專利名稱：自動(dòng)控制的旋轉(zhuǎn)可控鉆井系統(tǒng)及鉆井方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總地來說是涉及鉆井、尤其是鉆進(jìn)用于開采石油產(chǎn)品的油井的方法和裝置。更具體地說，本發(fā)明涉及一種自動(dòng)控制的旋轉(zhuǎn)可控鉆井系統(tǒng)，該系統(tǒng)能直接連接到一根旋轉(zhuǎn)鉆桿上，也可以利用一泥漿馬達(dá)和/或推進(jìn)器和/或柔性管(flexible sub)把該系統(tǒng)連接在一旋轉(zhuǎn)鉆桿內(nèi)，使得能夠把自動(dòng)控制的旋轉(zhuǎn)可控鉆井系統(tǒng)從旋轉(zhuǎn)鉆桿上拆卸下來，例如對于泥漿馬達(dá)驅(qū)動(dòng)鉆進(jìn)，使鉆桿轉(zhuǎn)動(dòng)或不轉(zhuǎn)動(dòng)，并使得能精確控制由一鉆頭所鉆井眼的方向，以及能精確控制轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和作用在鉆頭上的重量。為了控制泥漿馬達(dá)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，在泥漿馬達(dá)的流體線路上設(shè)置一個(gè)可控排放閥，從而能可控地把一部分鉆井液從泥漿馬達(dá)的流體線路排放到或轉(zhuǎn)向到環(huán)形空間，或者使一部分鉆井液分流入泥漿馬達(dá)的轉(zhuǎn)子。泥漿馬達(dá)的排出閥或旁通控制閥能根據(jù)從旋轉(zhuǎn)可控鉆井系統(tǒng)的傳感器信號自動(dòng)運(yùn)作，也能根據(jù)來自地面或來自兩者的信號進(jìn)行運(yùn)作。為了控制鉆頭上的重量，在鉆桿內(nèi)有一個(gè)鉆井液驅(qū)動(dòng)的推進(jìn)器，該推進(jìn)器位于旋轉(zhuǎn)的可控鉆井系統(tǒng)的上部或下部。推進(jìn)器在它的鉆井液線路上具有一個(gè)類似的可控排出閥或旁通閥，該閥可以由旋轉(zhuǎn)的可控鉆井系統(tǒng)折控制線路進(jìn)行選擇性地調(diào)節(jié)，以便控制向下的機(jī)械作用力，即施加于被鉆地層的鉆頭的重量。通過旋轉(zhuǎn)可控的鉆具的控制系統(tǒng)對來自各種傳感器的反饋信號作出反應(yīng)，使泥漿馬達(dá)和推進(jìn)器的排出閥或旁通閥均能在井下被獨(dú)立控制，并且還能通過地面遙測被選擇性也控制。本發(fā)明還涉及這樣一種自動(dòng)控制的旋轉(zhuǎn)可控的鉆井系統(tǒng)，這種系統(tǒng)包括一個(gè)渦輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，用于在鉆頭轉(zhuǎn)動(dòng)期間，通過旋轉(zhuǎn)鉆桿、泥漿馬達(dá)、或通過該兩者來對鉆頭進(jìn)行對地靜止定位(geostationary positioning)，并且當(dāng)與內(nèi)部摩擦相比，鉆頭/地層相互作用的轉(zhuǎn)矩占優(yōu)勢時(shí)，具有選擇性地將電動(dòng)機(jī)作為一個(gè)制動(dòng)器的能力。
油井或氣井通過具有一個(gè)被定向鉆進(jìn)的地下部分，即具有相對于豎直方向以一定角度傾斜該地下部分，并且該傾斜部分具有一個(gè)特定的羅盤方向或方位角。雖然具有偏斜部分的井可以在任何期望的位置鉆進(jìn)，例如從一口主井鉆進(jìn)水平方向的井眼或鉆進(jìn)偏斜分支井，比如說，在海洋環(huán)境中鉆進(jìn)眾多的偏斜井。在這種情況下，從一個(gè)單一的海上工作平臺以一種方式鉆進(jìn)大量的偏斜井，使得從多的井眼底部分布在一個(gè)龐大區(qū)域的生產(chǎn)地層，且使工作平臺通常位于所說生產(chǎn)地層的中央，每口井的井口位于工作平臺裝置上。
不管是在陸地上鉆井還是在海洋環(huán)境中鉆井，在鉆井操作中，現(xiàn)在都需要進(jìn)行延伸鉆進(jìn)，按照本發(fā)明的原理，在鉆井操作期間，通過更好地把重量和轉(zhuǎn)矩傳向鉆頭來實(shí)現(xiàn)這種延伸鉆進(jìn)。按照本發(fā)明還能通過使重量和轉(zhuǎn)矩很好地傳向鉆頭來獲得高性能或高強(qiáng)度的鉆進(jìn)，其中的鉆頭由旋轉(zhuǎn)的可控鉆井系統(tǒng)來控制，對于這個(gè)鉆井系統(tǒng)，下面將作詳細(xì)描述。在所鉆的井的軌線很復(fù)雜的情況下，本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)的可控鉆井系統(tǒng)，能夠在鉆具套管對鉆頭進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的同時(shí)對鉆頭進(jìn)行控制，這就使得鉆井工作人員能容易地通過井眼從一個(gè)地下儲油區(qū)到另一個(gè)儲油區(qū)。旋轉(zhuǎn)的可控鉆具使得能從傾斜點(diǎn)和方位點(diǎn)來控制井眼，從而使兩個(gè)或更多個(gè)有關(guān)的地下區(qū)域通過所鉆井眼可控制地相交貫穿。
鉆進(jìn)一個(gè)定向井眼的常規(guī)方法是，運(yùn)去鉆桿和鉆頭，通過該鉆桿和鉆頭采用傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)鉆井技術(shù)鉆出井眼的最初豎直部分，并把一個(gè)泥漿馬達(dá)放入鉆桿的底端，該泥漿馬達(dá)具有一個(gè)彎曲腔，該彎曲腔用鉆井液來驅(qū)動(dòng)鉆頭。彎曲腔提供一個(gè)彎曲角，從而使得從上方觀看時(shí)，彎曲點(diǎn)下部的與鉆頭的旋轉(zhuǎn)軸相對應(yīng)的軸線相對于一參照物具有一個(gè)“工具面”角。工具面角可簡稱為工具面，它形成方位角或羅盤方向，偏斜井眼部分將在這個(gè)方位角或羅盤方向上隨著泥漿馬達(dá)的運(yùn)作而鉆進(jìn)。通過緩慢旋轉(zhuǎn)鉆桿，并觀察各種定向裝置的輸出，形成工具面以后，放下泥漿馬達(dá)和鉆頭，使鉆桿不旋轉(zhuǎn)，以保持所選定的工具面，然后激勵(lì)鉆井液泵、“泥漿泵”，使流體流過鉆桿和泥漿馬達(dá)，從而把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)施加給泥漿馬達(dá)輸出軸及與其相連的鉆頭。由于存在這個(gè)彎曲角，使得鉆頭沿一曲線鉆進(jìn)，直到形成所期望的井眼傾角。為了沿著所期望的傾角和方位角鉆進(jìn)井眼，于是就轉(zhuǎn)動(dòng)鉆桿，使鉆桿的旋轉(zhuǎn)與泥漿馬達(dá)輸出軸的旋轉(zhuǎn)疊加，這就使得彎曲部分僅僅沿著井眼的軸線運(yùn)行，因此，無論所形成的傾角和方位角為多少，鉆頭都能往前直線鉆進(jìn)。如果需要的話，在井眼達(dá)到最大深度時(shí)，可以采用這種相同的定向鉆井技術(shù)，使井眼彎曲到水平方向上，然后沿水平方向延伸，使井眼進(jìn)入或通過采油區(qū)域。邊鉆進(jìn)邊測量系統(tǒng)通常設(shè)置在泥漿馬達(dá)上面的鉆桿內(nèi)，用于監(jiān)測被鉆井眼的進(jìn)程，從而當(dāng)井眼的各種參數(shù)表明井眼與所設(shè)計(jì)的不一致時(shí)，就可啟動(dòng)修正措施。
當(dāng)井的各部份被鉆進(jìn)時(shí)，鉆桿不轉(zhuǎn)動(dòng)，泥漿馬達(dá)由鉆井液的流動(dòng)來操作，此時(shí)會(huì)產(chǎn)生各種各樣的問題。由泥漿馬達(dá)的運(yùn)作所產(chǎn)生的反作用轉(zhuǎn)矩會(huì)使工具面逐漸改變，從而使井眼不按所期望的方位角前進(jìn)。如果不進(jìn)行修正，這個(gè)井眼可能延伸到與另一個(gè)井眼太靠近的位置，從而使這個(gè)井眼不能達(dá)到所期望的“地下目標(biāo)”，或者由于井眼的蜿蜒前進(jìn)而造成井眼長度過長。這些不良因素會(huì)造成井眼鉆進(jìn)的成本過高，并且會(huì)降低從有關(guān)表面下的地層中采油的排放效率。此外，不轉(zhuǎn)動(dòng)的鉆桿會(huì)使拖動(dòng)時(shí)的磨擦力增大，從而減弱了對“作用到鉆頭上的重量”的控制，并且會(huì)降低鉆頭的鉆進(jìn)速度，這樣就會(huì)使鉆井成本增大。當(dāng)然，不轉(zhuǎn)動(dòng)的鉆桿要比轉(zhuǎn)動(dòng)的鉆桿更可能被卡在井眼內(nèi)，尤其是在鉆桿通過一個(gè)滲透性區(qū)域的地方更容可能被卡住，因?yàn)樵跐B透性區(qū)域，井眼壁上積聚了一些渣塊。
與本發(fā)明的主題相關(guān)的兩篇專利是US5113953和US5265682。在US5113953中公開了一種定向鉆井的裝置和方法，其中的鉆頭通過一個(gè)萬向節(jié)連接在鉆桿的下端，鉆頭軸在可控鉆具套管內(nèi)以一個(gè)與鉆桿轉(zhuǎn)速相等、方向相反的速度旋轉(zhuǎn)。與US5113953中的主題相比，本發(fā)明先進(jìn)得多，因?yàn)殂@頭軸或心軸相對于本發(fā)明的鉆進(jìn)套管(drill collar)的角度是可變的，而不是固定的。此外，相對于現(xiàn)有技術(shù)而言，本發(fā)明在旋轉(zhuǎn)的可控鉆具內(nèi)設(shè)置了一個(gè)制動(dòng)系統(tǒng)(電器的、機(jī)械的或液壓的)，這又是本發(fā)明的一個(gè)先進(jìn)之處。此外，在本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)可控鉆井系統(tǒng)中設(shè)有各種位置測量系統(tǒng)，并能進(jìn)行位置信號敏感控制，這使導(dǎo)本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相互區(qū)別開。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)的原理不同的地方還在于，在本發(fā)明中，鉆井系統(tǒng)的裝置中，可控的泥漿馬達(dá)和推進(jìn)器裝置以及一柔性桿可以被設(shè)置在任何適合的裝置中，從而能選擇性地通過旋轉(zhuǎn)鉆桿、泥漿馬達(dá)或通過該兩者來實(shí)現(xiàn)定向鉆進(jìn)，以便能精確控制鉆頭上的重量，在鉆進(jìn)期間確保鉆頭方向的精確性。
在US5265682中公開了一種系統(tǒng)，用于通過一個(gè)推進(jìn)器把一個(gè)下井儀表包(downhole instrumentation package)保持在一個(gè)運(yùn)行穩(wěn)定的方向上。運(yùn)行穩(wěn)定儀表被用于調(diào)節(jié)作用于一組徑向活塞上的流體壓力，這組活塞被依次啟動(dòng)，從而使鉆頭保持在一個(gè)期望的方向上。US5265682中的鉆頭控制系統(tǒng)與本發(fā)明的構(gòu)思最顯著不同的地方在于使用了不同的裝置來使鉆頭偏移，使鉆頭處于所期望的方向。即，在US5265682中描述了一種機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)采用活塞來迫使鉆頭在井眼內(nèi)保持在一個(gè)所期望的側(cè)向位置上。相比之下，在本發(fā)明中，盡管鉆進(jìn)套管是旋轉(zhuǎn)的，但在本發(fā)明中通過利用一個(gè)推進(jìn)器來驅(qū)動(dòng)一個(gè)交流發(fā)電機(jī)來使本發(fā)明的可控鉆井系統(tǒng)將鉆頭指向一個(gè)所期望的井眼方向，當(dāng)鉆頭軸由鉆具套管以旋轉(zhuǎn)的方式驅(qū)動(dòng)時(shí)，其中交流發(fā)電機(jī)的輸出就驅(qū)動(dòng)一個(gè)電動(dòng)機(jī)，使鉆頭軸的軸線繞一萬向節(jié)，以相同的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)與內(nèi)部磨擦相比時(shí)，鉆頭/地層的相互作用的轉(zhuǎn)矩占主導(dǎo)時(shí)本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)可控鉆進(jìn)系統(tǒng)還利用一制動(dòng)系統(tǒng)(電動(dòng)的、機(jī)械的或液壓的)來控制鉆頭的旋轉(zhuǎn)。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，工具上的傳感器和電子元件可以與鉆具一起轉(zhuǎn)動(dòng)，或與該旋轉(zhuǎn)可控的鉆井系統(tǒng)的鉆頭軸一起保持對地靜止。
本發(fā)明的一個(gè)主要特征是提供了一種新穎的鉆井系統(tǒng)，該鉆井系統(tǒng)由一個(gè)旋轉(zhuǎn)鉆桿驅(qū)動(dòng)，通過精確控制由鉆桿和鉆具所轉(zhuǎn)動(dòng)的鉆頭，從而允許選擇性也進(jìn)行彎曲井眼部分的鉆進(jìn)。
本發(fā)明的另一個(gè)特征是提供一種新穎的自動(dòng)控制的旋轉(zhuǎn)可控的鉆井系統(tǒng)，該鉆井系統(tǒng)具有一個(gè)鉆頭軸，在鉆進(jìn)期間，由套管對鉆頭軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)，且該鉆頭軸被安裝在其長度的中央，使其在套管內(nèi)能多向轉(zhuǎn)動(dòng)，以便使鉆頭桿和鉆頭相對于鉆具套管進(jìn)行對地靜止定位，從而使鉆頭連續(xù)地指向所期望的角度，實(shí)現(xiàn)彎曲井眼的鉆進(jìn)。
本發(fā)明的另一個(gè)特征是提供了一種新穎的自動(dòng)控制的旋轉(zhuǎn)可控的鉆井系統(tǒng)，它具有一個(gè)偏移心軸(offsetting mandrel)，該偏移心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)方向與鉆具套管的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反，轉(zhuǎn)動(dòng)頻率相同，從而把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)施加給多向旋轉(zhuǎn)座周圍的轉(zhuǎn)動(dòng)鉆頭軸，從而使鉆頭軸保持對地靜止(geostationary)。
本發(fā)明的另一個(gè)特征是提供一種新穎的自動(dòng)控制的旋轉(zhuǎn)可控的鉆井系統(tǒng)，在工具內(nèi)，設(shè)有一個(gè)鉆井液驅(qū)動(dòng)的渦輪機(jī)，該渦輪機(jī)與一個(gè)交流發(fā)電機(jī)呈驅(qū)動(dòng)關(guān)系地相互連接，以便產(chǎn)生足夠的電能來驅(qū)動(dòng)一個(gè)馬達(dá)，該馬達(dá)抵消了套管或鉆具腔與偏移心軸之間的阻抗力矩，偏移心軸在鉆具套管內(nèi)反向旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)對可移動(dòng)鉆頭桿的對地靜止定位，以便對鉆頭進(jìn)行控制。
本發(fā)明的另一個(gè)特征是提供一種新穎的自動(dòng)控制的旋轉(zhuǎn)可控的鉆井系統(tǒng)，它具有板上電源和控制系統(tǒng)電路，控制系統(tǒng)電路安裝在工具的整個(gè)長度上，并且可與鉆桿驅(qū)動(dòng)的鉆具套管一起轉(zhuǎn)動(dòng)。
本發(fā)明的另一個(gè)特征是提供一種新穎的自動(dòng)控制的旋轉(zhuǎn)可控的鉆井系統(tǒng)，它具有一些傳感器和電子元件，這些傳感器和電子元件能與鉆井套管一起轉(zhuǎn)動(dòng)，或是對地靜止，與偏移心軸保持一致。
本發(fā)明的另一個(gè)特征是提供一種新穎的自動(dòng)控制的旋轉(zhuǎn)可控的鉆井系統(tǒng)，在這個(gè)系統(tǒng)內(nèi)具有一電動(dòng)控制、液壓控制、或機(jī)械控制的制動(dòng)系統(tǒng)，用于使偏移心軸和鉆頭軸的軸線在鉆進(jìn)期間保持對地靜止。
本發(fā)明的另一個(gè)特征是提供自動(dòng)控制的旋轉(zhuǎn)可控的鉆井系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例，在這個(gè)實(shí)施例中，具有一個(gè)制動(dòng)器，該制動(dòng)器對流體驅(qū)動(dòng)的渦輪機(jī)進(jìn)行控制，并且根據(jù)工具面的實(shí)時(shí)測量來控制這個(gè)制動(dòng)器。
本發(fā)明的實(shí)施例的另一個(gè)特征是提供一種新穎的自動(dòng)控制的旋轉(zhuǎn)可控的鉆井系統(tǒng)，它具有一個(gè)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，該傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與制動(dòng)器及鉆井液驅(qū)動(dòng)的渦輪機(jī)相互連接，并通過該制動(dòng)器提供適當(dāng)?shù)哪芰亢纳?，同時(shí)允許鉆井液驅(qū)動(dòng)的渦輪機(jī)以一個(gè)有效的旋轉(zhuǎn)速度進(jìn)行運(yùn)作，以便形成優(yōu)化的功率。
簡言之，本發(fā)明的各個(gè)發(fā)明目的和特征通過提供一種自動(dòng)控制的旋轉(zhuǎn)可控的鉆具來實(shí)現(xiàn)的，這種鉆具具有一個(gè)套管或腔室，該腔室與旋轉(zhuǎn)的鉆桿直接相連，鉆桿是由鉆機(jī)的旋轉(zhuǎn)臺來驅(qū)動(dòng)的。雖然在這里所作的描述是特別針對一種電動(dòng)激勵(lì)的自動(dòng)控制的旋轉(zhuǎn)可控鉆具，但是，這并不是把本發(fā)明局限于此。本發(fā)明同樣適用于液壓控制的旋轉(zhuǎn)可控鉆具，也適用于同時(shí)具有電動(dòng)和液壓控制特征的旋轉(zhuǎn)鉆具。鉆頭軸上連接有一個(gè)鉆頭，該鉆頭軸通過一個(gè)萬向座安裝在套管內(nèi)，并且可由鉆具套管直接轉(zhuǎn)動(dòng)，以便進(jìn)行鉆進(jìn)。鉆頭軸的下部從套管的下端突出，并支撐著鉆頭。根據(jù)本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思，鉆頭軸的軸線相對于鉆具套管繞其旋轉(zhuǎn)座以相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使鉆頭軸線保持在一個(gè)給定的方向上，這個(gè)給定的方向相對于工具的軸線傾斜一個(gè)可變的角度，從而允許鉆頭能沿所選定的角度的曲線鉆進(jìn)井眼。直線井眼可以通過這樣來鉆進(jìn)，即通過把鉆頭軸的軸線與工具軸線之間的角度調(diào)為零來實(shí)現(xiàn)，或者是通過使鉆頭軸軸線圍繞工具軸線以一個(gè)不同的頻率轉(zhuǎn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。鉆頭軸的軸線與鉆具的套管的軸線之間的角度可以通過偏移心軸來獲得，其中的偏移心軸相對于套管作反向旋轉(zhuǎn)，并且它使鉆頭軸的軸線保持對地靜止。本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)可控鉆具具有一個(gè)在井下運(yùn)作的機(jī)構(gòu)，以便可控制按需要對角度進(jìn)行改變，以便可控制地操作被工具旋轉(zhuǎn)的鉆頭。轉(zhuǎn)矩直接通過萬向節(jié)從鉆具套管傳送到鉆頭軸。隨著鉆桿對套管進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，由于磨擦而在套管與偏移心軸及它的支撐件之間所產(chǎn)生的的阻抗轉(zhuǎn)矩就傾向于使偏移心軸與套管一起轉(zhuǎn)動(dòng)，從而將會(huì)鉆出一個(gè)超過標(biāo)準(zhǔn)度量的孔。為了防止這種情況的發(fā)生，尤其是為了使鉆頭軸保持對地靜止，而不管套管的轉(zhuǎn)動(dòng)，采用一個(gè)由泥漿驅(qū)動(dòng)的渦輪機(jī)和交流發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，它能產(chǎn)生足夠的動(dòng)力，以抵消阻抗轉(zhuǎn)矩。利用一個(gè)電動(dòng)的、液壓的或機(jī)械的制動(dòng)器來抵消地層與鉆頭之間的相互作用所產(chǎn)生的影響，這種相互影響會(huì)導(dǎo)致一個(gè)與旋轉(zhuǎn)可控鉆井系統(tǒng)的內(nèi)部阻抗轉(zhuǎn)矩相反的轉(zhuǎn)矩。此外，電動(dòng)機(jī)和制動(dòng)器是伺服控制的，從而確保在存在外部干擾的情況下能把工具面保持住。由于應(yīng)一直保持對地靜止，因此，偏移心軸應(yīng)總能相對于套管進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，且與套管的轉(zhuǎn)動(dòng)速度相等、方向相反。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)鉆井液驅(qū)動(dòng)的渦輪機(jī)以驅(qū)動(dòng)的關(guān)系與電磁制動(dòng)器相連。為了允許渦輪機(jī)以更高的速度旋轉(zhuǎn)且更適合于軸向渦輪機(jī)的操作，就在渦輪機(jī)與偏移心軸之間采用了一個(gè)具有一個(gè)齒輪系的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，以使偏移心軸以更低的速度轉(zhuǎn)動(dòng)，且功率提高，以便實(shí)現(xiàn)鉆頭軸的對地靜止定位。
為了提高自動(dòng)控制的旋轉(zhuǎn)可控鉆具的靈活性，該鉆具能夠選擇性地與許多電子傳感系統(tǒng)、測量系統(tǒng)、反饋系統(tǒng)和定位系統(tǒng)相結(jié)合。鉆具的三維定位系統(tǒng)能利用磁傳感器監(jiān)測地磁場，并能利用加速度計(jì)和陀螺儀傳感器來及時(shí)地精確地在任何地點(diǎn)確定鉆具的位置。為了控制，旋轉(zhuǎn)的可控鉆具一般都設(shè)有三個(gè)加速度計(jì)和三個(gè)磁強(qiáng)計(jì)。通常在鉆具內(nèi)只設(shè)置一個(gè)陀螺儀傳感器，以便提供轉(zhuǎn)速反饋，并有助于套管的穩(wěn)定，但是也可以采用許多陀螺儀傳感器，這并沒有脫離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍。板上鉆具的信號處理系統(tǒng)在鉆井期間，當(dāng)鉆具正在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，且鉆具使鉆頭軸和鉆頭進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)定位測量。鉆具的傳感器和電子處理系統(tǒng)還能隨著鉆進(jìn)的推進(jìn)進(jìn)行連續(xù)的測量方位角和實(shí)際傾角，從而能實(shí)時(shí)地采取立即糾正措施，而無需中斷鉆井過程。鉆具根據(jù)控制循環(huán)利用磁傳感器、加速度計(jì)及陀螺儀傳感器插入(incrporate)一個(gè)位置，從而能提供位置信號，以便對電動(dòng)機(jī)和工具的制動(dòng)器進(jìn)行控制。關(guān)于制動(dòng)，應(yīng)當(dāng)記住，用于驅(qū)動(dòng)偏移心軸的電動(dòng)機(jī)也可以用鉆具的內(nèi)部控制系統(tǒng)來控制，以便在需要抵消地層與鉆頭之間的相互作用的影響時(shí)提供一種制動(dòng)功能，地層與鉆頭之間的相互作用會(huì)產(chǎn)生一個(gè)轉(zhuǎn)矩，該轉(zhuǎn)矩與鉆具的內(nèi)部阻抗轉(zhuǎn)矩相反?？紤]到運(yùn)作的靈活性，鉆具可以設(shè)置一個(gè)用于反饋的邊鉆進(jìn)邊測量系統(tǒng)、變?nèi)蓦妱?dòng)機(jī)/渦輪機(jī)、γ射線監(jiān)測器、電阻率測井、密度和孔隙度測井、聲波測井、井眼成像、前視和環(huán)視設(shè)備、鉆頭傾斜測量、鉆頭轉(zhuǎn)速測量、電動(dòng)機(jī)下的震動(dòng)傳感器、鉆頭上的重量、鉆頭上的轉(zhuǎn)矩、鉆頭的側(cè)向力、一個(gè)帶有由鉆具控制可使鉆井效率最大化的推進(jìn)器的軟重系統(tǒng)、由鉆具控制的可變的標(biāo)準(zhǔn)度量穩(wěn)定器、或一個(gè)由鉆具進(jìn)行控制以便控制鉆進(jìn)速度和轉(zhuǎn)距的泥漿馬達(dá)放泄閥。鉆具還可以設(shè)置其它的一些對鉆井和完井有用的測量設(shè)備。
鉆具的設(shè)計(jì)增加了井眼的軟轉(zhuǎn)矩(soft-torque)，從而在本質(zhì)上減少了鉆頭的磨損，使鉆井效率達(dá)到最大。在操作控制系統(tǒng)中采用了軟件，鉆具的板上電子元件可以減小卡住滑落。此外，鉆具提供了這樣一種可能性，即可以從地面對鉆具進(jìn)行編程，以便確定或改變鉆具的方位角和傾角，及鉆頭軸相對套管的彎曲角。鉆具的板上電子元件的電子內(nèi)存能夠保留、利用并傳送一個(gè)完整的井眼輪廓，并實(shí)現(xiàn)對地操縱(geosteering)井眼，從而在開始鉆井到延伸鉆進(jìn)它都能被利用。此外，鉆具可以利用一柔性桿，以便把旋轉(zhuǎn)可控鉆具從其余的井底裝置及鉆桿上拆卸下來。
除了本發(fā)明的其它監(jiān)測和測量特征之外，自動(dòng)控制的旋轉(zhuǎn)可控鉆具還可以設(shè)置一電感遙測線圈或多個(gè)線圈，以便把在鉆井期間所獲得的測井和鉆進(jìn)數(shù)據(jù)信息雙向地通過柔性管、電動(dòng)機(jī)、推進(jìn)器及其它測量管發(fā)送給邊鉆邊測系統(tǒng)。為了進(jìn)行電感遙測(induction telemetry)，旋轉(zhuǎn)可控鉆具一般都在鉆具套管內(nèi)部設(shè)有一個(gè)電感器。鉆具還沿軸向以一個(gè)預(yù)定間隔設(shè)有發(fā)送器和接收器，從而使信號通過井眼附近的地層穿過一個(gè)預(yù)定的距離，并測量它的阻力。這種系統(tǒng)在美國專利US5594343中有所描述，在此通過引用而結(jié)合到本發(fā)明中。
工具的阻力系統(tǒng)的電子元件與各種測量控制系統(tǒng)，都能與鉆具的旋轉(zhuǎn)元件一起轉(zhuǎn)動(dòng)，從而也能抵抗鉆桿旋轉(zhuǎn)的影響。在一個(gè)可選方案中，旋轉(zhuǎn)可控鉆具的電子系統(tǒng)的一些元件可以是對地靜止的。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，一個(gè)鉆井液驅(qū)動(dòng)的渦輪機(jī)與一個(gè)交流發(fā)動(dòng)機(jī)以驅(qū)動(dòng)關(guān)系相互連接，從而從流動(dòng)的鉆井液獲得電能。為了對渦輪機(jī)與交流發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)作進(jìn)行優(yōu)化，可以在渦輪機(jī)與交流發(fā)動(dòng)機(jī)之間插入一個(gè)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。一個(gè)電動(dòng)機(jī)的電輸入端與交流發(fā)動(dòng)機(jī)的電輸出端相連，電子控制系統(tǒng)與電動(dòng)機(jī)相連，以便對其操作進(jìn)行控制，電動(dòng)機(jī)不與渦輪機(jī)或交流發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械相連。此外，一制動(dòng)器與渦輪機(jī)或交流發(fā)動(dòng)機(jī)不機(jī)械相連，當(dāng)?shù)貙幽ゲ琳贾鲗?dǎo)時(shí)，可以選用這個(gè)制動(dòng)器來使鉆頭桿的軸線保持對地靜止。電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)輸出被用于驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)可控鉆具的對地靜止套管，從而使得渦輪機(jī)與交流發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)作不會(huì)直接干擾電動(dòng)機(jī)和鉆頭桿的方向控制。為了提高機(jī)械效率，根據(jù)本實(shí)施例，鉆頭桿定位系統(tǒng)采用一個(gè)通用的鉆頭桿支撐件，該支撐件利用球和環(huán)，形成一種鉤狀接頭，它既能在軸向上有效地支撐鉆頭桿，并能提供有效地轉(zhuǎn)矩，同時(shí)，還能減小萬向節(jié)上的磨擦。通過確保在其部件周圍存在潤滑油、并把鉆井液從萬向節(jié)排出，同時(shí)在鉆進(jìn)時(shí)允許鉆頭桿相對于鉆具套管作循環(huán)操作控制移動(dòng)，來進(jìn)一步減小萬向節(jié)的磨擦。一種可選的方案是，不采用球及環(huán)型的萬向節(jié)，而是采用花鍵型(spline type)接頭或采用具有花鍵和環(huán)的萬向接頭。
鉆井液流通過一個(gè)渦輪機(jī)產(chǎn)生電流，由這個(gè)電流向旋轉(zhuǎn)可控鉆井系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力。為了控制電力輸出，渦輪機(jī)可具有可變的效率，這可以通過使定子相對于轉(zhuǎn)子進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。渦輪機(jī)還可以具有多級，或者在渦輪機(jī)上設(shè)置制動(dòng)器，例如設(shè)置阻抗載荷。
為了更清楚地理解獲得本發(fā)明的上述特征、優(yōu)點(diǎn)、及發(fā)明目的的實(shí)現(xiàn)方式，參照作為本發(fā)明的一部分的附圖中所示的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例來對本發(fā)明作更詳細(xì)的描述。
然而，應(yīng)當(dāng)注意，雖然附圖只是對本發(fā)明進(jìn)行的一個(gè)典型實(shí)施例進(jìn)行了說明，這些附圖并不應(yīng)認(rèn)為是對本發(fā)明的范圍進(jìn)行限制，因?yàn)楸景l(fā)明允許采用其它的等效的實(shí)旋例。
在這些附圖中

圖1是按照本發(fā)明所鉆的井的示意圖，并表示出了利用本發(fā)明的自動(dòng)控制的旋轉(zhuǎn)可控鉆井系統(tǒng)及其方法所鉆井眼的下部的偏斜情況；圖2表示一井眼示意圖，該井眼是通過自動(dòng)控制的可控鉆井系統(tǒng)及其方法所鉆出來的，在旋轉(zhuǎn)鉆桿內(nèi)采用了一個(gè)泥漿馬達(dá)，該泥漿馬達(dá)位于自動(dòng)控制的旋轉(zhuǎn)可控鉆井系統(tǒng)的上部，并轉(zhuǎn)動(dòng)可控鉆井系統(tǒng)的鉆具套管，且轉(zhuǎn)動(dòng)速度不同于鉆桿的速度；圖3是與圖2相似的示意圖，其中的泥漿馬達(dá)設(shè)置在自動(dòng)控制的旋轉(zhuǎn)可控鉆井系統(tǒng)的下部，使鉆頭直接轉(zhuǎn)動(dòng)，且轉(zhuǎn)速不同于鉆桿的轉(zhuǎn)速；圖4是一個(gè)示意圖，表示出了一個(gè)推進(jìn)器，該推進(jìn)器位于自動(dòng)控制的旋轉(zhuǎn)可控鉆井系統(tǒng)的正上方，用于控制鉆頭上的重量，同時(shí)，旋轉(zhuǎn)鉆速和轉(zhuǎn)矩由該旋轉(zhuǎn)可控制鉆井系統(tǒng)進(jìn)行控制；圖5是一個(gè)示意圖，表示一個(gè)推進(jìn)器，該推進(jìn)器在鉆桿內(nèi)位于自動(dòng)控制的旋轉(zhuǎn)可控鉆井系統(tǒng)的正下方；圖6是一個(gè)示意圖，表示一個(gè)推進(jìn)器，該推進(jìn)器在鉆桿內(nèi)位于一泥漿馬達(dá)的正下方，并連接在自動(dòng)控制的旋轉(zhuǎn)可控鉆井系統(tǒng)的上方，使旋轉(zhuǎn)可控鉆井系統(tǒng)以一個(gè)不同于鉆桿的轉(zhuǎn)速進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)；圖7是一個(gè)示意圖，表示一個(gè)推進(jìn)器，該推進(jìn)器在鉆桿內(nèi)位于一泥漿馬達(dá)的正上方，泥漿馬達(dá)位于自動(dòng)控制的旋轉(zhuǎn)可控鉆井系統(tǒng)的上方；
圖8是一個(gè)示意圖，表示設(shè)置在一鉆桿內(nèi)的自動(dòng)控制的旋轉(zhuǎn)可控鉆井系統(tǒng)，并表示出了連接在旋轉(zhuǎn)可控鉆井系統(tǒng)下面的一個(gè)泥漿馬達(dá)以及一個(gè)連接在該泥漿馬達(dá)下面的一推進(jìn)器，以便于使這個(gè)泥漿馬達(dá)對鉆頭進(jìn)行支撐；圖9是一個(gè)示意圖，表示設(shè)置在一鉆桿內(nèi)的自動(dòng)控制的旋轉(zhuǎn)可控鉆井系統(tǒng)，并表示出了連接在該旋轉(zhuǎn)可控鉆井系統(tǒng)下方的一個(gè)推進(jìn)器，還表示出了連接在該推進(jìn)器下方的一泥漿馬達(dá)，并對鉆頭進(jìn)行支撐；圖10是本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)可控鉆井系統(tǒng)的示意圖，該系統(tǒng)中具有一柔性管，該柔性管連接在鉆桿內(nèi)，圖中還表示出了該柔性管的彎曲；圖11表示圖10中的旋轉(zhuǎn)可控鉆井系統(tǒng)的示意圖，并表示出了該柔性管的直線狀況；圖12是一個(gè)縱向剖面圖，表示本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中的旋轉(zhuǎn)可控鉆井系統(tǒng)，它具有一個(gè)渦輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的交流發(fā)動(dòng)機(jī)，其電流輸出用于驅(qū)動(dòng)一個(gè)電動(dòng)機(jī)，該電動(dòng)機(jī)具有一個(gè)電動(dòng)機(jī)輸出軸，該輸出軸與一個(gè)多向鉆頭桿支撐件及定位機(jī)構(gòu)以驅(qū)動(dòng)關(guān)系相連接，以便把鉆頭桿的縱軸線保持對地靜止，并與鉆具套管的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線成一個(gè)預(yù)定的角度；圖13是一個(gè)剖面圖，表示一個(gè)渦輪機(jī)，它可以用作圖12和圖14中的渦輪機(jī)，并表示出該渦輪機(jī)定子相對于轉(zhuǎn)子進(jìn)行定位，以便對渦輪機(jī)的動(dòng)力輸出進(jìn)行控制；圖14表示本發(fā)明一個(gè)可選的實(shí)施例中的自動(dòng)控制的旋轉(zhuǎn)可控鉆井系統(tǒng)的縱向剖面圖，并表示出了與一交流發(fā)動(dòng)機(jī)呈驅(qū)動(dòng)關(guān)系相連的一個(gè)渦輪機(jī)，渦輪機(jī)與交流發(fā)動(dòng)機(jī)位于鉆具套管的與電動(dòng)機(jī)、偏移心軸及鉆頭桿相同部分，還表示出了一個(gè)機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)為鉆頭桿在鉆具套管內(nèi)提供多向轉(zhuǎn)動(dòng)的支撐；圖15是描述本發(fā)明一個(gè)可選實(shí)施例的自動(dòng)控制的旋轉(zhuǎn)可控鉆井系統(tǒng)的縱向剖面圖，圖中表示出了渦輪機(jī)，該渦輪機(jī)與一齒輪箱通過渦輪機(jī)驅(qū)動(dòng)軸呈驅(qū)動(dòng)關(guān)系電連接著，渦輪機(jī)驅(qū)動(dòng)軸穿過電子元件、傳感器以及鉆井系統(tǒng)的制動(dòng)部分，齒輪箱的輸出與一偏移心軸呈驅(qū)動(dòng)關(guān)系地連接著，以便實(shí)現(xiàn)鉆頭桿的軸線的對地靜止定位；圖16是一個(gè)部分縱向剖面圖，表示本發(fā)明的另一個(gè)可選的實(shí)施例，圖中表示出了一個(gè)旋轉(zhuǎn)可控鉆具，該鉆具具有一個(gè)液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，用于在鉆井期間對鉆頭桿進(jìn)行定向；
圖17是一個(gè)縱向剖面圖，更詳細(xì)地表示出了圖12中的自動(dòng)控制的旋轉(zhuǎn)可控鉆井系統(tǒng)的下面部分；圖18是一個(gè)縱向剖面圖，更詳細(xì)地表示出了圖12中的自動(dòng)控制的旋轉(zhuǎn)可控鉆井系統(tǒng)的上面部分；圖19是沿圖17中的線19-19的橫剖面圖；圖20是沿圖18中的線20-20的橫剖面圖；圖21是本發(fā)明一個(gè)可選實(shí)施例的部分橫剖面圖，表示出了花鍵式萬向接頭，其用于在鉆具套管內(nèi)對鉆頭桿進(jìn)行多向支撐，并向鉆頭桿施加一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)，用于轉(zhuǎn)動(dòng)鉆頭；圖22A是一個(gè)橫向剖面示意圖，表示鉆頭桿定位環(huán)被相對定位，以便直線鉆進(jìn)，并表示出了鉆頭桿的軸線與鉆具套管的軸線相互重合，使鉆頭桿的傾斜度為零；圖22B是沿圖22A中線22B-22B的剖面圖，表示鉆頭桿定位環(huán)處于同軸關(guān)系，以便進(jìn)行直線鉆進(jìn)；圖22C是一個(gè)橫剖面示意圖，表示鉆頭桿定位環(huán)被設(shè)置在一些最大偏移的位置，從而使鉆頭桿的最大側(cè)向定位，以便使鉆頭桿相對于鉆具套管的傾角最大；圖22D是沿圖22C中線22D-22D的剖面圖，表示鉆頭桿定位環(huán)的偏移軸向關(guān)系，以便獲得最大的偏移量，從而以最大的曲率進(jìn)行鉆進(jìn)；圖23是一個(gè)方框圖，表示本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)可控鉆井系統(tǒng)的優(yōu)選實(shí)施例的控制體系結(jié)構(gòu)，表示出了為了對由鉆具進(jìn)行定向的鉆頭進(jìn)行控制所采用的渦輪機(jī)驅(qū)動(dòng)制動(dòng)及制動(dòng)控制；圖24是一個(gè)方框圖，表示本發(fā)明的一個(gè)可選實(shí)施例的控制體系結(jié)構(gòu)，其具有一個(gè)鉆井液驅(qū)動(dòng)的渦輪機(jī)和制動(dòng)器，用于控制鉆頭桿相對于鉆具套管的定位，并且具有一個(gè)位置信號感應(yīng)制動(dòng)制器控制器，用于控制制動(dòng)器，并控制渦輪機(jī)效率；圖25是沿圖21中線25-25的橫向剖面圖，表示鉆頭桿與鉆具套管之間的花鍵驅(qū)動(dòng)連接關(guān)系。
現(xiàn)在參照附圖，首先參照圖1，圖中表示出了正由一旋轉(zhuǎn)鉆頭12鉆進(jìn)的一井眼10。該鉆頭12連接在一鉆桿14的下端，鉆桿14向上延伸至地面，在地面上，該鉆桿14由典型的鉆機(jī)的旋轉(zhuǎn)臺進(jìn)行驅(qū)動(dòng)(圖中未示)。鉆桿14典型地設(shè)有一鉆管18，鉆管18連接有一個(gè)或多個(gè)鉆井套管20，以便把重力作用在鉆頭12上。圖中所示的井眼10具有一個(gè)豎直或基本豎直的上面部分22和一個(gè)偏斜的彎曲或水平的下面部分24，該下面部分24正由本發(fā)明的自動(dòng)控制的旋轉(zhuǎn)可控的鉆具進(jìn)行鉆進(jìn)，該鉆具總體上由26表示。為了在井眼10的彎曲段24提供靈活性，可用鉆管28的下面部分來把鉆井套管20連接到鉆具26上，從而使鉆井套管保持在井眼10的豎直部分22內(nèi)。根據(jù)本申請中所描述的原理，通過鉆具26的控制動(dòng)作使井眼10的下面部分24從垂直部分24偏斜。如圖1中的附圖標(biāo)記28所示，鉆桿位于旋轉(zhuǎn)可控鉆具的附近，它可以與一根柔性管協(xié)作，如圖10和圖11所示，這能使旋轉(zhuǎn)可控鉆井系統(tǒng)的鉆進(jìn)精度得到提高。根據(jù)通常實(shí)踐，鉆井液或“泥漿”由地面泵通過鉆桿14向下輸入，然后通過設(shè)置在鉆頭12上的噴嘴流出，然后通過鉆桿14與井眼10的壁面之間的環(huán)形空間30返回地面。正如在下面將會(huì)詳細(xì)描述的那樣，把旋轉(zhuǎn)可控的鉆具26構(gòu)造成使鉆頭12沿著一彎曲路徑進(jìn)行鉆進(jìn)，這個(gè)彎曲路徑是由鉆具26的控制設(shè)定來指定的。即使鉆頭和鉆具正由鉆桿14旋轉(zhuǎn)著，也能保持支撐鉆頭12的鉆頭桿相對于鉆具26的套管的角度，從而實(shí)現(xiàn)對鉆頭的方向控制，以便鉆進(jìn)彎曲的井眼。對鉆具的方向控制從傾斜的觀點(diǎn)和方位角的觀點(diǎn)中進(jìn)行選擇性地來實(shí)現(xiàn)，即向左和向右。此外，可以根據(jù)需要來改變可控鉆具26的設(shè)定，以便鉆頭可選擇性地改變所鉆井眼的路線，從而反偏斜井眼進(jìn)行導(dǎo)向，實(shí)現(xiàn)對鉆頭方向的精確控制，從而對所鉆井眼進(jìn)行精確控制。
圖2和圖3是示意圖，表示出了位于所鉆井眼10內(nèi)的旋轉(zhuǎn)的可控鉆井系統(tǒng)，還表示出了一種鉆井方法，在這種方法中，利用了泥漿馬達(dá)M，該泥漿馬達(dá)設(shè)置在入團(tuán)鉆桿內(nèi)或設(shè)置在如圖2所示的可控鉆具上面，或設(shè)置在如圖3所示的可控鉆具的下面。這種獨(dú)特的設(shè)置允許鉆桿14以一個(gè)期望的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)，且允許泥漿馬達(dá)的轉(zhuǎn)動(dòng)以一個(gè)不同的轉(zhuǎn)速輸出，以便使鉆進(jìn)特性得到優(yōu)化，而不會(huì)造成鉆桿的過度疲勞。當(dāng)把本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)可控鉆井系統(tǒng)直接與鉆桿相連，那么鉆頭的轉(zhuǎn)速就與鉆桿的轉(zhuǎn)速相同。這就限制了鉆頭的最大轉(zhuǎn)速，因?yàn)殂@桿的轉(zhuǎn)速增大，會(huì)由于疲勞而限制鉆桿的使用壽命。當(dāng)圖2和圖3中的泥漿馬達(dá)M與旋轉(zhuǎn)的可控鉆井系統(tǒng)聯(lián)合運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，鉆機(jī)的旋轉(zhuǎn)臺能為鉆桿設(shè)定成最優(yōu)化的轉(zhuǎn)速，且泥漿馬達(dá)將使鉆頭的轉(zhuǎn)速增大，該鉆頭是由泥漿馬達(dá)的輸出來驅(qū)動(dòng)的。旋轉(zhuǎn)臺能以例如50轉(zhuǎn)份的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)，從而允許消除(breaking)井眼與鉆桿之間的磨擦，這個(gè)速度不會(huì)因疲勞而限制鉆桿的使用壽命，而鉆頭的速度能由泥漿馬達(dá)來增大，以便使鉆進(jìn)特性得到改善，從而能進(jìn)行延伸鉆進(jìn)。當(dāng)旋轉(zhuǎn)可控鉆井系統(tǒng)位于泥漿馬達(dá)下面時(shí)，旋轉(zhuǎn)可控鉆井系統(tǒng)能以泥漿馬達(dá)控制的轉(zhuǎn)速運(yùn)作，當(dāng)旋轉(zhuǎn)可控鉆井系統(tǒng)直接與鉆桿相連時(shí)，它能以鉆桿速度進(jìn)行運(yùn)作。如果泥漿馬達(dá)位于旋轉(zhuǎn)可控鉆具的下面，那么它的旋轉(zhuǎn)輸出被直接作用到鉆頭上。當(dāng)泥漿馬達(dá)位于旋轉(zhuǎn)可控鉆具上面時(shí)，在鉆進(jìn)期間的控制會(huì)有更大的精度，這是因?yàn)閺木_的方向控制來看，從旋轉(zhuǎn)可控鉆具到鉆頭之間的距離是一個(gè)主要的控制因素。
應(yīng)當(dāng)記住，本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)可控鉆井系統(tǒng)可以與其它的鉆具相聯(lián)系被連接在鉆桿內(nèi)，如上面所提到的用于對轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制的泥漿馬達(dá)，以及用于控制鉆頭上的重量的推進(jìn)器。此外，鉆井人員可以根據(jù)不同的特性來選擇鉆桿內(nèi)的這些部件的布置，如所鉆的彎曲井眼的堅(jiān)硬性、所鉆地層的特性、鉆井所用的鉆井設(shè)備的特性、以及鉆進(jìn)處的深度。圖4表示旋轉(zhuǎn)可控鉆具26沿著鉆井液驅(qū)動(dòng)的推進(jìn)器T連接在鉆桿14內(nèi)，推進(jìn)器用于控制鉆頭上的重量。推進(jìn)器主要由一個(gè)液壓控制活塞組成，底孔裝置的下面部分與該活塞相連。旋轉(zhuǎn)可控鉆具26與推進(jìn)器T之間的連接器27可以是一個(gè)簡單的管連接器，或是一個(gè)工具部分，該工具部分允許控制特性、電子控制、液壓控制、或液壓控制與電子控制的組合在旋轉(zhuǎn)可控鉆具與推進(jìn)器之間進(jìn)行結(jié)合。如果需要的話，連接器27可以為如圖10或圖11所示的柔性管的形式。如圖5所示，一個(gè)推進(jìn)器T被連接在旋轉(zhuǎn)可控鉆具26的下面，并且這是可以通過調(diào)節(jié)鉆具的鉆頭桿的位置來把它以與鉆具26的套管呈角度的關(guān)系進(jìn)行定位。在這種情況下，鉆頭桿為推進(jìn)器提供支撐，而推進(jìn)器為鉆頭提供支撐，并控制鉆頭上的重量。圖7表示連接在旋轉(zhuǎn)可控鉆具26上面的一個(gè)泥漿馬達(dá)M，并表示出了在泥漿馬達(dá)上面連接在鉆桿14內(nèi)的一個(gè)推進(jìn)器T。如果需要的話，旋轉(zhuǎn)可控鉆具與泥漿馬達(dá)之間的連接或泥漿馬達(dá)與推進(jìn)器之間的連接或兩者均可以通過圖10和圖11中所描述的柔性管來提供。圖8表示與鉆桿14相連的旋轉(zhuǎn)可控鉆具，它具有一個(gè)與鉆具的對地靜止的鉆頭桿相連的泥漿馬達(dá)M，從而沿著鉆頭桿與鉆具套管成一個(gè)角度。推進(jìn)器T位于泥漿馬達(dá)M的下面，用于支撐鉆頭和控制鉆頭上的重量。推進(jìn)器T通過泥漿馬達(dá)M的輸出軸相對于旋轉(zhuǎn)鉆具26的套管進(jìn)行定位，泥漿馬達(dá)被定位，為了方向控制，通過旋轉(zhuǎn)可控鉆具的鉆頭桿用于方向控制。圖9表示旋轉(zhuǎn)可控鉆具26，它與鉆桿14相連，并具有一個(gè)推進(jìn)器T，該推進(jìn)器T由鉆頭桿支撐并相對于鉆具的套管進(jìn)行定向。泥漿馬達(dá)M位于推進(jìn)器的下面，從而馬達(dá)的輸出軸支撐并驅(qū)動(dòng)鉆頭。鉆頭就這樣由旋轉(zhuǎn)可控鉆具來控制方向，并以鉆桿的轉(zhuǎn)速和泥漿馬達(dá)輸出軸的轉(zhuǎn)速兩種速度驅(qū)動(dòng)。這就使鉆頭能以大于或等于鉆桿的轉(zhuǎn)速進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，而同時(shí)，鉆頭上的重量由推進(jìn)器來控制。
如圖9所示，在推進(jìn)器T的流體回路上可設(shè)置一個(gè)控制閥D1，同時(shí)可在泥漿馬達(dá)M的流體回路上設(shè)置一控制閥D2。這些控制閥由旋轉(zhuǎn)可控鉆井系統(tǒng)的控制回路進(jìn)行可選擇地定位，由圖中的線C所示，從而允許推進(jìn)器和/或泥漿馬達(dá)被設(shè)在旋轉(zhuǎn)可控的鉆井系統(tǒng)的控制系統(tǒng)內(nèi)，形成一個(gè)整體。以這種方式，泥漿馬達(dá)和推進(jìn)器受反饋相應(yīng)控制的方式與旋轉(zhuǎn)可控鉆井系統(tǒng)的相同。泥漿馬達(dá)內(nèi)的控制閥D2能由旋轉(zhuǎn)可控鉆井系統(tǒng)來控制，以便控制泥漿馬達(dá)輸出軸的轉(zhuǎn)速，從而控制鉆頭上的轉(zhuǎn)矩。推進(jìn)器的控制閥D1由旋轉(zhuǎn)可控鉆井系統(tǒng)的控制系統(tǒng)進(jìn)行選擇性定位，從而對鉆頭上的重量進(jìn)行控制。于是，本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)可控鉆井系統(tǒng)通過有效地控制鉆頭上的轉(zhuǎn)矩及控制鉆頭上的重量，對鉆頭實(shí)現(xiàn)了有效的方向控制，并提高了鉆進(jìn)特性，從而促進(jìn)了延伸鉆進(jìn)。
圖10和圖11表示一根鉆桿14，該鉆桿14連接了一自動(dòng)控制旋轉(zhuǎn)可控鉆井系統(tǒng)26，用于對連接有一鉆頭12的鉆頭桿進(jìn)行方向控制。鉆桿14還設(shè)有一個(gè)用于增大鉆頭12的轉(zhuǎn)速的泥漿馬達(dá)M以及一根用于提高方向控制精度的柔性管28，該方向控制精度是通過旋轉(zhuǎn)可控鉆井系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。柔性管28還使旋轉(zhuǎn)可控鉆井系統(tǒng)從鉆桿上可選擇地脫開，從而提高了方向控制能力。
參照圖12、14及15，圖中表示根據(jù)本發(fā)明的原理所構(gòu)成的一自動(dòng)控制的旋轉(zhuǎn)可控鉆井系統(tǒng)，其總體上由附圖標(biāo)記26表示，它代表本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例。自動(dòng)控制的旋轉(zhuǎn)可控鉆井系統(tǒng)26具有一套管32，在該套管32的頂端形成一內(nèi)螺紋部分34，從而能把套管32直接連接到柔性管28上或一泥漿馬達(dá)和推進(jìn)器的輸出軸上，這取決于可控鉆具26的使用方式。參照圖14中的可選實(shí)施例，在套管32的上面部分，設(shè)置了一個(gè)電磁感應(yīng)系統(tǒng)36和一電線連通連接物38，以便從旋轉(zhuǎn)可控鉆具26向井上邊鉆邊測系統(tǒng)(MWD)之間提供信號通信，在鉆井期間實(shí)時(shí)地把井下數(shù)據(jù)送回地表，從而有利于從地面鉆井控制設(shè)備到鉆具之間的控制信號的通信。套管32還形成一個(gè)電子元件和傳感器支撐部分40，在這部分內(nèi)具有各種傳感器設(shè)備。支撐部分40可以形成一個(gè)接受器42，該接受器42內(nèi)安裝一磁強(qiáng)計(jì)、加速度計(jì)、陀螺儀傳感器，它能提供電子輸出信號，這些信號被動(dòng)態(tài)地用于鉆具的方向控制。自動(dòng)控制的旋轉(zhuǎn)可控鉆井系統(tǒng)26的許多電子元件也可以設(shè)置在電子元件和傳感器支撐部分40內(nèi)。例如，一個(gè)地層阻力測量系統(tǒng)41可設(shè)在套管32內(nèi)，用于沿著套管轉(zhuǎn)動(dòng)，并且設(shè)有垂直方向間隔開的發(fā)送器和接收器，從而使電磁信號能確定地層阻力。在旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)正處于操作過程時(shí)，測量所鉆地層阻力，這種用于測量地層阻力所用的方法和裝置可以方便地采用美國專利US5594343，在此引用這篇專利文獻(xiàn)作為參考。阻力測量系統(tǒng)的裝置和電子元件可以和套管32一起轉(zhuǎn)動(dòng)，或它可與自動(dòng)控制的旋轉(zhuǎn)可控鉆具的其它部件一起轉(zhuǎn)動(dòng)。阻力測量系統(tǒng)還可以根據(jù)需要設(shè)置在鉆具26內(nèi)的任何其它的期望位置上，以便改善旋轉(zhuǎn)可控鉆井系統(tǒng)的制造及應(yīng)用。各種其它傳感和測量系統(tǒng)也可以設(shè)在電子元件和傳感器支撐部分40內(nèi)，包括例如γ射線測量系統(tǒng)，或聲音成像系統(tǒng)。鉆具26還可以結(jié)合轉(zhuǎn)速監(jiān)測設(shè)備、鉆頭桿震動(dòng)傳感器等等。此外，電子數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)也可以被包括在鉆具的電子元件包內(nèi)，用于接收和處理各種數(shù)據(jù)輸入，并提供信號輸出，這些信號輸出被用于方向控制和控制鉆井期間所遇到的其它因素。電子數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)可以選擇性地位于鉆具內(nèi)，從而能與鉆具套管一起轉(zhuǎn)動(dòng)或在鉆具套管內(nèi)與鉆頭桿及它的操作部件一起反轉(zhuǎn)。
如圖12和14所示，在電子元件和傳感器支撐部性40的正上方或下方，設(shè)有一個(gè)流體驅(qū)動(dòng)的渦輪機(jī)構(gòu)，圖中由附圖標(biāo)記48所示，該渦輪機(jī)構(gòu)48具有一個(gè)定子50和一個(gè)轉(zhuǎn)子52，其中的定子50最好與套管32相互固定地設(shè)置，其中的轉(zhuǎn)子52被安裝成相對于定子50轉(zhuǎn)動(dòng)。如圖13所示，轉(zhuǎn)子52和定子50的相對位置能調(diào)節(jié)，為了可控制地改變效率并改變渦輪機(jī)48的輸出，定子和轉(zhuǎn)子中的任何一個(gè)或兩者都可以進(jìn)行位置控制移動(dòng)。轉(zhuǎn)子52設(shè)有一根渦輪機(jī)輸出軸54，該渦輪機(jī)輸出軸54通過一傳動(dòng)機(jī)構(gòu)58與一個(gè)交流發(fā)電機(jī)56(alternator)呈驅(qū)動(dòng)關(guān)系地設(shè)置。由于渦輪機(jī)輸出軸54與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)58呈驅(qū)動(dòng)關(guān)系地連接，因此就能通過安裝定子50來獲得效率控制，從而能通過鉆井系統(tǒng)的電子元件對渦輪機(jī)輸出要求的響應(yīng)來可控制地移動(dòng)。渦輪機(jī)也可以被電制動(dòng)，以限制它的自由旋轉(zhuǎn)，從而增大可從渦輪機(jī)上獲得的動(dòng)力。在這種電制動(dòng)過程中所產(chǎn)生的熱量將通過流經(jīng)鉆具的鉆井液被散發(fā)掉。這種流經(jīng)鉆具的鉆井液還可以對鉆具的各種內(nèi)部元件進(jìn)行冷卻，如電子元件包、交流發(fā)電機(jī)和鉆頭桿定位馬達(dá)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，如圖14所示，交流發(fā)電機(jī)56作為渦輪輸出的阻力，并由于它的阻力，這個(gè)交流發(fā)電機(jī)被用作一個(gè)電磁制動(dòng)器。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，交流發(fā)電機(jī)設(shè)置一個(gè)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)58，它允許渦輪機(jī)48能以一個(gè)最優(yōu)轉(zhuǎn)速運(yùn)作，以便交流發(fā)電機(jī)有效地運(yùn)作。交流發(fā)電機(jī)56提供一個(gè)電輸出，它與電動(dòng)機(jī)60的操作和控制電路相連，從而由渦輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的交流發(fā)電機(jī)56產(chǎn)生的電能被用于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)60。
一個(gè)由電動(dòng)機(jī)60驅(qū)動(dòng)的齒輪箱或傳送裝置61的轉(zhuǎn)動(dòng)輸出與偏移心軸62呈驅(qū)動(dòng)關(guān)系相連，該偏移心軸62由電動(dòng)機(jī)60的內(nèi)部轉(zhuǎn)子來可轉(zhuǎn)動(dòng)地驅(qū)動(dòng)，連接在這個(gè)偏移心軸62上的是一個(gè)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)頭64，該旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)頭64具有一個(gè)偏心布置的定位接受器66，在這個(gè)接受器66內(nèi)，容裝了一鉆頭桿70的一個(gè)端部68。偏移心軸62與旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)頭64相對于套管32的轉(zhuǎn)動(dòng)來說是反向的轉(zhuǎn)動(dòng)，以便在鉆井期間保持鉆頭桿70的軸線對地靜止。鉆頭桿70被安裝成能在套管32內(nèi)，在它的兩端中間進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，以便圍繞一個(gè)象樞軸似的萬向節(jié)72進(jìn)行全向移動(dòng)，這個(gè)萬向節(jié)最好采用球形樞軸結(jié)構(gòu)并具有球形樞軸的功能，如圖17和圖19所示，并詳見下面的描述，如果需要的話，也可以采用如圖21和圖25中所示的那種花鍵結(jié)構(gòu)，這些也將在下面作詳細(xì)描述。電子數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的某些部件可以對地靜止的設(shè)在旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)頭64內(nèi)。例如，加速度計(jì)、磁傳感器和陀螺儀傳感器可以設(shè)置在旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)頭64內(nèi)。在旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)頭64上設(shè)置一個(gè)傾斜傳感器，從而對鉆頭在井眼內(nèi)的位置進(jìn)行測量。
為了保證旋轉(zhuǎn)可控鉆井系統(tǒng)井下方向控制的精確性，鉆具的旋轉(zhuǎn)部件的精確定位形成一個(gè)已知的位置指標(biāo)，根據(jù)這個(gè)位置指標(biāo)就能確定方向的正確性。這樣，把位置指示傳感器以一個(gè)與相對于鉆頭桿的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)呈對地靜止的關(guān)系進(jìn)行設(shè)置是可取的。因此，偏移心軸62的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)頭64可以設(shè)置各種位置指示器，例如加速度計(jì)、磁強(qiáng)計(jì)以及陀螺儀傳感器，它們都以與旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)頭64以及與其并行轉(zhuǎn)動(dòng)的其它部件呈固定的關(guān)系被設(shè)置。采用這些位置指示部件，就不需要在鉆井操作時(shí)對旋轉(zhuǎn)可控鉆井系統(tǒng)26的套管32和鉆桿進(jìn)行精確定位了，并有助于實(shí)時(shí)地向鉆井系統(tǒng)的信號處理包進(jìn)行位置信號反饋，從而通過旋轉(zhuǎn)可控鉆井系統(tǒng)的控制系統(tǒng)能自動(dòng)進(jìn)行跟蹤糾正，以保持鉆頭的期望路線。
現(xiàn)在參照圖14，圖中26A總體地表示本發(fā)明的一個(gè)可選的實(shí)施例，與圖12中相同的部件在此采用相同的附圖標(biāo)記。但應(yīng)當(dāng)記住，圖12與圖14中所示實(shí)施例的基本區(qū)別在于渦輪機(jī)48和交流發(fā)電機(jī)56與旋轉(zhuǎn)可控鉆井系統(tǒng)26的電子元件和傳感器支撐部分40之間的相對位置。如圖14所示，在管狀的鉆具套管32內(nèi)，電子元件和傳感器支撐部分40位于渦輪機(jī)48的上面。圖14中的渦輪機(jī)48的定子50和轉(zhuǎn)子52能相對調(diào)節(jié)，定子50在套管32內(nèi)相對于轉(zhuǎn)子52最好直線移動(dòng)，以便調(diào)節(jié)效率并因此調(diào)節(jié)渦輪機(jī)的輸出功率。渦輪機(jī)輸出軸54與一交流發(fā)電機(jī)56呈驅(qū)動(dòng)關(guān)系地連接著，其中的交流發(fā)電機(jī)56具有一個(gè)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)58，用于允許渦輪機(jī)和交流發(fā)電機(jī)以一個(gè)適合的速度進(jìn)行運(yùn)行，從而能獲得最優(yōu)的轉(zhuǎn)矩輸出。由電動(dòng)機(jī)運(yùn)作、制動(dòng)及系統(tǒng)的電子元件所產(chǎn)生的熱量將不斷地通過連續(xù)流經(jīng)旋轉(zhuǎn)可控鉆井系統(tǒng)的鉆井液來散發(fā)掉。交流發(fā)電機(jī)56向一個(gè)電動(dòng)機(jī)60提供動(dòng)力。電動(dòng)機(jī)60的輸出軸用作一偏移心軸62，并設(shè)有一個(gè)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)頭64，在該旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)頭64內(nèi)偏心地設(shè)有一個(gè)定位接受器66，它接受一鉆頭桿70的驅(qū)動(dòng)端68，用于使鉆頭桿圍繞它的萬向節(jié)支撐件72以上述附圖12中所示實(shí)施例的方式進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。關(guān)于用于鉆頭桿70的全向或萬向節(jié)支撐件72，應(yīng)當(dāng)記住，全向或萬向節(jié)支撐件可以為如圖17和圖19所示的球形的，或者是如圖21和圖25所示的花鍵形的。
現(xiàn)在來參照附圖15，圖中26B總體地表示本發(fā)明的另一個(gè)可選的實(shí)施例，圖中與圖12所示實(shí)施例中相同的部件也采用相同的附圖標(biāo)記。旋轉(zhuǎn)可控鉆井系統(tǒng)26B設(shè)有一細(xì)長的管狀鉆具套管32，它用于與一鉆桿或鉆桿的旋轉(zhuǎn)部件相連，從而在鉆井期間，使得鉆具套管32被轉(zhuǎn)動(dòng)。在鉆具套管32內(nèi)，安裝了一個(gè)渦輪機(jī)，圖中大體上用附圖標(biāo)記48來表示，它包括一轉(zhuǎn)子和一定子裝置，流經(jīng)鉆具套管的鉆井液流49對這個(gè)渦輪機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。如圖所示，旋轉(zhuǎn)可控鉆井系統(tǒng)的電子元件和傳感器及制動(dòng)機(jī)構(gòu)35通過安裝元件33被固定在鉆具套管32內(nèi)，從而形成一個(gè)環(huán)形空間37，該環(huán)形空間37形成一條流通路，允許鉆井液從該流通路中通過。在鉆井期間，在電子元件和傳感器及制動(dòng)機(jī)構(gòu)35內(nèi)產(chǎn)生的熱量被不斷流經(jīng)旋轉(zhuǎn)可控鉆井系統(tǒng)26B的鉆井液帶走。渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子使驅(qū)功桿以一個(gè)渦輪機(jī)的最優(yōu)運(yùn)作速度進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，雖然這個(gè)速度一般都超過了偏移心軸和鉆頭桿轉(zhuǎn)動(dòng)，且它具有一個(gè)轉(zhuǎn)矩輸出，該轉(zhuǎn)矩輸出足夠用于鉆頭桿軸線的對地靜止定位。因此，安裝在鉆具套管32內(nèi)的齒輪系39的輸入機(jī)構(gòu)與渦輪面的驅(qū)動(dòng)軸相連，而輸出機(jī)構(gòu)與一偏移心軸62相連，以施加驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)。與圖14所示的方式相同，偏移心軸62設(shè)有一個(gè)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)頭64，該旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)頭64設(shè)有一個(gè)偏心的定位接受器66，其接受萬向轉(zhuǎn)動(dòng)鉆頭桿70的上端68。鉆頭桿70通過一個(gè)萬向節(jié)72被安裝在鉆具套管32內(nèi)，其安裝的方式及目的見上面的描述。
現(xiàn)在參照圖16，應(yīng)當(dāng)記住，本發(fā)明的范圍旨在包括具有液壓驅(qū)動(dòng)的偏移心軸旋轉(zhuǎn)控制和鉆頭桿定位控制及圖12和圖14中所示的渦輪/交流發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的馬達(dá)控制的旋轉(zhuǎn)可控鉆具。如圖16所示，一渦輪機(jī)48安裝在鉆具套管32內(nèi)，并設(shè)有一個(gè)轉(zhuǎn)子52和一個(gè)定子50，轉(zhuǎn)子的輸出軸與一液壓泵53呈驅(qū)動(dòng)關(guān)系連接。如圖所示，渦輪機(jī)48可以安裝在電子元件和傳感器支撐部分40上面的鉆具套管32內(nèi)。一液壓馬達(dá)55被安裝在鉆具套管32內(nèi)，并由來自泵53的高壓液壓流體進(jìn)行運(yùn)作，以便驅(qū)動(dòng)偏移心軸62。如果需要的話，該液壓馬達(dá)55也可設(shè)置一個(gè)制動(dòng)系統(tǒng)或與一制動(dòng)系統(tǒng)相連，從而可用作為馬達(dá)或制動(dòng)器。此外，液壓馬達(dá)55的旋轉(zhuǎn)輸出可以通過齒輪箱57來改變，以提供期望的轉(zhuǎn)速和動(dòng)力，從而在鉆井期間能有效地控制方向。
現(xiàn)在來參照圖17和圖18，詳細(xì)地表示出了圖12中的自動(dòng)控制旋轉(zhuǎn)的可控鉆具26的機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)代表本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例。在管狀鉆具套管80的下端，設(shè)有一鉆頭桿支撐接受器82，它由鉆具套管80的一管狀延伸件84形成。在這個(gè)接受器82內(nèi)，設(shè)有一個(gè)管狀套86，它具有一個(gè)推進(jìn)環(huán)90，它由彈簧加載，擠壓著鉆頭桿轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)94，并形成一個(gè)球面部分92。鉆頭桿轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)94被設(shè)置在鉆頭桿96的周圍，形成一個(gè)相應(yīng)的球面部分98，它與推進(jìn)環(huán)90的球面部分92相支撐配合，從而使得推進(jìn)環(huán)90把推進(jìn)力從鉆頭桿轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)94傳送到管狀鉆具套管80，同時(shí)，允許鉆頭桿繞旋轉(zhuǎn)點(diǎn)99轉(zhuǎn)動(dòng)，球面部分92就是繞這個(gè)旋轉(zhuǎn)點(diǎn)形成的。一個(gè)分段保持器97被設(shè)置在鉆頭桿96的一條圓形的保持器槽101內(nèi)，并通過一個(gè)鉆頭桿轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)94的一個(gè)壓在上面的圓形部分固定在該圓形保持器槽101內(nèi)。一第二推進(jìn)環(huán)100被設(shè)置在鉆頭桿96周圍，并形成一球面部分106，它繞旋轉(zhuǎn)點(diǎn)99對中，并與推進(jìn)環(huán)90的球面部分92朝向相同的方向。該第二推進(jìn)環(huán)100形成一個(gè)平面?zhèn)魉团_肩面102，該臺肩面102與鉆頭桿轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)94及分段的保持器97呈傳送配合，一第二鉆頭桿轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)104被設(shè)置在鉆頭桿96的周圍，并形成一球面部分107，該球面部分107與球面部分98同心，并與推進(jìn)環(huán)100的球面部分106呈傳送配合，從而允許鉆頭桿96繞旋轉(zhuǎn)點(diǎn)99轉(zhuǎn)動(dòng)，球面部分92和106都是圍繞這個(gè)旋轉(zhuǎn)點(diǎn)99而形成的。鉆頭桿轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)104被保持著，它通過一彈簧與推進(jìn)環(huán)100配合，其中的彈簧通過一第一球支撐環(huán)108來定位。推進(jìn)環(huán)90和100能夠相對于旋轉(zhuǎn)點(diǎn)99改變其位置和直徑，這并沒有脫離本發(fā)明的范圍。
位于鉆具套管80與鉆頭桿96之間的一系列推進(jìn)環(huán)是一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例機(jī)構(gòu)，它用于把軸向力從鉆具套管80傳送到鉆頭桿96，并在桿支撐接受器82內(nèi)沿軸向和徑向?qū)@頭桿96包住。這種雙向力傳遞的實(shí)施允許鉆頭桿96繞旋轉(zhuǎn)點(diǎn)99轉(zhuǎn)動(dòng)，并允許鉆頭桿的軸線保持對地靜止，同時(shí)以一個(gè)特定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)。傳遞力的一些可選方法包括也可以允許鉆頭桿繞旋轉(zhuǎn)點(diǎn)99轉(zhuǎn)動(dòng)的角形接觸徑向軸承，或允許力傳送和旋轉(zhuǎn)的錐形推進(jìn)環(huán)和角形接觸徑向軸承的組合。
第一球形支撐環(huán)108形成一個(gè)圓形槽部分表面110，該表面具有許多凹坑，這些凹坑與許多球形軸承112緊密配合，球形軸承112安裝在鉆頭桿96內(nèi)的球表軸承槽114內(nèi)。利用許多鍵或花鍵，如圖19中的附圖標(biāo)記211所示，球表支撐環(huán)108相對于鉆具套管80可轉(zhuǎn)動(dòng)地被束縛著。一第二圓形球形支撐環(huán)116被定位，從而使得一圓形槽部分表面118形成許多凹坑，這些凹坑與球形軸承112寬松地配合，并利用花鍵也可相對于鉆具套管80可轉(zhuǎn)動(dòng)地被束縛著。第二球表支撐環(huán)116反過來由一保持器套120來支撐著，該保持器套120通過螺紋與鉆具套管80的管狀延伸件84相連。
圖25中表示用于傳送套管182與鉆頭桿188之間的轉(zhuǎn)矩的一個(gè)可選實(shí)施例，其中，套管182通過鉆頭桿延伸件300的平的或圓接觸面301把轉(zhuǎn)矩傳送到鉆頭桿188。也能采用許多鉆頭桿延伸件300，它們可以作為鉆頭桿188的一個(gè)整體部分，或者是作為被束縛在鉆頭桿內(nèi)的附加件。
圖17和圖19中所示的球形支撐環(huán)108、球形軸承112及球形軸承槽114的組合形成把鉆進(jìn)轉(zhuǎn)矩從鉆具套管80傳送到鉆頭桿96的裝置，并依次傳送給鉆頭。球形支撐環(huán)108和116內(nèi)的超大型的槽部分表面110和118允許鉆頭桿96繞旋轉(zhuǎn)點(diǎn)99轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)，把鉆井轉(zhuǎn)矩從鉆具套管80傳送到鉆頭桿96。
因此，這個(gè)實(shí)施例對鉆具套管80與鉆頭桿96之間的推力和轉(zhuǎn)矩負(fù)荷進(jìn)行傳遞，同時(shí)允許鉆頭桿軸線在被鉆具套管80轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)保持對地靜止，從而實(shí)現(xiàn)在選定方向進(jìn)行鉆進(jìn)。
在其下端，管狀鉆具套管80設(shè)有密封裝置，用于把外部鉆泥漿與在萬向節(jié)周圍的內(nèi)部潤滑保護(hù)油分隔開。實(shí)現(xiàn)這種密封的一種適合的裝置為一種波紋管式的密封裝置126，它能形成有效的障礙，把鉆井液排除在萬向節(jié)裝置之外，同時(shí)適應(yīng)鉆頭桿96相對于鉆具套管80的旋轉(zhuǎn)移動(dòng)。
鉆頭桿96相對于管狀鉆具套管80的角定位通過圖17中附圖標(biāo)記128所示的一個(gè)偏心定位機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。偏移心軸130由軸承142可轉(zhuǎn)動(dòng)地被支撐在鉆具套管80內(nèi)，并設(shè)有一個(gè)彌補(bǔ)機(jī)構(gòu)，以便實(shí)現(xiàn)鉆頭桿96相對于套管80的縱軸的角向偏移。一種用于形成這種偏離的優(yōu)選方法如圖22A-D所示，其中，偏移心軸可轉(zhuǎn)動(dòng)地與一具有偏移內(nèi)表面401的外環(huán)400相連，這個(gè)圓形內(nèi)表面具有一中線，與內(nèi)環(huán)406的外徑成一個(gè)角度并具有一偏移量，這在圖22B中能看得更明顯。在圖22A中，外環(huán)和內(nèi)環(huán)的偏移量減小，這使得鉆頭桿軸線402(與內(nèi)環(huán)406的內(nèi)徑407對齊)與偏移心軸的縱軸線對齊。因此，如圖22和22B所示，內(nèi)環(huán)(鉆頭桿)的中心405與外環(huán)(偏移心軸)404的中心404一致，因此，使得旋轉(zhuǎn)可控鉆具鉆進(jìn)直線井眼。
如果內(nèi)環(huán)406相對于外環(huán)400轉(zhuǎn)動(dòng)180度，如圖22C和22D所示，那么外環(huán)400和內(nèi)環(huán)406的最終幾何尺寸就加上外環(huán)和內(nèi)環(huán)的偏移量，使得穿過中點(diǎn)405的鉆頭桿軸線402相對于外環(huán)400位于最大偏移量處，因此使鉆頭桿相對于鉆井套管的角度最大，從而沿期望的方向進(jìn)行鉆進(jìn)。為了使鉆頭桿相對于鉆具套管的角度小于圖22C和圖22D中所產(chǎn)生的角度，鉆頭桿定位環(huán)在圖22A和22B的環(huán)位置與圖22C和圖22D的環(huán)位置之間能進(jìn)行任何的相對旋轉(zhuǎn)定位。因此，鉆頭桿的縱軸相對于鉆井套管縱軸的角度以在零度與一個(gè)預(yù)定的最大角度之間變化，這取決于鉆頭桿定位環(huán)的相對位置。這些環(huán)能通過各種機(jī)械裝置或電子裝置進(jìn)行相對轉(zhuǎn)動(dòng)，這些裝置包括齒輪傳動(dòng)馬達(dá)，但并不局限于齒輪傳動(dòng)馬達(dá)。
應(yīng)當(dāng)記住，偏移機(jī)構(gòu)的環(huán)中的一個(gè)環(huán)能由圖17所示的位于偏移心軸130下端的同心驅(qū)動(dòng)元件132的偏心接受器134來形成。當(dāng)偏移心軸130的偏心接受器134被同心驅(qū)動(dòng)元件132轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，偏心接受器134使得鉆頭桿96的上端相對于偏移心軸130的旋轉(zhuǎn)軸線側(cè)向定位，它由圖22A一22D中的環(huán)400和406的相對位置來確定，因此，使得鉆頭桿96繞其萬向支撐件轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使它的縱軸線133與圖17所示的管狀鉆具套管80的旋轉(zhuǎn)軸線135成傾斜角度關(guān)系。由于偏移心軸驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，其可以為電動(dòng)的、液壓的或?yàn)橐或?qū)動(dòng)渦輪，該偏移心軸驅(qū)動(dòng)馬達(dá)反轉(zhuǎn)管狀驅(qū)動(dòng)軸和偏移心軸130的同心驅(qū)動(dòng)元件，其轉(zhuǎn)動(dòng)頻率與管狀鉆具套管80的頻率相同，從而同心驅(qū)動(dòng)132把鉆頭桿的縱軸線133保持成與管狀鉆具套管80的旋轉(zhuǎn)軸線成一個(gè)對地靜止的角。由于鉆具套管80與鉆頭套管96之間是直接轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)關(guān)系，因此由鉆桿或由一個(gè)與鉆桿相連的泥漿馬達(dá)使鉆具套管80進(jìn)行的轉(zhuǎn)動(dòng)造成鉆頭桿96去轉(zhuǎn)動(dòng)鉆頭，該鉆頭以一個(gè)傾角和方位角被支撐著，該傾角和方位角是通過對鉆頭桿的這種定向來形成的。這就使得鉆頭可以鉆進(jìn)彎曲的井眼，這種彎曲的井眼可以繼續(xù)它的彎曲，直到形成所期望的井眼傾斜度。然后通過地面信號或通過從各種板上(onboard)控制系統(tǒng)來控制鉆具，使得鉆具的方向控制機(jī)構(gòu)被中和，使所形成的井眼沿著由彎曲井眼所形成的傾角和方位角繼續(xù)直線鉆進(jìn)。這種“環(huán)內(nèi)套環(huán)”的鉆桿調(diào)節(jié)特征有利于在鉆進(jìn)過程中進(jìn)行鉆頭桿的角度調(diào)節(jié)，而無需停止鉆進(jìn)，也無需把鉆井設(shè)備從井眼內(nèi)撤出。
為了適應(yīng)鉆頭桿96的轉(zhuǎn)動(dòng)移動(dòng)，而不會(huì)干擾液體流經(jīng)鉆頭桿的流通路，偏移心軸130設(shè)有一個(gè)偏移流路部分150，它對來自管狀驅(qū)動(dòng)軸的流通路152的流動(dòng)的鉆井液進(jìn)行導(dǎo)向，并即使當(dāng)鉆頭桿96被定位成與鉆具套管80成最大角度時(shí)，也允許鉆井液非限制流動(dòng)經(jīng)過偏移心軸130。如圖18所示，在偏移心軸130周圍設(shè)有一個(gè)管狀的壓力補(bǔ)償器154，它把油腔與一環(huán)形腔159相互分開，并在油腔158內(nèi)容納有一種保護(hù)油介質(zhì)。壓力補(bǔ)償器154被連接和密封到一管狀電子元件承載器166的下端，這在圖20的剖面圖中也有表示。管狀電子元件承載器166形成一個(gè)偏重部分168，該偏重部分168在90度范圍內(nèi)沿周向伸出，如圖20所示，并對各種控制元件進(jìn)行固位，例如，磁強(qiáng)計(jì)、陀螺儀設(shè)備、加速度度、阻力傳感器等等。此外，在鉆頭桿轉(zhuǎn)動(dòng)期間，加重部分168還提供平衡力，來補(bǔ)償旋轉(zhuǎn)的鉆頭桿啟動(dòng)時(shí)的側(cè)向載荷，從而減小了鉆進(jìn)期間旋轉(zhuǎn)可控鉆具的震動(dòng)。在鉆具套管80的內(nèi)部和管狀電子元件承載器166的外部形成一個(gè)部分周向空間170，它為旋轉(zhuǎn)可控鉆具的系統(tǒng)電子元件172提供了位置。系統(tǒng)電子元件172與各種系統(tǒng)控制元件被驅(qū)動(dòng)馬達(dá)進(jìn)行反轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速與鉆具套管的轉(zhuǎn)速相同，從而在鉆井期間，使得電子元件與系統(tǒng)控制元件基本上是對地靜止的。
現(xiàn)在來參照圖21，圖中附圖標(biāo)記180總體上表示本發(fā)明的一個(gè)可選實(shí)施例，該實(shí)施例中具有一個(gè)與一鉆桿相連的鉆具套管182，它按上述方式進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。鉆具套管182形成一細(xì)長的管狀延伸部分184，該管狀延伸部分184形成一個(gè)內(nèi)部接受器186，該內(nèi)部接受器186內(nèi)具有全向驅(qū)動(dòng)連接或萬向節(jié)，以便允許鉆頭桿188相對于鉆具套管182傾斜，從而使鉆頭桿與鉆頭對地靜止定位，用于彎曲井眼的鉆進(jìn)。位于內(nèi)部接受器186的一個(gè)臺肩支撐著一推進(jìn)環(huán)190，該推進(jìn)環(huán)具有一個(gè)球面部分192。在鉆頭桿188的周圍設(shè)有一個(gè)鉆頭桿轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)194，鉆頭桿轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)194形成一個(gè)球面部分196，該球面部分196與推進(jìn)環(huán)190呈力傳遞和轉(zhuǎn)動(dòng)移動(dòng)關(guān)系。鉆頭桿轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)194形成一個(gè)圓形凹坑，在這個(gè)凹坑內(nèi)設(shè)有一個(gè)圓形推進(jìn)突緣200。一第二推進(jìn)環(huán)204也環(huán)繞著鉆頭桿188，該推進(jìn)環(huán)204的一個(gè)軸端與圓形推進(jìn)突緣200及鉆頭桿轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)194相配合。第二推進(jìn)環(huán)204的下部圓形面是由一個(gè)圓形球面部分206形成的，它是球的一部分，并與球面部分192同心。圓形球面部分206通過一下部推進(jìn)環(huán)208的外部朝上的球面部分207來配合，從而在繞旋轉(zhuǎn)點(diǎn)209對鉆頭桿188的縱軸線相對于鉆具套管182的縱軸進(jìn)行固定。
現(xiàn)在來參照圖23，圖中通過方框圖的形式來描述本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)可控鉆井系統(tǒng)的系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)電子元件240結(jié)合一可編程的電子內(nèi)存和處理器242，它采用恰當(dāng)?shù)乃惴▉砭幊蹋员氵M(jìn)行期望的鉆具面的計(jì)算，形成井眼彎曲，對所鉆井眼進(jìn)行方向控制，使井眼被鉆到所期望的地下區(qū)域。系統(tǒng)電子元件能井下編程，并能在鉆進(jìn)期間可編程，從而使鉆井人員在鉆進(jìn)期間能選擇性地對鉆頭進(jìn)行方向控制。
當(dāng)可控鉆進(jìn)正在進(jìn)行時(shí)，形成各種數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)電子元件，用于鉆具面計(jì)算。來自磁強(qiáng)計(jì)244的數(shù)據(jù)為系統(tǒng)電子元件提供鉆具套管相對于地球磁場的位置。來自一個(gè)或多個(gè)陀螺儀傳感器246的數(shù)據(jù)為系統(tǒng)電子元件提供輸出軸即旋轉(zhuǎn)可控鉆井系統(tǒng)的鉆頭桿軸的角速度。為了進(jìn)行控制，通過選擇一個(gè)“或”門電路248，使系統(tǒng)電子元件能獲得來自磁強(qiáng)計(jì)和陀螺儀傳感器的數(shù)據(jù)，其中的“或”門電路能由系統(tǒng)電子元件自動(dòng)開動(dòng)，并由來自地面的控制信號來選擇性的開動(dòng)。在旋轉(zhuǎn)可控鉆井系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置至少一個(gè)、最好是設(shè)置許多加速度計(jì)250，并向系統(tǒng)電子元件提供數(shù)據(jù)輸入，系統(tǒng)電子元件對鉆具套管的位置相對于重力進(jìn)行實(shí)時(shí)確定。
利用來自磁強(qiáng)計(jì)、陀螺儀傳感器及加速度計(jì)的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)電子元件240計(jì)算鉆具套管劃線與偏移心軸劃線之間的瞬時(shí)期望角，并把信號傳送到代表期望角度的馬達(dá)控制器252。
一個(gè)角度位置傳感器260，例如一分解器(resolver)設(shè)置在管狀鉆具套管內(nèi)，并以不能轉(zhuǎn)動(dòng)的關(guān)系設(shè)置在無刷直流電動(dòng)機(jī)/制動(dòng)器256的驅(qū)動(dòng)軸周圍，該直流電動(dòng)機(jī)制動(dòng)器256能轉(zhuǎn)動(dòng)地驅(qū)動(dòng)偏移心軸或能轉(zhuǎn)動(dòng)地制動(dòng)偏移心軸，該偏移心軸由系統(tǒng)電子元件240對各種信號輸入作出反應(yīng)來加以控制。角度位置傳感器或分解器260的目的是及時(shí)地在任何給定的點(diǎn)確定電動(dòng)機(jī)/制動(dòng)器軸相對于鉆具套管的實(shí)時(shí)位置，并通過信號導(dǎo)線257把電動(dòng)機(jī)/制動(dòng)器位置信號傳向電動(dòng)機(jī)控制器252。應(yīng)當(dāng)記住，電動(dòng)機(jī)軸在一轉(zhuǎn)動(dòng)方向上被驅(qū)動(dòng)，該轉(zhuǎn)動(dòng)方向與管狀鉆具套管的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反，管狀套管是由鉆桿來轉(zhuǎn)動(dòng)的，管狀鉆具套管與鉆桿相連，電動(dòng)機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率與鉆具套管的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率相同。角度位置傳感器或分解器可以采用美國專利US5375098中所描述和顯示的形式，在此引用這篇專利作為參考。電動(dòng)機(jī)/制動(dòng)器256的輸出軸驅(qū)動(dòng)一齒輪箱262，從而允許電動(dòng)機(jī)以其最優(yōu)的轉(zhuǎn)速運(yùn)作，從而獲得期望的轉(zhuǎn)矩，并允許輸出軸258與鉆具套管的轉(zhuǎn)速同步轉(zhuǎn)動(dòng)。設(shè)置了一開關(guān)觸發(fā)器264，例如霍爾效應(yīng)傳感器或其它觸發(fā)器電路，當(dāng)被觸發(fā)時(shí)，它就提供偏移心軸相對于鉆具套管的實(shí)際位置。開關(guān)/觸發(fā)器的信號通過信號導(dǎo)線265輸入電動(dòng)機(jī)控制器252，以便確定鉆頭桿的位置變化，如果有變化，那么在可控的鉆進(jìn)操作期間，就需要使鉆頭沿著所設(shè)的彎曲軌道進(jìn)行鉆進(jìn)。作為可選的方案是，角度位置傳感器260可以安裝在齒輪箱262輸出軸上。
現(xiàn)在來參照圖24，圖中表示圖14所示的可選實(shí)施例的系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)，其中，通過一鉆井液驅(qū)動(dòng)的渦輪機(jī)和制動(dòng)器來實(shí)現(xiàn)偏移心軸的反轉(zhuǎn)的動(dòng)力，從而實(shí)現(xiàn)鉆頭桿的轉(zhuǎn)軸的對地靜止定位，并通過控制渦輪機(jī)的效率來進(jìn)行部分控制。那部分系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)用于形成一個(gè)控制信號，代表鉆具套管的劃線與偏移心軸的劃線或參考線之間的期望的角度，這部分系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)大致為結(jié)合圖23所描述的形式。這個(gè)角度控制信號被供給一制動(dòng)控制器266，該制動(dòng)控制器266也通過觸發(fā)器信號導(dǎo)線268接收來自一觸發(fā)器電路270的位置信號輸入，并通過一分解器信號導(dǎo)線接收來自一分解器274的位置信號輸入。制動(dòng)控制器266的控制信號輸出被供給效率控制電路276，用于控制渦輪機(jī)278的效率，并且被供給一制動(dòng)器280，用于可控制地對渦輪機(jī)278的輸出軸進(jìn)行制動(dòng)，從而通過分解器控制軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。為了確保由渦輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)且由制動(dòng)器控制的桿，典型的是偏移心軸，以一個(gè)適當(dāng)?shù)乃俣绒D(zhuǎn)動(dòng)，以便對鉆頭桿進(jìn)行有效率的定位控制，一齒輪箱280的輸入軸可與由渦輪機(jī)驅(qū)動(dòng)和制動(dòng)的桿相連，并且可以適當(dāng)?shù)貍鲃?dòng)，以便在期望的速度范圍內(nèi)驅(qū)動(dòng)它的輸出軸282，從而有效地對鉆頭桿進(jìn)行定位，并進(jìn)行有效地彎曲井眼的鉆進(jìn)。
一個(gè)可選擇的方案中，在該系統(tǒng)內(nèi)包括一個(gè)渦輪機(jī)控制機(jī)構(gòu)，該控制機(jī)構(gòu)能通過改變它的效率來改變渦輪機(jī)所產(chǎn)生的動(dòng)力(power)。如圖24的方框系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)圖中的附圖標(biāo)記276和278及圖13中所示，這個(gè)特征是這樣來實(shí)現(xiàn)的，即通過把渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子52安裝在一定子50內(nèi)，形成一個(gè)錐面53，并通過相對于轉(zhuǎn)子直線移動(dòng)定子50，形成一個(gè)選擇性的可變渦輪機(jī)。旋轉(zhuǎn)可控鉆具內(nèi)的用于渦輪機(jī)48的安裝系統(tǒng)將使定子50被安裝在鉆具套管內(nèi)，以便根據(jù)對系統(tǒng)電子元件和制動(dòng)控制器的反應(yīng)來控制直線移動(dòng)。定子的安裝系統(tǒng)由鉆具的控制電子元件來啟動(dòng)，即由圖24中所示的位置信號敏感制動(dòng)控制器266和效率控制276來啟動(dòng)，從而鉆具位于井眼內(nèi)的情況下能獲得可調(diào)節(jié)的定位，并在鉆具工作的同時(shí)能有效地把渦輪機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩保持在期望的限度內(nèi)，以便有效地進(jìn)行運(yùn)作。
這種渦輪控制機(jī)構(gòu)可被用于降低以高流速的渦輪機(jī)的動(dòng)力輸出。在流速更低時(shí)，渦輪機(jī)將以最大效率運(yùn)作，以確保渦輪機(jī)動(dòng)力總是大于陽抗動(dòng)力。由于渦輪控制機(jī)構(gòu)主要對流速變化進(jìn)行反應(yīng)，因此，它的響應(yīng)帶寬不需要非常高。
根據(jù)前面所述，很明顯，本發(fā)明能獲得在此描述的發(fā)明目的和特征，也能實(shí)現(xiàn)在此公開的裝置中所固有的發(fā)明目的和特征。
對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以很容易地采用其它的特定形式，而這并沒有脫離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和必要特征。這里的實(shí)施例應(yīng)被認(rèn)為是說明性的，而不是限制性的，本發(fā)明的范圍是由權(quán)利要求限定的，而不是由前面的描述來確定的，本發(fā)明包括了屬于權(quán)利要求中的等效方案的各種變型。
權(quán)利要求
1.一種用于鉆井并同時(shí)利用自動(dòng)控制的旋轉(zhuǎn)可控鉆井系統(tǒng)對一鉆頭進(jìn)行方向控制的方法，包括(a)轉(zhuǎn)動(dòng)與鉆桿相連的一鉆具套管，所說的鉆具套管限定出一條縱軸線；(b)利用鉆頭桿軸線定位裝置，反向轉(zhuǎn)動(dòng)被支撐在所說鉆具套管內(nèi)的一鉆頭桿的縱軸線，以便在所說的鉆具套管內(nèi)圍繞一旋轉(zhuǎn)點(diǎn)旋轉(zhuǎn)移動(dòng)，所說的鉆頭桿被所說的鉆具套管可轉(zhuǎn)動(dòng)地驅(qū)動(dòng)，并用于支撐一鉆頭；(c)把方向控制信號傳送到所說的鉆頭桿軸線定位裝置，通過所說的鉆頭桿軸線定位裝置使所說的鉆頭桿軸繞所說的旋轉(zhuǎn)點(diǎn)相對于所說的鉆具套管進(jìn)行同步反向轉(zhuǎn)動(dòng)，并使所說的鉆頭桿縱軸線保持基本對地靜止，并在所說鉆頭桿轉(zhuǎn)動(dòng)期間通過所說的鉆具套管使其相對于所說的鉆具套管的縱軸線可選擇性地軸向傾斜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所說的方向控制信號的傳送包括(a)檢測所說鉆具套管的位置和方向以及所說鉆頭桿軸線相對于所說鉆具套管的角度位置，并產(chǎn)生實(shí)時(shí)位置信號；(b)對所說實(shí)時(shí)位置信號以電子方式進(jìn)行處理，并產(chǎn)生方向控制信號；(c)利用所說的方向控制信號控制所說的鉆頭桿軸線定位裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所說的方向控制信號的傳送包括(a)從一地面位置向所說的旋轉(zhuǎn)可控鉆井系統(tǒng)的板上電子元件傳送控制信號；(b)利用所說的方向控制信號控制所說的鉆頭桿軸線定位裝置；
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所說的對鉆頭桿的縱軸線的保持包括對所說的方向控制信號進(jìn)行響應(yīng)，利用所說的鉆頭桿軸線定位裝置可選擇性地把所說的鉆頭桿的縱軸線定位在與相對于所說鉆具套管的縱軸線成零度和最大角度之間的任何一個(gè)選定的位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所說的方法，其特征在于所說的對鉆頭桿的縱軸線進(jìn)行選擇性定位是根據(jù)在鉆進(jìn)期間對所說的方向控制信號進(jìn)行響應(yīng)來實(shí)現(xiàn)的。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所說的方法，其特征在于還包括選擇性地可轉(zhuǎn)動(dòng)地對一第一環(huán)和一笫二環(huán)進(jìn)行定位，第一環(huán)在所說的鉆頭桿軸線定位裝置內(nèi)與偏移心軸的縱軸線是偏心的，第二環(huán)與所說鉆頭桿的縱軸線是同心設(shè)置的，利用所說的第一環(huán)和第二環(huán)之間的相互配合關(guān)系，使鉆頭桿的縱軸線相對于所說鉆具套管的縱軸線形成所選定的角度。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于該方法還包括在鉆井期間，選擇性地改變所說第一環(huán)和第二環(huán)的相對位置，從而改變所說鉆頭桿的縱軸線與所說鉆具套管的縱軸線之間的夾角，從而在鉆井進(jìn)行的同時(shí)改變所鉆井眼的方向控制路線。
8.一種用于鉆井的自動(dòng)控制的旋轉(zhuǎn)可控的鉆井系統(tǒng)，包括(a)一鉆具套管，適合與一鉆桿相連，以便通過鉆桿轉(zhuǎn)動(dòng)，并限定一條縱軸線；(b)一鉆頭桿，被支撐在所說的鉆具套管內(nèi)，圍繞一旋轉(zhuǎn)點(diǎn)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)移動(dòng)，并由所說的鉆具套管可轉(zhuǎn)動(dòng)地驅(qū)動(dòng)，所說的鉆頭桿限定一條縱軸線并適合支撐一鉆頭；(c)設(shè)在所說鉆具套管內(nèi)的裝置，用于動(dòng)態(tài)地檢測所說鉆頭桿的縱軸線與所說鉆具套管的縱軸線之間夾角，并提供鉆頭桿位置信號；(d)用于處理所說檢測裝置的鉆頭桿信號的裝置，該裝置使得鉆頭桿圍繞所說旋轉(zhuǎn)點(diǎn)相對于鉆具套管的轉(zhuǎn)動(dòng)作同步反轉(zhuǎn)，并在鉆具套管轉(zhuǎn)動(dòng)鉆頭桿期間，使所說的鉆頭桿的縱軸線基本保持對地靜止，并且相對于鉆具套管可選擇性地軸向傾斜。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的自動(dòng)控制的旋轉(zhuǎn)可控鉆井系統(tǒng)，其特征在于還包括(e)一偏移心軸，可轉(zhuǎn)動(dòng)地設(shè)置在所說鉆具套管內(nèi)，并與所說的鉆頭桿具有偏移驅(qū)動(dòng)關(guān)系，以便向所說的鉆頭桿施加旋轉(zhuǎn)移動(dòng)，并使所說的鉆頭桿圍繞一旋轉(zhuǎn)點(diǎn)在所說的鉆具套管內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)；(f)向所說偏移心軸施加反轉(zhuǎn)的裝置，轉(zhuǎn)動(dòng)的頻率與所說鉆具套管的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率相同。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的自動(dòng)控制的旋轉(zhuǎn)可控鉆井系統(tǒng)，其特征在于所說的偏移心軸限定了一條與所說的鉆具套管的縱軸線相一致的縱軸線，并與所說的鉆頭桿之間具有可變化的驅(qū)動(dòng)連接，以便在零度與預(yù)定的最大角度之間選擇性地調(diào)節(jié)鉆頭桿的縱軸線與鉆具套管的縱軸線之間的夾角關(guān)系。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的自動(dòng)控制的旋轉(zhuǎn)可控鉆井系統(tǒng)，其特征在于還包括(g)位置測量裝置，提供位置信號，這些位置信號表示在鉆具套管和鉆頭桿轉(zhuǎn)動(dòng)期間鉆具套管的實(shí)時(shí)位置和鉆頭桿相對鉆具套管的角度位置；(h)電子信號處理裝置，用于處理所說的位置信號，并當(dāng)鉆頭桿相對于鉆具套管的角度位置超過允許范圍時(shí)，提供糾正信號；(i)對所說的糾正信號進(jìn)行響應(yīng)的裝置，用于把鉆頭桿相對于鉆具套管的角度位置調(diào)節(jié)到允許范圍內(nèi)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的自動(dòng)控制的旋轉(zhuǎn)可控鉆井系統(tǒng)，其特征在于所說的可變的驅(qū)動(dòng)連接包括(a)所說的偏移心軸限定了一個(gè)用于接受鉆頭桿的一端的鉆頭桿驅(qū)動(dòng)接受器，并與所說的縱軸線偏心設(shè)置；(b)一對相互配合的偏心環(huán)，設(shè)置在所說鉆頭桿驅(qū)動(dòng)接受器內(nèi)，相對相互配合的偏心環(huán)中的一個(gè)偏心環(huán)與鉆頭桿呈傳送力的關(guān)系接觸，另一個(gè)偏心環(huán)與鉆頭桿驅(qū)動(dòng)接受器呈傳送力的關(guān)系接觸，所說的相互配合的偏心環(huán)能相互定位，以便對鉆具套管的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線及鉆頭桿的縱軸線進(jìn)行角度定位；(c)用于對所說相互配合的偏心環(huán)進(jìn)行選擇性定位的裝置。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的自動(dòng)控制的旋轉(zhuǎn)可控鉆井系統(tǒng)，其特征在于所說的向偏移心軸施加反向轉(zhuǎn)動(dòng)的裝置包括(a)一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)馬達(dá)，設(shè)置在所說的鉆具套管內(nèi)，與所說的偏移心軸呈旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)關(guān)系；(b)設(shè)置在所說鉆具套管內(nèi)用于向所說轉(zhuǎn)動(dòng)馬達(dá)提供驅(qū)動(dòng)動(dòng)力的裝置；(c)用于控制所說轉(zhuǎn)動(dòng)馬達(dá)的運(yùn)作的裝置，它是根據(jù)對轉(zhuǎn)動(dòng)的實(shí)時(shí)測量和鉆頭桿相對于鉆具套管的角度位置來進(jìn)行控制的。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的自動(dòng)控制的旋轉(zhuǎn)可控鉆井系統(tǒng)，其特征在于(a)一個(gè)基于位置的控制環(huán)，與所說的自動(dòng)控制的旋轉(zhuǎn)可控鉆井系統(tǒng)成為一體，所說的系統(tǒng)包括磁強(qiáng)計(jì)、加速度計(jì)和用于傳送位置指示信號的陀螺儀傳感器；(b)系統(tǒng)電子元件處理所說的位置指示信號，并提供馬達(dá)控制信號輸出，用于控制所說轉(zhuǎn)動(dòng)馬達(dá)的運(yùn)作。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的自動(dòng)控制的旋轉(zhuǎn)可控鉆井系統(tǒng)，其特征在于(a)所說的轉(zhuǎn)動(dòng)馬達(dá)是一個(gè)電動(dòng)機(jī)；(b)用于驅(qū)動(dòng)所說電動(dòng)機(jī)的裝置是一個(gè)用渦輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的交流發(fā)電機(jī)，該交流發(fā)電機(jī)設(shè)置在所說的鉆具套管內(nèi)，提供一個(gè)電流輸出，該電流輸出與所說的電動(dòng)機(jī)以操作的關(guān)系相連。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的自動(dòng)控制的旋轉(zhuǎn)可控鉆井系統(tǒng)，其特征在于(a)所說的轉(zhuǎn)動(dòng)馬達(dá)是一個(gè)電動(dòng)機(jī)；(b)用于驅(qū)動(dòng)所說電動(dòng)機(jī)的裝置是一個(gè)用渦輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的交流發(fā)電機(jī)，該交流發(fā)電機(jī)設(shè)置在所說的鉆具套管內(nèi)，提供一個(gè)電流輸出，該電流輸出與所說的電動(dòng)機(jī)以操作的關(guān)系相連；還包括(g)制動(dòng)裝置，設(shè)置在所說的鉆具套管內(nèi)，用于選擇性地向所說偏移心軸施加轉(zhuǎn)動(dòng)制動(dòng)力。
17.、根據(jù)權(quán)利要求13所述的自動(dòng)控制的旋轉(zhuǎn)可控鉆井系統(tǒng)，其特征在于(a)所說的轉(zhuǎn)動(dòng)馬達(dá)是一液壓馬達(dá)，該液壓馬達(dá)具有旋轉(zhuǎn)制動(dòng)能力，以便向所說的偏移心軸施加旋轉(zhuǎn)制動(dòng)力；(b)用于驅(qū)動(dòng)所說液壓馬達(dá)的裝置是一個(gè)鉆井液驅(qū)動(dòng)的渦輪機(jī)，該渦輪機(jī)設(shè)置在鉆具套管內(nèi)，提供一旋轉(zhuǎn)動(dòng)力輸出，該動(dòng)力輸出與一液壓泵呈旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)關(guān)系相連。
18.根據(jù)權(quán)利要求8所述的自動(dòng)控制的旋轉(zhuǎn)可控鉆井系統(tǒng)，其特征在于(a)一萬向節(jié)被設(shè)置在所說的鉆具套管內(nèi)，支撐所說的鉆頭桿，以便相對于鉆具套管進(jìn)行旋轉(zhuǎn)移動(dòng)；(b)所說的萬向節(jié)具有力傳送支撐裝置，允許鉆頭桿繞所說的與鉆具套管的縱軸線相一致的旋轉(zhuǎn)點(diǎn)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并把力從鉆頭桿傳送到鉆具套管，從鉆具套管傳送到鉆頭桿。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的自動(dòng)控制的旋轉(zhuǎn)可控鉆井系統(tǒng)，其特征在于還包括(e)密封裝置，與所說的鉆具套管和鉆頭桿密封配合，并形成一個(gè)內(nèi)腔，所說的萬向節(jié)被設(shè)置在這個(gè)內(nèi)腔內(nèi)；(f)一保護(hù)和潤滑液體介質(zhì)，位于所說的密封的內(nèi)腔內(nèi)，以便對萬向節(jié)進(jìn)行保護(hù)和潤滑。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的自動(dòng)控制的旋轉(zhuǎn)可控鉆井系統(tǒng)，其特征在于(e)所說的密封裝置是一個(gè)管狀結(jié)構(gòu)的波紋密封件，它的一端被密封到所說的鉆具套管上，另一端被密封到所說的鉆頭桿上，所說的波紋密封件把密封的內(nèi)腔與所鉆井內(nèi)的鉆井液相互分開。
21.根據(jù)權(quán)利要求8所述的自動(dòng)控制的旋轉(zhuǎn)可控鉆井系統(tǒng)，其特征在于一個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)地支撐著鉆頭桿的萬向節(jié)位于所說的鉆具套管內(nèi)，所說的萬向節(jié)包括(a)位于所說鉆具套管內(nèi)的裝置設(shè)有內(nèi)部凹坑；(b)所說的鉆頭桿設(shè)有外部凹坑，這些外部凹坑與所說的內(nèi)部凹坑對齊；(c)許多旋轉(zhuǎn)球元件，被配合在所說的內(nèi)部凹坑和外部凹坑內(nèi)，支撐著鉆頭桿，以便鉆頭桿的軸線相對于鉆具套管的縱軸線，在零度與一預(yù)定的最大角度之間，圍繞一旋轉(zhuǎn)點(diǎn)在鉆具套管內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，并與鉆頭桿和鉆具套管的縱軸線相一致。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的自動(dòng)控制的旋轉(zhuǎn)可控鉆井系統(tǒng)，其特征在于還包括推力傳送環(huán)裝置，設(shè)置在鉆頭桿與鉆具套管之間，并在旋轉(zhuǎn)點(diǎn)周圍形成球面裝置，所說的推力傳送環(huán)裝置允許鉆頭桿在鉆具套管內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，并同時(shí)在鉆頭桿與鉆具套管之間傳送力。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的自動(dòng)控制的旋轉(zhuǎn)可控鉆井系統(tǒng)，其特征在于所說的推力傳送環(huán)裝置包括(a)一第一推力環(huán)，設(shè)置在鉆頭桿和鉆具套管之間，與鉆具套管呈推力傳送關(guān)系，所說的第一推力環(huán)在所說的旋轉(zhuǎn)點(diǎn)周圍形成一凹球面部分；(b)一第一鉆頭桿轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)，設(shè)置在鉆頭桿和鉆具套管之間，并形成一凸球面部分，該凸球面部分與所說的第一推力環(huán)的凹球面部分之間能精確移動(dòng)地配合；(c)一第一保持器，與鉆頭桿呈力傳送的關(guān)系，并把所說的第一推力環(huán)和所說的第一鉆頭桿轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)以力傳送的關(guān)系與鉆頭套管和鉆頭桿固定；(d)一第二推力環(huán)，設(shè)置在鉆頭套管與鉆頭桿之間，與所說的保持器呈力傳送的關(guān)系，所說的第二推力環(huán)在旋轉(zhuǎn)點(diǎn)周圍形成一凹球面部分；(e)一第二鉆頭桿轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)，設(shè)置在鉆頭套管和鉆頭桿之間，形成一凸球面部分，與所說的第二推力環(huán)的凹球面部分之間能精確移動(dòng)的力傳送關(guān)系配合；(f)用于保持所說第二推力環(huán)和第二鉆頭桿轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)的裝置，使其相對于鉆具套管呈固定關(guān)系。
24.根據(jù)權(quán)利要求8所述的自動(dòng)控制的旋轉(zhuǎn)可控鉆井系統(tǒng)，其特征在于還包括(e)至少一個(gè)設(shè)置在鉆具套管內(nèi)的磁強(qiáng)計(jì)，提供電子輸出信號，以便在鉆具套管轉(zhuǎn)動(dòng)鉆頭桿期間，通過選擇性地對鉆頭桿進(jìn)行定向，從而動(dòng)態(tài)地對所說的鉆井系統(tǒng)進(jìn)行方向控制。
25.根據(jù)權(quán)利要求8所述的自動(dòng)控制的旋轉(zhuǎn)可控鉆井系統(tǒng)，其特征在于還包括(e)陀螺儀傳感器裝置，設(shè)置在鉆頭套管內(nèi)，提供電子信號，以便使鉆頭桿在一段時(shí)間內(nèi)指向一個(gè)期望的角度。
26.根據(jù)權(quán)利要求8所述的自動(dòng)控制的旋轉(zhuǎn)可控鉆井系統(tǒng)，其特征在于還包括(e)具有一個(gè)參照物的鉆具套管；(f)加速度計(jì)，設(shè)置在所說的鉆具套管內(nèi)，提供電子信號，這些電子信號表示鉆具套管的該參照物與重力場之間的角度。
27.根據(jù)權(quán)利要求8所述的自動(dòng)控制的旋轉(zhuǎn)可控鉆井系統(tǒng)，其特征在于還包括(e)一個(gè)電子控制系統(tǒng)，設(shè)置在所說的鉆具套管內(nèi)，在鉆井期間，可以由所說的鉆具套管轉(zhuǎn)動(dòng)。
28.根據(jù)權(quán)利要求8所述的自動(dòng)控制的旋轉(zhuǎn)可控鉆井系統(tǒng)，其特征在于還包括(e)一推進(jìn)器，連接在所說的鉆桿內(nèi)，位于所說鉆具套管附近，觸發(fā)該推進(jìn)器，對旋轉(zhuǎn)可控鉆井系統(tǒng)的控制信號進(jìn)行響應(yīng)，以便在旋轉(zhuǎn)可控鉆井系統(tǒng)運(yùn)作期間，控制鉆頭上的重量和轉(zhuǎn)矩。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的自動(dòng)控制的旋轉(zhuǎn)可控鉆井系統(tǒng)，其特征在于還包括(f)系統(tǒng)電子元件，設(shè)置在所說的鉆具套管內(nèi)，并具有可編程推進(jìn)器控制電路；(g)一鉆井液控制閥，設(shè)置在所說的推進(jìn)器內(nèi)，并可控制地與所說的系統(tǒng)電子元件相連，所說的控制閥被系統(tǒng)電子元件可選擇性地開動(dòng)，以便在鉆井期間對推進(jìn)器鉆井液的開動(dòng)進(jìn)行控制，減小鉆頭的卡滑，控制轉(zhuǎn)矩。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的自動(dòng)控制的旋轉(zhuǎn)可控鉆井系統(tǒng)，其特征在于所說的系統(tǒng)電子元件包括可編程電路，可以對所鉆井眼的整個(gè)井眼輪廓進(jìn)行編程，并為所說的自動(dòng)旋轉(zhuǎn)可控鉆井系統(tǒng)提供井下對地的方向控制能力，允許使用所說的自動(dòng)控制的旋轉(zhuǎn)可控鉆井系統(tǒng)來對井眼的整個(gè)彎曲部分進(jìn)行鉆進(jìn)。
31.根據(jù)權(quán)利要求8所述的自動(dòng)控制的旋轉(zhuǎn)可控鉆井系統(tǒng)，其特征在于還包括(e)一泥漿馬達(dá)，連接在鉆具套管上面的鉆桿內(nèi)，使鉆具套管的轉(zhuǎn)速與鉆桿的轉(zhuǎn)速不同。
32.根據(jù)權(quán)利要求8所述的自動(dòng)控制的旋轉(zhuǎn)可控鉆井系統(tǒng)，其特征在于還包括(e)一泥漿馬達(dá)，連接在鉆具套管下面的鉆桿內(nèi)，使鉆頭的轉(zhuǎn)速與鉆桿及鉆具套管的轉(zhuǎn)速不同。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的自動(dòng)控制的旋轉(zhuǎn)可控鉆井系統(tǒng)，其特征在于還包括(f)設(shè)置在所說的鉆具套管內(nèi)的系統(tǒng)電子元件；(g)一控制閥，設(shè)置在所說的泥漿馬達(dá)內(nèi)，并可控制地與所說的系統(tǒng)電子元件相連，所說的控制閥由系統(tǒng)電子元件可選擇性地開動(dòng)，以便控制所說泥漿馬達(dá)的鉆井液的開動(dòng)。
34.根據(jù)權(quán)利要求8所述的自動(dòng)控制的旋轉(zhuǎn)可控鉆井系統(tǒng)，其特征在于還包括(e)一個(gè)推進(jìn)器，連接在鉆桿內(nèi)，位于所說鉆具套管附近，并在旋轉(zhuǎn)可控的鉆井系統(tǒng)運(yùn)作期間控制鉆頭上的重量；(f)一泥漿馬達(dá)，連接在所說的鉆桿內(nèi)，使鉆頭的轉(zhuǎn)速與鉆桿的轉(zhuǎn)速不同。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的自動(dòng)控制的旋轉(zhuǎn)可控鉆井系統(tǒng)，其特征在于還包括(h)位于推進(jìn)器流體通路內(nèi)的控制閥和所說的泥漿馬達(dá)，所說的泥漿馬達(dá)由系統(tǒng)電子元件可控制地開動(dòng)，以便控制所說推進(jìn)器和所說泥漿馬達(dá)的效率，從而調(diào)節(jié)鉆頭上的重量、轉(zhuǎn)速及鉆頭桿和鉆頭上的轉(zhuǎn)矩。
36.根據(jù)權(quán)利要求8所述的自動(dòng)控制的旋轉(zhuǎn)可控鉆井系統(tǒng)，其特征在于還包括(e)一柔性管，連接在所說鉆桿內(nèi)，位于所說的鉆具套管附近，以便提高鉆頭桿相對于鉆具套管的角度位置的精度。
37.根據(jù)權(quán)利要求8所述的自動(dòng)控制的旋轉(zhuǎn)可控鉆井系統(tǒng)，其特征在于還包括(e)測量傳感器裝置，設(shè)置在所說鉆頭附近，所說的測量傳感器裝置允許進(jìn)行位置檢測和在鉆頭附近進(jìn)行測量，有利于鉆井系統(tǒng)作出井下的方向控制決定。
38.根據(jù)權(quán)利要求8所述的自動(dòng)控制的旋轉(zhuǎn)可控鉆井系統(tǒng)，其特征在于還包括(e)加速度計(jì)，與所說的鉆頭桿構(gòu)成一個(gè)整體，提供定位信號，這些定位信號反映在鉆井期間所說鉆頭桿的傾斜度。
全文摘要
用于定向鉆井的自動(dòng)控制旋轉(zhuǎn)可控向鉆井系統(tǒng),其有鉆井時(shí)由鉆桿轉(zhuǎn)動(dòng)的鉆具套管,鉆頭桿支撐鉆頭并有位于套管內(nèi)的上部分和從套管延伸的下端。鉆頭桿由套管內(nèi)萬向節(jié)可全向轉(zhuǎn)動(dòng)地支撐在上、下端之間,并由套管驅(qū)動(dòng)。用偏移心軸使鉆桿繞萬向節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)控制轉(zhuǎn)動(dòng)鉆頭的方向。由鉆井液驅(qū)動(dòng)的渦輪機(jī)與交流發(fā)電機(jī)相結(jié)合驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)使偏移心軸轉(zhuǎn)動(dòng)并由位置檢測元件信號輸入伺服控制。用制動(dòng)器使偏移心軸和鉆頭桿軸線保持對地靜止?；虬褱u輪機(jī)連到偏移心軸,使偏移心軸相對于鉆具套管轉(zhuǎn)動(dòng)。
文檔編號E21B44/00GK1299915SQ99127889
公開日2001年6月20日 申請日期1999年12月10日 優(yōu)先權(quán)日1998年2月5日
發(fā)明者A·G·E·科斯馬拉, A·C·皮索尼, D·K·皮洛沃羅, S·J·克特索尼斯 申請人:施盧默格控股有限公司