用于打孔作业的井下脉冲发生装置 |
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| 申请号 | CN201380061685.4 | 申请日 | 2013-11-26 | 公开(公告)号 | CN104822894B | 公开(公告)日 | 2016-10-12 |
| 申请人 | 国民油井华高有限公司; | 发明人 | 罗素·吉尔伦; 哈什·甘亚姆; 小詹姆斯R.·斯特里特; 迪普提·丝特勒; 艾伦H.·基奇; 希兰·瓦阿斯; 默里·吉尔伯特森; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种井下工具，包括具有纵向孔的壳体，和布置在壳体的纵向孔内部的搅动组件。可移除的部件布置在纵向孔内部并且可以从壳体移除，以至少部分地打开纵向孔。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种井下工具，包括： |
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| 说明书全文 | 用于打孔作业的井下脉冲发生装置技术领域背景技术[0002] 井下脉冲发生装置用于产生流体压力的波动，其在钻柱中产生振动。该振动或者脉冲能够帮助避免在钻柱周围的固体材料的集聚，这可以降低摩擦并且可以避免钻柱卡滞在钻井中。因此，脉冲发生器的应用能够帮助扩展钻具组件的操作范围。 [0003] 传统的脉冲发生装置不允许在装置下执行捕获或打孔作业。此外，在不移除钻柱的主要部分的情况下，很难将脉冲发生装置从井孔中移除。在很多情况中，脉冲发生装置必须完全从井孔中移除，以帮助在装置之下进行的任何捕获或者其他打孔活动。 [0004] 因此，对用于帮助在井下脉冲发生装置之下进行捕获或者其他打孔活动的方法和设备的领域有持续的需求，其克服了现有技术中的这样的和其他的局限性。 发明内容[0005] 井下工具包括具有纵向孔的壳体以及布置在壳体的纵向孔内部的搅动组件。可移除的部件布置在纵向孔的内部并且可以从壳体上移除，以至少部分地打开纵向孔。在某些实施例中，一旦将可移除的部件从壳体上移除就能够通过纵向孔实施打孔作业。在某些实施例中，可移除的部件是搅动组件的一部分。在某些实施例中，搅动组件进一步包括耦合至壳体的定子以及转子，转子通过移动穿过壳体的流体旋转。在某些实施例中，可移除的部件布置在转子的内部。在某些实施例中，转子是可移除的部件。在某些实施例中，可移除的部件布置在穿过壳体的旁路通道的内部。 [0006] 在其他的实施例中，井下工具包括具有纵向孔的壳体以及布置在壳体的内部的搅动组件并且阻挡该纵向孔。可移除的部件布置在壳体的内部并且可以从壳体上移除，以至少部分地打开纵向孔。在某些实施例中，一旦将可移除的部件从壳体上移除就能够通过纵向孔实施打孔作业。在某些实施例中，可移除的部件是搅动组件的一部分。在某些实施例中，搅动组件进一步包括耦合至壳体的定子以及转子，转子通过移动穿过壳体的流体旋转。在某些实施例中，可移除的部件布置在转子的内部。在某些实施例中，转子是可移除的部件。在某些实施例中，可移除的部件布置在穿过壳体的旁路通道的内部。 [0007] 在另外的实施例中，一种方法包括将搅动组件布置在壳体内部，该壳体具有穿过其中的纵向孔，以及将搅动组件和壳体放入到井孔中。搅动组件通过使流体移动穿过壳体来操作。可移动的部件可以从壳体上移除，以至少部分地打开穿过壳体的纵向孔。一旦可移动的部件被移除，那么井下工具就进入到井孔中并且穿过壳体的纵向孔。在某些实施例中，可移除的部件是搅动组件的一部分。在某些实施例中，搅动组件包括耦合至壳体的定子以及转子，转子通过移动穿过壳体的流体旋转。在某些实施例中，可移除的部件布置在转子的内部。在某些实施例中，转子是可移除的部件。在某些实施例中，可移除的部件布置在穿过壳体的旁路通道的内部。附图说明 [0008] 现在参考附图进一步详细描述本发明的实施例，其中， [0009] 图1是包括可取回盒组件的搅动组件的部分截面图。 [0010] 图2是可取回盒组件的部分截面图。 [0011] 图3和图3A是具有整体转子阀的可取回的搅动组件的部分截面图。 [0012] 图4是布置在偏置壳体中的可取回的搅动组件的部分截面图。 [0013] 图5是包括内部叶片的可取回的搅动组件的部分截面图。 [0014] 图6是包括外叶片和径向流阀的可取回的搅动组件的部分截面图。 [0015] 图7，图7A，和图7B是包括外叶片和轴向流阀的可取回的搅动组件的部分截面图。 具体实施方式[0016] 应该理解的是，接下来的公开的内容描述了多个示例性的实施例，用于实施本发明的不同的特征、结构或功能。组件、布置和配置的示例性实施例如下进行描述，以简化本发明；然而，这些示例性的实施例更多的是仅仅作为示例提供并且并不用于限定本发明的保护范围。此外，本公开内容可能在不同的示例性的实施例中及贯穿于在此提供的附图中重复使用参考标号和/或字母。这种重复是出于简化和清晰的目的并且完全不是用于指出不同的示例性的实施例和/或在不同的附图中阐述的配置之间的关系。此外，在接下来的说明书中第一特征形成在第二特征的上方或之上可能包括这样的实施例，其中，第一和第二特征形成为直接接触，并且也可以包括这样的实施例，其中，形成插入到第一和第二特征之间的附加的特征，从而使得第一和第二特征不直接接触。最后，以下展现的示例性的实施例能够以任意的组合方式进行组合，也就是说，来自一个示例性的实施例的任何部件都可以用于另外的示例性实施例，而不会脱离本公开的范围。 [0017] 此外，特定的术语贯穿于接下来的说明书和权利要求中被使用，来表示特定的部件。如本领域技术人员将意识到的，不同的实体可以通过不同的名称来指代相同的部件，因此，用于在此描述的部件的命名规则不用于限定本发明的保护范围，除非在此具体地限定。此外在此使用的命名规则不用于区分名称不同但是功能相同的部件。此外，在接下来的描述和权利要求中，术语“包含”和“包括”以开放的方式使用，并且因此应该被解释为“包含，但不限于”。在说明书中的所有数字值都可以是精确的或者是近似值，除非特别地声明。此外，说明书的不同的实施例可以偏离于在此公开的数字、值和距离，而不会背离所要求的范围。此外，如其在权利要求书或者说明书中所使用的那样，术语“或者”用于涵盖排他的或者包含的两种情况，也就是说“A或B”与“A和B中的至少一个”同意，除非在此清楚地限定。 [0018] 参考图1和图2，井下工具10包括上附属部12，搅动组件14和下附属部16。搅动组件14包括动力部18，其可操作地耦合至阀组件20并且设置在外部主体19内。动力部18被示出为包括形成螺杆马达的转子22和定子24，其中流过转子22和定子24之间的界面的液体导致转子旋转。应该理解的是，在另外的实施例中，其他的电机、转矩发电机、致动器和其他的装置可以作为动力部18使用。 [0019] 阀组件20可操作地耦合至动力部18的转子22。阀组件20选择性地打开，以允许液体在搅动组件14和下附属部16之间流动。选择性地允许液体穿过阀组件20流动产生在井下工具10中的液体压力的波动或脉冲，这产生在井下工具10中的振动。阀组件20可以是轴向流阀，径向流阀，或者任何其他的能够通过动力部18操作的阀构造。 [0020] 包括动力部18和阀组件20的搅动组件14形成可移除的部件，其可以从外部主体19上移除，而无需使外部主体19与上附属部12或者下附属部16分离。搅动组件14可以通过闭锁机构、剪力连接或者其他允许搅动组件14从外部主体19脱离耦合的可释放的连接耦合至外部主体19。 [0021] 在某些实施例中，搅动组件14可以包括啮合槽、闭锁轮廓、打捞颈或者其他特征，其耦合至动力部18并且允许动力部18和阀组件20通过捕获工具啮合。一旦与搅动组件14啮合，捕获工具就可以从外部主体19中移出动力部18和耦合的阀组件20。在某些实施例中，用于从搅动组件14中移除部件的过程和工具也可以用于在搅动组件的剩余部分保留在原位置上时重新安装这些组件。 [0022] 在一些实施例中，作为搅动组件14的替代物，阀组件20可以耦合至转子22，并且设定尺寸使得阀组件20形成可移除的部件，其可穿过定子24从井下工具10上移除。转子22的一个端部被耦合至阀组件20，而转子22的另一个端部将包括啮合槽，闭锁轮廓、打捞颈，或者其他特征，其使得捕获工具啮合转子22并且从搅动组件中移除转子和耦合的阀组件20。一旦转子22和阀组件20被移除，定子24的孔就被打开并且可用于支持在组件下进行的钻孔作业。 [0023] 现在参考图3和图3A，搅动组件30包括耦合至壳体34的内表面的弹性定子32。转子36布置在壳体34的内部并且具有外表面，该外表面啮合定子32的内表面38以形成螺杆泵，其中转子36响应于被泵送到转子和定子之间的液体进行旋转。转子36通过止挡件40被轴向地限制在壳体34内，该止挡件布置在转子36的任一端部上。转子36被示出为在止挡件40处终止，而在另外实施例中，转子36可以延伸穿过一个或者两个止挡件40。止挡件40耦合至壳体34并且避免转子36相对于壳体34的轴向移动。止挡件40可以集成到壳体34中或者布置在相邻的壳体中，该相邻的壳体然后耦合至壳体34。每个止挡件40都可以包括流端口42，其允许液体流入和流出转子36或者其他的允许液体流入到转子36和壳体34之间的环形空间中的流端口。 [0024] 转子36具有入口端44，其具有轴向的入口46，该轴向的入口基本上与穿过止挡件40的流端口42对准。一个或者多个径向出口48提供流动路径，该流动路径允许液体从转子 36的内部中移动进入到转子和定子32之间的界面中。在某些实施例中，塞子50避免液体流动穿过转子36的内部。在其他的实施例中，转子36可以由实心杆构造而成。 [0025] 转子36也具有出口端52，其包括液体出口54，该液体出口基本上与穿过止挡件40的流端口42对准。出口端52可以与转子36一体形成或者以耦合至转子36的单独的部件形成。出口端52还包括主液体入口56和次入口58，其允许液体从转子36和定子32之间的界面流动到出口端52中。一个或多个密封件60耦合至壳体34并且设计成在转子36相对于壳体旋转时限制液体流动进入到主入口56中。液体入口56，58和密封件60的数量和构造可以改变，以控制转子36每次旋转时产生的压力脉冲的数量。例如，在一些实施例中，入口段52可以包括多个液体入口56和/或密封件60，以产生预期的压力脉冲频率。在某些实施例中，液体入口56，58可以具有非环形的横截面或者可以选择性地关闭，以进一步控制产生的压力脉冲的频率。 [0026] 每个主入口56都可以布置在与转子36的出口端52偏心的偏心凸起62内。偏心凸起62可以整体地形成在出口端52中或者作为单独的部件形成并且耦合至出口端52。在某些实施例中，偏心凸起62也可以被热处理和/或涂覆，以降低磨损或者液体腐蚀。主入口56在每次接触密封件60时都基本上闭合，该密封件可以是定子32的一部分或者是耦合至壳体34的单独部件。因为转子36的旋转和偏心凸起62的构造，主入口56在每次转子旋转时都接触每个密封件60。在转子36旋转时，主入口56将从密封件60上移开，以允许液体进入到入口中并且然后重新与密封件接触，以阻止液体流动穿过入口。在某些实施例中，密封件60可以围绕壳体34的整个内表面延伸。 [0027] 在运行中，液体被供应到转子36的入口端44。液体流动穿过流端口42和入口46进入到转子36的内部。然后，液体流动穿过径向出口48进入到转子36和壳体34的环形空间中。在某些实施例中，止挡件40可以包括可交替的流动路径，其允许液体旁路经过转子36的内部并直接流动进入到转子36和壳体34之间的环形空间中。从该环形空间，液体移动穿过在转子36和定子32之间的界面并且引起转子围绕其轴线旋转。一旦液体到达转子36的出口端 52，液体的一部分将穿过次入口58进入到转子的内部中。次入口58的尺寸被设定为允许足够的液体经过，以使转子36继续旋转。没有液体的连续流动，转子36将不会旋转，因此次入口58允许液体连续地流动穿过组件。 [0028] 在转子36旋转时，主入口56在与密封件60对准的位置和不与密封件对准的位置之间移动。当主入口56与密封件60对准时，基本上阻止了液体流动穿过入口。当主入口56不与密封件60对准时，不阻止液体流动穿过入口。因此，在转子36旋转时，在主入口56和密封件60之间的断续接合产生了在液体流中的波动或者压力脉冲，这产生了系统中的振动。 [0029] 搅动组件30可以是可移动的部件，如参考图1和2所描述的那样，或者可以允许穿过转子36进行捕获。为了能够进行捕获，或者其他的打孔活动，塞子50可以形成可移动的组件，其可以从转子36的内部中移除，例如通过捕获。一旦塞子50被移除，流端口42和现在不受限制的转子36的内部就提供了一个孔，通过该孔可以执行捕获或者其他的打孔作业。一旦这些操作完成，塞子50可以再次安装到转子36中，以允许搅动组件30进行工作。为了有助于移除，塞子50能够通过闭锁机构或者特征、螺纹连接、夹套类型的连接件或者任何其他的可拆卸的连接可拆卸地耦合至转子36。 [0030] 在某些实施例中，塞子50可以装配有喷嘴、阀、或者其他的流动控制装置，用于允许一些流动，以旁路经过转子/定子几何体并且直接流动穿过转子36的内部。这可以用于控制经过搅动组件30的流动，从而限制转子的速度和后续的压力脉冲频率。例如，流动控制装置可以设计和表现为，在流量和压力上升时，压力控制装置开启的越大，允许越多地流量穿过转子36的内部。该增大的流量可以帮助保持相对的平衡和适当地稳定穿过搅动器30的转子/定子几何体的流量。 [0031] 可替换的是，塞子50可以设计和结合为，使得一个球，矢或者其他的物体可以投入到钻柱中，其可以选择性地封堵或者开启塞子50中的所有的或者部分的流端口，从而提高或者降低到转子/定子几何体的流动的量。球或者其他的物体的尺寸可以确定在塞子中被封堵或者开启的流端口的量。 [0032] 在此描述的每个实施例中，调节穿过搅动组件30的流量的能力可以使得压力脉冲的频率和幅值被控制。在某些实施例中，希望可以开启和关闭搅动组件30，从而仅仅在需要时产生压力脉冲。例如，希望停止产生压力脉冲，从而不会干扰钻探时测量(MWD)的读取或者其他基于压力脉冲的通信。在一些实施例中，塞子50可以被设计和结合为，使得至转子/定子几何体的流量可以被正常地“关闭”并且在塞子起作用时，例如通过投入球或者通过改变液体的流动，液体被允许流动至搅动器30。例如，塞子50可以设计为，使得在转子中的径向出口48可以被封堵以阻止流量穿过搅动器30的转子/定子几何体。塞子50在起作用时将移开塞子并且打开出口48，从而使流量穿过转子/定子几何体并旋转转子。塞子50可以通过降低流量和压力或者通过其他措施来进一步起作用，从而使塞子再次封堵出口48。 [0033] 现在参考图4，搅动组件70包括搅动器72，其布置在工具本体74中的偏置位置上。工具本体74的端部耦合至顶部附属部76和底部附属部78。上定位器80和下定位器82布置在工具主体74的内部并耦合至该工具主体。上定位器80包括流端口84和上搅动器容纳部86。 下定位器82包括下搅动器容纳部88，其基本上与上搅动器容纳部86和旁路通道90对准。在某些实施例中，限流器92能够可拆卸地耦合至旁路通道90。 [0034] 在运行中，搅动器72的偏置位置允许打孔工具通过流端口84和旁路通道90穿过搅动组件70。可以安装限流器92，以确保足够的流被转向搅动器72，从而使得搅动器可以产生预期的压力脉冲和振动。限流器92可以是可移除的部件，其可以被选择性从旁路通道90中移除，从而使得旁路通道90的全部直径都能供使用。以这种方式，在不需将搅动器72从搅动组件70上移除的情况下就可以进行打孔作业。 [0035] 现在参考图5，搅动组件100包括外部主体102，其形成耦合至壳体104的定子。可旋转的内部主体106形成转子，其被至少部分地布置在外部主体102的内部并且包括内部叶片108或者使得在液体轴向流动穿过组件时导致内部主体106旋转的其他特征。在某些实施例中，内部主体106可以支撑在轴承110上。 [0036] 内部主体106具有基本上实心的下端部112，从而使液体轴向地转向穿过一个或者多个出口114。在内部主体106旋转时，出口114周期性地与穿过外部主体102的一个或者多个流端口116对准。当出口114与流端口116对准时，液体可以流动穿过组件100。当出口114不与流端口116对准时，液体流动被阻止并且液体压力将上升。因此，内部主体106的旋转产生了在组件100中的压力脉冲和振动。 [0037] 为了帮助进行打孔作业，内部主体106可以形成从外部主体102和组件100上移除的可移除的部件。在某些实施例中，内部主体106也可以具有一个或者多个特征，其允许工具啮合内部主体并且从组件100中将其移除。这些特征可以包括啮合槽，闭锁轮廓，打捞颈，或者允许内部主体106通过取回工具啮合的任何其他的特征。一旦内部主体106被移除，外部主体102的全部孔就不受阻挡了。 [0038] 图6示出了类似的搅动组件120，其具有外部主体102，该外部主体形成耦合至壳体104的定子。可旋转的内部主体122形成转子，该转子至少部分地布置在外部主体102内部并且包括外叶片124，或者在液体轴向流过组件时导致内部主体122旋转的其他特征。在某些实施例中，内部主体122可以支撑在轴承110上。内部主体122具有实心的上端部126，其将液体转向到内部主体122和壳体104之间的环形空间中。移动穿过环形空间的液体越过叶片 124并且通过入口端口128重新进入内部主体122。 [0039] 内部主体122也具有基本上实心的下端部131，其将液体轴向地导向穿过一个或多个出口132。在内部主体122旋转时，出口132周期性地对准一个或多个穿过外部主体102的流端口116。当出口132未对准流端口116时，液体可以流动穿过组件120。当出口132未对准流端口116时，液体流动被阻止并且液体压力将上升。因此，内部主体122的旋转产生了组件120中的压力脉冲和振动。 [0040] 为了帮助进行打孔作业，内部主体122可以形成从外部主体102和组件120上移除的可移除的部件。在某些实施例中，内部主体122也可以具有一个或者多个特征，其允许工具啮合内部主体122并且从组件120中将其移除。这些特征可以包括啮合槽，闭锁轮廓，打捞颈，或者任何其他的允许内部主体122通过取回工具啮合的特征。一旦内部主体122被移除，外部主体102的全部孔就不被阻挡了。 [0041] 图7，7A和7B示出了搅动组件130，其结合了通过固定的流动盘134和旋转的流动盘136形成的轴流阀135。搅动组件130包括通过可旋转的主体138形成的转子，该可旋转的主体包括叶片140和旋转的流动盘136。可旋转的主体138可旋转地耦合至通过固定的流动盘 134形成的定子，其耦合至壳体142。 [0042] 在液体流动穿过壳体142时，其流动越过叶片140并且旋转主体138和流动盘136。流动盘136包括流端口144，其在旋转时周期性地与固定的流动盘134中的流端口146对准。 当流端口144与流端口146对准时，液体可以流动穿过组件130。当流端口144未与流端口146对准时，液体流动被阻止并且液体压力将上升。因此，主体138的旋转产生了组件130中的压力脉冲和振动。 [0043] 为了帮助进行打孔作业，搅动组件130可以是能够从壳体142移除的可移除的部件。为了帮助进行移除，组件130可以通过闭锁机构、螺纹连接、剪力接合器、夹套类型的连接件或者任何其他的可拆卸的连接可拆卸地耦合至壳体142。在某些实施例中，组件130也可以具有一个或者多个特征148，其允许工具啮合组件130并且从壳体142将其移除。这些特征可以包括啮合槽，闭锁轮廓，打捞颈，或者允许组件130通过取回工具啮合的任何其他的特征。一旦组件130被移除，壳体142的全部孔就不被阻挡。 |
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