Устройство и способ автоматической регулировки наклонно-направленного бурения

Группа изобретений относится к области наклонно-направленного бурения. Устройство (90) с автоматической регулировкой наклонно-направленного бурения содержит корпус (100) приводного вала, утяжеленную бурильную трубу (200), соединенную с корпусом (100) приводного вала, приводной вал (300), проходящий через корпус (100) приводного вала и утяжеленную бурильную трубу (200), активный стабилизатор (410), закрепленный на корпусе (100) приводного вала и подвижно соединенный с утяжеленной бурильной трубой (200), компоновку низа бурильной колонны (КНБК) с турбобуром, содержащую опору основания, закрепленную на утяжеленной бурильной трубе (200), и скользящее основание, соединенное с корпусом (100) приводного вала. Опора основания определяет направляющую скольжения. Скользящее основание расположено с возможностью скользящего перемещения по направляющей скольжения. Устройство (90) содержит исполнительный модуль, соединенный со скользящим основанием, для приведения в действие скользящего основания для скользящего перемещения по направляющей скольжения. Обеспечивается упрощение и повышение эффективности процесса изменения направления скважины. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 15 ил.

 

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[1] Данное изобретение относится, в целом, к устройству и способу автоматической регулировки наклонно-направленного бурения.

[2] Разведку и добычу углеводородов из подземных пластов осуществляли в течение сотен лет. В операциях по добыче углеводородов обычно используют буровое долото, прикрепленное к бурильной трубе, для бурения земных или морских подземных горных пород до тех пор, пока не будет достигнут подземный пласт. Обычно бурильная труба не поддается управлению, и допускаются только операции прямого бурения, что затрудняет изменение направления бурения по предполагаемой траектории для достижения подземного пласта. В связи с системой наклонно-направленного бурения в данной области техники обычно выполняют множество операций спуска и подъема, и направление бурильной трубы регулируют вручную. Этот вид процесса регулировки направления сложен и неэффективен.

[3] Следовательно, было бы желательно предусмотреть новое и усовершенствованное устройство и способ обеспечения операции по наклонно-направленному бурению в скважине.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[4] В одном аспекте данное изобретение относится к устройству с автоматической регулировкой наклонно-направленного бурения, содержащему: корпус приводного вала; утяжеленную бурильную трубу, соединенную с корпусом приводного вала; приводной вал, проходящий через корпус приводного вала и утяжеленную бурильную трубу; активный стабилизатор, прикрепленный к корпусу приводного вала и подвижно соединенный с утяжеленной бурильной трубой; компоновку низа бурильной колонны (КНБК) с турбобуром, содержащую опору основания, прикрепленную к утяжеленной бурильной трубе, и скользящее основание, соединенное с корпусом приводного вала, при этом опора основания определяет направляющую скольжения, а скользящее основание расположено с возможностью скользящего перемещения по направляющей скольжения; и исполнительный модуль, соединенный со скользящим основанием, для приведения в действие скользящего основания для скользящего перемещения по направляющей скольжения.

[5] В другом аспекте данное изобретение относится к способу автоматической регулировки наклонно-направленного бурения, включающему: создание усилия посредством исполнительного модуля, соединенного со скользящим основанием, расположенным на направляющей скольжения, определяемом опорой основания, которая прикреплена к утяжеленной бурильной трубе, соединенной с корпусом приводного вала, причем активный стабилизатор прикреплен к корпусу приводного вала и подвижно соединен с утяжеленной бурильной трубой; приложение усилия для скользящего перемещения скользящего основания по направляющей скольжения, чтобы привести к относительному перемещению между активным стабилизатором и утяжеленной бурильной трубой, а также создать угол изгиба между корпусом приводного вала и утяжеленной бурильной трубой.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

[6] Вышеуказанные и другие аспекты, признаки и преимущества данного изобретения станут более очевидными в свете следующего подробного описания, рассматриваемого вместе с прилагаемыми графическими материалами, в которых:

[7] на фиг. 1 проиллюстрирован схематический вид компоновки низа бурильной колонны (КНБК) в соответствии с вариантом реализации данного изобретения;

[8] на фиг. 2 проиллюстрирован схематический вид КНБК с углом изгиба в соответствии с вариантом реализации данного изобретения;

[9] на фиг. 3 проиллюстрирован схематический вид устройства с автоматической регулировкой наклонно-направленного бурения в соответствии с вариантом реализации данного изобретения;

[10] на фиг. 4 проиллюстрирован схематический вид корпуса приводного вала, соединенного с утяжеленной бурильной трубой через соединительный фиксатор, в соответствии с вариантом реализации данного изобретения;

[11] на фиг. 5 проиллюстрирован увеличенный вид части А, показанной на фиг. 3;

[12] на фиг. 6 проиллюстрирован схематический вид КНБК с турбобуром, закрепленной в утяжеленной бурильной трубе, в соответствии с вариантом реализации данного изобретения;

[13] на фиг. 7 проиллюстрирован схематический вид двух фиксаторов, расположенных в канавке кулачка, в соответствии с вариантом реализации данного изобретения;

[14] на фиг. 8 проиллюстрирован схематический вид двух фиксаторов, расположенных в канавке кулачка, показанного на фиг. 7 и повернутого на 90 градусов против часовой стрелки;

[15] на фиг. 9 проиллюстрирован схематический вид КНБК с турбобуром, закрепленной в утяжеленной бурильной трубе, в соответствии с другим вариантом реализации данного изобретения;

[16] на фиг. 10 проиллюстрирован схематический вид фиксатора, расположенного в канавке кулачка, в соответствии с другим вариантом реализации данного изобретения;

[17] на фиг. 11 проиллюстрирован схематический вид устройства с автоматической регулировкой наклонно-направленного бурения в соответствии с другим вариантом реализации данного изобретения;

[18] на фиг. 12 проиллюстрирован увеличенный вид части B, показанной на фиг. 11;

[19] на фиг. 13 проиллюстрирован схематический вид устройства с автоматической регулировкой наклонно-направленного бурения в соответствии с дополнительным вариантом реализации данного изобретения;

[20] на фиг. 14 проиллюстрирован увеличенный вид части C, показанной на фиг. 13; и

[21] на фиг. 15 проиллюстрирована блок-схема способа автоматической регулировки наклонно-направленного бурения в соответствии с вариантом реализации данного изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[22] В целях предоставления краткого описания этих вариантов реализации изобретения не все отличительные признаки фактической реализации описаны в одном или более конкретных вариантах реализации изобретения. Следует принять во внимание, что при разработке любого такого фактического варианта реализации, как и в любом инженерном или опытно-конструкторском проекте необходимо принимать многочисленные решения, специфичные для вариантов реализации, для достижения конкретных целей разработчиков, таких как соответствие ограничениям в связи с системой или бизнесом, который может варьироваться в зависимости от вариантов реализации. Кроме того, следует понимать, что такие усилия по разработке могут быть сложными и трудоемкими, но, тем не менее, будут обычным делом по проектированию, производству и изготовлению для специалистов в данной области техники, пользующихся преимуществом данного изобретения.

[23] Если не определено иное, технические и научные термины, используемые в данном документе, имеют то же значение, которое обычно понимает специалист в данной области техники, к которой относится данное изобретение. Термины «первый», «второй» и тому подобное, используемые в данном документе, не обозначают какой-либо порядок, количество или значимость, а скорее используются для различения одного элемента от другого. Кроме того, термины, приведенные в единственном числе, не обозначают ограничение количества, а скорее обозначают наличие по меньшей мере одного из упоминаемых элементов. Термин «или» является включающим и означает любой, несколько или все перечисленные элементы. Использование терминов «включающий» или «содержащий» и их вариантов в данном документе подразумевает охватывание элементов, перечисленных после, и их эквивалентов, а также дополнительных элементов. Используемые в данном документе термины «соединять», «соединяет» или «соединенный» предназначены для обозначения либо косвенного, либо прямого соединения. Таким образом, если первая компоновка соединяется со второй компоновкой, это соединение может осуществляться через прямое соединение или через косвенное механическое или электрическое соединение посредством других компоновок и соединений. Термин «приводимый в действие», используемый в данном документе, обозначает наличие, а не ограничение. Таким образом, если первый объект приводится в действие вторым объектом, это означает, что первый объект может приводиться в действие только вторым объектом или приводиться в действие вторым объектом и другими объектами.

[24] Далее следует обратиться к фиг. 1-2. На фиг. 1 проиллюстрирован схематический вид компоновки низа бурильной колонны (КНБК) в соответствии с вариантом реализации данного изобретения. На фиг. 2 проиллюстрирован схематический вид КНБК с углом изгиба в соответствии с вариантом реализации данного изобретения. КНБК можно рассматривать как часть бурильной трубы.

[25] КНБК содержит устройство 90 с автоматической регулировкой наклонно-направленного бурения (в дальнейшем именуемое «устройством 90 с автоматической регулировкой») и стабилизатор 420, соединенный с устройством 90 с автоматической регулировкой. Буровое долото 700 соединено с устройством 90 с автоматической регулировкой. Устройство 90 с автоматической регулировкой, проиллюстрированное на фиг. 1-2, содержит корпус 100 приводного вала, утяжеленную бурильную трубу 200, соединенную с корпусом 100 приводного вала, приводной вал 300 (как показано на фиг. 3), проходящий через корпус 100 приводного вала, и утяжеленную бурильную трубу 200, и активный стабилизатор 410, прикрепленный к корпусу 100 приводного вала и подвижно соединенный с утяжеленной бурильной трубой 200.

[26] Стабилизатор 420 прикреплен к утяжеленной бурильной трубе 200. Буровое долото 700 соединено с приводным валом 300. В некоторых вариантах реализации изобретения первый конец приводного вала 300 соединен с буровым долотом 700, а второй конец приводного вала 300 соединен с забойным двигателем (не показан). В некоторых вариантах реализации изобретения второй конец приводного вала 300 соединен с забойным двигателем через универсальное соединение 310 (как показано на фиг. 3); в некоторых вариантах реализации изобретения забойный двигатель включает гидравлический забойный двигатель (ГЗД).

[27] Активный стабилизатор 410 может приводиться в действие для создания относительного перемещения относительно утяжеленной бурильной трубы 200. Когда активный стабилизатор 410 прикреплен к корпусу 100 приводного вала, относительное перемещение между активным стабилизатором 410 и утяжеленной бурильной трубой 200 может создавать угол сгиба α между корпусом 100 приводного вала и утяжеленной бурильной трубой 200, как проиллюстрировано на фиг. 2.

[28] Далее следует обратиться к фиг. 3. На фиг. 3 проиллюстрирован схематический вид устройства 90 с автоматической регулировкой в соответствии с вариантом реализации данного изобретения.

[29] Устройство 90 с автоматической регулировкой содержит корпус 100 приводного вала, утяжеленную бурильную трубу 200, соединенную с корпусом 100 приводного вала, приводной вал 300, проходящий через корпус 100 приводного вала и утяжеленную бурильную трубу 200, активный стабилизатор 410, прикрепленный к корпусу 100 приводного вала и подвижно соединенный с утяжеленной бурильной трубой 200, КНБК 500 с турбобуром, соединенную с утяжеленной бурильной трубой 200 и корпусом 100 приводного вала, и исполнительный модуль 600, соединенный с КНБК 500 с турбобуром. В некоторых вариантах реализации изобретения приводной вал 300 соединен с корпусом 100 приводного вала через по меньшей мере один подшипниковый узел 130.

[30] Далее следует обратиться к фиг. 3-4. В некоторых вариантах реализации изобретения корпус 100 приводного вала соединен с утяжеленной бурильной трубой 200 через шарнирное соединение 120 и по меньшей мере один соединительный фиксатор 121. В некоторых вариантах реализации изобретения по меньшей мере один соединительный фиксатор 121 расположен на шарнирном соединении 120, и каждый из по меньшей мере одного соединительного фиксатора 121 соединяет корпус 100 приводного вала и утяжеленную бурильную трубу 200.

[31] Благодаря шарнирному соединению 120 и по меньшей мере одному соединительному фиксатору 121 корпус 100 приводного вала может вращаться вокруг по меньшей мере одного соединительного фиксатора 121. Центральная ось каждого соединительного фиксатора 121 перекрывается центром шарнирного соединения 120. Корпус 100 приводного вала может вращаться вокруг центральной оси соединительного фиксатора 121.

[32] Далее следует обратиться к фиг. 5-6. На фиг. 5 проиллюстрирован увеличенный вид части А, показанной на фиг. 3. На фиг. 6 проиллюстрирован схематический вид КНБК 500 с турбобуром, закрепленной в утяжеленной бурильной трубе 200, в соответствии с вариантом реализации данного изобретения.

[33] КНБК 500 с турбобуром содержит опору 510 основания, прикрепленную к утяжеленной бурильной трубе 200, и скользящее основание 520, соединенное с корпусом 100 приводного вала. Опора 510 основания определяет направляющую 511 скольжения, и скользящее основание 520 расположено с возможностью скользящего перемещения по направляющей 511 скольжения. Исполнительный модуль 600 соединен со скользящим основанием 520 и приводит в действие скользящее основание 520 для скользящего перемещения по направляющей 511 скольжения. В некоторых вариантах реализации изобретения скользящее основание 520 также соединено с приводным валом 300 через корпус 100 приводного вала.

[34] В некоторых вариантах реализации изобретения исполнительный модуль 600 содержит кулачок 610, по меньшей мере один фиксатор 620 и двигатель 630. По меньшей мере один фиксатор 620 соединен с возможностью скользящего перемещения с кулачком 610 и прикреплен к скользящему основанию 520, а двигатель 630 соединен с кулачком 610 для приведения кулачка 610 в действие для вращения. В некоторых вариантах реализации изобретения по меньшей мере один фиксатор 620 может быть интегрирован со скользящим основанием 520.

[35] В некоторых вариантах реализации изобретения исполнительный модуль 600 дополнительно содержит силовой блок 640, соединенный между двигателем 630 и кулачком 610, для передачи крутящего момента от двигателя 630 на кулачок 610. В некоторых вариантах реализации изобретения силовой блок 640 содержит первый редуктор 641 и второй редуктор 642. Первый редуктор 641 соединен с возможностью вращения с утяжеленной бурильной трубой 200 долота и прикреплен к кулачку 610, а второй редуктор 642 соединен между двигателем 630 и первым редуктором 641. В некоторых вариантах реализации изобретения первый редуктор 641 содержит внутренний редуктор, а второй редуктор 642 содержит внешний редуктор. В некоторых вариантах реализации изобретения первый редуктор 641 интегрирован с кулачком 610. В некоторых вариантах реализации изобретения приводной вал 300 проходит через центр первого редуктора 641.

[36] Двигатель 630 приводит в действие второй редуктор 642 для вращения. Вращение второго редуктора 642 приводит в действие первый редуктор 641 для вращения. Поскольку первый редуктор 641 прикреплен к кулачку 610, вращение первого редуктора 641 приводит в действие кулачок 610 для вращения.

[37] Следует отметить, что силовой блок 640 на фиг. 5 является только примером, и его не следует рассматривать как ограничение объема данного изобретения. Силовой блок 640 в соответствии с данным изобретением может включать различные изменения, и все такие изменения должны быть включены в объем данного изобретения.

[38] Далее следует обратиться к фиг. 6-8. В вариантах реализации изобретения в соответствии с фиг. 6-8 исполнительный модуль 600 содержит два фиксатора 620, соединенных между кулачком 610 и скользящим основанием 520, и относительное расстояние между двумя фиксаторами 620 является почти постоянным. На фиг. 7 проиллюстрирован схематический вид двух фиксаторов 620, расположенных в канавке 611 кулачка 610, в соответствии с вариантом реализации данного изобретения. На фиг. 8 проиллюстрирован кулачок 610, повернутый на 90 градусов против часовой стрелки относительно кулачка 610, проиллюстрированного на фиг. 7.

[39] Кулачок 610 определяет канавку 611, и два фиксатора 620 расположены с возможностью скользящего перемещения в канавке 611, то есть два фиксатора 620 могут скользить по канавке 611. И в вариантах реализации изобретения в соответствии с фиг. 6-8 два фиксатора 620 прикреплены к скользящему основанию 520, и скользящее основание 520 ограничено и может скользить по направляющей 511 скольжения. Следовательно, при вращении кулачка 610 два фиксатора 620 скользят вдоль оси 601 в канавке 611. Ось 601 параллельна направляющей 511 скольжения и проходит через центры двух фиксаторов 620.

[40] Следует отметить, что два фиксатора 620 скользят вдоль оси 601 только для примера и не должны рассматриваться как ограничение объема данного изобретения. Например, если ось, проходящая через центры двух фиксаторов 620, не параллельна направляющей 511 скольжения, два фиксатора 620 не скользят по оси, проходящей через центры двух фиксаторов 620. Однако два фиксатора 620 также могут толкать скользящее основание 520 для перемещения вдоль направляющей 511 скольжения.

[41] На фиг. 7-8 проиллюстрировано перемещение двух фиксаторов 620 с вращением кулачка 610. Когда кулачок 610 повернут на 90 градусов против часовой стрелки, два фиксатора 620 перемещаются на расстояние d вдоль оси 601. Ось 602 является осью симметрии двух фиксаторов 620, проиллюстрированных на фиг. 7, а ось 603 является осью симметрии двух фиксаторов 620, проиллюстрированных на фиг. 8.

[42] Далее следует обратиться к фиг. 5-8. Двигатель 630 приводит в действие кулачок 610 для вращения через силовой блок 640. При вращении кулачка 610 два фиксатора 620 перемещаются вдоль оси 601. Когда два фиксатора 620 прикреплены к скользящему основанию 520, перемещение фиксаторов 620 приводит в действие скользящее основание 520 для скользящего перемещения по направляющей 511 скольжения.

[43] Далее следует обратиться к фиг. 9-10. В некоторых вариантах реализации изобретения кулачок 610 может быть заменен кулачком 670, скользящее основание 520 может быть заменено скользящим основанием 530, а между кулачком 670 и скользящим основанием 530 может быть соединен только один фиксатор 620. Скользящее основание 530 скользит по направляющей 511 скольжения. Кулачок 670 определяет канавку 671, и фиксатор 620 расположен с возможностью скользящего перемещения в канавке 671. Аналогичным образом, двигатель 630 приводит в действие кулачок 670 для вращения через силовой блок 640. При вращении кулачка 670 фиксатор 620 перемещается вдоль оси 601, которая параллельна направляющей 511 скольжения и проходит через центр фиксатора 620. Когда фиксатор 620 прикреплен к скользящему основанию 530, перемещение фиксатора 620 приводит в действие скользящее основание 530 для скользящего перемещения по направляющей 511 скольжения.

[44] Далее следует снова обратиться к фиг. 3 и 5. В некоторых вариантах реализации изобретения устройство 90 с автоматической регулировкой дополнительно содержит модуль измерения вращения (не показан), соединенный с утяжеленной бурильной трубой 200, двигателем 630, первым редуктором 641 или кулачком 610 для измерения вращения кулачка 610 или двигателя 630.

[45] В некоторых вариантах реализации изобретения кулачок 610 или первый редуктор 641, соединенный с кулачком 610, градуированы отверстиями или выемками на кулачке 610 или первом редукторе 641, и модуль измерения вращения содержит датчик приближения (не показан) для обнаружения отверстий или выемок на кулачке 610 или первом редукторе 641. Вращение кулачка 610 или первого редуктора 641 можно рассчитать путем подсчета отверстий или выемок, обнаруженных датчиком приближения. В некоторых вариантах реализации изобретения контроллер (не показан) может получать результат обнаружения от датчика приближения и подсчитывать отверстия или выемки, обнаруженные датчиком приближения. В некоторых вариантах реализации изобретения контроллер может быть помещен в бурильную трубу и может принимать команды от наземного оператора (не показан) через систему связи (не показана).

[46] В некоторых вариантах реализации изобретения кулачок 610, первый редуктор 641, соединенный с кулачком 610, или двигатель 630 могут содержать множество частей с разной намагниченностью. Например, кулачок 610, первый редуктор 641 или двигатель 630 содержат по меньшей мере первую часть с первой намагниченностью и вторую часть со второй намагниченностью, отличной от первой намагниченности. Модуль измерения вращения содержит датчик магнитной индукции для обнаружения первой и второй намагниченностей. Затем вращение кулачка 610, первого редуктора 641 или двигателя 630 может быть рассчитано на основании обнаруженных первой и второй намагниченностей. Вращение первого редуктора 641 такое же, как вращение кулачка 610, а вращение двигателя 630 может быть преобразовано во вращение кулачка 610 на основании заранее определенной скорости. В некоторых вариантах реализации изобретения первая намагниченность или вторая намагниченность могут быть почти нулевыми.

[47] В некоторых вариантах реализации изобретения контроллер может получить результат обнаружения от датчика магнитной индукции, чтобы рассчитать вращение кулачка 610, первого редуктора 641 или двигателя 630 на основании обнаруженных первой и второй намагниченностей.

[48] Следует отметить, что модуль измерения вращения является только примером и не должен рассматриваться как ограничение объема данного изобретения. Модуль измерения вращения в соответствии с данным изобретением может включать различные изменения, и все такие изменения должны быть включены в объем данного изобретения.

[49] Далее следует обратиться к фиг. 11-12. На фиг. 11 проиллюстрирован схематический вид устройства 90 с автоматической регулировкой для системы наклонно-направленного бурения в соответствии с другим вариантом реализации данного изобретения, а на фиг. 12 проиллюстрирован увеличенный вид части B, проиллюстрированной на фиг. 11.

[50] Основное различие между устройством 90 с автоматической регулировкой в соответствии с фиг. 3-10 и устройством 90 с автоматической регулировкой в соответствии с фиг. 11-12 состоит в том, что исполнительный модуль 600 устройства 90 с автоматической регулировкой в соответствии с фиг. 11-12 содержит гидравлический исполнительный модуль вместо кулачка 610 или 670, по меньшей мере один фиксатор 620 и двигатель 630. В некоторых вариантах реализации изобретения скользящее основание 520, проиллюстрированное на фиг. 3, 5, 6, заменено скользящим основанием 540. Скользящее основание 540 может быть аналогично скользящему основанию 520, и небольшая разница между скользящим основанием 540 и скользящим основанием 520 может быть вызвана приспособлением для соединения скользящего основания 540 с гидравлическим исполнительным модулем.

[51] Гидравлический исполнительный модуль соединен со скользящим основанием 540 и сообщается с флюидом, находящимся внутри утяжеленной бурильной трубы 200 (в дальнейшем именуемой «находящимся внутри флюидом»), и флюидом, находящимся снаружи утяжеленной бурильной трубы 200 (далее именуемой «находящимся снаружи флюидом»), чтобы приводить в действие скользящее основание 540 для скользящего перемещения по направляющей 511 скольжения. Находящийся внутри флюид также может рассматриваться как флюид внутри бурильной трубы, а находящийся снаружи флюид также может рассматриваться как флюид снаружи бурильной трубы.

[52] В некоторых вариантах реализации изобретения гидравлический исполнительный модуль содержит два гидравлических привода 650 и клапан 660.

[53] В некоторых вариантах реализации изобретения каждый из двух гидравлических приводов 650 содержит компонент 651 корпуса, соединенный с утяжеленной бурильной трубой 200, и компонент 652 привода. Компонент 652 привода соединен со скользящим основанием 540 и определяет первую полость 653 и вторую полость 654 вместе с компонентом 651 корпуса. В некоторых вариантах реализации изобретения компонент 651 корпуса прикреплен к утяжеленной бурильной трубе 200. В некоторых вариантах реализации изобретения компонент 652 привода содержит толкающий компонент для толкания скользящего основания 540 для перемещения; в некоторых вариантах реализации изобретения компонент 652 привода содержит поршень.

[54] Клапан 660 содержит первый канал 661, сообщающийся с находящимся снаружи флюидом, второй канал 662, сообщающийся с находящимся внутри флюидом, третий канал 663, альтернативно сообщающий первую полость 653 с находящимся снаружи или находящимся внутри флюидом, и четвертый канал 664, альтернативно сообщающий вторую полость 654 с находящимся снаружи или находящимся внутри флюидом. В некоторых вариантах реализации изобретения третий канал 663 сообщает первую полость 653 с находящимся внутри флюидом, тогда как четвертый канал 664 сообщает вторую полость 654 с находящимся снаружи флюидом, а третий канал 663 сообщает первую полость 653 с находящимся снаружи флюидом, тогда как четвертый канал 664 сообщает вторую полость 654 с находящимся внутри флюидом.

[55] Во время операции бурения в скважине флюид (например, буровой раствор) течет из резервуара для бурового раствора на поверхности вглубь скважины через бурильную трубу и возвращается от бурового долота на поверхность через кольцевое пространство, образованное бурильной трубой и стволом скважины для прохода через бурильную трубу. Флюид, текущий из резервуара для бурового раствора вглубь скважины, является находящимся внутри флюидом, а флюид, возвращающийся от бурового долота на поверхность, является находящимся снаружи флюидом. Из-за потери энергии в процессе бурения давление находящегося внутри флюида обычно выше, чем давление находящегося снаружи флюида. Следовательно, за счет разности давлений между находящимся внутри флюидом и находящимся снаружи флюидом два компонента 652 привода двух гидравлических приводов 650 могут приводиться в действие для перемещения, и перемещение двух компонентов 652 привода приводит в действие скользящее основание 540 для скользящего перемещения по направляющей 511 скольжения. В некоторых вариантах реализации изобретения направления перемещения двух компонентов 652 привода являются почти одинаковыми.

[56] В некоторых вариантах реализации изобретения контроллер может использоваться для управления клапаном 660, то есть клапан 660 сообщает первую полость 653 с находящимся снаружи флюидом или находящимся внутри флюидом и сообщает вторую полость 654 с находящимся внутри флюидом или находящимся снаружи флюидом на основании команды, поступающей от контроллера.

[57] Следует отметить, что для краткости изложения проиллюстрирован только один из двух гидравлических приводов 650 в соединении с клапаном 660.

[58] Далее следует обратиться к фиг. 13-14. На фиг. 13 проиллюстрирован схематический вид устройства 90 с автоматической регулировкой для системы наклонно-направленного бурения в соответствии с дополнительным вариантом реализации данного изобретения, а на фиг. 14 проиллюстрирован увеличенный вид части C, проиллюстрированной на фиг. 13.

[59] Основное различие между устройством 90 с автоматической регулировкой в соответствии с фиг. 11-12 и устройством 90 с автоматической регулировкой в соответствии с фиг. 13-14 состоит в том, что гидравлический исполнительный модуль устройства 90 с автоматической регулировкой в соответствии с фиг. 13-14 содержит один гидравлический привод 690 вместо двух гидравлических приводов 650. Основное различие между гидравлическим приводом 690 и гидравлическим приводом 650 состоит в том, что гидравлический привод 690 содержит компонент 655 привода вместо компонента 652 привода.

[60] В некоторых вариантах реализации изобретения скользящая основа 540, проиллюстрированная на фиг. 11-12, заменена скользящим основанием 550. Скользящее основание 550 может быть аналогичным скользящему основанию 540, и незначительная разница между скользящим основанием 550 и скользящим основанием 540 может быть вызвана приспособлением для соединения скользящего основания 550 с гидравлическим приводом 690. Компонент 655 привода соединен со скользящим основанием 550 и может толкать и тянуть скользящее основание 550 для перемещения по направляющей 511 скольжения. Аналогичным образом, компонент 655 привода приводится в действие флюидами в первой полости 653 и второй полости 654 для перемещения.

[61] Следует отметить, что гидравлический исполнительный модуль на фиг. 11-14 является только примером, и его не следует рассматривать как ограничение объема данного изобретения. Гидравлический исполнительный модуль в соответствии с данным изобретением может включать различные изменения, и все эти изменения должны быть включены в объем данного изобретения. Например, гидравлический исполнительный привод может содержать два клапана 660, соединенных с двумя гидравлическими приводами 650 соответственно. В другом примере клапан 660 может быть одним клапаном или может быть образован множеством клапанов. В качестве дополнительного примера, компонент корпуса гидравлического привода 650 может содержать поршень, а компонент привода гидравлического привода 650 может содержать конструкцию, аналогичную компоненту 651 корпуса, проиллюстрированному на фиг. 12.

[62] Далее следует обратиться к фиг. 3-15. На фиг. 15 проиллюстрирована блок-схема последовательности операций способа 800 автоматической регулировки наклонно-направленного бурения в соответствии с вариантом реализации данного изобретения. Способ 800 автоматической регулировки наклонно-направленного бурения включает в себя этап 810 и этап 820.

[63] На этапе 810 усилие создается посредством исполнительного модуля 600, соединенного со скользящим основанием 520, 530, 540 или 550. Скользящее основание 520, 530, 540 или 550 расположено на направляющей 511 скольжения, определяемом опорой 510 основания, прикрепленной к утяжеленной бурильной трубе 200. Утяжеленная бурильная труба 200 соединена с корпусом 100 приводного вала. Активный стабилизатор 410 прикреплен к корпусу 100 приводного вала и подвижно соединен с утяжеленной бурильной трубой 200.

[64] На этапе 820 усилие используется для перемещения скольжением скользящего основания 520, 530, 540 или 550 вдоль направляющей 511 скольжения, чтобы привести к относительному перемещению между активным стабилизатором 410 и утяжеленной бурильной трубой 200 и создать угол изгиба между корпусом 100 приводного вала и утяжеленной бурильной трубой 200.

[65] В вариантах реализации изобретения в соответствии с фиг. 3-10, исполнительный модуль 600 содержит кулачок 610 или 670, определяющий канавку 611 или 671, по меньшей мере один фиксатор 620, расположенный с возможностью скользящего перемещения в канавке 611 или 671 и прикрепленный к скользящему основанию 520 или 530, и двигатель 630, соединенный с кулачком 610 или 670 для приведения в действие кулачка 610 или 670 для вращения. В этих вариантах реализации изобретения этап 810 заключается в том, что двигатель 630 вращает кулачок 610 или 670 для создания усилия, а этап 820 заключается в том, что усилие передается на скользящее основание 520 или 530 через по меньшей мере один фиксатор 620, чтобы приводить к скользящему перемещению скользящего основания 520 или 530 по направляющей 511 скольжения, для того чтобы привести к относительному перемещению между активным стабилизатором 410 и утяжеленной бурильной трубой 200 долота и создать угол изгиба между корпусом 100 приводного вала и утяжеленной бурильной трубой 200.

[66] В некоторых вариантах реализации изобретения исполнительный модуль 600 дополнительно содержит силовой блок 640, соединенный между двигателем 630 и кулачком 610 или 670, и этап 810 заключается в том, что двигатель 630 вращает кулачок 610 или 670 через силовой блок 640 для создания усилия.

[67] В вариантах реализации изобретения в соответствии с фиг. 11-14 исполнительный модуль 600 содержит гидравлический исполнительный модуль, соединенный со скользящим основанием 540 или 550 и сообщающийся с находящимся внутри флюидом или находящимся снаружи флюидом. В этих вариантах реализации изобретения этап 810 заключается в том, что гидравлический исполнительный модуль сообщается с находящимся внутри флюидом и находящимся снаружи флюидом для создания усилия, а этап 820 включает в себя использование усилия, создаваемого гидравлическим исполнительным модулем, для скользящего перемещения скользящего основания 540 или 550 по направляющей 511 скольжения, чтобы привести к относительному перемещению между активным стабилизатором 410 и утяжеленной бурильной трубой 200, и создания угла изгиба между корпусом 100 приводного вала и утяжеленной бурильной трубой 200.

[68] В некоторых вариантах реализации изобретения гидравлический исполнительный модуль содержит по меньшей мере один гидравлический привод 650 и клапан 660. Каждый из по меньшей мере одного гидравлического привода 650 содержит компонент 651 корпуса, соединенный с утяжеленной бурильной трубой 200, и компонент 652 или 655 привода, соединенный со скользящим основанием 540 или 550. Компонент 652 или 655 привода определяет первую полость 653 и вторую полость 654 вместе с компонентом 651 корпуса. Клапан 660 содержит первый канал 661, сообщающийся с находящимся снаружи флюидом, второй канал 662, сообщающийся с находящимся внутри флюидом, третий канал 663, альтернативно сообщающий первую полость 653 с находящимся снаружи или находящимся внутри флюидом, и четвертый канал 664, альтернативно сообщающий вторую полость 654 с находящимся внутри или находящимся снаружи флюидом. В этих вариантах реализации изобретения этап 810 заключается в том, что клапан 660 сообщает первую полость 653 с находящимся снаружи или находящимся внутри флюидом и сообщает вторую полость 654 с находящимся внутри или находящимся снаружи флюидом, чтобы создавать усилие на компоненте 652 или 655 привода, этап 820 включает в себя приложение усилия к компоненту 652 или 655 привода для перемещения компонента 652 или 655 привода, чтобы приводить в действие скользящее основание 540 или 550, соединенное с компонентом 652 или 655 привода, для скользящего перемещения по направляющей 511 скольжения, таким образом приводя к относительному перемещению между активным стабилизатором 410 и утяжеленной бурильной трубой 200, и создания угла изгиба между корпусом 100 приводного вала и утяжеленной бурильной трубой 200.

[69] В вариантах реализации изобретения в соответствии с данным изобретением используется исполнительный модуль 600 для создания усилия и используется усилие для скользящего перемещения скользящего основания 520, 530, 540 или 550 по направляющей 511 скольжения, определенному опорой 510 основания. Поскольку опора 510 основания прикреплена к утяжеленной бурильной трубе 200, скользящее основание 520, 530, 540 или 550 соединено с корпусом 100 приводного вала, а активный стабилизатор 410 прикреплен к корпусу 100 приводного вала и подвижно соединен с утяжеленной бурильной трубой 200, перемещение скользящего основания приводит к относительному перемещению между активным стабилизатором 410 и утяжеленной бурильной трубой 200 и создает угол изгиба между корпусом 100 приводного вала и утяжеленной бурильной трубой 200, таким образом направляя приводной вал 300 в требуемом направлении. Кроме того, в вариантах реализации изобретения, в которых исполнительный модуль 600 содержит гидравлический исполнительный модуль для приведения в действие скользящего основания 540 или 550 для скользящего перемещения по направляющей 511 скольжения, наблюдается низкое потребление электроэнергии устройством 90 с автоматической регулировкой.

[70] Хотя данное изобретение проиллюстрировано и описано в типичных вариантах реализации изобретения, оно не предназначено для ограничения показанными деталями, так как различные модификации и замены могут быть сделаны без какого-либо отступления от сущности данного изобретения. Таким образом, дальнейшие модификации и эквиваленты раскрытого в данном документе изобретения могут быть очевидны для специалистов в данной области техники, проводящих всего лишь обычные эксперименты, и все такие модификации и эквиваленты, как полагают, находятся в пределах сущности и объема изобретения, как определено следующей формулой изобретения.

1. Устройство (90) с автоматической регулировкой наклонно-направленного бурения, содержащее:

корпус (100) приводного вала;

утяжеленную бурильную трубу (200), соединенную с корпусом (100) приводного вала;

приводной вал (300), проходящий через корпус (100) приводного вала и утяжеленную бурильную трубу (200);

активный стабилизатор (410), закрепленный на корпусе (100) приводного вала и подвижно соединенный с утяжеленной бурильной трубой (200);

компоновку низа бурильной колонны (КНБК) (500) с турбобуром, содержащую опору (510) основания, закрепленную на утяжеленной бурильной трубе (200), и скользящее основание (520, 530, 540, 550), соединенное с корпусом (100) приводного вала, при этом опора (510) основания определяет направляющую (511) скольжения, и скользящее основание (520, 530, 540, 550) расположено с возможностью скользящего перемещения по направляющей (511) скольжения; и

исполнительный модуль (600), соединенный со скользящим основанием (520, 530, 540, 550), для приведения в действие скользящего основания (520, 530, 540, 550) для скользящего перемещения по направляющей (511) скольжения.

2. Устройство (90) по п. 1, отличающееся тем, что исполнительный модуль (600) содержит:

кулачок (610, 670), определяющий канавку (611, 671);

по меньшей мере один фиксатор (620), расположенный с возможностью скользящего перемещения в канавке (611, 671) и прикрепленный к скользящему основанию (520, 530); и

двигатель (630), соединенный с кулачком (610, 670), для приведения в действие кулачка (610, 670) для вращения.

3. Устройство (90) по п. 2, дополнительно содержащее модуль измерения вращения для измерения вращения кулачка (610, 670) или двигателя (630).

4. Устройство (90) по п. 2, отличающееся тем, что по меньшей мере один фиксатор (620) содержит два фиксатора (620), и относительное расстояние между двумя фиксаторами (620) является почти постоянным.

5. Устройство (90) по п. 2, отличающееся тем, что исполнительный модуль (600) дополнительно содержит силовой блок (640), подсоединенный между двигателем (630) и кулачком (610, 670).

6. Устройство (90) по п. 5, отличающееся тем, что силовой блок (640) содержит:

первый редуктор (641), соединенный с возможностью вращения с утяжеленной бурильной трубой (200) и закрепленный на кулачке (610, 670); и

второй редуктор (642), соединенный между двигателем (630) и первым редуктором (641).

7. Устройство (90) по п. 1, отличающееся тем, что исполнительный модуль (600) содержит гидравлический исполнительный модуль, соединенный со скользящим основанием (520) и сообщающийся с флюидом внутри утяжеленной бурильной трубы (200) и флюидом снаружи утяжеленной бурильной трубы (200) для приведения в действие скользящего основания (540, 550) для скользящего перемещения по направляющей (511) скольжения.

8.  Устройство (90) по п. 7, отличающееся тем, что гидравлический исполнительный модуль содержит:

гидравлический привод (650), содержащий компонент (651) корпуса, соединенный с утяжеленной бурильной трубой (200), и компонент (652, 655) привода, соединенный со скользящим основанием (540, 550) и определяющий первую полость (653) и вторую полость (654) вместе с компонентом (651) корпуса; и

клапан (660), содержащий первый канал (661), сообщающийся с флюидом снаружи утяжеленной бурильной трубы (200), второй канал (662), сообщающийся с флюидом внутри утяжеленной бурильной трубы, третий канал (663), альтернативно сообщающий первую полость (653) с флюидом внутри или снаружи утяжеленной бурильной трубы (200), и четвертый канал (664), альтернативно сообщающий вторую полость (654) с флюидом внутри или снаружи утяжеленной бурильной трубы (200).

9. Устройство (90) по п. 8, отличающееся тем, что компонент (651) корпуса закреплен относительно утяжеленной бурильной трубы (200), а компонент (652, 655) привода содержит поршень.

10. Устройство (90) по п. 1, отличающееся тем, что приводной вал (300) соединен с забойным двигателем.

11. Устройство (90) по п. 1, отличающееся тем, что корпус (100) приводного вала соединен с утяжеленной бурильной трубой (200) через шарнирное соединение (120) и соединительный фиксатор (121), причем соединительный фиксатор (121) расположен на шарнирном соединении (120) и соединен с корпусом (100) приводного вала и утяжеленной бурильной трубой (200).

12. Устройство (90) по п. 1, отличающееся тем, что приводной вал (300) соединен с корпусом (100) приводного вала через подшипниковый узел (130).

13. Способ (800) автоматической регулировки наклонно-направленного бурения, включающий:

создание (810) усилия посредством исполнительного модуля, соединенного со скользящим основанием, расположенным на направляющей скольжения, определяемым опорой основания, которая прикреплена к утяжеленной бурильной трубе, соединенной с корпусом приводного вала, причем активный стабилизатор прикреплен к корпусу приводного вала и подвижно соединен с утяжеленной бурильной трубой; и

приложение (820) усилия для скользящего перемещения скользящего основания по направляющей скольжения, чтобы привести к относительному перемещению между активным стабилизатором и утяжеленной бурильной трубой, а также создать угол изгиба между корпусом приводного вала и утяжеленной бурильной трубой.