无源诱发的受迫振动的钻岩系统技术方案

本发明专利技术涉及无源诱发的受迫振动的钻岩系统。一种井底组件，包括：钻头，其在与地层接合并旋转时能够操作用以振动；和悬挂接头，该悬挂接头包括用于连接到管柱的定子桶；用于连接到钻头的动子桶；在允许所述动子桶在延伸位置和退回位置之间的移动的情况下将所述动子桶在纵向上联接到所述定子桶的滑动接头；在这些位置处并在这些位置之间将所述动子桶连接到所述定子桶的扭转接头；和布置在所述定子桶和所述动子桶之间的一个或多个弹簧。所述悬挂接头相对于所述钻头被调整，用以：在BHA以第一角速度旋转时，衰减所述钻头的振动；以及当BHA以第二角速度旋转时，使得所述钻头的振动共振，由此将冲击能量施加给所述钻头。

Passive induced rock drilling system with forced vibration

The invention relates to a forced vibration drilling system with passive induction. A bottomhole assembly, including: the drill can be used to operate in vibration and formation connected with the rotation and suspension joints; the suspension, including joint for connection to the stator barrel column; for connection to the rotor barrel drill; in allowing the mover barrel in the extended position and the back position the move under the condition of the moving bucket to the sliding joint stator barrel in vertical connection; in these positions and in the position between the movable sub bucket is connected to the torsion joint stator barrel; moving one or more sub spring between the barrel and arranged in the the stator and the barrel. The suspension joint is adjusted relative to the drill bit to reduce the vibration of the drill bit when BHA rotates at the first angular speed, and when the BHA rotates at a second angular speed, the vibration of the bit is resonated, so that the impact energy is applied to the drill bit.

【技术实现步骤摘要】
无源诱发的受迫振动的钻岩系统
本公开总体涉及一种无源诱发的受迫振动的钻岩系统。
技术介绍
美国专利No.7,591,327公开了一种用于钻凿钻孔的方法，该方法包括以下步骤：在井眼中部署附接到钻柱的钻头，该钻头具有轴向升降(jack)元件，该轴向升降元件具有超过钻头的工作面突出的远端；将升降元件的远端抵靠地层接合，使得在钻柱旋转时，该地层在升降元件上施加反作用力；并且在升降元件上施加与该反作用力相反的力，使得升降元件振动并将共振频率施加到地层中。美国专利No.9,033,069公开了一种钻头和用于制造该钻头的方法，该钻头具有钻头体、从钻头体沿着径向延伸的至少一个刀片、布置在每一个刀片上的多个刀片切削元件、从钻头的纵向轴线向下并且沿着径向向外延伸的至少一个轴颈、可旋转地安装到每一个轴颈上的牙轮或辊盘，和布置在每一个牙轮或辊盘上的多个切削元件。美国专利No.9,068,400公开了一种用于控制共振增强旋转钻的方法，该共振增强旋转钻包括旋转钻头和用于向旋转钻头施加轴向振荡性荷载的振荡器，该方法包括：控制共振增强旋转钻中的振荡器的频率(f)，由此频率(f)被维持在规定范围中，并且控制共振增强旋转钻中的振荡器的动态力，由此动态力被维持在规定范围中，其中通过监测代表被钻凿的材料的压缩强度的信号并根据被钻凿的材料的压缩强度的变化，使用闭环实时反馈机构来调节振荡器的频率和动态力，从而控制振荡器的频率和动态力。美国专利No.6,234,728公开了一种用于穿透工具(诸如，钻头)在具有加工轴的机器上安装的安装附接装置，该安装附接装置包括设有用于联接到机器的装置的支撑件；设有用于固定工具的装置的工具架；用于相对于支撑件沿着轴向引导工具架的装置；用于使工具架和支撑件旋转联动的装置；和用于从支撑件悬挂工具架的、可弹性变形的悬挂装置，该悬挂装置允许由支撑件相对于工件的受控移位而引起的工具架的轴向平移和自持往复运动或振动轴向移动。美国专利No.7,654,344公开了一种用于与旋转钻头一起钻凿的变矩器，该变矩器的意图在于：当扭矩超过预定值时，吸收冲击并引起钻头的轴向移动。为此目的，该变矩器由通过轴承元件连接起来的两个柱形柱部(stringpart)构成。柱部被以如此方式通过螺旋元件相互连接，即：使得该两个柱形柱部的相对旋转引起轴向移动，该轴向移动将钻头卸载。美国专利申请公开No.2016/0053545公开了一种包括能够延伸到穿透地层的井眼中的钻柱的钻凿系统。地层呈现共振频率，并且钻头被联接到钻柱的远端。振动接头邻近钻头地设置在钻柱内，以在钻头处产生振动应力波，并且振动应力波呈现接近共振频率的振动频率。美国专利申请公开No.2016/0053546公开了一种包括能够在井眼内延伸的钻柱和定位于钻柱的远端处的钻头的井底组件。振动接头沿着轴向邻近钻头地定位于钻柱中，并且包括向钻头施加振动的一个或多个振动性装置。美国专利申请公开No.2016/0053547公开了一种包括钻头体和在选定位置处定位于钻头体上的一个或多个切刀的钻头。至少一个振动装置定位于钻头体上，以引起钻头体振动并且由此减轻粘滑。美国专利申请公开No.2012/0228029公开了一种用于减小井下阻尼器中的相互连接的外部螺旋构件和内部螺旋部件之间的摩擦的方法，其中，该阻尼器包括外部阻尼器本体和内部阻尼器本体，并且外部和内部阻尼器本体能够相对于彼此伸缩地移动，外部和内部阻尼器本体沿着延伸方向被偏压，并且其中，外部和内部阻尼器本体中的一个连接到能够在钻孔面处工作的钻头，并且外部和内部阻尼器本体中的另一个连接到扭矩和力传递部件，并且其中，外部和内部螺旋部布置用以：当扭矩和力传递部件施加的扭矩超过预设值时，使得钻头从所述钻孔面退回，其中该方法包括：使得内部和外部本体之间相对移动，以迫使润滑剂在螺旋部件之间流动。GB2439177公开了一种用于在钻凿中与旋转钻头一起使用的工具的装置，该工具意图在于：当扭矩超过预先给出的值时，提供钻头的轴向移动。当钻柱在堵塞后被突然释放时，钻头被升高，以使它不被损坏。工具由两个柱形柱部构成并且通过引导元件和密封件连接起来。柱部通过螺旋传动装置被相互连接。柱部的相对旋转引起弹簧的轴向移动并且压缩到预定的预拉伸状态。GB2439178公开了一种用于在钻凿中与旋转钻头一起使用的工具的装置，该工具的意图在于：当扭矩超过预定值时，提供钻头的轴向移动。为此目的，工具由通过引导元件和密封件连接起来的两个柱形柱部构成。柱部通过旋转刚性的可轴向移动的带齿构件相互连接。当内部压力和外部压力之间的压力差在差动区域上于柱部的周界和柱部的周界之间产生力，该力大于弹簧的预拉伸力时，实现轴向移动。
技术实现思路
本公开总体地涉及一种无源诱发的受迫振动的钻岩系统。在一个实施例中，一种井底组件(BHA)包括：钻头，其在与地层接合并且旋转时能够操作用以振动；和悬挂接头(sub)。该悬挂接头包括：用于连接到管柱的定子桶(statorbarrel)；用于连接到钻头的动子桶(travelerbarrel)；滑动接头，其在允许动子桶在延伸位置和退回位置之间的运动的情况下将动子桶在纵向上联接到定子桶；扭转接头，其在这些位置处并在这些位置之间将动子桶连接到定子桶；和布置在定子桶和动子桶之间的一个或多个弹簧。悬挂接头相对于钻头被调整，用以：当BHA以第一角速度旋转时，衰减钻头的振动；以及当BHA以第二角速度旋转时，使得钻头的振动共振，由此将冲击能量施加给钻头。附图说明以能够详细地理解以上叙述的本公开的特征的方式，可以通过参考实施例获得以上简要概述的本公开的更具体说明，一些实施例在附图中示意。然而，应该指出，附图仅仅示意本公开的典型实施例，因此不被视为限制本公开的范围，因为本公开可容许其它同等有效的实施例。图1A示意根据本公开一个实施例的在阻尼模式下利用无源诱发的受迫振动的井底组件(BHA)的井眼钻凿。图1B示意在共振模式下利用BHA的井眼钻凿。图1C示意BHA的动态响应。图2A-2C示意BHA。图3A示意BHA的钻头的切削面。图3B和3C示意根据本公开其它实施例的可与BHA一起使用的第一和第二替代钻头的切削面。图3D示意钻头的切刀。图4示意BHA的调整。图5示意使用BHA的进一步的井眼钻凿。图6A和6B示意根据本公开另一个实施例的可与BHA一起使用的第一替代悬挂接头。图6C和6D示意根据本公开另一个实施例的可与BHA一起使用的第二替代悬挂接头。图6E示意第二替代悬挂接头的动态响应。图7A示意根据本公开另一个实施例的可与BHA一起使用的第三替代悬挂接头。图7B示意第三替代悬挂接头的动态响应。图7C示意经修改的第三替代悬挂接头的动态响应。具体实施方式图1A示意在阻尼模式下利用无源诱发的受迫振动的井底组件(BHA)2的对井眼1的钻凿。图1B示意在共振模式中利用BHA2的对井眼1的钻凿。图1C示意BHA2的动态响应。BHA2可以连接到管柱3(诸如，钻杆或连续油管)的底部，由此形成钻柱，并且被部署到井眼1中。BHA2可以包括一个或多个钻铤4、悬挂接头5和固定切刀钻头6。诸如通过钻机(未示出)的钻柱的旋转和/或通过BHA2的钻凿马达(未示出)，钻头6可以以第一角速度7d旋转，同时钻凿流体8(诸如，泥浆)可以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种井底组件(BHA)，包括：钻头，所述钻头在与地层接合并旋转时能够操作用以振动；和悬挂接头，所述悬挂接头包括：用于连接到管柱的定子桶；用于连接到所述钻头的动子桶；滑动接头，所述滑动接头将所述动子桶在纵向上联接到所述定子桶，同时允许所述动子桶在延伸位置和退回位置之间移动；扭转接头，所述扭转接头在所述位置处以及在所述位置之间将所述动子桶连接到所述定子桶；和一个或多个弹簧，所述一个或多个弹簧布置在所述定子桶和所述动子桶之间，其中所述悬挂接头相对于所述钻头被调整，用以：当所述BHA以第一角速度旋转时，衰减所述钻头的振动；以及当所述BHA以第二角速度旋转时，使得所述钻头的振动共振，由此将冲击能量施加给所述钻头。

【技术特征摘要】
2016.06.13 EP 16305713.61.一种井底组件(BHA)，包括：钻头，所述钻头在与地层接合并旋转时能够操作用以振动；和悬挂接头，所述悬挂接头包括：用于连接到管柱的定子桶；用于连接到所述钻头的动子桶；滑动接头，所述滑动接头将所述动子桶在纵向上联接到所述定子桶，同时允许所述动子桶在延伸位置和退回位置之间移动；扭转接头，所述扭转接头在所述位置处以及在所述位置之间将所述动子桶连接到所述定子桶；和一个或多个弹簧，所述一个或多个弹簧布置在所述定子桶和所述动子桶之间，其中所述悬挂接头相对于所述钻头被调整，用以：当所述BHA以第一角速度旋转时，衰减所述钻头的振动；以及当所述BHA以第二角速度旋转时，使得所述钻头的振动共振，由此将冲击能量施加给所述钻头。2.根据权利要求1所述的BHA，其中所述一个或多个弹簧是由多贝氏弹簧垫圈构成的堆叠体。3.根据权利要求1或2所述的BHA，其中所述悬挂接头进一步包括与所述一个或多个弹簧同心地布置的第二一个或多个弹簧。4.根据权利要求1或2所述的BHA，其中所述悬挂接头进一步包括与所述一个或多个弹簧偏心地布置的第二一个或多个弹簧。5.根据前面权利要求中任何一项所述的BHA，其中所述钻头包括：柄部，所述柄部具有在所述柄部的上端处形成的螺纹联接件；钻头体，所述钻头体安装到所述柄部的下端并且具有增压室；保径部段，所述保径部段形成所述钻头的外部；和切削面，所述切削面形成所述钻头的下端，并且包括：多个刀片，所述多个刀片从所述钻头体的底部突出，并且从所述切削面的中心延伸到所述保径部段；和多个切刀，所述多个切刀沿着每一个刀片安装。6.根据权利要求5所述的BHA，其中每一个切刀具有范围在零度和六十度之间的后倾角。7.根据权利要求5所述的BHA，其中：每一个切刀在所述切刀的切削台的边缘中形成有倒角，并且每一个倒角具有范围在十分之一毫米和三毫米之间的高度。8.根据前面权利要求中任何一项所述的BHA，其中所述悬挂接头进一步包括能够操作用以衰减所述钻头的振动的可变阻尼器。9.根据权利要求8所述的BHA，其中：所述一个或多个弹簧布置在形...

【专利技术属性】
技术研发人员：吉勒斯·佩尔弗雷纳，奥利维尔·特尔，凯尼翁·里普勒，
申请(专利权)人：瓦瑞尔欧洲联合股份公司，
类型：发明
国别省市：法国,FR