过抵靠井眼11的壁(未示出)施加力以沿井扩展的期望方向推动导向钻头来完成导向。辅助传感器和数据采集元件226可以设置在引导部分204内以测量地层的与引导部分204接触的区域或测量钻井动态数据。
下面论述两个原理性导向装置：相对于钻头的轴线移动的可移动推力块(或推力块)和固定推力块。要注意的是这些推力块可以与钻头一起旋转，所述推力块可以额定地(nominally)保持对地静止、或与钻头一起旋转和额定地保持对地静止的一些组合。目前公知的和随后开发的另外的导向装置在本发明的保护范围，包括但不限于在本发明的导向方面中使用流体压力。
各种装置适于施加足以使引导部分204移动的力。这些装置包括可移动推力块，例如在美国专利No.5,265,682、No.5,520,255、No.5,553,679、No.5,582,259、No.5,603,385、No.5,673,763、No.5,778,992和No.5,971,085以及美国专利出版物No.2007/0251726中说明的可移动推力块。其它适当的装置包括活塞和/或凸轮，例如在美国专利No5,553,678和No6,595,303以及美国专利出版物No.2006/0157283中所述的活塞和/或凸轮。所述专利中的每一个都通过引用在此并入。
图2C示出了位于钻头体200的引导部分204上的活塞致动可移动推力块。可移动推力块228通常大体上合乎引导部分204尺寸地摆放。致动器230将力施加到活塞232，从而推动可移动推力块228以与井壁接触。活塞致动可移动推力块的表示仅出于示例性目的，并且不旨在限定保护范围。本领域的技术人员将容易认识到用于移动推力块的致动力可以采取多种形式，包括上述活塞致动装置以及来自机械、电、机电、和/或气动/液压技术的许多适当的可选装置。
图2D示出了活塞致动铰接可移动推力块的另一个实施例。除了可移动推力块228通过绞链234连接到引导部分204之外，可移动推力块228类似于图2C中所述的系统被致动。由绞链234形成的枢轴不必平行于旋转轴线208，而是可以正交于旋转轴线208，如图2E中所示。如先前所述，活塞致动铰接可移动推力块不旨在限定保护范围，而是可以容易地被如本领域技术人员所理解的适当的可选装置代替。
另外或者可选地，流体压力可以用于直接使引导部分204移动。如图2A中所示，导向装置212的一些实施例包括固定推力块214和用于选择性地释放流体以对引导部分204进行导向的一个或多个孔口216；这里，当泥浆挤出以与到地面的回流汇合时，推力块与岩石之间圈闭的压力产生原动力。如这里所述，通过钻柱12以及钻头体200的内部提供流体(一些实施例中，泥浆)。流体大致处于高压下且基本上不可压缩，但是这不排除使用可以获得所需的圈闭压力的多相流体。当流体离开孔口216时，流体在固定推力块214与井壁11之间产生压力。
在一些实施例中，固定推力块214的尺寸被形成为与引导部分204的切削表面210的直径紧密匹配。越大的固定推力块214将在推力块214与井眼11的壁之间产生越小的间隙，从而当从孔口216选择性地释放流体时产生越大的压力。此外，具有越大表面面积的固定推力块214将产生越高的压力，因此产生越大的导向力。因此，本发明的一些实施例采用连续固定推力块214或不采用固定推力块214，但是引导部分204的所有非切削部分或所述非切削部分中的一些的尺寸被形成为具有与切削表面210相同的直径。
固定推力块214和可移动推力块228被设计成可承受相当大的力和温度。因此，固定推力块214和可移动推力块228的一些实施例由例如钢、钛、黄铜等的金属构造而成。固定推力块214和可移动推力块228的其它实施例包括表面硬化或耐磨涂层，例如，包括陶瓷镶硬合金齿的涂层，从而提供延长的使用寿命。例如在美国专利出版物No.2007/0202350中说明了适当的涂层，所述专利通过引用在此并入。
可以使用各种技术致动导向装置212。在一些实施例中，通过诸如齿轮、螺纹、伺服系统、马达、磁体等的电装置、机械装置、或机电装置致动导向装置212。在其它实施例中，例如通过流动通过钻柱12的作用在旋转阀上的泥浆来液压致动导向装置。例如在专利No.5,553,678中提供了用于致动导向装置的适当装置，该专利通过应用在此并入。
为了沿期望的方向推动钻头体200，相对于导向装置的旋转位置选择性地致动导向装置212。为了进行说明，图3示出了地下地层内的井眼11。钻头体200的横截面被提供以说明导向装置212的位置。在该示例中，操作者试图使钻头体212(顺时针方向旋转)朝向点302移动，该点相对于钻头体200的当前位置完全位于x方向上。虽然当导向装置212位于井眼11的在点304与306之间的相对侧时在导向装置在任一点处被致动的情况下导向装置将产生具有正x分量的力矢量，但是导向装置如果在点308处被致动则将产生沿x方向的最大的力。因此，在一些实施例中，导向装置312的致动近似是周期性的或正弦曲线式的，其中当导向装置通过点306时导向装置212开始展开，在点308处到达最大展开，而在点304处被收回。
在一些实施例中，旋转阀218(此外被称作为星形阀)可以用于选择性地致动导向装置212。美国专利No.4,630,244、No.5,553,678、No.7,188,685和美国专利出版物No.2007/0242565中公开了适当的旋转阀，所有专利通过应用在此并入。
在一些实施例中，引导部分包括多于一个的导向装置212。多个导向装置212可以关于引导部分204对称定位。例如，导向装置212可以定位在距离钻头体200的前缘和/或后缘的固定距离处并均匀间隔开(例如，对于具有三个导向装置212的引导部分204来说，关于中心间隔开120度)。在可选的实施例中，导向装置212没有规律地定位或聚集。
再次参照图2A，钻头体200还可以包括用于选择性地致动导向装置212的控制单元220。控制单元220保持钻头体200相对于地下地层的适当角位置。在一些实施例中，控制单元220安装在轴承上，所述轴承允许控制单元220绕钻柱的轴线208自由旋转。根据一些实施例，控制单元220包括诸如三轴加速计和/或磁强仪传感器，用于检测钻头体200的倾角和方位。控制单元220还可以与设置在钻头体的元件(例如，209、210、212等)内的传感器通信，使得所述传感器可以将地层特性或钻井动态数据提供给控制单元220。地层特性可以包括通过诸如美国专利出版物No.2007/0154341中所述的超声波或核成像装置采集的、关于相邻地质岩系的信息，所述专利的内容由此通过引用在此并入。钻井动态数据可以包括钻头体(例如，209、210、212等)的振动、加速度、速度和温度的测量值。这里所述的传感器可以位于钻头体200的一个或多个区域中，包括但不限于引导部分204和扩眼部分206。
在一些实施例中，控制单元220在地面上被编程以遵循期望的倾角和方向。可以使用MWD系统测量钻头体200的进程，并且通过钻井液中的脉冲序列、通过声学的或无线传输方法、或通过有线连接将钻头体200的进程发送到地面上。如果改变期望的轨迹，可以根据需要发送新的指令。美国专利出版物No.2006/0131030中说明了泥浆通信系统，该专利通过引用在此并入。可由美国德克萨斯州的Sugar Land的斯伦贝谢技术公司的注册商标POWERPULSETM获得适当的系统。
扶正环
根据本发明的一个实施例，扶正环可以简单地为“哑铃扶正器”，所述扶正器靠近扩眼器定向，使得来自扩眼器的力与导向钻头隔离。根据可选的实施例，扶正器环可以自由地旋转。在可选的实施例中，如本领域技术人员所理解的，扶正器环可以移动，使得所述扶正器环可以通过泥浆而径向向外移动(不同于推力块)以衰减侧向钻井运动。最后，本领域技术人员将认识到可以部分地或完全使用对推力块的上述说明，使得在推动导向钻头时可以使用扶正环的偏心位移。
在其它实施例中，钻头体200还包括位于引导部分204与扩眼部分206之间的扶正环222。扶正环222可以与引导部分204或扩眼部分206连接，或者可以在引导部分204与扩眼部分206之间自由地旋转。在一些实施例中，扶正环调节引导部分相对于钻头体200的旋转轴线208和/或扩眼部分206的运动或弯曲。在其它实施例中，扶正环衰减由引导部分的操作产生的振动。
图4A和图4B示出了示例性扶正环222。扶正环包括用于容纳引导部分204的孔402。一些实施例还包括接触引导部分204的倾斜部分404和接触扩眼部分206的平坦部分，用于调节弯曲。在其它实施例中，倾斜部分404呈圆形。在进一步的实施例中，倾斜部分与内表面408之间的边缘406被导圆或切角。
在一些实施例中，扶正环222包括在倾斜部分404与部分410之间的一个或多个孔。所述孔允许多个销穿过扶正环222，从而以旋转的方式连接引导部分204和扩眼部分206。这种连接在期望部分204和206都具有相同的转速的情况下可能是理想的。所述连接允许部分204和206在不需要泥浆马达的情况下旋转。
扶正环222理想地被设计成能承受相当大的力和温度。因此，扶正环222的一些实施例由诸如钢、钛、黄铜等的金属构造而成。扶正环222的其它实施例包括耐磨涂层，例如，含有诸如弹性体的材料的陶瓷或减震体涂层。
本发明的一些实施例被设计成能够快速更换扶正环222。例如，扶正环222可以由通过螺钉、螺栓、闩锁等紧固的两个或多个半圆形件组成。这种设计允许在不需要移除引导部分204的情况下更换扶正环222。
通过调节引导部分204的弯曲(flexation)，扶正环222传递因为导向装置212而施加到引导部分204的侧向力，从而使扩眼部分206偏斜并钻弯曲井眼。本领域的技术人员将另外认识到还可以通过选择性地改变引导部分相对于扩眼器的旋转扭矩或速度和/或反向旋转扭矩或速度来提供或补充导向钻头的导向。另外，可以调节钻压(WOB)以确保引导部分和扩眼器的钻切过程能够合理地匹配。
在进一步的实施例中，引导部分204独立于扩眼部分206旋转。例如，引导部分204可以旋转得较快、旋转得较慢、与扩眼部分206以相同的速度旋转。另外，引导部分204可以与扩眼部分206以相同或相反的方向旋转。引导部分204和扩眼部分206可以被构造成在对具体实施例有利的任意速度(例如，在每分钟一转到每分钟10,000转之间的速度)下旋转。
在一些实施例中，引导部分204和/或扩眼部分206通过泥浆马达(未示出)旋转。泥浆马达是使用钻井液的液压马力驱动钻头体的容积式钻井马达。美国专利No.6,527,512中说明了示例性泥浆马达，所述专利通过引用在此并入。可由美国德克萨斯州休斯顿的Halliburton的SPERRY Drilling Services的注册商标SPERRY FLEX
Figure BPA00001329548800111
SLICKBORE和SPERRY DRILL
Figure BPA00001329548800113
得到泥浆马达。另外或者可选地，引导部分204和/或扩眼部分206可以通过钻柱12或诸如由电池提供动力的马达的另一个动力装置源来旋转。
在进一步的实施例中，钻头体200包括一个或多个稳定推力块224。稳定推力块以类似于导向装置212的方式作用，从而支撑钻头体200和/或钻柱12的后缘并防止不希望的弯曲。
如图2A中所示，钻头体200a可以是双中心钻头。双中心钻头的特征在于偏心扩眼部分206a，其中，扩眼部分的第一切削表面209a比扩眼部分的第二切削表面209b更加远离旋转轴线208延伸。
上述说明和形成所述说明的一部分的附图实际上是示例性的并且说明了本发明的一些优选实施例。然而，应该认识并且了解的是所述说明不被解释为限制本发明，这是因为本领域的技术人员在不背离本发明的实质保护范围、精神或意图的情况下可以对本发明做多种变化、修改和改变。

Claims (35)

1.一种钻头体，包括：
后端，所述后端适于能够拆卸地固定到钻柱；
引导部分，所述引导部分位于所述钻头体的与后端相对的前端上；和
扩眼部分，所述扩眼部分位于所述前端与所述后端之间，
其中，所述引导部分包括至少一个导向装置，所述至少一个导向装置用于对所述钻头体的引导部分进行导向，从而对整个所述钻头体进行导向。
2.根据权利要求1所述的钻头体，其中，所述导向装置包括可移动推力块。
3.根据权利要求2所述的钻头体，其中，所述可移动推力块被流体致动。
4.根据权利要求3所述的钻头体，其中，所述流体是泥浆。
5.根据权利要求2所述的钻头体，其中，所述导向装置还包括：
活塞，所述活塞连接到所述可移动推力块；和
致动器，所述致动器连接到所述活塞。
6.根据权利要求1所述的钻头体，其中，所述导向装置包括：
固定推力块；和
位于所述固定推力块内的孔口，所述孔口用于排放流体。
7.根据权利要求6所述的钻头体，其中，所述流体是泥浆。
8.根据权利要求1所述的钻头体，还包括：
控制装置，所述控制装置用于调节所述至少一个导向装置的操作。
9.根据权利要求1所述的钻头体，其中，所述控制装置包括阀，所述阀用于控制流体朝向所述导向装置的流动。
10.根据权利要求1所述的钻头体，其中，所述阀被电致动。
11.根据权利要求1所述的钻头体，其中，所述引导部分独立于所述扩眼部分旋转。
12.根据权利要求11所述的钻头体，还包括用于使所述引导部分旋转的马达。
13.根据权利要求12所述的钻头体，其中，所述马达被流体驱动。
14.根据权利要求11所述的钻头体，其中，所述引导部分的转速比所述扩眼部分的转速快。
15.根据权利要求11所述的钻头体，其中，所述引导部分的转速比所述扩眼部分的转速慢。
16.根据权利要求11所述的钻头体，其中，所述引导部分相对于所述扩眼部分沿相反的方向旋转。
17.根据权利要求11所述的钻头体，其中，所述引导部分的口径小于所述扩眼部分的口径。
18.根据权利要求1所述的钻头体，还包括扶正环，所述扶正环与所述扩眼部分连接，用于控制所述引导部分相对于从所述引导部分延伸通过所述后端的旋转轴线的移动。
19.根据权利要求1所述的钻头体，其中，所述引导部分包括第一切削表面，所述扩眼部分包括第二切削表面，所述扩眼部分的第二切削表面被构造成与所述引导部分的第一切削表面相比具有较少进取性。
20.根据权利要求1所述的钻头体，还包括：
传感器，所述传感器与所述引导部分或/和所述扩眼部分通信。
21.根据权利要求1所述的导向装置，其中，所述导向装置与所述钻头体一起旋转。
22.根据权利要求1所述的导向装置，其中，所述导向装置名义上相对于所述钻头体对地静止。
21.一种井场系统，包括：
钻柱；
方钻杆，所述方钻杆连接到所述钻柱；和
钻头体，包括：
后端，所述后端适于能够拆卸地固定到钻柱；
引导部分，所述引导部分位于所述钻头体的与所述后端相对的前端上；和
扩眼部分，所述扩眼部分位于所述前端与所述后端之间，
其中，所述引导部分包括至少一个导向装置，所述至少一个导向装置用于对所述钻头体的引导部分进行导向，从而对整个所述钻头体进行导向。
22.一种在地下地层中钻弯曲井眼的方法，包括以下步骤：
将钻头体安装在钻柱上，所述钻头体包括：
后端，所述后端适于能够拆卸地固定到钻柱；
引导部分，所述引导部分位于所述钻头体的与所述后端相对的前端上；和
扩眼部分，所述扩眼部分位于所述前端与所述后端之间，
其中，所述引导部分包括至少一个导向装置；
旋转所述钻柱和所述钻头体的至少一部分，并向所述钻头体施加重量以推动所述钻头体的引导部分抵靠所述地下地层，从而钻切导向井眼；
利用所述扩眼部分基本上同时钻切和扩大所述导向井眼；以及
选择性地致动所述导向装置以沿期望的方向推动所述导向钻头，从而钻弯曲井眼。
23.根据权利要求22所述的方法，其中，所述导向装置包括：
可移动推力块。
24.根据权利要求23所述的可移动的推力块，其中，所述推力块被流体致动。
25.根据权利要求23所述的方法，其中，所述导向装置还包括：
活塞，所述活塞连接到所述可移动推力块；和
致动器，所述致动器连接到所述活塞。
26.根据权利要求22所述的方法，其中，所述导向装置包括：
固定推力块；和
位于所述固定推力块内的孔口，所述孔口用于排放流体。
27.根据权利要求22所述的方法，还包括以下步骤：
使用控制装置调节所述至少一个导向装置的操作。
28.根据权利要求27所述的方法，其中，所述控制装置包括阀，所述阀用于控制流体朝向所述导向装置的流动。
29.根据权利要求22所述的方法，其中，所述引导部分独立于所述扩眼部分旋转。
30.根据权利要求22所述的方法，还包括以下步骤：
提供用于至少使所述引导部分旋转的马达。
31.根据权利要求22所述的方法，还包括以下步骤：
控制所述引导部分相对于所述扩眼部分的旋转速度、扭矩或方向中的至少一个。
32.根据权利要求22所述的方法，还包括以下步骤：
提供扶正环，所述扶正环与所述扩眼部分通信，用于控制所述引导部分相对于从所述引导部分延伸通过所述后端的旋转轴线的移动。
33.根据权利要求22所述的方法，还包括以下步骤：
提供传感器，其中所述传感器与所述引导部分或/和所述扩眼部分通信。
34.根据权利要求22所述的方法，其中，所述导向装置与所述钻头体一起旋转。
35.根据权利要求22所述的方法，其中，所述导向装置名义上相对于所述钻头体对地静止。
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