專利名稱：具有由井下牽引機(jī)驅(qū)動(dòng)的桶式鉆頭的鉆井系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于鉆出地下地層、井孔或類似的井下結(jié)構(gòu)的樣品的 鉆井系統(tǒng)，包括鉆頭和驅(qū)動(dòng)單元，該鉆頭具有帶周向邊緣的至少部分空心 的圓筒形體部，該周向邊緣具有至少一個(gè)切削刃，縱向軸線通過圓筒形體 部的中央，所述驅(qū)動(dòng)單元用于使圓筒形體部和切削刃旋轉(zhuǎn)，以從地層切下 樣塊。
背景技術(shù)：
當(dāng)在地下地層中鉆井孔時(shí)或在繼續(xù)鉆井前為了取出地層的樣品，會使 用鉆井系統(tǒng)。
已知的用于取出樣品的鉆井系統(tǒng)由一長的管道構(gòu)成，該系統(tǒng)從而從地 面延伸至要提取樣品的井下目標(biāo)處。在鉆機(jī)的鉆井操作前通過將一個(gè)管件 安裝至另 一管件上而安裝所述系統(tǒng)。組裝后的管件的延伸范圍使得安裝過 程很復(fù)雜，而且該過程是很費(fèi)時(shí)間的。
但是，長的管道會通過重力作用而產(chǎn)生井下鉆探所需的鉆壓(WOB )。 這種通過重力產(chǎn)生鉆壓的系統(tǒng)在水平地鉆井例如用于取出樣品時(shí)并不是非 常有用，這是因?yàn)楫?dāng)管件水平地延伸時(shí)重力(的作用)會顯著降低。
另一種已知的鉆井系統(tǒng)使用巻繞管，即纏繞在巻筒上的長的、連續(xù)長 度的管件。該管件在被推進(jìn)井眼前被展直，并可被重新纏繞以便將該管件 再次巻繞到運(yùn)輸和存儲巻筒上。盡管比前述系統(tǒng)花費(fèi)的時(shí)間顯著減少，但 是仍需很長時(shí)間將用于巻繞管鉆井的設(shè)備運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場。此外，巻繞管鉆井 仍使用重力產(chǎn)生WOB，從而不能解決水平鉆井的問題。
因此需要一種在水平鉆井時(shí)也能夠取出樣品的鉆井系統(tǒng)。此外，為了防止井下鉆探時(shí)發(fā)生井噴，井孔中的液體與一些化學(xué)品混 合，以形成井下差壓。但是，由于所述差壓，上述系統(tǒng)有時(shí)會被差動(dòng)地卡 住。
因此，還需要一種能夠減少或甚至消除井下系統(tǒng)被差動(dòng)地卡住的風(fēng)險(xiǎn) 的系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的 一個(gè)方面是至少部分地克服上述鉆井系統(tǒng)的缺點(diǎn)，并提供一 種能夠取出地層的樣品而不被卡住的改進(jìn)的鉆井系統(tǒng)。
通過一種用于鉆出井下地層、井孔等的樣品的鉆井系統(tǒng)獲得由下文描
述中顯出的所述方面和優(yōu)點(diǎn)，該鉆井系統(tǒng)包括 -鉆頭，包括
-具有周向邊緣的至少部分空心的圓筒形體部，縱向軸線穿過圃 筒形體部的中央，周向邊緣具有至少一個(gè)切削刃， -用于使圓筒形體部和切削刃旋轉(zhuǎn)以從地層切下樣塊的驅(qū)動(dòng)單元，和 陽用于在井孔或地層中驅(qū)動(dòng)鉆頭前進(jìn)的驅(qū)動(dòng)工具，例如井下牽引機(jī)。 由于具有用于驅(qū)動(dòng)鉆頭前進(jìn)并提供鉆壓的驅(qū)動(dòng)工具，所以鉆井系統(tǒng)可 水平地鉆入地層以鉆出分支井或取出樣品用于進(jìn)一步研究。
通過將井下牽引機(jī)和鉆頭進(jìn)行結(jié)合，與使用巻繞管或連結(jié)管件時(shí)相比， 可明顯較快地執(zhí)行鉆井操作，這是因?yàn)槭褂脦喞@管或連結(jié)管件的設(shè)備需要 花費(fèi)較長的時(shí)間運(yùn)輸至操作現(xiàn)場且在操作現(xiàn)場處花費(fèi)較長時(shí)間進(jìn)行準(zhǔn)備。 與用于巻繞管操作所需的設(shè)備相比，井下牽引機(jī)可簡單且快速地被運(yùn)輸至 操作現(xiàn)場，且即使不消除也會顯著減少在操作現(xiàn)場的準(zhǔn)備時(shí)間。此外，由 于能夠提供足夠的WOB,已證明井下牽引機(jī)可足夠有效地用于鉆井操作。 在一個(gè)實(shí)施例中，可將井下牽引機(jī)連接至纜線并通過纜線提供動(dòng)力。 此外，鉆井系統(tǒng)還可包括位于鉆頭上方的至少一個(gè)用于提供井孔的封 閉的密封裝置，以防止井噴。
通過具有密封裝置，地層中的井孔或洞可分成與井孔或洞的底部相關(guān)的上部，和包括鉆井系統(tǒng)或至少該鉆井系統(tǒng)的大部分的下部。通過這種方 法可防止井噴而無需使用產(chǎn)生差壓的化學(xué)品，從而沒有該系統(tǒng)被差動(dòng)地卡 住的危險(xiǎn)。
在一個(gè)實(shí)施例中，密封裝置可膨脹。
此外，圓筒形體部可具有與切削刃相對的封閉端。
在另一實(shí)施例中，周向邊緣可具有多個(gè)切削刃。
此外，周向壁可具有至少一個(gè)狹槽。
在另一實(shí)施例中，空心體部可具有長達(dá)10米的長度。
此外，鉆井系統(tǒng)還可包括用于利用來自井孔的液體或氣體使密封裝置 膨脹的蓄氣筒或泵。


下面結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明，其中
圖1示出根據(jù)本發(fā)明的鉆井系統(tǒng)，和
圖2示出根據(jù)本發(fā)明的鉆井系統(tǒng)的另一實(shí)施例。
所述附圖僅是示意性的且為了說明的目的而示出。
具體實(shí)施例方式
圖l示出才艮據(jù)本發(fā)明的鉆井系統(tǒng)l，包括桶式鉆頭2、用于使桶式鉆頭 2旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)單元6、和例如井下牽引機(jī)的驅(qū)動(dòng)工具8。驅(qū)動(dòng)工具8使鉆井 系統(tǒng)1沒入井孔或地下地層10中，該驅(qū)動(dòng)工具由地面上的動(dòng)力裝置通過纜 線ll提供動(dòng)力。
鉆頭2被驅(qū)動(dòng)單元6驅(qū)動(dòng)以一定的速率旋轉(zhuǎn)，通過驅(qū)動(dòng)單元6控制鉆 壓(WOB)，使得在鉆井過程中朝向例如地層10的切削刃5的縱向位移 (速度)保持不變。
由于鉆壓(WOB)是由驅(qū)動(dòng)單元6而不是僅由重力產(chǎn)生，所以鉆井系 統(tǒng)1還可水平地鉆井例如以水平地取出樣品7。
鉆頭2具有部分為空心的圃筒形體部3,該圓筒形體部的一端13封閉且另一端具有周向邊緣4。周向邊緣4具有至少一個(gè)切削刃5,該切削刃在 ,皮驅(qū)動(dòng)單元6驅(qū)動(dòng)時(shí)切下地層10的樣塊7或樣品7。通過這種方法，鉆井 系統(tǒng)1既可用于在井下鉆井孔又可用于取出樣品7以進(jìn)行進(jìn)一步研究。
由于鉆頭2具有空心的圓筒形體部3，所以鉆頭2能夠接納被切下的 樣品7并將樣品和系統(tǒng)1的其余部分一起帶上去。在此實(shí)施例中，空心體 部3的內(nèi)側(cè)深度為6米，因此鉆井系統(tǒng)1能夠切下差不多6米的樣品7。 在另一實(shí)施例中，空心體部3可長達(dá)10米。
如圖1所示，鉆井系統(tǒng)1還包括i殳置在纜線11的周圍的用于封閉井孔 的下部的密封裝置9，以防止井噴而無需使用化學(xué)品。
在此實(shí)施例中，密封裝置9是可膨脹的。可膨脹的密封裝置9是可膨 脹的環(huán)的形式，該環(huán)可由處于鉆井系統(tǒng)l的氣室12或蓄氣筒12中的氣體 充脹。在另一實(shí)施例中，利用泵14和過濾器將圍繞鉆井系統(tǒng)1的液體用作 使密封裝置9膨脹，所述過濾器用于在液體被泵送至密封裝置9前過濾液 體。優(yōu)選地，泵14和過濾器定位在鉆井系統(tǒng)1的與纜線11的連接部和井 下牽引機(jī)8之間的部分。
如圖2所示，密封裝置9也可定位于井下牽引機(jī)8的周圍。在此，密 封裝置9無需和定位于纜線周圍時(shí)膨脹得一樣多，且密封裝置9也可以是 不可膨脹的，例如橡膠環(huán)。這樣，密封裝置9的膨脹將更快更容易，這是 因?yàn)槊芊庋b置9的體積無需和定位在纜線11周圍時(shí)一樣大，且可將氣室 12、蓄氣筒12或泵14定位于井下牽引機(jī)8的內(nèi)側(cè)，從而提供密封裝置9 的快速充脹。
驅(qū)動(dòng)單元6是電動(dòng)馬達(dá)，該電動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)鉆頭2。馬達(dá)6具有用于驅(qū) 動(dòng)鉆頭2的軸。該軸可通過齒輪連接部連接于鉆頭2。通過這種方法，一 個(gè)鉆頭2可被另 一鉆頭2替換。
為了在可膨脹裝置9下方提供差壓，鉆井系統(tǒng)1包括泵14,該泵14 可以是任何類型的合適的泵。在此實(shí)施例中，泵14是單級離心泵，但是在 另一實(shí)施例中，泵14可以是多級離心泵、噴射泵或活塞泵。
權(quán)利要求
1.一種用于鉆出地層、井孔或類似的井下結(jié)構(gòu)的樣品的鉆井系統(tǒng)(1)，包括-桶式鉆頭(2)，包括-具有周向邊緣(4)的至少部分空心的圓筒形體部(3)，該周向邊緣(4)具有至少一個(gè)切削刃(5)，-驅(qū)動(dòng)單元(6)，該驅(qū)動(dòng)單元用于使圓筒形體部和切削刃旋轉(zhuǎn)，以從地層切下樣塊(7)，和-用于在井孔或地層(10)中驅(qū)動(dòng)桶式鉆頭前進(jìn)的驅(qū)動(dòng)工具(8)，例如井下牽引機(jī)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆井系統(tǒng)，其特征在于，所述井下牽引機(jī) 連接至纜線并通過纜線提供動(dòng)力。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鉆井系統(tǒng)，其特征在于，還包括位于 鉆頭上方的至少一個(gè)用于提供井孔的封閉的密封裝置(9)，以防止井噴。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的鉆井系統(tǒng)，其特征在于，所述密封裝置是 可膨脹的。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)所述的鉆井系統(tǒng)，其特征在于， 所述圓筒形體部具有與切削刃相對的封閉端(13)。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)所述的鉆井系統(tǒng)，其特征在于， 所述周向邊緣具有多個(gè)切削刃。
7. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)所述的鉆井系統(tǒng)，其特征在于， 周向壁具有至少一個(gè)狹槽。
8. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)所述的鉆井系統(tǒng)，其特征在于， 所述空心體部具有長達(dá)10米的長度。
9. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)所迷的鉆井系統(tǒng)，其特征在于， 還包括用于利用來自井孔的液體或氣體充脹密封裝置的蓄氣筒(12)或泵(14)。
10. —種用于在井孔或地層(10)中驅(qū)動(dòng)桶式鉆頭前進(jìn)的井下牽引機(jī) 的用途，其中該桶式鉆頭(2)包括-具有周向邊緣(4)的至少部分空心的圓筒形體部(3),該周向邊緣(4)具有至少一個(gè)切削刃(5)， 其中，桶式轉(zhuǎn)頭通過驅(qū)動(dòng)單元(6)旋轉(zhuǎn)，以從地層切下樣塊(7)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的用途，其特征在于，所述井下牽引機(jī)連接 至纜線并通過纜線提供動(dòng)力。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的用途，其特征在于，至少一個(gè)密封裝置(9) 設(shè)置在鉆頭上方并圍繞纜線或驅(qū)動(dòng)單元，以封閉井孔并防止井噴。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的用途，其特征在于，所述密封裝置是可膨 脹的。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于鉆出井下地層、井孔等的樣品的鉆井系統(tǒng)(1)，包括鉆頭(2)，該鉆頭具有帶有周向邊緣(4)的至少部分空心的圓筒形體部(3)。該周向邊緣(4)具有至少一個(gè)切削刃(5)。此外，鉆井系統(tǒng)具有用于使圓筒形體部和切削刃旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)單元(6)，以從地層切下樣塊(7)，并具有用于在井孔或地層(10)中驅(qū)動(dòng)鉆頭前進(jìn)的驅(qū)動(dòng)工具(8)，例如井下牽引機(jī)。
文檔編號E21B23/00GK101680281SQ200880013665
公開日2010年3月24日 申請日期2008年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月26日
發(fā)明者J·哈倫德巴克 申請人:韋爾泰克有限公司