涡流控制可变流阻装置及其相关工具和方法制造方法及图纸

一种涡流控制可变流阻装置，该装置用在背压工具中，所述背压工具用于在延伸达到井下操作中推进钻柱。由所述装置产生的压力波的特征由流动路径的涡流腔中的涡流的增长或衰退来控制。所述流动路径包括开关，例如双稳态射流开关，该开关用于翻转所述涡流腔中的流动方向。所述流动路径可以包括多个涡流腔，所述装置可以包括多个流动路径。所述涡流腔的所述出口中的硬化的插入件耐腐蚀。所述装置产生短时间的背压和接近所述钻柱的谐振频率的较慢的频率，从而使得所述钻柱中的轴向运动最大并且加重所述钻头。此外，所述工具产生的流体脉冲加强碎屑从所述钻头前的移除。

Eddy current control variable flow resistance device and related tool and method

A swirl controlled variable flow resistance device used in a back pressure tool for propelling a drill string in an extended reach downhole operation. The characteristics of the pressure wave generated by the device are controlled by the growth or decay of vortices in the vortex cavity of the flow path. The flow path includes a switch, such as a bistable jet switch for inverting the flow direction in the vortex cavity. The flow path may include a plurality of vortex cavities that may include a plurality of flow paths. The hardened insert in the outlet of the vortex cavity is corrosion-resistant. The device generates a short time back pressure and a slower frequency near the resonant frequency of the drill string, so that the axial movement in the drill string is maximal and aggravates the drill bit. In addition, the tool produces a fluid pulse that strengthens the removal of debris from the drill bit.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】涡流控制可变流阻装置及其相关工具和方法
本专利技术通常涉及一种可变阻力装置，更具体地，但并不限制，涉及一种井下工具以及使用这种装置的井下作业。附图说明图1是连续油管布置系统的示意图，该连续油管布置系统包括井下工具，该井下工具包括根据本专利技术的可变阻力装置；图2是根据本专利技术的第一实施方式制造的工具的侧视图；图3是图2中的工具的立体剖视图；图4是图2中的工具的纵向剖视图；图5是图2中的工具的射流插入件的放大立体图；图6是图5中所示的射流插入件的分解立体图；图7是从相反侧看的图5中所示的射流插入件的分解立体图；图8是图2中所示的工具的流动路径的放大示意图；图9是流体流过图8中所示的流动路径的顺序示意图；图10是根据图2的实施方式设计的工具的背压脉冲波形产生的计算流体动力分析（computationalfluiddynamic，简称CFD）；图11是基于由根据图2的实施方式配置的工具产生的数据的压力波形图。当工具以每分钟1桶运行时产生这种波形；图12是当工具以每分钟2.5桶运行时图2的工具的压力波形图；图13是当工具以每分钟大于3桶运行时图2的工具的压力波形图；图14是根据本专利技术的第二优选实施方式配置的工具的分解立体图，其中，背压装置可移动地插入工具外壳内；图15是图14中所示的工具的空外壳的纵向剖视图；图16是图14中所示的工具显示有插入件在工具外壳内的纵向剖视图；图17是图14中的工具的插入件脱离外壳的纵向剖视图；图18是本专利技术的工具的另外的实施方式的侧视图，其中，插入件包括多个流动路径并且工具最初配置有可移动的塞子；图19是图18的工具的纵向视图，壳体被除去以示出背压插入件；图20是图18的工具的纵向视图，壳体和其中一个封板被移除以示出流动路径；图21是示出具有在适当位置的塞子的工具的图18中的工具的纵向剖视图；图22是具有在适当位置的塞子的图18的工具的放大的分立的纵向剖视图；图23是移除塞子的图18中的工具的放大的分立的纵向剖视图；图24是图18中的工具的插入件的分解立体图；图25是旋转180度的图18中的工具的插入件的立体图；图26是另一实施方式的插入件用在根据本专利技术的工具中的纵向剖视图，在该实施方式中，两个流动路径首尾连接且平行流动布置。图27是图26中示出的工具的插入件的纵向截面视图；图28是示出入口槽的图27中的插入件的第一侧的侧视图；图29是示出出口槽的图27中的插入件的相对侧的侧视图；图30是本专利技术的可变阻力装置的另一实施方式的立体图，示出了两个插入件的一半的内侧，两条串联（in-line）的流动路径流体连通以同步运行；图31是图30中示出的插入件的一半的内侧的侧视图；图32是本专利技术的另一实施方式的可变阻力装置的立体图，示出了两件式插入件的一半的内侧，流动路径包括四个涡流腔，流体顺序流过该四个涡流腔，每个腔具有出口；图33是图32中示出的插入件的一半的内侧的侧视图；图34A和图34B是流体流过图32中所示的流动路径的顺序示意图；图35是根据图32的实施方式配置的工具的背压脉冲波形产生的计算流体动力分析；图36显示本专利技术的可变阻力装置的另一实施方式的立体图，示出了两件式插入件的一半的内侧，流动路径包括四个涡流腔，流体顺序流过四个涡流腔，只有最后一个腔具有出口；图37是图36中示出的插入件的一半的内侧的侧视图；图38是流体流过图36中所示的流动路径的顺序示意图；图39是根据图36的实施方式配置的工具的背压脉冲波形图产生的计算流体动力分析；图40是本专利技术的可变阻力装置的另外的实施方式的立体图，示出两件式插入件的一半的内侧，流动路径与图2中的实施方式相同，但还包括部分地围绕涡流腔中的出口的一对叶片；图41是图40中所示的插入件的一半的侧视图；图42是根据图40的实施方式配置的工具的背压脉冲波形图产生的计算流体动力分析；图43显示本专利技术的可变阻力装置的另一实施方式的立体图，示出了两件式插入件的一半的内侧，流动路径与图32中的实施方式相同，但还包括部分地围绕在四个涡流腔的每个中的出口的一对叶片；图44是图43中所示的插入件的一半的侧视图；图45是根据图43的实施方式配置的工具的背压脉冲波形图产生的计算流体动力分析；图46显示本专利技术的可变阻力装置的另一实施方式的立体图，示出了两件式插入件的一半的内侧，流动路径包括两个涡流腔，端部涡流腔通过反馈通道连接于喷射腔，两个涡流腔具有相同的直径并且反馈通道从出口孔向外形成角度；图47是图46中所示的插入件的一半的侧视图；图48是根据图46的实施方式配置的工具的背压脉冲波形图产生的计算流体动力分析；图49显示本专利技术的可变阻力装置的另一实施方式的立体图，示出了两件式插入件的一半的内侧，流动路径包括三个涡流腔，端部涡流腔通过反馈通道连接于返回环路，以将流体导向喷射腔的正确的一侧，端部涡流腔的直径大于前面两个涡流腔的直径，并且反馈通道从出口孔沿直线向回延伸；图50是图49中所示的插入件的一半的侧视图；图51是根据图49的实施方式配置的工具的背压脉冲波形图产生的计算流体动力分析；图52是与图5至图7中的实施方式相同的射流插入件的一半的内视图，在这种实施方式中，插入件包括设置在涡流腔的出口处的抗腐蚀内衬（erosion-resistantliner）；图53是沿图2中的线53-53剖切的图52中的内衬的剖视图；图54是内衬的暴露侧或上侧的立体图；图55是内衬的仰视图；图56是沿图55中的线56-56剖切的内衬的剖视图。具体实施方式连续油管在现代钻井和完井作业中提供了很多优点。然而，在深井中，尤其是在水平井作业中，当运转连续油管时，钻柱和井壁或套管之间的摩擦力就是问题。这些摩擦力通过钻井孔的偏差、对钻井孔的流体负载以及尤其是在水平井中作用在钻柱上的重力加重这些摩擦力。此外，井中的沙和其它碎屑以及套管的状况会产生以上摩擦力。即使相对较小的摩擦力也能够引起严重的问题。例如，钻柱上的增大的摩擦力或拉力使钻柱冲击钻头（bit）的重量减小。这种作用力被称作“钻压（weight-on-bit）”或WOB。通常，钻压力通过重力和用面喷射将油管推入井内而获得。在水平井中，能够产生钻压的重力作用力常常可以忽略。这是因为钻柱的重量大部分设置在井的水平段上，在井的水平段上，重力作用力倾向于将钻柱径向加载到套管或钻井孔上，而不是轴向加载到钻出的阻碍物上。当钻柱被强制推到钻井孔内时，柔性连续油管、钻杆或连接管将弯曲或螺旋，钻柱和套管或井壁之间产生许多接触点。这些接触点使钻柱和钻井孔之间产生摩擦力。通过重力和钻柱弯曲产生的所有摩擦力倾向于减少产生钻压的能力，阻碍钻井进程。在某些情况下，钻柱甚至可以锁闭，使得井底钻具组件（井底钻具组件）难于或不能进一步进入钻井孔中。各种技术用以缓解由连续油管作业时的摩擦力引起的问题。这些技术包括使用振动工具、碾压工具、抗摩擦化学品以及玻璃粉。例如，旋转阀脉冲工具使用由井下动力钻具（mudmotor）驱动的窗口阀件（windowedvalve），以间歇性地中断流动，反复地产生和释放工具上的背压。这些工具是有效的，但却是冗长的，对高温和某些化学品敏感，并且修理费用昂贵。一些抗摩擦工具采用滑块件/阀件/弹簧件的组件，滑块件/阀件/弹簧件振动以相应地流过所述工具。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可变流阻装置，该可变流阻装置包括Y形双稳态射流开关、涡流腔以及反馈控制回路，其中，所述开关交替地沿两个直线的、分叉的路径输出流体到所述涡流腔中，所述两个直线的、分叉的路径均正切于所述涡流腔，以产生交替的顺时针涡流和逆时针涡流，其中，所述反馈控制回路将来自顺时针涡流和逆时针涡流的流体交替地输送至所述射流开关的控制口以交替流动。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.05.18 US 13/110,696;2012.03.22 US 13/427,1411.一种可变流阻装置，该可变流阻装置包括：Y形双稳态射流开关，该Y形双稳态射流开关具有控制口；涡流腔；以及反馈控制回路；其中，所述Y形双稳态射流开关交替地沿两个分叉的输入通道输出流体到所述涡流腔中，所述两个分叉的输入通道从所述Y形双稳态射流开关延伸至所述涡流腔，其中每个输入通道沿其全部的长度都是笔直的，并且其中，每个输入通道配置为引导流体切线地流入所述涡流腔，以产生交替的顺时针涡流和逆时针涡流，并且其中，所述反馈控制回路将来自所述涡流腔中的顺时针涡流和逆时针涡流的流体交替地输送至所述Y形双稳态射流开关的控制口以交替所述涡流腔中涡流流动的方向。2.一种背压工具，该背压工具包括权利要求1所述的装置。3.一种井底钻具组件，该井底钻具组件包括权利要求2所述的工具。4.一种钻柱，该钻柱包括权利要求3所述的井底钻具组件。5.一种钻机，该钻机包括权利要求4所述的钻柱。6.一种可变流阻装置，该可变流阻装置限定至少一个流动路径，该流动路径包括：入口和出口；喷射腔，该喷射腔具有第一控制口和第二控制口；喷嘴，该喷嘴将来自所述入口的流体引导至所述喷射腔内；第一输入通道和第二输入通道，该第一输入通道和第二输入通道从所述喷射腔分叉；涡流腔，该涡流腔与所述出口连续，并且所述涡流腔具有第一入口孔、第二入口孔、第一反馈出口和第二反馈出口，其中，所述涡流腔的所述第一入口孔和所述第二入口孔设置为沿相对的、切向的路径引导流体进入所述涡流腔，从而进入所述第一入口孔的流体产生顺时针涡流，并且进入所述第二入口孔的流体产生逆时针涡流，其中，所述涡流腔的所述第一反馈出口和所述第二反馈出口设置为沿相对的、切向的路径引导流体流出所述涡流腔，从而顺时针涡流中的流体将倾向于通过所述第二反馈出口流出，并且逆时针涡流中的流体将倾向于通过所述第一反馈出口流出；其中，所述涡流腔的所述第一入口孔和所述第二入口孔与所述第一输入通道和所述第二输入通道连续，其中，所述第一输入通道和所述第二输入通道中的每个限定从所述喷射腔分别到所述涡流腔的所述第一入口孔和所述第二入口孔的直线流动路径；第一反馈通道，该第一反馈通道从所述涡流腔的所述第一反馈出口延伸至所述喷射腔中的所述第一控制口；以及第二反馈通道，该第二反馈通道从所述涡流腔的所述第二反馈出口延伸至所述喷射腔中的所述第二控制口；因此，来自穿过所述第一反馈通道流向所述第一控制口的逆时针涡流的流体将倾向于将来自所述第二输入通道的流体流转换至所述第一输入通道，来自穿过所述第二反馈通道流向所述第二控制口的顺时针涡流的流体将倾向于将来自所述第一输入通道的流体流转换至所述第二输入通道。7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述涡流腔中的所述第一入口孔临近所述第一反馈出口，其中，所述第二入口孔临近所述第二反馈出口。8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述第一入口孔、所述第二入口孔、所述第一反馈出口和所述第二反馈出口全部在所述涡流腔的外周缘的180度段范围内。9.根据权利要求6所述的装置，其中，所述第一入口孔、所述第二入口孔、所述第一反馈出口和所述第二反馈出口全部在所述涡流腔的外周缘的180度段...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·L·舒尔茨，M·L·肯奈尔，A·M·菲尔古森，
申请(专利权)人：过油管解决方案服务有限公司，
类型：
国别省市：