Демпфирующее устройство для скважинного инструмента
Группа изобретений относится к области скважинных инструментов, связанных с вращательным бурением в геологических пластах. Технический результат – повышение эксплуатационного ресурса скважинного оборудования, защита от механических повреждений и вибраций. Устройство для работы в стволе скважины содержит скважинный инструмент, выполненный с возможностью выполнения работ с электронным управлением, скважинный компонент, выполненный с возможностью взаимного соединения со скважинным инструментом, и втулку в форме усеченной фигуры, размещенную между скважинным инструментом и скважинным компонентом в месте взаимного соединения. Втулка в форме усеченной фигуры содержит амортизирующий механический удар материал. Причем один из числа скважинного инструмента и скважинного компонента имеет вставляемую часть в форме усеченной фигуры, а другой из числа скважинного инструмента и скважинного компонента имеет принимающую часть, выполненную с возможностью приема вставляемой части в форме усеченной фигуры. Вставляемая часть в форме усеченной фигуры выполнена пустотелой и включает в себя наружную поверхность, выполненную с возможностью приема втулки в форме усеченной фигуры, первое отверстие и второе отверстие. Предварительно нагруженный фиксатор выполнен с возможностью его частичной вставки в меньшее из первого отверстия и второго отверстия вставляемой части в форме усеченной фигуры. При этом предварительно нагруженный фиксатор содержит утолщение с размером больше внутреннего диаметра меньшего отверстия и трубку с наружным диаметром меньше внутреннего диаметра меньшего отверстия. 2 н. и 28 з.п. ф-лы, 24 ил.
ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
[0001] Данная заявка испрашивает приоритет по предварительной патентной заявке США №61/986,871, поданной 30 апреля 2014 г., которая полностью включена в данный документ в виде ссылки для всех целей.
1. Область техники
[0002] Данное изобретение относится к области скважинных инструментов, связанных с вращательным бурением в геологических пластах, в особенности, к уменьшению повреждений и износа вследствие механических ударов и вибрации.
2. Уровень техники
[0003] Вращательное бурение в геологических пластах применяется для формирования стволов скважин для получения пластовых материалов, таких как углеводороды. Вращательное бурение задействует буровое долото, установленное на бурильном конце бурильной колонны, которая проходит от поверхности. Бурильная колонна состоит из ряда трубчатых элементов, которые выполнены с возможностью обеспечения прохода текучей среды между поверхностью и геологическим пластом. Выше и вблизи бурового долота могут располагаться инструменты, измеряющие параметры пласта и/или ствола скважины для проведения измерений во время бурения. Многочисленные инструменты могут быть сгруппированы вместе, как компоновка низа бурильной колонны.
[0004] Во время вращения бурового долота скважинные инструменты в компоновке низа бурильной колонны могут подвергаться вибрациям и механическим ударам, которые могут повреждать измерительные инструменты, связь вдоль бурильной колонны или соединения между скважинными инструментами и другими забойными компонентами. Электронные и механические приборы в инструментах могут быть особенно чувствительны к механическим ударам и вибрации. Повреждения электронной аппаратуры в скважинных инструментах могут уменьшать надежность и эксплуатационный ресурс инструмента. Отказ инструмента может приводить к дорогостоящему простою вследствие остановки операций бурения и проведения ремонта инструмента до получения возможности возобновления бурения. Для минимизации повреждений и, следовательно, отказов вследствие механического удара и вибрации, инструменты могут быть изолированы от механических ударов одним или несколькими демпфирующими устройствами, обычно называемыми скважинными демпфирующими устройствами или снабберами (snubbers).
[0005] Скважинное демпфирующее устройство в общем является компонентом, выполненным с возможностью уменьшить повреждения и износ инструмента вследствие напряжений, обусловленных механическим ударом и вибрацией. Обычные демпфирующие устройства ослабляют механические удары, передаваемые вдоль продольной оси бурильной колонны с направления от бурового долота благодаря сжимаемости материала демпфирующего устройства. Обычное демпфирующее устройство может быть пружиной или эластомерным кольцом, выполненным с возможностью продольного сжатия под воздействием механических ударов. Функциональная возможность амортизации удара демпфирующего устройства часто является функцией толщины и типа демпфирующего материала. Поэтому демпфирующие устройства обычно устанавливают на стороне скважинного инструмента, где наиболее вероятно генерирование механических ударов.
[0006] Существует необходимость создания долговечного демпфирующего устройства для ослабления механических ударов по скважинным инструментам. Существует необходимость создания демпфирующего устройства, которое обеспечивает защиту от ударов в радиальном направлении и/или направлении вращения, а также продольном направлении. Существует также необходимость создания демпфирующего устройства, которое обеспечивает разные степени защиты для разных степеней свободы скважинного инструмента.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0007] В аспектах настоящее изобретение относится к скважинным инструментам, связанным с вращательным бурениям в геологических пластах. Конкретно, настоящее изобретение относится к уменьшению повреждений и износа вследствие механического удара и вибрация.
[0008] Один вариант осуществления включает в себя устройство для уменьшения механического удара и вибрации в скважинном инструменте, выполненное с возможностью размещения в стволе скважины, устройство, содержащее: втулку в форме усеченной фигуры, выполненную с возможностью размещения между скважинным инструментом и другим скважинным компонентом, при этом скважинный инструмент и скважинный компонент выполнены с возможностью сопряжения друг с другом, и при этом втулка в форме усеченной фигуры содержит амортизирующий механический удар материал. Один из скважинного компонента и скважинного инструмента может иметь сопрягаемую вставляемую часть в форме усеченной фигуры с наружной поверхностью, выполненной с возможностью приема втулки в форме усеченной фигуры, и другой из скважинного компонента и скважинного инструмента может иметь принимающую часть, выполненную с возможностью приема сопрягаемой вставляемой части. Поверхность может быть по существу гладкой или радиально гофрированной. Скважинный компонент может включать в себя одно из следующего: другой скважинный инструмент и центратор.
[0009] Амортизирующий механический удар материал может включать в себя эластомерный материал. Эластомерный материал может иметь величину показателя твердости по склероскопу между примерно 10А и примерно 60А. В некоторых аспектах эластомерный материал имеет величину показателя твердости по склероскопу между примерно 20А и примерно 40А. В некоторых аспектах эластомерный материал имеет точку пластичности выше 260 градусов С. В некоторых аспектах эластомерный материал сохраняет свою величину показателя твердости по склероскопу в температурном диапазоне от примерно -50 градусов C до примерно 175 градусов С. Эластомерный материал может включать в себя силикон.
[0010] Амортизирующий механический удар материал может включать в себя гофрированный металл. Металл может быть гофрирован радиально или продольно относительно оси втулки в форме усеченной фигуры. Сопрягаемая вставляемая часть в форме усеченной фигуры может быть выполнена из металла, одинакового с гофрированным металлом. Амортизирующий механический удар материал выбирают с возможностью сохранять свою твердость в температурном диапазоне от примерно -50 градусов C до примерно 175 градусов C.
[0011] Втулка в форме усеченной фигуры может иметь коническую или пирамидальную форму. Втулкой в форме усеченной фигуры может иметь внутренний угол в диапазоне от примерно 5 градусов до примерно 80 градусов. В некоторых аспектах втулка в форме усеченной фигуры может иметь внутренний угол в диапазоне от примерно 5 градусов до примерно 35 градусов. В некоторых аспектах втулка в форме усеченной фигуры может иметь внутренний угол в диапазоне от примерно 8 градусов до примерно 28 градусов.
[0012] Другим вариантом осуществления согласно настоящему изобретению является устройство для работы в стволе скважины, устройство, содержащее: скважинный инструмент, выполненный с возможностью выполнения работ с электронным управлением; скважинный компонент, выполненный с возможностью взаимного соединения со скважинным инструментом; и втулку в форме усеченной фигуры, установленную между скважинным инструментом и скважинным компонентом в месте взаимного соединения и содержащую амортизирующий механический удар материал. Один из скважинного инструмента и скважинного компонента может иметь сопрягаемую вставляемую часть в форме усеченной фигуры с наружной поверхностью, выполненной с возможностью приема втулки в форме усеченной фигуры, и другой может иметь сопрягаемое принимающую часть, выполненную с возможностью приема сопрягаемой вставляемой части. Наружная поверхность сопрягаемой вставляемой части может быть радиально гофрированной или по существу гладкой. Внутренняя поверхность сопрягаемой принимающей части может быть радиально гофрированной или по существу гладкой. Скважинный компонент может включать в себя один из следующего: другой скважинный инструмент и центратор.
[0013] Амортизирующий механический удар материал может содержать эластомерный материал или гофрированный металл. Эластомерный материал может иметь величину показателя твердости по склероскопу между примерно 10А и примерно 60А. В некоторых аспектах эластомерный материал имеет величину показателя твердости по склероскопу между примерно 20А и примерно 40А. В некоторых аспектах эластомерный материал имеет точку пластичности выше 260 градусов C. В некоторых аспектах эластомерный материал сохраняет свою величину показателя твердости по склероскопу в температурном диапазоне от примерно -50 градусов C до примерно 175 градусов C. Эластомерный материал может включать в себя силикон.
[0014] Амортизирующий механический удар материал может включать в себя гофрированный металл. Металл может быть гофрированным радиально или продольно относительно оси втулки в форме усеченной фигуры. Сопрягаемая вставляемая часть в форме усеченной фигуры может быть выполнена из металла, одинакового с гофрированным металлом. Амортизирующий механический удар материал выбирают с возможностью сохранять свою твердость в температурном диапазоне от примерно -50 градусов C до примерно 175 градусов C.
[0015] Втулкой в форме усеченной фигуры может быть конической или пирамидальной формы. Втулкой в форме усеченной фигуры может иметь внутренний угол в диапазоне от примерно 5 градусов до примерно 80 градусов. В некоторых аспектах втулка в форме усеченной фигуры может иметь внутренний угол в диапазоне от примерно 5 градусов до примерно 35 градусов. В некоторых аспектах втулка в форме усеченной фигуры может иметь внутренний угол в диапазоне от примерно 8 градусов до примерно 28 градусов.
[0016] Сопрягаемая вставляемая часть в форме усеченной фигуры может быть пустотелой и иметь первое отверстие и второе отверстие, дополнительно содержащие: предварительно нагруженный фиксатор, выполненный с возможностью его частичной вставки в меньшее из двух отверстий сопрягаемой вставляемой части в форме усеченной фигуры, предварительно нагруженный фиксатор содержащий: утолщение с размером больше внутреннего диаметра меньшего отверстия, и трубку с наружным диаметром меньше внутреннего диаметра меньшего отверстия. Сопрягаемая вставляемая часть в форме усеченной фигуры и сопрягаемая принимающая часть могут быть выполнены с возможностью скользящего сцепления для образования взаимного соединения.
[0017] Примеры наиболее важных признаков изобретения имеют кратко описаны весьма широко для лучшего понимания подробного описания, приведенного ниже и для обеспечения понимания его вклада в уровень техники. Имеются, естественно, дополнительный признаки изобретения, которые описаны ниже в данном документе и которые образуют предмет прилагаемой формулы изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0018] Лучшее понимание настоящего изобретения может быть получено из следующего подробного описания и прилагаемых чертежей различных раскрытых вариантов осуществления, которые даны только в качестве иллюстрации, и, таким образом, не ограничивают настоящее изобретение, и на которых показано следующее.
На фиг. 1 показана схема буровой системы с компоновкой низа бурильной колонны, выполненной для применения в стволе скважины, которая включает в себя скважинные инструменты согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 2А Показано трехмерное изображение скважинного инструмента, сопряженного со скважинным компонентом, согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 2В показан вид продольного сечения инструмента фиг. 2А;
На фиг. 2С показано трехмерное изображение демпфирующего устройства на сопрягаемой вставляемой части согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 2D показано трехмерное изображение эластомерного демпфирующего устройства, как пустотелого усеченного конуса, согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 3А показано трехмерное изображение металлического демпфирующего устройства, как пустотелого усеченного конуса с радиальным гофром, согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 3В показано трехмерное изображение металлического демпфирующего устройства, как пустотелого усеченного конуса с продольным гофром, согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 3С показано трехмерное изображение демпфирующего устройства, как пустотелой пирамидальной усеченной фигуры, согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 4А показано трехмерное изображение сопрягаемой вставляемой части фиг. 2С без демпфирующего устройства.
На фиг. 4В показано трехмерное изображение сопрягаемой вставляемой части с радиальным гофром согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 5А показано трехмерное изображение сопрягаемой принимающей части, показанной на фиг. 2В.
На фиг. 5В показано трехмерное изображение сопрягаемой принимающей части с радиальным гофром согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 6А показан вид продольного сечения эластомерного демпфирующего устройства, установленного между гофрированной сопрягаемой вставляемой частью и по существу гладкой сопрягаемой принимающей частью согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 6В показано в трехмерном изображении продольное сечение эластомерного демпфирующего устройства фиг. 2D, установленного между по существу гладкой сопрягаемой вставляемой частью и гофрированной сопрягаемой принимающей частью согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 6С показано в двумерном изображении продольное сечение эластомерного демпфирующего устройства, установленного между гофрированной сопрягаемой вставляемой частью и гофрированной сопрягаемой принимающей частью с взаимно блокирующим гофром согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 6D показано в двумерном изображении продольное сечение эластомерного демпфирующего устройства, установленного между гофрированной сопрягаемой вставляемой частью и гофрированной сопрягаемой принимающей частью с противоположным гофром согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 7 показано трехмерное изображение предварительно нагруженного фиксатора для применения со сопрягаемой вставляемой частью для одного варианта осуществления согласно настоящему изобретению.
На фиг. 8 показано в двумерном изображении продольное сечение соединения между сопрягаемой вставляемой частью и сопрягаемой принимающей частью с предварительно нагруженным фиксатором фиг. 2В.
На фиг. 9 показано в трехмерном изображении сечение перпендикулярное оси скважинного инструмента и проходящее через предварительно нагруженный фиксатор согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 10 показано в трехмерном изображении сечение перпендикулярное оси скважинного инструмента фиг. 9 с удаленной сопрягаемой принимающей частью.
На фиг. 11 показано в трехмерном изображении продольное сечение металлического демпфирующего устройства, установленного между сопрягаемой вставляемой частью и сопрягаемой принимающей частью согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 12А показано трехмерное изображение соединения между собой скважинного инструмента и противоположных демпфирующее устройств и с удаленной плоской крышкой корпус согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 12В показано трехмерное изображение соединения фиг. 12А с закрытым корпус скважинного инструмента.
На фиг. 13 показано трехмерное изображение узла демпфирующего устройства, выполненного для скважинного инструмента согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0019] В аспектах настоящее изобретение относится к скважинным операциям бурения. Конкретно, настоящее изобретение относится к защите компонентов скважинного инструмента, которые могут быть чувствительны к механическому удару и вибрации, которые возникают во время операций бурения и могут уменьшать эксплуатационный ресурс скважинных инструментов. Настоящее изобретение допускает варианты осуществления отличающихся форм. Ниже в данном документе подробно описаны и показаны на прилагаемых чертежах конкретные варианты осуществления изобретения, при этом настоящее раскрытие следует считать примером принципов, не имеющим намерения ограничить настоящее изобретение проиллюстрированным и описанным в данном документе.
[0020] На фиг. 1 показана схема буровой системы 100, которая включает в себя буровую установку 110, установленную на поверхности 120 и над стволом 130 скважины в геологической среде 140. В стволе 130 скважины установлена бурильная колонна 150 с буровым долотом 160 на дне забоя ствола 130 скважины. Над буровым долотом 160 расположена компоновка 170 низа бурильной колонны, которая включает в себя один или больше скважинных инструментов 180. Скважинные инструменты 180 могут быть выполнены для измерения, поддержания связи и других операций во время бурения.
[0021] На фиг. 2А и 2В показаны схемы одного из скважинных инструментов 180, соединенного с другим скважинным компонентом 210 для образования комплекта 200 соединенных между собой компонентов, который включает в себя демпфирующее устройство 230 между скважинным компонентом 210 и скважинным инструментом 180. На фиг. 2А Показан комплект 200, имеющий ось 201 которая является общей для скважинного компонента 210 и скважинного инструмента 180. Скважинный компонент 210 может являться другим скважинным инструментом, центратором, или соединительным переводником. Предварительно нагруженный фиксатор 220 установлен на скважинном инструменте 180 для приложения давления к пружине в забойном компоненте 210. Предварительно нагруженный фиксатор 220 является возможным в некоторых вариантах осуществления.
[0022] Скважинный инструмент 180 и скважинный компонент 210 сопрягают для образования соединения между ними. Демпфирующее устройство 230 показано установленным между сопрягаемой вставляемой частью 240 и сопрягаемой принимающей частью 250. При этом на фиг. 2В показано сечение комплекта 200 так, что можно видеть сопрягаемую вставляемую часть 240 на забойном компоненте 210 и сопрягаемая принимающая часть 250 на скважинном инструменте 180. Сопрягаемое соединение фиг. 2В является только иллюстративным примером, и в некоторых вариантах осуществления сопрягаемая вставляемая часть 240 может быть установлена на скважинном инструменте 180, и сопрягаемая принимающая часть 250 может быть установлена на забойном компоненте 210.
[0023] На фиг. 2С показана схема демпфирующего устройства 230, установленного на забойном компоненте 210. Демпфирующее устройство 230 содержит материал, который амортизирует механические удары и вибрации. Демпфирующее устройство 230 является по существу втулкой в форме усеченной фигуры, т.е. имеет форму конуса или пирамиды, который (которая) выполнен (выполнена) пустотелой и срезан (срезана) плоскостью, по существу параллельной плоскости, образующей основания конуса или пирамиды. Толщина втулки может варьироваться на основе требуемого демпфирования механического удара и требований конструктивного решения скважинного инструмента 180. Демпфирующее устройство 230 выполнено с возможностью приема другим компонентом в форме усеченной фигуры, например, участком в форме усеченной фигуры забойного компонента 210 или скважинного инструмента 180.
[0024] Демпфирующее устройство 230 выполнено с возможностью работы в скважинной окружающей среде, в том числе в окружающей среде, в которой проходит бурение на нефть и газ. Демпфирующее устройство 230 выполнено из материала, подходящего для условий работы в скважине, что понятно специалисту в данной области техники.
[0025] Демпфирующее устройство 230 может являться эластомерный материалом. Эластомерный материал может иметь величину показателя по склероскопу Шора между примерно 10А и 60А. В некоторых вариантах осуществления эластомерный материал может иметь величину показателя по склероскопу Шора между примерно 20А и 40А. Эластомерный материал может сохранять величину показателя по склероскопу Шора в расчетном диапазоне температур между примерно -50 градусов C и примерно 175 градусов С. В некоторых вариантах осуществления эластомерный материал является силиконом.
[0026] На фиг. 2D показана схема демпфирующего устройства 230, как усеченного конуса с гладкой поверхностью. Демпфирующее устройство 230 может также быть выполнено в виде пирамидальной усеченной фигуры. Как любая усеченная фигура, демпфирующее устройство 230 должно иметь внутренний угол, который образован, как угол при вершине (если бы усеченная фигура являлась завершенным конусом или пирамидой), демпфирующее устройство 230 может иметь внутренний угол в диапазоне от примерно 5 градусов до 80 градусов. В некоторых вариантах осуществления демпфирующее устройство может иметь внутренний угол от примерно 5 градусов до примерно 35 градусов. Дополнительно, в некоторых вариантах осуществления демпфирующее устройство может иметь внутренний угол от примерно 8 градусов до примерно 28 градусов.
[0027] На фиг. 3А и 3В показаны схемы демпфирующего устройства 310, 320, содержащего металл. Металлические демпфирующие устройства 310, 320 могут иметь многие из свойств демпфирующего устройства 230, включающие в себя его форму усеченной фигуры, внутренние углы и свойства амортизации механического удара. Металлическое демпфирующее устройство 310, 320 может быть гофрированным. В данном документе термин гофрированный применяется для описания любой поверхности, которая имеет два или больше одинаковых, синусоидальных выступов или канавок, либо острых (например, пилообразных) или гладких (например волнообразных). Металлическое демпфирующее устройство 310, 320 выполнено с возможностью приема по существу гладкой поверхностью участка в форме усеченной фигуры либо скважинного инструмента 180 или забойного компонента 210. Металл может быть выбран так, что гофрированная форма остается подходящей (удерживает свою твердость, и т.д.) для амортизации механического удара в температурном диапазоне от примерно -50 градусов C до примерно 175 градусов С. На фиг. 3А, демпфирующее устройство 310 показан с радиальным гофром относительно оси 201. На фиг. 3В, демпфирующее устройство 320 показано с продольным гофром относительно оси 201. Металлические демпфирующие устройства 310, 320 могут иметь одинаковую форму усеченной фигуры с эластомерным демпфирующим устройством 230, при этом металлические демпфирующие устройства 310, 320 имеют гофрированные поверхности.
[0028] На фиг. 3С показана схема демпфирующего устройства 330, имеющего форму пустотелой пирамидальной усеченной фигуры. Демпфирующее устройство 330 может быть металлическим или эластомерным. Хотя устройство показано с 10 сторонами, данное не является ограничением, и демпфирующее устройство 330 может иметь 4 или больше сторон. Демпфирующее устройство 330 может быть выполнено с возможностью приема сопрягаемой вставляемой части 240 в форме усеченной пирамидальной фигуры с идентичным демпфирующему устройству 330 числом сторон. Таким образом, форма пирамидальной усеченной фигуры демпфирующего устройства 330 может обеспечивать свою собственную внутреннюю синхронизацию с формой пирамидальной усеченной фигуры или сопрягаемой вставляемой части 240 или сопрягаемой принимающей части 250. В некоторых вариантах осуществления стороны должны быть единообразными. В некоторых вариантах осуществления демпфирующее устройство 330 может иметь 4-20 сторон. Как показано, демпфирующее устройство 330 имеет форму пирамидальной усеченной фигуры на наружной стороне 340 и внутренней стороне 350 по существу с постоянной толщиной; вместе с тем, данное является только иллюстративным примером. В некоторых вариантах осуществления одна из наружной стороны 340 и внутренней стороны 350 может иметь форму пирамидальной усеченной фигуры, а другая, форму усеченного конуса. Таким образом, сопрягаемая вставляемая часть 240 с внешней частью с одной из форм из числа конической и пирамидальной усеченной фигуры и сопрягаемая принимающая часть 250 с внутренней частью с другой из форм из числа конической и пирамидальной усеченной фигуры могут применяться вместе, когда демпфирующее устройство 330 выполнено с возможностью его приема обоими.
[0029] На фиг. 4А показана схема сопрягаемой вставляемой части 240, выполненной с возможностью приема демпфирующего устройства 230. Сопрягаемая вставляемая часть 240 может включать в себя часть 410 с наружным диаметром больше самого большого внутреннего диаметра демпфирующего устройства 230 для предотвращения продольного перемещения демпфирующего устройства 230 в направлении к компоненту 210 или инструменту 180 со сопрягаемой вставляемой частью 240. Сопрягаемая вставляемая часть 240 может также включать в себя утолщение 420 с наружным диаметром больше меньшего внутреннего диаметра демпфирующего устройства 230 для предотвращения продольного перемещения демпфирующего устройства 230 от компонента 210 или инструмента 180. Сопрягаемая вставляемая часть 240 может иметь гладкую часть 430 в форме усеченной фигуры, выполненную с возможностью приема эластомерного демпфирующего устройства 230, между частью 410 и утолщением 420.
[0030] На фиг. 4В показана схема сопрягаемой вставляемой части 240 с гофрированной частью 440 в форме усеченной фигуры, выполненная с возможностью приема эластомерного демпфирующего устройства 230. Часть 440 установлена между частью 410 и утолщением 420.
[0031] На фиг. 5А показана схема сопрягаемой принимающей части 250, показанной на фиг. 2В. Сопрягаемая принимающая часть 250 может иметь по существу гладкую внутреннюю поверхность 510. По существу гладкая внутренняя поверхность 510 является подходящей для приема сопрягаемой вставляемой части 240 с демпфирующим устройством 230, 310, 320 на поверхности сопрягаемой вставляемой части 240.
[0032] На фиг. 5В показана схема сопрягаемой принимающей части 250 с гофрированной поверхностью 520. Гофрированная поверхность 520 является подходящей для приема сопрягаемой вставляемой части 240 с демпфирующим устройством 230 на поверхности сопрягаемой вставляемой части 240. Гофрированная поверхность 520 показана с профилем радиального гофра; вместе с тем, также предполагается, что сопрягаемая принимающая часть 250 может иметь продольный гофр.
[0033] На фиг. 6А показан схема сечения демпфирующего устройства 230 в одном варианте осуществления соединения между сопрягаемой вставляемой частью 240 и сопрягаемой принимающей частью 250. Демпфирующее устройство 230 установлено между гофрированной поверхностью 440 сопрягаемой вставляемой части 240 и по существу гладкой поверхностью 510 сопрягаемой принимающей части 250.
[0034] Когда механические удары принимаются вдоль продольный оси 201, силу удара может частично или полностью амортизировать демпфирующее устройство 230. Форма усеченной части обеспечивает площадь поверхности для амортизации удара больше, чем у обычного кольцевого демпфирующего устройства, при этом его размеры соответствуют размеру внутреннего пространства сопрягаемой принимающей части 250. Благодаря распределению удара по большей площади поверхности, демпфирующее устройство 230 обеспечивает амортизацию удара, которая больше, чем у демпфирующего устройства кольцевой формы из того же материала, с той же толщиной и радиусом относительно продольной оси 201. Таким образом, демпфирующее устройство 230 в форме усеченной фигуры может обеспечивать аналогичное демпфирование удара, будучи тоньше, или имея одинаковую толщину с обычным демпфирующим устройством кольцевой формы, обеспечивать увеличенное демпфирование удара и увеличенный расчетный эксплуатационный ресурс. Форма усеченной части также обеспечивает радиальное демпфирование, когда принимаются боковые удары, и демпфирование во время приема ударов от вращения.
[0035] На фиг. 6В показана схема сечения демпфирующего устройства 230 в другом варианте осуществления соединения между сопрягаемой вставляемой частью 240 и сопрягаемой принимающей частью 250. Здесь демпфирующее устройство 230 установлено между по существу гладкой поверхностью 430 сопрягаемой вставляемой части 240 и гофрированной поверхностью 520 сопрягаемой принимающей части 250.
[0036] На фиг. 6С показана схема сечения демпфирующего устройства в другом варианте осуществления соединения между сопрягаемой вставляемой частью 240 и сопрягаемой принимающей частью 250. Здесь демпфирующее устройство 230 установлено между гофрированной поверхностью 440 сопрягаемой вставляемой части 240 и гофрированной поверхностью 520 сопрягаемой принимающей части 250. Гофр гофрированной поверхности 440 и гофрированной поверхности 520 совмещаются так, что выступы и выемки одной гофрированной поверхности совмещаются с выступами и выемками другой гофрированной поверхности для "взаимного блокирования" друг с другом.
[0037] На фиг. 6D показана схема сечения демпфирующего устройства в другом варианте осуществления соединения между сопрягаемой вставляемой частью 240 и сопрягаемой принимающей частью 250. Здесь демпфирующее устройство 230 установлено между гофрированной поверхностью 440 сопрягаемой вставляемой части 240 и гофрированной поверхностью 520 сопрягаемой принимающей части 250. Гофр гофрированной поверхности 440 и гофрированной поверхности 520 совмещены так, что выступы и выемки одной гофрированной поверхности совмещены с выступами и выемками другой гофрированной поверхности для совпадения или расположения "противоположно" друг другу.
[0038] На фиг. 7 показана схема варианта осуществления предварительно нагруженного фиксатора 220. Предварительно нагруженный фиксатор 220 может включать в себя утолщение 710 с наружным диаметром больше внутреннего диаметра утолщения 420, так что предварительно нагруженный фиксатор 220 не может пройти в сопрягаемую вставляемую часть 240. Подкладка 720 установлена на утолщение 710 для обеспечения подушки между утолщением 420 и утолщением 710. Подкладка 720 может состоять из эластомерного материала, который может быть одинаковым с эластомерный материалом, применяемым для демпфирующего устройства 230, или отличающимся от него. Труба 730 для пропуска троса может быть установлена в проходном отверстии утолщения 710 и выполнена с возможностью обеспечивать проход тросов между сопрягаемой вставляемой частью 240 и сопрягаемой вставляемой частью 250. Труба 730 для пропуска троса может включать в себя, если необходимо, щель 740 для обеспечения доступа в ее внутреннее пространство. Труба 730 для пропуска троса имеет наружный диаметр, который меньше внутреннего диаметра сопрягаемой вставляемой части 240, и выполнена для частичного вставления в сопрягаемую вставляемую часть 240. Труба 730 для пропуска троса удерживается в нужном положении относительно утолщения 710 одним или несколькими поперечными штифтами 750.
[0039] На фиг. 8 показана схема предварительно нагруженного фиксатора 220 с трубой 730 для пропуска троса, вставленного в сопрягаемую вставляемую часть 240. Скважинный компонент 210 оборудован пружиной 810 и концентрическим многоштырьковым соединителем 820. Труба 730 для пропуска троса выполнена с возможностью приложения силы к пружине 810 так, что пружина 810 сжимается, когда предварительно нагруженный фиксатор 220 установлен на сопрягаемой вставляемой части 240.
[0040] На фиг. 9 показано сечение предварительно нагруженного фиксатора 220 при установке на скважинный компонент 210. Со сопрягаемой принимающей частью 250, соединенным со сопрягаемой вставляемой частью 240, предварительно нагруженный фиксатор 220 вставляется между парой поднятых поверхностей 910 сопрягаемой принимающей части 250. Поднятые поверхности 910 предотвращают вращение предварительно нагруженного фиксатора 220, когда скважинный компонент 210 и скважинный инструмент 180 подвергаются воздействию скручивающих сил. Здесь можно видеть пересечение поперечных штифтов 750 и трубы 730 для пропуска троса. Подкладка 720 может обеспечивать демпфирование и ударов при вращении и боковых механических ударов.
[0041] На фиг. 10 показано сечение фиг. 9, где сопрягаемая вставляемая часть 240 открыта так, что ее можно видеть. В некоторых вариантах осуществления предварительно нагруженный фиксатор 220 может быть выполнен, как часть сопрягаемой вставляемой части 240 вместо вставления и скрепления поперечными штифтами 250. Поскольку сопрягаемая принимающая часть 250 не может быть сопряжена с сопрягаемой вставляемой частью 240 посредством скользящем взаимодействия, когда предварительно нагруженный фиксатор 220 находится на месте, сопрягаемая принимающая часть 250 может быть выполнено из двух или больше деталей, форма которых может меняться вокруг сопрягаемой вставляемой части 240 для образования соединения. Форма усеченной фигуры демпфирующего устройства 230 обеспечивает демпфирование ударов при вращении и боковых механических ударов, что увеличивает демпфирование, обеспечиваемое подкладкой 720. Фактически, в целом поверхность демпфирующего устройства 230 вносит вклад в демпфирующее действие в дополнение к подкладке 720 для демпфирования ударов при вращении.
[0042] На фиг. 11 показан вариант осуществления, где металлическое демпфирующее устройство 310 установлено между сопрягаемой вставляемой частью 240 и сопрягаемой принимающей частью 250. Металлическое демпфирующее устройство 310 является радиально гофрированным, и наружная поверхность сопрягаемой вставляемой части 240 и внутренняя поверхность сопрягаемой принимающей части 250 являются по существу гладкими.
[0043] На фиг. 12А и 12В показано взаимное соединение 1200 между скважинным компонентом 1210 и корпус 1250 скважинного инструмента. Скважинный компонент 1210 показан со сопрягаемой вставляемой частью 1240, выполненной с возможностью приема полостью 1220 в корпус 1250 скважинного инструмента. Демпфирующие устройства 1230, 1260 установлены на сопрягаемой вставляемой части 1240, которая включает в себя две части в форме усеченной фигуры (не показано) выполненные с возможностью приема демпфирующих устройств 1230, 1260. Полости 1220 могут быть приданы такие размеры, что сопрягаемая вставляемая часть 1240 может приниматься в корпус 1250 в боковом направлении, когда крышка 1270 удалена, но может не приниматься или расцепляться посредством перемещения в аксиальном направлении. Демпфирующие устройства 1230, 1260 имеют форму втулок в форме усеченного конуса, такие как демпфирующие устройства 230, 310, 320, 330. Демпфирующее устройство 1230 может быть одинаковым с демпфирующим устройством 1260 или отличающимся по размерам от него. Демпфирующие устройства 1230, 1260 по существу соответствуют форме сопрягаемой вставляемой части 1240 и выполнены так, что отверстия меньшего диаметра пустотелых усеченных фигур являются смежными. Хотя скважинный компонент 1210 показан со сопрягаемой вставляемой частью 1240 и корпус 1250 скважинного инструмента с полостью 1220, данное является только иллюстративным примером. В некоторых вариантах осуществления корпус 1250 скважинного инструмента может иметь сопрягаемую вставляемую часть 1240 и скважинный компонент 1210 может иметь полость 1220.
[0044] На фиг. 13 показан узел 1300 демпфирующего устройства 1300 для применения со скважинным инструментом 210. Плоская крышка 1310 выполнен с возможностью приема скважинным инструментом 210. Плоская крышка 1310 включает в себя основание в форме усеченной фигуры (не показано), выполненное с возможностью приема демпфирующего устройства 1230. Демпфирующее устройство 1230 закреплено от аксиального перемещения поднятыми участками 1320, 1330 основания, расположенными по одному с каждой стороны демпфирующего устройства 1230 в аксиальном направлении 201. Узел 1300 включает в себя установочный фланец 1350, выполненной для прикрепления к другому забойному компоненту, и вал 1340, через который удар и вибрация могут передаваться на демпфирующее устройство 1230 для амортизации. Узел 1300 также включает в себя, если необходимо, демпфирующий слой 1360, который может усиливать защиту от аксиального удара, обеспеченную демпфирующим устройством 1230. Возможный демпфирующий слой 1360 может нести возможная поддерживающая плита 1370, плоскость которой установлена перпендикулярно аксиальному направлению 201. В некоторых вариантах осуществления могут предусматриваться многочисленные перемежающиеся возможные демпфирующие слои 1360 и возможные поддерживающие плиты 1370.
[0045] Хотя варианты осуществления в настоящем раскрытии описаны с некоторыми деталями, согласно предпочтительным вариантам осуществления, приведенным в качестве примеров выше, это не накладывает ограничений на модификации, очевидные для специалиста в данной области техники.
[0046] Приведенное выше раскрытие и описание изобретения являются иллюстративными и приведены для его объяснения, и различные изменения в деталях проиллюстрированного устройства и системы, а также конструкция и способ работы можно производить без отхода от сущности изобретения.
1. Устройство для уменьшения механического удара и вибрации в скважинном инструменте, выполненное с возможностью размещения в стволе скважины, содержащее:
втулку в форме усеченной фигуры, выполненную с возможностью размещения между скважинным инструментом и другим скважинным компонентом, причем
скважинный инструмент и скважинный компонент выполнены с возможностью сопряжения друг с другом, а
втулка в форме усеченной фигуры содержит:
центральную ось,
радиально внутреннюю поверхность;
радиально наружную поверхность;
амортизирующий механический удар материал;
причем радиально внутренняя поверхность или радиально наружная поверхность втулки в форме усеченной фигуры содержит пирамидальную поверхность в форме усеченной фигуры с четырьмя или более смежными по окружности сторонами;
причем скважинный инструмент или скважинный компонент имеют пирамидальную поверхность в форме усеченной фигуры, выполненную с возможностью сопряжения с пирамидальной поверхностью в форме усеченной фигуры втулки в форме усеченной фигуры.
2. Устройство по п. 1, в котором
скважинный компонент или скважинный инструмент имеют вставляемую часть в форме усеченной фигуры с наружной поверхностью, содержащей пирамидальную поверхность в форме усеченной фигуры, выполненную с возможностью приема втулки в форме усеченной фигуры и с возможностью сопряжения с пирамидальной поверхностью в форме усеченной фигуры втулки в форме усеченной фигуры.
3. Устройство по п. 1, в котором скважинный компонент содержит одно из следующего: другой скважинный инструмент и центратор.
4. Устройство по п. 1, в котором амортизирующий механический удар материал содержит металл.
5. Устройство по п. 1, в котором втулка в форме усеченной фигуры включает в себя первый конец и второй конец, противоположный первому концу;
причем каждая из множества сторон пирамидальной поверхности в форме усеченной фигуры втулки в форме усеченной фигуры проходит линейно от первого конца ко второму концу.
6. Устройство по п. 4, в котором вставляемая часть в форме усеченной фигуры выполнена из того же металла, что и втулка в форме усеченной фигуры.
7. Устройство по п. 4, в котором амортизирующий механический удар материал выбран с возможностью сохранять свою твердость в температурном диапазоне от примерно -50°С до примерно 175°С.
8. Устройство по п. 1, в котором радиально внутренняя поверхность втулки в форме усеченной фигуры содержит пирамидальную поверхность в форме усеченной фигуры, а радиально наружная поверхность втулки в форме усеченной фигуры представляет собой коническую поверхность в форме усеченной фигуры; или
в котором радиально наружная поверхность втулки в форме усеченной фигуры содержит пирамидальную поверхность в форме усеченной фигуры, а радиально внутренняя поверхность (350) втулки в форме усеченной фигуры представляет собой форму конической усеченной фигуры.
9. Устройство по п. 1, в котором втулка в форме усеченной фигуры имеет внутренний угол в диапазоне от примерно 5 градусов до примерно 80 градусов.
10. Устройство по п. 9, в котором втулка в форме усеченной фигуры имеет внутренний угол в диапазоне от примерно 5 градусов до примерно 35 градусов.
11. Устройство по п. 10, в котором втулка в форме усеченной фигуры имеет внутренний угол в диапазоне от примерно 8 градусов до примерно 28 градусов.
12. Устройство для работы в стволе скважины, содержащее:
- скважинный инструмент, выполненный с возможностью выполнения работ с электронным управлением;
- скважинный компонент, выполненный с возможностью взаимного соединения со скважинным инструментом; и
- втулку в форме усеченной фигуры, размещенную между скважинным инструментом и скважинным компонентом в месте взаимного соединения, причем втулка в форме усеченной фигуры содержит амортизирующий механический удар материал, причем
один из числа скважинного инструмента и скважинного компонента имеет вставляемую часть в форме усеченной фигуры, а
другой из числа скважинного инструмента и скважинного компонента имеет принимающую часть, выполненную с возможностью приема вставляемой части в форме усеченной фигуры;
при этом вставляемая часть в форме усеченной фигуры выполнена пустотелой и включает в себя наружную поверхность, выполненную с возможностью приема втулки в форме усеченной фигуры, первое отверстие и второе отверстие;
- предварительно нагруженный фиксатор, выполненный с возможностью его частичной вставки в меньшее из первого отверстия и второго отверстия вставляемой части в форме усеченной фигуры, при этом предварительно нагруженный фиксатор содержит
утолщение с размером больше внутреннего диаметра меньшего отверстия и трубку с наружным диаметром меньше внутреннего диаметра меньшего отверстия.
13. Устройство по п. 12, в котором вставляемая часть в форме усеченной фигуры включает в себя наружную поверхность, которая дополнительно включает в себя множество отдельных разнесенных аксиально выступов и множество аксиально разнесенных канавок, расположенных между множеством выступов; и
при этом каждый из выступов и каждая из канавок проходят по окружности вокруг центральной оси вставляемой части в форме усеченной фигуры.
14. Устройство по п. 12, в котором вставляемая часть в форме усеченной фигуры включает в себя наружную поверхность, которая является по существу гладкой.
15. Устройство по п. 12, в котором скважинный компонент содержит одно из следующего: другой скважинный инструмент и центратор.
16. Устройство по п. 12, в котором амортизирующий механический удар материал содержит эластомерный материал.
17. Устройство по п. 16, в котором эластомерный материал имеет величину показателя твердости по склероскопу между примерно 10A и примерно 60А.
18. Устройство по п. 17, в котором эластомерный материал имеет величину показателя твердости по склероскопу между примерно 20А и примерно 40А.
19. Устройство по п. 17, в котором эластомерный материал имеет точку пластичности выше 260°С.
20. Устройство по п. 17, в котором эластомерный материал сохраняет свою величину показателя твердости по склероскопу в температурном диапазоне от примерно -50ºС до примерно 175°С.
21. Устройство по п. 12, в котором эластомерный материал является силиконом.
22. Устройство по п. 12, в котором амортизирующий механический удар материал втулки в форме усеченной фигуры содержит гофрированный металл, при этом
втулка в форме усеченной фигуры имеет ось; а
гофрированный металл
выполнен гофрированным радиально относительно оси или
выполнен гофрированным продольно относительно оси.
23. Устройство по п. 22, в котором амортизирующий механический удар материал выбран с возможностью сохранять свою твердость в температурном диапазоне от примерно -50°С до примерно 175°С.
24. Устройство по п. 12, в котором втулка в форме усеченной фигуры является конической усеченной фигурой.
25. Устройство по п. 12, в котором втулка в форме усеченной фигуры имеет внутренний угол в диапазоне от примерно 5 градусов до примерно 80 градусов.
26. Устройство по п. 25, в котором втулка в форме усеченной фигуры имеет внутренний угол в диапазоне от примерно 5 градусов до примерно 35 градусов.
27. Устройство по п. 26, в котором втулка в форме усеченной фигуры имеет внутренний угол в диапазоне от примерно 8 градусов до примерно 28 градусов.
28. Устройство по п. 12, в котором вставляемая часть в форме усеченной фигуры и принимающая часть выполнены с возможностью скользящего сцепления для образования взаимного соединения.
29. Устройство по п. 1, в котором скважинный компонент или скважинный инструмент имеют принимающую часть в форме усеченной фигуры с внутренней поверхностью, содержащей пирамидальную поверхность в форме усеченной фигуры, выполненную с возможностью приема втулки в форме усеченной фигуры и с возможностью сопряжения с пирамидальной поверхностью в форме усеченной фигуры втулки в форме усеченной фигуры.
30. Устройство по п. 1, в котором радиально внутренняя поверхность втулки в форме усеченной фигуры содержит пирамидальную поверхность в форме усеченной фигуры и радиально наружная поверхность втулки в форме усеченной фигуры содержит пирамидальную поверхность в форме усеченной фигуры с четырьмя или более смежными по окружности сторонами;
причем скважинный инструмент или скважинный компонент имеют пирамидальную поверхность в форме усеченной фигуры, выполненную с возможностью сопряжения с пирамидальной поверхностью в форме усеченной фигуры радиально внутренней поверхности втулки в форме усеченной фигуры,
причем другой из скважинного инструмента или скважинного компонента имеет пирамидальную поверхность в форме усеченной фигуры, выполненную с возможностью сопряжения с пирамидальной поверхностью в форме усеченной фигуры радиально наружной поверхности втулки в форме усеченной фигуры.
