井下流体流转向制造技术

本发明专利技术涉及一种流动转向器组件，所述流动转向器组件包括壳体，所述壳体具有排放口；阀门活塞，所述阀门活塞位于所述壳体中；以及桶形凸轮，所述桶形凸轮耦接至所述阀门活塞。所述阀门活塞包括阀门主体，所述阀门主体与所述壳体的内部流动通道流体连通，并且所述阀门活塞可沿所述壳体的纵向轴线在以下两者之间轴向移动：打开位置，其中所述阀门主体的排出口流体地耦接至所述排放口；以及关闭位置，其中所述阀门主体的所述排出口基本上与所述排放口密封隔离。

Downhole fluid flow steering

The invention relates to a flow diverter assembly, the flow diverter assembly comprises a housing, the housing having a discharge port; the piston valve, the valve piston in the housing; and the barrel cam, the barrel cam is coupled to the valve piston. The piston valve comprising a valve main body, connecting the internal fluid flow passage of the valve body and the shell, and a longitudinal axis of the valve piston along the shell axial between an open position, wherein the mobile: outlet flow body is coupled to the outlet of the valve body.; and a closed position wherein the valve body of the discharge port basically and the vent seal.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于使井下钻探环境中的流体流选择性转向的系统、组件和方法。专利技术背景对于地下的烃的发现，通常使用各种不同的方法和设备来钻探井孔。根据一种常见方法，用牙轮钻头或固定切削刃对着地面下地层旋转以形成井孔。旋转钻尖通过管状钻柱来悬挂在井孔中。钻井液通过钻柱来泵运并且在钻尖处或其附近排放以辅助钻孔操作。在一些系统中，流过钻柱的钻井液流通过使主流的一部分转向并从所述钻柱排放转向部分来改变。附图简述图1是包括配备有流动转向器组件的井底钻具组件的钻机的示意图。图2A是特征为第一流动转向器组件处于关闭位置的井底钻具组件的截面侧视图。图2B是特征为第一流动转向器组件处于打开位置的井底钻具组件的截面侧视图。图2C是图2A中标记为2C-2C的区域的放大图。图2D是图2B中标记为2D-2D的区域的放大图。图3A是第一流动转向器组件的桶形凸轮的侧视图。图3B是示出用于操作第一流动转向器组件的方案的图。图4A是特征为第二流动转向器组件处于关闭位置的井底钻具组件的截面侧视图。图4B是特征为第二流动转向器组件处于打开位置的井底钻具组件的截面侧视图。图5A是第二流动转向器组件的桶形凸轮的侧视图。图5B是示出用于操作第二流动转向器组件的方案的图。具体实施方式图1是用于钻探井孔12的示例钻机10的图。钻机10包括由通常定位在地表面18上的井架16支撑的钻柱14。钻柱14从井架16延伸到井孔12中。位于钻柱14的下端部分处的井底钻具组件100包括钻头19和所述钻头井上方处用于促进钻探操作的各种其他工具(未示出)。钻头19可以是固定切削刃、牙柱钻头或适合于钻探井孔的任何其他类型的钻尖。钻头19可以通过使整个钻柱14旋转的地面设备和/或通过支撑在钻柱中的地下电机(经常被称为“泥浆电机”)来旋转。钻井液供应系统20包括一个或多个泥泵22(例如，双向泵、三向泵或六向泵)，所述一个或多个泥泵22用于强制使钻井液(经常被称为“钻井泥浆”)向下流过钻柱14的流动通道(例如，钻柱的中心孔)。钻井液供应系统20还可以包括用于监测、调节和存储钻井液的各种其他部件。控制器24通过向系统的各种部件发出操作控制信号来操作流体供应系统20。例如，控制器24可以通过发出确立泥泵22的速度、流速和/或压力的操作控制信号来指示泥泵22的操作。控制器24是计算机系统，所述计算机系统包括保存数据和用于由处理器处理的指令的存储器单元。处理器从存储器单元接收程序指令和感测反馈数据、执行由程序指令调用的逻辑操作并且产生命令信号以用于操作流体供应系统20。输入/输出单元向流体供应系统的部件传输命令信号并且从分布在整个钻机10中的各种传感器接收感测反馈。对应于感测反馈的数据存储在存储器单元中以供处理器检索。在一些实例中，控制器24基于针对来自整个钻机中的传感器的反馈数据应用的程序控制例程来自动(或半自动)操作流体供应系统20。在一些实例中，控制器基于由用户手动发出的命令来操作流体供应系统20。钻井液从钻柱14排放穿过钻头19或在其附近排放以(例如，通过润滑和/或冷却钻头)辅助钻探操作，并且之后通过形成在井孔12与钻柱14之间的环空26来往回朝向地面18输送。从井孔12的底部穿过环空26朝向地面18流动的再次输送的钻井液携带切屑。在地面处，可以将切屑从钻井液中去除，并且钻井液可以返回至流体供应系统20以供后续使用。在前文对钻机10的描述中，为了简化描述，可能已经省略了各项设备，诸如管道、阀门、紧固件、装配件等。然而，本领域技术人员将认识到可以根据需要采用这类常规设备。本领域技术人员将进一步了解到，所描述的各种部件出于上下文目的被叙述为是说明性的，并且不限制本公开的范围。另外，虽然以有助于直线井下钻探的布置示出了钻机10，但是将了解到，还涵盖方向性钻探布置并且因此所述方向性钻探布置处在本公开的范围内。图2A和图2B是可以例如结合在图1中所描画的钻机10中的第一示例井底钻具组件100的截面侧视图。如图所示，井底钻具组件100包括细长壳体102，所述细长壳体102支撑第一流动转向器组件104在其中心通道或中心孔106中的各种部件。流动转向器组件104的特征为阀门活塞108和桶形凸轮110沿壳体102的纵向轴线112同轴布置。如下文将进一步描述，阀门活塞108耦接至阀门主体130，并且致动阀门主体130以随着阀门活塞108轴向移动穿过孔106而选择性地排放流体。桶形凸轮110是耦接至阀门活塞108的可旋转构件。桶形凸轮110具有周向布置的轨迹路径，所述周向布置的轨迹路径与凸轮从动件接合以控制阀门活塞108的运动。阀门活塞108和桶形凸轮110各自具有中心流动通道，以便于允许流体1流过壳体的孔106，从而基本上不受阻碍地穿过流动转向器组件104。流动转向器组件104的各种部件的这种非限制性设计还允许投球和其他物体基本上不受阻碍地穿过流动转向器组件。阀门活塞108可沿纵向轴线112在上部位置(图2A所示)与下部位置(图2B所示)之间轴向移动。这种运动将参考图2C和图2D来进一步详细说明和描述。偏置构件114在轴向上位于阀门活塞108的径向肩部116与安装至壳体102的固定凸缘118之间。因此，偏置构件114以预定弹簧力将阀门活塞108推向壳体102中的上部位置。虽然在这个实例中被描画为相对于壳体102同轴布置的螺旋弹簧，但是本公开并不限于此。在不脱离本公开的范围的情况下，其他合适类型的弹簧(例如，盘形弹簧)和弹性构件都可以用作偏置构件。阀门活塞108响应于壳体的孔106中的压力变化而移动。具体而言，壳体的孔106与环空26之间的压力差提供向下作用在阀门活塞108的径向肩部116上的净液压压力。因此，阀门活塞108包括一系列径向开口117，所述径向开口117用于使肩部116的上侧暴露于钻井液(参见图2C和图2D)。径向肩部116的远端边缘密封地接合壳体102的周壁以防止钻井液进入肩部116下侧支撑偏置构件114的空间。壳体102的孔106中的压力变化可能是由钻井液的流速和压力的变化引起的(流速和压力的变化可以由控制器24操作泥泵22来实现)。然而，本公开并不限于此。在不脱离本公开的范围的情况下，可以采用任何合适的增大或减小孔-压的方法。例如，投球法可以用于控制孔-压。由增大的流速(例如，在启动泥泵22时)引起的压力的增加产生液压力，所述液压力克服偏置构件114的向上的弹簧力并且在向下方向上推动阀门活塞108。相反，由减小的流速(例如，在停用泥泵22时)引起的压力的下降使液压力减弱，这允许偏置构件114往回朝向上部位置推动阀门活塞108。下文结合图3A进一步论述的桶形凸轮110在壳体102中位于阀门活塞108下方。相对的推力轴承120支持桶形凸轮110沿壳体的纵向轴线112旋转。桶形凸轮110通过在两个部件之间延伸的细长耦接器122连接至阀门活塞108。阀门活塞108与桶形凸轮110之间的连接允许阀门活塞108响应于流体的压力变化而轴向驱动桶形凸轮110。桶形凸轮110相对于角运动保持与阀门活塞108分离。也就是说，桶形凸轮110被安装成相对于阀门活塞108轴向移动，而独立于阀门活塞108来有角度地移动(即，旋转)。如下文参考图3A和图3B所论述，桶形凸轮110以凸轮本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可定位在井孔中的流动转向器组件，所述流动转向器组件包括：壳体，所述壳体具有周向侧壁，所述周向侧壁限定内部流动通道，所述侧壁包括将所述内部流动通道流体地耦接至所述壳体外部的流体流动路径的排放口；阀门活塞，所述阀门活塞位于所述壳体中，所述阀门活塞包括与所述内部流动通道流体连通的阀门主体，并且所述阀门活塞可响应于所述壳体的所述内部流动通道中的压力变化而沿所述壳体的纵向轴线在以下两者之间轴向移动：打开位置，其中所述阀门主体的排出口流体地耦接至所述排放口；以及关闭位置，其中所述阀门主体的所述排出口基本上与所述排放口密封隔离；桶形凸轮，所述桶形凸轮可旋转地安装在所述壳体内部，所述桶形凸轮限定周向布置的轨迹路径，所述周向布置的轨迹路径包括对应于所述阀门活塞的所述打开位置和所述关闭位置的轴向间隔开的第一路径位置和第二路径位置；以及凸轮从动件，所述凸轮从动件将所述阀门活塞耦接至所述轨迹路径，以使得所述凸轮的旋转能使所述阀门活塞在所述阀门活塞的至少所述打开位置与所述关闭位置之间移动。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种可定位在井孔中的流动转向器组件，所述流动转向器组件包括：壳体，所述壳体具有周向侧壁，所述周向侧壁限定内部流动通道，所述侧壁包括将所述内部流动通道流体地耦接至所述壳体外部的流体流动路径的排放口；阀门活塞，所述阀门活塞位于所述壳体中，所述阀门活塞包括与所述内部流动通道流体连通的阀门主体，并且所述阀门活塞可响应于所述壳体的所述内部流动通道中的压力变化而沿所述壳体的纵向轴线在以下两者之间轴向移动：打开位置，其中所述阀门主体的排出口流体地耦接至所述排放口；以及关闭位置，其中所述阀门主体的所述排出口基本上与所述排放口密封隔离；桶形凸轮，所述桶形凸轮可旋转地安装在所述壳体内部，所述桶形凸轮限定周向布置的轨迹路径，所述周向布置的轨迹路径包括对应于所述阀门活塞的所述打开位置和所述关闭位置的轴向间隔开的第一路径位置和第二路径位置；以及凸轮从动件，所述凸轮从动件将所述阀门活塞耦接至所述轨迹路径，以使得所述凸轮的旋转能使所述阀门活塞在所述阀门活塞的至少所述打开位置与所述关闭位置之间移动。2.如权利要求1所述的流动转向器组件，其中所述壳体的所述内部流动通道包括中心通道。3.如权利要求2所述的流动转向器组件，其还包括泵，所述泵流体地耦接至所述壳体的所述内部流动通道以在其中提供钻井液流，同时在低流量设定与高流量设定之间循环以引起所述内部流动通道内的压力变化。4.如权利要求3所述的流动转向器组件，其中所述低流量设定包括所述泵的关闭状态。5.如权利要求1所述的流动转向器组件，其还包括将所述阀门活塞推向所述关闭位置的偏置构件。6.如权利要求1所述的流动转向器组件，其中所述凸轮从动件包括从所述壳体表面的一个表面径向向内突出的固定销。7.如权利要求1所述的流动转向器组件，其中所述阀门活塞和所述桶形凸轮位于密封的控制流体腔室中，并且所述流动转向器组件还包括限流器，所述限流器在所述腔室中定位在所述阀门活塞与所述桶形凸轮之间，所述限流器抑制所述腔室中的控制流体流以产生抵抗所述阀门活塞的运动的阻尼效应。8.如权利要求1所述的流动转向器组件，其还包括纵向可移动的锁定活塞，所述纵向可移动的锁定活塞防止所述阀门活塞在所述壳体的所述内部流动通道内的所述压力高于预定阈值时运动。9.如权利要求8所述的流动转向器组件，其中所述锁定活塞包括弹簧构件，所述弹簧构件提供大于所述阀门活塞的偏置构件的弹簧力，以使得在所述壳体内处于指数压力时，所述阀门活塞致动所述阀门活塞而不致动所述锁定活塞。10.一种控制流过井底钻具组件的钻...

【专利技术属性】
技术研发人员：O·C·罗切，S·E·莫伊，
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