振動阻尼器的制造方法
【技術領域】
[0001]本公開一般涉及用于減弱鉆柱中的橫向振動的工具和方法。
【背景技術】
[0002]在從地面回收烴的過程中，通常使用根據具體的鉆探現場和目的選定的多種不同的方法和設備中的任一種來鉆探井眼。當鉆井時，鉆頭以抵靠地層的軸向接合旋轉以移除巖石，從而形成所需深度的井眼。鉆頭通常通過聯接到鉆頭的鉆柱的旋轉和/或由地下鉆探馬達傳遞到鉆頭的旋轉力來旋轉。
[0003]井下振動和沖擊(本文共同和/或可互換地稱為“沖擊載荷”)通過井下工具與沿著井眼的地層之間的相互作用而引發。在沿著鉆柱的點處引發的沖擊載荷接著被傳輸到鉆柱和井底組件的其他部件。傳遞給鉆柱的橫向沖擊載荷可通過加速疲勞過程來減少其互連構件的壽命。橫向沖擊載荷還可導致井眼本身的損壞，例如像當橫向振動致使鉆柱接觸井眼壁時。另外，過度的沖擊載荷可導致自發的井下設備故障，磨損和穿透率的減小。
[0004]附圖簡述
[0005]圖1是用于鉆探井眼的示例性鉆機的圖。
[0006]圖2A是示例性振動阻尼器組件的透視分解視圖。
[0007]圖2B是圖1A的示例性振動阻尼器活塞組件的截面視圖。
[0008]圖3A-3D是用于圖2A的振動阻尼器組件的示例性活塞組件的各種視圖。
[0009]圖4A-4D是在回縮構型中具有阻尼器活塞的集合的示例性振動阻尼器的各種視圖。
[0010]圖5A-5D是在延展構型中具有阻尼器活塞的集合的示例性振動阻尼器組件的各種視圖。
[0011]圖6A-6C是具有電氣接口組件的示例性振動阻尼器組件的各種視圖。
【具體實施方式】
[0012]圖1是位于鉆探現場的示例性鉆機10的圖。鉆柱20定位在鉆探現場處的地面12下方的井眼60中。鉆柱20包括端對端互連以達到期望的鉆探深度的任何數目段的鉆桿21。在鉆機10上的地面設備14被用于通過可控地旋轉并降低鉆柱20來將井眼60鉆出期望的鉆探深度。鉆柱20包括井下動力部分22。井下動力部分22可包括容積式馬達，諸如具有轉子26的Moineau式馬達，所述轉子26響應于加壓流體至動力部分22的受控輸送可相對于定子24旋轉。
[0013]鉆柱20還包括“工具柱”40和鉆頭50。當鉆柱20旋轉時，動力和扭矩被傳遞到鉆頭50和聯接到鉆柱20的下端的其他井下設備，諸如傳遞到附接到井下容積式馬達的縱向輸出軸45的“工具柱” 40 ο當鉆柱20未從地面12旋轉時，鉆頭50可代替地通過井下容積式馬達旋轉。
[0014]在鉆探井眼60之后，井眼60可通過利用套管34和在套管34與鉆孔之間的環帶中的水泥護層32的固井操作來強化。
[0015]在鉆探期間，地面設備14將鉆井液(S卩，鉆井泥漿)62沿鉆柱20向下栗送并且栗送出鉆頭50中的端口。鉆井泥漿然后向上流經鉆柱與鉆孔壁之間的環帶64。地面設備使鉆柱20旋轉，在具體實施中示出的所述鉆柱20聯接到動力部分中的井下馬達的定子24。轉子26由于栗送流體62跨動力部分22的壓力差而相對于井下容積式馬達的定子24旋轉。
[0016]當鉆探時，工具柱40和/或鉆頭50可傳輸能夠沿著鉆柱20傳播的振動。例如，鉆桿
21可撓曲并接觸井眼60或井眼壁61，從而沿著鉆柱20傳送振動。沿著工具柱40包括振動阻尼器組件100，以便減小沿著工具柱40傳播的振動量。
[0017]圖2A是示例性振動阻尼器組件100的透視分解視圖。振動阻尼器組件100包括圍繞管狀外殼102的大體圓柱形主體的軸向長度并且圍繞管狀外殼102的大體圓柱形主體的外圓周布置的活塞組件200的集合。管狀外殼102具有包括若干孔段的縱向通道103。活塞組件200中的每一個占據形成于管狀外殼102中并且從縱向通道103徑向延伸的對應的橫向通道104。橫向通道104中的每一個包括光滑孔段106和螺紋孔段108。
[0018]現將參考由圖2A提供的分解視圖和由圖2B提供的視圖來描述活塞組件200，所述由圖2B提供的視圖是示例性活塞組件200的截面視圖。活塞組件200中的每一個包括密封件202a-202i的集合。在一些實施方案中，密封件202a-202i可以是O型環、D型環、方形密封件或者這些或其他合適的密封件類型的組合。
[0019]活塞蓋210由外表面212、外周向表面214以及螺紋部分216形成。外表面212是半圓柱形的，具有接近于管狀外殼102的半徑和曲率。外周向表面214形成有基本上填充橫向通道104中的對應一個的光滑孔段106的直徑。螺紋部分216的外周邊形成有周向螺紋，所述周向螺紋與形成于橫向通道104中的對應一個的螺紋孔段108的內圓周上的螺紋進行螺紋配合。在外表面212中形成一對扳手孔218。在一些具體實施中，扳手孔218可接受活動扳手的銷以輔助橫向通道210與管狀外殼102的組裝和拆卸。
[0020]彈簧220圍繞阻尼器活塞230的上部區段232定位。上部區段232是形成以穿過通過活塞蓋210徑向形成的上部鉆孔部分240的大體圓柱形主體。上部區段232通過周向環234與阻尼器活塞230的下部部分236分開。圍繞阻尼器活塞230的外周邊形成周向環234。周向環234具有基本上填充活塞蓋210的下部鉆孔部分242的直徑。下部鉆孔部分242在徑向上大于穿過外殼蓋210的上部鉆孔部分240并且與其沿相同軸線。下部鉆孔部分242具有設置尺寸來可滑動地接收周向環234的直徑。下部鉆孔部分242被形成為部分穿過活塞蓋210的與外表面212相對的徑向截面。
[0021]彈簧220抵靠在周向環234上并且圍繞彈簧腔244內的上部區段232變得軸向受限。彈簧腔244在活塞組件200的組裝形式中被限定在周向環234與活塞蓋210以及下部鉆孔部分242之間。流體貯存器246通過周向環234的相對側、下部鉆孔部分242以及支撐板250來限定。支撐板250被形成為圓盤，所述圓盤具有大于下部鉆孔部分242的外徑的外徑，以及被形成以容納下部區段236中心鉆孔252。支撐板250是可移除的，通過例如螺栓、螺釘的緊固件260的集合被緊固到活塞蓋210。
[0022]圖3A-3D是圖2A的示例性阻尼器活塞230的透視圖、側視圖、截面側視圖以及端視圖。在這些視圖中可見的是上部區段232、周向環234以及下部區段236。在圖3A、3C和3D中還可見的是孔302的集合。具體參考圖3C，孔302是穿過周向環234形成的軸向鉆孔。在振動阻尼器100的組裝形式中，孔將圖2A的彈簧腔244與流體貯存器246流體地連接。
[0023]圖4A-4D是在回縮構型中具有阻尼器活塞230的集合的示例性振動阻尼器組件100的側視圖、透視圖、側視截面視圖以及端視截面視圖。當阻尼器活塞230的對應的上部區段236基本上不突出超過管狀外殼102的外周邊時，阻尼器活塞230被認為是回縮的。參考圖4C和4D，每個阻尼器活塞230通過相對于橫向通道210和周向環234施加彈簧力的彈簧220推進其回縮構型中。
[0024]圖5A-5D是在延展構型中具有阻尼器活塞230的集合的示例性振動阻尼器組件100的側視圖、透視圖、側視截面視圖以及端視截面視圖。當阻尼器活塞230的對應的上部區段236基本上突出超過管狀外殼102的外周邊徑向距離502時，阻尼器活塞230被認為是延展的。
[0025]參考圖5C和每個阻尼器活塞230通過在鉆孔103內施加諸如鉆井液的加壓流體被推進其延展構型中。流體在阻尼器活塞230的下部區段236的下表面504上施加流體壓力。當提供了預定量的射流力時，克服彈簧220的偏置可回縮力并推進上部部分232以突出超過管狀外殼102的外周邊。
[0026]阻尼器活塞230的上部部分232的延展和回縮被射流作用減弱。再參考圖2B，諸如液壓油的流體基本上填充彈簧腔244和流體貯存器246。當阻尼器活塞230從回縮位置被推進到延展位置時，彈簧腔244中的流體通過孔302的集合移位到流體貯存器246。孔302限制流體從彈簧腔244到流體貯存器246的流動，從而阻止阻尼器活塞230的可延伸移動。類似地，當將阻尼器活塞230從延展位置推進到回縮位置時，例如當上部部分232接觸井眼壁61時，通過孔302的集合將流體貯存器246中的液壓流體移位到彈簧腔244。孔302限制流體從流體貯存器246到彈簧腔244的流動，從而順從地阻止阻尼器活塞230的回縮。
[0027]響應于鉆孔103內所提供的流體壓力變化和/或響應于作用于上部部分232上的外力(例如，當上部部分232接觸井眼60時)，由流體穿過孔302的流動形成的此阻力抑制了阻尼器活塞230的速度。在一些實施方案中，孔302可被構造來提供預定量的阻尼。例如，可選擇孔302的數量和/或孔尺寸以提供各種阻尼速率。在另一個實例中，止回閥或其他定向流動組件可被包括在阻尼器活塞230中，以便在上部部分232的延展期間提供第一阻尼速率以及在回縮期間提供不同的阻尼速率。在又一個實例中，其他合適的組件可被包括在阻尼器活塞230中，以便在在上部部分232的延展或回縮期間提供取決于速度的，例如遞增的阻尼速率。
[0028]圖6A-6C是具有電氣接口組件600的示例性振動阻尼器組件100的截面視圖、端部視圖以及分解透視圖。一般