增强流体压力和环空流速的井下工具和方法技术

本文公开的一种井下工具的实施方案包括通过钻柱的旋转提供动力以增加井下循环期间的流体压力的泵。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开大致涉及钻井和完井流体的循环，且更具体地涉及在循环期间赋予额外能量给这些流体的井下工具。专利技术背景可通过旋转钻柱来钻烃类开采井，所述钻柱是大致包括在下端具有钻头和底部钻孔组件(“BHA”)的多个互连钻管段的组件。在钻井时，钻头产生岩屑和其它碎屑。在井下钻井操作中，流体循环通常用于井筒清洁和固体物运送，诸如以移除岩屑和其它碎屑。一般来说，循环涉及沿着钻柱向下泵送流体(使用地面的泥浆泵)并且将其向上泵送回钻柱与井筒壁之间的环空。流体沿着环空移动的速度被称作环空流速。因此，重要的是监测环空流速来确保适当的井筒清洁、固体物运送以及避免井筒壁的侵蚀。流体环空流速以多种方式被不利地影响。例如，在循环期间，由于管道和环空内的摩擦损失以及管道与环空之间的静水压差而在循环系统中发生压降。最大压力在泥浆泵歧管上产生(立管压力(“SPP”))且最低压力产生在流体回路上(开放回路的大气压力或用于管控压力操作的所施加节流压力)。因此，流速受限于最大SPP。因此，在一些实例中，环空流速可能未高至足以充分清洁井筒。但是，如果在循环期间流体压力稍微增大，那么SPP可能减小。接着，这将允许最大泵速的增加，其产生更高环空流速。因此，鉴于上述内容，本领域存在对增大流体环空流速的方法的需求。附图简述图1图示根据本公开的特定示例性实施方案的用于钻井操作的循环系统；图2A是根据本公开的特定示例性实施方案的井下工具的截面图；图2B图示根据本公开的特定示例性实施方案的沿着井下工具的旋转套筒的内表面定位的齿圈的剖视图；图2C是根据本公开的特定示例性实施方案的包括多个偏移夹持构件的井下工具的三维图；图2D是沿着图2A的线2D取得的井下工具的顶视截面图；图3A图示根据本公开的特定示例性实施方案的在井下工具中所使用的驱动机构的替代实施方案；以及图3B图示图3A的井下工具的三维外观图。具体实施方式本公开的说明性实施方案和相关方法在下文被描述为它们可用于井下工具中，其在循环期间增强流体环空压力，因此允许更高的流体环空流速。为简明起见，未在本说明书中描述实际实施方案或方法的所有特征。此外，本文中描述的“示例性”实施方案指的是本公开的实例。当然将了解在任何这种实际实施方案的开发中，必须作出许多实施特定决策来实现将随实施方案而变化的开发者的特定目标，诸如与系统相关和业务相关限制的相符性。此外，将了解这样一种开发行为可能是复杂且耗时的，但只是受益于本公开的本领域一般技术人员的常规任务。将从下文描述和附图的考虑中变得更了解本公开的各种实施方案和相关方法的进一步方面和优点。如本文中描述，本公开的示例性实施方案涉及一种联机井下工具，其由钻柱旋转驱动以驱动泵机构，所述泵机构在循环期间增强流体压力，因此允许环空流速的增大。井下工具的一个公开实施方案包括驱动机构，其包括驱动齿轮和驱动轴以控制通过旋转钻柱产生的转矩(即，旋转力)。如本文中使用，术语“齿轮”广泛地指任何旋转构件，其具有沿着周边的表面，所述表面被构造来与沿着另一个旋转构件的周边的表面接合。在下文讨论的示例性实施方案中，所描述的齿轮可为传统齿轮，其具有被构造来与另一个旋转件构件(或另一个齿轮或齿圈)上的相应多个齿啮合的多个齿。但是，这样一种齿轮可替代地包括例如齿轮的周边上的表面，所述表面在不使用传统齿轮齿的情况下与另一个旋转构件上的相应表面摩擦啮合，使得在不使用齿的情况下，一个的旋转导致另一个的旋转。用于摩擦接合彼此的表面可被赋予高摩擦系数，诸如通过使表面粗糙化或施敷摩擦材料，诸如橡胶化合物。响应于钻柱的旋转，驱动齿轮旋转以将动力(经由施加转矩)传送至耦接至泵机构的驱动轴。驱动轴响应于所施加转矩而旋转，以接着将动力从驱动轴传送至泵组件，以驱动泵组件，以增强行进穿过井下工具的流体的压力。下文将进一步详细描述本公开的这些和其它特征。图1图示根据本公开的特定示例性实施方案的用于钻井操作的循环系统。钻井系统100(例如，旋转型)包括定位在井筒的地面104上的钻机102。钻机102为钻柱108提供支撑。钻柱108使用于钻井筒112的转盘110穿透地下地层。在这个示例性实施方案中，钻柱108包括方钻杆116(在上部分中)和位于钻柱108的下部分上的底部钻孔组件120。底部钻孔组件120包括钻铤122、用于增强流体压力的井下工具124和钻头126。此外，虽然未示出，但是底部钻孔组件120可包括任何数量的其它井下工具，诸如，例如随钻测量(MWD)工具、随钻测井(LWD)工具等。在钻井操作期间，钻柱108和底部钻孔组件120由转盘110或顶部驱动器旋转，除本公开的具体教示以外如本领域中一般了解。在其它实施方案中，诸如在定向钻井应用中，钻头可替代地由定位在井下的电动机(未示出)旋转。钻铤122可用于增加重量至钻头126，且加固底部钻孔组件120，因此允许底部钻孔组件120将重量转移至钻头126。因此，由钻铤122提供的这个重量也协助钻头126穿透地面104和地下地层。在钻井操作期间，泥浆泵132可将钻井流体(也被称作“钻井泥浆”)从泥浆池134穿过软管136泵送至钻管(沿着钻柱108定位)中，穿过井下工具124且向下至钻头126。如本文中描述，井下工具124的示例性实施方案用于管理钻柱的旋转以给泵机构提供动力，所述泵机构在流体行进穿过井下工具124时增大流体的压力。钻井流体可接着从钻头126流出且穿过钻柱108与井筒112侧之间的环空区域140返回至地面(即，循环)。钻井流体可接着返回至泥浆池134，其中这些流体被过滤。因此，钻井流体可在钻井操作期间冷却钻头126以及提供钻头126的润滑。此外，钻井流体移除由钻头126形成的地下地层的岩屑。参考图2A，现将详细描述井下工具124的特定示例性实施方案。图2A是沿着钻柱定位的井下工具124的截面图。但是，替代地，井下工具124也可用于其它底部钻孔组件中，其中进行流体循环，诸如，例如完井组件。井下工具124包括工具外壳141，其界定延伸穿过其中的流体流道(本文中被称作“孔”)142，在所述流体流道中流体(例如，钻井或完井流体)可流动。驱动机构144沿着孔142定位。举例来说，驱动机构144包括两个驱动齿轮146a和146b，其沿着工具外壳141定位且相对于驱动轴148正对彼此定位。驱动轴148经由定位本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于增强井下流体压力的工具，所述工具包括：工具外壳，其被构造用于耦接至钻柱，所述工具外壳界定流体流道；套筒，其绕所述工具外壳可旋转地定位，所述套筒包括所述套筒的外部分上的被构造来夹持井筒壁的一个或多个夹持构件；驱动轴，其穿过所述工具外壳且具有中心齿轮；至少一个驱动齿轮，其可旋转地耦接至所述套筒，所述至少一个驱动齿轮与所述套筒的内部分和所述中心齿轮啮合；和泵机构，其耦接至所述驱动轴以接收由所述驱动轴的旋转赋予的动力，所述泵被构造来增大所述流道内的流体压力。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于增强井下流体压力的工具，所述工具包括：
工具外壳，其被构造用于耦接至钻柱，所述工具外壳界定流体流
道；
套筒，其绕所述工具外壳可旋转地定位，所述套筒包括所述套筒
的外部分上的被构造来夹持井筒壁的一个或多个夹持构件；
驱动轴，其穿过所述工具外壳且具有中心齿轮；
至少一个驱动齿轮，其可旋转地耦接至所述套筒，所述至少一个
驱动齿轮与所述套筒的内部分和所述中心齿轮啮合；和
泵机构，其耦接至所述驱动轴以接收由所述驱动轴的旋转赋予的
动力，所述泵被构造来增大所述流道内的流体压力。
2.根据权利要求1所述的工具，其中所述泵包括多级叶轮组件。
3.根据权利要求1所述的工具，其中所述至少一个驱动齿轮绕
平行于所述工具外壳的轴的轴可旋转地耦接。
4.根据权利要求1所述的工具，其进一步包括：
沿着所述旋转套筒的所述内部分的多个齿；
所述至少一个驱动齿轮上的多个齿；和
所述驱动轴的所述中心齿轮上的多个齿，其中所述至少一个驱动
齿轮上的所述齿与沿着所述旋转套筒的所述内部分的所述齿和所述
中心齿轮上的所述齿啮合。
5.根据权利要求4所述的工具，其中所述至少一个驱动齿轮包
括绕所述驱动轴圆周间隔的多个驱动齿轮。
6.根据权利要求1所述的工具，其进一步包括绕所述一个或多
个夹持构件界定流体流道的多个偏移元件。
7.一种用于增强井下流体压力的工具，所述工具包括：
工具外壳，其相对于井筒壁旋转，所述工具外壳界定其中流体可
流动的流道；
驱动齿轮，其包括：
第一摩擦力转移元件，其具有从所述工具外壳延伸出来的一部分
和延伸至所述工具外壳中的一部分；和
第二摩擦力转移元件，其具有从所述工具外壳延伸出来的一部分
和延伸至所述工具外壳中的一部分，其中所述第一摩擦力转移元件和
所述第二摩擦力转移元件的从所述工具外壳延伸出来的所述部分夹
持所述井筒壁以在所述工具外壳被旋转时形成旋转力；
驱动轴，其可操作地耦接至所述第一摩擦力转移元件和所述第二
摩擦力转移元件，由此在所述工具外壳旋转期间，所述第一摩擦力转
移元件和所述第二摩擦力转移元件将所述旋转力转移至所述驱动轴，
由此导致所述驱动轴的旋转；和
泵机构，其沿着所述流道定位且可操作地耦接至所述驱动轴以由
此接收由所述驱动轴赋予的所述旋转力，因此驱动所述泵机构以增强
行进穿过所...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·W·马尔，
申请(专利权)人：哈里伯顿能源服务公司，
类型：发明
国别省市：美国;US