Исключение нижних резьбовых соединений в корпусе забойного двигателя

Группа изобретений относится к области бурения скважин забойными двигателями. Забойный двигатель содержит непрерывно выполненный корпус статора силовой секции, имеющий первый конец, второй конец и внутреннюю полость, содержащую ряд зубьев статора и участок корпуса, проходящий через нее, при этом указанные зубья статора проходят от первого конца корпуса статора силовой секции до первого конца переходного участка, при этом указанный участок корпуса проходит от второго конца переходного участка до второго конца корпуса статора силовой секции, причем указанный переходной участок образует единую комбинацию с зубьями статора; и роторный узел, содержащий ротор силовой секции, имеющий зубья ротора, которые должны быть полностью расположены во внутренней полости, при этом указанные зубья ротора должны взаимодействовать с одним или более зубьями статора для вращения роторного узла, когда буровой раствор под давлением проходит через внутреннюю полость. Обеспечивается повышение усталостной прочности забойного двигателя. 4 н. и 17 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0001] Забойные двигатели представляют собой тип винтового двигателя. Забойные двигатели используются для дополнения буровых работ за счет преобразования гидравлической энергии в механический крутящий момент и приложения такого механического крутящего момента к буровому долоту. Забойные двигатели работают при очень высоком давлении и в условиях высокого крутящего момента, и забойные двигатели могут проникать предсказуемым образом в определяемые места концентрации напряжений. В настоящее время по-прежнему существует необходимость в повышении усталостной прочности и снижении стоимости обслуживания забойных двигателей.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0002] Фиг. 1 представляет собой схему буровой системы согласно некоторым вариантам реализации изобретения.

[0003] Фиг. 2А представляет собой вид в разобранном состоянии части забойного двигателя, который может использоваться в некоторых известных системах и приведенный в целях сравнения с забойными двигателями некоторых вариантов реализации изобретения.

[0004] Фиг. 2B представляет собой вид в разобранном состоянии части забойного двигателя согласно некоторым вариантам реализации изобретения.

[0005] Фиг. 3 представляет собой вид в перспективе продольного разреза части забойного двигателя для иллюстрации непрерывного корпуса статора силовой секции согласно некоторым вариантам реализации изобретения.

[0006] Фиг. 4 представляет собой вид в перспективе продольного разреза части забойного двигателя для иллюстрации сварки в непрерывном корпусе статора силовой секции согласно некоторым вариантам реализации изобретения.

[0007] Фиг. 5 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую вариант реализации способа эксплуатации забойного двигателя согласно некоторым вариантам реализации изобретения.

[0008] Фиг. 6 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую вариант реализации способа изготовления согласно некоторым вариантам реализации изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0009] Для решения некоторых из описанных выше проблем, а также других, в данном документе описаны некоторые варианты реализации забойного двигателя.

[0010] Фиг. 1 иллюстрирует буровую систему 100, в которой могут быть осуществлены некоторые варианты реализации изобретения. Буровая установка 102 расположена на поверхности 104 скважины 106. Буровая платформа 103 оснащена буровой вышкой 107. Буровая установка 102 обеспечивает поддержку бурильной колонны 108. Бурильная колонна 108 может содержать компоновку низа бурильной колонны 110, возможно расположенную в нижней части бурильной трубы 112.

[0011] Компоновка низа бурильной колонны 110 может содержать утяжеленные бурильные трубы 114, скважинный инструмент 116 и буровое долото 118. Буровое долото 118 может создавать ствол скважины 120, проникая через поверхность 104 и подземные пласты 122. Скважинный инструмент 116 может содержать любой из ряда инструментов различных типов, включая инструменты для измерения во время бурения (ИВБ), инструменты для каротажа во время бурения (КВБ) и другие.

[0012] Утяжеленные бурильные трубы 114 могут использоваться для увеличения веса бурового долота 118. Утяжеленные бурильные трубы 114 также могут повышать жесткость компоновки низа бурильной колонны 110, позволяя компоновке низа бурильной колонны 110 передавать дополнительный вес на буровое долото 118 и, в свою очередь, помогать буровому долоту 118 проникать через поверхность 104 и подземные пласты 122.

[0013] Во время буровых работ буровой насос 124 может закачивать буровой раствор (иногда известную специалисту в данной области техники как «промывочная жидкость») из бака для бурового раствора 126 через шланг 128 в бурильную трубу 112 и вниз к буровому долоту 118. Буровой раствор может вытекать из бурового долота 118 и возвращаться на поверхность 104 через кольцевое пространство 130 между бурильной трубой 112 и боковыми стенками ствола скважины. После этого буровой раствор может возвращаться в бак для бурового раствора 126, где такая жидкость фильтруется. В некоторых вариантах реализации изобретения буровой раствор может использоваться для охлаждения бурового долота 118, а также для смазывания бурового долота 118 во время буровых работ. Кроме того, буровой раствор может использоваться для удаления из подземного пласта бурового шлама, созданного при работе бурового долота 118.

[0014] Во время буровых работ бурильная колонна 108 (возможно, содержащая ведущую трубу 132, бурильную трубу 112 и компоновку низа бурильной колонны 110) может вращаться роторным столом 134. Дополнительно или в качестве альтернативного варианта, компоновка низа бурильной колонны 110 может вращаться винтовым двигателем 136 (например, забойным двигателем), расположенным в скважине. Забойный двигатель 136 может быть гидравлическим забойным двигателем объемного типа (PDM), который может содержать узел PDM серии SperryDrill^® или SperryDrill^® XL/XLS, поставляемый компанией Halliburton, Хьюстон, штат Техас. Забойный двигатель 136 может содержать многозубчатый статор (не проиллюстрирован на фиг. 1) с внутренним каналом, внутри которого расположен многозубчатый ротор (не проиллюстрирован на фиг. 1). Узел PDM работает в соответствии с принципом Муано, согласно которому, когда жидкость под давлением нагнетается в узел PDM и через ряд каналов винтовой формы, образованных между статором и ротором, жидкость под давлением действует на ротор, вызывая нутацию и вращение ротора внутри статора. Вращение ротора создает вращательное приводное усилие для бурового долота 118.

[0015] Направленное бурение также может выполняться путем вращения бурильной колонны 108 при одновременном включении забойного двигателя 136, тем самым увеличивая доступный крутящий момент и скорость бурового долота 118. Буровое долото 118 может быть различных видов, включая долота со вставными алмазами и специальные долота с поликристаллическим алмазным композитом (PDC), такие как долота FX и FS Series™, доступные, например, в компании Halliburton, Хьюстон, штат Техас.

[0016] Забойный двигатель 136 должен быть способным выдерживать нагрузки, возникающие в двух режимах бурения: нагрузка «в забое» и нагрузка «над забоем». Нагрузка «в забое» соответствует режиму работы, во время которого буровое долото 118 выполняет бурение в подземный пласт при вертикальной нагрузке от веса бурильной колонны 108, которая, в свою очередь, испытывает сжатие; иными словами, буровое долото 118 находится в забое ствола скважины. Нагрузка «над забоем» соответствует режимам работы, во время которых буровое долото 118 поднимается из забоя ствола скважины и бурильная колонна 108 испытывает растяжение (т.е. когда долото находится не в забое ствола скважины и свисает с бурильной колонны 108, например, когда бурильная колонна 108 «поднимается» из ствола скважины, или когда ствол скважины расширяется в направлении вверх по стволу скважины). Растягивающие нагрузки также возникают при циркуляции бурового раствора, когда буровое долото 118 находится «над забоем», вследствие падения давления на буровом долоте 118 и подшипниковом узле (не проиллюстрирован на фиг. 1).

[0017] Забойные двигатели 136 в соответствии с различными вариантами реализации изобретения могут противостоять вышеописанным нагрузкам без возникновения преждевременных усталостных поломок. Фиг. 2А представляет собой вид в разобранном состоянии части забойного двигателя 136, который может использоваться в некоторых известных системах и приведенный в целях сравнения с типовыми вариантами реализации изобретения. Фиг. 2B представляет собой вид в разобранном состоянии части забойного двигателя 136 согласно некоторым вариантам реализации изобретения.

[0018] Как проиллюстрировано на фиг. 2А, известный забойный двигатель 136 содержит статор силовой секции 240. Статор силовой секции 240 может соединяться с гибким корпусом 242 посредством, например, резьбы. Гибкий корпус 242 может дополнительно соединяться с вкладышем подшипника 244. Ротор силовой секции 246 может присоединяться к буровому долоту 118 через приводной вал 250 трансмиссии 248 и буровое долото 118 таким образом, что эксцентрическая сила от ротора силовой секции 246 передается как концентрическая сила буровому долоту 118. Таким образом, забойный двигатель 136 может обеспечивать приводной механизм для бурового долота 118, который по меньшей мере частично и, в некоторых случаях, полностью независим от любого вращательного движения бурильной колонны 108 (фиг. 1).

[0019] Буровое долото 118 присоединяется к концу приводного вала 250 в соответствии со способами, понятными специалистам в данной области техники, для выполнения, например, любых буровых работ, описанных ранее в данном документе со ссылкой на фиг. 1, или других буровых и разведочных работ. Ротор силовой секции 246, трансмиссия 248 и приводной вал 250 собираются внутри статора силовой секции 240, гибкого корпуса 242 и вкладыша подшипника 244. Забойный двигатель 136 может дополнительно содержать предохранительный узел 243, присоединенный к первому концу статора силовой секции 240 и фиксатору ротора 245. Забойные двигатели с регулируемым углом перекоса 136 могут иметь дополнительные граничные поверхности под граничной поверхностью корпуса, которые могут переносить соответствующие нагрузки.

[0020] Поломка любого из описанных выше резьбовых соединений приведет к выходу из строя забойного двигателя 136. Более того, поломки, такие как усталостное повреждение, могут часто возникать в сегментах, в которых забойный двигатель 136 подвергается изгибу. Эксплуатация комплекса двигателей с использованием корпусов с фиксированным или регулируемым углом перекоса по-прежнему связана с проблемами усталости резьбовых соединений в корпусах, в частности, при высоких степенях искривления ствола скважины, когда вращение через изгибы приводит к очень высоким циклическим нагрузкам на эти критические резьбовые соединения.

[0021] Забойные двигатели 136 в соответствии с некоторыми вариантами реализации изобретения могут позволить операторам использовать конкурентные по времени и стоимости стратегии, благодаря достижению проектных глубин в сланцевых месторождениях за один проход, без извлечения и на высоких скоростях вращения, через резкие изгибы скважины без усталостных поломок. Для решения этих и других проблем в вариантах реализации изобретения, проиллюстрированных на фиг. 2В, исключены соединения корпуса, которые являются предсказуемыми источниками усталостной поломки, ниже верхнего конца корпуса статора силовой секции 241.

[0022] Корпус статора силовой секции 241 содержит первый (например, «вверх по стволу скважины») конец, второй (например, «вниз по стволу скважины») 256 конец и полость, проходящую через них. Ротор силовой секции 246 содержит зубья ротора 247 для взаимодействия с одним или более зубьями статора (308 на фиг. 3 и 4) корпуса статора силовой секции 241.

[0023] В вариантах реализации изобретения трансмиссия 248 функционально присоединена к ротору силовой секции 246 и узлу подшипников 252, и узел подшипников 252 имеет приводной вал, частично заключенный в него (не проиллюстрирован на фиг. 2В). Ротор силовой секции 246, трансмиссия 248, узел подшипников 252 и часть приводного вала предварительно собираются в загружаемый роторный узел 254 для вставки в нижний конец 256 статора силовой секции 240 и полностью заключаются во внутреннюю полость корпуса статора силовой секции 241. Подшипники в узле подшипников 252 могут содержать подшипники качения, хотя варианты реализации изобретения не ограничиваются этим. Также, подшипники могут содержать материалы из поликристаллических алмазов (PCD), хотя варианты реализации изобретения не ограничиваются материалами из PCD.

[0024] Область захвата ключом 258 и участок соединительного замка 260 приводного вала 250 находятся снаружи корпуса статора силовой секции 241. Область захвата ключом 258 представляет собой область, доступную для набора трубных ключей или губок гаечного ключа, которые могут захватывать приводной вал 250 непосредственно над соединительным замком 260 для затяжки или ослабления соединительного замка. В некоторых вариантах реализации изобретения трубные ключи могут также захватывать соединительный замок 260 в зависимости от того, должна ли быть раскручена резьба выше или ниже соединительного замка 260. Буровое долото 118 присоединено к нижней части приводного вала 250. Соединение 262 между буровым долотом 118 и приводным валом 250 может содержать замковую резьбу бурильной колонны Американского института нефти (API) с коническим концом.

[0025] Роторный узел 254 удерживается в корпусе статора силовой секции 241 таким образом, что ротор силовой секции 246, трансмиссия 248 и узел подшипников 252 с приводным валом могут надежно переносить крутящий момент силовой секции и реагировать на буровые нагрузки в корпусе статора силовой секции 241.

[0026] Корпус статора силовой секции 241 может быть выполнен различным образом в соответствии с различными вариантами реализации изобретения. Фиг. 3 представляет собой вид в перспективе продольного разреза части забойного двигателя 136 для иллюстрации непрерывного корпуса статора силовой секции 241 согласно некоторым вариантам реализации изобретения.

[0027] Как проиллюстрировано на фиг. 3, в некоторых вариантах реализации изобретения один из видов устройства забойного двигателя 136 содержит непрерывно выполненный корпус статора силовой секции 241. Для целей данного описания, термин «непрерывно выполненный» означает выполненный как единая часть или выполненный из единых частей, которые постоянно соединены (например, посредством сварки), чтобы стать цельной частью, которая требует разрушающей разборки для разделения исходных единых частей. «Единый» означает один кусок материала, который является цельным, неделимым и не образуется из отдельных кусков. Также, «единая комбинация» означает один кусок материала, который является цельным, неделимым и не образуется из отдельных кусков, но для удобства может быть описан как комбинация отдельных (хотя и неделимых) элементов. Такая единая комбинация (a) зубьев статора и (b) переходного участка (а в некоторых вариантах реализации изобретения также и (c) часть или весь участок корпуса) образует забойный двигатель 136, который обеспечивает увеличенный усталостный ресурс и надежность. Тем не менее, варианты реализации изобретения не ограничиваются комбинацией проиллюстрированных элементов в непрерывно выполненном едином забойном двигателе 136. Напротив, другие элементы или корпусы других элементов буровой системы, системы диагностики или другой системы, например корпусы датчиков, элементов системы электропитания, элементов связи и т. д., могут аналогичным образом комбинироваться в единой комбинации с другими вариантами реализации изобретения, описанными в данном документе.

[0028] Согласно по меньшей мере варианту реализации изобретения, проиллюстрированному на фиг. 3, забойный двигатель 136 содержит непрерывно выполненный корпус статора силовой секции 241, имеющий первый конец 255, второй конец 256 и внутреннюю полость 304, содержащую ряд зубьев статора 308 и участок корпуса 310, проходящий через нее. Зубья статора 308 проходят от первого конца 255 корпуса статора силовой секции 241 до первого конца 312 переходного участка 314. Участок корпуса 310 проходит от второго конца 316 переходного участка 314 до второго конца 256 корпуса статора силовой секции 241. Переходной участок 314 образует единую комбинацию 318 с зубьями статора 308.

[0029] Забойный двигатель 136 дополнительно содержит роторный узел 254, как описано ранее в данном документе со ссылкой на фиг. 2В, содержащий ротор силовой секции 246, имеющий зубья ротора 247, которые должны быть полностью расположены во внутренней полости 304. Зубья ротора 247 должны взаимодействовать с одним или более зубьями статора 308 для вращения роторного узла 254, когда буровой раствор под давлением проходит через внутреннюю полость 304.

[0030] Вариант реализации изобретения, проиллюстрированный на фиг. 3, позволяет изготавливать корпус статора силовой секции 241 с большими галтелями или плавным конусом корпуса статора силовой секции из ровного стального профиля 241 с гладким внутренним диаметром. Однако из-за удлиненной формы корпуса статора силовой секции 241 механическая обработка может быть затруднена. Такие затруднения могут быть уменьшены для производителей, которые создают профили посредством пластин, или для производителей, которые гидроформируют профиль непосредственно в корпус статора силовой секции 241.

[0031] В некоторых вариантах реализации изобретения переходной участок 314 образует единую комбинацию с зубьями статора 308 и по меньшей мере частью участка корпуса 310, противоположной второму концу 256 корпуса статора силовой секции 241. В некоторых вариантах реализации изобретения непрерывно выполненный корпус статора силовой секции 241 содержит зубья статора 308, переходной участок 314 и участок корпуса 310 в виде единого узла.

[0032] В некоторых вариантах реализации изобретения участок корпуса 310 сохраняет неизменный профиль полости корпуса от второго конца 316 переходного участка 314 до второго конца 256 корпуса статора силовой секции 241. Тем не менее, в других вариантах реализации изобретения участок корпуса 310 может содержать множество профилей (не проиллюстрированы на фиг. 3) вдоль длины участка корпуса 310. По меньшей мере один из множества профилей может соответствовать резьбовому соединению на втором конце 256 корпуса статора силовой секции 241, чтобы обеспечить увеличение длины участка корпуса 310 с использованием резьбового трубчатого элемента корпуса (не проиллюстрирован на фиг. 3).

[0033] Переходной участок 314 может быть различных видов, профилей или форм, некоторые из которых могут иметь дополнительное снижение усталостных явлений. Например, в вариантах реализации изобретения переходной участок 314 может быть выполнен в виде линейной прогрессии (например, линейного перехода) от первого конца 312 переходного участка 314 до второго конца 316 переходного участка 314, в результате чего образуется конический профиль переходного участка 314. В других вариантах реализации изобретения переходной участок 314 может быть выполнен в виде вогнутой или выпуклой галтельной прогрессии от первого конца 312 переходного участка 314 до второго конца 316 переходного участка 314, в результате чего образуется криволинейный профиль переходного участка 314. Переходной участок 314 может быть выполнен еще более сложным образом, таким как плавная прогрессия от отдельных выступов и впадин в конце зубьев статора 308 до круглого профиля в начале участка корпуса 310, в результате чего образуется многовпадинный зубчатый профиль переходного участка 314 от первого конца 312 до второго конца 316 переходного участка 314.

[0034] Непрерывно выполненный корпус статора силовой секции 241 может быть выполнен в виде сварной (например, посредством сварки трением или другого неразъемного соединения) комбинации переходного участка 314 и участка корпуса 310. В некоторых вариантах реализации изобретения один или более канальных элементов (не проиллюстрированы на фиг. 3) могут располагаться в по меньшей мере одном из: участке корпуса 310 или в материале, образующем корпус статора силовой секции 241 и окружающем участок корпуса 310. Такие канальные элементы могут содержать провода, оптоволокно, гидравлические и другие канальные элементы для связи, например, с процессором в наземной системе 138 для связи с датчиками на буровом долоте 118 (фиг. 1). Кроме того, канальные элементы могут использоваться для подачи энергии гидравлическим, электрическим или иным образом на буровое долото 118 (фиг. 1) или любой другой инструмент или устройство на нижнем конце забойного двигателя 136. Это может позволить батареям или турбине размещаться над (выше по стволу скважины) забойным двигателем 136 для подачи питания на датчики в буровом долоте 118 или нижнем конце забойного двигателя 136.

[0035] Фиг. 4 представляет собой вид в перспективе продольного разреза части забойного двигателя 136 для иллюстрации сварной конструкции непрерывного корпуса статора силовой секции 241 согласно некоторым вариантам реализации изобретения. Непрерывно выполненный корпус статора силовой секции 241 может содержать сварной шов 320 на участке корпуса 310 для соединения частей участка корпуса 310 в одну единую часть.

[0036] Фиг. 5 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую вариант реализации способа 500 эксплуатации забойного двигателя 136. Типовой способ 500 описан в данном документе со ссылкой на элементы, проиллюстрированные на фиг. 1-4. Некоторые операции типового способа 500 могут выполняться полностью или частично посредством забойного двигателя 136 или любого компонента системы 100 (фиг. 1), хотя варианты реализации изобретения не ограничиваются этим.

[0037] Типовой способ 500 начинается с операции 502 присоединения забойного двигателя 136 к бурильной колонне 108 и буровому долоту 118. Как описано ранее в данном документе со ссылкой на фиг. 1 и 2B, забойный двигатель 136 содержит непрерывно выполненный корпус статора силовой секции 241, имеющий первый конец 255, второй конец 256 и внутреннюю полость 304, содержащую ряд зубьев статора 308 и участок корпуса 310, проходящий через нее. Зубья статора 308 проходят от первого конца 255 корпуса статора силовой секции 241 до первого конца 312 переходного участка 314. Участок корпуса 310 проходит от второго конца 316 переходного участка 314 до второго конца 256 корпуса статора силовой секции 241. Переходной участок 314 образует единую комбинацию 318 с зубьями статора 308.

[0038] Забойный двигатель 136 дополнительно содержит роторный узел 254, как описано ранее в данном документе со ссылкой на фиг. 2В, содержащий ротор силовой секции 246, имеющий зубья ротора 247, которые должны быть полностью расположены во внутренней полости 304. Зубья ротора 247 должны взаимодействовать с одним или более зубьями статора 308 для вращения роторного узла 254, когда буровой раствор под давлением проходит через внутреннюю полость 304.

[0039] Типовой способ 500 продолжается операцией 504 нагнетания бурового раствора через внутреннюю полость 304 с давлением, достаточным для вызова вращения роторного узла 254 относительно корпуса статора силовой секции 241, чтобы обеспечить передачу крутящего усилия на буровое долото 118 для создания ствола скважины 120 в геологическом пласте 122. В некоторых вариантах реализации изобретения способ 500 включает проведение стендового испытания забойного двигателя 136 перед присоединением забойного двигателя 136 к бурильной колонне 108 и последующим присоединением забойного двигателя 136 к буровому долоту 118. В некоторых вариантах реализации изобретения способ 500 включает бурение ствола скважины от поверхности 104 Земли до проектной глубины, проходя резкий изгиб (не проиллюстрирован на чертежах) в стволе скважины 120 за один непрерывный проход.

[0040] Фиг. 6 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую вариант реализации способа изготовления 600. Типовой способ 600 описан в данном документе со ссылкой на элементы, проиллюстрированные на фиг. 1-4. Некоторые операции типового способа 600 могут быть выполнены полностью или частично посредством забойного двигателя 136 или любого компонента системы 100 (фиг. 1), хотя варианты реализации изобретения не ограничиваются этим.

[0041] Типовой способ 600 начинается с операции 602 создания корпуса статора силовой секции 241, имеющего первый конец 255, второй конец 256 и внутреннюю полость 304, содержащую ряд зубьев статора 308 и участок корпуса 310, проходящий через нее. Переходной участок 314 образует единую комбинацию 318 с зубьями статора 308.

[0042] Типовой способ 600 продолжается операцией 604 создания участка корпуса 310 внутренней полости 304 в виде единой комбинации с зубьями статора 308 и переходным участком 314 или в виде непрерывно выполненного узла единой комбинации зубьев статора 308 и переходного участка 314 с участком корпуса 310. Зубья статора 308 проходят от первого конца 255 корпуса статора силовой секции 241 до первого конца 312 переходного участка 314, а участок корпуса 310 проходит от второго конца 316 переходного участка 314 до второго конца 256 корпуса статора силовой секции 241.

[0043] Типовой способ 600 может дополнительно включать создание роторного узла 254 (фиг. 2В), содержащего ротор силовой секции 246, имеющий зубья ротора 247, которые, когда собраны с корпусом статора силовой секции 241 для эксплуатации, полностью расположены во внутренней полости 310. Зубья ротора 247 образованы для взаимодействия с одним или более зубьями статора 308 для вращения роторного узла 254, когда буровой раствор под давлением проходит через внутреннюю полость 310.

[0044] Типовой способ 600 может дополнительно включать создание переходного участка 314 в соответствии с различными формами или профилями, как описано ранее в данном документе со ссылкой на фиг. 3 и 4. Например, переходной участок 314 может быть выполнен в виде одного из: линейного перехода или криволинейного перехода от первого конца 312 переходного участка 314 до второго конца 316 переходного участка 314. Типовой способ 600 может дополнительно включать создание канала для проводки в корпусе статора силовой секции, чтобы вместить каналы для связи с, например, процессором наземной системы 138.

[0045] Возвращаясь к фиг. 1, система 100 может дополнительно содержать наземную систему 138 для хранения, обработки и анализа измерений, выполненных инструментами в компоновке низа бурильной колонны 110, или для управления забойным двигателем 136 или буровым долотом 118. Наземная система 138 может быть снабжена электронным оборудованием, например процессором, для обработки различных типов сигналов, которые могут быть реализованы посредством любого одного или более компонентов компоновки низа бурильной колонны 110. Во время буровых работ (например, в ходе операций КВБ и, в более широком смысле, отбора проб во время бурения) могут собираться и анализироваться данные оценки продуктивности пласта. Наземная система 138 может содержать рабочую станцию 140 с дисплеем 142.

[0046] Любые из перечисленных выше компонентов, например, забойный двигатель 136 и т. д., могут быть охарактеризованы в данном документе как «модули». Иллюстрации силовой секции забойного двигателя 136 и компонентов бурового долота 118, а также системы 100 предназначены для обеспечения общего понимания конструкции различных вариантов реализации изобретения и не являются полным описанием всех элементов и признаков устройств и систем, которые могут использовать в конструкциях, описанных в данном документе. Следует отметить, что описанные в данном документе способы необязательно должны выполняться в описанном порядке или в каком-либо определенном порядке. Более того, различные действия, описанные касательно указанных в данном документе способов, могут выполняться итеративно, последовательно или параллельно.

[0047] Таким образом, использование описанных в данном документе устройств, систем и способов может обеспечить доступ к обслуживаемым компонентам забойных двигателей, одновременно повышая усталостную прочность корпуса и снижая стоимость обслуживания забойного двигателя и корпуса. Варианты реализации изобретения обеспечивают удлиненный корпус статора силовой секции 241 с целью исключения резьбовых соединений в местах очень высоких изгибающих нагрузок. Типовые варианты реализации изобретения исключают соединения в корпусе статора силовой секции 241, тем самым уменьшая или устраняя источники усталости в соединениях и в целом продлевая срок службы забойного двигателя 136. Эти преимущества могут существенно повысить значимость услуг, предоставляемых эксплуатационной/геологоразведочной компанией, и, вместе с этим, позволяют контролировать связанные со временем затраты.

[0048] Дополнительные примеры устройств, способов, средств для реализации действий, систем или устройств включают, но не ограничиваются ими, следующее:

[0049] Пример 1 представляет собой двигатель (например, винтовой двигатель, такой как забойный двигатель) или другое устройство, содержащее непрерывно выполненный корпус статора силовой секции, имеющий первый конец, второй конец и внутреннюю полость, содержащую ряд зубьев статора и участок корпуса, проходящий через нее, при этом зубья статора проходят от первого конца корпуса статора силовой секции до первого конца переходного участка, при этом участок корпуса проходит от второго конца переходного участка до второго конца корпуса статора силовой секции, причем переходной участок образует единую комбинацию с зубьями статора; и роторный узел, содержащий ротор силовой секции, имеющий зубья ротора, которые должны быть полностью расположены во внутренней полости, при этом зубья ротора должны взаимодействовать с одним или более зубьями статора для вращения роторного узла, когда буровой раствор под давлением проходит через внутреннюю полость.

[0050] Пример 2 может содержать или использовать, или, необязательно, может комбинироваться с объектом изобретения по примеру 1, в котором переходной участок образует единую комбинацию с зубьями статора и по меньшей мере частью участка корпуса, противоположной второму концу корпуса статора силовой секции.

[0051] Пример 3 может содержать или использовать, или, необязательно, может комбинироваться с объектом изобретения по любому из примеров 1, 2, в котором непрерывно выполненный корпус статора силовой секции содержит зубья статора, переходной участок и участок корпуса в виде единого узла.

[0052] Пример 4 может содержать или использовать, или, необязательно, может комбинироваться с объектом изобретения по любому из примеров 1-3, в котором участок корпуса сохраняет неизменный профиль полости корпуса от второго конца переходного участка до второго конца корпуса статора силовой секции.

[0053] Пример 5 может содержать или использовать, или, необязательно, может комбинироваться с объектом изобретения по любому из примеров 1-3, в котором участок корпуса содержит множество профилей вдоль длины участка корпуса.

[0054] Пример 6 может содержать или использовать, или, необязательно, может комбинироваться с объектом изобретения по любому из примеров 1-5, в котором переходной участок содержит линейный переход от первого конца переходного участка до второго конца переходного участка.

[0055] Пример 7 содержит или использует, или может, необязательно, комбинироваться с объектом изобретения по любому из примеров 1-5, в котором переходной участок содержит криволинейный переход от первого конца переходного участка до второго конца переходного участка.

[0056] Пример 8 может содержать или использовать, или, необязательно, может комбинироваться с объектом изобретения по любому из примеров 1-5, в котором переходной участок содержит зубчатый переход от первого конца переходного участка до второго конца переходного участка.

[0057] Пример 9 может содержать или использовать, или может, необязательно, комбинироваться с объектом изобретения по любому из примеров 1-8, в котором непрерывно выполненный корпус статора силовой секции выполнен в виде сварной комбинации переходного участка и участка корпуса.

[0058] Пример 10 может содержать или использовать, или, необязательно, может комбинироваться с объектом изобретения по любому из примеров 1-9, чтобы содержать один или более канальных элементов, расположенных в по меньшей мере одном из: участке корпуса или в материале, образующем корпус статора силовой секции и окружающем участок корпуса.

[0059] Пример 11 может содержать или использовать, или, необязательно, может комбинироваться с объектом изобретения по любому из примеров 1-10, в котором упорный торец выполнен в виде сварной комбинации участка внутреннего профиля и корпуса статора силовой секции.

[0060] Пример 12 представляет собой систему, которая может содержать части по любому из примеров 1-11, содержащую бурильную колонну; забойный двигатель, соединенный с бурильной колонной посредством замковой резьбы, причем двигатель содержит непрерывно выполненный корпус статора силовой секции, имеющий первый конец, второй конец и внутреннюю полость, содержащую ряд зубьев статора и участок корпуса, проходящий через нее, при этом зубья статора проходят от первого конца корпуса статора силовой секции до первого конца переходного участка, при этом участок корпуса проходит от второго конца переходного участка до второго конца корпуса статора силовой секции, причем переходной участок образует единую комбинацию с зубьями статора, и роторный узел, содержащий ротор силовой секции, имеющий зубья ротора, полностью расположенные во внутренней полости, при этом зубья ротора должны взаимодействовать с одним или более зубьями статора для вращения роторного узла, когда буровой раствор под давлением проходит через внутреннюю полость; и буровое долото, присоединенное к роторному узлу.

[0061] Пример 13 может содержать объект изобретения по примеру 12 и, необязательно, дополнительно содержать процессор для связи с датчиками на буровом долоте посредством одного или более канальных элементов, расположенных в участке корпуса.

[0062] Пример 14 может содержать объект изобретения по любому из примеров 12, 13 и, необязательно, дополнительно содержать процессор для управления двигателем и буровым долотом.

[0063] Пример 15 представляет собой способ эксплуатации забойного двигателя, при этом способ включает операции, в которых любой из примеров 1-14 может содержать средства для выполнения способа по примеру 25, и при этом способ по примеру 15 включает присоединение забойного двигателя к бурильной колонне и буровому долоту, при этом забойный двигатель содержит непрерывно выполненный корпус статора силовой секции, имеющий первый конец, второй конец и внутреннюю полость, содержащую ряд зубьев статора и участок корпуса, проходящий через нее, при этом зубья статора проходят от первого конца корпуса статора силовой секции до первого конца переходного участка, при этом участок корпуса проходит от второго конца переходного участка до второго конца корпуса статора силовой секции, причем переходной участок образует единую комбинацию с зубьями статора, и роторный узел, содержащий ротор силовой секции, имеющий зубья ротора, полностью расположенные во внутренней полости, при этом зубья ротора должны взаимодействовать с одним или более зубьями статора для вращения роторного узла, когда буровой раствор под давлением проходит через внутреннюю полость; и нагнетание бурового раствора через внутреннюю полость с давлением, достаточным для вызова вращения роторного узла относительно корпуса статора силовой секции, чтобы обеспечить передачу крутящего усилия на буровое долото для создания ствола скважины в геологическом пласте.

[0064] Пример 16 включает объект изобретения по примеру 15, дополнительно, необязательно, включающий проведение стендового испытания забойного двигателя перед присоединением забойного двигателя к бурильной колонне и последующим присоединением забойного двигателя к буровому долоту.

[0065] Пример 17 включает объект изобретения по любому из примеров 15, 16 и, необязательно, дополнительно включает бурение ствола скважины от поверхности Земли до проектной глубины, проходя резкий изгиб в стволе скважины за один непрерывный проход.

[0066] Пример 18 представляет собой способ изготовления, при этом способ включает операции, в которых любой из примеров 1-14 может содержать средства для выполнения способа по примеру 18, и при этом способ по примеру 18 включает создание корпуса статора силовой секции, имеющего первый конец, второй конец и внутреннюю полость, содержащую ряд зубьев статора и участок корпуса, проходящий через нее, при этом зубья статора образуют единую комбинацию с переходным участком; и создание участка корпуса внутренней полости в виде единой комбинации с зубьями статора и переходным участком или в виде непрерывно выполненного узла единой комбинации зубьев статора и переходного участка с участком корпуса, причем зубья статора проходят от первого конца корпуса статора силовой секции до первого конца переходного участка, и при этом участок корпуса проходит от второго конца переходного участка до второго конца корпуса статора силовой секции.

[0067] Пример 19 включает объект изобретения по примеру 18 и, необязательно, дополнительно включает создание роторного узла, содержащего ротор силовой секции, имеющий зубья ротора, которые, когда собраны с корпусом статора силовой секции для эксплуатации, полностью расположены во внутренней полости, при этом зубья ротора образованы для взаимодействия с одним или более зубьями статора для вращения роторного узла, когда буровой раствор под давлением проходит через внутреннюю полость.

[0068] Пример 20 включает объект изобретения по любому из примеров 18, 19 и, необязательно, дополнительно включает создание переходного участка с одним из: линейным переходом или криволинейным переходом от первого конца переходного участка до второго конца переходного участка.

[0069] Пример 21 включает объект изобретения по любому из примеров 18-20 и, необязательно, дополнительно включает создание канала для проводки в корпусе статора силовой секции.

[0070] Сопроводительные чертежи, являющиеся частью данного документа, иллюстрируют в виде иллюстраций, но без ввода ограничений, конкретные варианты реализации изобретения, в которых объект изобретения может быть осуществлен на практике. Проиллюстрированные варианты реализации изобретения описаны достаточно подробно, чтобы дать возможность специалистам в данной области техники возможности практического осуществления изложенных здесь идей. Возможно использование других вариантов реализации изобретения и производных от них – таких, что возможны структурные и логические замены и изменения без отступления от объема раскрытого изобретения. Поэтому данному подробному описанию не следует придавать ограничительный смысл, и объем различных вариантов реализации определяется исключительно прилагаемой формулой изобретения, а также полным диапазоном действия эквивалентов, на которые распространяется данная формула изобретения.

[0071] Такие варианты реализации объекта изобретения могут называться в данном документе, отдельно и/или вместе, термином «изобретение» исключительно для удобства и без намерения умышленно ограничить объем данной заявки каким-либо одним изобретением или идеей изобретения, если количество их раскрытий, по существу, превышает единицу. Таким образом, несмотря на то, что в данном документе были проиллюстрированы и описаны конкретные варианты реализации изобретения, следует понимать, что любая конструкция, рассчитанная на достижение такой же цели, может быть подставлена вместо представленных конкретных вариантов реализации. Настоящее раскрытие изобретения призвано охватить любые и все адаптации или вариации различных вариантов реализации изобретения. Комбинации описанных выше вариантов реализации изобретения и других вариантов реализации, конкретно не описанных в настоящей заявке, будут очевидны специалистам в данной области техники благодаря приведенному выше описанию.

[0072] Независимо от того, что в данном документе описаны и проиллюстрированы конкретные варианты реализации изобретения, специалистам в данной области техники будет понятно, что любая конструкция, рассчитанная на достижение такой же цели, может быть подставлена вместо представленных конкретных вариантов реализации. В различных вариантах реализации изобретения используются перестановки или комбинации вариантов реализации изобретения, описанных в данной заявке. Следует понимать, что приведенное выше описание носит иллюстративный, а не ограничительный характер, и что фразеология и терминология в данном документе служат описательной цели. Комбинации описанных выше вариантов реализации изобретения и других вариантов реализации будут очевидны специалистам в данной области техники благодаря приведенному выше описанию.

1. Забойный двигатель, содержащий:

непрерывно выполненный корпус статора силовой секции, имеющий первый конец, второй конец и внутреннюю полость, содержащую ряд зубьев статора и участок корпуса, проходящий через нее, при этом указанные зубья статора проходят от первого конца корпуса статора силовой секции до первого конца переходного участка, при этом указанный участок корпуса проходит от второго конца переходного участка до второго конца корпуса статора силовой секции, причем указанный переходной участок образует единую комбинацию с зубьями статора; и

роторный узел, содержащий ротор силовой секции, имеющий зубья ротора, которые должны быть полностью расположены во внутренней полости, при этом указанные зубья ротора должны взаимодействовать с одним или более зубьями статора для вращения роторного узла, когда буровой раствор под давлением проходит через внутреннюю полость.

2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что указанный переходной участок образует единую комбинацию с зубьями статора и по меньшей мере частью участка корпуса, противоположной второму концу корпуса статора силовой секции.

3. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что непрерывно выполненный корпус статора силовой секции содержит:

зубья статора, переходной участок и участок корпуса в виде единого узла.

4. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что указанный участок корпуса сохраняет неизменный профиль полости корпуса от второго конца переходного участка до второго конца корпуса статора силовой секции.

5. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что указанный участок корпуса содержит множество профилей вдоль длины указанного участка корпуса.

6. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что указанный переходной участок содержит линейный переход от первого конца указанного переходного участка до второго конца указанного переходного участка.

7. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что указанный переходной участок содержит криволинейный переход от первого конца указанного переходного участка до второго конца указанного переходного участка.

8. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что указанный переходной участок содержит зубчатый переход от первого конца указанного переходного участка до второго конца указанного переходного участка.

9. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что указанный непрерывно выполненный корпус статора силовой секции выполнен в виде сварной комбинации указанного переходного участка и указанного участка корпуса.

10. Двигатель по п. 1, дополнительно содержащий:

один или более канальных элементов, расположенных в по меньшей мере одном из: участке корпуса или в материале, образующем указанный корпус статора силовой секции и окружающем указанный участок корпуса.

11. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что упорный торец выполнен в виде сварной комбинации участка внутреннего профиля и указанного корпуса статора силовой секции.

12. Система, содержащая:

бурильную колонну;

забойный двигатель, присоединенный к бурильной колонне посредством замковой резьбы, причем указанный двигатель содержит:

непрерывно выполненный корпус статора силовой секции, имеющий первый конец, второй конец и внутреннюю полость, содержащую ряд зубьев статора и участок корпуса, проходящий через нее, при этом указанные зубья статора проходят от первого конца корпуса статора силовой секции до первого конца переходного участка, при этом указанный участок корпуса проходит от второго конца переходного участка до второго конца корпуса статора силовой секции, причем указанный переходной участок образует единую комбинацию с зубьями статора, и

роторный узел, содержащий ротор силовой секции, имеющий зубья ротора, полностью расположенные во внутренней полости, зубья ротора для взаимодействия с одним или более указанными зубьями статора для вращения роторного узла, когда буровой раствор под давлением проходит через внутреннюю полость; и

буровое долото, присоединенное к роторному узлу.

13. Система по п. 12, дополнительно содержащая:

процессор для связи с датчиками на буровом долоте посредством одного или более канальных элементов, расположенных в указанном участке корпуса.

14. Система по п. 12, дополнительно содержащая:

процессор для управления указанным двигателем и указанным буровым долотом.

15. Способ эксплуатации забойного двигателя, при этом указанный способ включает:

присоединение забойного двигателя к бурильной колонне и буровому долоту, причем указанный забойный двигатель содержит:

непрерывно выполненный корпус статора силовой секции, имеющий первый конец, второй конец и внутреннюю полость, содержащую ряд зубьев статора и участок корпуса, проходящий через нее, при этом указанные зубья статора проходят от первого конца корпуса статора силовой секции до первого конца переходного участка, при этом указанный участок корпуса проходит от второго конца переходного участка до второго конца корпуса статора силовой секции, причем указанный переходной участок образует единую комбинацию с зубьями статора, и

роторный узел, содержащий ротор силовой секции, имеющий зубья ротора, полностью расположенные во внутренней полости, зубья ротора для взаимодействия с одним или более указанными зубьями статора для вращения роторного узла, когда буровой раствор под давлением проходит через внутреннюю полость; и

нагнетание бурового раствора через внутреннюю полость с давлением, достаточным для вызова вращения роторного узла относительно корпуса статора силовой секции, чтобы обеспечить передачу крутящего усилия на буровое долото для создания ствола скважины в геологическом пласте.

16. Способ по п. 15, дополнительно включающий:

проведение стендового испытания забойного двигателя перед присоединением забойного двигателя к бурильной колонне и последующим присоединением забойного двигателя к буровому долоту.

17. Способ по п. 15, дополнительно включающий:

бурение ствола скважины от поверхности Земли до проектной глубины, проходя резкий изгиб в стволе скважины за один непрерывный проход.

18. Способ изготовления забойного двигателя, включающий:

создание корпуса статора силовой секции, имеющего первый конец, второй конец и внутреннюю полость, содержащую ряд зубьев статора и участок корпуса, проходящий через нее, при этом указанные зубья статора образуют единую комбинацию с переходным участком; и

создание участка корпуса внутренней полости в виде единой комбинации с зубьями статора и переходным участком или в виде непрерывно выполненного узла единой комбинации зубьев статора и переходного участка с участком корпуса, причем указанные зубья статора проходят от первого конца корпуса статора силовой секции до первого конца переходного участка, при этом указанный участок корпуса проходит от второго конца переходного участка до второго конца корпуса статора силовой секции.

19. Способ по п. 18, дополнительно включающий:

создание роторного узла, содержащего ротор силовой секции, имеющий зубья ротора, которые, когда собраны с корпусом статора силовой секции для эксплуатации, полностью располагаются во внутренней полости, при этом указанные зубья ротора образованы для взаимодействия с одним или более зубьями статора для вращения роторного узла, когда буровой раствор под давлением проходит через внутреннюю полость.

20. Способ по п. 18, дополнительно включающий:

создание переходного участка с одним из: линейным переходом или криволинейным переходом от первого конца переходного участка до второго конца переходного участка.

21. Способ по п. 18, дополнительно включающий:

создание канала для проводки в корпусе статора силовой секции.