ЗАБОЙНОЕ ГЕНЕРИРУЮЩЕЕ ИМПУЛЬСЫ УСТРОЙСТВО Российский патент 2017 года по МПК E21B28/00 

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА СВЯЗАННЫЕ ЗАЯВКИ

[0001] Нет

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0002] Изобретение в целом относится к способам и устройству для генерирования вибраций или гидравлических импульсов скважинным инструментом. Более конкретно, данное изобретение относится к способам и устройству, которые обеспечивают генерирование импульсов с различными частотами и амплитудами забойным генерирующим импульсы устройством.

[0003] Забойные генерирующие импульсы устройства применяют для создания флуктуаций давления текучей среды, которые создают вибрации в бурильной колонне. Вибрации или импульсы могут содействовать предотвращению нарастания твердых отложений вокруг бурильной колонны, при этом уменьшать трение и предотвращать прихват бурильной колонны в скважине. Таким образом, применение устройств генерирования импульсов может оказаться полезным для увеличения эксплуатационного ресурса бурильных установок.

[0004] Таким образом, в технике есть необходимость создания способов и устройств для генерирования импульсов на забое для преодоления указанных и других ограничений уровня техники.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0005] Генератор импульсов содержит статор, соединенный с корпусом, и ротор, установленный с возможностью вращения в корпусе. Между ротором и статором образовано кольцевое пространство. Внутренний канал выполнен проходящим через ротор. Одно или большее количество наружных проточных отверстий обеспечивают сообщение по текучей среде между кольцевым пространством и внутренним каналом. Блок извлекаемого скважинного клапана вращательно соединен с ротором и по меньшей мере частично установлена во внутреннем канале. Блок извлекаемого скважинного клапана включает выполненный с возможностью вращения клапанный элемент, имеющий одно или большее количество основных проточных отверстий. Путь потока текучей среды периодически создается одним или большим количеством наружных проточных отверстий, кольцевым пространством и одним или большим количеством основных проточных отверстий при вращении ротора.

[0006] В некоторых вариантах осуществления выполненный с возможностью вращения клапанный элемент установлен во внутреннем канале, и основные проточные отверстия продольно совмещены с наружными проточными отверстиями. В некоторых вариантах осуществления блок извлекаемого скважинного клапана дополнительно содержит фиксирующий элемент, соединенный с корпусом, и гибкий вал, который соединяет фиксирующий элемент с выполненным с возможностью вращения клапанным элементом. В некоторых вариантах осуществления блок извлекаемого скважинного клапана дополнительно содержит линейное регулировочное устройство для перемещения выполненного с возможностью вращения клапанного элемента из первого положения во второе положение. В некоторых вариантах осуществления, когда выполненный с возможностью вращения клапанный элемент находится во втором положении, основные проточные отверстия продольно не совмещены с наружными проточными отверстиями. В некоторых вариантах осуществления одно или большее количество вспомогательных проточных отверстий расположены проходящими радиально через выполненный с возможностью вращения клапанный элемент, и когда выполненный с возможностью вращения клапанный элемент находится во втором положении, вспомогательные проточные отверстия продольно совмещены с наружными проточными отверстиями. В некоторых вариантах осуществления, когда блок извлекаемого скважинного клапана удален из генератора импульсов, генератор импульсов имеет диаметр сквозного отверстия, который ограничен внутренним каналом ротора.

[0007] В другом варианте осуществления генератор импульсов содержит корпус, имеющий статор, соединенный с ним. Ротор установлен с возможностью вращения в корпусе и имеет одно или большее количество наружных проточных отверстий, расположенных проходящими через него. Между ротором и статором образовано кольцевое пространство. Внутренний канал выполнен проходящим через ротор. Упорный подшипник соединен с корпусом и находится в контакте с ротором, при этом упорный подшипник продольно закрепляет ротор. Блок извлекаемого скважинного клапана вращательно соединен с ротором и по меньшей мере частично установлена во внутреннем канале. Блок извлекаемого скважинного клапана включает выполненный с возможностью вращения клапанный элемент, имеющий одно или большее количество основных проточных отверстий, которые дросселируют поток, проходящий через кольцевое пространство.

[0008] В некоторых вариантах осуществления выполненный с возможностью вращения клапанный элемент имеет первое положение, в котором основные проточные отверстия продольно совмещены с наружными проточными отверстиями. В некоторых вариантах осуществления выполненный с возможностью вращения клапанный элемент может перемещаться поперечно с ротором. В некоторых вариантах осуществления блок извлекаемого скважинного клапана дополнительно содержит линейное регулировочное устройство для перемещения выполненного с возможностью вращения клапанного элемента из первого положения во второе положение. В некоторых вариантах осуществления, когда выполненный с возможностью вращения клапанный элемент находится во втором положении, основные проточные отверстия продольно не совмещены с наружными проточными отверстиями. В некоторых вариантах осуществления одно или большее количество вспомогательных проточных отверстий расположены проходящими через выполненный с возможностью вращения клапанный элемент, при этом, когда выполненный с возможностью вращения клапанный элемент находится во втором положении, вспомогательные проточные отверстия продольно совмещены с наружными проточными отверстиями. В некоторых вариантах осуществления, когда блок извлекаемого скважинного клапана удален из генератора импульсов, генератор импульсов имеет диаметр сквозного отверстия, который ограничен внутренним каналом ротора.

[0009] В другом варианте осуществления способ генерирования импульса давления включает установку блока извлекаемого скважинного клапана по меньшей мере частично во внутреннем канале ротора, который соединен с возможностью вращения с корпусом, имеющим статор. Блок извлекаемого скважинного клапана включает выполненный с возможностью вращения клапанный элемент, который дросселирует поток, проходящий через кольцевое пространство между ротором и статором. Способ дополнительно включает подачу текучей среды под давлением в корпус и проход текучей среды под давлением через кольцевое пространство так, что ротор вращается относительно корпуса, при этом, когда ротор вращается, блок извлекаемого скважинного клапана изменяет расход текучей среды под давлением, проходящей через кольцевое пространство.

[0010] В некоторых вариантах осуществления способ дополнительно включает отсоединение блока извлекаемого скважинного клапана от корпуса и удаление блока извлекаемого скважинного клапана из корпуса для открытия диаметра отверстия, проходящего через корпус, ограниченного внутренним каналом ротора. В некоторых вариантах осуществления выполненный с возможностью вращения клапанный элемент имеет первое положение, где одно или большее количество основных проточных отверстий в выполненном с возможностью вращения клапанном элементе продольно совмещены с одним или большим количеством наружных проточных отверстий, проходящих через ротор и, когда ротор вращается, основные проточные отверстия периодически становятся соединенными по текучей среде с наружными проточными отверстиями для образования пути прохода потока из кольцевого пространства во внутренний канал ротора. В некоторых вариантах осуществления способ дополнительно включает перемещение выполненного с возможностью вращения клапанного элемента во второе положение, в котором основные проточные отверстия продольно не совмещены с наружными проточными отверстиями. В некоторых вариантах осуществления способ дополнительно включает перемещение выполненного с возможностью вращения клапанного элемента во второе положение, в котором одно или большее количество вспомогательных проточных отверстий продольно совмещены с наружными проточными отверстиями. В некоторых вариантах осуществления основные проточные отверстия имеют форму или устройство, отличающиеся от вспомогательных проточных отверстий.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0011] Для более подробного описания вариантов осуществления настоящего изобретения ниже даются ссылки на прилагаемые чертежи, на которых показано следующее.

[0012] На фиг. 1 показан частичный разрез блока генератора импульсов.

[0013] На фиг. 2 представлены проточные отверстия в одном варианте осуществления выполненного с возможностью вращения клапанного элемента.

[0014] На фиг. 3 представлены проточные отверстия в одном варианте осуществления альтернативного выполненного с возможностью вращения клапанного элемента.

[0015] На фиг. 4 представлены проточные отверстия в одном варианте осуществления альтернативного выполненного с возможностью вращения клапанного элемента.

[0016] На фиг. 5 показан частичный разрез блока генератора импульсов в первом положении.

[0017] На фиг. 6 показан частичный разрез блока генератора импульсов во втором положении.

[0018] На фиг. 7 показан частичный разрез блока генератора импульсов во втором положении.

[0019] На фиг. 8 представлены проточные отверстия в одном варианте осуществления альтернативного выполненного с возможностью вращения клапанного элемента.

[0020] На фиг. 9 показан частичный разрез линейного регулировочного устройства блока генератора импульсов.

[0021] На фиг. 10А показан частичный разрез альтернативного варианта осуществления генератора импульсов.

[0022] На фиг. 10В показан частичный разрез генератора импульсов фиг. 10А, взятого по линии В-В.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0023] Следует понимать, что в следующем раскрытии описано несколько являющихся примером вариантов осуществления для реализации отличающихся элементов, конструкций или функций изобретения. Являющиеся примером варианты осуществления компонентов, устройств и конфигураций описаны ниже для упрощения настоящего раскрытия; вместе с тем, данные, являющиеся примером, варианты осуществления даны только как примеры и не предназначены для ограничения объема изобретения. Дополнительно, настоящее раскрытие может повторять ссылочные цифровые и/или буквенные позиции в различных являющихся примером вариантах осуществления и на фигурах, представленных в данном документе. Данное повторение служит для упрощения и ясности, и само по себе не диктует взаимосвязи между различными являющимися примерами вариантами осуществления и/или конфигурациями, рассмотренными на различных фигурах. Кроме того, выполнение первого элемента или второго элемента в следующем описании может включать в себя варианты осуществления, в которых первый и второй элементы выполнены в прямом контакте, и может также включать в себя варианты осуществления, в которых дополнительные элементы можно выполнять вставленными между первым и вторым элементом, так что первый и второй элементы могут не иметь прямого контакта. Наконец, являющиеся примером варианты осуществления, представленные ниже, можно комбинировать с любым сочетанием способов, т.е., любой элемент из одного являющегося примером варианта осуществления можно применять в любом другом являющемся примером варианте осуществления без отхода от объема изобретения.

[0024] Дополнительно, некоторые термины применяются по всему следующему описанию и формуле изобретения для обозначения частных компонентов. Специалисту в данной области техники понятно, что различные категории могут относиться к одинаковому компоненту с отличающимися названиями, и поэтому соглашение об названиях, использованных для элементов, описанных в данном документе, не ограничивает объем изобретения, если иное конкретно не указано в данном документе. Дополнительно, соглашение об именах, использованных в данном документе, не служит для выделения компонентов, которые отличаются названием, но не функцией. Дополнительно, в следующем рассмотрении и в формуле изобретения, термины «включающий» и «содержащий» применяются в не ограниченном виде, и при этом должны интерпретироваться означающими «включающий, но не ограничивающийся этим». Все численные величины в данном раскрытии могут являться точными или приблизительными величинами, если иное конкретно не указано. Соответственно, различные варианты осуществления раскрытия могут иметь отклонения от чисел, величин и диапазонов, раскрытых в данном документе, без отход от его объема. Кроме того, при использовании в формуле изобретения или описании термин «или» заключает в себе оба, эксклюзивный и инклюзивный случаи, т.е. «А или В» является синонимом «по меньшей мере одно из А и В», если иное конкретно не указано в данном документе.

[0025] Показанный на фиг. 1 генератор 10 импульсов включает корпус 12, винтовой забойный двигатель 14, и блок 16 извлекаемого скважинного клапана. Винтовой забойный двигатель 14 включает статор 18, соединенный с внутренним диаметром корпуса 12, и ротор 20, который установлен в статоре 18 с возможностью вращения в нем. Ротор 20 закреплен в продольном направлении упорным подшипником 22, соединенным с корпусом 12. Упорный подшипник 22 также ограничивает проход текучей среды между концом ротора 20 и упорным подшипником 22, таким образом, дросселируя поток текучей среды, проходящий из кольцевого пространства 40. Ротор 20 включает внутренний канал 24 и одно или большее количество наружных проточных отверстий 26, которые обеспечивают сообщение по текучей среде через стенку ротора 20 между кольцевым пространством 40 и внутренним каналом 24. В некоторых вариантах осуществления винтовой забойный двигатель 14 можно заменить альтернативным вращающимся двигателем, например, лопастным гидравлическим двигателем, электрическим двигателем, или двигателем любого другого типа с ротором, который можно стыковать с блоком 16 извлекаемого скважинного клапана.

[0026] Блок 16 извлекаемого скважинного клапана включает в себя фиксирующий элемент 28, гибкий вал 30 и выполненный с возможностью вращения клапанный элемент 32. Блок 16 извлекаемого скважинного клапана установлена по меньшей мере частично во внутреннем канале 24 ротора 20. Фиксирующий элемент 28 соединяет блок 16 извлекаемого скважинного клапана с корпусом 12 с помощью соединения 34. Соединение 34 может являться срезным штифтом, срезным кольцом, механической фиксирующей системой или любой другой системой, которая продольно и вращательно соединяет блок 16 извлекаемого скважинного клапана с корпусом 12. В некоторых вариантах осуществления соединение 34 может являться разъемным, при этом блок 16 извлекаемого скважинного клапана можно удалять из генератора 10 импульсов.

[0027] Удаление блока 16 извлекаемого скважинного клапана открывает внутренний канал 24 ротора 20 так, что генератор 10 импульсов имеет диаметр сквозного отверстия, ограниченный внутренним каналом 24. Открытый внутренний канал 24 обеспечивает проход других инструментов через генератор 10 импульсов для поддержки работ под генератором 10 импульсов. Фиксирующий элемент 28 может также включать в себя профиль 35 овершота или другой элемент, который помогает удалению блока 16 клапана из генератора 10 импульсов.

[0028] Выполненный с возможностью вращения клапанный элемент 32 установлен во внутреннем канале 24 ротора 20 и соединен с фиксирующим элементом 28 гибким валом 30. При работе ротор 20 и, следовательно, выполненный с возможностью вращения клапанный элемент 32 должен совершать поперечные колебания относительно статора 18 и корпуса 12. Гибкий вал 30 обеспечивает колебания выполненного с возможностью вращения клапанного элемента 32 по отношению к фиксирующему элементу 28, но существенно ограничивает вращение выполненного с возможностью вращения клапанного элемента 32 относительно фиксирующего элемента 28. Гибкий вал 30 можно сконструировать из цельного вал или с использованием ряда механических соединительных муфт.

[0029] Выполненный с возможностью вращения клапанный элемент 32 включает в себя сплошной верхний конец 37, соединенный с гибким валом 30 и корпусом 39 клапана, который включает в себя одно или большее количество основных проточных отверстий 36. Корпус 39 клапана может представлять собой барабан, имеющий сплошной верхний конец 37 и полое внутреннее пространство, или может являться по существу сплошным элементом с проточными отверстиями 36, выполненными в нем. Когда генератор 10 импульсов собран, выполненный с возможностью вращения клапанный элемент 32 установлен во внутреннем канале 24 ротора 20 так, что основные проточные отверстия 36 выполненного с возможностью вращения клапанного элемента 32 по существу продольно совмещены с наружными проточными отверстиями 26 ротора 20.

[0030] В работе текучая среда под давлением подается насосом в генератор 10 импульсов через корпус 12. Текучая среда проходит через проточные отверстия или проемы 33 в фиксирующем элементе 28. Поскольку сплошной верхний конец 37 выполненного с возможностью вращения клапанного элемента 32 препятствует проходу текучей среды через внутренний канал 24 ротора 20, текучая среда проходит через кольцевое пространство 40 между статором 18 и ротором 20. Текучая среда, перемещающаяся через кольцевое пространство 40, вызывает вращение ротора 20 относительно статора 18 и выполненного с возможностью вращения клапанного элемента 32. Когда ротор 20 вращается, наружные проточные отверстия 26 ротора 20 периодически совмещаются и становятся сообщающимися по текучей среде с основными проточными отверстиями 36 на выполненном с возможностью вращения клапанном элементе 32. Когда наружные проточные отверстия 26 совмещены с внутренними проточными отверстиями 36, текучая среда может проходить из кольцевого пространства 40 во внутреннее пространство выполненного с возможностью вращения клапанного элемента 32. Из внутреннего пространства выполненного с возможностью вращения клапанного элемента 32 текучая среда перемещается через канал 42 в упорном подшипнике 22 и выходит за пределы генератора 10 импульсов.

[0031] Периодическое совмещение наружных проточных отверстий 26 и внутренних проточных отверстий 36 создает циклически возникающие дроссели потока и пути потока, когда поток текучей среды прерывается и обеспечивается периодическим совмещением проточных отверстий. Когда ротор 20 вращается, путь потока текучей среды периодически создается наружными проточными отверстиями 26, кольцевым пространством 40 и основными проточными отверстиями 36. Данный циклический поток генерирует импульсы давления в текучей среде, перемещающейся через генератор 10 импульсов. Характеристики импульса давления, включающие частоту, амплитуду, задержку и форму импульсов давления, генерируемых генератором 10 импульсов, зависят от формы, размера и положения как наружных проточных отверстий 26, так и основных проточных отверстий 36, а также скорости вращения ротора 20.

[0032] Например, наружные проточные отверстия 26 и/или основные проточные отверстия 36 можно выполнять с размером, формой и расположением в разных вариантах для создания требуемого импульса давления, когда работает генератор 10 импульсов. На фиг. 2-7 показаны части развертки проточных отверстий, которые можно выполнять либо на выполненном с возможностью вращения клапанном элементе 32 или на роторе 20. Для следующего разъяснения каждый вариант осуществления описан ниже как имеющий основные проточные отверстия, расположенные на выполненном с возможностью вращения клапанном элементе 32 с одним или большим количеством разнесенных на равные интервалы наружных проточных отверстий 26, расположенных на роторе 20, но понятно, что местоположение данных окон может быть обратным.

[0033] Показанные на фиг. 2 основные проточные отверстия 36 включают множество окон 50 одинаковой ширины, по существу расположенных через равные интервалы по окружности выполненного с возможностью вращения клапанного элемента 32. Когда ротор 20 вращается, основные проточные отверстия 36 периодически совмещаются с наружными проточными отверстиями 26 на роторе 20. Данное периодическое совмещение основных проточных отверстий 36 с наружными проточными отверстиями 26 создает периодически возникающий путь прохода потока из кольцевого пространства 40 во внутреннее пространство выполненного с возможностью вращения клапанного элемента 32.

[0034] Если окна 50 выполнены одинакового размера и с одинаковыми интервалами, последовательность импульсов давления, генерируемых в потоке, проходящем через генератор 10 импульсов, должна иметь повторяющуюся структуру импульсов, в общем, с равной амплитудой. Увеличение или уменьшение ширины окон 50 должно аналогично изменять продолжительность или амплитуду генерируемого импульса давления. Аналогично, результатом увеличения или уменьшения расстояния между смежными окнами 50 должно являться изменение частоты генерируемого импульса давления. Таким образом, в других вариантах осуществления разнесение и размер окон 50 можно варьировать таким образом, что будет выбираться частота и амплитуда генерируемого импульса для требуемого варианта применения.

[0035] На фиг. 3 показаны основные проточные отверстия 36, выполненные с узкой передней кромкой 52, расширяющейся до широкой задней кромки 54. При проходе внутреннего проточного отверстия 36 по наружному проточному отверстию 26 рабочая площадь потока, проходящего через совмещенные отверстия, постепенно увеличивается, поскольку увеличивается ширина отверстия от передней кромки 52 к задней кромке 54. Когда внутреннее проточное отверстие 36 проходит мимо наружного проточного отверстия 26, амплитуда генерируемого импульса увеличивается с увеличением ширины внутреннего проточного отверстия 36, и затем резко возвращается к нулю, когда задняя кромка 54 проходит по наружному проточному отверстию 26. Резкое закрытие внутреннего проточного отверстия 36 может обуславливать всплеск давления в потоке текучей среды и действовать на генераторе 10 импульсов как гидроудар.

[0036] Показанные на фиг. 4 основные проточные отверстия 36 образуют кривую 56, которая может иметь по существу синусоидальную форму. Когда кривая 56 проходит по наружным проточным отверстиям 26, амплитуда и частота образованных импульсов давления должна иметь форму, аналогичную кривой 56. Кривая 56 может также иметь не синусоидальную форму, и в некоторых вариантах осуществления может являться не единообразной.

[0037] Как показано на фиг. 5-7, в некоторых вариантах осуществления генератор 10 импульсов может иметь выполненный с возможностью вращения клапанный элемент 32, который может перемещаться продольно относительно ротора 20. Продольно регулируемый выполненный с возможностью вращения клапанный элемент 32 может включать основные проточные отверстия 60 и вспомогательные проточные отверстия 62. В первом положении, как показано на фиг. 5, выполненный с возможностью вращения клапанный элемент 32 установлен так, что поток, проходящий через наружные проточное отверстия 26 не дросселируется выполненным с возможностью вращения клапанным элементом 32. В данном первом положении, поскольку выполненный с возможностью вращения клапанный элемент 32 не дросселирует поток, проходящий через наружные проточные отверстия 26, генератор 10 импульсов не должен производить какие-либо импульсы давления в проходящей текучей среде.

[0038] На фиг. 6 выполненный с возможностью вращения клапанный элемент 32 показан во втором положении, где основные проточные отверстия 60 по существу совмещены с наружными проточными отверстиями 26. Когда ротор 20 вращается, основные проточные отверстия 60 периодически совмещаются с наружными проточными отверстиями 26. Когда основное внутреннее проточное отверстие 60 совмещено с наружным проточным отверстием 26, текучая среда может проходить через совмещенные отверстия в ротор 20. Как рассмотрено выше, данный периодически проходящий поток создает импульсы давления в текучей среде, которая перемещается через генератор 10 импульсов.

[0039] Выполненный с возможностью вращающения клапанный элемент 32 может также перемещаться в третье положение, показанное на фиг. 7. В третьем положении вспомогательные проточные отверстия 62 по существу совмещены с наружными проточными отверстиями 26. Когда ротор 20 вращается, вспомогательные проточные отверстия 62 периодически совмещаются с наружными проточными отверстиями 26 и обеспечивают проход текучей среды через совмещенные проточные отверстия в ротор 20. Как рассмотрено выше, данный периодически проходящий поток создает импульсы давления в текучей среде, которая перемещается через генератор 10 импульсов.

[0040] Как показано на фиг. 5-7, вспомогательные проточные отверстия 62 можно выполнять с меньшим разнесением друг от друга, чем у основных проточных отверстий 60. В данных вариантах осуществления импульсы давления, генерируемые, когда выполненный с возможностью вращения клапанный элемент 32 находится в третьем положении, могут иметь более высокую частоту, чем когда выполненный с возможностью вращения клапанный элемент 32 находится во втором положении. В других вариантах осуществления основные проточные отверстия 60 могут отличаться по форме или конфигурации от вспомогательных проточных отверстий 62, или выполненный с возможностью вращения клапанный элемент 32 может иметь дополнительный набор и/или конфигурации проточных отверстий, которые обеспечивают генерирование различных импульсов, или вообще отсутствие импульсов, с помощью продольного регулирования положения выполненного с возможностью вращения клапанного элемента 32.

[0041] Например, как показано на фиг. 8, выполненный с возможностью вращения клапанный элемент 32 может иметь сужающиеся проточные отверстия 64, которые имеют ширину, изменяющуюся вдоль продольного направления по высоте клапанного элемента. Проточные отверстия 64 имеют узкую нижнюю кромку 66 и ширину, увеличивающуюся до более широкой верхней кромки 68. Проточные отверстия 64 изменяющейся ширины обеспечивают импульс, регулируемый как по продолжительности, так и по амплитуде, с помощью перемещения выполненного с возможностью вращения клапанного элемента 32 в продольном направлении относительно ротора 20.

[0042] Как показано на фиг. 9, линейное регулировочное устройство 70 установлено в корпусе 12 генератора 10 импульсов и соединено с гибким валом 30. Линейное регулировочное устройство 70 включает посадочный профиль 72 «башмака направляющего инструмента с косым срезом», который взаимодействует с соответствующим пазом 74, выполненным на корпусе 12. Линейное регулировочное устройство 70 может являться линейным устройством шагового перемещения, которое обеспечивает перемещение блока 16 извлекаемого скважинного клапана продольно относительно корпуса 12. В некоторых вариантах осуществления конфигурация посадочного профиля 72 и паза 74 является такой, что каждый раз, когда линейное регулировочное устройство 70 циклически приводится в действие, продольное положение блока 16 извлекаемого скважинного клапана относительно корпуса 12 изменяется. В других вариантах осуществления генератор 10 импульсов может включать линейный исполнительный механизм, механическое устройство шагового перемещения, электрический двигатель или другую систему для регулирования продольного положения блока 16 извлекаемого скважинного клапана и/или выполненного с возможностью вращения клапанного элемента 32 в генераторе 10 импульсов.

[0043] Показанный на фиг. 10А и 10В генератор 100 импульсов включает корпус 102, винтовой забойный двигатель 104 и блок 106 извлекаемого скважинного клапана. Винтовой забойный двигатель 104 включает статор 108, соединенный с внутренним диаметром корпуса 102, и ротор 110, который установлен в статоре 108 с возможностью вращения. Ротор 110 закреплен в продольном направлении упорным подшипником 112, соединенным с корпусом 102. Упорный подшипник 112 также ограничивает проход текучей среды между концом ротора 110 и упорным подшипником 112. Ротор 110 включает внутренний канал 114 и одно или большее количество наружных проточных отверстий 116, которые обеспечивают сообщение по текучей среде, проходящей через стенку ротора 110.

[0044] Блок 106 извлекаемого скважинного клапана включает в себя пробку 118, гибкий вал 120 и клапанный элемент 122, вращательно соединенные с ротором 110. Клапанный элемент 122 взаимодействует с корпусом 124 клапана, соединенным с корпусом 102, и вращается относительно него. Клапанный элемент 122 включает радиальные проточные отверстия 126 и аксиальные проточные отверстия 128. Когда клапанный элемент 122 вращается, радиальные проточные отверстия 126 периодически совмещаются с каналами 130 прохода потока, выполненными в корпусе 124 клапана для создания изменяющейся рабочей площади потока для прохода текучей среды под давлением через аксиальные проточные отверстия 128 в винтовой забойный двигатель 104.

[0045] Пробка 118 по меньшей мере частично установлена во внутреннем канале 114 ротора 110 так, что по существу ограничивает поток, проходящий через внутренний канал 114, таким образом заставляя текучую среду проходить через кольцевое пространство между статором 108 и ротором 110. Пробка 118 может соединяться с ротором 110 срезным штифтом 134 или другим фиксирующим компонентом или механизмом, который вращательно соединяет пробку 118 с ротором 110, но обеспечивает возможность отсоединения и удаления блока 106 извлекаемого скважинного клапана из генератора 100 импульсов. Удаление блока 106 извлекаемого скважинного клапана может также поддерживать профиль 132 овершота или другой элемент, который обеспечивает взаимодействие блока 106 извлекаемого скважинного клапана ловильным инструментом или другим устройством. Удаление блока 106 извлекаемого скважинного клапана открывает внутренний канал 114 ротора 110, таким образом обеспечивая проход других инструментов через генератор 100 импульсов.

[0046] В работе текучая среда под давлением подается насосом в генератор 100 импульсов через корпус 102. Текучая среда проходит через каналы 130 прохода потока стационарного корпуса 124 клапана и радиальные проточные отверстия 126, а также аксиальные проточные отверстия 128 выполненного с возможностью вращения клапанного элемента 122, и затем в винтовой забойный двигатель 104. Взаимодействие этих или других проточных отверстий, размещенных в корпусе 124 клапана и клапанном элементе 122, обеспечивает минимальному потоку текучей среды под давлением проход в винтовой забойный двигатель 104 независимо от совмещения каналов 130 прохода потока и радиальных проточных отверстий 126. Данный минимальный поток обеспечивает непрерывное вращение винтового забойного двигателя 104. Текучая среда, проходящая в винтовой забойный двигатель 104, должна перемещаться через кольцевое пространство между статором 108 и ротором 110, обеспечивая вращение ротора 110. Текучая среда затем проходит радиально через наружные проточные отверстия 116, через упорный подшипник 112 и наружу из генератора 100 импульсов.

[0047] Как упомянуто выше, вращение ротора 110 и клапанного элемента 122 обуславливает изменение совмещения радиальных проточных отверстий 126 и стационарных каналов 130 прохода потока, при этом изменяется расход текучей среды, подаваемой на винтовой забойный двигатель 104. Данный циклический поток создает импульсы давления в текучей среде, проходящей через генератор 100 импульсов. Характеристики, включающие частоту, амплитуду, задержку и форму импульсов давления, генерируемых генератором 100 импульсов, зависят от формы, размера и положения как радиальных проточных отверстий 126, так и каналов 130 прохода потока, а также скорости вращения ротора 110.

[0048] Поскольку изобретение допускает различные модификации и альтернативные формы, его конкретные варианты осуществления показаны в виде примера в чертежах и описании. Понятно, вместе с тем, что чертежи и подробное описание не ограничивают изобретение конкретной раскрытой формой, но напротив, охватывают все модификации, эквиваленты и альтернативы, соответствующие сущности и объему настоящего раскрытия.

Группа изобретений относится к области бурения, а именно к генерированию вибраций и гидравлических импульсов в буровой скважине. Генератор импульсов содержит статор, соединенный с корпусом; ротор, установленный с возможностью вращения в корпусе; кольцевое пространство, образованное между ротором и статором; внутренний канал, выполненный проходящим через ротор; одно или большее количество наружных проточных отверстий, обеспечивающих сообщение по текучей среде между кольцевым пространством и внутренним каналом; и блок извлекаемого скважинного клапана, вращательно соединенный с ротором и по меньшей мере частично установленный во внутреннем канале. Блок извлекаемого скважинного клапана включает в себя выполненный с возможностью вращения клапанный элемент, имеющий одно или большее количество основных проточных отверстий, и линейное регулировочное устройство для перемещения выполненного с возможностью вращения клапанного элемента из первого положения во второе положение. Путь потока текучей среды периодически создается одним или большим количеством наружных проточных отверстий, кольцевым пространством и одним или большим количеством основных проточных отверстий при вращении ротора. Обеспечивается увеличение эксплуатационного ресурса бурильной установки. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Генератор импульсов, содержащий:

статор, соединенный с корпусом;

ротор, установленный с возможностью вращения в корпусе;

кольцевое пространство, образованное между ротором и статором;

внутренний канал, выполненный проходящим через ротор;

одно или большее количество наружных проточных отверстий, обеспечивающих сообщение по текучей среде между кольцевым пространством и внутренним каналом; и

блок извлекаемого скважинного клапана, вращательно соединенный с ротором и по меньшей мере частично установленный во внутреннем канале, причем блок извлекаемого скважинного клапана включает в себя выполненный с возможностью вращения клапанный элемент, имеющий одно или большее количество основных проточных отверстий, и линейное регулировочное устройство для перемещения выполненного с возможностью вращения клапанного элемента из первого положения во второе положение;

при этом путь потока текучей среды периодически создается одним или большим количеством наружных проточных отверстий, кольцевым пространством и одним или большим количеством основных проточных отверстий при вращении ротора.

2. Генератор импульсов по п. 1, в котором

выполненный с возможностью вращения клапанный элемент установлен во внутреннем канале, и

основные проточные отверстия продольно совмещены с наружными проточными отверстиями.

3. Генератор импульсов по п. 1, в котором блок извлекаемого скважинного клапана дополнительно содержит фиксирующий элемент, соединенный с корпусом, и гибкий вал, который соединяет фиксирующий элемент с выполненным с возможностью вращения клапанным элементом.

4. Генератор импульсов по п. 1, в котором при нахождении выполненного с возможностью вращения клапанного элемента во втором положении основные проточные отверстия не совмещены продольно с наружными проточными отверстиями.

5. Генератор импульсов по п. 1, дополнительно содержащий одно или большее количество вспомогательных проточных отверстий, расположенных проходящими радиально через выполненный с возможностью вращения клапанный элемент,

при этом при нахождении выполненного с возможностью вращения клапанного элемента во втором положении вспомогательные проточные отверстия продольно совмещены с наружными проточными отверстиями.

6. Генератор импульсов по п. 1, в котором при извлечении блока извлекаемого скважинного клапана из генератора импульсов генератор импульсов имеет диаметр сквозного отверстия, который ограничен внутренним каналом ротора.

7. Генератор импульсов, содержащий:

корпус, имеющий статор, соединенный с ним;

ротор, установленный с возможностью вращения в корпусе и имеющий одно или большее количество наружных проточных отверстий, расположенных проходящими через него;

кольцевое пространство, образованное между ротором и статором;

внутренний канал, выполненный проходящим через ротор;

упорный подшипник, соединенный с корпусом и находящийся в контакте с ротором, при этом упорный подшипник продольно закрепляет ротор;

блок извлекаемого скважинного клапана, вращательно соединенный с ротором и по меньшей мере частично установленный во внутреннем канале, причем блок извлекаемого скважинного клапана включает в себя выполненный с возможностью вращения клапанный элемент, имеющий одно или большее количество основных проточных отверстий, которые дросселируют поток, проходящий через кольцевое пространство.

8. Генератор импульсов по п. 7, в котором выполненный с возможностью вращения клапанный элемент имеет первое положение, в котором основные проточные отверстия продольно совмещены с наружными проточными отверстиями.

9. Генератор импульсов по п. 8, в котором выполненный с возможностью вращения клапанный элемент может перемещаться поперечно с ротором.

10. Генератор импульсов по п. 8, в котором блок извлекаемого скважинного клапана дополнительно содержит линейное регулировочное устройство для перемещения выполненного с возможностью вращения клапанного элемента из первого положения во второе положение.

11. Генератор импульсов по п. 10, в котором при нахождении выполненного с возможностью вращения клапанного элемента во втором положении основные проточные отверстия не совмещены продольно с наружными проточными отверстиями.

12. Генератор импульсов по п. 10, дополнительно содержащий одно или большее количество вспомогательных проточных отверстий, расположенных проходящими через выполненный с возможностью вращения клапанный элемент,

при этом при нахождении выполненного с возможностью вращения клапанного элемента во втором положении вспомогательные проточные отверстия продольно совмещены с наружными проточными отверстиями.

13. Генератор импульсов по п. 10, в котором, когда блок извлекаемого скважинного клапана удален из генератора импульсов, генератор импульсов имеет диаметр сквозного отверстия, который ограничен внутренним каналом ротора.

14. Способ генерирования импульса давления, включающий:

- установку блока извлекаемого скважинного клапана по меньшей мере частично во внутреннем канале ротора, который соединен с возможностью вращения с корпусом, имеющим статор, причем

блок извлекаемого скважинного клапана включает в себя выполненный с возможностью вращения клапанный элемент, который дросселирует поток, проходящий через кольцевое пространство между ротором и статором, и

выполненный с возможностью вращения клапанный элемент имеет первое положение, в котором одно или большее количество основных проточных отверстий в выполненном с возможностью вращения клапанном элементе продольно совмещены с одним или большим количеством наружных проточных отверстий, проходящих через ротор и,

когда ротор вращается, основные проточные отверстия периодически становятся соединенными по текучей среде с наружными проточными отверстиями для образования пути прохода потока из кольцевого пространства во внутренний канал ротора;

- подачу текучей среды под давлением в корпус и

- пропуск текучей среды под давлением через кольцевое пространство так, что ротор вращается относительно корпуса,

при этом, когда ротор вращается, блоком извлекаемого скважинного клапана изменяют расход текучей среды под давлением, проходящей через кольцевое пространство.

15. Способ по п. 14, дополнительно включающий:

отсоединение блока извлекаемого скважинного клапана от корпуса и

удаление блока извлекаемого скважинного клапана из корпуса для открытия диаметра отверстия, проходящего через корпус, который ограничен внутренним каналом ротора.

16. Способ по п. 14, дополнительно включающий перемещение выполненного с возможностью вращения клапанного элемента во второе положение, в котором основные проточные отверстия не совмещены продольно с наружными проточными отверстиями.

17. Способ по п. 14, дополнительно включающий перемещение выполненного с возможностью вращения клапанного элемента во второе положение, в котором одно или большее количество вспомогательных проточных отверстий продольно совмещены с наружными проточными отверстиями.

18. Способ по п. 17, согласно которому основные проточные отверстия имеют форму или устройство, отличающиеся от вспомогательных проточных отверстий.