具有一继之以笔直段的短距离弯曲段的钻孔的钻取

申请号 CN95101323.8 申请日 1995-01-19 公开(公告)号 CN1114710A 公开(公告)日 1996-01-10
申请人 赛德基克工具公司; 发明人 班嘉明·格莱;
摘要 一种用于钻出后接一直段的短距离弯曲段的钻孔方法,短距离弯曲段使带转向接头的钻具转向孔的一侧以使 钻头 转至另一侧。完成弯曲段后,通过设置偏心接箍沿笔直方位控制钻孔。接箍保持钻具处于比弯曲段上的 角 度小的角度。钻头转动时, 钻杆 柱、钻具和接箍更慢地转动以便不断改变 攻角 。可在固定偏心接箍之前固定同心接箍,以钻出 水 平部分的第一短段。偏心接箍也可有两个扁平的端部,以使接箍和钻具在一个稍弯的孔中转动而不弯曲。
权利要求

1.一种在地面上钻出一个钻孔的方法,该钻孔包括一个短距 离的弯曲段和一个在弯曲段的一端基本上是笔直的区段,所述方 法包括:
设置一个钻杆柱并将钻用冲洗液的供应源连到钻杆柱的尾 端,用以通过其抽吸钻用冲洗液;
设置一个具有一细长的钻具体的钻具,该钻具体带有一个第 一钻具部分和一个第二钻具部分,在钻具中设置一台装于钻具体 的钻具部分之一上的电机以产生驱动,在钻具上设置一在其引 导端处装于第一钻具部分上的钻头,用以根据电机输出的驱动力 相对于钻具体转动;
在钻具上设置转向节装置,该装置限定一个在钻具体上位于 第一和第二钻具部分之间的弯曲段,所述弯曲段限定一条垂直于 钻具体纵轴的弯曲轴线,围绕这条轴线,携带钻头的第一钻具部分 将相对于第二钻具部分弯曲以改变第一部分的纵轴的方位,使其 从与第二部分的纵轴同轴的第一方位折向一第二方位,在此处,随 着转向节装置弯向轴线的一侧,第一部分的纵轴相对于转向节装 置成一度;
设置一个偏心的接箍,用于在邻接处于弯曲段的转向节装置 的位置上紧紧地环绕钻具体;
形成偏心的接箍以提供偏心接箍的一个接触钻具体的内表面 和一个偏心接箍的相对于钻具体的纵轴偏心的外表面,以便在钻 具体的一侧上具有一个偏心接箍的加厚部分并在钻具体的另一侧 上有一个减薄部分,这样加厚部分有一个外表面,该外表面距纵轴 的径向距离大于减薄部分的外表面距纵轴的径向距离;
在去除偏心接箍的情况下,通过使各部分移至第二方位并转 动钻头来钻出弯曲段,而钻杆柱保持暂停绕纵轴转动的状态;
在弯曲段的端部,将偏心接箍安装在钻具体上,使其在钻具体 上处于邻接转向节装置的位置,相对于钻具体固定偏心接箍,使其 在钻孔中彼此相互转动,弯曲轴基本上与连接加厚部分与对置的 减薄部分的线垂直,加厚部分位于相对于所述一侧的轴线的一侧 上;以及
使偏心接箍和钻头与钻孔接合,转动钻具上的钻头并在钻孔 内绕纵轴以小于钻头转速的转速旋转钻具体和偏心接箍,以便沿 钻孔的笔直段引导钻具体的基本上是笔直的向前运动。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,包括形成偏心接 箍,从而使加厚部分和减薄部分位于环绕轴线的第一假想圆柱体 上,并且使偏心接箍包括一个位于一第二假想圆柱体上的内表 面,该第二假想圆柱体位于第一假想圆柱体之内并有一纵向轴 线,该轴线与第一圆柱体的纵轴成一小的角度。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,包括在邻接 转向节装置的钻具体的第一部分上设置一外螺纹部分并在偏心 接箍上设置一相配的内螺纹部分,在移走钻头之后,包括使偏心接 箍沿钻具体滑动及使螺纹部分接合在一起,以将接箍固定在钻具 体上的固定位置上。
4.根据权利要求1,2或3所述的方法,其特征在于,包括在偏 心接箍上设置两个对置的侧部,每个侧部在所述的一侧和所述的 另一侧之间成角度地设置并且每个侧部有一外表面,其距纵轴的 径向距离小于减薄部分的外表面距纵轴的径向距离。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,转向节装置由 一对平行的轴销限定。
6.根据权利要求1,2或3所述的方法,其特征在于,转向节装 置由一平行于弯曲轴的第一铰链装置限定,在钻具体的第一和第 二部分之间设有第二铰链装置,第二铰链装置允许钻具体在转向 节装置处的绕垂直于弯曲轴的轴线的弯曲运动,并且形成的接箍 使得外表面为圆柱体的形状。
7.根据上述任一项权利要求所述的方法,其特征在于,所述的 接箍沿钻孔固定在钻具体上,它在钻具体上位于钻孔的弯曲部分 的预定端部的稍前方,并且钻杆体的转动以绕纵轴的一选定角度 保持停止,与此同时连续转动钻头,使得在弯曲段的端部形成一短 的弯曲段,该短的弯曲段有大于弯曲段的曲率半径。
8.根据权利要求1,2或3所述的方法,其特征在于,包括:
提供一具有同心接箍的外表面的同心接箍,该外表面基本上 同轴地环绕钻具体的纵轴;
在弯曲段的端部并在固定偏心接箍之前操纵同心接箍固定于 其上的钻具以转动钻头,从而钻出一个基本上笔直的第一孔段;
从钻具上移走同心接箍,将偏心接箍固定在钻具体上并操纵 钻具以从基本上笔直的第一孔段钻出一个基本上笔直的第二孔 段。
9.根据上述任一项权利要求所述的方法,其特征在于,包括在 钻具的第二部分和钻杆柱之间设置一个第二转向节装置。

说明书全文

申请涉及一种钻孔的钻取方法,所述钻孔有一短距离的弯曲 段,在弯曲段之后继之以一通常是平的笔直段,更特别地是,本发 明涉及一种在钻笔直段的同时校正钻头方向的方法。钻孔可以是用 于各类目的的型式,包括石油和天然气的勘探,也包括地下公用事业 管线的设置。短距离的弯曲段可以是设在垂直段下端的第一段或者 可以是用于使围绕着各种障碍物的复杂形状的钻孔校正方向的多个 这种弯曲段中的一个。

已经知道,通过提供一种包括一个在前钻头支承部分和尾部电 机部分之间限定一个横向弯曲轴的弯曲段的钻具,可以用一短距离 的弯曲段将一个基本上垂直的钻孔转向一个倾斜的或水平的钻孔。 钻具的弯曲段会使钻孔校正方向,这样钻孔便转至一个与包含弯曲 轴的平面垂直的方向。这种技术的一个特殊的实例公开于本申请人 的美国专利No.5,265,687中。在这个专利中,本申请人也提出在 弯曲段之后沿水平方向延续的孔通过在钻具的下面添加垫片来完 成。

也已经知道,在钻出水平段的过程中,通过提供一种称之为固 定的弯曲辅助件的具有一小度的钻具可使钻具校正方向。然后,把 这种钻具送入水平段,在钻头旋转时,整个钻具在钻孔中旋转。由钻 杆柱驱动的钻具的转速比钻头的转速慢,相对于钻头的200rpm的 转速,该钻具的转速可为大约20rpm。已经发现,与用垫片或类似物 简单地试图引导垂直的辅助件的方式相比,钻杆柱和弯曲的辅助件 的这种低速的转动可以更加准确的保持钻孔的方向。

但是,不可能转动示于本申请人的专利中的那种结构,该结构包 括转向节部分和垫片,因为这会在钻具上施加过高的压并导致快 速的机械坏损。简单地采用一个较薄的垫片并使钻具转动会使钻具 在孔中移动过多,应力过大。

在大量不同的在先专利中已经显示出采用安装于钻具侧面上的 垫片或类似突起在钻头转动的同时协助引导钻具的方法。这些实例 是美国专利4,492,276(Kamp),4,220,213(Hamilton),4,465, 147(Feenstra)和4,442,908(Steenbock)。但是,如上所述,这些垫片 或突起不能使转具在钻井中以低的转速旋转,从而不能利用上述技 术使钻头转向。

美国专利5,090,496(Walker)公开了一种上述类型的固定的 弯曲辅助件,其中在弯道处,钻具的外壳在外壳的一侧加厚以便试图 增加钻头相对于直线的偏移以形成一个短距离的弯曲段。但是,外 壳的加厚部分全部固定在外壳上且不能移走。这妨碍了钻具用于本 申请的在先专利的技术中,在上述专利中,钻具必须要有一弯曲段, 该弯曲段允许钻具从初始的同轴位置弯向一个第二位置,在第二位 置处,位于两段之间的转向接头偏向轴线的一侧。

在Burton的美国专利4,699,224和4,739,843中公开了偏心 接箍的各种不同的设置。这两个专利均公开了一种带有多个弹性或 弯曲段的钻杆柱,将这些弯曲段从钻头一直到设置于钻孔的笔直段 内的钻杆柱的笔直段为止设置成一排。偏心接箍设置在位于钻头支 承部分和钻杆柱的紧邻部分之间的弯曲段上。接箍包括多个径向伸 出的元件或叶片,它们将接箍定在孔壁上,由此来防止接箍转动。 因此,钻杆柱在接箍内转动并驱动钻头。由于接箍准备在钻弯曲段的 过程中使用,因此如果将偏心接箍锁定在钻杆柱上,将妨碍形成曲 线部分,故而不可能将偏心接箍锁定在钻杆柱上。

因此,本发明的一个目的在于提供一种改进的钻孔方法和装置, 它们允许使用上述专利中所示出的钻具和方法钻出一短距离的弯曲 段并且随后通过添加一导向接箍来在弯曲段完成之后钻出一个非常 水平或笔直的区段。

根据本发明的一个方面,本发明提供了一种在地面上钻出一个 钻孔的方法,该钻孔包括一个短距离的弯曲段和在弯曲段一端的基 本上笔直的区段,所述方法包括:提供一个钻杆柱并使钻用冲洗液的 供应源与钻杆柱的尾端相连,用以通过它们吸钻用冲洗液;设置一 个具有一细长的钻具体的钻具,所述钻具体带有一第一钻具部分和 一第二钻具部分,在钻具中设置一台安装在钻具体的钻具部分之一 上的电机以产生驱动力,在钻具上设置一个在其的引导端装于第一 钻具部分上的钻头,用以根据电机输出的驱动力相对于钻具体转动; 在钻具中设置转向节装置,该装置限定一在钻具体上的位于第一和 第二钻具部分之间的弯曲段,所述弯曲段限定一条垂直于钻具体纵 轴的弯曲轴,围绕着该轴,携带钻头的第一钻具部分将相对于第二 钻具部分弯曲,从而将第一部分的纵轴从一与第二部分的纵轴同轴 的第一方位改变至一第二方位,在第二方位上,由于转向节装置弯向 轴线的一侧,第一部分的纵轴相对于转向节装置成一角度;设置一个 偏心接箍,用以在其上的邻接位于弯曲段处的转向节装置的位置止 紧紧地环绕钻具体;形成偏心接箍以形成一个接触钻具体的偏心接 箍的内表面和一个相对于钻具体的纵轴偏心的偏心接箍的外表面, 以便在钻具体的一侧上有一个偏心接箍的加厚部分并在钻具体的另 一侧上有一个减薄部分,这样,加厚部分的外表面距纵轴的径向距离 大于减薄部分的外表面距纵轴的径向距离;在去除偏心接箍的情况 下,通过使各部分移至第二方位并转动钻头,同时使钻杆柱保持暂 停绕纵轴转动的状态,可钻出弯曲段;在弯曲段的端部,在钻具体上 将偏心接箍固定在邻接转向节装置的位置上并相对于钻具体固定 偏心接箍,用以在钻孔中使其一同转动,弯曲轴与一连接加厚部分和 对置的减薄部分的直线基本上垂直,加厚部分位于对置于所述一侧 的轴线的一侧;以及使偏心接箍和钻头接合钻孔,转动钻具上的钻头 并在钻孔内绕纵轴以小于钻头转速的转速转动钻具体和偏心接箍, 以便沿钻孔的笔直段基于上笔直的引导钻具体的向前运动。

根据本发明的第二方面,本发明提供了一种用于在地面上钻出 一个钻孔的钻具,该钻孔包括一个短距离的弯曲段和一个在弯曲段 一端的基本上笔直的区段,所述钻具包括:一个带有一第一钻具部分 和一第二钻具部分的细长的钻具体,一个安装在钻具体的钻具部分 之一上用以产生驱动力的电机,一个其引导端安装在第一钻具部分 上用以根据电机输出的驱动力相对于钻具体转动的钻头;在钻具体 上,在第一和第二钻具部分之间限定一个弯曲段的转向节装置,该 弯曲段限定一个垂直于钻具体纵轴的弯曲轴,围绕着该弯曲轴,装有 钻头的第一钻具部分相对于第二钻具部分弯曲以将第一部分的纵轴 从一个与第二部分的纵轴同轴的第一方位改变至一个第二方位,在 第二方位上,第一部分的纵轴由于转向节装置弯向轴线的一侧而与 转向节装置成一角度;一个偏心接箍,用于安装偏心接箍以便其在其 上的邻接转向节装置的位置处紧紧环绕钻具体的装置,所述安装装 置的设置使得偏心接箍可以在钻具体上移动并可从钻具体上轻易 地取下,偏心接箍有一个用于接触钻具体的内表面和一个相对于钻 具体的纵轴偏心的外表面,以便在钻具体的一侧上有一个偏心接箍 的加厚部分并在钻具体的另一侧上有一减薄部分,这样加厚部分的 外表面距纵轴的径向距离大于减薄部分的外表面距纵轴的径向距 离;所述安装装置包括用于在钻具体在钻孔中转动的过程中将偏心 接箍牢固地保持在钻具体上,以防止其相对转动的固定装置。

下面参照附图描述本发明的一个实施例,附图中:

图1是根据本发明的钻孔系统的示意侧视图,该钻孔系统钻出 钻孔的一个短距离的弯曲段,这种设置与上述本申请人的在先美国 专利5,265,687基本上相同;

图2是钻具的示意侧视图,表示一个固定于其上的第一同心接 箍,用于钻出钻孔的第一水平部分;

图3是钻具的示意侧视图,表示一个固定于其上的第二偏心接 箍,用于钻出钻孔的第二水平部分;

图4是图3所示第二接箍的端视图;

图5是图3所示第二接箍的纵向剖面图;

图6是与图5所示类似的纵向剖面图,表示偏心接箍的一个改 型的实施例;

图7是图6所示接箍的横向剖面图,表示接箍在钻孔中处于允 许接箍和钻杆柱绕孔的纵向轴线转动的方位;

图8是图6所示接箍的横向剖面图,表示接箍在钻孔中处于用 以控制钻头校正方向的方向以校正与所需方向的偏差;以及

图9是钻具的纵向剖面图,表示图3,4和5所示接箍在钻具的 一种改进的设置中的情况。

在附图中,相同的参考标号在不同的视图中表示相对应的部件。

本发明的设置是以本申请人的上述美国专利为基础的,其有关 内容的公开在本文中仅用于参考而引入。特别地是,图1所示的下向 孔钻具取自上述专利的公开内容。另外,出于完整性的考虑,图1也 示意地示出了上述工具的地面结构。

因此,该设备包括一个钻管,该钻管如图所示可包括由位于导 向拱架11之上的卷筒(未示出)提供的盘管10。从拱架11开始,盘 管进入一个由标号12示意地示出的喷注器,该喷注器也具有一般 的特性并采用滑抓紧盘管,所述滑块与盘管摩擦地接合并迫使盘 管纵向地沿上、下两个方向移动,用以将盘管输入并抽出钻井。喷注 器的结构是公知的并且它也用以固定盘管以防止其沿扭绞方向转 动,这样便使盘管直接地沿纵向输入,而不会绕其轴线发生扭绞。 在喷注器的一种已知的结构中,盘管由对置的滑块抓紧,每个滑块具 有一个半圆柱形的前表面,这样滑块在一起形成环绕盘管的圆柱形 的主要部分。然后,多个滑块分两排安装在一对对置的链条上并由 此可沿钻井的纵向移动。导板对滑块加以偏压以使其与盘管接合。

盘管由喷注器通过脱模机13,防喷器(BOP)14和润滑器15到 达井口16,并进入钻井。脱模机,BOP和润滑器都是公知的并具有 一般的性质,因此在图中仅示意地示出并在本文中不再进行详细的 描述。

本申请人的美国专利5,265,687描述了用于钻出短距离的弯 曲段的技术。特别地是,钻孔系统包括钻管10,在该钻管的下端有 一接头17,用于连接钻具18。钻具18包括一个装着钻头20的第一 部分19和一个内装电动机的第二部分21。在这两部分之间设置了 一个转向节或弯折段22。这种钻具钻出短距离的弯曲段的方法在本 申请人的上述专利中有充分的描述,因此在此不再重述。

图2,3,4和5所示的结构表示用于钻出在短距离的弯曲段之后 的水平段的装置和技术。因此,对上述美国专利的介绍用于充分公 开钻具自身的结构,并且该项专利的公开在此仅用于参考。

一般来说,钻具包括安装在一钻头支承段19上的钻头20,该钻 头支承段19含有用于支承钻头的细长轴的轴承。钻头支承段19包 括一中心套筒部分22,它在两端分别与直径较大的接头段23,24相 连。这些区段中的每一个都有固定的圆形截面。中心段22在示意地 由标号25表示的接头处固定到端部段23和24上。通常,这些区段 由螺纹接头紧固在一起,该螺纹接头可通过旋拧把一管段与邻近的 管段彼此分开。

在钻头支承段19的端部23设有一个通常由标号26表示的转 向节部分,该部分如在上述专利中所述的那样与钻具的主驱动部分 27相连。转向节部分26通常包括两个关节销28和29,它们允许钻 头支承段19相对于主驱动段27作绕由标号29A标示的横向轴线 的绕枢轴转动。

如上所述的上述专利的钻具通过在其上附加图2所示的第一 接箍30和紧接的如图3,4及5所示的第二接箍40来改进。

第二接箍40主要包括一个包含一套筒体51的套筒,套筒体51 限定一外套筒表面52和一内套筒表面53。

内套筒表面53包括一第一孔部54和一具有增大的直径的第二 孔部55,它们由一位于套筒的径向平面上的台阶或肩部56相连。孔 部54和孔部55上的直径差异用以适应钻头支承段的部分22和部 分23之间的直径差异。因此,孔部54具有与部分22的外径紧密配 合的直径,这种配合为一滑动配合。孔部55同样具有与部分23的 直径相配,成一滑动配合的直径。肩部56的位置使得上述两个部分 之间的交叉部分位于肩部的附近。

将孔部55和54设置成同轴地环绕轴线57,该轴线57用虚线表 示。

外表面52通常为圆柱形,它从第一端58至第二端59具有基 本上一致的外径。但是,外表面52环绕一偏置于轴线57一侧的轴线 60,从而使外表面相对于轴线57并相对于内表面偏心。因此,最好如 图5所示,接箍包括一个相对于钻具纵轴的另一侧或相隔180°的第 二部分62位于钻具轴线的一侧上的厚壁部分61。

如在图5中设置在如时钟6:00点位置上的加厚部分51设有 四个分别设置在如时钟9:00点,7:00点,5:00点和3:00点位 置上的四个凹槽62,63,64和65(见图4)。这些凹槽设置在偏心接 箍的加厚部分51中,这样它们并不通向内表面55。凹槽沿外表面52 的整个长度设置并彼此相互平行且与轴线60平行,每个凹槽有一个 扁平的底部66和侧壁67,68,侧壁从表面52上的开口较大的嘴部 向扁平的底部汇合。这些凹槽用于使钻用冲洗液从接箍和钻井的内 表面之间通过。在端部58和59,外表面在69,70处倒角,以帮助使 接箍纵向滑动,而不会在端部形成与钻井接合并妨碍滑动的尖锐的 边缘。

除了轴线60偏心地偏离轴线57之外,轴线60也相对于轴线57 有一小的角度A。该角度A最好大约为1.2°。在图5中,由于该视图 是沿轴线60取向的,故而内表面55的一部分在视图的顶部是可见 的。另外,肩部56的厚度从如时钟12:00点位置的顶部向时钟的6 :00点位置的下部减少。

为了将接箍紧固到钻具的钻头支承部分上,部分21在接头25 之一处分开,以使接箍沿部分22的纵向滑至部分22上直至肩部56 开始与部分23处的加宽部分接合时为止。

为了把接箍牢固地固定就位,接箍包括3个螺纹孔71,72和 73,它们设置在位于通道62,63,64和65之间的接箍最厚的部分 上。因此,螺纹孔在图4中处于时钟的4:00点,6:00点和8:00 点的位置上。每个螺纹孔可拧入一个固定螺钉75,它与在部分23的 外表面上的所需位置钻入的凹槽76接合,以使接箍正确地定位。固 定螺钉有一个锥形的上端,用以咬入形状相似的凹槽,因此,如果孔 没有与凹槽正确地对准,固定螺钉就稍微扭转接箍并以导向螺丝的 方式滑动接箍。

为了容放转向节的横向销29,接箍的端面77包括一对半圆形 的凹槽78,它们沿转向节部分的轴线20设置在时钟的3:00点和 9:00点的位置上。

接箍30除了它有一个与其内表面32同轴的外表面31之外与 接箍40的结构相类似。因此它没有偏心的偏置,也没有角度的偏置, 这样接箍的内表面和外表面的轴线直接沿部分13的轴线延伸或与 部分13的轴线重合。接箍30包括固定螺钉,它们在接箍中的位置 与固定螺钉75的相类似。接箍30包括与接箍40的凹槽62至65相 类似的纵向凹槽或通道。

在操作中,在钻井的弯曲段钻至所需的水平方位之后,钻杆柱通 过如上所述的卷筒和钻管的操作而从钻井中收回。此时可将测量设 备插入到位以检查孔的准确度。然后通过所需的进一步地钻孔来进 行任何必要的调整。但是,当达到孔的正确方位时,随着钻杆柱的移 走,接箍30在部分23上固定就位,且钻杆柱和钻具返回在钻井下端 的钻孔位置。

接箍30的外径相对于钻头20主设置成使得接箍30与由标号 80表示的钻井的内表面接合并用来沿钻井的中心轴线81固定钻 具的部分21,以便提供沿水平方向的钻孔。这种钻孔连续进行大约 4米的距离。但是,已知用这种方法简单地引导钻具并不能在方向 控制上提供长期的准确度,但是在四米的距离内不太可能与预定的 水平方向发生显著偏离。

但是,当四米长的区段终止时,将钻杆柱如上所述的移走并使接 箍30从钻具上移下来。然后使接箍30在钻具上固定就位并使钻杆 柱返回至钻头20到达钻孔端部的下向孔的位置。

在这个位置上,钻孔重新开始,但同时以大约200rpm的速度使 钻头旋转,全部的钻杆柱同时绕钻杆柱的纵轴旋转,由此在水平段上 使接箍和钻具通常地绕钻井80的纵轴转动。接箍的偏心的形状将转 向节部分26偏压向钻井的一侧。同时,接箍的角度A使钻具的部分 22保持与钻孔纵轴的同样的角度A。因此,实际上,在转向节部分 26处相对轴线29A而言,在部分22和部分27之间的角度基本上保 持一个固定的小角度。这一点与钻杆柱以及由此使轴线29A绕钻井 纵轴线的转动使钻具自动校正方向。很重要的是,当钻杆柱以及轴线 29A绕钻井孔的纵轴线转动时,钻头的攻角绕钻井孔的纵轴转动。 这个攻角由于角度A与钻井纵轴线的稍有偏离而变化,并且连续旋 转使这个攻角绕钻井孔的纵轴线连续地转动。这个小角度的连续转 动用以克服在被钻孔的材料方面的任何不一致性并用于以更准确的 水平方位保持钻孔的方向。

如果钻具偏离其路径,钻具可以在任何角度位置停止,以通过如 上所述的角度的校正方向的作用来逐渐地校正钻具。一旦获得了正 确的角度,就恢复钻具的转动。

现在参看表示图5所示装置的改型的图6,其中,接箍140相对 于接箍40的变化在于该接箍由设置在转向节的加厚部分142的外 表面上的外螺纹部分141和设置在接箍的内表面上的内螺纹部分 143固定在转向节部分123上。因此,接箍通过移去钻头并以滑动配 合的形式沿第一部分19的外表面纵向滑动接箍至与转向节123抵 靠接合的位置而固定到钻具的第一部分上。螺纹方向的设置使得接 箍在钻具以上述技术转动时可靠地保持其在钻具上的原有位置。因 此,当钻具转动时,接箍可靠地保持在原有位置上,并随钻具一起转 动。接箍自然可以通过由一适当的工具抓取并沿相反的方向转动接 箍以拧松螺纹部分,从而放开接箍,使其在移去钻头20的部分19的 开口端上重新滑动来取下。

另外,还可改动接箍140,使其包括如图7和8所示的横截面。 图7所示的横截面是沿图6中的线7-7截取的。因此,对这个横截 面的改变使得接箍140偏心,这样它有一个偏离钻具部分19的中心 C1的中心C2。为了表示简便起见,钻具部分19仅示出了其外表面, 该外表面为圆柱形且由此而具有圆形的横截面。由于接箍140的横 截面是偏心的,故而它限定了一个与第二凸起151对置的凸起 150。凸起150与部分19的表面之间的厚度T1大于凸起151的厚度 T2。但是,接箍140相对于接箍40的改动在于,它有扁平的侧部 152和153,也就是侧部152和153比凸起151薄,限定了比厚度T2 小的厚度T3。由于侧部152和153是扁平的,因此不再有任何必要 设置接箍40中那样的通道,因为在侧部152和153的外表面周围 有足够的空间可使钻用中洗液通过。

应该注意到,侧部152和153沿直径的方向对置并位于一个包 含弯曲轴29A的平面内。因此凸起150和151设置在一个与弯曲轴 29A垂直的平面内(与图3所示的位置相似)。

扁平的侧部的目的是使接箍可在钻井孔内转动,该钻井孔稍微 弯曲,有比第一次形成的弯曲段的短距离弯曲长的弯曲。重要的是, 转向节允许仅绕唯一的弯曲轴29A和沿垂直于该弯曲轴的方向作 钻具不可能弯曲的弯曲,因此,没有扁平的侧部,钻具就约束在稍微 弯曲的钻孔内,由此而阻碍作绕360°的转动。但是,已经发现有可能 制造带有足够薄或扁平的侧部152和153的接箍,以使钻具在具有 一弯曲部分的孔内旋转,该弯曲部分由凸起150和151限定的偏心 度的程度形成。该钻孔的中心由C3标出。

因此,图6,7和8中所示的单个接箍140可用以替代两个接箍 30和40。

因此,在接箍140的操作中,短距离的弯曲段在移去接箍的情 况下钻出,正如在本申请人的上述专利中所描述的那样。借助于如 此移走的接箍,转向节可以自由地撞上钻孔的侧壁,由此将钻头偏压 至最大的偏离角以形成一短距离的弯曲部分。

如果想要从垂直方向转至水平方向,即转一90°的弯,则短距离 弯曲部分的钻孔在稍小于90°角,即大约为86°的角度处终止。然后, 从孔中收回钻具并如上所述的加上接箍140。此后,使钻具返回钻孔 面并转动钻杆柱至图8所示的位置,在此处,较厚的凸起150移至弯 曲部分内侧上的一个位置处,这样凸起151位于弯曲部分的外侧。 由此,凸起150将接箍和相邻的转向节偏压向弯曲部分的外侧,由 此使钻头形成一个逐渐弯曲的钻孔。在逐渐弯曲的部分上,弯曲部 分的半径可为大约200英尺。200英尺的半径大约每钻3.5英尺弯 曲1°,这样在钻了14英尺之后,钻孔从垂直方向达到完整的90°。因 此,钻孔的最后14英尺在半径为200英尺处形成,钻孔的这14英尺 长度和小的曲率使包括接箍的钻具绕钻具的纵轴线旋转,凸起由于 它们垂直于弯曲轴且弯曲轴适应钻孔的曲率的事实而可以转动。即 使扁平的侧部没有对准弯曲轴,它们也能够转动,因为它们如图7 所示的那样足够的薄,由此可适应钻孔的曲率。

因此,在以增加的曲率半径形成弯曲段的最后一段长度之后,钻 具可以如上所述的以连续的小于钻头转速的较低转速转动,以提供 如上所述的准确的校正方向的技术。

在探测到方向已偏离所需的笔直方向的情况下,可使钻具暂停 并使之转动使凸起150对准所需的弯曲方向,从而返回预定的笔直 方向。然后可在钻具保持静止的同时转动钻头以形成长距离的弯曲 区段。如上所述,此后曲于钻具的所有的四个侧部可在如此形成的 弯曲的钻孔内旋转,故而可重新使钻具转动。

现参看图9,该图表示利用安装于钻具上的套管40的另一种可 选择的结构。所示的钻具位于钻井孔100内并包括装有钻头120的 钻头支承部分119。钻头支承部分119与装有驱动电机的第二部分 118相连。第一部分119通过铰链接头126与第二部分118相连,与 此同时接箍如上所述的紧邻铰链接头126设置。

但是,上述设置相对于先前所述的钻具的变化之处在于铰链接 头包括一个与销28类似的第一轴销128和一个垂直于销128设置 的第二轴销129。因此,铰链接头由两个销限定,但是这两个销相互 垂直设置,这样存在着绕两个垂直的轴线而不是上述的钻具的唯一 轴线29A作绕枢轴转动的可能性。铰链接头的这种绕两个成直角的 轴线旋转的能力消除了设置接箍140的扁平侧部的必要性,取而代 之以允许应用接箍40。更特别地是,轴销129允许绕一条与连接接 箍侧部的直线相垂直的直线作绕枢轴的转动,这样侧部可以具有等 于垂直连接侧部的直线的直径的整个直径。因此,接箍具有圆柱形的 外形,但接箍的中心偏置。

钻具相对于上述钻具的改进还在于在使部分118与钻杆柱10 相连的部分118的上端设有一第二铰链连接器。该铰链连接器由标 号130表示并且也包括两个彼此垂直设置的轴销131和132。这也 使钻具有必要的枢轴运动,用以在钻具绕其轴线转动时适应孔的曲 率。

如上所述,由于在本申请人的申请中可以进行各种不同的改进, 并且在权利要求书的实质和范围内,在不背离这种实质和范围的前 题下可对本发明作出许多显而易见且大不相同的实施例,故而本发 明的意图是包含在附带的说明书中的所有事项应被解释为仅出于说 明的需要且没有限制的意义。

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