РАДИАЛЬНОЕ ВИБРАЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2015 года по МПК E21B1/22 E21B7/24 E21B43/10 E21B23/00 E21B31/00 E21B28/00 

Настоящее изобретение относится к вибрационному и/или ударному устройству, подходящему для использования в скважине в бурильной колонне.

Примеры использования такого устройства включают в себя, без ограничения этим, устройства для использования в скважине, например пневмоударники, встряхивающие устройства бурения с обратной промывкой на насосно-компрессорной трубе, освобождения прихваченных колонн и т.д. Использование в скважине может проходить в любом месте в колонне.

Настоящее изобретение признает преимущества для бурения, получаемые от устройства с вибрационным или ударным действием, встроенного в бурильную колонну (в любом месте бурильной колонны, на верхнем конце, в середине, на нижнем конце, и т.д., а также комбинированного), и с частью, синхронизированной с бурильной колонной.

Настоящее изобретение предусматривает установку двух групп магнитов в любом числе конфигураций с использованием широкого разнообразия форм магнитов для создания необходимого действия, при котором вращение первой группы создает возвратно-поступательное перемещение второй группы в аксиальном направлении в (обычно трубчатом) кожухе инструмента.

В неглубоких стволах скважины, где имеется весьма низкое скважинное давление, может являться предпочтительной аксиально перемещающаяся группа, содержащаяся в атмосферной камере. В очень глубоких стволах скважины, где скважинное давление является значительным (фактически, может составлять много тысяч фунт/дюйм², 1000 фунт/дюйм²=7 МПа), использование обычных динамических уплотнений для предотвращения проникновения бурового раствора (содержащего песок, частицы горной породы и т.д.) в инструмент и последующего заклинивания аксиально перемещающейся группы создает значительные проблемы.

В заявке настоящих заявителей PCT/NZ 2005/000329 (публикация WO 2006/065155) раскрыто использование челночного устройства, несущего на каждом конце магнитные группы, каждую для взаимодействия со смещением фазы с выделенной комплементарной магнитной группой при повороте челночного устройства, что обеспечивает создание вибрации в аксиальном направлении относительно челночного перемещения устройства по отношению к комплементарным группам.

В заявке настоящих заявителей PCT/NZ 2008/000217 (публикация WO 2009/028964) раскрыто использование таких взаимодействий в продольном направлении групп магнитов в ударных устройствах множества типов.

Упомянутые выше документы включены полностью в данный документ в виде ссылки.

Настоящее изобретение имеет как одну из нескольких или как несколько альтернативных задач создания компоновки, способной создавать на выходе возвратно-поступательное перемещение под действием привода с относительным вращением и в результате взаимодействий магнитов, расставленных группами вокруг или, по существу, по периметру как часть расположенной на валу компоновки, т.е. такой, как ротор, где окружающие магниты, расставлены группами (например, как часть окружающей конструкции), т.е. такой как статор.

Настоящее изобретение предусматривает взаимодействие друг с другом групп магнитов смешанной полярности в виде направленных внутрь и наружу групп, по меньшей мере, по существу, концентрических компоновок, соответственно, способных совместно вращаться (например, как статор и ротор) в режиме, где получаются перемещения, по существу, описанные ниже в данном документе.

Дополнительной или альтернативной задачей является создание устройства, такого типа, где имеется жидкое заполнение или приток жидкости в некоторых или, по меньшей мере, в некоторых из пространств между группами магнитов, направленных внутрь и направленных наружу групп, по меньшей мере, по существу, концентрических, больше наружных и больше внутренних компоновок, соответственно, способных совместно вращаться (например, одна может рассматриваться как статор и другая может рассматриваться как ротор, или наоборот).

Дополнительной или альтернативной задачей является создание компоновки, имеющей трубу, проницаемого для магнитного поля материала (например, инконель, титан), окружающую проходящие аксиально группы магнитов вокруг ротора, для содействия работе поля окружающих магнитов снаружи трубы и не вращающихся с ротором (т.е. статора).

Дополнительной или альтернативной задачей является создание вибрации на выходе, основанной на аксиальном смещении, обусловленном относительным вращением направленных внутрь и направленных наружу групп, по меньшей мере, по существу, концентрических больше наружных и больше внутренних компоновок, соответственно, способных совместно вращаться.

Дополнительной или альтернативной задачей является основанное на аксиальном смещении, обеспеченном относительным вращением направленных внутрь и направленных наружу групп, по меньшей мере, по существу, концентрических больше наружных и больше внутренних компоновок, соответственно, способных совместно вращаться, создание вибрации на выходе, несмотря на размещение жидкости между группами.

Дополнительной или альтернативной задачей является основанное на аксиальном смещении создание вибрации на выходе, обеспеченной относительным вращением направленных внутрь и направленных наружу групп, по меньшей мере, по существу, концентрических больше наружных и больше внутренних компоновок, соответственно, способных совместно вращаться, несмотря на размещение материала высокого электрического удельного сопротивления (например, инконель, титан, пластики, углеволоконный композит или т.п.) или его установку в виде крышки или опоры одной или другой, или обеих групп.

Настоящее изобретение имеет в качестве дополнительной или альтернативной задачи создание устройства, способного производить на выходе вибрацию, с использованием уменьшенного числа деталей, чем устройства, раскрытые в патентах, указанных выше.

Дополнительной или альтернативной задачей является создание устройства с двумя взаимодействующими группами магнитов, принимающего привод на входе и создающего вибрацию на выходе, где направленные внутрь и наружу группы, по меньшей мере, по существу, концентрических больше наружных и больше внутренних компоновок, соответственно, способны взаимно вращаться.

Дополнительной или альтернативной задачей является создание двух взаимодействующих групп магнитов устройства приема на входе привода и выдачи вибрации на выходе, где направленные внутрь и наружу группы по меньшей мере, по существу, концентрических больше наружных и больше внутренних компоновок, соответственно, выполнены с возможностью взаимного вращения, где полярность одной или обеих групп изменяется (или иначе колеблется или меняется) как по периметру, так и параллельно их оси относительного вращения.

Дополнительной или альтернативной задачей настоящего изобретения является создание, по меньшей мере, частично заполненного текучей средой вибрационного устройства, подходящего для работы в скважине или в другом месте, с уменьшенным перепадом рабочего давления между окружающей средой и, по меньшей мере, некоторой зоной (зонами) внутри устройства. Такой уменьшенный перепад, например, на скважинном ударном устройстве исключает требование изоляции от высокого давления движущихся поверхностей.

Дополнительной или альтернативной задачей настоящего изобретения является создание вибрационного устройства с возможностью эксплуатации в скважине или в другом месте со средством настройки частоты множеством различных способов.

Дополнительной и альтернативной задачей настоящего изобретения является создание вибрационного устройства, или ударного устройству, или ясса, которое может эффективно работать с уменьшенными производственными допусками.

Дополнительной или альтернативной задачей настоящего изобретения является создание вибрационного устройства, или ударного устройства, или встряхивающего устройства, имеющего статор и ротор с возможностью обеспечения их возвратно-поступательного перемещения одного относительно другого, с перемещением, по меньшей мере, в одном направлении, являющимся результатом, по меньшей мере, по существу, взаимодействий концентрических групп магнитов, каждой, располагающейся снаружи общей продольной оси [которая является осью вращения ротора относительно статора (или наоборот)]. Решая такую задачу, предпочтительно, также обеспечивать настройку вибрации на выходе одним или несколькими средствами, такими как, только для примера, выбор элемента для производства удара в конце одного хода или создания границы для выдавливания текучей среды в конце одного хода.

Дополнительной или альтернативной задачей настоящего изобретения является создание вибрационного устройства с возможностью эксплуатации в скважине, где имеется путь потока, проходящий через ротор, несущий группу магнитов, для текучей среды, которая может проходить к более глубокой зоне скважины (например, в скважинный инструмент или на выход из него). Другой, не обязательной задачей является получение такой текучей среды, отработавшей в гидравлическом забойном двигателе, который вращает ротор относительно статора [который несет группу взаимодействующих магнитов] для обеспечения челночного перемещения вследствие относительного вращения, подаваемой дополнительно вглубь скважины.

Дополнительной или альтернативной задачей является создание отдельного сквозного потока жидкости или текучей среды (например, бурового раствора) и удержание связанной жидкости (например, масла) в вибрационном устройстве для сопротивления (например, скважинному) наружному давлению.

Дополнительной или альтернативной задачей настоящего изобретения является создание вибрационного устройства, отличающегося следующим.

Статор с группой магнитов является "челночным устройством", перемещающимся относительно как (1) кожуха, корпуса долота, инструмента, корпуса инструмента или т.п., так и (2) ротора (с группой магнитов).

Действие статора напрямую или ненапрямую, по меньшей мере, на одну ударную зону кожуха, корпуса долота, инструмента, корпуса инструмента или т.п., создает вибрацию. Например, устройство может представлять собой скважинный ясс или часть системы бурения на гибкой насосно-компрессорной трубе.

Дополнительной или альтернативной задачей является обеспечение перемещения статора относительно ротора в аксиальных направлениях, основанное на взаимодействии группы магнитов, которые несет ротор, с группой магнитов, которые несет статор, в кольцевой зоне взаимодействия с аксиальной величиной перекрывания соседних взаимодействующих групп.

Дополнительной или альтернативной задачей является использование взаимодействий, описанных в данном документе, и/или создание внутренних и/или наружных групп, роторов, статоров и/или вспомогательных устройств, описанных в данном документе.

Во многих скважинных инструментах, используемых в среде с высоким давлением в стволе скважины, любая атмосферная камера, по возможности, должна исключаться вследствие проблем с герметизацией, создаваемых перепадом давления, описанных выше. Вместе с тем, другие такие инструменты с динамическими (перемещающимися компонентами) отличаются следующим.

1. Подвергаются полному давлению бурового (промывочного) раствора в стволе скважины и выполняются с возможностью сохранения работоспособности в данной вязкой и абразивной среде (например, со смазкой буровым раствором подшипников или с приводом буровым раствором ударных устройств).

2. Или используют текучую среду без примесей, такую как вода (или аналогичную), заключенную в полость.

Дополнительной или альтернативной задачей является создание полости, заполненной текучей средой, с динамически перемещающимися компонентами в изолированной среде без примесей.

Дополнительной или альтернативной задачей является минимизация торможения текучей средой корпусов перемещающихся компонентов (совершающих аксиальные колебания групп магнитов).

Для решения данной задачи необходимо следующее.

1) Группа магнитов должна иметь конструктивное исполнение и собираться с обеспечением обтекаемости (например, с радиальным совмещением).

2) Создание перепускных окон, обеспечивающих перемещение совершающих аксиальные колебания групп магнитов через столб текучей среды с минимальным торможением.

Заявители считают, что без таких признаков весьма вероятно значительное снижение показателей работы инструмента вследствие сопротивления или в самом худшем случае гидравлическое заклинивание совершающей аксиальные колебания группы магнитов.

Дополнительной или альтернативной задачей является создание (одного или нескольких) поршней компенсации давления.

На практике, хотя все усилия направлены на заполнение пустоты групп магнитов на 100% свободной от примесей текучей средой (с исключением захвата воздуха в инструмент), это практически невозможно, и поршни компенсации давления в кожухе инструмента могут решать проблему любой неадекватности заполнения.

На практике любой воздух, захваченный в инструмент, должен подвергаться воздействию давления в стволе скважины. Когда пузырьки воздуха (по существу) захлопываются под действием давления в стволе скважины, компенсирующие поршни должны загонять свободную от примесей текучую среду в пустоты, замещая сокращенный объем воздуха свободной от примесей текучей средой.

Заявители предлагают использование несжимаемой текучей среды низкой вязкости (по существу) для заполнения внутренних пустот инструмента, в результате, хотя текучая среда уменьшает показатели работы инструмента в некоторой степени, устраняются проблемы герметизации при высоком перепаде давления и требуются только обычные уплотнения по типу "грязесъемника" для предотвращения входа бурового раствора в инструмент.

В других, менее предпочтительных способах решения данной проблемы реализуется заполнение атмосферной камеры на поверхности сжатым газом для частичного (или полного) соответствия расчетному давлению в стволе скважины или использование исполнительного магнитного привода, описанного в заявке PCT/NZ 2001/000057.

Дополнительной или альтернативной задачей является решение проблемы реакции при частых остановках работы, описанной ниже в данном документе.

Разработка инструмента для решения данной проблемы фокусируется на приводном валу, между гидравлическим забойным двигателем и магнитным ударным устройством (или другом вращательном приводным устройством, таком как механическая трансмиссия, проходящая с поверхности). Одним из уникальных характеристик магнитного ударного устройства является создание им реакции обжатия в приводном механизме, то есть имеется создаваемый магнитным полем реактивный крутящий момент, когда вращательно активированная группа магнитов "отворачивается" от вращательно заторможенной группы магнитов. В данной точке требуемый крутящий момент может быть значительным. Вместе с тем после поворота на несколько градусов приводимая во вращение группа вновь ускоряется к следующему (противоположному полюсу) на вращательно заторможенной группе.

Данное действие создает реакцию на работу с частыми остановками в приводном устройстве (гидравлическом забойном двигателе/ механическом соединении и т.п.), что может создавать проблемы по следующим причинам.

1. Моментально заклинивается вращательный привод, что отрицательно влияет на ударное действие, при этом не обеспечивается максимально возможное перемещение ударного устройства.

2. Возможно появление усталостных повреждений приводного вала.

3. Возможно возникновение вредного резонанса крутящего момента в приводном механизме (более характерно для механического привода с поверхности).

В связи с вышеизложенным предлагается одно из следующего.

1. Размещение продольного механического маховика между приводным валом (гидравлическим забойным двигателем и т.д.) и магнитным ударным устройством или

2. Размещение магнитного маховика между приводным валом (гидравлическим забойным двигателем и т.д.) и магнитным ударным устройством.

Любое из устройств должно предпочтительно (но не обязательно) использоваться в соединении с магнитным ударным устройством. Любое из устройств должно предпочтительно размещаться в цилиндрическом кожухе.

Механический маховик должен, предпочтительно, включать в себя вращающуюся массу в указанном корпусе, предпочтительно с непрерывным путем текучей среды (для бурового раствора и т.д.) (предпочтительно), проходящим через маховик, для обеспечения прохода непрерывного потока в ударное устройство и долото.

Магнитный маховик может иметь вращающийся продольный элемент с прикрепленными (заделанными) магнитами чередующейся полярности, данные магниты, когда вращаются, либо взаимодействуют с фиксированными группами магнитов (которые не могут перемещаться либо аксиально, или вращательно, за исключением случая соединения с наружным кожухом), причем, данные группы смещены по фазе на 180 градусов от групп магнитов в магнитном ударном устройстве или противодействуют металлическим гребням в окружающем корпусе, причем данные гребни должны создавать некоторое магнитное притяжение, а разрывы между ними не должны.

Механизм любого из типов должен служить для сглаживания действия обжатия, создаваемого магнитным ударным устройством, и уменьшать любые отрицательные эффекты.

Другое преимущество данного инструмента состоит в том, что механизм подачи бурового раствора имеет равномерную и не ограничивающую характеристику работы, что ограничивает перепад давления на инструменте. Это важно для максимизации гидравлической мощности на буровом долоте или другом скважинном инструменте для промывки скважины и т.д.

Согласно изобретению создано вибрационное устройство компоновки, способное при использовании создавать вибрацию на выходе либо на устье или на забое в скважине, содержащее первую и вторую компоновки, выполненные с возможностью относительного вращения вокруг общей оси вращения и, как следствие, создание вибрации, вызывающей возвратно-поступательное линейное перемещение вдоль или параллельно общей оси, с возможностью передачи на выходе, при этом первая и вторая компоновки каждая имеют концентрические группы магнитов, установленных отнесенными от общей оси, при этом вокруг общей оси и вдоль общей оси, при этом взаимодействия между группами магнитов через проходящее продольно кольцевое пространство между ними вследствие относительного вращения создает привод относительного перемещения вдоль общей оси для создания вибрации, вызывающей возвратно-поступательное линейное перемещение.

Предпочтительно, каждая группа магнитов состоит из магнитов, каждый из которых имеет один из своих полюсов, по меньшей мере, по существу, радиально к или в направлении к кольцевому пространству.

Предпочтительно, взаимодействия в проходящем продольно кольцевом пространстве осуществляются между отдельными магнитами каждой группы, каждый из которых имеет один из своих полюсов.

Предпочтительно, взаимодействия в проходящем продольно кольцевом пространстве между группами магнитов создаются магнитами, каждый из которых имеет, по меньшей мере, по существу, один из своих полюсов радиально к или в направлении к кольцевому пространству для внутреннего взаимодействия в кольцевом пространстве.

Предпочтительно, каждый магнит однополюсного типа, имеющий один полюс для внутреннего взаимодействия в кольцевом пространстве, расположен на спиральной траектории магнитов с полюсами такого типа в своей группе.

Предпочтительно, проходящее продольно кольцевое пространство включает в себя текучую среду.

Если необходимо, текучая среда является жидкостью.

Предпочтительно, подача текучей среды в вибрационное устройство или другой подходящий привод вибрационного устройства может обеспечивать относительное вращение.

Предпочтительно подача текучей среды может проходить через вибрационное устройство.

Предпочтительно, текучая среда, подаваемая в гидравлический забойный двигатель, турбину или их эквивалент, вращает самую близкую к оси первую или вторую компоновку, которая может проходить через самую близкую к оси первую или вторую компоновку, при этом самая удаленная от осевой линии компоновка имеет шлицевое соединение с наружным корпусом бурильной колонны или иначе выполнена не вращающейся относительно корпуса, частью которого вибрационное устройство является, что обеспечивает относительное вращение вокруг общей оси.

Предпочтительно, первая и вторая компоновки заключаются в общую камеру.

Предпочтительно общая камера содержит жидкость.

Если необходимо, создается торможение на основе магнитного притяжения одной или другой компоновки, данная конкретная компоновка располагается в кожухе, также содержащем другую компоновку.

Если необходимо, каждая, первая и вторая компоновка располагается в отдельной закрытой камере и одна или обе камеры содержат жидкость.

Предпочтительно имеется маховик на устройстве вращательного привода первой или второй компоновки.

Предпочтительно, маховик является механическим или магнитным маховиком, причем магнитный маховик обеспечивает сглаживание действия обжатия, которое иначе может возникать.

Предпочтительно, маховик располагается между приводом и первой или второй компоновкой.

Предпочтительно, привод представлен гидравлическим забойным двигателем, турбиной, механическим или электрическим приводом.

Предпочтительно в устройстве жидкость, помещенная между компоновками, содействует или должна помогать противодействию давлению среды в скважине.

Предпочтительно, вибрационное устройство является ударным устройством.

Если необходимо, устройство используется в соединении со следующими скважинными мероприятиями: переключение клапанов, установка пробок, установка фильтров, борьба с поступлением песка в фильтры, фрезерование, удаление нерастворимого осадка, цементирование, отбор керна, бурение, ловильные операции с прихваченными инструментами, операции на тросе, создание вибраций/колебаний в бурильной колонне и/или инструментах, соединенных с бурильной колонной.

В другом аспекте изобретение представляет собой вибрационное устройство, определенное выше, с использованием со стороны устья в скважинной компоновке.

В другом аспекте изобретение представляет собой вибрационное устройство в зоне устья или в зоне забоя скважины, выполненное с возможностью действия в составе бурильной колонны и содержащее: удлиненный корпус, наружную удлиненную компоновку, по существу, коаксиально установленную в корпусе и выполненную с предотвращением вращения, но с возможностью линейного продольного перемещения, причем наружная удлиненная компоновка имеет группу магнитов, расположенных коаксиально и продольно в ней, причем каждый магнит группы имеет один полюс, в группе со смешанными или не смешанными полюсами, обращенный внутрь, внутреннюю удлиненную компоновку, по меньшей мере, по существу, коаксиально установленную в наружной удлиненной компоновке, выполненную с возможностью пропуска текучей среды, по меньшей мере, в части устройства и имеющую группу магнитов, расположенных коаксиально и продольно в ней, расположенную, по меньшей мере, по существу, в группе наружной удлиненной компоновки, но разнесенной с ней, при этом каждый магнит группы внутренней удлиненной компоновки имеет один полюс в группе со смешанными или не смешанными полюсами, обращенный наружу, при этом внутренняя или наружная удлиненная компоновка вращается под действием привода относительно другой удлиненной компоновки, при этом обеспечивая линейное возвратно-поступательное относительное перемещение между внутренней или наружной удлиненными компоновками в результате многочисленных магнитных взаимодействий в удлиненном кольцевом пространстве между группами магнитов, и относительное вращение внутренней и наружной удлиненных компоновок и возникающее вследствие этого линейное возвратно-поступательное перемещение создает на выходе вибрацию вибрационного устройства, и привод получает входную мощность от текучей среды, обеспечивая прямое или непрямое вращение внутренней и наружной удлиненных компоновок, при этом данная текучая среда не попадает в удлиненное кольцевое пространство, при этом такое пространство может содержать другую текучую среду.

Предпочтительно устройство изобретения работает в скважине как составная часть бурильной колонны.

Предпочтительно, каждый магнит однополюсного типа, представляющий один полюс для внутреннего взаимодействия в кольцевом пространстве, находится на спиральной траектории магнитов с полюсами такого типа в своей группе.

Предпочтительно, возвратно-поступательное перемещение сопровождается ударами. В другом аспекте изобретение является вибрационным устройством скважинной компоновки или подходящим для скважинной компоновки, способным при использовании создавать вибрацию на выходе в скважине, содержащим или включающим в себя первую и вторую компоновки, выполненные с возможностью относительного вращения вокруг общей оси вращения и, как следствие, создание вибрации, вызывающей возвратно-поступательное линейное перемещение вдоль или параллельно общей оси, с возможностью передачи вибрации на выходе, при этом первая и вторая компоновки, каждая, имеет группу магнитов, установленных отнесенными от общей оси, при этом вокруг общей оси и вдоль общей оси и взаимодействия между группами магнитов через проходящее продольно кольцевое пространство между ними вследствие относительного вращения создает привод относительного перемещения вдоль общей оси.

Предпочтительно, подача текучей среды в вибрационное устройство может обеспечивать относительное вращение.

Предпочтительно, подача текучей среды может проходить через вибрационное устройство.

Предпочтительно, имеется текучая среда, подаваемая в гидравлический забойный двигатель, турбину или их эквивалент, вращающий самую близкую к оси первую или вторую компоновку, которая может проходить через самую близкую к оси первую или вторую компоновку, при этом самая удаленная от осевой линии компоновка имеет шлицевое соединение с наружным корпусом бурильной колонны или иначе выполнена не вращающейся относительно корпуса, частью которого вибрационное устройство является, что обеспечивает относительное вращение вокруг общей оси.

Если необходимо, первая и вторая компоновки заключаются в общую камеру.

Предпочтительно общая камера содержит жидкость.

Если необходимо, создается торможение на основе магнитного притяжения одной или другой компоновки, данная конкретная компоновка располагается в кожухе, также содержащем другую компоновку.

Если необходимо, каждая, первая и вторая компоновки располагаются в отдельной закрытой камере и, по меньшей мере, одна и, предпочтительно, обе камеры содержат жидкость.

Предпочтительно имеется маховик на устройстве вращательного привода первой или второй компоновки.

Если необходимо, маховик является механическим или магнитным маховиком, причем магнитный маховик обеспечивает сглаживание действия обжатия, которое иначе может возникать.

Если необходимо, маховик располагается между гидравлическим забойным двигателем и первой или второй компоновкой.

Предпочтительно в устройстве жидкость, помещенная между компоновками, помогает или должна помогать противодействию давлению среды в скважине. Если необходимо, вибрационное устройство является ударным устройством.

В другом аспекте изобретение представляет собой вибрационное и/или ударное скважинное устройство или подходящее для использования в скважине устройство [например, как часть бурильной колонны и т.д., упомянутое выше], содержащее: компоновку удлиненного корпуса, выставляемую по скважинной оси, если необходимо, инструмент на конце компоновки корпуса, первую группу магнитов, которые несет корпус, вращающуюся с вращением компоновки корпуса, вторую группу магнитов, которые несет корпус, вращающуюся относительно первой группы магнитов для создания относительного аксиального возвратно-поступательного перемещения групп магнитов, как следствие их взаимодействия, если необходимо, относительное перемещение, создающее удары на ударной зоне внутри компоновки корпуса, если необходимо, пружину регенерации энергии для содействия реверсивному перемещению, приводной вал от гидравлического забойного двигателя или другое средство привода, если необходимо, имеющий одно или оба из маховика и магнитов, действующих на другие магниты или, по меньшей мере, ферромагнитные материалы для сглаживания любого значительного обжимающего эффекта. В одном или другом аспекте изобретение является вибрационным устройством, основанным на относительном вращении опорных частей для взаимодействия, по меньшей мере, по существу концентрических групп магнитов для обеспечения относительного линейного перемещения с возможностью передачи в виде вибрации на выходе (например, ударного действия или встряхивания на выходе), имеется привод для создания такого относительного вращения и устройство (например, само устройство), принимающее кинетическую энергию, по меньшей мере, части линейного перемещения и, таким образом, вибрацию на выходе.

Если необходимо, применяется одно или несколько из следующего: среда, в которой располагаются группы магнитов, является текучей средой, текучая среда переносится для уменьшения торможения, герметизация выполняется уплотнениями по типу «грязесъемников» между текучей средой и окружающей средой бурового раствора, привод улучшается включением в состав маховика, привод может являться согласованным магнитным приводом, обеспечивающим ввод от одной магнитной системы в согласованную с ней систему, но в отличающейся изолированной среде согласованной магнитной системы, создающей механическое вращение одной из группы магнитов относительно другой, магнитные взаимодействия со смещением фазы данных групп магнитов создают сглаживание действия обжатия [либо магнита с магнитом или магнита с ферромагнитным материалом].

В одном или другом аспекте изобретение является вибрационным устройством, основанным на относительном вращении опорных частей для взаимодействия, по меньшей мере, по существу концентрических групп магнитов для обеспечения относительного линейного перемещения с возможностью передачи в виде вибрации на выходе (например, ударного действия или встряхивания на выходе), имеется привод для создания такого относительного вращения и устройство (например, само устройство), принимающее кинетическую энергию, по меньшей мере, части линейного перемещения и, таким образом, вибрацию на выходе.

В одном или другом аспекте изобретение является вибрационным устройством, содержащим или включающим в себя устройство приема вибрации (ниже именуется "компоновкой кожуха", вне зависимости от формы или функции может представлять собой инструмент, долото, наковальню, окружение, корпус компоновки бурильной колонны, корпус долота, корпус инструмента и т.д.), расположенную дальше от оси компоновку, выполненную с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно, по меньшей мере, части компоновки кожуха для создания вибрации (ударом в конце хода или каждым ходом, или иного отвода, по меньшей мере, некоторой части кинетической энергии) в компоновке кожуха, расположенную ближе к оси компоновку в компоновке кожуха и внутри по отношению к расположенной дальше от оси компоновки, выполненную с возможностью приведения во вращение относительно как расположенной дальше от оси компоновки, так и компоновки кожуха, при этом каждая из расположенной дальше от оси компоновки и расположенной ближе к оси компоновки имеет взаимодействующие группы магнитов как вокруг оси вращения, так и, по меньшей мере, вдоль и снаружи от оси, выполненные с возможностью взаимодействия при вращении одной группы относительно другой, обеспечивающего возвратно-поступательное перемещение.

Если необходимо, применяется одно или несколько из следующего: среда, в которой располагаются группы магнитов, является текучей средой, текучая среда переносится для уменьшения торможения, герметизация выполняется уплотнениями по типу «грязесъемников» между текучей средой и окружающей средой бурового раствора, привод улучшается включением в состав маховика, привод может являться согласованным магнитным приводом, обеспечивающим ввод от одной магнитной системы в согласованную с ней систему, но в отличающейся изолированной среде, согласованной магнитной системы, создающей механическое вращение одной из группы магнитов относительно другой, магнитные взаимодействия со смещением фазы данных групп магнитов создают сглаживание действия обжатия [либо магнита с магнитом или магнита с ферромагнитным материалом].

В одном или другом аспекте изобретение является вибрационным устройством, содержащим или включающим в себя устройство приема вибрации (ниже именуется "компоновкой кожуха", вне зависимости от формы или функции, поскольку может являться корпусом компоновки бурильной колонны, корпусом долота, кожухом инструмента и т.д.), компоновку статора, выполненную с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно, по меньшей мере, части компоновки кожуха для подачи вибрации (ударом в конце хода, или каждым ходом, или иного отвода, по меньшей мере, некоторой части своей кинетической энергии) в компоновку кожуха, компоновку ротора в компоновке кожуха и внутри компоновки статора, выполненную с возможностью привода для вращения относительно как компоновки статора, так и компоновки кожуха, при этом компоновка статора и компоновка ротора каждая имеет вокруг кольцевую зону, обе вокруг оси ротора и, по меньшей мере, вдоль и снаружи оси ротора, взаимодействующую группу магнитов, выполненную с возможностью взаимодействия при относительном вращении компоновки ротора и компоновки статора, одной группы с другой, обеспечивающего возвратно-поступательное перемещение.

В одном или другом аспекте изобретение является вибрационным устройством, способным создавать вибрацию на выходе, содержащим или включающим в себя первую и вторую компоновки, выполненные с возможностью создания относительного вращения вокруг оси вращения, вызывающего возвратно-поступательное аксиальное перемещение, создающее вибрацию с возможностью передачи на выходе (например, в часть устройства или иначе), при этом первая и вторая компоновки, каждая, имеет группу магнитов, установленных отнесенными от общей оси, при этом вокруг общей оси и вдоль общей оси взаимодействия между группами магнитов вследствие относительного вращения создают привод для продольного перемещения вдоль общей оси.

В еще одном аспекте изобретение является вибрационным устройством, способным создавать вибрацию на выходе, содержащим или включающим в себя первую и вторую компоновки, выполненные с возможностью создания [например, предпочтительно с помощью подачи текучей среды (например, в гидравлический забойный двигатель)] их относительного вращения вокруг общей оси вращения и, как следствие, возникновения возвратно-поступательного линейного перемещения вдоль или параллельно общей оси, создающее вибрацию с возможностью передачи на выходе, при этом первая и вторая компоновки каждая имеет группу магнитов, установленных отнесенными от общей оси, при этом вокруг общей оси и вдоль общей оси взаимодействия между группами магнитов вследствие относительного вращения создают относительное перемещение вдоль общей оси.

В другом аспекте изобретение является компоновкой ударного устройства или скважинным ударным устройством, имеющим статор, ротор и, по меньшей мере, частичный кожух (например, компоновку кожуха, определенную выше) для обоих, статора и ротора, при этом статор основан на или выполнен с возможностью возвратно-поступательного перемещения в кожухе и обеспечения его перемещения вдоль оси возвратно-поступательного перемещения, по меньшей мере, в одном аксиальном направлении, для создания ударного или встряхивающего воздействия на кожух [или конструкцию, связанную с ним], и возвратно-поступательное перемещение статора относительно кожуха следует за относительным вращением ротора и статора вокруг оси относительного вращения, каждого, имеющего свою группу, располагающуюся вдоль оси относительного вращения и охватывающую ось вращения, и выполненную с возможностью взаимодействия с другой группой для создания возвратно-поступательного перемещения при относительном вращении.

В другом аспекте изобретение является вибрационным устройством, основанным на выполнении статора в форме муфты, окружения или эквивалента ротора, при этом статор выполнен с возможностью возвратно-поступательного перемещения и с возможностью перемещаться вдоль оси возвратно-поступательного перемещения, по меньшей мере, в одном аксиальном направлении для создания ударного, встряхивающего воздействия или другого вибрационного воздействия на выходе, вследствие относительного вращения, по меньшей мере, по существу, коаксиальных направленных внутрь группы магнитов и направленной наружу группы магнитов вокруг их осей статора и ротора, соответственно.

В еще одном аспекте изобретение является скважинной компоновкой ударного устройства или ясса, основанной на ударном или встряхивающем воздействии при относительном вращении, по меньшей мере, по существу коаксиальных групп магнитов, каждой проходящей как соосная группа вдоль оси относительного вращения, но установленной отнесенной от нее, причем имеется группа магнитов ударного устройства, представляющего собой статор, выполненный с возможностью возвратно-поступательного перемещения в бурильной колонне, и группа магнитов ротора в статоре, создающая привод продольного перемещения ударного устройства.

В другом аспекте изобретение является вибрационным устройством, выполненным с возможностью производства на выходе вибрации как следствия относительного аксиального возвратно-поступательного перемещения между статором и ротором, содержащим или включающим в себя статор с шлицевым соединением для возвратно-поступательного перемещения в по меньшей мере, в части корпуса или кожуха вследствие относительного вращения между ротором и статором на оси вращения, по меньшей мере, по существу, параллельной траектории возвратно-поступательного перемещения, при этом в статоре, по меньшей мере, имеется обрамление ротора, магниты статора, которые статор несет напрямую или ненапрямую, как часть обрамления и сгруппированные как продольно, так и по окружности вокруг ротора, в роторе, по меньшей мере, имеется вращающаяся от привода компоновка, насаженная на вал, проходящая через зону магнитов статора, причем привод выполнен с возможностью обеспечения относительного вращения между ротором и статором, и магниты ротора, которые несет, как свою часть компоновка, насаженная на вал, и сгруппированные как продольно, так и, по меньшей мере, по существу, по периметру.

Изобретение в другом аспекте предлагает использование экранированных или неэкранированных, по существу периферийных групп магнитов ротора, установленного с возможностью вращения для привода перемещения аксиально к оси вращения статора, имеющего комплементарную окружающую группу магнитов, для создания (с ударом или без удара статором или его удлинителем) на выходе вибрационного, ударного и/или встряхивающего воздействия, общего, или на устройство, относительно которого ротор вращается.

В другом аспекте изобретением является ротор, и/или статор, и/или устройство для размещения как ротора, так и статора вибрационного устройства, описанного в данном документе.

В другом аспекте изобретением является вибрационное устройство, содержащее наружный элемент или компоновку, промежуточный элемент или компоновку, выполненные с возможностью возвратно-поступательного перемещения внутри и относительно наружного элемента или компоновки и передачи кинетической энергии от их челночного перемещения (перемещений) продольно по ходу (ходам) в наружный элемент или компоновку, и внутренний элемент или компоновку, выполненные с возможностью вращения на оси вращения, возникающего в результате взаимодействия с наружным элементом или компоновкой и под действием привода, такой оси вращения, проходящей через промежуточный элемент или компоновку, при этом каждый из промежуточного и внутреннего элемента (элементов) и/или компоновки (компоновок) (например, статора и ротора, соответственно) имеет, по существу, концентрические группы магнитов, проходящие вдоль оси вращения, и относительное вращение групп обуславливает возвратно-поступательное перемещение промежуточного элемента или компоновки относительно внутреннего и наружного элемента (элементов) и/или компоновки (компоновок).

В упомянутых выше аспектах предпочтительно устройство является таким, что промежуточный элемент или статор с группой магнитов может возвратно-поступательно перемещаться в продольном направлении, по существу, трубчатой зоны взаимодействия.

Предпочтительно, промежуточный элемент является статором и действует как ударное устройство, ударяя по ударной зоне, которую предпочтительно несет наружный элемент или компоновка, или кожух. Возможно и обратное (статор может вращаться, и ротор может перемещаться, как челнок).

Предпочтительно ударная зона образуется конструкцией, выполненной с возможностью изменения для ограничения возможного хода, по меньшей мере, в обуславливающем удар направлении.

Предпочтительно, имеется упорная плита на другом конце хода. Если необходимо, одна концевая упорная плита, создаваемая для хода вверх, может иметь вставной противооткатный механизм (т.е. между статором и концевой упорной плитой), по существу, описанный в данном документе.

Предпочтительно внутренний элемент или компоновка, такие как ротор или компоновка, являющаяся ротором, несет в кольцевой зоне вдоль оси вращения ротора группу постоянных магнитов.

Каждая из двух групп может иметь одинаковую полярность, но с расстановкой, обеспечивающей перемещение, по существу, как описано ниже в данном документе и показано на чертежах.

В некоторых аспектах можно использовать смешанные полярности. При любой форме или расположении полярности в каждой группе магнитов и/или между группами магнитов предпочтительно устройство, создающее аксиальный привод, описанный в данном документе (например, показанное на чертежах), получающийся при простом относительном вращении.

Простое устройство может являться таким, что для каждой группы имеется чередующаяся полярность как по периметру вокруг оси относительного вращения, так и параллельно ей. При этом могут создаваться пересекающиеся спиральные местоположения индивидуальных магнитов полярности N, противопоставляемые аналогичным пересекающимся спиральным местоположениям индивидуальных магнитов полярности S. Конечно, гибридные устройства могут также работать, как и итоговые различные группы.

Как упомянуто, могут использоваться постоянные магниты любых видов, раскрытые в упомянутых выше описаниях патентов.

Предпочтительно ротор или внутренний элемент группы магнитов, по меньшей мере, окружает трубное изделие или другой кожух из материала, не мешающего взаимодействию между двумя группами магнитов. Примером является металлическая труба из инконеля или титана. Существуют другие примеры, включающие в себя широкий спектр неметаллических материалов, а также другие сплавы.

Предпочтительно вибрационное устройство имеет, по меньшей мере, одну из двух адаптированных систем текучей среды: система с удержанием находящейся в ней жидкости (даже если может требоваться ее перемещение), например разбызгивание вокруг, и система, обеспечивающая сквозной проход потока жидкости (например, приводящей в действие гидравлический забойный двигатель жидкости и/или бурового раствора).

Предпочтительно ротор или внутренний элемент, или компоновка посажены на вал и имеется сквозной проход вдоль оси вала, при этом текучая среда может проходить через компоновку ротора (например, в варианте скважинного инструмента из гидравлического забойного двигателя, который может вращать вал напрямую или не напрямую) и от нее вниз в долото и на выход из него или в инструмент, который несет трубчатый корпус, являющийся наружным элементом или частью компоновки кожуха.

Имеются или могут присутствовать две независимые системы текучей среды настоящего изобретения.

Имеется путь текучей среды одной системы текучей среды, созданный через центр ротора, например подаваемой извне текучей среды (например, буровой раствор, который может использоваться для силового привода гидравлического забойного двигателя, проходящий вниз к буровому долоту или инструменту для вытеснения шлама в процессе работы и т.д.).

Вторая система текучей среды создает путь вытеснения текучей среды для захваченной или удерживаемой жидкости (например, легкого масла или водного состава). Данная удерживаемая жидкость вытесняется вокруг и между группами магнитов при работе групп магнитов (например, при относительном челночном перемещении и вращении).

Захваченная жидкость может просто создавать смазку между группами магнитов с относительным вращением, или между кожухом одной группы и другой группой, или между кожухами каждой группы.

Может создаваться путь вытеснения для исключения блокирования жидкостью относительных аксиальных перемещений.

Специалисту в данной области техники должно быть ясно, что нагрузка от жидкости вместо газа создает меньше проблем для любого уплотнения, необходимого для механизма. Магнитное взаимодействие снаружи и внутри через проходящую продольно кольцевую зону защищено немагнитным экранированием. Любое присутствие такой жидкости не создает значительного препятствия челночному действию. При условии достаточного переноса для обеспечения достаточного хода и эффективной передачи кинетической энергии любые подходящие пути потока и т.д. можно использовать. Кроме того, может создаваться оборудование для обеспечения некоторой смазки между наружной группой магнитов и экранированной группой магнитов ротора, то и другое для уменьшения перепада давления или создания любого из преимуществ, описанных ниже в данном документе.

Если необходимо, применяется одно или несколько из следующего: среда, в которой располагаются группы магнитов, является текучей средой, текучая среда переносится для уменьшения торможения, герметизация выполняется уплотнениями по типу «грязесъемников» между текучей средой и окружающей средой бурового раствора, привод улучшается включением в состав маховика, привод может являться согласованным магнитным приводом, обеспечивающим ввод от одной магнитной системы в согласованную с ней систему, но в отличающейся изолированной среде, согласованной магнитной системы, создающей механическое вращение одной из группы магнитов относительно другой, магнитные взаимодействия со смещением фазы данных групп магнитов создают сглаживание действия обжатия [либо магнита с магнитом или магнита с ферромагнитным материалом].

Устройство настоящего изобретения может устанавливаться либо выше или ниже блока создания крутящего момента.

Устройство настоящего изобретения можно использовать (без ограничения этим) в соединении со следующими скважинными мероприятиями: переключение клапанов, установка пробок, установка фильтров, борьба с поступлением песка в фильтры, фрезерование, удаление нерастворимого осадка, цементирование, отбор керна, бурение, ловильные операции с прихваченными инструментами, операции на тросе, создание вибраций/колебаний в бурильной колонне и/или инструментах, соединенных с бурильной колонной.

Устройство настоящего изобретения может иметь силовой блок с дублированным выводом крутящего момента, при этом обеспечивается расположение вибрационного устройства над силовым блоком создания крутящего момента и некоторыми другими инструментами (например, буровым долотом/фрезерующим инструментом и т.д.), подлежащими установке под силовым блоком.

При использовании в данном документе термины "группа магнитов" или "группы магнитов" (или вариации данных терминов) включают в себя любой материал постоянных магнитов, сгруппированный, по меньшей мере, по существу, в виде дискретных магнитов или как линия (слившаяся или иная) магнитов, наклоненных к общей оси ротора/ статора.

Материалы для постоянных магнитов, в частности, могут выбираться среди материалов из редкоземельных металлов с высокой магнитной плотностью, например неодима, таких как NdFeB, сохраняющий стабильность при 190°C и в виде самариево-кобальтового FmCo магнита, который можно использовать при температурах до 400°C.

Другие формы магнитов могут использоваться, включая те магниты, которые могут быть разработаны в будущем.

Много других расположений групп одинаковой полярности, разной полярности или смешанной полярности можно использовать для одного или другого, или для обоих, статора и ротора.

При использовании в данном документе термин "и/или" означает "и" или "или". В некоторых случаях он может означать то и другое.

В широком смысле можно сказать, что данное изобретение состоит из частей, элементов и признаков, названных или указанных в описаниях варианта применения, индивидуально или вместе, и любых или всех комбинаций любых двух или больше частей, элементов или признаков, и где конкретные целые числа упомянуты в данном документе, которые имеют известные эквиваленты в области техники, к которой данное изобретение относится, ввод таких известных эквивалентов подразумевается в данном документе как индивидуально изложенных.

Предпочтительная форма настоящего изобретения описана ниже со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых показано следующее.

На Фиг.1 показано скважинное ударное устройство только в одном примере использования в продольном сечении по общей оси относительного вращения ротора и компоновки кожуха/статора снабженного шлицами кожуха инструмента, может обеспечиваться вращение вала ротора относительно статора и, при этом, кожуха для создания относительности вращения между группами магнитов, способных к взаимодействию, и как следствие, обеспечиваться относительное аксиальное перемещение.

На Фиг.1А с увеличением показан путь потока в зоне В Фиг.1.

На Фиг.2А-2B соответственно показано сгруппированные по окружности и установленные в цилиндр (и без экранирования поверх магнитов) при необходимости наклонные ряды дискретных магнитов, могут располагаться, если необходимо, в необязательных расстановках на роторе, и в сечении только половина показанного на Фиг.2А с видом на втором плане изнутри на разрезанное сечением челночное устройство, показывающим оптимальное расположение дискретных магнитов челночного устройства (необязательно в любом комплементарном или эффективном устройстве).

На Фиг.3А-3E показано (как объяснение в двух измерениях противоположно трем измерениям) как одна магнитная группа на носителе во время вращения взаимодействует с другой магнитной группой на носителе, при теоретическом превращении в плоское изображение в двух измерениях, как показано, предполагается, по существу, синусоидальное перемещении одной группы относительно другой.

На Фиг.4А-4Е способом, аналогичным Фиг.3А-3E, показано, как группы можно модифицировать для воздействия на показатели работы, как в данном документе описано ниже.

На Фиг.5 показана (в виде двух частей) предпочтительная компоновка, в которой реализованы признаки настоящего изобретения.

На Фиг.2А-4Е дано простое изображение разных полярностей. Например, магниты с одной штриховкой можно считать полюсами S, магниты с двойной штриховкой можно считать полюсами N, или наоборот.

Предпочтительная форма настоящего изобретения показана на Фиг.1 и 5 с компонентом кожуха или трубчатым корпусом 1 (например, по типу бурильной колонны), выполненным с возможностью несения расположенного соосно с ним элемента 2 кожуха инструмента, который в свою очередь, если необходимо, может нести инструмент 3.

Инструмент 3 показан как долото, которое может крепиться любым известным способом.

Наружный корпус или кожух 1 несет корпус 4 статора, и между ними выполнено шлицевое соединение.

Данный корпус 4 несет магниты 5 статора наружной группы.

Данное челночное устройство, являющееся статором (т.е. не вращающееся относительно наружного элемента 1), может возвратно-поступательно перемещаться влево и вправо на Фиг.1, при этом ударяя по концу останавливающего элемента 6 с ударной гранью 7 челночного устройства 4 статора. В другом направлении, предпочтительно, не происходит удара, например, по верхнему концевому упору 8. Здесь, предпочтительно, имеется устройство 9 гашения отдачи, такое как раскрытое в заявке PCT/NZ/000084.

Должно быть ясно, что в настоящем изобретении не обязательно использовать данное устройство гашения отдачи для сохранения работоспособности инструмента, при этом удар челночного устройства должен приходиться непосредственно в концевой упор, который может быть оборудован на месте устройства гашения отдачи. В дополнительных вариантах осуществления должно быть ясно, что ударная нагрузка, создаваемая челночным устройством, может прикладываться только со стороны устья или только со стороны забоя скважины.

Как можно видеть, гидравлический забойный двигатель (не показано) может осуществлять привод с верхнего конца (напрямую или ненапрямую), насаженного на вал ротора 10, при этом обеспечивая вход текучей среды на позиции 11 и проход вниз через участок 12, через долото и выход из долота на позиции 13.

Можно обеспечивать выполнение ротора в основном из одного материала. Ротор включает в себя внутренние магнитные группы 14.

Предпочтительно, трубчатый элемент создается, например, из проницаемого для магнитного поля материала 6 (инконель или др.) для обеспечения целостности вращающихся групп магнитов ротора.

Вместе с тем, можно создавать многочисленные отверстия для обеспечения прохода текучей среды между статором и наружным корпусом. Здесь см. путь 17 потока, показанный на Фиг.1А.

На чертежах разные полярности показаны отличающиеся штриховкой магниты в каждой из групп. Предусматривается проницаемая для магнитного потока крышка каждой группы, одна, вращающаяся с внутренней компоновкой, и одна, вращающаяся с наружной компоновкой. Предусматривается камера (например, кольцевая камера) или пленка (кольцевая пленка) жидкости (например, масла) между крышками и с любой жидкостью, налитой на дно в каждой концевой зоне с возможностью перемещения (разбрызгивания) [например, через путь], не препятствующего возвратно-поступательному перемещению до подачи на выход вибрации.

Также предусматривается бандажирование наружной группы с внешней стороны (например, материалом локализации магнитного поля, например, ферромагнитным материалом) и т.п., также целесообразное в любом месте для исключения путей магнитного потока.

Прогнозируется значительное уменьшение числа частей (например, в описанном варианте осуществления 80%-ное уменьшение), требуемых для сборки настоящего изобретения по сравнению с ударными устройствами описаний предыдущих патентов с прогнозируемой компоновочным узлом из двух частей, упрощающим сборку и разборку. С меньшим числом частей настоящее изобретение обеспечивает удешевление изготовления и сборки с последующим увеличением надежности вследствие уменьшения числа частей и промежуточных узлов.

Благодаря тому, что ударная часть настоящего изобретения выполнена с возможностью заполнения связанной текучей средой для достижения равновесия давления со скважинной средой, при котором должно работать устройство предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения, прогнозируется потенциальное отсутствие ограничения на давление, при котором ударное устройство можно эксплуатировать. На практике предусматривается, что ограничения, при которых ударное устройство может работать, должны определяться материалом, из которого ударное устройство изготовлено.

Необязательные параметры для взаимодействующих групп магнитов включают в себя взаимодействующие группы магнитов, которые располагаются концентрически (например, внутренними и наружными, по существу, цилиндрическими группами) для взаимодействия через радиальное разделение, или взаимодействующие группы магнитов, которые располагаются по одной окружности (но аксиально разнесенными) для взаимодействия через аксиальное разделение, взаимодействующие группы магнитов нет необходимости поворачивать на 360 градусов для получения челночного действия, частичный поворот также предусматривается для получения требуемого челночного перемещения, аналогичное челночное перемещение можно получить с помощью расположения взаимодействующих групп магнитов в различных комбинациях или схемах.

Для взаимодействия такой внутренней и наружной группы частота и амплитуда челночного перемещения может меняться с помощью любого одного или нескольких из следующего [как с объединением, так и без него (например, ударного устройства с его группой магнитов относительно другой группы магнитов)]: если группы магнитов являются неизменными, увеличение приводной мощности для увеличения скорости относительного вращения уменьшает амплитуду аксиального относительного перемещения с увеличением частоты колебаний, и/или если увеличивается мощность на группах магнитов, может иметь место увеличение амплитуды аксиального относительного перемещения при неизменной частоте перемещения, и/или если необходимо увеличить продолжительность каждого магнитного взаимодействия (например, с помощью некоторого группирования магнитов аксиальной полярности над аксиально проходящими зонами), это можно выполнить, увеличивая амплитуду относительного аксиального перемещения.

В качестве примера на Фиг.3А-3E показана для обеих, внутренней и наружной групп, регуляризация в установке полюсов, двойная штриховка указывает, полюс N и одинарная штриховка указывает полюс S.

В качестве примера, на Фиг.4А-4Е с использованием одинаковых более темных для N/ и более светлых для S изображений показано образование пар NN и SS в обеих группах в аксиальном направлении.

Как следствие радиального расположения групп магнитов в ударной части настоящего изобретения, ударное устройство становится более механически прочным, и эффективный диаметр ударного устройства значительно уменьшается. Это дает несколько преимуществ перед нашими предыдущими ударными устройствами, включающими в себя: уменьшенное ударное устройство с равной мощностью на выходе, благодаря увеличению удельной мощности на погонный метр для любого фиксированного сечения, и значительно уменьшенное поле допуска при изготовлении.

Устройство может использоваться как создающее вибрацию устройство (например, не обязательно, как ударное устройство на инструменте).

Устройство может создавать вибрации для непрерывных гибких труб в скважине или в других вариантах применения.

Дополнительные варианты использования настоящего изобретения включают в себя: освобождение оборудования, прихваченного в скважине, бурение, создание вибрации/колебаний в бурильной колонне или инструментах, соединенных с бурильной колонной, генерирование ударов для сейсмических исследований, минимизация силы трения в скважине в вариантах "сверхдальнего отхода от вертикали", вибрирование при цементировании в скважине, установка гравийных фильтров в скважине благодаря уникальной конструкции со сквозным проходом потока.

При использовании с бурильной колонной или в ней и/или непрерывной гибкой колонне вибрационное устройство может устанавливаться в любом месте в бурильной колонне/гибкой колонне, с созданием нескольких блоков при необходимости.

Должно быть ясно, что при изготовлении устройства настоящего изобретения магниты могут устанавливаться в демпфирующий материал, такой как гель, в отверстия, просверленные в корпусах челночного устройства и обсадной колонны, таким образом, предотвращается столкновение магнитов и обеспечивается последующая замена магнитов при разрушении.

Устройство настоящего изобретения может настраиваться по частоте с помощью любой из комбинаций концевых пространств, и/или изменением подачи раствора насосами с поверхности.

На Фиг.5 показан измененный вариант устройства с компоновкой 17 корпуса (где зона 18 находится в нижней части Фиг.5 с переходом в верхнюю часть Фиг.5).

В данном устройстве имеется пружина 19 регенерации энергии над взаимодействующими группами 20 и 21 магнитов, каждой, взаимодействующей, как описано выше для других вариантов осуществления.

Предпочтительно, наружная группа магнитов представляет собой компоновку 22, закрепленную шпонкой к корпусной компоновке, при этом выполненную с возможностью колебаний (например, около 16 мм) для обеспечения воздействия на ударную зону 23.

Инструмент 24 может являться любым инструментом, предпочтительно, с питанием буровым раствором через центральную трубу 25. Такой буровой раствор сверху в бурильной колонне может являться отработавшим в гидравлическом забойном двигателе.

Для взаимодействия групп магнитов используют жидкости с низким сопротивлением для лучшего обеспечения уплотнения. Отверстия 26 прохода текучей среды могут обеспечивать разбрызгивание жидкости, достаточное для предотвращения блокирования.

Можно использовать другие текучие среды (например, жидкость или текучую среду 27 низкой вязкости для компенсации давления). Подшипники и/или пружины (используемые для изоляции подшипников от удара или сотрясения), показанные позициями 29 и 28, соответственно, могут располагаться в среде 30 смазочного масла, ограниченной поршнями 31 компенсации давления.

Устройство, кратко описанное выше, можно использовать в нескольких различных вариантах применения и конкретных следующих скважинных инструментах, специалисту в данной области техники должно быть ясно, что следующие примеры не дают исчерпывающего перечня.

В первом варианте применения аксиально возвратно-поступательно перемещающаяся группа магнитов может ударять по корпусу инструмента, при этом передавая удар высокой энергии на буровое долото. Данный вид удара является предпочтительным при бурении в горных породах, где удар имеет достаточную силу для разрушения породы.

Буровое долото, используемое в данном варианте применения, может являться "ударным" долотом с фиксированным корпусом или предпочтительно гибридным буровым долотом согласно патентной заявке NZ 588092/589004 (US 61/344883).

Данный инструмент должен предпочтительно устанавливаться на нижнем конце бурильной колонны, хотя имеются ситуации, где его можно использовать в начале бурильной колонны (как наземный пневмоударник, передающий удар на буровое долото по всей длине бурильной колонны). Альтернативно его можно использовать без долота в бурильной колонне и использовать как встряхивающий инструмент (бурильный ясс) для содействия извлечению прихваченной трубы или обсадной колонны. Данный инструмент можно использовать в соединении с вышеупомянутым маховиком.

Другим примером является использование данного магнитного устройства с системой извлекаемого на тросовой линии ударного устройства отбора керна (см. PCT/NZ 2011/000056), при этом ударное устройство может являться магнитным. Буровое долото, используемое в данном варианте применения, может являться алмазным колонковым долотом с фиксированным корпусом или предпочтительно гибридным буровым долотом (см. NZ 588092/589004, упомянутый выше).

Данный инструмент предпочтительно используется на нижнем конце бурильной колонны.

Данный инструмент можно использовать в соединении с вышеупомянутым маховиком.

В другом примере использования данное магнитное устройство является аналогичным вышеупомянутому ударному устройству для проходки горной породы, однако здесь имеются два механических ввода.

Две бурильные штанги (одна в другой) вращаются (предпочтительно) независимо друг от друга установленным на поверхности приводным устройством. Внутренняя штанга используется для вращения приводом групп магнитов, обуславливая выполнение с помощью второй аксиально перемещающейся группы магнитов ударов по корпусу инструмента и буровому долоту, вторая аксиально колеблющаяся группа магнитов вращается синхронно с наружной бурильной штангой. Вращение наружной бурильной штанги также регулирует усилие, передаваемое на буровое долото, и используется для регулирования скорости вращения долота, требуемых для обеспечения ударно-вращательного воздействия бурового долота на горную породу.

Буровое долото, используемое в данном варианте применения, может являться долотом с фиксированным корпусом "ударного бурения" или предпочтительно гибридным буровым долотом (см. вышеупомянутый NZ 588092/589004), или любым подходящим долотом, например долотом с конусными шарошками.

Данный инструмент предпочтительно используется на нижнем конце бурильной колонны.

Данный инструмент можно использовать в соединении с вышеупомянутым маховиком.

Примечание, во всех вышеупомянутых примерах данное устройство имеет некоторые или все из следующих признаков.

1. Предпочтительно используется с текучей средой низкой вязкости для минимизации проблем уплотнения при высоком перепаде давления.

2. Может использоваться любая группа магнитов, создающая аксиальное возвратно-поступательно перемещение, при "возбуждении" вращающейся группой магнитов, при этом магниты любой формы можно использовать.

3. Магниты предпочтительно относятся к любым магнитам с так называемыми редкоземельными компонентами, но можно также использовать сверхпроводящие элементы.

4. Можно использоваться деформируемый механизм (механизмы) (например, пружину) для минимизации нештатного удара и повторного использования кинетической энергии, которая может в ином случае теряться.

5. Во всех случаях могут использоваться или не использоваться вышеописанные "пути текучей среды", обеспечивающие колебания аксиально перемещающихся групп магнитов в пленке текучей среды с минимальной потерей мощности.

6. Во всех случаях могут использоваться или не использоваться поршни компенсации давления.

7. Все магниты, установленные как в группе вращающихся магнитов, так и в группе аксиально возвратно-поступательно перемещающихся магнитов, предпочтительно "заключены" в материалы с высоким электрического удельным сопротивлением (например, инконель, монель, титан, аустенитная нержавеющая сталь, карбиновое волокно и т.д.).

8. Привод с подходящей величиной крутящего момента (например, от гидравлического забойного двигателя, бурового турбодвигателя или электродвигателя, пневматического двигателя или гидравлического двигателя или т.п.) оборудуется для вращения вращающихся групп магнитов.

9. Во всех случаях предпочтительно имеется, по меньшей мере, одна из групп магнитов, вращающаяся синхронно с бурильной колонной.

10. Во всех случаях предпочтительно требуется шлицевое соединение (или аналогичное), синхронно соединяющее аксиально возвратно-поступательно перемещающуюся группу магнитов с наружным корпусом (и удлинителем бурильной колонны) и обеспечивающее возвратно-поступательное перемещение под воздействием вращающейся группы магнитов.

11. Все вышеописанные устройства можно использовать с механическим или магнитным маховиком.

Вибрационное устройство содержит удлиненный корпус, наружную удлиненную компоновку, установленную коаксиально в корпусе и выполненную с предотвращением вращения и с возможностью возвратно-поступательного продольного перемещения относительно обсадной колонны, внутреннюю удлиненную компоновку, установленную коаксиально в наружной удлиненной компоновке и выполненную с возможностью пропуска текучей среды в продольном направлении части вибрационного устройства и имеющую группу магнитов, расположенных коаксиально и продольно в указанной компоновке, и расположенную в группе магнитов наружной удлиненной компоновки на расстоянии от нее и коаксиально с ней. Каждый магнит внутренней удлиненной компоновки имеет единственный полюс в группе со смешанными или не смешанными полюсами, обращенный наружу. Внутренняя или наружная удлиненные компоновки выполнены с возможностью вращения под действием привода относительно другой удлиненной компоновки, обеспечивая возвратно-поступательное относительное перемещение между внутренней и наружной удлиненными компоновками в результате многочисленных магнитных взаимодействий в удлиненном кольцевом пространстве между группами магнитов. Обеспечивается увеличение гидравлической мощности на скважинном инструменте. 15 з.п. ф-лы, 15 ил.

1. Вибрационное устройство, способное действовать или в зоне устья, или в зоне забоя скважины как часть бурильной колонны и содержащее:
удлиненный корпус,
наружную удлиненную компоновку, установленную по существу коаксиально в корпусе и выполненную с предотвращением вращения, но с возможностью возвратно-поступательного продольного перемещения относительно обсадной колонны, при этом наружная удлиненная компоновка содержит группу магнитов, расположенных коаксиально и продольно в ней, причем каждый магнит группы имеет единственный полюс в группе со смешанными или не смешанными полюсами, обращенный внутрь,
внутреннюю удлиненную компоновку, установленную по существу коаксиально в наружной удлиненной компоновке и выполненную с возможностью пропуска текучей среды в продольном направлении, по меньшей мере, части вибрационного устройства и имеющую группу магнитов, расположенных коаксиально и продольно в указанной компоновке, и расположенную в группе магнитов наружной удлиненной компоновки на расстоянии от нее и коаксиально с ней, при этом каждый магнит внутренней удлиненной компоновки имеет единственный полюс в группе со смешанными или не смешанными полюсами, обращенный наружу, при этом
внутренняя или наружная удлиненная компоновка выполнена с возможностью вращения под действием привода относительно другой удлиненной компоновки, обеспечивая возвратно-поступательное относительное перемещение между внутренней и наружной удлиненными компоновками в результате многочисленных магнитных взаимодействий в удлиненном кольцевом пространстве между группами магнитов, при этом
относительное вращение внутренней и наружной удлиненных компоновок и создаваемое вследствие этого линейное возвратно-поступательное перемещение обеспечивает на выходе вибрацию вибрационного устройства, и при этом
привод получает входную мощность от текучей среды, обеспечивая непосредственно или косвенно вращение внутренней и наружной удлиненных компоновок, при этом текучая среда не попадает в удлиненное кольцевое пространство, которое может содержать другую текучую среду.

2. Вибрационное устройство по п.1, действующее в забое скважины как часть бурильной колонны.

3. Вибрационное устройство по п.1 или 2, в котором каждый магнит однополюсного типа, имеющий единственный полюс для внутреннего взаимодействия в кольцевом пространстве, расположен на спиральной траектории магнитов с полюсами такого типа в своей группе.

4. Вибрационное устройство по п.1, в котором возвратно-поступательное перемещение сопровождается ударами.

5. Вибрационное устройство по п.1, в котором текучая среда может проходить через вибрационное устройство.

6. Вибрационное устройство по п.5, в котором подача текучей среды в гидравлический забойный двигатель, турбину или пневматический привод создает вращение внутренней удлиненной компоновки, причем наружная удлиненная компоновка имеет шлицевое соединение с наружным корпусом бурильной колонны или в противном случае не имеет возможности вращаться относительно указанного внешнего корпуса, частью которого вибрационное устройство является, при этом обеспечивается относительное вращение.

7. Вибрационное устройство по п.1, в котором внутренняя и наружная удлиненные компоновки заключены в общую камеру.

8. Вибрационное устройство по п.7, в котором общая камера содержит жидкость.

9. Вибрационное устройство по п.8, в котором обеспечен привод на основе магнитного притяжения на одной из внутренней или наружной удлиненной компоновок, причем компоновка, которая обеспечена приводом на основе магнитного притяжения, расположена в кожухе, также содержащем другую из внутренней или наружной удлиненной компоновок.

10. Вибрационное устройство по п.1, в котором каждая из внутренней и наружной удлиненной компоновок расположены в отдельной закрытой камере и одна или обе камеры содержат жидкость.

11. Вибрационное устройство по п.1, содержащее маховик, содержащий привод вращения для одной из внутренней и наружной удлиненной компоновок.

12. Вибрационное устройство по п.11, в котором маховик является механическим или магнитным маховиком, который сглаживает эффект обжатия, который может возникать в противном случае.

13. Вибрационное устройство по п.12, в котором маховик расположен между приводом и одной из внутренней и наружной удлиненными компоновками.

14. Вибрационное устройство по п.13, в котором привод является гидравлическим забойным двигателем/ турбиной/ гидравлическим/пневматическим или электрическим приводом.

15. Вибрационное устройство по п.1, в котором жидкость, помещенная между компоновками, способствует или должна способствовать противодействию окружающему давлению в скважине.

16. Вибрационное устройство по п.1, которое является ударным устройством.