用于泥漿馬達(dá)的防反轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的制作方法
【專利說明】用于泥漿馬達(dá)的防反轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)技術(shù)背景
[0001]本公開描述針對(duì)防反轉(zhuǎn)軸承的系統(tǒng)和方法，所述防反轉(zhuǎn)軸承適合于用作泥漿馬達(dá)的一部分，以便防止泥漿馬達(dá)通過輸出端的反驅(qū)動(dòng)。
[0002]井下泥漿馬達(dá)已被利用來使用非旋轉(zhuǎn)鉆柱進(jìn)行鉆探，并使用泥漿流來為旋轉(zhuǎn)鉆頭的泥漿馬達(dá)提供動(dòng)力。隨著改進(jìn)鉆頭的出現(xiàn)，已變得常見的是，使用與泥漿馬達(dá)同步的地表驅(qū)動(dòng)機(jī)來旋轉(zhuǎn)鉆柱以便實(shí)現(xiàn)較高的旋轉(zhuǎn)速度。
[0003]當(dāng)鉆井時(shí)，鉆頭會(huì)變得卡在或粘在地下地層上。為了松脫鉆頭，可能必需使用地表驅(qū)動(dòng)來施加非常大的扭矩，所述地表驅(qū)動(dòng)機(jī)可施加比通常可從井下泥漿馬達(dá)獲得的扭矩更大的扭矩。由地表馬達(dá)施加的扭矩被傳遞至泥漿馬達(dá)外殼，并且通過泥漿馬達(dá)傳遞至鉆頭。在常規(guī)泥漿馬達(dá)的情況下，來自地表的大扭矩可超過泥漿馬達(dá)的扭矩能力，并且可能導(dǎo)致反驅(qū)動(dòng)泥漿馬達(dá)，即，在外殼內(nèi)反向驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子，從而會(huì)破壞或毀壞泥漿馬達(dá)。
[0004]在某些常規(guī)鉆探操作中，單向離合器已被安裝在泥漿馬達(dá)的輸出端與鉆頭之間的鉆柱中。在離合器鎖定之前，這類離合器通常允許大量的反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。然而，這種反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)允許轉(zhuǎn)子的一定反驅(qū)動(dòng)，從而會(huì)損壞泥漿馬達(dá)的內(nèi)部元件，并且允許鉆柱獲取動(dòng)量，所述動(dòng)量在離合器鎖定時(shí)將在離合器上產(chǎn)生大的沖擊負(fù)荷，所述大的沖擊負(fù)荷會(huì)限制離合器的操作壽命O
發(fā)明概要
[0005]本公開描述針對(duì)防反轉(zhuǎn)軸承的系統(tǒng)和方法，所述防反轉(zhuǎn)軸承適合于用作泥漿馬達(dá)的一部分，以便防止泥漿馬達(dá)通過輸出端的反驅(qū)動(dòng)。
[0006]在某些實(shí)施方案中，公開一種動(dòng)力發(fā)生器，其包括:外殼，所述外殼具有縱向軸線；轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子被設(shè)置在所述外殼內(nèi)，并且被配置來響應(yīng)于流體向所述動(dòng)力發(fā)生器的流動(dòng)而相對(duì)于所述外殼在第一方向上大體繞所述縱向軸線旋轉(zhuǎn)；輸出軸，所述輸出軸至少部分地設(shè)置在所述外殼內(nèi)并且聯(lián)接至所述轉(zhuǎn)子；以及防反轉(zhuǎn)軸承，所述防反轉(zhuǎn)軸承徑向地布置在所述輸出軸與所述外殼之間，并且被配置來將所述輸出軸支撐在所述外殼內(nèi)并允許所述輸出軸在所述第一方向上的旋轉(zhuǎn)，但抵抗所述輸出軸相對(duì)于所述外殼在與所述第一方向相反的第二方向上繞所述縱向軸線的旋轉(zhuǎn)。
[0007]在某些實(shí)施方案中，公開一種鉆探方法。所述方法包括以下步驟:在第一扭矩下、以第一速度、在第一方向上旋轉(zhuǎn)井下馬達(dá)的轉(zhuǎn)子。所述轉(zhuǎn)子可操作地聯(lián)接至布置在所述井下馬達(dá)的井孔下行處的鉆頭。所述方法還包括以下步驟:在第二扭矩下、以第二速度、在所述第一方向上從地表位置旋轉(zhuǎn)鉆柱。所述鉆柱聯(lián)接至所述井下馬達(dá)的外殼，并且所述轉(zhuǎn)子由至少一個(gè)防反轉(zhuǎn)軸承支撐以用于在所述外殼內(nèi)旋轉(zhuǎn)。所述方法還包括以下步驟:當(dāng)所述第二扭矩超過所述第一扭矩時(shí)，使用所述至少一個(gè)防反轉(zhuǎn)軸承抵抗所述轉(zhuǎn)子在與所述第一方向相反的第二方向上的旋轉(zhuǎn)。
[0008]在閱讀以下優(yōu)選實(shí)施方案的描述后，本公開的特征和優(yōu)勢對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的。
[0009]附圖簡述
[0010]以下圖式被包括來例示本公開的某些方面，并且不應(yīng)被視為排他性的實(shí)施方案。所公開的主題能夠在形式和功能上存在相當(dāng)多的修改、變更、組合和等效形式，如本領(lǐng)域技術(shù)人員和受益于本公開的人員將想到的。
[0011]圖1示出根據(jù)本公開的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案的包括井下動(dòng)力發(fā)生器的地面油氣鉆機(jī)，所述井下動(dòng)力發(fā)生器可被用于驅(qū)動(dòng)鉆頭。
[0012]圖2為根據(jù)本公開的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案的具有防反轉(zhuǎn)軸承的示例性動(dòng)力發(fā)生器的橫截面。
[0013]圖3A至圖3B示出根據(jù)本公開的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案的示例性防反轉(zhuǎn)軸承。
[0014]圖4A至圖4B為根據(jù)本公開的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案的圖2的動(dòng)力發(fā)生器的橫截面，展示了輸出軸和外殼的相對(duì)旋轉(zhuǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0015]本公開描述針對(duì)防反轉(zhuǎn)軸承的系統(tǒng)和方法，所述防反轉(zhuǎn)軸承適合于用作泥漿馬達(dá)的一部分，以便防止泥漿馬達(dá)通過輸出端的反驅(qū)動(dòng)。
[0016]本文所述的示例性動(dòng)力發(fā)生器的實(shí)施方案包括防反轉(zhuǎn)軸承，所述防反轉(zhuǎn)軸承為動(dòng)力發(fā)生器的外殼內(nèi)的轉(zhuǎn)子(或聯(lián)接輸出軸)提供旋轉(zhuǎn)支撐，而且還用來防止轉(zhuǎn)子在外殼內(nèi)的反驅(qū)動(dòng)。防反轉(zhuǎn)能力在現(xiàn)有支承軸承中的整合可證明與常規(guī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相比的優(yōu)勢，所述常規(guī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有以單獨(dú)組件提供成聯(lián)接至動(dòng)力發(fā)生器的單獨(dú)防反轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。所公開實(shí)施方案的改進(jìn)設(shè)計(jì)可例如通過消除某些潛在故障點(diǎn)來提供對(duì)井下設(shè)備的柱桿的可靠性的增加。動(dòng)力發(fā)生器的改進(jìn)設(shè)計(jì)還可以提供動(dòng)力發(fā)生器的制造成本的降低，或在運(yùn)行中維修成本的降低。
[0017]在本公開中，短語“動(dòng)力發(fā)生器”意指由流體的流動(dòng)提供動(dòng)力并且適合于鉆探操作中的井下部署的任何類型的動(dòng)力發(fā)生器。動(dòng)力發(fā)生器中的一些被稱為“井下馬達(dá)”、“渦輪”或“泥漿馬達(dá)”，所述動(dòng)力發(fā)生器可由從地表泵送至鉆頭的通常被稱為“泥漿”的鉆探流體的流動(dòng)來驅(qū)動(dòng)，但是也可由其它流體驅(qū)動(dòng)。動(dòng)力發(fā)生器通常用來旋轉(zhuǎn)鉆頭，但是可用來將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)提供至其它系統(tǒng)，如發(fā)電機(jī)。動(dòng)力發(fā)生器可通過如電纜或液壓線的硬線來控制，或可無線地控制，如通過經(jīng)由井孔內(nèi)的泥漿傳輸至動(dòng)力發(fā)生器和/或從動(dòng)力發(fā)生器接收的聲信號(hào)來控制。雖然本公開提供被配置來旋轉(zhuǎn)鉆頭的動(dòng)力發(fā)生器的實(shí)例，但是應(yīng)注意，相同系統(tǒng)和方法可應(yīng)用于其它井下動(dòng)力發(fā)生器。
[0018]圖1示出根據(jù)本公開的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案的包括井下動(dòng)力發(fā)生器150的地面油氣鉆機(jī)100，所述井下動(dòng)力發(fā)生器可使用于驅(qū)動(dòng)鉆頭114。應(yīng)注意，雖然圖1描繪地面油氣鉆機(jī)100，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將了解的是，本文所公開的示例性井下動(dòng)力發(fā)生器150和它的各種實(shí)施方案同樣良好適用于其它類型的油氣鉆機(jī)中或上，所述油氣鉆機(jī)如近海平臺(tái)或鉆機(jī)，或布置在任何其它地理位置中的鉆機(jī)。
[0019]如圖1中所示，鉆探平臺(tái)102支撐鉆塔104，所述鉆塔具有用于升起和降低鉆柱108的游動(dòng)滑車106。主動(dòng)鉆桿110在鉆柱108通過旋轉(zhuǎn)臺(tái)112降低時(shí)支撐所述鉆柱。主動(dòng)鉆桿110可為例如被配置來將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)從轉(zhuǎn)臺(tái)130傳遞至鉆柱108的四面或六面管。驅(qū)動(dòng)馬達(dá)128可聯(lián)接至轉(zhuǎn)臺(tái)130以驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)130，以便能夠旋轉(zhuǎn)鉆柱108。在某些實(shí)施方案中，頂部驅(qū)動(dòng)(在圖1中未示出)可用來使鉆柱108從地表旋轉(zhuǎn)，以作為使用旋轉(zhuǎn)臺(tái)來使鉆柱108從地表旋轉(zhuǎn)的替代方案。鉆頭114是由井下馬達(dá)150和/或通過鉆柱108依靠驅(qū)動(dòng)馬達(dá)128的旋轉(zhuǎn)來驅(qū)動(dòng)，并且可包括沿鉆柱108布置的一個(gè)或多個(gè)鉆管聯(lián)接器127。當(dāng)頭114旋轉(zhuǎn)時(shí)，其產(chǎn)生穿過各種地下地層118的井孔116。泵120使鉆探流體(例如泥漿)經(jīng)由進(jìn)料管122循環(huán)至主動(dòng)鉆桿110，從而使鉆探流體經(jīng)由鉆柱108中的內(nèi)部管道，并且經(jīng)由鉆頭114中的一個(gè)或多個(gè)孔口輸送至井下。鉆探流體隨后通過界定在鉆柱108與井孔116之間的環(huán)帶循環(huán)回到地表，其中鉆探流體最終沉積在保持坑124中。鉆探流體將來源于井孔116的鉆粉和巖肩運(yùn)送至保持坑124中，并且有助于維持井孔116的完整性。
[0020]圖2為根據(jù)本公開的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案的示例性動(dòng)力發(fā)生器150的橫截面，所述動(dòng)力發(fā)生器可包括或以其它方式使用防反轉(zhuǎn)軸承170。動(dòng)力發(fā)生器150具有外殼152，所述外殼包括或以其它方式包圍定子元件和轉(zhuǎn)子154。外殼152具有縱向軸線153。在某些實(shí)施方案中，轉(zhuǎn)子154的井孔下行末端(downhole end)可聯(lián)接或以其它方式附接至輸出軸156的井孔上行末端(uphole end)，所述輸出軸通常由至少一個(gè)軸承160支撐。在某些實(shí)施方案中，軸承160可對(duì)軸156提供徑向和軸向(即，推力)支撐。然而在其它實(shí)施方案中，在不脫離本公開的范圍的情況下，輸出軸156可形成轉(zhuǎn)子154的整體部分，使得轉(zhuǎn)子154可沿外殼152的整個(gè)長度縱向延伸，其中軸承160和170支撐轉(zhuǎn)子154。動(dòng)力發(fā)生器150由從地表提供的加壓流體(例如鉆探流體或泥漿)的流動(dòng)提供動(dòng)力。在某些實(shí)施方案中，鉆探流體是通過開口 159提供并且遵循圖2的流動(dòng)路徑109，其中鉆探流體穿過轉(zhuǎn)子154與定子152之間，并且隨后流過軸156的通道162并流出開口 161。在示例性操作中，動(dòng)力發(fā)生器150可能夠從提供到所述動(dòng)力發(fā)生器的加壓流體的最大流動(dòng)速率和/或壓力產(chǎn)生最大扭矩。
[0021 ] 在某些實(shí)施方案中，柔性接頭155可聯(lián)接在轉(zhuǎn)子154的井孔下行末端與輸出軸156的井孔上行末端之間。柔性接頭可被配置來將扭矩從轉(zhuǎn)子154傳遞至輸出軸156。在某些實(shí)施方案中，柔性接頭155可被配置來抵抗轉(zhuǎn)子154的井孔下行末端相對(duì)于輸出軸156的井孔上行末端繞縱向軸線153的角運(yùn)動(dòng)。在某些