耐磨振动组件和方法技术

一种振动组件，包括位于转子和定子上方的阀。当流体流过转子时，转子在定子内旋转。该阀包括随转子旋转的旋转阀段和非旋转阀段，旋转阀段和非旋转阀段各自包括至少一个流体通道。在打开位置，阀段的流体通道对准，并且流体流过阀。在限制位置，阀段的流体通道部分或完全不对准，从而产生经过阀上方的钻柱或连续油管传播的压力脉冲。阀还可以包括环绕非旋转阀段的内部套筒和外部套筒。内部套筒和外部套筒允许轴向滑动，但防止非旋转阀段旋转。该组件还可以包括位于转子的下端处的下推力轴承。可以包括位于转子的下端处的下推力轴承。可以包括位于转子的下端处的下推力轴承。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】耐磨振动组件和方法
[0001]专利技术背景
[0002]在钻石油和天然气井时，井下钻井马达和钻头附接到钻柱的端部。大多数井下钻井马达包括在定子内旋转的转子。转子的旋转在邻近的钻头切割穿过地下地层以钻出井筒时向该邻近的钻头提供振动。当钻柱的端部处的钻头将井筒延伸到地层更深处时，钻柱滑过井筒的较高部分。振动工具有时在钻头上方一定距离(例如，钻头上方800
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1500英尺)附接到钻柱。振动工具向振动工具上方的钻柱部分提供振动，从而促进钻柱穿过井筒的运动。常规的振动工具包括由在定子内旋转的转子构成的动力部分和位于转子下方的阀。随着转子旋转，阀周期性地限制流体流通过振动工具，这产生压力脉冲或水锤，该压力脉冲或水锤通过动力部分传播并向上经过振动工具上方的钻柱部分。
[0003]附图简述
[0004]图1A
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1B是振动组件的剖面图。
[0005]图2是振动组件的旋转阀段的俯视图。
[0006]图3是振动组件的静止阀段的俯视图。
[0007]图4A
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4C是振动组件的另一个剖面图。
[0008]图5A
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5D是包括震动组件的振动组件的剖面图。
[0009]图6A
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6B是振动组件的可替代的实施例的剖面图。
[0010]图7是图6A
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6B的振动组件的静止阀段的俯视图。
[0011]图8是图6A
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6B的振动组件的旋转阀段的俯视图。
[0012]图9A<br/>‑
9C是耐磨振动组件的剖面图。
[0013]图10是图9A
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9C中耐磨振动组件的阀的细节剖面图。
[0014]图11是耐磨振动组件的可替代的阀的细节剖面图。
[0015]图12是耐磨振动组件中的阀的内部套筒和外部套筒沿着图10中的线A
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A截取的剖面图。
[0016]图13为可替代的内部套筒和外部套筒沿着图10中的线A
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A截取的剖面图。
[0017]图14是第二可替代的内部套筒和外部套筒沿着图10中的线A
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A截取的剖面图。
[0018]图15是第三可替代的内部套筒和外部套筒沿着图10中的线A
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A截取的剖面图。
[0019]图16是耐磨振动组件的下推力轴承的细节剖面图。
[0020]图17是可替代的下推力轴承的细节剖面图。
[0021]优选实施例的详细描述
[0022]本公开的振动组件可以附接到钻柱并下降到井筒中。振动组件可以包括位于动力部分上方的阀。动力部分可以是正排量动力部分、涡轮或任何其他利用流体流产生扭矩的液压马达机构。在一个实施例中，动力部分是正排量动力部分，包括至少部分地设置在定子内的转子。转子构造成当流体流过振动组件时在定子内旋转。该阀可以包括旋转阀段和静止阀段，旋转阀段和静止阀段各自包括至少一个流体通道。旋转阀段构造成随着转子的旋转而旋转，而静止阀段保持固定(即不旋转)。在打开位置，旋转阀段的流体通道与静止阀段的流体通道对准，并且流体流过阀的这些流体通道。在限制位置，旋转阀段的流体通道不与
静止阀段中的流体通道对准(例如，至少部分地不对准)，从而暂时限制通过阀的流体流。该流动限制产生了压力脉冲或水锤，该压力脉冲或水锤向上游传播，从而使振动组件上方的钻柱或连续油管伸出和缩回。因为阀位于动力部分上方，所以本公开的振动组件比常规振动工具更有效地将压力脉冲传播到上方的钻柱。在某些实施例中，振动组件还可以包括设置在振动组件的上端处的震动组件。当存在震动组件时，震动组件有助于振动组件上方的钻柱相对于振动组件下方的钻柱的相对轴向运动，从而使振动组件上方的钻柱振动。
[0023]在一些实施例中，挠性轴或刚性缆绳可以将阀和动力部分互连。挠性轴或缆绳的上端可以附接到旋转阀段，而挠性轴或缆绳的下端可以附接到转子。以这种方式，挠性轴或缆绳将扭矩从转子传播到旋转阀段，以使旋转阀段随着转子的旋转而旋转。
[0024]图1A
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1B示出了本公开的振动组件的一个实施例。振动组件10包括阀12、附接到阀12的下端的挠性轴14、附接到挠性轴14的下端的转子16以及至少部分地围绕转子16设置的定子18。阀12包括旋转阀段20和静止阀段22。在该实施例中，旋转阀段20位于静止阀段22下方，但是其他实施例可以包括位于静止阀段22上方的旋转阀段20。振动组件10还可以包括一个或更多个具有内孔的管状壳体段，其中阀12、挠性轴14、转子16和定子18设置在内孔中。
[0025]参考图2和图3，旋转阀段20可以由包括流体通道24和26以及中心通道28的板或盘形成。静止阀段22可以由包括流体通道30和32以及中心通道34的板或盘形成。在打开位置，旋转阀段20的通道24、26至少部分地与静止阀段22的通道30、32对准，以允许流体流过阀12。当旋转阀段20的通道24、26与静止阀段22的通道30、32不对准时，流体流可能被暂时地限制。在该限制位置，流体依次地流过旋转阀段20和静止阀段22的中心通道28、34，以保证驱动定子18中的转子16的最小流体流量。
[0026]在其他实施例中，旋转阀段20和静止22不包括中心通道。而是，阀段20、22的流体通道被布置成使得在限制位置中旋转阀段20的至少一个流体通道与静止阀段22的流体通道部分地对准，以保证驱动定子18中的转子16的最小流体流量。
[0027]现在参考图4A
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4C，旋转阀段20固定到挠性轴14的上端36，使得旋转阀段20随着挠性轴14旋转。挠性轴14的中心孔38从上端36延伸到流体通道40。挠性轴14可以包括任意数量的流体通道40，以支持流体流通过中心孔38。挠性轴14的围绕中心孔38的上部可由两个或更多个段形成，例如段42、44。推力轴承46和径向轴承48可围绕段42设置，而径向轴承48可以邻接段44的上端。静止阀段22设置在旋转阀段20和螺母50之间。压紧套筒52可以围绕静止阀段22和挠性轴14的上部的段42设置。压紧套筒52的上端可以邻接螺母50的下端。静止阀段22可以通过螺母50保持在非旋转且静止位置。径向轴承48可以由压紧套筒52和螺母50保持。在流体通道40下方，挠性轴14可以由足够长的杆或棒形成，以提供抵消多叶转子的偏心运动的柔性。挠性轴14的下端54可以固定到转子16的上端56。在一个实施例中，挠性轴14和转子16可以螺纹连接。这样，转子16通过挠性轴14悬挂在定子18内。
[0028]壳体60可以包括内孔61。壳体60可以由壳体段62、64、66和68形成，每个壳体段包括内孔。螺母50可以螺纹连接到壳体段64的内孔。径向轴承48可以接合壳体段64的肩部，以支撑推力轴承46、压紧套筒52和静止阀段22，从而可操作地将挠性轴14和转子16悬挂在壳体60的内孔61内。定子18可以固定在壳体段66的内孔中。壳体段68可以包括安全本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种耐磨振动组件，用于在钻柱中传播压力脉冲，其包括：正排量动力部分，其设置在壳体的内孔中，所述正排量动力部分包括至少部分地设置在定子内的转子，其中所述转子构造成在流体流通过所述正排量动力部分时在所述定子内旋转；和阀，其在所述壳体的所述内孔中设置在所述正排量动力部分上方，所述阀包括设置在非旋转阀段下方的旋转阀段，所述非旋转阀段和所述旋转阀段各自包括至少一个流体通道，其中所述阀还包括围绕所述非旋转阀段设置的内部套筒和围绕所述内部套筒设置的外部套筒，其中所述外部套筒旋转地锁定到所述壳体，其中所述内部套筒和所述外部套筒各自包括配合的对准机构，所述配合的对准机构被构造成允许所述外部套筒和所述内部套筒之间的相对轴向滑动并防止所述外部套筒和所述内部套筒之间的相对旋转；其中所述旋转阀段被构造成随着所述转子的旋转而相对于所述壳体旋转，用于使所述阀在打开位置和限制位置之间循环，其中在所述打开位置，所述旋转阀段的所述流体通道与所述非旋转阀段的所述流体通道对准，其中在所述限制位置，所述旋转阀段的所述流体通道至少部分地与所述非旋转阀段的所述流体通道不对准，用于限制经过所述阀的流体流，以产生无阻碍的压力脉冲并经过所述阀上方的所述钻柱传播所述无阻碍的压力脉冲。2.根据权利要求1所述的耐磨振动组件，其中所述旋转阀段和所述非旋转阀段各自包括中心通道，并且其中在所述限制位置，所述旋转阀段的所述流体通道与所述非旋转阀段的所述流体通道完全不对准，并且流体流行进经过所述旋转阀段和所述非旋转阀段的所述中心通道。3.根据权利要求1所述的耐磨振动组件，还包括螺纹固定到所述壳体的所述内孔的表面的螺母，其中所述螺母设置在所述非旋转阀段的上方，并且邻接所述外部套筒的上表面。4.根据权利要求3所述的耐磨振动组件，还包括设置在所述螺母的下表面和所述内部套筒的上表面之间的弹簧，其中所述弹簧将所述内部套筒远离所述螺母并朝向所述旋转阀段偏压。5.根据权利要求1所述的耐磨振动组件，还包括将所述阀和所述转子互连的心轴和挠性轴，其中所述旋转阀段固定到所述心轴的上端，其中所述转子的上端固定到所述挠性轴的下端，并且其中所述挠性轴、所述心轴和所述旋转阀段都随着所述转子的旋转而旋转。6.根据权利要求1所述的耐磨振动组件，其中所述外部套筒的所述配合的对准机构是所述外部套筒的内表面中的轴向凹槽，其中所述内部套筒的所述配合的对准机构是所述内部套筒的外表面中的轴向凹槽，并且其中长形销接合所述外部套筒的轴向凹槽和所述内部套筒的轴向凹槽，以允许所述外部套筒和所述内部套筒之间的轴向滑动并防止所述外部套筒和所述内部套筒之间的相对旋转。7.根据权利要求1所述的耐磨振动组件，其中所述外部套筒的所述配合的对准机构是固定在所述外部套筒中的孔内的销，其中所述内部套筒的所述配合的对准机构是被构造成接收所述销的远端的长形凹部，并且其中所述销的所述远端接合所述内部套筒的所述长形凹部并在所述长形凹部内滑动，以允许所述外部套筒和所述内部套筒之间的轴向滑动并防止所述外部套筒和所述内部套筒之间的相对旋转。8.根据权利要求1所述的耐磨振动组件，其中所述外部套筒的所述配合的对准机构是平坦的内表面，其中所述内部套筒的所述配合的对准机构是平坦的外表面，所述平坦的外
表面被构造成接合所述外部套筒的所述平坦的内表面，并且其中所述平坦的外表面接合所述平坦的内表面，以允许所述外部套筒和所述内部套筒之间的轴向滑动并防止所述外部套筒和所述内部套筒之间的相对旋转。9.根据权利要求1所述的耐磨振动组件，其中所述外部套筒的所述配合的对准机构是花键轮廓内表面，其中所述内部套筒的所述配合的对准机构是花键轮廓外表面，并且其中所述内部套筒的所述花键轮廓外表面接合所述外部套筒的所述花键轮廓内表面，以允许所述外部套筒和所述内部套筒之间的轴向滑动并防止所述外部套筒和所述内部套筒之间的相对旋转。10.根据权利要求1所述的耐磨振动组件，还包括设置在所述转子的所述下端处的下推力轴承，其中所述下推力轴承包括设置在第二轴承上...

【专利技术属性】
技术研发人员：巩特尔，
申请(专利权)人：瑞沃井下工具有限公司，
类型：发明
国别省市：