СКВАЖИННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЗДАНИЯ ПУЛЬСАЦИЙ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ВНУТРИСКВАЖИННЫХ РАБОТ Российский патент 2016 года по МПК E21B28/00 

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0001] Настоящее изобретение относится в целом к способам и устройству для создания вибраций или пульсаций текучей среды с помощью скважинного инструмента. Более конкретно, настоящее изобретение относится к способам и устройству, которые обеспечивают возможность извлечения компонентов скважинного устройства для создания пульсаций из буровой колонны или в других случаях облегчают ловильные работы и другие внутрискважинные работы.

[0002] Скважинные устройства для создания пульсаций используют для создания флуктуаций давления текучей среды, вызывающих вибрации буровой колонны. Эти вибрации или пульсации обеспечивают возможность предотвращения налипания твердых материалов на буровую колонну и, как следствие, возможность снижения трения и предотвращения застревания буровой колонны в скважине. Таким образом, использование устройств создания пульсаций может быть полезным при расширении рабочего диапазона буровых снарядов.

[0003] Обычные устройства для создания пульсаций не обеспечивают возможность проведения ловильных работ или иных внутрискважинных работ снизу от устройства. Кроме того, удаление устройств для создания пульсаций из скважины может оказаться затруднительным без извлечения значительной части буровой колонны. Во многих случаях устройство для создания пульсаций обязательно должно быть полностью удалено из скважины с целью проведения любых ловильных работ или иных внутрискважинных работ снизу от устройства.

[0004] Таким образом, продолжает сохраняться потребность в способах и устройствах для проведения ловильных работ или иных внутрискважинных работ снизу от устройства для создания импульсов, которые были бы свободны от вышеуказанных и иных ограничений существующего уровня техники.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0005] Скважинный инструмент содержит корпус, имеющий продольный канал и узел мешалки, размещенный внутри продольного канала корпуса. Также внутри продольного канала размещен съемный компонент, который может быть удален из корпуса с тем, чтобы по меньшей мере частично открыть продольный канал. В конкретных вариантах реализации после удаления съемного компонента из корпуса внутрискважинные работы могут быть выполнены через продольный канал. В конкретных вариантах реализации съемный компонент представляет собой часть узла мешалки. В конкретных вариантах реализации узел мешалки дополнительно содержит статор, соединенный с корпусом, и ротор, который приводится во вращение текучей средой, перемещающейся через корпус. В конкретных вариантах реализации съемный компонент размещен внутри ротора. В конкретных вариантах реализации ротор представляет собой съемный компонент. В конкретных вариантах реализации съемный компонент размещен внутри обходного канала через корпус.

[0006] В других вариантах реализации скважинный инструмент содержит корпус, имеющий продольный канал, и узел мешалки, размещенный внутри корпуса и закрывающий продольный канал. Съемный компонент размещен внутри корпуса и может быть удален из корпуса с тем, чтобы по меньшей мере частично открыть этот продольный канал. В конкретных вариантах реализации внутрискважинные работы могут быть выполнены через сквозной канал после удаления съемного компонента из корпуса. В конкретных вариантах реализации узел мешалки дополнительно содержит статор, соединенный с корпусом, и ротор, который приводится во вращение текучей средой, перемещающейся через корпус. В конкретных вариантах реализации съемный компонент размещен внутри ротора. В конкретных вариантах реализации съемный компонент размещен внутри обходного канала, проходящего через корпус.

[0007] В других вариантах реализации предложен способ, согласно которому размещают узел мешалки в корпусе, имеющем сквозной продольный канал, и размещают узел мешалки и корпус в скважине. Узел мешалки приводят в действие путем перемещения текучей среды через корпус. Съемный компонент может быть удален из корпуса с тем, чтобы по меньшей мере частично открыть продольный канал, проходящий через корпус. После удаления съемного компонента скважинный инструмент проводят через скважину и продольный канал, проходящий через корпус. В конкретных вариантах реализации съемный компонент представляет собой часть узла мешалки. В конкретных вариантах реализации узел мешалки содержит статор, соединенный с корпусом, и ротор, который приводят во вращение текучей средой, перемещающейся через корпус. В конкретных вариантах реализации съемный компонент размещен внутри ротора. В конкретных вариантах реализации ротор представляет собой съемный компонент. В конкретных вариантах реализации съемный компонент размещен внутри обходного канала, проходящего через корпуса.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0008] Для более подробного описания вариантов реализации настоящего изобретения в данный документ включены ссылки на приложенные чертежи.

[0009] На фиг. 1 показан частичный вид в разрезе узла мешалки, содержащего сменный узел картриджа.

[0010] На фиг. 2 показан частичный вид в разрезе сменного узла картриджа.

[0011] На фиг. 3 и 3А показан частичные виды в разрезе узла мешалки со встроенным роторным клапаном.

[0012] На фиг. 4 показан частичный вид в разрезе сменного узла мешалки, размещенного в смещенном корпусе.

[0013] На фиг. 5 показан частичный вид в разрезе сменного узла мешалки, содержащего внутренние лопатки.

[0014] На фиг. 6 показан частичный вид в разрезе сменного узла мешалки, содержащего внешние лопатки и радиальный клапан регулирования расхода.

[0015] На фиг. 7, 7А и 7В показаны частичные виды в разрезе сменного узла мешалки, содержащего внешние лопатки и осевой клапан регулирования расхода.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

[0016] Следует понимать, что нижеследующее описание раскрывает несколько иллюстративных вариантов реализации различных отличительных свойств, конструкций или функций согласно настоящему изобретению. Иллюстративные варианты компонентов, компоновок и конфигураций описаны ниже с целью упрощения настоящего описания, тем не менее, данные иллюстративные варианты приведены исключительно в качестве примеров и не предназначены для ограничения объема изобретения. Кроме того, в настоящем описании могут повторятся ссылочные цифры и/или буквы в различных иллюстративных вариантах и на приведенных здесь чертежах. Данное повторение имеет своей целью простоту и ясность и само по себе не устанавливает никакой связи между различными иллюстративными вариантами и/или конфигурациями, описываемыми со ссылками на различные чертежи. Кроме того, взаимное расположение первого и второго отличительных признаков в нижеследующем описании может включать варианты, в которых первый и второй отличительные признаки приведены в непосредственном контакте, а также варианты, в которых между первым и вторым отличительными признаками вставлены дополнительные отличительные признаки, так что первый и второй отличительные признаки могут не находиться в непосредственном контакте. Наконец, иллюстративные варианты, представленные ниже, могут сочетаться в любых комбинациях, например любой элемент из одного иллюстративного варианта может быть использован в любом другом иллюстративном варианте, без выхода за рамки объема изобретения.

[0017] Кроме того, в нижеследующем описании и формуле изобретения для ссылки на конкретные компоненты используются определенные термины. Специалистам в данной области техники понятно, что различные лица могут ссылаться на один и тот же компонент, используя различные названия, и таким образом принятый в настоящем описании способ наименования элементов не направлен на ограничение объема изобретения, если иное специально не оговорено здесь же. Кроме того, принятый здесь способ наименования не имеет своей целью проведение различий между компонентами, которые различаются своими названиями, но не функциями. Также в нижеследующем описании и формуле изобретения термины «включать в себя» и «содержать» используются в неограничивающем смысле, т.е. в смысле «содержать что-либо, но не ограничиваться этим». Все числовые значения в настоящем описании могут быть точными или приблизительными, если иное не оговорено отдельно. Соответственно, приведенные в настоящем описании различные варианты реализации изобретения могут отклоняться от раскрытых здесь числовых значений и диапазонов без выхода за пределы объема настоящего изобретения. Кроме того, используемый в формуле изобретения и спецификации термин «или» предназначен для охвата как эксклюзивного, так и инклюзивного случаев, т.е. выражение «А или В» должно пониматься как синоним выражения «по меньшей мере один из А и В», если иное специально не оговорено здесь же.

[0018] Как показано на фиг. 1 и 2, скважинный инструмент 10 содержит верхний переводник 12, узел 14 мешалки и нижний переводник 16. Узел 14 мешалки содержит силовую часть 18, которая функционально соединена с клапанным узлом 20 и размещена внутри корпуса 19. Силовая часть 18 в иллюстративном примере показана как содержащая ротор 22 и статор 24, образующие винтовой двигатель кавитационного типа, в котором ротор приводится во вращение потоком текучей среды через область сопряжения между ротором и статором. Очевидно, что в других вариантах в качестве силовой части 18 могут быть использованы другие двигатели, датчики момента, приводы и иные устройства.

[0019] Клапанный узел 20 функционально соединен с ротором 22 силовой части 18. Клапанный узел 20 выборочно открывается с тем, чтобы обеспечить возможность протекания текучей среды между узлом 14 мешалки и нижним переводником 16. Выборочное обеспечение возможности протекания текучей среды через клапанный узел 20 создает флуктуации или пульсации давления текучей среды в скважинном инструменте 10 и, как следствие, создает вибрации этого инструмента. Клапанный узел 20 может представлять собой осевой клапан регулирования расхода, радиальный клапан регулирования расхода или иную клапанную конфигурацию, которая может приводиться в действие силовой частью 18.

[0020] Узел 14 мешалки, содержащий силовую часть 18 и клапанный узел 20, образует съемный компонент, который имеет возможность извлечения из внешнего корпуса 19 без отсоединения последнего от верхнего переводника 12 или нижнего переводника 16. Узел 14 мешалки может быть присоединен к внешнему корпусу 19 посредством замкового механизма, соединения, работающего на сдвиг, или любого другого разъемного соединения, которое обеспечивало бы возможность отсоединения узла 14 мешалки от внешнего корпуса 19.

[0021] В конкретных реализации вариантах узел 14 мешалки может содержать канавку взаимодействия, запорный профиль, ловильную шейку или другие средства, которые соединены с силовой частью 18 и обеспечивают возможность взаимодействия этой части и клапанного узла 20 посредством ловильного инструмента. При своем взаимодействии с узлом 14 мешалки ловильный инструмент может осуществить удаление силовой части 18 и соединенного с нею клапанного узла 20 из внешнего корпуса 19. В конкретных вариантах реализации процесс и инструмент, используемые для удаления компонентов из узла 14 мешалки, могут также использоваться для повторного монтажа этих же компонентов, в то время как остальная часть узла мешалки остается на своем месте.

[0022] В конкретных вариантах реализации в качестве альтернативы узлу 14 мешалки клапанный узел 20 может быть соединен с ротором 22 и может иметь такой размер, что клапанный узел 20 образовывает съемный компонент, который может быть удален из скважинного инструмента 10 через статор 24. В этом случае один конец ротора 22 будет соединен с клапанным узлом 20, а второй конец ротора 22 будет содержать канавку взаимодействия, запорный профиль, ловильную шейку или другие средства, которые обеспечат возможность взаимодействия ловильного инструмента с ротором 33 и возможность удаления ротора и соединенного с ним клапанного узла 20 из узла мешалки. После удаления ротора 22 и клапанного узла 20 канал статора 24 оказывается открытым и доступным для обеспечения возможности поддержки внутрискважинных работ снизу от этого узла.

[0023] Как показано на фиг. 3 и 3А, узел 30 мешалки содержит упругий статор 32, соединенный с внутренней поверхностью корпуса 34. Ротор 36 размещен внутри корпуса 34 и имеет внешнюю поверхность, которая взаимодействует с внутренней поверхностью статора 32 с образованием винтового насоса кавитационного типа, в котором ротор 36 вращается согласно с потоком текучей среды, нагнетаемым между ротором и статором. Ротор 36 зафиксирован в осевом направлении внутри корпуса 34 посредством стопорных элементов 40, которые размещены на каждом конце ротора 36. Ротор 36 в иллюстративном примере показан как заканчивающийся стопорными элементами 40, однако в других вариантах ротор 36 может выходить за один или оба стопорных элемента 40. Стопорные элементы 40 соединены с корпусом 34 и предотвращают осевое смещение ротора 36 относительно корпуса 34. Стопорные элементы 40 могут быть встроены внутрь корпуса 34 или размещены рядом с корпусом и соединены с ним. Каждый из стопорных элементов 40 может содержать отверстие 42 для потока текучей среды, которое обеспечивает возможность прохождения текучей среды в ротор 36 и из него, либо другие отверстия для потока текучей среды, которые обеспечивают возможность протекания текучей среды в кольцевое пространство между ротором 36 и корпусом 34.

[0024] Ротор 36 имеет внутренний конец 44 с осевым впускным отверстием 46, которое по существу совмещено с отверстием 42 для потока текучей среды в стопорном элементе 40. Один или более радиальных выпускных отверстий 48 образуют тракт текучей среды, который обеспечивает возможность поступления текучей среды из внутренней части ротора 36 в область сопряжения между этим ротором и статором 32. В конкретных вариантах реализации пробка 50 предотвращает поступление текучей среды через внутреннюю область ротора 36. В других вариантах ротор 36 может быть выполнен на основе твердого стержня.

[0025] Ротор 36 имеет также выходной конец 52, содержащий выпускное отверстие 54 для текучей среды, которое по существу совмещено с отверстием 42 для потока текучей среды в стопорном элементе 40. Выходной конец 52 может быть выполнен за одно целое с ротором 36 или может быть соединен с ротором в качестве отдельного компонента. Выходной конец содержит также первичный 56 и вторичный 58 впускные отверстия для текучей среды, которые обеспечивают возможность протекания текучей среды в выходной конец 52 из области сопряжения между ротором 36 и статором 32. Один или более уплотнительных элементов 60 соединены с корпусом 34 и выполнены с возможностью ограничения потока текучей среды в первичное впускное отверстие 56 по мере вращения ротора 36 относительно корпуса. Количество и конфигурация впускных отверстий 56, 58 для текучей среды и уплотнительных элементов 60 могут варьироваться с целью регулирования количества пульсаций давления за один оборот ротора 36. Например, в конкретных вариантах реализации выходной конец 52 может содержать множество впускных отверстий 56 для текучей среды и/или уплотнительных элементов 60 с тем, чтобы создавать пульсации давления необходимой частоты. В конкретных вариантах реализации впускные отверстия 56, 58 для текучей среды могут иметь некруглое поперечное сечение или могут выборочно закрываться с целью дополнительного регулирования частоты создаваемых пульсаций давления.

[0026] Каждый первичное впускное отверстие 56 может быть расположено в эксцентричном выступе 62, отходящем от выходного конца 52 ротора 36. Эти эксцентричные выступы 62 могут быть выполнены как единое целое с выходным концом 52, либо могут быть выполнены в качестве отдельных компонентов и соединены с выходным концом 52. В конкретных вариантах реализации эксцентричные выступы 62 могут быть подвергнуты термической обработке и/или нанесению покрытия с целью уменьшения износа и эрозии, вызываемой текучей средой. Первичное впускное отверстие 56 будет по существу закрываться каждый раз при контакте с уплотнительным элементом 60, который может быть частью статора 32 или отдельным компонентом, соединенным с корпусом 34. Благодаря вращению ротора 36 и конфигурации эксцентричного выступа 62 первичное впускное отверстие 56 будет контактировать с каждым уплотнительным элементом 60 один раз за один оборот ротора. При вращении ротора 36 первичное впускное отверстие 56 будет удаляться от уплотнительного элемента 60, чтобы обеспечить возможность поступления текучей среды через это впускное отверстие, а затем будет снова контактировать с уплотнительным элементом, чтобы ограничить расход текучей среды через это впускное отверстие. В определенных вариантах уплотнительный элемент 60 может быть вытянут вокруг всей внутренней поверхности корпуса 34.

[0027] Во время работы текучую среду подают к входному концу 44 ротора 36. Эта текучая среда протекает через отверстие 42 для потока текучей среды и впускное отверстие 46 внутрь ротора 36. Затем текучая среда протекает через радиальные выпускные отверстия 48 в кольцевое пространство между ротором 36 и корпусом 34. В конкретных вариантах реализации стопорный элемент 40 может содержать дополнительные тракты текучей среды, которые обеспечивают возможность протекания текучей среды в обход внутренней области ротора 36 непосредственно в кольцевое пространство между ротором 36 и корпусом 34. Из этого кольцевого пространства текучая среда совершает перемещение через область сопряжения между ротором 36 и статором 32 и приводит ротор 36 во вращение вокруг своей оси. Когда текучая среда достигает выходного конца 52 ротора 36, часть текучей среды будет поступать внутрь ротора через вторичное впускное отверстие 58. Это вторичное впускное отверстие 58 имеет размеры, которые обеспечивают возможность прохождения текучей среды в количестве, достаточном для непрерывного вращения ротора. Без непрерывного поступления текучей среды ротор не будет вращаться, поэтому вторичное впускное отверстие 58 обеспечивает возможность непрерывного поступления текучей среды через данный узел.

[0028] По мере вращения ротора 36 первичное впускное отверстие 56 перемещается между положением, совмещенным с уплотнительным элементом 60, и положением, не совмещенным с этим уплотнительным элементом. Когда первичное впускное отверстие 56 совмещено с уплотнительным элементом 60, расход текучей среды через это впускное отверстие значительно ограничивается. Когда первичное впускное отверстие 56 не совмещено с уплотнительным элементом 60, расход текучей среды через это впускное отверстие не ограничивается. Таким образом, по мере вращения ротора 36 прерывающееся взаимодействие между первичным впускным отверстием 56 и уплотнительным элементом 60 создает флуктуации или пульсации давления в потоке текучей среды, которые создают вибрации в системе.

[0029] Узел 30 мешалки может представлять собой съемный компонент, как было описано выше со ссылками на фиг. 1 или 2, либо может обеспечивать возможность ловильных работ через ротор 36. Для обеспечения возможности ловильных работ или других внутрискважинных работ пробка 50 может представлять собой съемный компонент, который может быть удален из внутренней полости ротора 36, например, с помощью ловильных работ. Когда пробка 50 удалена, отверстия 42 для потока текучей среды и ставшая теперь незапертой внутренняя полость ротора 36 образуют канал, через который могут выполняться ловильные работы и другие внутрискважинные работы. После того, как эти работы завершены, пробка 50 может быть вновь установлена внутри ротора 36, чтобы обеспечить возможность функционирования узла 30 мешалки. Для облегчения извлечения пробка 50 может быть соединена с ротором 36 с возможностью отсоединения посредством замкового механизма или средства, резьбового соединения, цанговой муфты или любого другого разъемного соединения.

[0030] В конкретных вариантах реализации пробка 50 может быть оснащена соплом, клапаном или другим устройством регулирования расхода с тем, чтобы обеспечить возможность поступления некоторого количества текучей среды в обход области ротора/статора непосредственно через внутреннюю полость ротора 36. Это может быть полезно при регулировании расхода текучей среды через узел 30 мешалки с тем, чтобы ограничить скорость вращения ротора и, как следствие, частоту пульсаций давления. Например, устройство регулирования расхода может быть выполнено и встроено таким образом, чтобы оно открывалось тем больше, чем выше расход и давление текучей среды, с тем, чтобы обеспечить больший расход текучей среды через внутреннюю полость ротора 36. Этот увеличенный расход может способствовать поддержанию относительного баланса и оптимальной величины расхода через область ротора/статора мешалки 30.

[0031] В другом варианте пробка 50 может быть выполнена и встроена таким образом, чтобы шар, стрела или другой объект мог быть «сброшен» внутрь бурильной колонны, в результате чего все или часть отверстий для текучей среды в пробке 50 будут выборочно заблокированы или открыты с тем, чтобы увеличить или уменьшить величину расхода через область ротора/статора. Размер указанного шара или другого объекта может определять количество блокируемых или открываемых отверстий для текучей среды в пробке.

[0032] В каждом из описанных здесь вариантов благодаря возможности регулирования расхода текучей среды через узел 30 мешалки может быть реализована возможность регулирования частоты и амплитуды пульсаций давления. В конкретных вариантах реализации может быть необходимо обеспечить возможность включения/выключения узла 20 мешалки с тем, чтобы пульсации давления создавались только тогда, когда это необходимо. Например, может быть необходимо прервать процесс создания пульсаций давления с тем, чтобы они не создавали помех для результатов скважинных измерений в процессе бурения (MWD) или других данных, основанных на пульсациях давления. В этих вариантах пробка 50 может быть выполнена и встроена таким образом, чтобы обычно поток текучей среды через область ротора/статора был заблокирован, и возможность поступления потока текучей среды на мешалку обеспечивалась в результате активации пробки, например, путем сбрасывания шара или путем изменения расхода текучей среды. Например, пробка 50 может быть выполнена и размещена таким образом, чтобы радиальные выпускные отверстия 48 в роторе могли быть заблокированы с целью предотвращения поступления текучей среды через область ротора/статора мешалки 30. Активация пробки 50 приведет к ее смещению и к открытию выпускных отверстий 48, так что текучая среда будет проходить через область ротора/статора и приводить во вращение ротор. Пробка 50 может быть впоследствии активирована путем уменьшения расхода и давления текучей среды или другими путями с тем, чтобы пробка вновь заблокировала выпускные отверстия 48.

[0033] Как показано на фиг. 4, узел 70 мешалки содержит мешалку 72, которая размещена в смещенном положении внутри корпуса 74 инструмента. Концы корпуса 74 инструмента соединены с верхним 76 и нижним 78 переводниками. Также внутри корпуса 74 размещены верхний 80 и нижний 82 фиксаторы. Верхний фиксатор 80 содержит отверстие 84 для потока текучей среды и верхнее гнездо 86 мешалки. Нижний фиксатор 82 содержит нижнее гнездо 88 мешалки, которое по существу совмещено с верхним гнездом 86 и обходным каналом 90. В конкретных вариантах реализации к обходному каналу 90 может быть присоединен ограничитель 92 расхода с возможностью отсоединения.

[0034] Во время работы смещенное положение мешалки 72 обеспечивает возможность продвижения внутрискважинных инструментов через узел 70 мешалки, отверстие 84 для потока текучей среды и обходной канал 90. Ограничитель 92 расхода может быть установлен для отвода достаточного количества текучей среды на мешалку 72 с тем, чтобы последняя могла создавать необходимые пульсации давления и вибрации. Ограничитель 92 расхода может представлять собой съемный компонент, который может выборочно удаляться из обходного канала 90 с тем, чтобы этот канал был полностью открыт. Таким образом, внутрискважинные работы могут выполняться без удаления мешалки 72 из узла 70 мешалки.

[0035] Как показано на фиг. 5, узел 100 мешалки содержит внешний корпус 102, который образует статор, соединенный с корпусом 104. Имеющий возможность вращения внутренний корпус 106 образует ротор, который размещен по меньшей мере частично внутри внешнего корпуса 102 и содержит внутренние лопатки 108 или другие средства, которые приводят внутренний корпус 106 во вращение, когда текучая среда протекает в осевом направлении через данный узел. В конкретных вариантах реализации внутренний корпус 106 может опираться на подшипники 110.

[0036] Внутренний корпус 106 имеет по существу твердый нижний конец 112, так что текучая среда отводится в осевом направлении через один или более выпускных отверстий 114. По мере вращения внутреннего корпуса 106 выпускные отверстия 114 оказываются периодически совмещены с одним или более отверстиями 116 для текучей среды через внешний корпус 102. Когда выпускные отверстия 114 совмещены с отверстиями 116 для текучей среды, текучая среда может протекать через узел 100. Когда выпускные отверстия 114 не совмещены с отверстиями 116 для текучей среды, расход текучей среды оказывается ограничен, а давление будет увеличиваться. Таким образом, вращение внутреннего корпуса 106 создает пульсации давления и вибрации в узле 100.

[0037] С целью выполнения внутрискважинных работ внутренний корпус 106 может представлять собой съемный компонент, имеющий возможность удаления из внешнего корпуса 102 и узла 100. В конкретных вариантах реализации внутренний корпус 106 может также иметь одно или более средств, которые обеспечивают возможность взаимодействия инструмента с внутренним корпусом и возможность его удаления из узла 100. Эти средства могут включать в себя канавки взаимодействия, запорные профили, ловильные шейки или любые другие средства, которое обеспечивают возможность зацепления внутреннего корпуса 106 извлекающим инструментом. После удаления внутреннего корпуса 106, просвет канала внешнего корпуса 102 оказывается полностью освобожден.

[0038] На фиг. 6 показан схожий узел 120 мешалки, имеющий внешний корпус 102, который образует статор, соединенный с корпусом 104. Имеющий возможность вращения внутренний корпус 122 образует ротор, который размещен по меньшей мере частично внутри внешнего корпуса 102 и который содержит внешние лопатки 124 или другие особенности, которые вызывают вращение внутреннего корпуса 122, когда текучая среда протекает в осевом направлении через данный узел. В конкретных вариантах реализации внутренний корпус 122 может опираться на подшипники 110. Внутренний корпус 122 имеет твердый верхний конец 126, который отводит текучую среду в кольцевое пространство между внутренним корпусом 122 и корпусом 104. При поступлении текучей среды через указанное кольцевое пространство она пересекает лопатки 124 и снова попадает во внутренний корпус 122 через впускные отверстия 128.

[0039] Внутренний корпус 122 также имеет по существу твердый нижний конец 131, который отводит текучую среду в осевом направлении через одно или более отверстий 132. По мере вращения корпуса 122 выпускные отверстия 132 оказываются периодически совмещены с одним или более отверстиями 116 для текучей среды через внешний корпус 102. Когда выпускные отверстия 132 совмещены с отверстиями 116 для текучей среды, поток текучей среды может протекать через узел 120. Когда выпускные отверстия 132 не совмещены с отверстиями 116 для текучей среды, расход текучей среды оказывается ограничен, а давление будет увеличиваться. В результате вращение внутреннего корпуса 122 создает пульсации давления и вибрации в узле 120.

[0040] С целью выполнения внутрискважинных работ внутренний корпус 122 представляет собой съемный компонент, который может быть удален из внешнего корпуса 102 и узла 120. В конкретных вариантах реализации внутренний корпус 122 может также иметь одно или более средств, которые обеспечивают возможность взаимодействия инструмента с внутренним корпусом 122 и возможность его удаления из узла 120. Эти средства могут включать в себя канавки взаимодействия, запорные профили, ловильные шейки или любые другие средства, которые обеспечивают возможность ввода внутреннего корпуса 122 во взаимодействия посредством инструмента извлечения. После удаления внутреннего корпуса 122, просвет канала внешнего корпуса 102 оказывается полностью освобожден.

[0041] Фиг. 7, 7А и 7В показывают узел 130 мешалки, который содержит осевой клапан 135 регулирования расхода, образованный неподвижной 134 и роторной 136 пластинами регулирования расхода. Узел 130 мешалки содержит ротор, образованный имеющим возможность вращения корпусом 138, который содержит лопатки 140 и роторную пластину 136 регулирования расхода. Корпус 138 соединен с возможностью вращения со статором, образованным неподвижной пластиной 134 регулирования расхода, в свою очередь соединенной с корпусом 142.

[0042] Когда текучая среда протекает через корпус 142, она протекает через лопатки 140 и приводит во вращение корпус 138 и пластину 136 регулирования расхода. Пластина 136 содержит отверстия 144 для текучей среды, которые во время вращения периодически совмещаются в отверстиями 146 для текучей среды в неподвижной пластине 134 регулирования расхода. Когда отверстия 144 совмещены с отверстиями 146, текучая среда может протекать через узел 130. Когда отверстия 144 не совмещены с отверстиями 146, расход текучей среды ограничивается, а ее давление будет повышаться. Таким образом, вращение корпуса 138 создает пульсации давления и вибрации в узле 130.

[0043] С целью выполнения внутрискважинных работ узел 130 мешалки может представлять собой съемный компонент, который может быть удален из корпуса 142. Для обеспечения возможности удаления узел 130 может быть соединен с корпусом 142 с возможностью отсоединения посредством замкового механизма, резьбового соединения, соединения, работающего на сдвиг, цанговой муфты или любого другого разъемного соединения. В конкретных вариантах реализации узел 130 может также иметь одно или более средств 148, обеспечивающих возможность взаимодействия инструмента с узлом 130 и возможность его удаления из корпуса 142. Эти средства могут включать в себя канавки взаимодействия, запорные профили, ловильные шейки или любые другие средства, которые обеспечивают возможность ввода узла 130 во взаимодействие посредством инструмента извлечения. После удаления узла 130 просвет канала корпуса 142 оказывается полностью освобожден.

[0044] Несмотря на то, что настоящее изобретение допускает различные модификации и альтернативные варианты, в данном описании раскрыты лишь отдельные примеры вариантов реализации, проиллюстрированные соответствующими чертежами. Тем не менее следует понимать, что вышеуказанные чертежи и подробное описание не ставят своей целью ограничение раскрытия изобретения конкретными раскрытыми вариантами, напротив, целью является охват всех возможных модификаций, эквивалентов и альтернатив, находящихся в рамках идеи и объема настоящего изобретения.

Изобретение относится к устройствам для генерирования вибраций для буровых скважин. Скважинный инструмент содержит корпус, имеющий продольный канал, узел мешалки, размещенный внутри продольного канала корпуса и содержащий силовую часть, имеющую ротор и клапанный узел, который соединен с ротором и который выполнен с возможностью выборочного открытия путем вращения ротора с тем, чтобы обеспечить возможность протекания текучей среды через узел мешалки, и съемный компонент, размещенный внутри продольного канала и выполненный с возможностью удаления с тем, чтобы по меньшей мере частично открыть продольный канал. Обеспечивается возможность выполнения внутрискважинных работ ниже устройства для пульсаций без полного его удаления. 16 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Скважинный инструмент, содержащий:
корпус, имеющий продольный канал,
узел мешалки, размещенный внутри продольного канала корпуса и содержащий силовую часть, имеющую ротор и клапанный узел, который соединен с ротором и который выполнен с возможностью выборочного открытия путем вращения ротора с тем, чтобы обеспечить возможность протекания текучей среды через узел мешалки, и
съемный компонент, размещенный внутри продольного канала и выполненный с возможностью удаления с тем, чтобы по меньшей мере частично открыть продольный канал.

2. Скважинный инструмент по п. 1, в котором обеспечена возможность выполнения внутрискважинных работ через продольный канал после удаления съемного компонента.

3. Скважинный инструмент по п. 1, в котором съемный компонент представляет собой часть узла мешалки.

4. Скважинный инструмент по п. 1, в котором узел мешалки дополнительно содержит кольцевое пространство, образованное между ротором и корпусом, а клапанный узел содержит впускное отверстие для текучей среды, которое обеспечивает выборочное поступление потока текучей среды из этого кольцевого пространства в ротор.

5. Скважинный инструмент по п. 1, в котором съемный компонент размещен внутри ротора.

6. Скважинный инструмент по п. 1, в котором ротор представляет собой указанный съемный компонент.

7. Скважинный инструмент по п. 1, дополнительно содержащий стопорный элемент, который ограничивает ротор в осевом направлении по отношению к корпусу.

8. Скважинный инструмент по п. 7, в котором стопорный элемент содержит отверстие для текучей среды, обеспечивающее соединение посредством текучей среды между корпусом и узлом мешалки.

9. Скважинный инструмент по п. 1, в котором ротор имеет впускное отверстие, расположенное на эксцентричном выступе, а корпус имеет уплотнительный элемент, который ограничивает расход текучей среды через это впускное отверстие по мере вращения ротора.

10. Скважинный инструмент по п. 1, в котором силовая часть также содержит статор.

11. Скважинный инструмент по п. 10, в котором статор соединен с корпусом.

12. Скважинный инструмент по п. 10, в котором силовая часть содержит одну или более лопаток, соединенных с ротором.

13. Скважинный инструмент по п. 1, в котором съемный компонент содержит клапанный узел.

14. Скважинный инструмент по п. 1, в котором клапанный узел представляет собой радиальный клапан регулирования расхода, содержащий один или более выпускных отверстий, которые соединены с ротором и оказываются периодически совмещены с одним или более отверстиями для текучей среды через неподвижный внешний корпус.

15. Скважинный инструмент по п. 1, в котором съемный компонент содержит ротор, а внешний корпус выполнен с обеспечением возможности выполнения через него внутрискважинных работ.

16. Скважинный инструмент по п. 1, в котором клапанный узел представляет собой осевой клапан регулирования расхода, содержащий роторную пластину регулирования расхода, соединенную с ротором, и неподвижную пластину регулирования расхода, соединенную с корпусом.

17. Скважинный инструмент по п. 16, в котором съемный компонент содержит роторную и неподвижную пластины регулирования расхода.