[其他]流體脈沖設(shè)備

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201590000254.1
• 申請(qǐng)日: 2015-01-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN206581892U
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-10-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 特雷弗·大衛(wèi)·凱特斯
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: SJM設(shè)計(jì)有限公司
• 主分類號(hào): E21B7/24
• 分類號(hào): E21B7/24;E21B7/18;E21B4/14;E21B4/16;E21B1/14;E21B21/14
• 代理公司: 北京超凡志成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)11371
• 代理人: 李丙林,曹桓

技術(shù)領(lǐng)域

本說(shuō)明涉及在管線中提供壓力脈沖的領(lǐng)域。特別地，本說(shuō)明涉及在井下鉆探中使用的流體脈沖設(shè)備。

背景技術(shù)

本說(shuō)明具體討論了在井下鉆柱中產(chǎn)生流體脈沖。然而，將會(huì)理解，本文所描述的概念可以適用于任何期望創(chuàng)建流體脈沖的流體管線，從而意不在限制。

在石油和天然氣勘探和開(kāi)采工業(yè)中，將鉆柱下放至鉆孔中。在這樣的操作中，稱之為“泥漿”的鉆探流體通過(guò)鉆柱從表面泵送，以從鉆頭處的噴嘴離開(kāi)。泥漿協(xié)助對(duì)來(lái)自切割面的物質(zhì)進(jìn)行取出并清除并將取出的物質(zhì)通過(guò)鉆探鉆孔攜帶至表面。

業(yè)界公知的是，提供可以創(chuàng)建沖擊效應(yīng)或錘效應(yīng)的脈沖式流體流動(dòng)，可以提高鉆探速率。流體流動(dòng)的脈沖是通過(guò)周期性限制流體流動(dòng)從而產(chǎn)生壓力差來(lái)產(chǎn)生的。已經(jīng)提出許多不同用以限制流體流動(dòng)的方法。

一個(gè)原則在于提供渦輪、轉(zhuǎn)子或可以由流體驅(qū)動(dòng)以操作可以限制流動(dòng)的閥的其它裝置。這樣的閥具有可以與狹窄鉆孔配合從而控制流體流動(dòng)的軸向往復(fù)式提升閥或活塞。往復(fù)式運(yùn)動(dòng)通過(guò)由旋轉(zhuǎn)渦輪驅(qū)動(dòng)的凸輪組件操作。

US 4830122中提供了兩個(gè)這種閥布置的示例。在第一個(gè)示例中，一個(gè)或多個(gè)凸輪從動(dòng)件固定至渦輪的上游端，用于旋轉(zhuǎn)。一個(gè)或多個(gè)從動(dòng)件可在操作上與被固定防止旋轉(zhuǎn)的凸輪相關(guān)聯(lián)。活塞或閥構(gòu)件被安裝到活塞。一個(gè)或多個(gè)凸輪從動(dòng)件對(duì)凸輪的作用引起凸輪和所附接的活塞循環(huán)往復(fù)式運(yùn)動(dòng)。

US 4,830,122也描述了一個(gè)替代實(shí)施例，其中凸輪和從動(dòng)件組件處于渦輪的下游端。凸輪被固定防止旋轉(zhuǎn)，使得在渦輪的旋轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)生的凸輪動(dòng)作引起整個(gè)渦輪軸向地往復(fù)運(yùn)動(dòng)。活塞閥構(gòu)件被安裝到渦輪的上游端，用于與環(huán)形閥環(huán)進(jìn)行配合。

US 4,830,122還教導(dǎo)了由流體的脈動(dòng)作用引起的沖擊效應(yīng)可以通過(guò)將脈沖設(shè)備連接至震擊工具來(lái)進(jìn)一步提高。震擊工具是響應(yīng)于變化的流體壓力而膨脹和收縮的壓力響應(yīng)裝置。震擊工具傳統(tǒng)上用于使鉆柱與鉆探操作過(guò)程中由鉆頭產(chǎn)生的軸向撓度隔離。然而，當(dāng)震擊工具可在操作上與流體脈沖設(shè)備聯(lián)接時(shí)，震擊工具的膨脹和收縮可以在鉆頭處提供沖擊效應(yīng)。

由于US 4,830,122已經(jīng)公布，所以已經(jīng)存在提議在具有或不具有震擊工具的情況下使用的多個(gè)不同類型的流體脈沖設(shè)備。這種另外的流體脈沖工具具有包括旋轉(zhuǎn)板的布置，這些旋轉(zhuǎn)版具有可以在轉(zhuǎn)子由流體驅(qū)動(dòng)時(shí)打開(kāi)和關(guān)閉的軸向流動(dòng)開(kāi)口。

US 6,279,670描述了一種井下流體流動(dòng)脈沖式設(shè)備，具有由流體致動(dòng)正排量電機(jī)驅(qū)動(dòng)以提供變化的流體流動(dòng)的閥構(gòu)件和響應(yīng)于變化的流體流動(dòng)的震擊工具。正排量電機(jī)具有包括定子和轉(zhuǎn)子的動(dòng)力部段。定子由鋼管構(gòu)成，該鋼管包含具有葉狀螺旋圖案鉆孔通過(guò)中心的鍵合彈性體插件。轉(zhuǎn)子是葉狀螺旋鋼桿。當(dāng)轉(zhuǎn)子被安裝在定子中時(shí)，螺旋形狀的組合和葉狀體形成兩個(gè)部件之間的密封腔。當(dāng)鉆探流體被迫通過(guò)動(dòng)力部段，腔中壓降會(huì)引起轉(zhuǎn)子在定子內(nèi)部翻轉(zhuǎn)。由正排量電機(jī)操作的閥具有靜止閥板和由電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的閥板。閥分別具有在可旋轉(zhuǎn)板旋轉(zhuǎn)期間運(yùn)動(dòng)對(duì)準(zhǔn)或運(yùn)動(dòng)失準(zhǔn)的插槽，從而創(chuàng)建變化的流體流動(dòng)。

雖然現(xiàn)有技術(shù)中所描述的許多流體流動(dòng)脈沖裝置已被證明在增加鉆探滲透率方面有效，但是它們具有阻止它們被廣泛采用的多個(gè)缺點(diǎn)。

眾所周知并可以理解，在鉆探行業(yè)，難以設(shè)計(jì)將在不斷改變的鉆探泥漿性質(zhì)和在井下位置處不斷增加的液體靜壓下可靠地操作的井下工具。這個(gè)問(wèn)題由狹小空間而加劇，在狹小空間內(nèi)井下工具必須適合。在許多鉆探情況下井下工具的外徑僅4 ³/₄英寸。這些尺寸限制對(duì)這些工具的設(shè)計(jì)施加了很多約束。

此外，許多井下工具都有聚合物密封件或彈性體。這樣的材料經(jīng)受鉆探流體中的顆粒磨損、磨耗，并且只能在一定溫度范圍內(nèi)操作，并且不能與非水的化學(xué)品一起使用。

盡管有眾多的現(xiàn)有技術(shù)中的布置，在石油和天然氣工業(yè)不斷期望提供一種流體脈沖設(shè)備，該流體脈沖設(shè)備在制造方面具有成本效益，同時(shí)足夠魯棒以在最小維護(hù)和相關(guān)停機(jī)時(shí)間的情況下承受顯著不利操作條件。應(yīng)該理解，鉆柱的停機(jī)時(shí)間可能具有顯著的經(jīng)濟(jì)缺點(diǎn)。

因此，本公開(kāi)的一個(gè)目的在于提供一種可替代的流體脈沖設(shè)備。

實(shí)用新型內(nèi)容

根據(jù)一個(gè)方面，公開(kāi)了一種適于連接至管線的流體脈沖設(shè)備，該設(shè)備包括：

殼體，該殼體限定了用于流體從上游端朝向下游端流動(dòng)的流體流動(dòng)通道；

流體流動(dòng)通道內(nèi)的渦輪組件，該渦輪組件具有上游環(huán)形凸輪表面和下游環(huán)形凸輪表面；

至少一個(gè)渦輪構(gòu)件，該至少一個(gè)渦輪構(gòu)件在操作上連接至上游環(huán)形凸輪表面和下游環(huán)形凸輪表面，并且由流體流動(dòng)通道中的鉆探流體的流動(dòng)來(lái)進(jìn)行致動(dòng)，以使渦輪組件旋轉(zhuǎn)。