Системы и способы корректировки нагрузки на долото и балансировки фаз
Изобретение относится к бурению стволов скважин в подземных формациях и более конкретно к системам и способам балансировки нагрузки и распределения гидравлической энергии между отдельными скважинными режущими инструментами. Техническим результатом является балансировка нагрузки и распределения гидравлической энергии между отдельными скважинными режущими инструментами. Компоновка низа бурильной колонны содержит первый переводник датчика, расположенный вблизи с буровым долотом и выполненный с возможностью контроля одного или более рабочих параметров, относящихся к буровому долоту, второй переводник датчика, отстоящий от первого переводника датчика по оси и расположенный вблизи с расширителем и выполненный с возможностью контроля одного или более рабочих параметров расширителя, и коммуникационный модуль, соединенный с первым и вторым переводниками датчиков средствами связи и выполненный с возможностью передачи по ним одного или более сигналов корректирующих действий в случае, если один или более рабочих параметров бурового долота и расширителя превышают заданный рабочий уровень, и один из гидравлического переводника и скважинной движительной установки, установленный между буровым долотом и расширителем и соединенный с коммуникационным модулем для приема одного или более сигналов корректирующих действий и активирования в ответ на это балансировки распределения нагрузки между нагрузкой на долото и нагрузкой на расширитель. 3 н. и 14 з.п. ф-лы, 5 ил.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0001] Настоящее изобретение относится к бурению стволов скважин в подземных формациях и, более конкретно, к системам и способам балансировки нагрузки и распределения гидравлической энергии между отдельными скважинными режущими инструментами.
[0002] Стволы скважин бурят в подземных пластах в различных целях, в том числе, например, с целью добычи нефти и газа, а также для извлечения геотермального тепла. Такие стволы скважин, как правило, бурят с использованием одного или более буровых долот, таких как буровые долота с запрессованными поликристаллическими алмазными резцами (например, "лопастные" долота), шарошечные долота (например, "дробящие" долота), импрегнированные алмазные долота, а также гибридные долота, которые могут содержать, например, как запрессованные резцы, так и шарошечные резцы. Буровое долото соединяется либо напрямую, либо не напрямую с концом бурильной колонны или рабочей колонны, которая содержит ряд удлиненных соединенных "конец в конец" трубчатых сегментов, идущих в ствол скважины с поверхности. Различные инструменты и компоненты, в том числе буровое долото, зачастую расположены или иным образом соединены на дальнем конце бурильной колонны в нижней части ствола скважины. Данную компоновку инструментов и компонентов зачастую называют "компоновкой низа бурильной колонны" (КНБК).
[0003] Для того чтобы пробурить ствол скважины, буровое долото вращается и его резцы или абразивные структуры режут, дробят, скалывают и/или истирают породы пласта, тем самым способствуя продвижению бурового долота в подземную формацию. В некоторых случаях буровое долото вращается в стволе скважины посредством вращения бурильной колонны с поверхности, в то время как жидкость, такая как буровой раствор, закачивается с поверхности к буровому долоту. Буровой раствор выходит из бурильной колонны через одно или более сопел в буровом долоте, и может использоваться для охлаждения бурового долота и вымывания буровых частиц обратно на поверхность через затрубное пространство, образованное между бурильной колонной и обнаженной поверхностью ствола скважины. Тем не менее, в других случаях буровое долото может вращаться посредством соединения бурового долота с забойным двигателем (например, гидравлическим забойным двигателем), который также соединен с бурильной колонной и расположен в относительной близости к буровому долоту. Буровой раствор, закачиваемый с поверхности, может запитывать забойный двигатель для вращения бурового долота, а затем выходить из сопел бурового долота и циркулировать обратно на поверхность через затрубное пространство.
[0004] Чтобы увеличить диаметр ствола скважины, наряду с буровым долотом в качестве части КНБК может быть использовано устройство "расширитель" (также называемое "устройством для расширения ствола скважины" или "расширителем ствола скважины"). Расширитель, как правило, отступает от бурового долота и расположен вверх по стволу скважины по оси вдоль длины КНБК. В процессе работы буровое долото действует как пилотное долото с образованием пилотной скважины в подземной формации, а расширитель следует за буровым долотом через пилотную скважину с увеличением диаметра ствола скважины по мере продвижения КНБК в пласт.
[0005] По мере бурения ствола скважины, с поверхности через бурильную колонну, которая заставляет режущие инструменты продвигаться в пласт, прилагается осевое усилие или нагрузка на буровое долото и расширитель. Данное усилие, как правило, называют "нагрузкой на долото" (WOB) и "нагрузкой на расширитель" (WOR). Эффективное бурение, как долотом, так и расширителем может существенно повлиять на производительность и скорость проходки (ROP) в пласт. Тем не менее, регулирование WOB и WOR, в случае их одновременного использования, может быть очень сложным. Может быть несколько сценариев, которые могут затруднять эффективность бурения, тем самым приводя не только к низкой ROP, но и к преждевременному износу скважинных инструментов. Например, ствол скважины может проходить через разные пласты или слои горных пород, и каждая формация может обладать различными физическими свойствами. Некоторые пласты могут быть относительно мягкими и легко подвергаться бурению, в то время как другие являются относительно твердыми и трудно подвергаются бурению. По мере прохождения ствола скважины через относительно твердую формацию и в подстилающую более мягкую формацию буровое долото будет быстро удалять породу из более мягкой формации, в то время как расширитель продолжит более медленно расширять ствол скважины в более твердой формации. Следовательно, соотношение между WOB и WOR может привести к нежелательному и неравномерному распределению нагрузки между расширителем и буровым долотом.
[0006] Дисбаланс в распределении нагрузки может также привести к возникновению вибрации в бурильной колонне. Если нагрузка на расширитель выше, чем на буровое долото, например, может наблюдаться свободное провисание труб ниже расширителя вблизи бурового долота, тем самым потенциально вызывая сильную вибрацию в бурильной колонне. Несбалансированное усилие на долото и расширитель может также привести к обращению фаз возбуждающего усилия и чрезмерной вибрации. Например, несмотря на то, что бурильная колонна может вибрировать на определенной частоте, несбалансированная нагрузка между долотом и расширителем может привести к вращению каждого вооружения долота в разных фазах. А когда фазы бурового долота и расширителя в значительной степени не синхронизированы, возбуждающие усилия на каждое вооружение долота усиливаются, и возникшая вибрация может оказывать отрицательное влияние на ROP и потенциально привести к повреждению важных компонентов КНБК.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0007] Настоящее изобретение относится к бурению стволов скважин в подземных пластах и, более конкретно, к системам и способам балансировки нагрузки и распределения гидравлической энергии между отдельными скважинными режущими инструментами.
[0008] В некоторых вариантах реализации изобретения раскрывается компоновка низа бурильной колонны, при этом она может содержать первый переводник датчика, выполненный с возможностью контроля одного или более рабочих параметров, относящихся к буровому долоту, второй переводник датчика, отстоящий от первого переводника датчика по оси и выполненный с возможностью контроля одного или более рабочих параметров расширителя, а также коммуникационный модуль, соединенный с первым и вторым переводниками датчиков средствами связи и выполненный с возможностью передачи по ним одного или более сигналов корректирующих действий, в случае, если один или более рабочих параметров бурового долота и расширителя превышают заданный рабочий уровень.
[0009] В других вариантах реализации изобретения раскрывается способ бурения ствола скважины. Данный способ может включать контроль рабочих параметров бурового долота с помощью первого переводника датчика, расположенного вблизи бурового долота, при этом указанное буровое долото расположено на дальнем конце компоновки низа бурильной колонны, контроль рабочих параметров расширителя с помощью второго переводника датчика, расположенного вблизи расширителя, при этом указанный расширитель отступает по оси от бурового долота вдоль компоновки низа бурильной колонны на величину зазора и смещен относительно бурового долота в угловом направлении на величину фазового угла, прием рабочих параметров бурового долота и расширителя с помощью коммуникационного модуля, соединенного средствами связи как с первым, так и со вторым переводниками датчиков, а также корректировку по меньшей мере одной из величин: зазора и фазового угла в случае, если рабочие параметры бурового долота и расширителя превышают заданный рабочий уровень.
[0010] В еще одном варианте реализации изобретения раскрывается другой способ бурения ствола скважины. Данный способ может включать контроль нагрузки на долото с помощью первого переводника датчика, расположенного вблизи бурового долота, при этом указанное буровое долото расположено на дальнем конце компоновки низа бурильной колонны, контроль нагрузки на расширитель с помощью второго переводника датчика, расположенного вблизи расширителя, при этом расширитель отступает от бурового долота по оси вдоль компоновки низа бурильной колонны, прием сигналов, типичных для нагрузки на долото и нагрузки на расширитель, с помощью коммуникационного модуля, соединенного средствами связи, как с первым, так и со вторым переводниками датчиков, передачу по ним одного или более сигналов корректирующих действий в случае, если нагрузка на долото и нагрузка на расширитель превышают заданный рабочий уровень, а также балансировку распределения нагрузки между нагрузкой на долото и нагрузкой на расширитель.
[0011] Отличительные признаки настоящего изобретения будут очевидны специалистам в данной области техники после прочтения следующего описания предпочтительных вариантов реализации изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
[0012] Следующие фигуры включены с целью иллюстрации определенных аспектов настоящего изобретения, и их не следует рассматривать в качестве исключительных вариантов реализации. Раскрытый объект изобретения допускает значительные модификации, изменения, комбинации, а также эквиваленты по форме и функции, как будет ясно специалисту в данной области техники, извлекающему пользу из настоящего изобретения.
[0013] ФИГ. 1 представляет собой вид сбоку типовой компоновки низа бурильной колонны, погруженной в типичный ствол скважины, в соответствии с одним или более вариантами реализации изобретения.
[0014] ФИГ. 2 представляет собой вид в поперечном разрезе типового гидравлического переводника в соответствии с одним или более вариантами реализации изобретения.
[0015] ФИГ. 3А и 3В представляют собой схематические чертежи, иллюстрирующие сценарий, когда нагрузка на долото и нагрузка на расширитель выровнены после обнаружения соотношения, которое превышает заданное эксплуатационное ограничение, в соответствии с одним или более вариантами реализации изобретения.
[0016] ФИГ. 4А и 4В представляют собой схематические чертежи, иллюстрирующие сценарий, когда нагрузка на долото и нагрузка на расширитель выровнены после обнаружения соотношения, которое превышает заданное эксплуатационное ограничение, в соответствии с одним или более вариантами реализации изобретения.
[0017] ФИГ. 5 представляет собой вид в поперечном разрезе типового манипулятора фазового сдвига в соответствии с одним или более вариантами реализации изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0018] Настоящее изобретение относится к бурению стволов скважин в подземных пластах и, более конкретно, к системам и способам балансировки нагрузки и распределения гидравлической энергии между отдельными скважинными режущими инструментами.
[0019] Бурение скважин с максимально большим отходом от вертикали и протяженность отхода от вертикали на большую глубину требуют как улучшенных моделей, так и комплексного анализа буровых работ. Эффективность бурения является важным вопросом для сверхдлинных скважин, а оптимизация и контроль эффективности эксплуатации различных режущих инструментов имеет большое значение для успешного завершения скважин. Варианты реализации изобретения, описанные в данном документе, могут оказаться целесообразными при контроле буровых работ в забое скважины в режиме реального времени и эффективном регулировании распределения нагрузки между соседними по оси режущими инструментами, расположенными на бурильной колонне. За счет регулирования распределения нагрузки буровая система будет иметь повышенную скорость проходки и эффективность. Варианты реализации изобретения, описанные в данном документе, могут также оказаться целесообразными при устранении неблагоприятных последствий дисбаланса фаз между соседними по оси режущими инструментами. За счет управления режущими инструментами, так, чтобы они резали по сути в фазе друг с другом, вредное воздействие вибрации будет сведено к минимуму.
[0020] ФИГ. 1 представляет собой вид сбоку типовой компоновки низа бурильной колонны (КНБК) 100 при погружении в типичный ствол скважины 108 в соответствии с одним или более вариантами реализации изобретения. Как проиллюстрировано, КНБК 100 может содержать буровое долото 102 и расширитель 104, разнесенные по оси вдоль бурильной колонны 106, которая идет от поверхности (не показана). Буровое долото 102 и расширитель 104 могут быть выполнены с возможностью бурения или иным образом проходки ствола скважины 108 в подземную формацию 110 с целью извлечения из нее углеводородов. По мере того, как бурильная колонна 106 продвигает КНБК 100 в подземную формацию 110, буровое долото 102 может бурить ствол скважины 108 первого диаметра, а расширитель 104 может следовать за буровым долотом 102 с увеличением размера ствола скважины до второго диаметра, причем второй диаметр больше первого диаметра. КНБК 100 может вращаться в стволе скважины, например, посредством вращения бурильной колонны 106 с поверхности. Тем не менее, в других вариантах реализации изобретения забойный двигатель или буровой насос (не показан) в равной степени могут быть использованы для вращения КНБК 100, без отхода от объема настоящего изобретения.
[0021] Хоть это и не показано конкретно, специалисты в данной области техники легко поймут, что КНБК 100 может дополнительно содержать различные другие типы буровых инструментов и компонентов, таких как, без ограничения ими, направляющий механизм, один или более стабилизаторов, один или более механических и динамических инструментов, одну или более утяжеленных бурильных труб, один или более акселерометров, один или более ясов, а также один или более сегментов утяжеленных бурильных труб.
[0022] КНБК 100 может дополнительно содержать первый переводник датчика 112а и второй переводник датчика 112b, соединенные с бурильной колонной 106 или иным образом образующие ее часть. Первый переводник датчика 112а может быть смежным или иным образом расположен вблизи бурового долота 102, а второй переводник датчика 112b может быть смежным или иным образом расположен вблизи расширителя 104. Первый и второй переводники датчиков 112а, b могут быть выполнены с возможностью контроля различных рабочих параметров в условиях скважины относительно КНБК 100. Например, первый переводник датчика 112а может быть выполнен с возможностью контроля рабочих параметров, относящихся к буровому долоту 102, таких как, без ограничения ими, нагрузка на долото (WOB), крутящий момент на долото (TOB), число оборотов в минуту (об./мин.) бурового долота 102, изгибающий момент бурильной колонны 106 вблизи бурового долота 102, вибрации бурового долота 102 или вблизи него и тому подобное. Аналогичным образом второй переводник датчика 112b может быть выполнен с возможностью контроля рабочих параметров расширителя 104, таких как, без ограничения ими, нагрузка на расширитель (WOR), крутящий момент на расширитель (TOR), число оборотов в минуту (об./мин.) расширителя 104, изгибающий момент бурильной колонны вблизи расширителя 104, вибрации расширителя 104 или вблизи него и тому подобное.
[0023] В некоторых вариантах реализации изобретения один или оба из первого и второго переводников датчиков 112а, b могут представлять собой инструмент DRILLDOC®, коммерчески доступный от компании Sperry Drilling, Хьюстон, штат Техас, США. Инструмент DRILLDOC®, или тип переводника датчика 112а, b, может быть выполнен с возможностью обеспечения измерений нагрузки, крутящего момента и изгиба на соседнем режущем инструменте (то есть на буровом долоте 102 и расширителе 104) в режиме реального времени, чтобы охарактеризовать передачу энергии с поверхности режущему инструменту. Следует принимать во внимание, что эти измерения помогают оптимизировать параметры режима бурения с целью доведения до максимума производительности и сведения к минимуму потерь энергии при ее передаче, а также вибрации.
[0024] КНБК 100 может дополнительно содержать двунаправленный коммуникационный модуль 114, соединенный с бурильной колонной 106 или иным образом образующий ее часть. Коммуникационный модуль 114 может быть соединен средствами связи с каждым из первого и второго переводников датчиков 112а, b через одну или более линий передачи данных 116, так что коммуникационный модуль 114 может быть выполнен с возможностью передачи и приема данных на/от первого и второго переводников датчиков 112а, b в режиме реального времени. Соответственно, коммуникационный модуль 114 может быть в режиме реального времени обеспечен рабочими параметрами как бурового долота 102, так и расширителя 104 во время буровых работ.
[0025] В некоторых вариантах реализации изобретения коммуникационный модуль 114 может содержать один или более микропроцессоров 118, таких как микропроцессор, обеспечивающий замкнутую обратную связь, или тому подобное. Микропроцессор 118 может быть выполнен с возможностью обеспечения обмена данными первого и второго переводников датчиков 112а, b друг с другом. В результате первый переводник датчика 112а может быть извещен об общих рабочих условиях расширителя 104 в режиме реального времени посредством обмена данными со вторым переводником датчика 112b, и второй переводник датчика 112b аналогичным образом может быть извещен об общих рабочих условиях бурового долота 102 в режиме реального времени посредством обмена данными с первым переводником датчика 112а.
[0026] Коммуникационный модуль 114 может быть дополнительно соединен средствами связи с поверхностью (не показана) через одну или более линий передачи данных 120, так что коммуникационный модуль 114 может быть выполнен с возможностью передачи и приема данных в режиме реального времени на/с поверхности во время работ. Например, коммуникационный модуль 114 может быть выполнен с возможностью передачи на поверхность различных скважинных данных рабочих параметров, полученных через первый и второй переводники датчиков 112а, b. После получения на поверхности оператор может проанализировать данные контролируемых рабочих параметров и, в случае необходимости, предпринять в ответ одно или более корректирующих действий или тому подобного. В некоторых вариантах реализации изобретения, как более подробно описано ниже, одно или более корректирующих действий могут включать передачу одного или более сигналов команды или сигналов корректирующих действий обратно в скважину коммуникационному модулю 114, который инициирует действие со стороны либо бурового долота 102, либо расширителя 104.
[0027] Тем не менее, в других вариантах реализации изобретения коммуникационный модуль 114 может осуществлять обмен данных с компьютеризированной системой (не показана) или тому подобным, выполненным с возможностью приема различных скважинных данных рабочих параметров, по мере получения их через первый и второй переводники датчиков 112а, b. Следует принимать во внимание, что такая компьютеризированная система может быть расположена либо в скважине, либо на поверхности. В некоторых вариантах реализации изобретения, например, коммуникационный модуль 114 как таковой может служить в качестве компьютеризированной системы, описанной в данном документе. В случае если скважинные данные рабочих параметров превышают или иным образом нарушают один или более заданных ограничений эксплуатации, компьютеризированная система может быть выполнена с возможностью предупреждения оператора или пользователя о рабочем отклонении и, в ответ, один или более корректирующих командных сигналов могут быть переданы на КНБК 100 с целью изменения скважинных условий эксплуатации с возвращением рабочих параметров обратно в безопасный или эффективный рабочий диапазон. В других вариантах реализации изобретения после распознавания или определения нарушения или превышения заданного ограничения эксплуатации иным образом, компьютеризированная система может быть выполнена с возможностью автоматической передачи одного или более сигналов корректирующих действий на КНБК 100, без отхода от объема настоящего изобретения. Соответственно, одно или более корректирующих действий могут быть полностью автоматизированными, по меньшей мере в одном варианте реализации изобретения.
[0028] Тем не менее, в еще одних вариантах реализации изобретения скважинные данные рабочих параметров, принятые с помощью коммуникационного модуля 114, полученные через первый и второй переводники датчиков 112а, b, в альтернативном варианте могут быть сохранены во встроенной памяти (не показана), расположенной в коммуникационном модуле 114. При сохранении во встроенной памяти собранные скважинные данные рабочих параметров могут быть преобразованы в каротажную диаграмму с глубинной привязкой, таким образом, чтобы их можно было использовать для пост-анализа по возвращении КНБК 100 на поверхность и технический специалист мог получить доступ к встроенной памяти и скачать ее содержимое.
[0029] Следует принимать во внимание, что линии передачи данных 116, 120 могут представлять собой любой тип проводных или беспроводных телекоммуникационных устройств или средств, известных специалистам в данной области техники, таких как, без ограничения ими, электрические провода или линии, оптоволоконные линии связи, скважинные телеметрические методики (гидроимпульсные, акустические, электромагнитных частот и т.д.), их комбинации и тому подобное. В некоторых вариантах реализации изобретения линии передачи данных 116, 120 могут составлять часть системы проводных бурильных труб, которая использует электрические провода для передачи электрических сигналов на поверхность и с нее.
[0030] Одним из рабочих параметров, который может контролироваться с помощью первого и второго переводников датчиков 112а, b, который будет оказывать непосредственное воздействие на скорость проходки (ROP) и общую эффективность буровой системы, является WOB и WOR. Может оказаться целесообразным поддерживать соотношение WOR к WOB в пределах заданного или желательного диапазона по мере продвижения бурового долота 102 и расширителя 104 через подземную формацию 110, в особенности при прохождении через пласты 110 разных горных пород (например, из относительно твердой формации в относительно мягкую формацию). В некоторых вариантах реализации изобретения КНБК 100 может быть выполнена с возможностью поддержания соотношения между WOR и WOB по меньшей мере постоянным или иным образом в пределах заданного ограничения или диапазона нормальной эксплуатации. В результате ROP может быть доведена до максимума, нежелательные вибрации в бурильной колонне 106 могут быть снижены, а вероятность преждевременного износа бурового долота 102, расширителя 104 и других, связанных с ними, скважинных инструментов и компонентов может быть сведена к минимуму.
[0031] В соответствии с одним или более вариантами реализации изобретения первый и второй переводники датчиков 112а, b могут быть выполнены с возможностью контроля и сообщения коммуникационному модулю 114 WOB и WOR, соответственно, для того чтобы определить соотношение между двумя этими параметрами. Когда соотношение между WOR/WOB превышает заданное значение или рабочий уровень, это может быть признаком того, что один из бурового долота 102 или расширителя 104 несет избыточный уровень нагрузки в бурильной колонне 106, тем самым оказывая отрицательное влияние на эффективность бурения и ROP. При обнаружении этого состояния коммуникационный модуль 114 может быть выполнен с возможностью передачи сигнала на поверхность, с указанием того же самого. На поверхности, как описано выше, оператор или информационно-вычислительный комплекс может принять и проанализировать данный сигнал и, если это целесообразно, предпринять одно или более корректирующих действий в ответ, для того чтобы вернуть соотношение между WOR/WOB обратно в безопасный или подходящий рабочий диапазон.
[0032] В некоторых вариантах реализации изобретения соответствующее корректирующее действие может включать корректировку нагрузки на крюке при спуске, применяемой относительно бурильной колонны 106, с поверхности. Корректировка нагрузки на крюке при спуске или подъеме может быть выполнена с возможностью снижения нагрузки, которую испытывает режущий инструмент с чрезмерной нагрузкой (то есть буровое долото 102 или расширитель 104).
[0033] В соответствии с другими вариантами реализации изобретения соотношение между WOR/WOB может быть скорректировано или иным образом модифицировано посредством управления осевым положением расширителя 104 по длине бурильной колонны 106 относительно бурового долота 102. Например, как проиллюстрировано, КНБК 100 может дополнительно содержать гидравлический переводник 122, выполненный с возможностью функционального соединения с расширителем 104 или иным образом прикрепленный к нему. В некоторых вариантах реализации изобретения гидравлический переводник 122 может быть соединен со скважинным концом расширителя 104 (то есть ниже расширителя 104), как проиллюстрировано. Тем не менее, в других вариантах реализации изобретения гидравлический переводник 122 может быть соединен с устьевым концом расширителя 104 (то есть выше расширителя 104), без отхода от объема настоящего изобретения. В любом случае, гидравлический переводник 122 может быть неотъемлемой частью бурильной колонны 106 и КНБК 100, которая выполнена с возможностью функционального соединения с расширителем 104.
[0034] Гидравлический переводник 122 может быть соединен средствами связи с коммуникационным модулем 114 через линию передачи данных 116. Коммуникационный модуль 114 может быть выполнен с возможностью передачи одного или более сигналов корректирующих действий гидравлическому переводнику 122 для приведения в движение гидравлического переводника 122 и, таким образом, управления осевым положением расширителя 104 по длине бурильной колонны 106 относительно бурового долота 102.
[0035] На ФИГ. 2 проиллюстрирован вид в поперечном разрезе типового гидравлического переводника 122 в соответствии с одним или более вариантами реализации изобретения. Следует отметить, что гидравлический переводник 122 изображен только в иллюстративных целях и, следовательно, не должен рассматриваться как ограничивающий объем настоящего изобретения. Например, специалисты в данной области техники легко поймут, что существует несколько других типов устройств или механизмов, которые могут работать аналогично гидравлическому переводнику 122, как описано в данном документе, и в равной степени могут быть использованы без отхода от объема настоящего изобретения. Гидравлический переводник 122 может содержать, как правило, удлиненный корпус 202 с концом с внутренней резьбой 204а и концом с наружной резьбой 204b. Корпус 202 может быть по сути цилиндрической формы, но в других вариантах реализации изобретения может быть выполнен в любой другой подходящей геометрической форме, без отхода от объема настоящего изобретения. В некоторых вариантах реализации изобретения конец с внутренней резьбой 204а корпуса 202 может быть выполнен с возможностью функционального соединения с расширителем 104 (ФИГ. 1), например, посредством резьбового соединения (не показано). Конец с наружной резьбой 204b может быть выполнен с возможностью функционального соединения с бурильной колонной 106 и, как описано еще ниже, муфта 205 может быть резьбой или иным образом прикреплена к корпусу 202 на конце с наружной резьбой 204b и расположена, как правило, в бурильной колонне 106.
[0036] В показанном типовом варианте реализации изобретения гидравлический переводник 122 может содержать поршень 206, камеру давления 208, устройство давления 210 и отверстие для нагнетания жидкости 212. Поршень 206 может быть выполнен с возможностью подвижного расположения внутри корпуса 202 и реализован с возможностью совершения возвратно-поступательного движения по оси в корпус 202 и муфту 205, и из них. По мере совершения поршнем 206 возвратно-поступательного движения осевая длина гидравлического переводника 122 и бурильной колонны 106 может соответствующим образом увеличиваться или уменьшаться, тем самым управляя осевым положением расширителя 104 (ФИГ. 1) относительно бурового долота 102 (ФИГ. 1), расположенного на конце бурильной колонны 106. В некоторых вариантах реализации изобретения, например, муфта 205 может представлять собой скользящую муфту в сборе, которая позволяет поршню 206 оказывать давление на внутреннюю деталь или устройство (не показано) бурильной колонны 106 и, таким образом, получать необходимый рычаг для подъема или спуска расширителя 104. Например, когда корпус 202 находится в контакте с поршнем 206, осевая нагрузка может быть переведена на расширитель 104. Величина такой нагрузки пропорциональна уровню ослабления на поверхности.
[0037] Поршень 206 может быть приведен в движение или иным образом активирован посредством создания повышенного давления в напорной камере 208. Камера давления 208 может быть установлена внутри корпуса 202 и выполнена с возможностью гидравлического сообщения с отверстием для нагнетания жидкости 212 через одну или более труб 214, например. Отверстие для нагнетания жидкости 212 может быть выполнено с возможностью закачивания жидкости, такой как гидравлическая жидкость, в камеру давления 208 для того, чтобы создать повышенное давление в напорной камере 208. Создание повышенного давления в камере давления 208 может заставить поршень 206 двигаться в направлении А, тем самым увеличивая осевую длину гидравлического переводника 122. При уменьшении или же устранении давления жидкости в камере давления 208 устройство давления 210 может быть выполнено с возможностью отвода поршня 206 назад в корпус 202 в направлении В, тем самым уменьшая осевую длину гидравлического переводника 122.
[0038] В некоторых вариантах реализации изобретения устройство давления 210 может представлять собой пружину, такую как цилиндрическая винтовая пружина, а движение поршня 206 в направлении А может одновременно растянуть пружину и тем самым усилить энергию пружины, которая может использоваться для отвода поршня 206 назад в корпус 202. Тем не менее, в других вариантах реализации изобретения устройство давления 210 может представлять собой любое другое подходящее механическое или электрическое устройство, такое как, без ограничения ими, электромеханический привод, поршень и цилиндр в сборе, соленоид в сборе, двигатель, их комбинации и тому подобное.
[0039] Соответственно, гидравлический переводник 122 может работать с подачей гидравлической силы, которая воздействует на расширитель 104 либо для того, чтобы толкать его вверх по стволу скважины, либо эффективно спускать его вниз по стволу скважины посредством устранения WOB и тем самым корректировать WOR, при обнаружении с помощью второго переводника датчика 112b. В зависимости от величины распределения усилия между WOB и WOR, которые контролируются и сообщаются с помощью первого и второго переводников датчиков 112а, b, гидравлический переводник 122 может быть приведен в движение либо вверх, либо вниз, таким образом, что WOR, оказываемая расширителем 104 на пласт 110, находится в синхронном режиме с буровым долотом 102 и иным образом не превышает заданный уровень оптимальных буровых работ.
[0040] Может быть несколько различных сценариев, когда использование гидравлического переводника 122 может оказаться целесообразным при балансировке WOR относительно WOB. Например, обращаясь теперь к ФИГ. 3А и 3В, на них проиллюстрированы схематические чертежи, демонстрирующие сценарий, когда WOB и WOR выровнены после обнаружения соотношения WOB/WOR, превышающего заданное эксплуатационное ограничение, в соответствии с одним или более вариантами реализации изобретения. Как проиллюстрировано на ФИГ. 3А, нагрузка на бурильную колонну 106 при измерении на поверхности (то есть "SWOB") может быть равна или по сути равна WOB при измерении с помощью первого переводника датчика 112а, например, SWOB=WOB=20 тысяч фунтов. В результате WOR равна нулю или близка к нулю. В таком случае, есть небольшая или отсутствует передача нагрузки на расширитель 104 и, следовательно, есть небольшое или отсутствует усилие резания на расширителе 104, что может привести к снижению ROP и нежелательной вибрации в бурильной колонне 106.
[0041] Для того чтобы сбалансировать WOB относительно WOR, может быть использован гидравлический переводник 122, как описано выше. Как показано на ФИГ. 3В, гидравлический переводник 122 приводится в движение или иным образом поршень 206 отводится назад, так, чтобы осевое усилие, равное около 10 тысяч фунтов, прилагалось на расширитель 104 в пласте 110 (ФИГ. 1), при измерении с помощью второго переводника датчика 112b, и, тем самым уменьшая WOB на около 10 тысяч фунтов, при измерении с помощью первого переводника датчика 112а. Приведение в действие гидравлического переводника 122 может прекратиться, когда первый и второй переводники датчиков 112а, b сообщают коммуникационному модулю 114 (ФИГ. 1), что нагрузка между расширителем 104 и буровым долотом 102 сбалансирована так, что SWOB по сути равна (или иным образом находится в пределах заданного диапазона нормальной эксплуатации) WOB плюс WOR, например, WOB 10 тысяч фунтов + WOR 10 тысяч фунтов = SWOB 20 тысяч фунтов.
[0042] На ФИГ. 4А и 4В проиллюстрированы схематические чертежи, демонстрирующие другой сценарий, когда WOB и WOR выровнены после обнаружения соотношения WOB/WOR, которое превышает заданное эксплуатационное ограничение, в соответствии с одним или более вариантами реализации изобретения. Как проиллюстрировано на ФИГ. 4А, нагрузка, измеренная на поверхности SWOB, может быть равна или по сути равна WOR, при измерении с помощью второго переводника датчика 112b, например, SWOB=WOR=20 тысяч фунтов. В результате WOB равна нулю или близка к нулю. В таком случае, есть небольшая или отсутствует передача нагрузки на буровое долото 102 и, следовательно, режущий эффект полностью переводится с бурового долота 102 на расширитель 104.
[0043] Как показано на ФИГ. 4В, данное условие определяется с помощью первого и второго переводников датчиков 112а, b и, в качестве корректирующего ответа, гидравлический переводник 122 приводится в движение или иным образом поршень 206 вытягивается (например, выдвигается), так, что нагрузка на расширитель 104 эффективно снимается с него и передается вниз по стволу скважины буровому долоту 102, тем самым балансируя WOB относительно WOR. Приведение в действие гидравлического переводника 122 может прекратиться, после того как первый и второй переводники датчиков 112а, b сообщают коммуникационному модулю 114 (ФИГ. 1), что нагрузка между расширителем 104 и буровым долотом 102 сбалансирована так, что SWOB по сути равна WOB плюс WOR, например, WOB 10 тысяч фунтов + WOR 10 тысяч фунтов = SWOB 20 тысяч фунтов.
[0044] Следует принимать во внимание, что в сценариях, когда SWOB равна WOB плюс WOR, нагрузка балансируется на обоих концах бурильной колонны 106 и, следовательно, никакие действия со стороны гидравлического переводника 122 не требуются или не нужны. Во время буровых работ первый и второй переводники датчиков 112a, b могут в непрерывном режиме поддерживать связь друг с другом через один или более микропроцессоров 118 (ФИГ. 1). В результате корректировки относительно WOR с использованием гидравлического переводника 122 могут осуществляться в режиме реального времени, или как только первый и второй переводники датчиков 112а, b обнаружат соотношение между WOB и WOR, которое превышает заданное ограничение рабочего уровня. При обнаружении дисбаланса между ними гидравлический переводник 122 может быть приведен в движение (то есть либо свернут, либо развернут), для того чтобы вновь сбалансировать эти два рабочих параметра. Когда первый и второй переводники датчиков 112а, b определяют, что WOB и WOR сбалансированы, или иным образом их соотношение находится в пределах или ниже заданного ограничения рабочего уровня, бурение может быть возобновлено или иным образом протекать более эффективно.
[0045] Обращаясь снова к ФИГ. 1, КНБК 100 может дополнительно содержать по меньшей мере одну скважинную движительную установку 124, в соответствии с одним или более вариантами реализации изобретения. В некоторых вариантах реализации изобретения скважинную движительную установку 124 можно описать как скважинный трактор или тому подобное, как правило, известное специалистам в данной области техники. Например, по меньшей мере в одном варианте реализации изобретения скважинная движительная установка 124 может представлять собой трактор, как описано и проиллюстрировано в совместном патенте США. №6,863,137, содержание которого включено в данный документ в виде ссылки в полном объеме. В некоторых вариантах реализации изобретения, как проиллюстрировано, движительная установка 124 может быть расположена в бурильной колонне 106, или иным образом составлять ее неотъемлемую часть, между буровым долотом 102 и расширителем 104. В других вариантах реализации изобретения движительная установка 124 может быть расположена выше или вверх по стволу скважины от расширителя 104. В еще одних вариантах реализации изобретения вторая скважинная движительная установка (не показана) может быть расположена выше расширителя 104 и выполнена с возможностью работы во взаимодействии с проиллюстрированной движительной установкой 124, без отхода от объема настоящего изобретения.
[0046] Скважинная движительная установка 124 может служить для нескольких целей, в том числе, без ограничения этим, для того чтобы толкать или приводить в движение КНБК 100 в любом направлении в стволе скважины 108, получать и сообщать каротаж сопротивлений окружающей формации 110, направлять КНБК 100 в направлении продуктивного пласта и, как правило, создавать профиль скважины. Тем не менее, в некоторых вариантах реализации изобретения движительная установка 124 может дополнительно использоваться или иным образом быть выполненной с возможностью балансировки распределения нагрузки между буровым долотом 102 и расширителем 104, аналогично цели описанного выше гидравлического переводника 122.
[0047] Для достижения соответствующего распределения нагрузки и/или баланса движительная установка 124 может включать один или более тяговых модулей 126 (три показаны как 126а, 126b и 126с), которые могут быть выполнены с возможностью развертывания и/или сворачивания в радиальном направлении, для того чтобы стратегически входить в зацепление со стенкой ствола скважины 108 и отцепляться от нее. В то время как на ФИГ. 1 проиллюстрированы три тяговых модуля 126, следует понимать, что движительная установка 124 может включать больше или меньше трех тяговых модулей 126, без отхода от объема настоящего изобретения. Кроме того, тяговые модули 126 могут быть любого типа, известного специалистам в данной области техники, в том числе, без ограничения ими, на колесном ходу, на гусеничном ходу, механического типа (например, выдвижные опоры), их комбинации и тому подобные.
[0048] Хотя это и не показано, движительная установка 124 может дополнительно содержать различные внутренние детали, такие как гидравлические узлы, валы, соленоиды, поршни и тому подобное, выполненное с возможностью развертывания и сворачивания тяговых модулей 126, а также стратегического увеличения и уменьшения осевой длины движительной установки 124 как таковой. Полное описание внутренних деталей и механизмов типовой движительной установки 124 выходит за рамки настоящего изобретения и, следовательно, не будет описано подробно. Кроме того, в то время как конкретная конструкция движительной установки 124 в целом проиллюстрирована и описана со ссылкой на ФИГ. 1, следует принимать во внимание, что некоторые другие типы и/или конструкции движительных установок 124 (например, скважинные тракторы) могут в равной степени применяться, или иным подходящим образом использоваться в КНБК 100, без отхода от объема настоящего изобретения. Следовательно, движительная установка 124 проиллюстрирована и описана в данном документе только в иллюстративных целях и не должна рассматриваться как ограничивающая объем настоящего изобретения.
[0049] Движительная установка 124 может быть соединена средствами связи с коммуникационным модулем 114 через линию передачи данных 116. При обнаружении с помощью первого и второго переводников датчиков 112а, b дисбаланса нагрузки между буровым долотом 102 и расширителем 104 коммуникационный модуль 114 может быть выполнен с возможностью передачи одного или более сигналов корректирующих действий движительной установке 124, для того чтобы исправить чрезмерный дисбаланс. В частности, движительная установка 124 может быть приведена в движение при попытке вернуть соотношение между WOR/WOB обратно в пределы заданного диапазона нормальной эксплуатации. При наличии двух или более точек соприкосновения на стенках скважины 108 за счет тяговых модулей 126 движительная установка 124 может быть выполнена с возможностью управления осевым положением каждого режущего инструмента (то есть бурового долота 102 и расширителя 104) относительно друг друга. Следует принимать во внимание, что это может влиять на увеличение или снижение нагрузки, которую принимает на себя или иным образом несет каждый режущий инструмент.
[0050] В некоторых вариантах реализации изобретения, например, избыточный уровень нагрузки бурильной колонны 106 может быть перенесен на буровое долото 102, таким образом, что есть небольшая или отсутствует передача нагрузки на расширитель 104 и, следовательно, есть небольшое или отсутствует усилие резания на расширителе 104. Такой сценарий проиллюстрирован на ФИГ. 3А. В таких случаях движительная установка 124 может быть приведена в движение, чтобы исправить этот чрезмерный дисбаланс. Например, тяговый модуль 126b вниз по стволу скважины может быть приведен в движение с возможностью жесткого входа в зацепление со стенкой ствола скважины 108, в то время как тяговый модуль 126а вверх по стволу скважины может быть выполнен с возможностью сворачивания в радиальном направлении. При развернутом тяговом модуле 126b вниз по стволу скважины и свернутом тяговом модуле 126а вверх по стволу скважины движительная установка 124 может быть выполнена с возможностью сворачивания по оси, тем самым размещая дополнительную нагрузку на расширитель 104 выше, и одновременно балансируя распределение нагрузки между буровым долотом 102 и расширителем 104. В альтернативном варианте, тяговый модуль 126а вверх по стволу скважины может быть выполнен с возможностью жесткого входа в зацепление со стенками ствола скважины 108, тяговый модуль 126b вниз по стволу скважины может быть втянут назад, а движительная установка 124 может быть выполнена с возможностью сворачивания по оси с уменьшением уровня нагрузки бурильной колонны 126, прилагаемой на буровое долото 102, тем самым балансируя распределение нагрузки между буровым долотом 102 и расширителем 104.
[0051] В других вариантах реализации изобретения избыточный уровень нагрузки бурильной колонны 106 может быть приложен на расширитель 104, таким образом, что есть небольшая или отсутствует передача нагрузки на буровое долото 102 и, следовательно, есть небольшое или отсутствует усилие резания на буровом долоте 102. Такой сценарий проиллюстрирован на ФИГ. 4А. В таких случаях тяговый модуль 126b вниз по стволу скважины может быть приведен в движение с возможностью жесткого входа в зацепление со стенкой ствола скважины 108, тяговый модуль 126а вверх по стволу скважины может быть свернут, а движительная установка 124 может быть выполнена с возможностью развертывания по оси, тем самым снижая нагрузку бурильной колонны 126 на расширитель 104 выше, и, таким образом, балансируя распределение нагрузки между буровым долотом 102 и расширителем 104. В альтернативном варианте, тяговый модуль 126а вверх по стволу скважины может быть выполнен с возможностью жесткого входа в зацепление со стенками ствола скважины 108, тяговый модуль 126b вниз по стволу скважины может быть втянут назад, а движительная установка 124 может быть выполнена с возможностью развертывания по оси с увеличением уровня нагрузки бурильной колонны 126, прилагаемой на буровое долото 102, тем самым балансируя распределение нагрузки между буровым долотом 102 и расширителем 104.
[0052] При получении в режиме реального времени измерений WOB и WOR с помощью первого и второго переводников датчиков 112а, b, соответственно, движительная установка 124 может быть выполнена с возможностью развертывания или сворачивания с целью постоянного функционирования или действия для поддержания подходящего рабочего баланса между WOB и WOR. В случае необходимости наряду с тяговыми модулями 126a, b, расположенными вверх и вниз по стволу скважины, может быть использован третий или средний тяговый модуль 126с, особенно в случаях колебания стенок скважины и когда тяговый модуль 126а, b вверх или вниз по стволу скважины по иным причинам не может надлежащим образом войти в зацепление со скважиной 108. В таких случаях средний тяговый модуль 126с может быть приведен в движение и использоваться наряду с любым тяговым модулем 126а, b вверх или вниз по стволу скважины или иным образом вместо них.
[0053] Специалисты в данной области техники легко поймут эти несколько различных конфигураций, которые тяговые модули 126 могут выполнить, для того чтобы сбалансировать нагрузку на каждый режущий инструмент (то есть буровое долото 102 и расширитель 104). За счет обмена данными с коммуникационным модулем 114 оператор на поверхности может контролировать такие конфигурации (то есть передавать один или более сигналов корректирующих действий или команд), а первый и второй переводники датчиков 112а, b могут обеспечивать контроль таких действий в режиме реального времени. В других вариантах реализации изобретения компьютеризированная система, как описано выше, может быть выполнена с возможностью приема различных данных скважинных рабочих параметров, полученных через первый и второй переводники датчиков 112а, b, и, после распознавания нарушения заданного ограничения нормальной эксплуатации, может быть выполнена с возможностью автоматической передачи одного или более сигналов корректирующих действий на КНБК 100 и движительную установку 124, без отхода от объема настоящего изобретения.
[0054] По-прежнему обращаясь к ФИГ. 1, во время буровых работ энергия возбуждения (например, вибрация), генерируемая буровым долотом 102 и расширителем 104, соответственно, может быть одинаковой или не быть таковой. Несбалансированное усилие или нагрузка, прилагаемая к буровому долоту 102 и расширителю 104, может привести к фазовому сдвигу или обращению фаз между двумя режущими инструментами. Например, по мере вращения бурильной колонны 106 в стволе скважины 108 буровое долото 102 и расширитель 104 вращаются в ней по сути с той же скоростью (то есть оборотов в минуту). Тем не менее, буровое долото 102 может вибрировать в стволе скважины 108 на первой частоте, а расширитель 104 может вибрировать на второй частоте. В некоторых случаях первая и вторая частоты могут быть одинаковыми, но буровое долото 102 и расширитель 104 тем не менее могут вибрировать не в фазе друг с другом. Такой дисбаланс фаз между буровым долотом 102 и расширителем 104 может создавать случайные вибрации в бурильной колонне 106, что может повлиять на эффективность бурения и иным образом повредить скважинные инструменты и компоненты.
[0055] Фаза или фазовый угол для каждого из бурового долота 102 и расширителя 104 обеспечивает его соответствующее угловое положение в бурильной колонне 106 по отношению к стволу скважины 108. Например, если два возмущающих усилия или сдвига режущих инструментов не совпадают по фазе на 90°, то одно возмущающее усилие находится на максимальном уровне, а другое возмущающее усилие будет на нулевом уровне или близко к нулю. Если эти два возмущающих усилия не совпадают по фазе на 180°, то одно возмущающее усилие находится в положительном максимуме, а другое возмущающее усилие будет находиться в своем отрицательном максимуме. В некоторых условиях бурения скорость нарастания возмущения на буровом долоте 102 может находиться в фазе со скоростью нарастания возмущения на расширителе 104. Тем не менее, в других условиях бурения скорость нарастания возмущения на расширителе 104 может либо отставать, либо опережать скорость нарастания возмущения на буровом долоте 102, тем самым приводя к нежелательным вибрациям в бурильной колонне 106.
[0056] Для того чтобы вновь выровнять фазы или иным образом вернуть буровому долоту 102 и расширителю 104 угловую равномерность, КНБК 100 может быть выполнена с возможностью корректировки фазового угла между буровым долотом 102 и расширителем 104. Чтобы достичь этого, КНБК 100 может дополнительно содержать переводник фазового сдвига 128, соединенный с бурильной колонной 106 или иным образом образующий ее неотъемлемую часть, как показано на ФИГ. 1. Хотя показано, что гидравлический переводник 122 размещен между переводником фазового сдвига 128 и расширителем 104, по меньшей мере в одном варианте реализации изобретения гидравлический переводник 122 может быть исключен из КНБК 100 и вместо него может находиться переводник фазового сдвига 128, выполненный с возможностью функционального соединения или иным образом прикрепленный к расширителю 104. Тем не менее, в проиллюстрированном варианте реализации изобретения переводник фазового сдвига 128 может быть выполнен с возможностью работы наряду с гидравлическим переводником 122. В еще одних вариантах реализации изобретения гидравлический переводник 122 и переводник фазового сдвига 128 могут быть объединены в единый подкомпонент КНБК 100. В других дополнительных вариантах реализации изобретения осевое положение гидравлического переводника 122 и переводника фазового сдвига 128 может быть изменено таким образом, что переводник фазового сдвига 128 выполнен с возможностью функционального соединения с расширителем 104, а гидравлический переводник 122 выполнен с возможностью функционального соединения с переводником фазового сдвига 128 на своем нижнем конце.
[0057] Переводник фазового сдвига 128 может быть соединен средствами связи с коммуникационным модулем 114 через линию передачи данных 116. При определении или иным образом обнаружении дисбаланса крутящего момента между буровым долотом 102 и расширителем 104 коммуникационный модуль 114 может быть выполнен с возможностью передачи одного или более сигналов корректирующих действий переводнику фазового сдвига 128, для того чтобы изменить фазовый угол между буровым долотом 102 и расширителем 104. В других вариантах реализации изобретения рабочие параметры ствола скважины, которые могут свидетельствовать о фазовом сдвиге между буровым долотом 102 и расширителем 104, могут включать вибрацию и азимутальный угол каждого режущего инструмента, при сосредоточении вокруг общей опорной точки в бурильной колонне 106. При определении таких рабочих параметров ствола скважины с помощью первого и второго переводников датчиков 112а, b коммуникационный модуль 114 может снова быть выполнен с возможностью передачи по ним одного или более сигналов корректирующих действий переводнику фазового сдвига 128, для того чтобы изменить фазовый угол между двумя режущими инструментами.
[0058] На ФИГ. 5 проиллюстрирован вид в поперечном разрезе типового переводника фазового сдвига 128 в соответствии с одним или более вариантами реализации изобретения. Следует отметить, что переводник фазового сдвига 128 изображен только в иллюстративных целях и, следовательно, не должен рассматриваться как ограничивающий объем настоящего изобретения. Специалисты в данной области техники легко поймут, что существует несколько других типов устройств или механизмов, которые могут работать аналогично переводнику фазового сдвига 128, как описано в данном документе, и в равной степени могут быть использованы без отхода от объема настоящего изобретения.
[0059] Как проиллюстрировано, переводник фазового сдвига 128 может иметь конец с наружной резьбой 502а и конец с внутренней резьбой 502b. Конец с наружной резьбой 502а может быть соединен с бурильной колонной 106, например, в качестве части бурильной колонны 106, исходящей вниз от гидравлического переводника 122, как показано на ФИГ. 2. Конец с внутренней резьбой 502b также может быть соединен с бурильной колонной 106 и, в некоторых вариантах реализации изобретения, может быть соединен с ней с возможностью вращения, как описано ниже. Конец с наружной резьбой 502а дополнительно может быть выполнен с возможностью функционального соединения с муфтой 205, как показано, исходящей вниз от гидравлического переводника 122 на ФИГ. 2. Кроме того, в некоторых вариантах реализации изобретения, поршень 206 может быть выполнен с возможностью функционального соединения с переводником фазового сдвига 128 на конце с наружной резьбой 502а. Как показано, поршень 206 может быть выполнен с возможностью резьбового соединения с концом с наружной резьбой 502а таким образом, что осевое движение поршня 206, как описано выше, может также служить для движения переводника фазового сдвига 128 по оси. Тем не менее, в других вариантах реализации изобретения поршень 206 может быть соединен или иным образом прикреплен к концу с наружной резьбой 502а с использованием какого-либо другого механизма крепления, такого как, без ограничения ими, методы сварки или пайки, промышленные клеи, механические крепежные детали, их комбинации и тому подобное.
[0060] Переводник фазового сдвига 128 может также содержать двигатель 504, модуль фазового сдвига 506, торсионный узел 508, а также поворотную муфту 510. Двигатель 504 может быть выполнен с возможностью функционального соединения с модулем фазового сдвига 506 и, когда приводится в движение, может быть выполнен с возможностью поступательного вращения торсионного узла 508. Двигатель 504 может быть выполнен с возможностью вращения в любом угловом направлении, в зависимости от требуемого фазового сдвига между буровым долотом 102 и расширителем 104.
[0061] В некоторых вариантах реализации изобретения модуль фазового сдвига 506 может содержать шлицевой механизм зацепления 512, выполненный с возможностью сопряженного зацепления с верхней частью торсионного узла 508. Следовательно, по мере вращения модуля фазового сдвига 506, вращательное усилие может быть передано торсионному узлу 508 через шлицевой механизм зацепления 512. Торсионный узел 508 может содержать торсионный вал 514, установленный с возможностью вращения внутри переводника фазового сдвига 128 и отцентрованный в нем с использованием одной или более радиальных опор 516. Торсионный вал 514 может проходить внутри переводника фазового сдвига 128 и может быть соединен или иным образом прикреплен к поворотной муфте 510 на своем дальнем конце. В процессе работы, по мере вращения модуля фазового сдвига 506, вращательное усилие может быть передано торсионному узлу 508, который передает вращательное усилие поворотной муфте 510. Поворотная муфта 510 может быть выполнена с возможностью вращения относительно модуля фазового сдвига 506 и, при соединении или иным образом креплении к бурильной колонне 106 ниже, может быть выполнена с возможностью передачи вращательного усилия бурильной колонне 106. Следует принимать во внимание, что вращение бурильной колонны 106 ниже может привести к корректировке фазового сдвига или фазового угла между буровым долотом 102 и расширителем 104.
[0062] Обращаясь снова к ФИГ. 1, с продолжающейся ссылкой на ФИГ. 5, в типовых работах, первый переводник датчика 112а может быть выполнен с возможностью контроля или иным образом обнаружения крутящего момента на долото (ТОВ) и второй переводник датчика 112b может быть выполнен с возможностью контроля или иным образом обнаружения крутящего момента на расширитель (TOR), и каждый из них может быть выполнен с возможностью передачи таких данных рабочих параметров коммуникационному модулю 114. Когда ТОВ и TOR отличны либо иным образом измерены, как выходящие за пределы заданного безопасного диапазона эксплуатации, это может свидетельствовать о разности фазового угла между буровым долотом 102 и расширителем 104. Такое определение может быть в равной степени предположено или иным образом дополнено посредством обнаружения чрезмерной вибрации на одном из бурового долота 102 и расширителя 104 или на них обоих, как сообщают первый и второй переводники датчиков 112а, b соответственно.
[0063] При определении того, что один из ТОВ и TOR или оба из них превышают заданное ограничение нормальной эксплуатации, коммуникационный модуль 114 может быть выполнен с возможностью передачи сигнала корректирующих действий переводнику фазового сдвига 128. Переводник фазового сдвига 128 может приводить в движение двигатель 504 и, таким образом, с возможностью вращения приводить в действие модуль фазового сдвига 506, торсионный узел 508, поворотную муфту 510 и бурильную колонну 106 ниже, как описано выше. Двигатель 504 может быть выполнен с возможностью поступательного вращения в любом угловом направлении, как показано стрелкой В, то есть с возможностью корректировки фазового угла между буровым долотом 102 и расширителем 104, независимо от того, отстает ли или опережает фаза на расширителе 104 фазу бурового долота 102. Если расширитель 104 отстает, например, может быть применено правое вращение, так что расширитель 104 возвращается к угловому вращению, которое находится в фазе с буровым долотом 102, и наоборот. После сообщения первым и вторым переводниками датчиков 112а, b коммуникационному модулю 114 того, что ТОВ и TOR были по сути сбалансированы или того, что вибрация, вызванная работой не в фазе, была уменьшена, двигатель 504 может прекратить работу и бурение может продолжаться.
[0064] Опять же, следует отметить, что переводник фазового сдвига 128 и его различные компоненты, как описано в данном документе, показаны только в иллюстративных целях и, следовательно, не должны рассматриваться как ограничивающие объем настоящего изобретения. Наоборот, специалисты в данной области техники легко поймут, что другие конструкции в равной степени могут быть использованы для корректировки фазового сдвига или фазового угла между двумя режущими инструментами, без отхода от объема настоящего изобретения. Кроме того, также отмечено, что переводник фазового сдвига 128 и его различные компоненты, как описано в данном документе, не обязательно вычерчены в масштабе.
[0065] Таким образом, описанные системы и способы хорошо приспособлены для достижения целей и преимуществ, отмеченных в данном описании, а также присущих ему. Конкретные варианты реализации изобретения, раскрытые выше, являются только иллюстративными, поскольку принципы настоящего изобретения могут быть модифицированы и применяться на практике различным, но эквивалентным образом, очевидным для специалистов в данной области техники, извлекающих пользу из принципов настоящего изобретения. Кроме того, не предполагается никаких ограничений для приведенных в данном описании деталей конструкции или устройства, помимо описанных в приводимой ниже формуле изобретения. Поэтому очевидно, что конкретные иллюстративные варианты реализации изобретения, раскрытые выше, могут быть изменены, скомбинированы или модифицированы, и все подобные изменения рассматриваются в пределах объема и сущности настоящего изобретения. Изобретение, описанное в данном документе для иллюстрации, может быть соответствующим образом применено на практике в отсутствие любого элемента, конкретно не описанного в данном документе, и/или любого необязательного элемента, описанного в данном документе. Хотя компоновки и способы описаны в терминах "состоящий из", "содержащий" или "включающий" различные компоненты или этапы, данные компоновки и способы могут также "состоять по сути из" или "состоять из" различных компонентов и этапов. Все числа и диапазоны, описанные выше, могут изменяться на некоторое количество. Когда бы ни описывался численный диапазон с нижним пределом и верхним пределом, любое число и любой включенный диапазон, попадающий внутрь данного диапазона, является конкретно описанным. В частности, каждый диапазон значений (в виде "от около а до около b" или, эквивалентно, "около от а до b", или, эквивалентно, "от около а-b"), описанный в данном документе, следует понимать как излагающий каждое число и диапазон, охваченные внутри более широкого диапазона значений. Также, термины в формуле изобретения имеют их прямое, обычное значение, если иное прямо и ясно не определено патентообладателем. Кроме того, неопределенные артикли "а" или "an", используемые в формуле изобретения, указаны в данном документе для обозначения одного или более одного элемента, которые он представляет. Если есть какое-то расхождение в использовании слова или фразы в данном описании и одном или более патентах или других документах, которые могут быть включены в данный документ в виде ссылки, должны быть приняты определения, которые соответствуют данному описанию.
1. Компоновка низа бурильной колонны, содержащая:
первый переводник датчика, расположенный вблизи с буровым долотом и выполненный с возможностью контроля одного или более рабочих параметров, относящихся к буровому долоту;
второй переводник датчика, отстоящий от первого переводника датчика по оси и расположенный вблизи с расширителем и выполненный с возможностью контроля одного или более рабочих параметров расширителя; и
коммуникационный модуль, соединенный с первым и вторым переводниками датчиков средствами связи и выполненный с возможностью передачи по ним одного или более сигналов корректирующих действий в случае, если один или более рабочих параметров бурового долота и расширителя превышают заданный рабочий уровень, и
один из гидравлического переводника и скважинной движительной установки, установленный между буровым долотом и расширителем и соединенный с коммуникационным модулем для приема одного или более сигналов корректирующих действий и активирования в ответ на это балансировки распределения нагрузки между нагрузкой на долото и нагрузкой на расширитель.
2. Компоновка низа бурильной колонны по п. 1, отличающаяся тем, что один или более рабочих параметров бурового долота включают нагрузку на долото и один или более рабочих параметров расширителя включают нагрузку на расширитель.
3. Компоновка низа бурильной колонны по п. 2, отличающаяся тем, что гидравлический переводник выполнен с возможностью активирования для управления зазором расширителя и бурового долота для того, чтобы сбалансировать распределение нагрузки между нагрузкой на долото и нагрузкой на расширитель.
4. Компоновка низа бурильной колонны по п. 1, отличающаяся тем, что скважинная движительная установка выполнена с возможностью активирования для развертывания или сворачивания вдоль оси для балансировки распределения нагрузки между нагрузкой на долото и нагрузкой на расширитель.
5. Компоновка низа бурильной колонны по п. 1, отличающаяся тем, что один или более рабочих параметров бурового долота включают крутящий момент на долото, а один или более рабочих параметров расширителя включают крутящий момент на расширитель.
6. Компоновка низа бурильной колонны по п. 5, которая дополнительно содержит переводник фазового сдвига, соединенный с коммуникационным модулем средствами связи и выполненный с возможностью приема одного или более сигналов корректирующих действий и изменения фазового угла между буровым долотом и расширителем.
7. Компоновка низа бурильной колонны по п. 6, отличающаяся тем, что переводник фазового сдвига выполнен с возможностью функционального соединения между расширителем и буровым долотом.
8. Способ бурения ствола скважины, включающий:
контроль рабочих параметров бурового долота с помощью первого переводника датчика, расположенного вблизи бурового долота, при этом буровое долото расположено на дальнем конце компоновки низа бурильной колонны;
контроль рабочих параметров расширителя с помощью второго переводника датчика, расположенного вблизи расширителя, при этом расширитель отступает от бурового долота по оси вдоль компоновки низа бурильной колонны на величину зазора и смещен относительно бурового долота в угловом направлении на величину фазового угла;
прием рабочих параметров бурового долота и расширителя с помощью коммуникационного модуля, соединенного средствами связи как с первым, так и со вторым переводниками датчиков; и
передачу по меньшей мере одного или более сигналов корректирующих действий из коммуникационного модуля, когда рабочие параметры бурового долота и расширителя превышают заданное эксплуатационное ограничение;
активирование одного из гидравлического переводника и скважинной движительной установки, соединенных с коммуникационным модулем в ответ на прием одного или более сигналов корректирующих действий с целью корректировки зазора, причем по меньшей мере один из гидравлического переводника и скважинной движительной установки установлен между буровым долотом и расширителем.
9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что рабочие параметры бурового долота включают нагрузку на долото, а рабочие параметры расширителя включают нагрузку на расширитель, при этом способ дополнительно включает:
увеличение или уменьшение зазора с помощью гидравлического переводника для балансировки распределения нагрузки между нагрузкой на долото и нагрузкой на расширитель.
10. Способ по п. 8, отличающийся тем, что рабочие параметры бурового долота включают нагрузку на долото, а рабочие параметры расширителя включают нагрузку на расширитель, при этом способ дополнительно включает:
балансировку распределения нагрузки между нагрузкой на долото и нагрузкой на расширитель с помощью скважинной движительной установки.
11. Способ по п. 10, отличающийся тем, что балансировка распределения нагрузки дополнительно включает развертывание по оси или сворачивание по оси скважинной движительной установки.
12. Способ по п. 8, отличающийся тем, что рабочие параметры бурового долота включают крутящий момент на долото, а рабочие параметры расширителя включают крутящий момент на расширитель, при этом способ дополнительно включает:
прием одного или более сигналов корректирующих действий с помощью переводника фазового сдвига, выполненного с возможностью функционального соединения с расширителем и соединенного с коммуникационным модулем средствами связи; и
изменение фазового угла между буровым долотом и расширителем с помощью переводника фазового сдвига.
13. Способ по п. 8, который дополнительно включает передачу и прием данных в режиме реального времени на и с позиции на поверхности скважины коммуникационным модулем, соединенным с позицией на поверхности скважины средствами связи.
14. Способ бурения ствола скважины, включающий:
контроль нагрузки на долото с помощью первого переводника датчика, расположенного вблизи бурового долота, при этом буровое долото расположено на дальнем конце компоновки низа бурильной колонны;
контроль нагрузки на расширитель с помощью второго переводника датчика, расположенного вблизи расширителя, при этом расширитель отступает от бурового долота по оси вдоль компоновки низа бурильной колонны;
прием сигналов, характеризующих нагрузку на долото и нагрузку на расширитель, с помощью коммуникационного модуля, соединенного как с первым, так и со вторым переводниками датчиков средствами связи;
передачу одного или более сигналов корректирующих действий в случае, если нагрузка на долото и нагрузка на расширитель превышают заданный рабочий уровень; и
прием одного или более сигналов корректирующих действий с помощью устройства, расположенного по оси между буровым долотом и расширителем вдоль компоновки низа бурильной колонны, и
активирование устройства в ответ на один или более сигналов корректирующих действий для балансировки распределения нагрузки между нагрузкой на долото и нагрузкой на расширитель.
15. Способ по п. 14, отличающийся тем, что устройство представляет собой гидравлический переводник, выполненный с возможностью функционального соединения между расширителем и буровым долотом и соединенного с коммуникационным модулем; и причем способ содержит:
прием одного или более сигналов корректирующих действий с помощью гидравлического переводника и
регулирование осевым положением расширителя относительно бурового долота с помощью гидравлического переводника для балансировки распределения нагрузки между нагрузкой на долото и нагрузкой на расширитель.
16. Способ по п. 14, отличающийся тем, что устройство представляет собой скважинную движительную установку, расположенную между буровым долотом и расширителем, соединенную с коммуникационным модулем; и причем способ содержит:
прием одного или более сигналов корректирующих действий с помощью скважинной движительной установки и
приведение в движение скважинной движительной установки таким образом, что корректируется зазор между буровым долотом и расширителем.
17. Способ по п. 14, дополнительно включающий:
контроль крутящего момента на долото с помощью первого переводника датчика и контроль крутящего момента на расширитель с помощью второго переводника датчика;
прием сигналов, характеризующих крутящий момент на долото и крутящий момент на расширитель, с помощью коммуникационного модуля, соединенного как с первым, так и со вторым переводниками датчиков средствами связи;
передачу одного или более дополнительных сигналов корректирующих действий в случае, если крутящий момент на долото и крутящий момент на расширитель превышают заданный рабочий уровень;
прием одного или более дополнительных сигналов корректирующих действий с помощью переводника фазового сдвига, выполненного с возможностью функционального соединения между расширителем и буровым долотом и соединенного с коммуникационным модулем средствами связи; и
изменение фазового угла между буровым долотом и расширителем с помощью переводника фазового сдвига.
