НАПРАВЛЯЮЩИЙ БЛОК ДЛЯ НАПРАВЛЕННОГО БУРЕНИЯ СКВАЖИНЫ (ВАРИАНТЫ) И СПОСОБ НАПРАВЛЕННОГО БУРЕНИЯ СКВАЖИНЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НАПРАВЛЯЮЩЕГО БЛОКА Российский патент 2024 года по МПК E21B7/06 

Перекрестная ссылка на родственные заявки

Данная заявка является заявкой РСТ и испрашивает приоритет по заявке на патент США №16/378421, поданной 8 апреля 2019 г., полное содержание которой включено сюда путем ссылки.

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к области систем направленного бурения и к способу контроля направления в процессе бурения вертикальной или горизонтальной скважины. Более конкретно, настоящее изобретение относится к направляющему блоку, который должен быть размещен в бурильной колонне для направленного бурения.

Уровень техники

Системы направленного бурения - это системы, хорошо известные в области бурения нефтяных и газовых скважин. Такая система обычно содержит бурильную колонну с компоновкой низа бурильной колонны (ВНА), содержащей направляющий блок и буровое долото, прикрепленное к нижнему концу бурильной колонны.

В направленном бурении, компоновка низа бурильной колонны обычно содержит блок измерения в процессе бурения (MWD), содержащий датчики для измерения информации о направлении (угла наклона и азимута) скважины и других буровых параметров в процессе бурения, и содержит телеметрические передатчики для передачи данных датчиков вверх по стволу скважины в наземный блок управления. Кроме того, для контроля направления, обычная компоновка низа бурильной колонны содержит забойный двигатель и кривой переводник, соединенный с валом для вращения бурового долота. По выбору, роторная управляемая система (RSS) может либо заменять, либо использоваться в комбинации с забойным двигателем для обеспечения контроля направления. Преимущество RSS состоит в том, что она позволяет осуществлять управляемое бурение при вращении всей бурильной колонны, в то время как при использовании забойного двигателя бурение осуществляется посредством удерживания бурильной колонны неподвижной в конкретном направлении (или угле установки отклонителя) с поверхности. Проходка с постоянным вращением бурильной колонны имеет множество преимуществ, включая значительное уменьшение трения между бурильной колонной и стволом скважины, что позволяет осуществлять бурение более длинных горизонтальных скважин.

Роторные управляемые системы обычно содержат трубчатый кожух, включающий в себя вал, содержащий передний конец, соединенный напрямую или не напрямую с буровым долотом. В кожухе могут быть размещены различные типы направляющих механизмов для изменения ориентации переднего конца вала и изменения направления бурения. Первая категория роторных управляемых систем - это системы, которые работают в режиме «отклонения долота» («push the bit»), вторая категория роторных управляемых систем - это системы, которые работают в режиме «направления долота» («point the bit»). В режиме «push the bit» определяющим фактором направленного бурения является боковое (или поперечное) усилие, оказываемое на долото. В режиме «point the bit» определяющим фактором для направленного бурения является изменение угла наклона или поворот долота. Каждая категория роторных управляемых систем может быть разделена на подкатегории.

В роторных управляемых системах, работающих в режиме «push the bit», кожух содержит башмаки или какой-либо другой механизм смещения, который выполнен с возможностью селективного приведения в действие для оказания реактивного бокового усилия на вал, таким образом изменяя ориентацию бурового долота.

Первая подкатегория роторных управляемых систем, работающих в режиме отклонения долота, содержит невращающийся (или медленно вращающийся) кожух, снабженный множеством башмаков, распределенных по окружности кожуха и направленных к стволу скважины. Башмаки селективно приводятся в движение, чтобы надавливать на ствол скважины и изменять ориентацию кожуха, которая отклоняет вал и оказывает требуемое боковое усилие на буровое долото, таким образом отклоняя буровое долото в сторону в предпочтительном направлении бурения.

Вторая подкатегория роторной управляемой системы, работающей в режиме «push the bit», содержит невращающийся (или медленно вращающийся) кожух, снабженный жестко закрепленным стабилизатором, и отклоняющее устройство, расположенное внутри периферии кожуха и направленное к валу. Внутреннее отклоняющее устройство селективно приводится в движение, чтобы отдвигать вал от центра стабилизированного кожуха и соответственно центра ствола скважины, обеспечивая боковое усилие на буровое долото.

Другая подкатегория роторной управляемой системы, работающей в режиме «push the bit», содержит вращающийся кожух, снабженный множеством башмаков, распределенных по окружности кожуха и направленных к стволу скважины. Башмаки вращаются вместе с кожухом и способны независимо перемещаться из втянутого в выдвинутое положение, упираясь в ствол скважины и отодвигая кожух от центра от ствола скважины, таким образом изменяя его ориентацию. Данная система дополнительно содержит средство управления, которое приводит в движение один башмак, когда данный башмак выходит за пределы выбранного радиального угла, так что башмак надавливает на ствол скважины в выбранном направлении, чтобы изменять ориентацию кожуха, которая отклоняет вал и оказывает требуемое усилие смещения на буровое долото. При бурении в мягких породах недопустимо использовать систему направленного бурения, которая поджимает башмаки к стволу скважины, в частности при вращении упомянутых башмаков.

Для роторных управляемых систем, конфигурированных для работы в режиме «push the bit», основным способом, используемым для отклонения бурового долота, является изгибание вала внутри центрированного невращающегося (или медленно вращающегося) кожуха, таким образом отклоняя вал от центральной оси скважины. В этом случае невращающийся кожух включает какое-либо средство, противодействующее вращению, и механизм для отклонения вала внутри невращающегося кожуха. В этом случае изгибание во время вращения кожуха может вызывать усталость на валу, и вал может разрушиться или деформироваться по истечении некоторого времени использования. Возможные решения проблемы включают использование дорогостоящих материалов и могут потребовать увеличения диаметра вала, который ограничивает доступное поперечное сечение для механизмов смещения, источника энергии и контрольно-измерительных приборов.

Помимо упомянутых категорий роторных управляемых систем, существуют также гибридные роторные управляемые системы, которые способны работать как в режиме «push the bit», так и в режиме «point the bit», в зависимости от конфигурации. Пример такой гибридной роторной управляемой системы раскрыт в патенте США №7,188,685. Данная роторная управляемая система содержит верхний блок, соединенный с направляющим блоком, и буровое долото, соединенное с направляющим блоком. Верхний блок соединен с кольцом, на котором предусмотрен верхний стабилизатор. Направляющий блок содержит нижний стабилизатор и соединен с верхним блоком посредством вертлюга, который представляет собой универсальный шарнир с двумя степенями свободы, так что вертлюг расположен между нижним стабилизатором и буровым долотом. Между направляющим блоком и верхним блоком расположены поршни, которые приводятся в движение, чтобы надавливать на направляющий блок, который поворачивается на универсальном шарнире. Направляющий блок отклоняется до тех пор, пока нижний стабилизатор не приходит в контакт с породой, при этом поршни действуют так, чтобы продвигать долото через породу. Когда порода пробурена, ограничение, накладываемое породой, снимается, периферия направляющего блока может отклоняться дальше, и затем рабочий инструмент начинает работать как система, работающая в режиме «point the bit». Вращение направляющего блока относительно башмаков вызывает трение, которое может вызывать износ данных деталей и вибрацию направляющего блока, которая может влиять на качество ствола скважины.

Желательно создать роторную управляемую систему, которая лишена недостатков известных устройств и которая обеспечивает:

- бурение скважины или в режиме «push the bit» или в режиме «point the bit»;

- режим направления долота, который минимизирует внутренние циклические изгибающие напряжения;

- относительно высокие скорости набора кривизны (или интенсивность искривления);

- конфигурацию, которая является простой в обслуживании на месте эксплуатации;

- способность изменять скорость набора кривизны (или интенсивность искривления) при обеспечении независимого контроля управляемости;

- надлежащий контроль направления бурения с меньшей вибрацией.

Сущность изобретения

В соответствии с первым аспектом настоящее изобретение относится к направляющему блоку 100, содержащему кожух 136, имеющий продольную ось 101, и шпиндель 102, содержащий передний соединительный конец 103 и задний соединительный конец 104, причем шпиндель 102 проходит через кожух 136 и расположен в первом положении коаксиально продольной оси 101 кожуха 136, причем направляющий блок отличается тем, что он содержит:

- отклоняющее устройство для оказания бокового усилия на шпиндель 102 так, чтобы отклонять передний соединительный конец 103 шпинделя 102 от продольной оси 101, и

- блок ориентации отклонителя для поворота переднего соединительного конца 103 шпинделя 102 в требуемом направлении;

причем шпиндель 102 выполнен с возможностью вращения относительно кожуха, отклоняющего блока и блока ориентации.

Предпочтительно, шпиндель 102 соединен с кожухом 136 посредством подшипникового узла, содержащего сферическое гнездо 105, расположенное вокруг группы шариковых подшипников 130.

Предпочтительно, блок ориентации отклонителя содержит:

- ориентирующую муфту 106, по меньшей мере частично содержащуюся в упомянутом кожухе 136 и расположенную вокруг шпинделя 102, причем ориентирующая муфта 106 содержит первую часть 106а муфты с отверстием, расположенным коаксиально продольной оси 101 кожуха 136, и вторую часть 106b муфты с отверстием, расположенным коаксиально второй оси 137, расположенной под углом относительно продольной оси 101 кожуха 136; и

- систему привода для вращения ориентирующей муфты 106.

Предпочтительно, упомянутое отклоняющее устройство представляет собой отклоняющий блок, содержащий:

- отклоняющую муфту 107, расположенную вокруг шпинделя 102 и коаксиально второй оси 137, и;

- систему привода для перемещения отклоняющей муфты 107 вдоль второй оси 137.

Предпочтительно, система привода для вращения ориентирующей муфты 106 содержит первый зубчатый активатор 108, который входит в зацепление с зубчатой поверхностью 109 ориентирующей муфты 106.

Предпочтительно, система привода для перемещения ориентирующей муфты 106 вдоль второй оси 137 содержит:

- первую приводную муфту 110, окружающую шпиндель 102 и по меньшей мере частично содержащуюся в первой части 106а ориентирующей муфты 106, причем первая приводная муфта 110 содержит:

зубчатую поверхность 111, и

зубчатый конец 112, направленный к упомянутому отверстию второй части 106b ориентирующей муфты 106;

- второй зубчатый активатор 113, который входит в зацепление в зубчатой поверхностью 111 первой приводной муфты 110;

- вторую приводную муфту 114, окружающую шпиндель 102, содержащуюся в второй части 106b ориентирующей муфты 106, удерживаемую посредством упора 115 в второй части 106b муфты и расположенную вокруг отклоняющей муфты 107, причем вторая приводная муфта 114 содержит:

зубчатый конец 116, который входит в зацепление с упомянутым зубчатым концом 112 первой приводной муфты 110, и

спиральное направляющее средство 117, предусмотренное на ее внутренней поверхности;

линейное направляющее средство 118, предусмотренное в второй части 106b ориентирующей муфты 106.

Предпочтительно, отклоняющая муфта 107 содержит:

- первую сторону со спиральным кулачковым роликом 119, который входит в зацепление с упомянутым спиральным направляющим средством 117 во второй приводной муфте 114;

- вторую сторону со вторым кулачковым роликом 120, который входит в зацепление с упомянутым линейным направляющим средством 118.

Предпочтительно, между отклоняющей муфтой 107 и упомянутым шпинделем 102 расположен блок сферического гнезда 121а и шарикового подшипника 121b.

Предпочтительно, внешняя поверхность кожуха 136 дополнительно содержит башмаки 122 контакта со стволом.

Предпочтительно, кожух 136 дополнительно содержит одну или более полостей 123, включающих аккумуляторную батарею 124, электронный блок 125 управления и двигатель 126, 127.

Предпочтительно, направляющий блок содержит первый двигатель 126 и первый зубчатый активатор 108, предназначенные для вращения ориентирующей муфты 106, и второй двигатель 127 и второй зубчатый активатор 113, предназначенные для вращения первой приводной муфты 110 системы привода для приведения в движение отклоняющей муфты 107.

В первой возможной конфигурации, направляющий блок дополнительно содержит поворотный стабилизатор-переводник 131, соединенный с упомянутым задним концом 104 шпинделя 102.

Во второй возможной конфигурации, направляющий блок дополнительно содержит поворотный переводник 135, соединенный с упомянутым передним концом 103 шпинделя 102 и соединенный с наддолотным стабилизатором-переводником 133, с его лопатками 134, удаленными от точки 139 поворота поворотного переводника 135, и который сам соединен с буровым долотом 200.

Предпочтительно, кожух выполнен не вращающимся в скважине, и служит в качестве реперной точки для направления долота.

Более предпочтительно, направляющий блок дополнительно содержит электронный блок 125 управления, выполненный с возможностью измерения любого нежелательного вращения кожуха в скважине, вычисления поправки для направления долота в требуемом направлении и внесения этих поправок в отклоняющий блок и блок ориентации отклонителя.

Во втором аспекте настоящее изобретение относится к способу направленного бурения скважины посредством размещения направляющего блока 100 в бурильной колонне, как описано в данной заявке, и в котором величину управления направлением изменяют посредством приведения в действие отклоняющего устройства.

В способе настоящего изобретения, направление бурения может быть дополнительно изменено посредством приведения в действие блока ориентации отклонителя.

В первом варианте осуществления способа настоящего изобретения, направляющий блок 100 используется в конфигурации «push the bit» с упомянутым передним концом 103 шпинделя 102, соединенным с буровым долотом 200.

Во втором варианте осуществления способа в соответствии с настоящим изобретением, направляющий блок 100 используется в конфигурации направления долота, в которой передний конец 103 шпинделя 102 соединен с вторым поворотным переводником 135, который сам соединен с наддолотным стабилизатором-переводником 133, который сам соединен с буровым долотом 200.

Настоящее изобретение может быть также описано как направляющий блок 100, содержащий кожух 136, имеющий продольную ось 101, и шпиндель 102, содержащий передний соединительный конец 103 и задний соединительный конец 104, причем шпиндель 102 проходит через кожух 136 и расположен в первом положении коаксиально продольной оси 101, отклоняющее устройство для оказания бокового усилия на шпиндель 102 в кожухе 136 так, чтобы отклонять передний соединительный конец 103 шпинделя 102 от продольной оси 101, причем направляющий блок отличается тем, что он дополнительно содержит поворотный стабилизатор-переводник, соединенный с задним концом шпинделя.

Предпочтительно, поворотный стабилизатор-переводник расположен за пределами кожуха.

В другом варианте осуществления изобретения, передний конец 103 шпинделя 102 соединен с поворотным переводником 135, который сам соединен с наддолотным стабилизатором 133, который непосредственно соединен с буровым долотом 200. Кроме того, наддолотный стабилизатор и долото могут быть объединены в одном блоке.

Предпочтительно, кожух выполнен не вращающимся или медленно вращающимся в скважине и служит в качестве реперной точки для направления долота.

Предпочтительно, направляющий блок содержит:

- отклоняющее устройство для оказания бокового усилия на шпиндель 102 в кожухе 136 так, чтобы отклонять передний соединительный конец 103 шпинделя 102 от продольной оси 101, и

- блок ориентации отклонителя для поворота переднего соединительного конца 103 шпинделя 102 в требуемом направлении;

причем шпиндель 102 выполнен с возможностью вращения относительно кожуха, отклоняющего устройства и блока ориентации отклонителя.

Предпочтительно, направляющий блок содержит устройство управления, выполненное с возможностью измерения любого нежелательного вращения кожуха в скважине, вычисления поправки для направления долота в требуемом направлении и внесения этих поправок в упомянутое отклоняющее устройство и блок ориентации отклонителя.

В способе направленного бурения скважины в соответствии с настоящим изобретением, направляющий блок 100, описанный в данной заявке, размещают в бурильной колонне, и величину направления бурения изменяют посредством оказания бокового усилия на шпиндель. В упомянутом способе, блок ориентации отклонителя может быть использован для изменения положения отклонителя бурового долота.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1а представляет собой вид в разрезе направляющего блока в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения, при этом направляющий блок соединен с буровым долотом.

Фиг. 1b представляет собой вид в разрезе направляющего блока в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения, причем направляющий блок соединен с поворотным стабилизатором-переводником, который сам соединен с буровым долотом.

Фиг. 2а представляет собой увеличенный вид в разрезе первой части направляющего блока в соответствии с вариантами осуществления, показанными на фиг. 1а и 1b.

Фиг. 2b представляет собой увеличенный вид в разрезе второй части направляющего блока в соответствии с вариантами осуществления, показанными на фиг. 1а и 1b.

Фиг. 3 представляет собой увеличенный вид в разрезе передней части направляющего блока в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг. 4 представляет собой трехмерное изображение с пространственным разделением элементов передней части направляющего блока, показанной на фиг. 3.

Фиг. 5 представляет собой трехмерное изображение внутренней стороны первой части направляющего блока, показанной на фиг. 2а.

Фиг. 6 представляет собой вид в разрезе участка направляющего блока в соответствии с вариантами осуществления разных технологий, описанных в данном документе.

Фиг. 7 представляет собой увеличенный вид в разрезе направляющего блока в соответствии с вариантами осуществления разных технологий, описанных в данном документе.

Фиг. 8 представляет собой увеличенный вид в разрезе направляющего блока в соответствии с вариантами осуществления разных технологий, описанных в данном документе.

Фиг. 9 представляет собой вид в разрезе участка направляющего блока в соответствии с вариантами осуществления разных технологий, описанных в данном документе.

Фиг. 10 представляет собой вид в разрезе направляющего блока в соответствии с вариантами осуществления разных технологий, описанных в данном документе.

Фиг. 11 представляет собой вид спереди в разрезе направляющего блока в соответствии с вариантами осуществления разных технологий, описанных в данном документе.

Фиг. 12 представляет собой вид в разрезе направляющего блока в соответствии с вариантами осуществления разных технологий, описанных в данном документе.

Фиг. 13 представляет собой блок-схему конфигурации, в которой может быть использовано и реализовано одно или более разных технологий, описанных в данном документе. Подробное описание изобретения

В соответствии с первым аспектом настоящее изобретение относится к направляющему блоку 100, который должен быть размещен в бурильной колонне для направления бурового долота в наклонно-направленной скважине.

Направляющий блок в соответствии с настоящим изобретением содержит кожух 136, имеющий продольную ось 101, и шпинель 102, содержащий передний соединительный конец 103 для соединения с буровым долотом 200 и задний соединительный конец 104 для соединения с бурильной колонной, причем шпиндель 102 проходит через кожух 136 и расположен в первом положении коаксиально продольной оси 101. направляющий блок отличается тем, что он содержит:

- отклоняющее устройство для поворота шпинделя 102 в кожухе 136 или, другими словами, для оказания бокового усилия на шпиндель так, чтобы отклонять передний соединительный конец 103 шпинделя 102 от продольной оси 101, и

- блок ориентации отклонителя для поворота переднего соединительного конца 103 шпинделя 102 в требуемом направлении;

причем шпиндель 102 выполнен с возможностью вращения относительно кожуха, отклоняющего блока и блока ориентации отклонителя.

Предпочтительно, отклоняющее устройство представляет собой отклоняющий блок, как описано выше в данном документе. В качестве альтернативы, отклоняющее устройство может представлять собой любое отклоняющее устройство, известное специалисту в данной области техники, такое как, например, поршни или башмаки, размещенные в кожухе 136 для поджатия шпинделя 102 и приводимые в движение посредством активатора.

Фиг. 1а представляет собой вид в разрезе варианта осуществления направляющего блока, конфигурированного в режиме «push the bit». Термин «push the bit» используется в качестве ссылки на конфигурации «push the bit» известных направляющих систем, в которых на шпиндель оказывается боковое усилие, чтобы изменять изгиб шпинделя относительно оси кожуха. В настоящем изобретении изгиб шпинделя минимизирован посредством соединения заднего конца 104 шпинделя 102 с поворотным стабилизатором-переводником 131, так что когда на шпиндель 102 оказывается боковое усилие, шпиндель поворачивается относительно точки поворота и передний конец 103 шпинделя 102 отклоняется от оси кожуха. Передний конец шпинделя соединен с буровым долотом 200.

Предпочтительно, поворотный стабилизатор-переводник 131 размещен за пределами кожуха 136. Такое расположение упрощает конструкцию и изготовление направляющего блока, а поворотный стабилизатор-переводник 131 может быть легко удален и заменен. Поворотный стабилизатор-переводник 131 придает также больше гибкости направляющему блоку, что позволяет бурить скважину с большими интенсивностями искривления.

Фиг. 1b представляет собой вид в разрезе направляющего блока, показанного на фиг. 1а, с дополнительными средствами, расположенными между передним концом 103 шпинделя 102 и буровым долотом 200 так, что направляющий блок конфигурирован в режиме «point the bit». Задний конец 104 шпинделя 102 соединен с первым поворотным стабилизатором-переводником 131, а передний конец 103 шпинделя 102 соединен с поворотным переводником 135, который соединен с наддолотным стабилизатором 133, который соединен с буровым долотом 200. Наддолотный стабилизатор 133 содержит лопатки 134, расположенные на расстоянии от точки 139 поворота поворотного переводника 135, чтобы обеспечить оптимальный эффект «point the bit», в котором лопатки действуют как башмак-стабилизатор, не позволяющий боковой поверхности долота резать породу и поддерживающий центрирование ствола скважины в данной точке. В данной конфигурации, когда на боковую сторону шпинделя 102 оказывается усилие, шпиндель поворачивается вокруг оси 131 л поворота поворотного стабилизатора-переводника 131, передний конец 103 шпинделя ориентирован в первом направлении под углом а относительно продольной оси 101 кожуха 136. Поворотный переводник 135 позволяет бурильной колонне отклоняться от центра скважины. Шарнир, образованный наддолотным стабилизатором 133 и стенкой скважины, вынуждает буровое долото ориентироваться во втором направлении под углом β относительно продольной оси 101 кожуха, причем угол β прямо пропорционален α, но в обратном направлении, в зависимости от расстояния между точкой поворота и долотом.

Преимущество обеих вышеупомянутых конфигураций состоит в том, что шпиндель 102 не подвергается изгибу при внесении изменений в ориентацию бурового долота, так что усталостное напряжение шпинделя уменьшается, и следовательно улучшается долговечность направляющего блока и контроль направления бурового долота. Предпочтительно, поворотный переводник 135 также размещается за пределами кожуха 136 для упрощения конструкции направляющего блока и облегчения технического обслуживания.

Фиг. 2а представляет собой увеличенный вид первой части направляющего блока в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. Шпиндель 102 соединен с кожухом 136 посредством опорного блока, содержащего сферическое гнездо 105, соединенное с внутренней поверхностью кожуха 136 и расположенное вокруг группы шариковых подшипников 130, который обеспечивает возможность свободного вращения шпинделя 102 относительно кожуха 136. Сферическое гнездо 105 расположено между шпинделем 102 и кожухом 136 так, чтобы позволять шпинделю 102 поворачиваться относительно кожуха 136, и обеспечивает соединение с радиальной и/или осевой нагрузкой между шпинделем 102 и кожухом 136. Предпочтительно, опорный блок расположен рядом с задним концом кожуха и задним концом 104 шпинделя 102.

Фиг. 5 представляет собой более подробное трехмерное изображение внутренней стороны кожуха 136. Кожух 136 содержит камеры или полости 123 для размещения одной или более аккумуляторных батарей 124, электронных блоков 125 управления и двигателей 126 и 127 для сообщения с поверхностью и приведения в действие отклоняющего блока и блока ориентации отклонителя.

Фиг. 2b представляет собой увеличенный вид второй части направляющего блока, показывающий блок ориентации отклонителя и отклоняющий блок. блок ориентации отклонителя содержит ориентирующую муфту 106, содержащуюся в упомянутом кожухе 136 и расположенную вокруг шпинделя 102. Ориентирующая муфта 106 содержит первую часть 106а муфты с отверстием, коаксиальным продольной оси 101 кожуха, и вторую часть 106b муфты с отверстием, коаксиальным второй оси 137, которая наклонена относительно продольной оси 101 кожуха. Предпочтительно, внешняя поверхность второй части 106b муфты цилиндрически коаксиальна продольной оси 101 кожуха 136 и имеет внешний диаметр, приспособленный для предотвращения проникновения обломков породы в кожух. Например, внешний диаметр второй части 106b муфты больше или равен внешнему диаметру конца кожуха 136, содержащего ориентирующую муфту 106. В качестве альтернативы, внешний диаметр второй части 106b муфты может быть по существу равен или больше внутреннего диаметра конца кожуха 136, содержащего ориентирующую муфту 106. Вследствие наклона отверстия второй части 106b муфты вдоль второй оси 137, внешний диаметр второй части 106b муфты больше диаметра первой части 106а ориентирующей муфты. Для обеспечения более компактного направляющего блока, предпочтительно, ориентирующая муфта 106 частично содержится в кожухе 136, при этом первая часть 106а муфты расположена внутри кожуха 136, а вторая часть 106b муфты расположена за пределами кожуха 136. Предпочтительно, между кожухом 136 и ориентирующей муфтой 106 расположен по меньшей мере один подшипник, предпочтительно, упорный подшипник 132. Блок ориентации отклонителя дополнительно содержит систему привода для вращения ориентирующей муфты, причем система привода содержит предпочтительно первый зубчатый активатор 108, который входит в зацепление с зубчатой поверхностью 109 ориентирующей муфты. Первый зубчатый активатор 108 расположен в кожухе 136 и может приводиться в движение посредством двигателя 126. Зубчатая поверхность 109 предпочтительно расположена на внешней поверхности первой части 106а муфты внутри кожуха.

Отклоняющий блок содержит отклоняющую муфту 107, расположенную вокруг шпинделя 102 и коаксиально второй оси 137. Предпочтительно, отклоняющая муфта расположена внутри второй части 106b ориентирующей муфты 106. Отклоняющий блок дополнительно содержит систему привода для перемещения ориентирующей муфты 107 вдоль второй оси 137.

На фиг. 2b, 3 и 4 показан вариант осуществления системы привода для перемещения отклоняющей муфты 107. Система привода для перемещения отклоняющей муфты 107 содержит первую приводную муфту 110, которая окружает шпиндель 102 и которая по меньшей мере частично содержится в первой части 106а отклоняющей муфты 106, так что зубчатая поверхность 111 может входить в зацепление с вторым зубчатым активатором 113, расположенным в кожухе 136. Второй зубчатый активатор 113 может приводиться в движение посредством второго двигателя 127. Первая приводная муфта 110 дополнительно содержит зубчатый конец 112, направленный к отверстию второй части 106b ориентирующей муфты 106. Вторая приводная муфта 114 содержится внутри второй части 106b ориентирующей муфты 106, расположена коаксиально второй оси 137 и удерживается в второй части 106b муфты посредством упора 115. Вторая приводная муфта 114 окружает упомянутую отклоняющую муфту 107, которая расположена вокруг шпинделя 102. Вторая приводная муфта 114 содержит:

- зубчатый конец 116, который входит в зацепление с упомянутым зубчатым концом 112 первой приводной муфты 110, и;

- спиральное направляющее средство 117, предусмотренное на ее внутренней поверхности.

отклоняющая муфта 107 содержит:

- первую сторону, содержащую спиральный кулачковый ролик 119, который входит в зацепление с упомянутым направляющим средством 117 во второй приводной муфте 114;

- вторую строну, содержащую линейный кулачок 120, который входит в зацепление с линейным направляющим средством 118, предусмотренным в второй части 106b ориентирующей муфты 106.

Отклоняющая муфта 107 соединена со шпинделем 102 посредством опорного блока, содержащего сферическое гнездо 121а и шариковый подшипник 121b. Сферическое гнездо 121а расположено между отклоняющей муфтой 107 и шариковым подшипником 121b, который сам расположен вокруг шпинделя 102. Зазор между внутренней поверхностью отклоняющей муфты 107 и внешней поверхностью шарикового подшипника 121b обеспечивает возможность вращения шарикового подшипника 121b относительно отклоняющей муфты 107 с центром на оси 138 сферического гнезда 121а.

Для того чтобы отклонить ось 101` шпинделя относительно оси 101 кожуха, в электронный блок 125 управления передаются команды для приведения в движение второго зубчатого активатора 113, чтобы вращать первую приводную муфту 110, зубчатый конец 112 которой входит в зацепление с сопрягаемым зубчатым концом 116 второй приводной муфты 114, расположенной наклоном относительно первой приводной муфты 110. Упомянутые команды передаются в электронный блок управления, например, через телеметрические передатчики. Внутренняя поверхность второй приводной муфты 114 содержит спиральное направляющее средство 117, входящее в зацепление со спиральным кулачковым роликом 119 отклоняющей муфты 107. Спиральный кулачковый ролик 119 предпочтительно расположен в задней стороне отклоняющей муфты 107, ориентированной к первой приводной муфте 110. Передняя сторона отклоняющей муфты 107, которая ориентирована к переднему концу 103 шпинделя 102, содержит второй кулачковый ролик 120, который входит в зацепление с линейным направляющим средством 118, которое закреплено во второй части 106b ориентирующей муфты. Линейное направляющее средство 118 предохранено от вращения вместе с второй приводной муфтой, так что вращение второй приводной муфты 114 вызывает перемещение отклоняющей муфты 107 вдоль второй оси 137 отверстия второй части 106b ориентирующей муфты 106. Данное перемещение отклоняет шпиндель 102 из положения, параллельного оси 101 кожуха 136, во второе положение, наклонное относительно оси 101 кожуха 136. Опорный блок, расположенный между отклоняющей муфтой 107 и шпинделем 102, допускает свободное вращение шпинделя 102 относительно отклоняющей муфты 107 и ориентирующей муфты 106 и обеспечивает сцепление между данными деталями.

Специалист в данной области техники может предложить альтернативные варианты осуществления отклоняющего блока, включающие разные варианты осуществления отклоняющей муфты 107 и средства для проталкивания отклоняющей муфты 107 вдоль второй оси 137, такие как, например, отклоняющая муфта, приводимая в движение посредством поршней или ножниц, приводимых в движение двигателем.

Для того чтобы ориентировать шпиндель 102 в требуемом направлении или, другими словами, изменять ориентацию отклонителя бурового долота, в электронный блок 125 управления передаются команды, например, через телеметрические передатчики, для приведения в движение первого зубчатого активатора 108 для вращения ориентирующей муфты 106. Электронные схемы управления могут также работать и обеспечивать контроль направления независимо от команд с поверхности посредством заложенных компьютерных алгоритмов.

В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения, кожух 136 направляющего блока содержит полость для первого двигателя 126, соединенного с первым зубчатым активатором 108, предназначенными для вращения ориентирующей муфты 106, и для второго двигателя 127, соединенного со вторым зубчатым активатором 113, предназначенными для вращения первой приводной муфты 110 системы привода для приведения в движение отклоняющей муфты 107. В таком варианте осуществления, соответственно можно передавать команды для отклонения шпинделя в требуемое смещенное положение относительно оси 101 кожуха 136, в то же время вращая шпиндель 102 вокруг оси 101 кожуха 136, чтобы ориентировать шпиндель в требуемом направлении, или другими словами изменять ориентацию шпинделя на требуемый угол. Такой направляющий блок обеспечивает более эффективный контроль ориентации отклонителя и обеспечивает искривления ствола скважины более высокого качества.

Кожух 136 предпочтительно выполнен не вращающимся в скважине, например, посредством размещения на внешней поверхности кожуха множества стабилизирующих башмаков 122, приспособленных для контакта со стенками скважины. Башмаки 122 могут иметь неровную контактную поверхность или могут быть выполнены из резинового материала, чтобы обеспечить трение со стенкой скважины и препятствовать вращению кожуха. Предпочтительно, кожух 136 находится на месте, независимо от вращения шпинделя, блока ориентации отклонителя и отклоняющего блока, так что кожух 136 служит в качестве реперной точки для управления направлением. Направляющий блок настоящего изобретения позволяет упростить контроль ориентации отклонителя в пределах диапазона 360°. Направляющий блок настоящего изобретения позволяет также изменять смещение переднего конца шпинделя, чтобы изменять интенсивности искривления ствола от малых интенсивностей искривления до больших интенсивностей искривления. Гибкость направляющего блока обусловлена поворотным стабилизатором, который создает точку поворота для шпинделя, вокруг которой вращается шпиндель. Такая гибкость обеспечивает большие интенсивности искривления.

Несмотря на то, что кожух выполнен не вращающимся в скважине и предпочтительно снабжен стабилизирующими башмаками 122, может случиться так, что кожух случайно поворачивается в скважине вследствие, например, нежелательного трения в подшипниках. Для того чтобы предотвратить нежелательные отклонения в направлении, кожух 136 направляющего блока предпочтительно снабжен контроллером, включающим в себя акселерометры и другие измерительные средства для измерения отклонения кожуха 126 относительно своей первоначальной ориентации и вектора гравитационного поля. контроллер, предпочтительно, содержится в электронном блоке 125 управления и выполнен с возможностью измерения отклонений углового положения кожуха, для вычисления поправок для внесения в отклоняющий блок и блок ориентации отклонителя, чтобы направлять долото в соответствии с требуемым направлением, и для внесения данных поправок в отклоняющий блок и в блок ориентации отклонителя.

Направляющий блок 100 в соответствии с вторым вариантом осуществления настоящего изобретения содержит кожух 136, имеющий продольную ось 101, и шпиндель 102, содержащий передний соединительный конец 103 и задний соединительный конец 104, причем шпиндель 102 проходит через кожух 136 и расположен в первом положении коаксиально продольной оси 101, отклоняющее устройство для оказания бокового усилия на шпиндель 102 в кожухе 136 так, чтобы отклонять передний соединительный конец 103 шпинделя 102 от продольной оси 101, причем направляющий блок отличается тем, что он дополнительно содержит поворотный стабилизатор 131, соединенный с задним концом 104 шпинделя. Поворотный стабилизатор-переводник 131 придает больше гибкости направляющему блоку. Отклоняющее устройство может представлять собой любое отклоняющее устройство, известное в данной области техники, такое как группа поршней или башмаков, отталкивающих шпиндель 102 от продольной оси 101 кожуха 136, или отклоняющее устройство может представлять собой отклоняющий блок, описанный выше в данном документе. При оказании бокового усилия на шпиндель 102, шпиндель 102 поворачивается вокруг точки поворота поворотного стабилизатора и сгибание шпинделя предотвращается. Благодаря данной особенности можно также бурить скважины с большими интенсивностями искривления.

Предпочтительно, поворотный стабилизатор расположен за пределами кожуха 136. направляющий блок более простой в изготовлении, содержит меньше деталей в кожухе, а удаление поворотного стабилизатора для технического обслуживания облегчено.

В другой конфигурации второго варианта осуществления изобретения, передний конец 103 шпинделя 102 соединен с поворотным переводником 135, который соединен с наддолотным стабилизатором-переводником 133, который соединен с буровым долотом 200.

Предпочтительно, кожух 136 выполнен не вращающимся в скважине и служит в качестве реперной точки для управления направлением долота.

Предпочтительно, направляющий блок содержит:

- отклоняющий блок для оказания бокового усилия на шпиндель 102 в кожухе 136 так, чтобы отклонять передний соединительный конец 103 шпинделя 102 от продольной оси 101, и

- блок ориентации отклонителя для поворота переднего соединительного конца 103 шпинделя 102 в требуемом направлении;

причем шпиндель 102 выполнен с возможностью вращения относительно кожуха, отклоняющего блока и блока ориентации отклонителя.

Предпочтительно, направляющий блок содержит устройство управления, выполненное с возможностью измерения любого нежелательного вращения кожуха в скважине, вычисления поправки для использования для направления долота в требуемом направлении и для внесения данных поправок в отклоняющий блок и блок ориентации отклонителя.

Предпочтительно, блок ориентации отклонителя и отклоняющий блок могут содержать любой один из вышеперечисленных признаков для направляющего блока в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения.

Предпочтительно, второй вариант осуществления направляющего блока содержит любой из признаков первого варианта осуществления настоящего изобретения.

В соответствии с вторым аспектом настоящее изобретение относится к способу направленного бурения скважины посредством размещения в бурильной колонне направляющего блока 100 в соответствии с любым из вышеописанных вариантов осуществления, и в котором направление бурения изменяется посредством приведения в действие отклоняющего блока.

Предпочтительно, направление бурения дополнительно изменяется посредством приведения в действие блока ориентации отклонителя.

Более предпочтительно, направление бурения изменяется посредством одновременного приведения в действие отклоняющего блока и блока ориентации отклонителя.

В варианте осуществления способа настоящего изобретения, направляющий блок 100 используется в конфигурации «push the bit», в которой передний конец 103 шпинделя 102 соединен с буровым долотом 200.

В альтернативном варианте осуществления настоящего изобретения, направляющий блок 100 используется в конфигурации «point the bit», в которой передний конец 103 шпинделя 102 соединен с поворотным переводником 135, который соединен с наддолотным стабилизатором 133, содержащим лопатки 134, расположенные на расстоянии от точки 139 поворота поворотного переводника 135, при этом наддолотный стабилизатор 133 соединен с буровым долотом 200.

Кроме того, бурение первой части скважины может осуществляться посредством использования направляющего блока в конфигурации «push the bit», а бурение второй части скважины может осуществляться посредством использования направляющего блока в конфигурации «point the bit» или наоборот.

НАПРАВЛЯЮЩИЙ БЛОК С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОТКЛОНЯЮЩЕГО БЛОКА И МУФТЫ ОРИЕНТАЦИИ ОТКЛОНИТЕЛЯ

В другом варианте осуществления, направляющий блок может быть использован в бурильной колонне для направления бурового долота в наклонно-направленной скважине, где направляющий блок может включать в себя отклоняющий блок и муфту ориентации отклонителя. По аналогии с элементами направляющего блока 100, отклоняющий блок может быть использован для отклонения шпинделя в требуемое смещенное положение относительно оси направляющего блока, а муфта ориентации отклонителя может быть использована для ориентирования шпинделя в требуемом направлении (т.е. изменения ориентации шпинделя), как дополнительно описано ниже.

Например, фиг. 6 представляет собой вид в разрезе участка направляющего блока 600 в соответствии с вариантами осуществления разных технологий, описанных в данном документе. Как показано, направляющий блок 600 может включать в себя кожух 605 и шпиндель 610, причем шпиндель 610 может быть расположен внутри и выполнен так, чтобы проходить через кожух 605. Шпиндель 610 может также вращаться относительно кожуха 605. Кроме того, кожух 605 может иметь продольную ось (не показанную), которая аналогична вышеописанной продольной оси 101, а шпиндель 610 может иметь ось 611 шпинделя, которая аналогична вышеописанной оси 101 л шпинделя. В одном варианте осуществления, кожух 605 может быть выполнен так, чтобы не вращаться в скважине, так же как вышеописанный кожух 136. В одной таком варианте осуществления, для предотвращения такого вращения и центрирования данного кожуха 605 в стволе скважины может быть использован один или более башмаков 606 (аналогичных башмакам 122).

Шпиндель 610 может быть подобен вышеописанному шпинделю 102 в том смысле, что он может содержать передний соединительный конец, выполненный с возможностью соединения с буровым долотом (не показанным), и задний соединительный конец, выполненный с возможностью соединения с бурильной колонной (не показанной). Передний соединительный конец может быть расположен ниже по стволу скважины относительно заднего соединительного конца.

Как также показано, направляющий блок 600 может включать в себя отклоняющий блок 620 и муфту 650 ориентации отклонителя. Как упомянуто выше, отклоняющий блок 620 может быть выполнен так, чтобы отклонять шпиндель 610 в требуемое смещенное положение относительно продольной оси кожуха 605. Кроме того, муфта 650 ориентации отклонителя может быть выполнена так, чтобы ориентировать шпиндель 610 в требуемом направлении (т.е. изменять угол ориентации шпинделя 610).

Участок направляющего блока 600, показанный на фиг. 6, может быть аналогичен второй части направляющего блока 100, показанной на фиг. 2b и описанной выше. В частности, хотя на фиг. 6 не показано, задний соединительный конец шпинделя 610 может быть точно так же соединен с поворотным стабилизатором-переводником и/или передний соединительный конец шпинделя 610 может быть точно так же соединен с поворотным переводником, наддолотным стабилизатором, лопатками и/или буровым долотом. Кроме того, хотя на фиг. 6 не показано, шпиндель 610 может быть точно так же соединен с кожухом 605 посредством сферического гнезда и подшипников. Кроме того, хотя на фиг. 6 не показано, направляющий блок 600 может точно так же включать камеры, полости, аккумуляторные батареи и электронные блоки управления, выполненные с возможностью сообщения с поверхностью и приведения в действие одного или более двигателей, описанных ниже. Данные камеры, полости, аккумуляторные батареи и электронные блоки управления могут быть расположены внутри кожуха 605 в положении выше по стволу скважины относительно участка направляющего блока 600, показанного на фиг. 6.

Точно так же как направляющий блок 100, направляющий блок 600 может включать в себя контроллер и/или вычислительную систему, выполненную с возможностью измерения отклонений углового положения кожуха, вычисления поправок для внесения с отклоняющий блок и в муфту ориентации отклонителя, чтобы направлять долото в соответствии с требуемым направлением, и внесения данных поправок в отклоняющий блок и в муфту ориентации отклонителя. Для направления долота и/или измерения таких отклонений могут быть использованы любые датчики, известные специалистам в данной области техники.

Как показано на фиг. 6, муфта 650 ориентации отклонителя может быть связана с внутренней поверхностью кожуха 605 и выполнена так, чтобы размещаться вокруг шпинделя 610. В одном варианте осуществления, муфта 650 ориентации отклонителя может быть расположена рядом с передним соединительным концом (не показанным) шпинделя 610. Отверстие муфты 650 ориентации отклонителя может иметь ось 651, которая в дальнейшем может называться осью отклонения, которая расположена под наклоном относительно продольной оси кожуха 605. По своему функциональному назначению и расположению ось 651 отклонения может быть аналогична второй оси 137, описанной выше со ссылкой на фиг. 2b-5. Как дополнительно описано ниже, внутренняя поверхность муфты 650 ориентации отклонителя может быть связана с внешней поверхностью отклоняющей муфты 632.

Кроме того, и как дополнительно описано ниже, муфта 650 ориентации отклонителя выполнена с возможностью поворота, который может ориентировать шпиндель 610 в требуемом направлении (т.е. изменять угол ориентации шпинделя 610). Другие элементы, используемые для приведения в движение муфты 650 ориентации отклонителя, могут быть не показаны на фиг. 6, но описаны ниже.

Как также показано на фиг. 6, отклоняющий блок 620 может включать отклоняющий двигатель 622, отклоняющую шестерню 626, кольцевую шестерню 628, ходовой винт 630, отклоняющую муфту 632 и несущую каретку 640. Отклоняющий блок 620 может включать в себя другие элементы, как дополнительно описано ниже. Отклоняющая муфта 632 может быть выполнена так, чтобы по меньшей мере частично размещаться внутри кожуха 605, и может быть также выполнена так, чтобы размещаться вокруг шпинделя 610. В частности, отверстие отклоняющей муфты 632 может быть коаксиальным продольной оси кожуха 605. Как описано ниже, элементы отклоняющего блока 620 могут быть использованы для перемещения отклоняющей муфты 632 вдоль продольной оси кожуха 605.

Как показано, расположенная ниже по стволу скважины часть отклоняющей муфты 632 может быть соединена с несущей кареткой 640. Отклоняющая муфта 632 может быть соединена с несущей кареткой 640 с использованием любого варианта осуществления, известного специалистам в данной области техники. Например, внешняя поверхность каретки 640 может быть соединена с одним или более сегментами отклоняющей муфты 632, причем такие сегменты имеют более узкий внешний диаметр, чем остальная часть отклоняющей муфты 632.

Несущая каретка 640 может быть расположена в пределах наклонного отверстия муфты 650 ориентации отклонителя и может быть также выполнена с возможностью размещения вокруг шпинделя 610. Каретка 640 может быть коаксиальной с осью 651 отклонения, так что каретка 640 может быть выполнена с возможностью перемещения в пределах муфты 650 ориентации отклонителя вдоль ее оси 651 отклонения.

В некоторых вариантах осуществления, несущая каретка 640 по исполнению и конструкции может быть подобна вышеописанному блоку, состоящему из отклоняющей муфты 107, сферического гнезда 121а и шарикового подшипника 121b. В частности, сферическое гнездо 641 и шариковый подшипник каретки 640 могут быть выполнены так, чтобы обеспечивать возможность свободного вращения шпинделя 610 внутри каретки 640.

Таким образом, шпиндель 610 может быть отклонен посредством каретки 640, когда несущая каретка 640 перемещается вдоль оси 651 отклонения муфты 650 ориентации отклонителя. Как подробно описано ниже, элементы отклоняющего блока 620 могут быть использованы для перемещения отклоняющей муфты 632 вдоль продольной оси кожуха 605, которое, в свою очередь, может приводить к перемещению каретки 640 и отклонению шпинделя 610.

Отклоняющий блок

Ниже подробно описаны варианты осуществления, относящиеся к отклонению шпинделя 610 в требуемое или заданное смещенное положение относительно продольной оси кожуха 605. Фиг. 7 представляет собой увеличенный вид в разрезе направляющего блока 600 в соответствии с вариантами осуществления разных технологий, описанных в данном документе. В частности, фиг. 7 показывает дополнительные элементы отклоняющего блока 620.

Как показано, отклоняющий двигатель 622 может быть размещен в кожухе 605, например, в одной или более полостей или камер вдоль внутренней поверхности кожуха 605. В одном варианте осуществления, отклоняющий двигатель 622 может быть расположен рядом с электронными блоками управления направляющего блока 600, чтобы облегчать сообщение между двигателем 622 и электронными блоками управления.

Вал 623 может проходить вниз по стволу скважины к отклоняющей шестерне 626, где вал 623 может быть использован для приведения в движение отклоняющей шестерни 626. Отклоняющая шестерня 626 может представлять собой любую шестерню, известную в данной области техники, включая ведущую шестерню. В одном варианте осуществления, двигатель 622 может приводить в движение и/или вращать вал 623, чтобы приводить в движение и/или вращать отклоняющую шестерню 626. В одном варианте осуществления, когда двигатель 622 работает, вал 623 и отклоняющая шестерня 626 могут вращаться вокруг оси, которая параллельна продольной оси (не показанной) кожуха 605.

Внешняя поверхность отклоняющей шестерни 626 может быть выполнена так, чтобы сцепляться с внешним диаметром кольцевой шестерни 628. Кольцевая шестерня 628 может удерживаться на месте при помощи одного или более подшипников 627, соединенных с внутренней поверхностью кожуха 605. В частности, при использовании подшипников 627 кольцевая шестерня 628 может быть выполнена так, чтобы вращаться вокруг продольной оси (не показанной) кожуха 605, при этом предотвращается любое поступательное перемещение вдоль продольной оси. Кроме того, внешний диаметр кольцевой шестерни 628 может быть снабжен зубьями, так что кольцевая шестерня 628 выполнена с возможностью вращения при вращении отклоняющей шестерни 626. В одном варианте осуществления, внутренний диаметр кольцевой шестерни 628 может быть снабжен резьбой, при этом может быть использована любая резьба, известная специалистам в данной области техники. В другом варианте осуществления, внутренний диаметр кольцевой шестерни 628 может быть вращательно соединен с муфтой (не показанной), причем муфта может иметь внутренний диаметр, который снабжен резьбой.

В одном варианте осуществления, ходовой винт 630 может быть расположен на внутреннем диаметре кольцевой шестерни 628, так что внешний диаметр ходового винта 630 выполнен с возможностью зацепления посредством резьбы с резьбовым внутренним диаметром кольцевой шестерни 628. В другом варианте осуществления, ходовой винт 630 может быть расположен на внутреннем диаметре муфты, который вращательно соединен с внутренним диаметром кольцевой шестерни 628, так что внешний диаметр ходового винта 630 выполнен с возможностью зацепления посредством резьбы с резьбовым внутренним диаметром муфты. Кроме того, ходовой винт 630 может быть соединен шпонкой (не показанной) с внешним кожухом 605, так что вращение предотвращено, но линейное перемещение возможно. В одном варианте осуществления, внешний диаметр ходового винта 630 может быть снабжен резьбой так же, как внутренний диаметр кольцевой шестерни 628.

Таким образом, когда кольцевая шестерня 628 вращается, резьбовое зацепление с ходовым винтом 630 в сочетании с ограничением вращения, вызываемым шпонкой между ходовым винтом 630 и внешним кожухом 605, вынуждает ходовой винт 630 перемещаться вдоль продольной оси кожуха 605. Кроме того, ходовой винт 630 может перемещаться в конкретном направлении в пределах кожуха 605 на основе конкретного направления вращения кольцевой шестерни 628.

Кроме того, как показано на фиг. 7, ходовой винт 630 может быть расположен вокруг отклоняющей муфты 632 и шпинделя 610. В одном варианте осуществления, когда ходовой винт 630 перемещается вдоль продольной оси, отклоняющая муфта 632 может быть выполнена с возможностью перемещения в том же направлении. Как показано, ходовой винт 630 может быть расположен вокруг отклоняющей муфты 632 между парой упоров 631, выступающих из внешней поверхности отклоняющей муфты 632. Кроме того, между упорами 631 и каждым концом ходового винта 630 может быть расположена пара подшипников 633. Упор 631 может представлять собой выступ, продолжающийся из внешней поверхности отклоняющей муфты 632, пружинное стопорное кольцо или любой другой вариант осуществления, известный специалистам в данной области техники. Подшипники 633 могут представлять собой любые подшипники, известные специалистам в данной области техники.

Таким образом, когда ходовой винт 630 перемещается вдоль продольной оси вследствие вращения кольцевой шестерни 628, конец ходового винта 630 может входить в контакт с упором и/или подшипником 633 отклоняющей муфты 632. Следовательно, перемещение ходового винта 630 может вынуждать отклоняющую муфту 632 перемещаться совместно с ходовым винтом 630. В одном варианте осуществления, перемещение отклоняющей муфты 632 может быть ограничено расстоянием между расположенным ниже по стволу скважины концом кольцевой шестерни 634 и расположенным выше по стволу скважины концом муфты 650 ориентации отклонителя в пределах кожуха 605, причем упоры 631 муфты 632 могут контактировать с кольцевой шестерней 634 или расположенным выше по стволу скважины концом муфты 650 ориентации отклонителя. Кольцевая шестерня 634 может быть расположена выше по стволу скважины, чем муфта 650 ориентации отклонителя. Кольцевая шестерня 634 подробно описана ниже.

В другом варианте осуществления, ходовой винт 630 и отклоняющая муфта 632 могут вращаться независимо друг от друга. В частности, вследствие зазора между внутренним диаметром ходового винта 630 и внешним диаметром отклоняющей муфты 632, а также наличия подшипников 633, ходовой винт 630 может свободно вращаться вокруг отклоняющей муфты 632, а отклоняющая муфта 632 может точно так же свободно вращаться внутри ходового винта 630. Таким образом, можно сказать, что ходовой винт 630 и отклоняющая муфта 632 могут быть аксиально соединены друг с другом, но вращательно не соединены.

Кроме того, как отмечено выше, часть отклоняющей муфты 632 может быть соединена с несущей кареткой 640. Таким образом, поступательное перемещение ходового винта 630 может приводить к тому, что отклоняющая муфта 632 проталкивает несущую каретку 640 в том же направлении. Однако вследствие наклона отверстия муфты 650 ориентации отклонителя, несущая каретка 640 может перемещаться вдоль оси 651 отклонения муфты 650. В одном варианте осуществления, когда несущая каретка 640 перемещается вдоль оси 651 отклонения в направлении вниз по стволу скважины, несущая каретка 640 может оказывать боковое усилие на шпиндель 610, тем самым отклоняя ось 611 шпинделя 610 относительно продольной оси кожуха 605. Следовательно, отклоняющий блок 620 и его элементы (например, кольцевая шестерня 628, ходовой винт 630 и отклоняющая муфта 632) могут быть использованы для отклонения шпинделя 610 в требуемое смещенное положение относительно продольной оси кожуха 605.

В одном примерном варианте, элементы направляющего блока 600 первоначально могут быть расположены так, как показано на фиг. 6-7. В частности, ходовой винт 630 может находиться в первом положении, так что самый верхний по стволу скважины упор 631 направляющей муфты 632 может быть расположен рядом с кольцевой шестерней 634. Следовательно, отклоняющая муфта 632 не может проталкивать несущую каретку 640 дальше в наклонное отверстие муфты 650 ориентации отклонителя. В таких случаях несущая каретка 640 не может оказывать или оказывает небольшое боковое усилие на шпиндель 610, что приводит к нулевому или небольшому отклонению оси 611 шпинделя 610 относительно продольной оси кожуха 605. Для таких случаев шпиндель 610 может находиться в положении с нулевым смещением относительно продольной оси.

Однако в дальнейшем двигатель 622 может вынуждать вал 623 вращать отклоняющую шестерню 626, тем самым вызывая вращение кольцевой шестерни 628. Когда кольцевая шестерня 628 вращается, зубчатое зацепление с ходовым винтом 630 может приводить к вращению ходового винта 630 вокруг продольной оси (не показанной) кожуха 605. Ходовой винт 630 может вращаться до тех пор, пока не достигает положения, показанного на фиг. 8 и 9. Фиг. 8 представляет собой увеличенный вид в разрезе направляющего блока 600 в соответствии с вариантами осуществления разных технологий, описанных в данном документе, а фиг. 9 представляет собой вид в разрезе участка направляющего блока 600 в соответствии с вариантами осуществления разных технологий, описанных в данном документе.

Как показано, ходовой винт 630 может перемещаться в направлении ниже по стволу скважины по сравнению с его исходным положением. Следовательно, отклоняющая муфта 632 может также перемещаться ниже по стволу скважины в новое положение совместно с ходовым винтом 630. Кроме того, отклоняющая муфта 632 может проталкивать несущую каретку 640, когда муфта 632 перемещается в свое новое положение. Как показано, несущая каретка 640 может перемещаться ниже по стволу скважины вдоль оси 651 отклонения муфты 650, так что несущая каретка 640 может оказывать боковое усилие на шпиндель 610. В результате приложенного бокового усилия, ось 611 шпинделя 610 отклоняется в смещенное положение относительно продольной оси кожуха 605, как показано на фиг. 9. При использовании отклоняющего блока 620 для отклонения шпинделя 610 направляющий блок 600 может быть использован для достижения больших интенсивностей искривления во время бурения скважины. В некоторых вариантах осуществления, контроллер или вычислительная система может быть использована для приведения в действие отклоняющего двигателя 622 таким образом, что шпиндель 610 отклоняется в конкретное или заданное смещенное положение относительно продольной оси кожуха 605.

В одном варианте осуществления, направляющий блок 600 может быть уплотнен вдоль инструмента от положения вверх по стволу скважины от реперной точки 690. Такое уплотнение может позволять участку отклоняющего блока 620, включающему отклоняющий двигатель 622, отклоняющую шестерню 626, кольцевую шестерню 628, ходовой винт 630, по меньшей мере часть отклоняющей муфты 632 и соответствующие им элементы, работать в уплотненном, заполненном гидравлическим маслом объеме.

Муфта ориентации отклонителя

Варианты осуществления, связанные с ориентированием шпинделя 610 в требуемом направлении (т.е. изменением угла ориентации шпинделя 610) с использованием муфты 650 ориентации отклонителя, подробно описаны ниже. Например, фиг. 10 представляет собой вид в разрезе направляющего блока 600 в соответствии с вариантами осуществления разных технологий, описанных в данном документе. В частности, фиг. 10 показывает муфту 650 ориентации отклонителя и дополнительные соответствующие элементы. Кроме того, фиг. 10 показывает двигатель 682 ориентации отклонителя, вал 683, шестерню 686 ориентации отклонителя, кольцевую шестерню 634, ходовой винт 630, отклоняющую муфту 632, несущую каретку 640, муфту 650 ориентации отклонителя и подшипники 691.

Необходимо отметить, что фиг. 10 показывает другой разрез инструмента, отличающийся от показанного на фиг. 6-9. В частности, как показано на фиг. 11, разрез блока 600 по линии 1101 проходит через двигатель 622. Такой разрез показан на фиг. 6-9. Разрез блока 600 по линии 1102 проходит через двигатель 682. Такой разрез показан на фиг. 10 и 12. Фиг. 11 показывает вид спереди в разрезе направляющего блока 600 в соответствии с вариантами осуществления разных технологий, описанных в данном документе.

Как показано на фиг. 10, двигатель 682 ориентации отклонителя может быть расположен внутри кожуха 605, например, в одной или более полостей или камер вдоль внутренней поверхности кожуха 605. В одном варианте осуществления, двигатель 682 ориентации отклонителя может быть расположен рядом с электронными блоками управления направляющего блока 600, чтобы облегчить сообщение между двигателем 682 и электронными блоками управления.

Вал 683 может проходить вниз по стволу скважины к шестерне 686 ориентации отклонителя, при этом вал 683 может быть использован для приведения в движение шестерни 686 ориентации отклонителя. Шестерня 686 ориентации отклонителя может представлять собой любую шестерню, известную в данной области техники, включая ведущую шестерню. В одном варианте осуществления, двигатель 682 может приводить в движение и/или вращать вал 683, чтобы приводить в движение и/или вращать шестерню 686 ориентации отклонителя. В одном варианте осуществления, когда двигатель 682 работает, вал 683 и шестерня 686 ориентации отклонителя могут вращаться вокруг оси, которая параллельна продольной оси (не показанной) кожуха 605.

Внешняя поверхность шестерни 686 ориентации отклонителя может быть выполнена так, чтобы сцепляться с внешним диаметром кольцевой шестерни 634. Кольцевая шестерня 634 может удерживаться на месте при помощи одного или более подшипников. В частности, при использовании подшипников кольцевая шестерня 634 может быть выполнена так, чтобы вращаться вокруг продольной оси (не показанной) кожуха 605, при этом предотвращается любое поступательное перемещение вдоль продольной оси. Кроме того, внешний диаметр кольцевой шестерни 634 может быть снабжен зубьями, так что кольцевая шестерня 634 выполнена с возможностью вращения при вращении шестерни 686 ориентации отклонителя. Кроме того, внутренний диаметр кольцевой шестерни 634 может быть соединен шпонкой (не показанной) с отклоняющей муфтой 632. Таким образом, когда кольцевая шестерня 634 вращается, отклоняющая муфта 632 может быть выполнена так, чтобы также вращаться, при этом предотвращается любое поступательное перемещение вдоль продольной оси.

Кроме того, отклоняющая муфта 632 может быть вращательно соединена с муфтой 650 ориентации отклонителя, используя любой вариант осуществления, известный специалистам в данной области техники. Таким образом, когда отклоняющая муфта 632 вращается в конкретном направлении вокруг продольной оси, муфта 650 ориентации отклонителя может быть выполнена так, чтобы вращаться в том же направлении. Как показано на фиг. 10, внутренняя поверхность муфты 650 ориентации отклонителя может быть вращательно соединена с внешней поверхностью отклоняющей муфты 632 внутри кожуха 605. В одном варианте осуществления, внутренняя поверхность муфты 650 ориентации отклонителя может быть соединена шпонкой с внешней поверхностью отклоняющей муфты 632, так что муфта 650 ориентации отклонителя вращается вместе с отклоняющей муфтой 632. Кроме того, между внутренней поверхностью кожуха 605 и муфтой 650 ориентации отклонителя может быть размещен один или более подшипников 691, известных специалистам в данной области техники, таких как упорный подшипник.

В одном варианте осуществления, муфта 650 ориентации отклонителя может быть аналогична второй части 106b ориентирующей муфты 106, описанной выше со ссылкой на фиг. 2а-4. В частности, внешняя поверхность муфты 650 ориентации отклонителя может быть цилиндрически коаксиальна продольной оси кожуха 605. Муфта 650 ориентации отклонителя может также иметь внешний диаметр, который выполнен так, чтобы предотвращать проникновение обломков породы в кожух 605. Например, внешний диаметр муфты 650 ориентации отклонителя может быть больше или равен внешнему диаметру конца кожуха 605. В другом примере, внешний диаметр муфты 650 ориентации отклонителя может быть по существу равен или больше внутреннего диаметра конца кожуха 605. Кроме того, вследствие наклона отверстия муфты 650 ориентации отклонителя, внешний диаметр муфты 650 ориентации отклонителя может быть больше внешнего диаметра отклоняющей муфты 632.

В другом варианте осуществления, муфта 650 ориентации отклонителя может быть частично расположена в кожухе 605, при этом отклоняющая муфта 632 расположена внутри кожуха 605, а муфта 650 ориентации отклонителя расположена за пределами кожуха 605. В другом варианте осуществления, муфта 650 ориентации отклонителя может вращаться относительно кожуха 605.

Для того чтобы изменить требуемое направление шпинделя 610 (т.е. изменить угол ориентации шпинделя 610), могут быть использованы двигатель 682 ориентации отклонителя, вал 683, шестерня 686 ориентации отклонителя, кольцевая шестерня 634, отклоняющая муфта 632, несущая каретка 640 и муфта 650 ориентации отклонителя. В частности, двигатель 682 ориентации отклонителя может быть использован для вращения отклоняющей муфты 632, как упомянуто выше. Кроме того, когда отклоняющая муфта 632 вращается в конкретном направлении вокруг продольной оси, тогда муфта 650 ориентации отклонителя может быть выполнена так, чтобы вращаться в том же направлении. Когда муфта 650 ориентации отклонителя вращается, ось 651 отклонения муфты 650 ориентации отклонителя может вращаться относительно продольной оси кожуха 650. Несущая каретка 640, которая может быть расположена коаксиально оси 651 отклонения, может также вращаться при вращении муфты 650 ориентации отклонителя. Следовательно, может также изменяться угол несущей каретки 640 и оси 651 отклонения относительно продольной оси, который может изменять направление, в котором шпиндель 610 может быть отклонен относительно продольной оси.

Таким образом, при вращении муфты 650 ориентации отклонителя направление шпинделя 610 может изменяться. Следовательно, двигатель 682 ориентации отклонителя, отклоняющая муфта 632, муфта 650 ориентации отклонителя и соответствующие им элементы могут быть использованы для изменения направления шпинделя 610 (т.е. изменения угла ориентации шпинделя 610). В одном варианте осуществления, при изменении угла ориентации шпинделя 610 отклоняющая муфта 632 может принимать на себя наибольшую крутильную нагрузку по сравнению с другими элементами направляющего блока 600.

В одном примерном варианте, элементы направляющего блока 600 первоначально могут быть расположены так, как показано на фиг. 10. Двигатель 682 может приводить в движение вал 683, чтобы вращать шестерню 686 ориентации отклонителя, тем самым вызывая вращение кольцевой шестерни 634. Когда кольцевая шестерня 634 вращается, отклоняющая муфта 632 может вращаться в том же направлении. Точно так же, вращение отклоняющей муфты 632 может приводить к вращению связанной муфты 650 ориентации отклонителя, тем самым вращая ось 651 отклонения муфты 650 относительно продольной оси. Например, муфта 650 ориентации отклонителя и ее ось 651 отклонения может поворачиваться на 180°, как показано на фиг. 12. Фиг. 12 показывает вид в разрезе направляющего блока 600 в соответствии с вариантами осуществления разных технологий, описанных в данном документе. В таком примере, когда отклоненный шпиндель 610 повернут на 180°, угол ориентации шпинделя может также изменяться на 180°.

Как упомянуто выше, ходовой винт 630 и отклоняющая муфта 632 могут вращаться независимо друг от друга. В частности, вследствие зазора между внутренним диаметром ходового винта 630 и внешним диаметром отклоняющей муфты 632, а также наличия подшипников 633, ходовой винт 630 может свободно вращаться вокруг отклоняющей муфты 632, а отклоняющая муфта 632 может точно так же свободно вращаться внутри ходового винта 630. Следовательно, вращение муфты 650 ориентации отклонителя и отклоняющей муфты 632 с целью изменения угла ориентации шпинделя 610 не может повлиять на вращение ходового винта 630, поскольку ходовой винт 630 может вращаться независимо от муфты 650 ориентации отклонителя и отклоняющей муфты 632. Таким образом, изменение угла ориентации шпинделя 610 не может повлиять на перемещение ходового винта 630, отклоняющей муфты 632 или несущей каретки 640, то есть отклонение шпинделя 610 не подвержено влиянию.

В некоторых вариантах осуществления, контроллер или вычислительная система может быть использована для приведения в действие муфты 650 ориентации отклонителя и соответствующих элементов (например, двигателя 682, отклоняющей муфты 632 и др.) так, чтобы шпиндель 610 был ориентирован в конкретном или заданном направлении (т.е. под конкретным или заданным углом ориентации). Кроме того, как упомянуто выше, направляющий блок 600 может быть уплотнен от положения вверх по стволу скважины от реперной точки 690. Такое уплотнение позволяет соединению отклоняющей муфты 632 и муфты 650 ориентации отклонителя размещаться в уплотненном, заполненном гидравлическим маслом объеме.

В данном документе описаны варианты осуществления направляющего блока, используемого в бурильной колонне для направления бурового долота в наклонно-направленной скважине. В частности, направляющий блок может включать в себя отклоняющий блок, используемый для отклонения шпинделя в требуемое смещенное положение относительно оси направляющего блока, и муфту ориентации отклонителя, используемую для ориентирования шпинделя в требуемом направлении (т.е. изменения угла ориентации шпинделя).

В одном варианте осуществления, ходовой винт и отклоняющая муфта могут вращаться независимо друг от друга. В частности, ходовой винт может свободно вращаться вокруг отклоняющей муфты, а отклоняющая муфта может точно так же свободно вращаться внутри ходового винта. Таким образом, можно сказать, что ходовой винт и отклоняющая муфта могут быть аксиально соединены друг с другом, но вращательно не соединены.

Следовательно, вращение муфты ориентации отклонителя и отклоняющей муфты с целью изменения угла ориентации шпинделя не может повлиять на вращение ходового винта, поскольку ходовой винт может вращаться независимо от муфты ориентации отклонителя и отклоняющей муфты. Таким образом, изменение угла ориентации шпинделя не может повлиять на перемещение ходового винта, отклоняющей муфты или несущей каретки, то есть отклонение шпинделя не подвержено влиянию. Отсюда следует, что варианты осуществления направляющего блока, описанные в данном документе, могут потреблять меньше электроэнергии, чем блоки, в которых изменение угла ориентации отклонителя может влиять на отклонение шпинделя. Для таких других блоков, необходимо будет использовать механизмы ориентации и отклонения, чтобы предотвратить изменение в отклонении шпинделя. Это в частности может быть проблематично для таких других блоков, в которых угол ориентации отклонителя изменяется часто, а отклонение может соохраняться в течение более длительных периодов.

Кроме того, как описано выше, многие элементы направляющего блока, описанного в данном документе, могут быть расположены в уплотненном, заполненном гидравлическим маслом объеме. Другие блоки могут размещать такие элементы в буровом растворе, который может быть менее чистым, чем гидравлическое масло. При использовании гидравлического масла вместо бурового раствора, варианты осуществления, описанные в данном документе, могут обеспечить повышенную надежность, увеличенный срок службы, использование ходовых винтов с меньшим шагом резьбы, более точное позиционирование отклонения шпинделя, меньшую нагрузку на электродвигатель и большую стойкость к обратному ходу двигателя и передаточного устройства.

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА

Фиг. 13 представляет собой блок-схему аппаратной конфигурации 1300, в которой может быть использована и реализована одна или более разных технологий, описанных в данном документе. Аппаратная конфигурация 1300 может быть использована для осуществления выше вычислительной системы и/или контроллера. Аппаратная конфигурация 1300 может включать в себя процессор 1310, память 1320, устройство 1330 хранения и устройство 1340 ввода-вывода. Каждый из элементов 1310, 1320, 1330 и 1340 может быть соединен, например, с использованием системной шины 1350. Процессор 1310 может быть способен обрабатывать команды для выполнения в аппаратной конфигурации 1300. В одном варианте осуществления, процессор 1310 может представлять собой однопоточный процессор. В другом варианте осуществления процессор 1310 может представлять собой многопоточный процессор. Процессор 1310 может быть способен обрабатывать команды, хранящиеся в памяти 1320 или в устройстве 1330 хранения.

Память 1320 может хранить информацию в аппаратной конфигурации 1300. В одном варианте осуществления, память 1320 может представлять собой машиночитаемый носитель. В одном варианте осуществления, память 1320 может представлять собой энергозависимое запоминающее устройство. В другом варианте осуществления, память 1320 может представлять собой энергонезависимое запоминающее устройство.

В некоторых вариантах осуществления, устройство 1330 хранения может быть способным обеспечивать хранение большого массива данных для аппаратной конфигурации 1300. В одном варианте осуществления, устройство 1330 хранения может представлять собой машиночитаемый носитель. В других вариантах осуществления, устройство 1330 хранения может, например, включать в себя жесткий диск/дисковод, оптический диск, флэш-память или какое-либо другое устройство хранения большой емкости. В других вариантах осуществления, устройство 1330 хранения может быть внешним устройством по отношению к аппаратной конфигурации 1330. Разные варианты осуществления памяти 1320 и/или устройства 1330 хранения подробно описаны ниже.

Устройство 1340 ввода-вывода способно выполнять операции ввода-вывода для аппаратной конфигурации 1300. В одном варианте осуществления, устройство 1340 ввода-вывода может включать в себя один или более интерфейсов системы отображения, датчиков и/или портов передачи данных.

Объект данного изобретения и/или его элементы могут быть реализованы посредством команд, которые при выполнении вынуждают одно или более обрабатывающих устройств выполнять вышеописанные процессы и функции. Такие команды могут, например, содержать интерпретируемые команды, такие как команды, написанные на языке программирования, например, на языке JavaScript или ECMAScript, или исполняемый код или другие команды, хранящиеся на машиночитаемом носителе.

Варианты осуществления объекта изобретения и функциональных операций, описанных в данном описании, могут быть предусмотрены в цифровых электронных схемах или в программном обеспечении, аппаратно-реализованном программном обеспечении или аппаратном обеспечении компьютера, включая конструктивные элементы, раскрытые в данном описании, и их структурные эквиваленты, или комбинации одного или более из них. Варианты осуществления объекта изобретения, описанные в данной заявке, могут быть реализованы в виде одной или более компьютерных программных продуктов, т.е. одного или более блоков компьютерных программных команд, кодированных на материальном носителе программ для выполнения устройством обработки данных или для управления работой устройства обработки данных.

Компьютерная программа (известная также как программа, программное обеспечение, программное приложение, скрипт или код) может быть написана на любом языке программирования, включая компилируемые или интерпретируемые языки или декларативные или процедурные языки, и она может быть использована в любом виде, в том числе в виде независимой программы или в виде модуля, элемента, подпрограммы или другого элемента, пригодного для использования в вычислительной среде. Компьютерная программа необязательно соответствует файлу в файловой системе. Программа может храниться в части файла, которая содержит другие программы или данные (например, один или более скриптов, хранящихся в документе на языке разметки), в одном файле, предназначенном для рассматриваемой программы, или в множестве согласованных файлов (например, файлов, которые хранят один или более модулей, подпрограмм или частей кода). Компьютерная программа может выполняться на одном компьютере или на многих компьютерах, которые расположены в одном месте или распределены в нескольких местах и соединены между собой сетью связи.

Процессы и логические потоки, описанные в данной заявке, могут быть реализованы посредством одного или более программируемых процессоров, выполняющих одну или более компьютерных программ, для выполнения функций посредством оперирования входными данными и формирования выходной информации, тем самым связывая данный процесс с конкретной машиной, например, машиной, запрограммированной для выполнения процессов, описанных в данном документе. Процессы и логические потоки могут быть также реализованы посредством, а устройство может быть также осуществлено в виде, специализированных логических схем, например, программируемой пользователем вентильной матрицы (field programmable gate array - FPGA) или специализированной интегральной схемы (application specific integrated circuit - ASIC).

Машиночитаемые носители (например, память 1320 и/или устройство 1330 хранения), пригодные для хранения компьютерных программных команд и данных, могут включать все виды энергонезависимой памяти, носителей и запоминающих устройств, включая, в качестве примера, любые полупроводниковые запоминающие устройства (например, EPROM, EEPROM, твердотельные запоминающие устройства и флэш-память); любые магнитные диски (например, встроенные жесткие диски или сменные диски); любые магнито-оптические диски; и любые диски CD-ROM и DVD-ROM. Процессор и память могут быть дополнены специализированными логическими схемами или встроены в специализированные логические схемы.

Приведенное выше описание освещает некоторые конкретные варианты осуществления. Следует понимать, что данное описание приведено только с целью позволить специалисту в данной области техники реализовать и использовать любой указанный объект сейчас или позже посредством формулы изобретения, содержащейся в любом выданном патенте в данном документе.

Более конкретно, предполагается, что заявленное изобретение не ограничено вариантами осуществления и чертежами, содержащимися в данном документе, и включает модифицированные формы данных вариантов осуществления, включая части вариантов осуществления и комбинации элементов разных вариантов осуществления, которые находятся в пределах объема приведенной ниже формулы изобретения. Следует понимать, что в любом усовершенствовании любого такого реального варианта осуществления, то есть любом инженерном или конструкторском проекте, множество конкретных решений могут быть приняты для достижения конкретных целей разработчика, таких как соблюдение системных ограничений и ограничений, связанных с деловой активностью, которые могут варьироваться от одного варианта осуществления к другому. Кроме того, следует понимать, что такое усовершенствование может быть сложным и трудоемким, но, тем не менее, станет обычной задачей проектирования, изготовления и производства для специалистов в данной области техники, обладающих преимуществом данного изобретения. Ничто в данной заявке не считается критическим или существенным для заявленного изобретения, если прямо не отмечено как «критическое» или «существенное».

В вышеприведенном подробном описании, для обеспечения полного понимания настоящего изобретения было представлено множество конкретных деталей. Однако для специалиста в данной области техники будет понятно, что настоящее изобретение может быть осуществлено без этих конкретных деталей. В других примерах, хорошо известные методы, процедуры, элементы, схемы и сети подробно не описаны, чтобы не затруднять понимание аспектов вариантов осуществления.

Следует также понимать, что хотя для описания разных элементов в данном документе могут использоваться термины «первый», «второй» и др., эти элементы не должны быть ограничены данными терминами. Данные термины использованы только для того, чтобы отличать один элемент от другого. Например, первый предмет или этап может быть назван вторым предметом или этапом, и точно так же второй предмет или этап может быть назван первым предметом или этапом, без отхода от объема изобретения. Первый предмет или этап и второй предмет или этап представляют собой оба предмета или этапа, соответственно, но они не должны рассматриваться как один предмет или этап.

Терминология, используемая в описании настоящего изобретения, приведена только с целью описания конкретных вариантов осуществления и не предназначена для ограничения настоящего изобретения. В описании настоящего изобретения и прилагаемой формуле изобретения термины в единственном числе включают также множество, если контекст явно не указывает иное. Следует также понимать, что используемый в данном документе термин «и/или» относится к и охватывает любой и все возможные комбинации одного или более соответствующих перечисленных элементов. Следует также понимать, что термины «включает», «включающий», «содержит» и/или «содержащий», при использовании в данном описании, указывают на наличие перечисленных признаков, чисел, этапов, операций, элементов и/или деталей, но не исключают наличия или добавления одного или более других признаков, чисел, этапов, операций, элементов, деталей и/или их групп.

Используемый в данном документе термин «если» означает «когда» или «при» или «в ответ на определение» или «в ответ на обнаружение», в зависимости от контекста. Точно так же, фраза «если определено» или «если обнаружено [заданное условие или событие] может означать «при определении» или «в ответ на определение» или «при обнаружении [заданного условия или события]» или «в ответ на обнаружение [заданного условия или события]», в зависимости от контекста. Используемые в данном документе термины «верхний» и «нижний», «выше» и «ниже», «вверх» и «вниз», «под» и «над» и другие подобные термины, указывающие на относительные положения выше или ниже данной точки или элемента, могут быть использованы в связи с некоторыми вариантами осуществления разных технологий, описанных в данном документе.

Хотя вышеприведенное описание освещает варианты осуществления разных технологий, описанных в данном документе, могут быть придуманы другие и дополнительные варианты осуществления, не выходящие за рамки основного объема. Хотя объект изобретения описан языком, специфичным для конструктивных признаков и/или методологических действий, следует понимать, что объект изобретения, определенный в прилагаемой формуле изобретения, не ограничен конкретными признаками или действиями, описанными выше. Наоборот, конкретные признаки и действия, описанные выше, раскрыты в виде примерных вариантов осуществления формулы изобретения.

Группа изобретений относится к области наклонно-направленного бурения. Направляющий блок для направленного бурения скважины содержит кожух, имеющий продольную ось и расположенный в бурильной колонне для использования в скважине, шпиндель, выполненный с возможностью прохождения через кожух, отклоняющий блок, выполненный с возможностью отклонения шпинделя относительно продольной оси. Отклоняющий блок содержит отклоняющую муфту, выполненную с возможностью отклонения шпинделя на основе положения отклоняющей муфты вдоль продольной оси внутри кожуха, кольцевую шестерню, выполненную с возможностью перемещения отклоняющей муфты вдоль продольной оси в упомянутое положение, и муфту ориентации отклонителя, соединенную с отклоняющей муфтой и выполненную с возможностью размещения вокруг шпинделя, причем муфта ориентации отклонителя содержит наклонное отверстие, содержащее расположенную в нем несущую каретку. При этом несущая каретка выполнена с возможностью аксиального перемещения в муфте ориентации отклонителя и отклонения шпинделя относительно продольной оси на основе осевого положения несущей каретки в пределах наклонного отверстия. Обеспечивается бурение скважины или в режиме «push the bit», или в режиме «point the bit», режим направления долота, который минимизирует внутренние циклические изгибающие напряжения, относительно высокие скорости набора кривизны или интенсивность искривления, конфигурацию, которая является простой в обслуживании на месте эксплуатации, способность изменять скорость набора кривизны или интенсивность искривления при обеспечении независимого контроля управляемости, надлежащий контроль направления бурения с меньшей вибрацией. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 15 ил.

1. Направляющий блок для направленного бурения скважины, содержащий:

кожух, имеющий продольную ось и расположенный в бурильной колонне для использования в скважине;

шпиндель, выполненный с возможностью прохождения через кожух;

отклоняющий блок, выполненный с возможностью отклонения шпинделя относительно продольной оси, причем отклоняющий блок содержит:

отклоняющую муфту, выполненную с возможностью отклонения шпинделя на основе положения отклоняющей муфты вдоль продольной оси внутри кожуха;

кольцевую шестерню, выполненную с возможностью перемещения отклоняющей муфты вдоль продольной оси в упомянутое положение; и

муфту ориентации отклонителя, соединенную с отклоняющей муфтой и выполненную с возможностью размещения вокруг шпинделя, причем муфта ориентации отклонителя содержит наклонное отверстие, содержащее расположенную в нем несущую каретку, и при этом несущая каретка выполнена с возможностью аксиального перемещения в муфте ориентации отклонителя и отклонения шпинделя относительно продольной оси на основе осевого положения несущей каретки в пределах наклонного отверстия.

2. Направляющий блок по п. 1, в котором отклоняющий блок дополнительно содержит:

отклоняющий двигатель, выполненный с возможностью приведения в движение отклоняющей шестерни, причем отклоняющая шестерня выполнена с возможностью сцепления с внешней поверхностью кольцевой шестерни, и при этом внешняя поверхность снабжена зубьями.

3. Направляющий блок по п. 1, в котором кольцевая шестерня выполнена с возможностью вращения вокруг отклоняющей муфты и шпинделя для перемещения отклоняющей муфты.

4. Направляющий блок по п. 1, в котором отклоняющий блок дополнительно содержит:

ходовой винт, внешний диаметр которого соединен посредством резьбы с внутренним диаметром кольцевой шестерни, причем кольцевая шестерня выполнена с возможностью перемещения ходового винта вдоль продольной оси, когда кольцевая шестерня вращается вокруг отклоняющей муфты.

5. Направляющий блок по п. 4, в котором ходовой винт и кольцевая шестерня расположены в пределах объема гидравлического масла в пределах уплотненной части кожуха.

6. Направляющий блок по п. 4, в котором ходовой винт выполнен с возможностью вращения вокруг отклоняющей муфты, когда ходовой винт перемещается вдоль продольной оси.

7. Направляющий блок по п. 6, в котором ходовой винт выполнен с возможностью перемещения отклоняющей муфты вдоль продольной оси, когда ходовой винт перемещается вдоль продольной оси.

8. Направляющий блок по п. 1, в котором отклоняющая муфта соединена с несущей кареткой и выполнена с возможностью изменения осевого положения несущей каретки в пределах наклонного отверстия, когда отклоняющая муфта перемещается вдоль продольной оси.

9. Направляющий блок по п. 1, в котором муфта ориентации отклонителя и отклоняющая муфта выполнены с возможностью изменения угла ориентации шпинделя, когда муфта ориентации отклонителя и отклоняющая муфта вращаются вокруг продольной оси.

10. Направляющий блок по п. 6, в котором отклоняющая муфта выполнена с возможностью вращения вокруг продольной оси независимо от ходового винта, вращающегося вокруг отклоняющей муфты.

11. Направляющий блок для направленного бурения скважины, содержащий:

кожух, имеющий продольную ось и расположенный в бурильной колонне для использования в скважине;

шпиндель, выполненный с возможностью прохождения через кожух;

отклоняющий блок, выполненный с возможностью отклонения шпинделя относительно продольной оси, причем отклоняющий блок содержит:

отклоняющую муфту, выполненную с возможностью отклонения шпинделя на основе положения отклоняющей муфты вдоль продольной оси внутри кожуха;

ходовой винт, выполненный с возможностью перемещения отклоняющей муфты вдоль продольной оси в упомянутое положение; и

муфту ориентации отклонителя, соединенную с отклоняющей муфтой и выполненную с возможностью размещения вокруг шпинделя, причем муфта ориентации отклонителя содержит наклонное отверстие, содержащее расположенную в нем несущую каретку, и при этом несущая каретка выполнена с возможностью аксиального перемещения в муфте ориентации отклонителя и отклонения шпинделя относительно продольной оси на основе осевого положения несущей каретки в пределах наклонного отверстия.

12. Направляющий блок по п. 11, в котором отклоняющий блок дополнительно содержит:

кольцевую шестерню, приводимую в движение отклоняющим двигателем, причем кольцевая шестерня выполнена с возможностью вращения вокруг отклоняющей муфты и шпинделя для перемещения отклоняющей муфты.

13. Направляющий блок по п. 12, в котором ходовой винт и кольцевая шестерня расположены в пределах объема гидравлического масла в пределах уплотненной части кожуха.

14. Направляющий блок по п. 12, в котором внешний диаметр ходового винта соединен посредством резьбы с внутренним диаметром кольцевой шестерни, причем кольцевая шестерня выполнена с возможностью перемещения ходового винта вдоль продольной оси, когда кольцевая шестерня вращается вокруг отклоняющей муфты.

15. Направляющий блок по п. 12, в котором ходовой винт выполнен с возможностью вращения вокруг отклоняющей муфты, когда ходовой винт перемещается вдоль продольной оси.

16. Направляющий блок по п. 12, в котором отклоняющая муфта выполнена с возможностью вращения вокруг продольной оси независимо от ходового винта, вращающегося вокруг отклоняющей муфты.

17. Способ направленного бурения скважины с использованием направляющего блока, включающий:

размещение направляющего блока в бурильной колонне, причем направляющий блок содержит:

кожух, имеющий продольную ось и расположенный в бурильной колонне для использования в скважине;

шпиндель, выполненный с возможностью прохождения через кожух;

отклоняющий блок, выполненный с возможностью отклонения шпинделя относительно продольной оси, причем отклоняющий блок содержит:

отклоняющую муфту, выполненную с возможностью отклонения шпинделя на основе положения отклоняющей муфты вдоль продольной оси внутри кожуха;

кольцевую шестерню, выполненную с возможностью перемещения отклоняющей муфты вдоль продольной оси в упомянутое положение; и

муфту ориентации отклонителя, соединенную с отклоняющей муфтой и выполненную с возможностью размещения вокруг шпинделя, причем муфта ориентации отклонителя содержит наклонное отверстие, содержащее расположенную в нем несущую каретку, и при этом несущая каретка выполнена с возможностью аксиального перемещения в муфте ориентации отклонителя и отклонения шпинделя относительно продольной оси на основе осевого положения несущей каретки в пределах наклонного отверстия; и

приведение в действие отклоняющего блока для отклонения шпинделя относительно продольной оси.

18. Способ по п. 17, в котором отклоняющий блок дополнительно содержит:

ходовой винт, внешний диаметр которого соединен посредством резьбы с внутренним диаметром кольцевой шестерни, причем кольцевая шестерня выполнена с возможностью перемещения ходового винта вдоль продольной оси, когда кольцевая шестерня вращается вокруг отклоняющей муфты.

19. Направляющий блок по п. 18, в котором отклоняющая муфта выполнена с возможностью вращения вокруг продольной оси независимо от ходового винта, вращающегося вокруг отклоняющей муфты.