[發明專利]增強流體壓力和環空流速的井下工具和方法

有效

• 申請號: 201380077221.2
• 申請日: 2013-07-16
• 公開（公告）號: CN105392958B
• 公開（公告）日: 2017-09-05
• 發明（設計）人: A·W·馬爾
• 申請（專利權）人: 哈里伯頓能源服務公司
• 主分類號: E21B21/00
• 分類號: E21B21/00;E21B21/08;F15B3/00
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司31100
• 代理人: 丁曉峰

技術領域

本公開大致涉及鉆井和完井流體的循環，且更具體地涉及在循環期間賦予額外能量給這些流體的井下工具。

發明背景

可通過旋轉鉆柱來鉆烴類開采井，所述鉆柱是大致包括在下端具有鉆頭和底部鉆孔組件(“BHA”)的多個互連鉆管段的組件。在鉆井時，鉆頭產生巖屑和其它碎屑。在井下鉆井操作中，流體循環通常用于井筒清潔和固體物運送，諸如以移除巖屑和其它碎屑。一般來說，循環涉及沿著鉆柱向下泵送流體(使用地面的泥漿泵)并且將其向上泵送回鉆柱與井筒壁之間的環空。流體沿著環空移動的速度被稱作環空流速。因此，重要的是監測環空流速來確保適當的井筒清潔、固體物運送以及避免井筒壁的侵蝕。

流體環空流速以多種方式被不利地影響。例如，在循環期間，由于管道和環空內的摩擦損失以及管道與環空之間的靜水壓差而在循環系統中發生壓降。最大壓力在泥漿泵歧管上產生(立管壓力(“SPP”))且最低壓力產生在流體回路上(開放回路的大氣壓力或用于管控壓力操作的所施加節流壓力)。因此，流速受限于最大SPP。因此，在一些實例中，環空流速可能未高至足以充分清潔井筒。但是，如果在循環期間流體壓力稍微增大，那么SPP可能減小。接著，這將允許最大泵速的增加，其產生更高環空流速。

因此，鑒于上述內容，本領域存在對增大流體環空流速的方法的需求。

附圖簡述

圖1圖示根據本公開的特定示例性實施方案的用于鉆井操作的循環系統；

圖2A是根據本公開的特定示例性實施方案的井下工具的截面圖；

圖2B圖示根據本公開的特定示例性實施方案的沿著井下工具的旋轉套筒的內表面定位的齒圈的剖視圖；

圖2C是根據本公開的特定示例性實施方案的包括多個偏移夾持構件的井下工具的三維圖；

圖2D是沿著圖2A的線2D取得的井下工具的頂視截面圖；

圖3A圖示根據本公開的特定示例性實施方案的在井下工具中所使用的驅動機構的替代實施方案；以及

圖3B圖示圖3A的井下工具的三維外觀圖。

具體實施方式

本公開的說明性實施方案和相關方法在下文被描述為它們可用于井下工具中，其在循環期間增強流體環空壓力，因此允許更高的流體環空流速。為簡明起見，未在本說明書中描述實際實施方案或方法的所有特征。此外，本文中描述的“示例性”實施方案指的是本公開的實例。當然將了解在任何這種實際實施方案的開發中，必須作出許多實施特定決策來實現將隨實施方案而變化的開發者的特定目標，諸如與系統相關和業務相關限制的相符性。此外，將了解這樣一種開發行為可能是復雜且耗時的，但只是受益于本公開的本領域一般技術人員的常規任務。將從下文描述和附圖的考慮中變得更了解本公開的各種實施方案和相關方法的進一步方面和優點。

如本文中描述，本公開的示例性實施方案涉及一種聯機井下工具，其由鉆柱旋轉驅動以驅動泵機構，所述泵機構在循環期間增強流體壓力，因此允許環空流速的增大。井下工具的一個公開實施方案包括驅動機構，其包括驅動齒輪和驅動軸以控制通過旋轉鉆柱產生的轉矩(即，旋轉力)。如本文中使用，術語“齒輪”廣泛地指任何旋轉構件，其具有沿著周邊的表面，所述表面被構造來與沿著另一個旋轉構件的周邊的表面接合。在下文討論的示例性實施方案中，所描述的齒輪可為傳統齒輪，其具有被構造來與另一個旋轉件構件(或另一個齒輪或齒圈)上的相應多個齒嚙合的多個齒。但是，這樣一種齒輪可替代地包括例如齒輪的周邊上的表面，所述表面在不使用傳統齒輪齒的情況下與另一個旋轉構件上的相應表面摩擦嚙合，使得在不使用齒的情況下，一個的旋轉導致另一個的旋轉。用于摩擦接合彼此的表面可被賦予高摩擦系數，諸如通過使表面粗糙化或施敷摩擦材料，諸如橡膠化合物。響應于鉆柱的旋轉，驅動齒輪旋轉以將動力(經由施加轉矩)傳送至耦接至泵機構的驅動軸。驅動軸響應于所施加轉矩而旋轉，以接著將動力從驅動軸傳送至泵組件，以驅動泵組件，以增強行進穿過井下工具的流體的壓力。下文將進一步詳細描述本公開的這些和其它特征。