專利名稱：：用于在目標(biāo)物中形成孔的系統(tǒng)和方法用于在目標(biāo)物中形成孔的系統(tǒng)和方法本發(fā)明涉及一種用于在目標(biāo)物中形成孔的系統(tǒng)，特別是用于在地下巖層中形成孔。特別是，該系統(tǒng)包括噴射裝置，用于產(chǎn)生包括流體和一定量磨粒的混合物的磨蝕射流，并用于將具有使蝕能力的磨蝕射流噴射成在撞擊區(qū)域與目標(biāo)物撞擊，從而在撞擊區(qū)域侵蝕目標(biāo)物。本發(fā)明還涉及一種在目標(biāo)物中形成孔的方法，特別是用于在地下巖層中形成孔。特別是，該方法包括以下步驟產(chǎn)生包括流體和一定量磨粒的混合物的磨蝕射流，并將具有侵蝕能力的磨蝕射流噴射成與目標(biāo)物撞擊。在美國(guó)專利5944123中公開了一種鉆探方法，包括使鉆探工具旋轉(zhuǎn)，且鉆井液供給鉆探部件，以便通過該鉆探部件中的孔從該鉆探部件中流出。鉆探部件的離軸前進(jìn)通過當(dāng)它旋轉(zhuǎn)時(shí)調(diào)節(jié)鉆探部件的轉(zhuǎn)速而實(shí)現(xiàn)。由于在更大深度處與井孔壁的摩擦增加，因此當(dāng)在相對(duì)較大深度處鉆探井孔(例如鉆探用于生產(chǎn)礦物烴的井時(shí)通常需要)時(shí)，該結(jié)構(gòu)的方向穗定性將降低。根據(jù)本發(fā)明，提供了一種用于在目標(biāo)物中形成孔的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括噴射裝置，用于產(chǎn)生包括流體和一定量磨粒的混合物的磨蝕射流，并用于將具有侵蝕能力的磨蝕射流噴射成在撞擊區(qū)域與目標(biāo)物撞擊，從而在撞擊區(qū)域侵蝕目標(biāo)物，該系統(tǒng)還包括掃描裝置，用于使撞擊區(qū)域沿孔中的選定軌道運(yùn)動(dòng)；以及調(diào)節(jié)裝置，用于當(dāng)撞擊區(qū)域沿選定軌道運(yùn)動(dòng)時(shí)調(diào)節(jié)磨蝕射流的侵蝕能力。還提供了一種在目標(biāo)物中形成孔的方法，該方法包括以下步驟產(chǎn)生包含流體和一定量磨粒的混合物的磨蝕射流；將具有侵蝕能力的磨蝕射流噴射成在撞擊區(qū)域與目標(biāo)物撞擊，從而在撞擊區(qū)域侵蝕目標(biāo)物；使得撞擊區(qū)域沿孔中的選定軌道運(yùn)動(dòng)；以及當(dāng)撞擊區(qū)域運(yùn)動(dòng)時(shí)調(diào)節(jié)磨蝕射流的侵蝕能力。通過在撞擊區(qū)域運(yùn)動(dòng)時(shí)調(diào)節(jié)磨蝕射流的侵蝕能力，在沿選定軌道的各撞擊區(qū)域中由一個(gè)磨蝕射流引起的侵蝕量可以變化。因此可以進(jìn)行方向控制。通過在孔一側(cè)的選定撞擊區(qū)域中侵蝕的巖層比在孔的相對(duì)側(cè)的另一選定區(qū)域中侵蝕的巖層更多，可以鉆探出彎曲孔。通過在軌道的所有區(qū)域中均勻侵蝕巖層，可以鉆探出直孔。特別是在更大深度處，用于在地層中形成孔的系統(tǒng)可能受到在鉆探結(jié)構(gòu)和包圍鉆探結(jié)構(gòu)的井孔壁之間的摩擦千擾。該庫(kù)擦引起作用在鉆探系統(tǒng)上的摩擦力，該力取決于系統(tǒng)在孔中的運(yùn)動(dòng)。當(dāng)方向控制依賴于鉆探系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)速度調(diào)節(jié)時(shí)，所述摩擦將干擾系統(tǒng)的方向穗定性。調(diào)節(jié)磨蝕射流的侵蝕能力的優(yōu)點(diǎn)是可以調(diào)節(jié)從目標(biāo)物中除去材料的速度，同時(shí)不必改變?cè)阢@探工具和井孔壁之間的直接機(jī)械接觸。通過調(diào)節(jié)由于磨蝕射流中存在的磨粒的動(dòng)能而產(chǎn)生的能力，能夠調(diào)節(jié)磨蝕射流的侵蝕能力。這可以通過調(diào)節(jié)磨蝕射流中的磨粒的質(zhì)量流量來(lái)實(shí)現(xiàn)(例如通過調(diào)節(jié)在磨蝕射流中的磨粒量)，或者通過調(diào)節(jié)磨蝕射流中的磨粒速度來(lái)實(shí)現(xiàn)(調(diào)節(jié)磨粒速度例如可以通過調(diào)節(jié)在噴射裝置中的流體加速壓力降來(lái)實(shí)現(xiàn))，或者兩者組合。優(yōu)選是，調(diào)節(jié)裝置與調(diào)節(jié)控制裝置連接，該調(diào)節(jié)控制裝置布置成控制調(diào)節(jié)裝置，這樣，侵蝕能力根據(jù)在選定軌道上的撞擊區(qū)域位置來(lái)調(diào)節(jié)。這樣，調(diào)節(jié)能夠這樣進(jìn)行，即當(dāng)磨蝕射流撞擊需要更多侵蝕的巖層時(shí)侵蝕能力增加，反之亦然，當(dāng)磨蝕射流撞擊需要更少侵蝕的巖層時(shí)侵蝕能力可以降低。下面將參考附困通過實(shí)例介紹本發(fā)明，附困中圖1示意表示了根據(jù)本發(fā)明用于在地下巖層中形成孔的系統(tǒng)的剖視圖;圖2示意表示了用于困1的系統(tǒng)的優(yōu)選挖掘工具的一部分的剖視困；圖3示意表示了用于圖2的優(yōu)選挖掘工具中的磁體表面結(jié)構(gòu)的表面圖；以及圖4示意表示了用于在地下巖層中形成孔的系統(tǒng)的實(shí)例，該系統(tǒng)包括井下動(dòng)力系統(tǒng)。在附圖中，相同部件有相同參考標(biāo)號(hào)。圖1示意表示了用于在地下巖層2形式的目標(biāo)物中形成孔1的系統(tǒng)，特別是制造用于生產(chǎn)礦物烴的井。系統(tǒng)包括安裝在鉆桿柱8底端上的挖掘工具6，該鉆桿柱8從地面13插入孔1中。鉆桿柱8提供有縱向通道，用于將鉆井液輸送給挖掘工具6。挖掘工具6包括噴射裝置(未示出)，該噴射裝置布置成沿與地層在撞擊區(qū)域中撞擊的噴射方向產(chǎn)生磨蝕射流IO。磨蝕射流有能夠調(diào)節(jié)的特定侵蝕能力。系統(tǒng)還包括掃描裝置(未示出)，該掃描裝置布置成使得磨蝕射流沿巖層運(yùn)動(dòng)，從而4吏得撞擊區(qū)域沿軌道運(yùn)動(dòng)。在圖l的系統(tǒng)中，掃描裝置布置成旋轉(zhuǎn)裝置的形式(由箭頭示意表示)，用于使得磨蝕射流在孔中繞旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)，該旋轉(zhuǎn)軸線基本與孔的縱向方向一致。因?yàn)樽矒魠^(qū)域定位成相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸線偏心，因此，磨蝕射流在孔中旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致射流和撞擊區(qū)域沿孔中的基本圃形軌道運(yùn)動(dòng)。優(yōu)選是，偏心撞擊區(qū)域與旋轉(zhuǎn)中心交疊，這樣，井孔的中部也承受磨蝕射流的侵蝕能力。鉆桿柱8也提供有控制器單元12，這樣，該控制器單元位于孔內(nèi)。也可選擇，控制器單元可以位于地面13上?？刂破鲉卧?2可以裝有設(shè)備例如調(diào)節(jié)裝置，以便調(diào)節(jié)撞擊巖層2的磨蝕射流10的侵蝕能力，調(diào)節(jié)侵蝕能力包括控制侵蝕能力，在工作時(shí)，系統(tǒng)如下工作。鉆井液流由合適的泵(未示出)通過鉆桿柱8的縱向通道來(lái)泵送。部分或全部鉆井液導(dǎo)向噴射裝置，在該噴射裝置中產(chǎn)生磨蝕射流IO,磨蝕射流噴射成撞擊巖層。由于磨蝕射流10撞擊巖層2，巖層在撞擊區(qū)域中被侵蝕。同時(shí)，磨蝕射流繞旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)。因此，撞擊區(qū)域沿孔中的圃形軌道運(yùn)動(dòng)，這樣，巖層能夠在全部方位進(jìn)行侵蝕。通過調(diào)節(jié)磨蝕射流的侵蝕能力，能夠?qū)崿F(xiàn)很高程度的方向控制。通過使得磨蝕射流的侵蝕能力保持恒定，巖層在孔的各側(cè)均勻侵蝕，因此孔將直線形挖掘。不過，挖掘工具旋轉(zhuǎn)的崎變、孔區(qū)域中的巖層特性變化或者其它原因可能導(dǎo)致孔的不均勻侵蝕?？赡苄枰ㄟ^調(diào)節(jié)侵蝕能力來(lái)進(jìn)行方向校正，以便補(bǔ)償該意外的不均勻侵蝕。為了精確挖掘彎曲孔，也可以調(diào)節(jié)磨蝕射流的侵蝕能力。當(dāng)磨蝕射流定向成在需要更多侵蝕的區(qū)域撞擊巖層，以便實(shí)現(xiàn)方向校正時(shí)，磨蝕射流的侵蝕能力可以周期性增加，從而導(dǎo)致在該區(qū)域的更高侵蝕速度。也可選擇或者進(jìn)行組合，當(dāng)磨蝕射流定向成在需要更少侵蝕的區(qū)域撞擊巖層時(shí)，磨蝕射流的侵蝕能力可以降低。因此，優(yōu)選是調(diào)節(jié)裝置包括調(diào)節(jié)控制裝置，該調(diào)節(jié)控制裝置布置成控制調(diào)節(jié)裝置，這樣，磨蝕射流的侵蝕能力根據(jù)撞擊區(qū)域在選定軌道上的位置來(lái)調(diào)節(jié)。為了確定撞擊區(qū)域的位置，系統(tǒng)可以提供有位置傳感器，例如當(dāng)鉆探時(shí)測(cè)量的傳感器，用于提供表示磨蝕射流的位置的信號(hào)。為了確定穿過巖層的當(dāng)前鉆探方向，系統(tǒng)可以提供有導(dǎo)航傳感器，例如當(dāng)鉆探時(shí)測(cè)量的傳感器，用于提供表示在地層中形成孔的前進(jìn)的方向。這樣的導(dǎo)航傳感器可以布置成以下形式中的一種或者組合方向傳感器，提供表示裝置相對(duì)于參考矢量的方向的信號(hào)；位置傳感器，提供表示關(guān)于參考點(diǎn)的一個(gè)或多個(gè)位置坐標(biāo)的信號(hào)；巖層密度傳感器，提供附近巖層類型或巖層含量變化的距離的信息；或者其它合適傳感器。在基于磨蝕噴射的鉆探系統(tǒng)上的機(jī)械力比基于機(jī)^石切除的系統(tǒng)小得多。這樣的優(yōu)點(diǎn)是傳感器的位置能夠非?？拷诰蚬ぞ?，從而能夠與調(diào)節(jié)控制裝置進(jìn)行較早和準(zhǔn)確的信號(hào)通訊，例如，傳感器可以布置在與調(diào)節(jié)控制裝置相同的腔室內(nèi)。也可選擇，磨蝕射流穿過巖層前進(jìn)的位置和/或方向能夠根據(jù)在地面13上可獲得的參數(shù)來(lái)確定，這些參數(shù)包括鉆桿柱8上的扭矩和鉆桿柱8的方位位置以及鉆桿柱8的軸向位置和速度，改變或校正鉆探方向的決定也可以由方向系統(tǒng)的採(cǎi)作人員在地面上作出。當(dāng)由鉆探時(shí)在井下測(cè)量的傳感器產(chǎn)生信號(hào)時(shí)，泥漿脈沖遙測(cè)系統(tǒng)或任意其它合適的數(shù)據(jù)傳送系統(tǒng)可以用于將數(shù)據(jù)傳送給地面.通過類似的數(shù)據(jù)傳送裝置，控制信號(hào)能夠發(fā)送給井下控制裝置，從而激發(fā)進(jìn)行希望的方向鉆探校正所需要的一系列控制動(dòng)作。優(yōu)選是，推進(jìn)器(未示出)用于將磨蝕噴射系統(tǒng)壓在孔l的底部上。當(dāng)按壓力比將挖掘工具6保持在底部所需的按壓力并不大很多時(shí)獲得最佳結(jié)果，以便避免挖掘工具6的不希望磨損、系統(tǒng)的彎曲以及方向控制的損失。因此，優(yōu)選是按壓力恰好足以抵銷磨蝕射流的軸向反沖力以及在推進(jìn)器中和在磨蝕噴射系統(tǒng)和孔壁之間的摩擦力。通常，按壓力低于10kN。合適的磨蝕射流包括包含流體(例如鉆井液)和特定控制量的磨粒的混合物。射流的侵蝕能力與夾帶于混合物中的磨粒的總能力相關(guān)，這取決于磨粒的質(zhì)量流量和磨粒的速度的平方。因此，調(diào)節(jié)磨蝕射流的侵蝕能力的一種方法是調(diào)節(jié)磨粒的速度。當(dāng)在包括加速噴嘴的噴射裝置中產(chǎn)生磨蝕射流時(shí)，流體的速度由越過流動(dòng)限制部分的壓力降來(lái)操縱。理想的是，在流動(dòng)限制部分上加速的流體速度的平方等于兩倍壓力降乘以流體密度。因?yàn)槟チA帶于流體中，因此磨蝕射流的侵蝕能力與壓力降成比例。調(diào)節(jié)磨蝕射流的侵蝕能力的另一方法是調(diào)節(jié)磨蝕射流中的磨粒的質(zhì)量流量。最優(yōu)選是，這可以通過調(diào)節(jié)在混合物中的磨粒量來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)相同顆粒的量較高時(shí)，磨蝕射流的總侵蝕能力増加，更多巖層將被侵蝕。調(diào)節(jié)混合物中的磨粒量并不會(huì)影響在鉆探系統(tǒng)和巖層之間的機(jī)械接觸力。還參考圖1，磨粒將夾帶于通過挖掘孔返回的鉆井液流中，該鉆井液流例如通過在孔l和鉆探系統(tǒng)(6、12、8)之間的環(huán)形空間16,為了減小一直輸送回地面的磨粒的濃度，優(yōu)逸是鉉探系統(tǒng)(優(yōu)選是挖掘工具)提供有重新循環(huán)裝置，該重新循環(huán)裝置布置成使得來(lái)自返回流體流的至少一部分磨粒重新循環(huán)，該磨粒在隨流體流撞擊巖層后再次返回磨蝕射流10中.將重新循環(huán)的磨粒能夠例如在混合腔室內(nèi)與新鮮的鉆井液流混合，新鮮的鉆井液流和重新循環(huán)的磨粒都能夠進(jìn)入該混合腔室。在混合物中的磨粒的量能夠通過調(diào)節(jié)使磨粒重新循環(huán)至混合腔室的速度而進(jìn)行調(diào)節(jié)。圖2示意表示了具有重新循環(huán)能力的挖掘工具6的優(yōu)選實(shí)施例，當(dāng)施加包含磁性材料(例如鋼砂或鋼砂粒)的磨粒時(shí)，該挖掘工具適用于圖1的系統(tǒng)中。優(yōu)選的挖掘工具6提供有縱向鉆井液通道11，該鉆井液通道11在其一端與鉆桿柱8中的鉆井液槽道流體連通，在其另一端與噴射裝置流體連通。噴射裝置包括混合腔室9，該混合腔室通過第一進(jìn)口與鉆井液通道ll連接，在這里該第一進(jìn)口布置成鉆井液進(jìn)口3的形式?；旌锨皇?還與第二進(jìn)口流體連通，在這里該笫二進(jìn)口為用于磨粒的進(jìn)口的形式，且混合腔室9與混合噴嘴5流體連通，該混合噴嘴5通向噴嘴，在地下地層2中挖掘孔1的過程中，該噴嘴布置成將鉆井液和磨粒流噴射向地層。噴射裝置還具有一件磁性材料14，該磁性材料14在混合腔室9的、與磨粒進(jìn)口4相反的一側(cè)，但這是可選的?；旌蠂娮?布置在可選的底腳部分19上面，并相對(duì)于系統(tǒng)縱向方向傾斜，且相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸線的傾斜角為15-30°，但是也可以采用其它角度。優(yōu)選是傾斜角為大約21°，對(duì)于通過軸向旋轉(zhuǎn)在井孔內(nèi)的整個(gè)工具而對(duì)井孔底部進(jìn)行磨蝕，該角度為最佳?；旌锨皇?和混合噴嘴5在相同角度下與出口噴嘴對(duì)齊，以便使磨粒獲得最佳加速度。鉆井液通道11布置成從旁路繞過用于輸送磁性顆粒的裝置，該裝置包含于挖掘工具中，作為磁性磨粒的重新循環(huán)系統(tǒng)的一部分。裝置包括稍微錐形套筒15形式的支承部件，用于提供環(huán)繞基本柱形細(xì)長(zhǎng)磁體7形式的傳送器裝置延伸的支承表面。磁體7產(chǎn)生用于使磁性顆粒保持在支承表面15上的磁場(chǎng).鉆井液通道ll相對(duì)于支承表面15和混合腔室9圃定布置。鉆井液通道l的底端布置成靠近磨粒進(jìn)口4,在本實(shí)施例中，鉆井液通道11沿軸向形成于脊(ridge)內(nèi)部，該脊與支承表面15凸出接觸。也可選擇，鉆井液通道11可以以與國(guó)際專利申請(qǐng)WO02/346S3中參考圖4所示和所迷類似的方式相對(duì)支承表面獨(dú)立布置，或者沿偏離軸向的方向布置。用于磨粒的進(jìn)口4位于脊的底端。柱形磁體7由堆疊在一起的八個(gè)較小磁體7a至7h而形成。也可以采用不同數(shù)目的較小磁體，各磁體7a至7h有徑向相反的N和S極，且磁體以使得兩個(gè)基本螺旋形徑向相對(duì)的帶各自由N和S極形成的方式來(lái)堆疊。為了說(shuō)明的目的，磁極是在磁體表面上或在支承表面上的、磁場(chǎng)線與磁體表面或支承表面相交的區(qū)域，因此顯示為磁場(chǎng)線的源或收點(diǎn)區(qū)域。螺旋形凹口布置成直接與由磁極形成的徑向相對(duì)帶相鄰，用于獲得磁透過性比包括磁極的螺旋帶更低的螺旋帶。由于磁體材料的磁透過性比充滿凹口的非磁體材料(氣體、流體或固體)更高，因此內(nèi)部磁場(chǎng)線主要沿著磁體材料，而不是沿著包含于凹口中的材料.因此，在包含磁極和凹口的帶之間存在較強(qiáng)的梯度區(qū)域。凹口也可以并不包舍氣體、流體或固體，而是在槽中為真空。優(yōu)選是，凹口相對(duì)于磁體的柱形外周到達(dá)一定深度，該深度與在第一帶的磁體表面和支承表面之間的間隙之間的距離相同或更大。磁體7有中心縱向軸18，并可相對(duì)于套筒15繞該中心縱向軸18旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)裝置(后面將更詳細(xì)介紹該驅(qū)動(dòng)裝置)布置成駔動(dòng)軸18，并因此使磁體7旋轉(zhuǎn)，較短錐形部分21布置在磁體7的底端，套筒15上的支承表面提供有相應(yīng)的錐形部分，這樣，磨粒進(jìn)口4提供了在環(huán)繞錐形部分21的支承表面15和混合腔室9之間的流體連通.錐形部分最好基于與混合腔室9和混合噴嘴5的所述角度相同的角度.圖3中更詳細(xì)地表示了磁體7,圖3a是剖視困，困3b是磁體底部部分的縱向視圖，而困3c是當(dāng)柱形表面沿紙平面展開時(shí)的視圖。減小磁透過性的區(qū)域布置成在磁體7外表面中的、鄰近磁極的螺旋形凹口26形式。圖3a表示了徑向相對(duì)磁極周圍的圃弧形輪廓24，該圃弧形輪廓24由基本平直的輪廓2S連接。平直輪廓對(duì)應(yīng)于凹口26，圃弧形輪廓對(duì)應(yīng)于包含磁極的磁體部分。在圖3b中的斜假想線表示了在圃孤形輪廓和基本平直輪廓之間的過渡部分。在圖3c中垂直地表示了磁體的高度，該磁體分成較小磁體7a至7h,且水平方向上可以看見在0和360。之間的全部方位的表面。如困所示，較小磁體7a至7h布置成這樣，即它們各磁極在兩個(gè)螺旋帶中以NSSNNSSN或SNNSSNNS的順序?qū)R。螺旋形凹口26與垂直于軸18的平面形成的角度e為53°。在工作時(shí)，圖2的優(yōu)選挖掘工具如下工作。工具與鉆桿柱8的底端連接，該鉆桿柱8從地面13插入井孔中。鉆井液流通過在地面上的合適泵(未示出)通過鉆桿柱8的鉆井液槽道和流體通道11而泵送進(jìn)入混合腔室9。在泵送過程中，流體流提供有少量磨粒，該磨粒優(yōu)選為鋼砂形式。進(jìn)口3布置具有流動(dòng)限制部分，跨過該流動(dòng)限制部分的壓力降驅(qū)動(dòng)鉆井液加速。流體流從混合腔室9通過混合噴嘴5流動(dòng)，并國(guó)此對(duì)著井孔底部噴射。同時(shí)，鉆桿柱8以上述方式旋轉(zhuǎn)，流體和磨粒的返回流體流從井孔底部沿返回地面的方向流過井孔中的環(huán)形通道16，因此，返回流體流沿套筒15運(yùn)行。磁體7引起延伸至套筒15外表面并超過該外表面的磁場(chǎng)。當(dāng)流體流沿套筒15運(yùn)行時(shí)，在流體流中的磨粒通過來(lái)自磁體7的磁力而與流體流分離，該磁力將顆粒吸引至套簡(jiǎn)15的外表面上.這時(shí)基本無(wú)磁性磨粒的鉆井液流通過井孔進(jìn)一步流向在地面的乘，并在除去鉆屑后通過鉆桿柱重新循環(huán)。保持在支承表面15上的磁性顆粒朝著具有最高磁場(chǎng)的帶吸引，且在泵送鉆井液流的同時(shí)，磁體7沿與螺旋帶相反的旋轉(zhuǎn)方向繞它的軸18旋轉(zhuǎn)。由于磁體7的旋轉(zhuǎn)，梯度區(qū)域的存在引起在磁性顆粒上的、沿與梯度區(qū)域垂直的方向(該方向有向下分量)的力，因此迫使顆粒朝著進(jìn)口4螺旋向下運(yùn)動(dòng)。這樣，磁體7不僅作為使得磨粒與返回流體流分離的分離器，而且作為傳送器裝置，其中，磁體的運(yùn)動(dòng)引起磨粒的輸送。當(dāng)顆粒到達(dá)進(jìn)口4時(shí)，流入混合腔室9的鉆井液流再次夾帶該顆粒。在下一循環(huán)中，磨粒再次噴射向井孔底部，隨后通過井孔沿向上方向流動(dòng)。然后連續(xù)重復(fù)該循環(huán)。這樣，鉆桿柱/泵送設(shè)備基本不會(huì)受到磨粒損害，因?yàn)檫@些磨粒只通過鉆桿柱的底部來(lái)循環(huán)，而鉆井液通過整個(gè)鉆桿柱8和泵送設(shè)備來(lái)循環(huán)。當(dāng)少部分顆粒通過井孔流向地面13時(shí)，該部分顆粒能夠通過流過鉆桿柱8的流體流而送回。在混合噴嘴5中的噴射泵機(jī)構(gòu)產(chǎn)生從混合腔室9至混合噴嘴5的較強(qiáng)鉆井液流。噴射泵機(jī)構(gòu)輔助支持磁性顆粒流入混合腔室2。與鉆井液進(jìn)口噴嘴(在進(jìn)口3和混合腔室9之間)相比直徑更大的混合噴嘴5導(dǎo)致充分夾帶的鉆井液和磁性磨粒通過第二進(jìn)口4進(jìn)入混合腔室。在夾帶的鉆井液和磁性顆粒之間的相互作用也有助于使得顆粒從支承表面15高效釋放至混合腔室9中。如果這樣，在磨粒進(jìn)口4的相反側(cè)的磁性本體14將由磁體7產(chǎn)生的一部分磁場(chǎng)引入混合腔室9中。因此，對(duì)于進(jìn)入磨粒進(jìn)口4區(qū)域的磁性顆粒，將磁性磨粒吸引至支承表面15上的磁力變?nèi)?。因此，進(jìn)一步有助于磁性磨粒通過磨粒進(jìn)口4進(jìn)入混合腔室2。磁性廉粒將形成從支承表面15底端朝向磁性本體14的鏈，該鏈橫過混合腔室9。同時(shí)，在這些鏈中的顆粒與經(jīng)過混合腔室9從進(jìn)口3至混合噴嘴5的鉆井液流相互作用，因此，這些顆粒將由該流體流夾帶。在優(yōu)選實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)相對(duì)較短的基本軸向定向脊部分布置在支承表面上，因此，支承表面沿脊部分方向越過該脊部分延伸。這樣，磁性顆粒更均勻地分布在支承表面上，且提高了磁性顆粒在支承表面上的軸向輸送速度，用于所述重新循環(huán)系統(tǒng)的合適磁體可以由任意可磁化性高的材料制成，包括NdFeB、SmCo和AlNiCo-5或它們的組合。優(yōu)選是，磁體還在室溫下有至少140kJ/n^的磁能容量，優(yōu)逸是在室溫下超過300kJ/m3，例如當(dāng)為基于NdFeB的磁體時(shí)。高能容量使得支承表面與返回流體流的軸向接觸長(zhǎng)度更短，因此支承表面的錐度更大，這有利于軸向輸送速度。還有，使磁體旋轉(zhuǎn)所需的功率更小。套筒15和鉆井液旁路1通常由非磁性材料制成，它們由單件材料進(jìn)行合適機(jī)械加工而成，以便獲得最佳機(jī)械強(qiáng)度。包括高強(qiáng)度耐腐蝕非磁性Ni-Cr合^K該Ni-Cr合金包括商品名稱為Inconel718或Allvac718的合金)的超級(jí)合金特別合適。也可以使用其它材料，包括BeCu,挖掘工具的典型尺寸將在下面的表中給出。<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>作為圖2中的柱形磁體7的可選形式，磁體的外徑和支承套筒15內(nèi)壁的內(nèi)徑可以制成為隨著軸向高度減小而變小。較小磁體(磁體由該較小磁體裝配而成)可以為截頭錐形形狀，以便獲得錐形形狀的分離器磁體。在磁體和支承套筒內(nèi)壁之間的間隙也可以減小，支承套簡(jiǎn)的壁厚也可以減小。在磨蝕射流中的鉆井液可以包含通常直到10%容積的磁性磨粒濃度.優(yōu)選是，磁體驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)頻率超過鉆桿柱的旋轉(zhuǎn)頻率，這樣，調(diào)節(jié)磁體旋轉(zhuǎn)頻率能夠調(diào)節(jié)磨粒在單旋轉(zhuǎn)挖掘工具6中的重新循環(huán)速度.通常，磁體可以在10Hz和4OHz之間的旋轉(zhuǎn)頻率下驅(qū)動(dòng)。鉆桿柱(或至少挖掘工具)的旋轉(zhuǎn)通常在0.3Hz和3Hz之間。通常，在包括用于將磨粒供給磨蝕射流的傳送器裝置的系統(tǒng)中，在磨蝕射流中的磨粒量能夠通過調(diào)節(jié)傳送器裝置的輸送速度來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)。這樣的優(yōu)點(diǎn)是與電子控制不同，不需要附加機(jī)械硬件來(lái)調(diào)節(jié)磨蝕射流的侵蝕能力。例如，在具有磁體7(該磁體7特別用作傳送器裝置)的上述挖掘工具中，供給混合腔室的磨粒數(shù)目通過磁體的旋轉(zhuǎn)頻率是可控制的。為了調(diào)節(jié)輸送速度，提供了用于驅(qū)動(dòng)傳送器裝置的可控制驅(qū)動(dòng)裝置。該驅(qū)動(dòng)裝置可以通過井下動(dòng)力系統(tǒng)來(lái)供能，該井下動(dòng)力系統(tǒng)從增壓鉆井液流中抽取能量，并將該抽取的能量供給傳送器裝置。只需要抽取在通過孔循環(huán)的流體中的、很小部分的液壓能量，通常小于5%。因此，發(fā)電機(jī)能夠制成為比例如井下渦輪或變?nèi)蓠R達(dá)(PDM)小得多，該井下渦輪或變?nèi)蓠R達(dá)的目的是轉(zhuǎn)換大部分可用能量來(lái)驅(qū)動(dòng)普通鉆頭。第一類型的井下動(dòng)力系統(tǒng)(該井下動(dòng)力系統(tǒng)的實(shí)例如困4所示)包括發(fā)電機(jī)17，該發(fā)電機(jī)17可由鉆井液流20驅(qū)動(dòng)，例如通過渦輪或PDM部分。產(chǎn)生的電力供給電馬達(dá)23,該電馬達(dá)23通過輸出軸18而與傳送器裝置連接。電馬達(dá)23可用通過電子控制系統(tǒng)22來(lái)控制.多于一個(gè)的渦輪/發(fā)電機(jī)模塊可用串聯(lián)安裝，以便轉(zhuǎn)換所需能量.這能夠提高井下動(dòng)力系統(tǒng)的方向柔性，因?yàn)樵撃K式方法能夠構(gòu)成為機(jī)械硬度小于具有類似功率的非模塊式渦輪組件。第二可選類型的井下動(dòng)力系統(tǒng)(未示出)包括可由鉆井液流驅(qū)動(dòng)的被動(dòng)液壓馬達(dá)，例如渦輪或變?nèi)蓠R達(dá)(PDM)部分，該被動(dòng)液壓馬達(dá)的輸出軸與傳送器裝置連接。還提供了用于控制輸出軸上的功率的裝置。該裝置可以布置成控制流過被動(dòng)液壓馬達(dá)的鉆井液流量的流重控制裝置的形式，例如可調(diào)節(jié)閥，優(yōu)選是可電子調(diào)節(jié)的閥，與被動(dòng)液壓馬達(dá)串聯(lián)和/或并聯(lián)在繞過被動(dòng)液壓馬達(dá)的旁路通道中?？梢圆捎玫牟⒙?lián)旁路通道在美國(guó)專利4396071中公開。也可選擇，發(fā)電機(jī)可以環(huán)繞輸出軸安裝，并作為控制制動(dòng)器，它可通過調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)電路中的負(fù)栽來(lái)電子調(diào)節(jié)，可電子調(diào)節(jié)的閥或負(fù)栽可以通過電子控制系統(tǒng)來(lái)控制.在笫一(圖4中的例子)和笫二類型系統(tǒng)中，磨蝕射流的侵蝕能力能夠通過電子控制系統(tǒng)22來(lái)調(diào)節(jié)。電子控制系統(tǒng)可以布置成接收表示磨蝕射流的撞擊區(qū)域沿它在孔l底部的軌道的位置的倌號(hào)，然后，它能夠用于根據(jù)沿軌道的位置來(lái)調(diào)節(jié)磨蝕射流的侵蝕能力。信號(hào)可以直接由位于挖掘工具附近的井下定位傳感器直接接收。優(yōu)選是，位置傳感器可以與電子控制系統(tǒng)22—起裝入。電子控制系統(tǒng)22可以包括電子存儲(chǔ)器模塊，該電子存儲(chǔ)器模塊儲(chǔ)存數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)包括馬達(dá)電壓、電流、旋轉(zhuǎn)頻率、溫度和其它數(shù)據(jù)中的一個(gè)或多個(gè)。該數(shù)據(jù)的選擇可以通過在鉆探時(shí)測(cè)量(MWD)的系統(tǒng)27(當(dāng)提供有時(shí))而輸送至地面。該在鉆探時(shí)測(cè)量的系統(tǒng)27可以通過凸形錐頭(makstabber)而與電子控制系統(tǒng)電子連接。電子控制系統(tǒng)可以編程，這樣，可以保持或獲得選定狀態(tài)。任意電子部件可以布置在大氣腔室或壓力平衡腔室中。在第一和第二類型系統(tǒng)中，當(dāng)輸出軸在大氣腔室或壓力平衡腔室中旋轉(zhuǎn)時(shí)，輸出軸和驅(qū)動(dòng)軸可以通過磁耦合或旋轉(zhuǎn)密封件而連接。齒輪箱可選擇地布置在電馬達(dá)的輸出軸和傳送器裝置的驅(qū)動(dòng)軸之間.在第一類型動(dòng)力系統(tǒng)中，傳送器裝置的反向運(yùn)動(dòng)可以通過沿相反方向運(yùn)行電馬達(dá)來(lái)實(shí)現(xiàn)。使傳送器裝置反向運(yùn)動(dòng)的總體優(yōu)點(diǎn)是能夠通過使運(yùn)動(dòng)方向反轉(zhuǎn)和將磨粒再次送入返回流體流中，從而釋放可能出現(xiàn)的過栽(聚集在傳送器裝置區(qū)域中)。這樣，能夠避免堵塞重新循環(huán)系統(tǒng)。當(dāng)傳送器裝置為磁體形式時(shí)，例如在系統(tǒng)停止時(shí)可能發(fā)生過栽，例如可能在使新的鉆桿柱接頭與鉆桿柱連接的過程中發(fā)生過栽。用于起動(dòng)的可能順序可以包括在起動(dòng)的第一階段在返回流體流流動(dòng)的同時(shí)使得傳送器裝置反向運(yùn)動(dòng)，再將傳送器裝置轉(zhuǎn)變成向前或正常方向運(yùn)動(dòng)，優(yōu)選是，傳送器裝置恰好在結(jié)束挖掘操作之前再次轉(zhuǎn)變成反向運(yùn)動(dòng)。這例如可以通過降低流量而自動(dòng)激發(fā)。權(quán)利要求1.一種用于在目標(biāo)物中形成孔的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括噴射裝置，用于產(chǎn)生包括流體和一定量磨粒的混合物的磨蝕射流，并用于將具有侵蝕能力的磨蝕射流噴射成在撞擊區(qū)域與目標(biāo)物撞擊，從而在撞擊區(qū)域侵蝕目標(biāo)物，該系統(tǒng)還包括掃描裝置，用于使撞擊區(qū)域沿孔中的選定軌道運(yùn)動(dòng)；以及調(diào)節(jié)裝置，用于當(dāng)撞擊區(qū)域沿選定軌道運(yùn)動(dòng)時(shí)調(diào)節(jié)磨蝕射流的侵蝕能力。2.根據(jù)權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中掃描裝置包括用于使磨蝕射流繞旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)裝置，因此，撞擊區(qū)域定位成相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸線離軸。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其中調(diào)節(jié)裝置包括調(diào)節(jié)控制裝置，該調(diào)節(jié)控制裝置布置成控制調(diào)節(jié)裝置，這樣，磨蝕射流的侵蝕能力根據(jù)在選定軌道上的撞擊區(qū)域位置來(lái)調(diào)節(jié)。4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一個(gè)所述的系統(tǒng)，還包括位置傳感器，用于提供表示在選定軌道上的撞擊區(qū)域位置的信號(hào)。5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任意一個(gè)所述的系統(tǒng)，還包括導(dǎo)航傳感器，用于提供表示在目標(biāo)物中形成孔的方向的信號(hào)。6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任意一個(gè)所述的系統(tǒng)，其中調(diào)節(jié)裝置包括用于調(diào)節(jié)由于磨蝕射流中存在的磨粒的動(dòng)能而產(chǎn)生的能力的裝置。7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任意一個(gè)所述的系統(tǒng)，其中調(diào)節(jié)裝罝包括速度控制裝置，該速度控制裝置布置成調(diào)節(jié)磨蝕射流中的磨粒的速度。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中嘖射裝置包括加速嘖嘴，跨過該加速噴嘴的壓力降能夠保持，因此，速度控制裝里包括布置成調(diào)節(jié)壓力降的壓力控制裝置，9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任意一個(gè)所述的系統(tǒng)，其中調(diào)節(jié)裝置布置成調(diào)節(jié)在混合物中的磨粒量，10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，還包括混合腔室，用于使得流體與磨?；旌?，且還包括磨粒供給裝置，用于將磨粒供給混合腔室，其中，調(diào)節(jié)裝置布置成調(diào)節(jié)磨粒供給裝置將磨粒供給混合腔室的速度，從而調(diào)節(jié)混合物中的磨粒量。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中磨粒供給裝置包括重新循環(huán)裝置，該重新循環(huán)裝置布置成使得至少一部分磨粒從在與目標(biāo)物撞擊的下游的返回的混合物流重新循環(huán)進(jìn)入混合腔室，由此，調(diào)節(jié)裝置布置成至少調(diào)節(jié)重新循環(huán)速度。12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的系統(tǒng)，其中磨粒供給裝置包括傳送器裝置，優(yōu)選是為可運(yùn)動(dòng)磁體的形式，布置成4吏得傳送器裝置的操作引起磨粒的輸送，因此，調(diào)節(jié)裝置布置成至少調(diào)節(jié)由傳送器裝置引起的輸送速度。13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中傳送器裝置可運(yùn)動(dòng)，因此傳送器裝置的運(yùn)動(dòng)引起磨粒的輸送。14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的系統(tǒng)，其中傳送器裝里與用于操作傳送器裝置的可控制井下動(dòng)力系統(tǒng)連接，該井下動(dòng)力系統(tǒng)優(yōu)逸是用于驅(qū)動(dòng)傳送器裝置運(yùn)動(dòng)。15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中可控制井下動(dòng)力系統(tǒng)包括可由流體流驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)、與傳送器裝置機(jī)械連接以便驅(qū)動(dòng)傳送器裝置運(yùn)動(dòng)的電馬達(dá)，因此，電馬達(dá)通過電子控制系統(tǒng)而與發(fā)電機(jī)電連接。16.—種在目標(biāo)物中形成孔的方法，該方法包括以下步驟產(chǎn)生包含流體和一定量磨粒的混合物的磨蝕射流；將具有侵蝕能力的磨蝕射流噴射成在撞擊區(qū)域與目標(biāo)物撞擊，從而在撞擊區(qū)域侵蝕目標(biāo)物；使得撞擊區(qū)域沿孔中的逸定軌道運(yùn)動(dòng)；當(dāng)撞擊區(qū)域運(yùn)動(dòng)時(shí)調(diào)節(jié)磨蝕射流的侵蝕能力，17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中調(diào)節(jié)磨蝕射流的侵蝕能力包括調(diào)節(jié)由于磨粒的動(dòng)能而產(chǎn)生的能力。全文摘要本發(fā)明公開了用于在目標(biāo)物中形成孔(1)的系統(tǒng)和方法，該系統(tǒng)包括噴射裝置，用于產(chǎn)生由流體和磨粒的混合物形成的磨蝕射流(10)，并用于將具有侵蝕能力的磨蝕射流噴射成在撞擊區(qū)域與目標(biāo)物撞擊，從而在撞擊區(qū)域侵蝕目標(biāo)物。該系統(tǒng)還包括旋轉(zhuǎn)裝置，用于使撞擊區(qū)域沿孔(1)中繞它周邊的選定圓形軌道運(yùn)動(dòng)；以及調(diào)節(jié)裝置，用于當(dāng)撞擊區(qū)域沿選定軌道運(yùn)動(dòng)時(shí)調(diào)節(jié)磨蝕射流(10)的侵蝕能力。文檔編號(hào)E21B7/06GK101128643SQ200480019537公開日2008年2月20日申請(qǐng)日期2004年7月9日優(yōu)先權(quán)日2003年7月9日發(fā)明者揚(yáng)·杰特·布蘭格申請(qǐng)人:國(guó)際殼牌研究有限公司