專利名稱：通過電流體動(dòng)力學(xué)推進(jìn)力來泵送泥漿的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及使用電流體動(dòng)力學(xué)(electrohydrodynamic)泵送材料通過管件且特別是使用電流體動(dòng)力學(xué)泵送鉆泥通過管件的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
在地球鉆探操作(如用于礦物開采的鉆井)中，鉆泥通過鉆柱泵送出且從鉆頭附近的點(diǎn)進(jìn)入井眼中。鉆泥潤滑鉆頭的切割表面，并且還使廢石從鉆頭向上通過井眼朝著表面移動(dòng)。當(dāng)鉆泥上升至表面時(shí)，石塊和其它磨料懸浮在鉆泥中。對于海上井而言，在鉆井期間使材料(如鉆泥和懸浮在鉆泥中的切屑)從地球深處上移需要使該材料上移通過兩個(gè)梯度。第一梯度是從鉆頭到海底的距離，并且第二梯度是從海底向上通過立管或套管到鉆機(jī)。深水中的鉆井操作有時(shí)被稱為“雙梯度鉆井”。在雙梯度鉆井操作中，隨著鉆泥被泵送到表面，靜態(tài)排出壓力(head pressure)累積。需要很大的壓力來逆著鉆頭移動(dòng)鉆泥向上通過井眼。在深水鉆井操作中排出壓力進(jìn)一步增加，因?yàn)楫?dāng)泥漿從泥水分界線(mudline)井口罩向上移至水面上的鉆機(jī)時(shí)，鉆泥還必須克服立管中的靜態(tài)排出壓力。克服排出壓力所需的高注入壓力可能導(dǎo)致對立管的破壞或?qū)r層的破壞。雙梯度鉆井操作可使用單獨(dú)的泥漿返回線來移動(dòng)鉆泥通過海向上到達(dá)鉆機(jī)，且因此減小立管上的排出壓力。如果鉆泥從海底通過立管或通過旁路向上泵送到鉆機(jī)，則巖層中的排出壓力可減小。已經(jīng)嘗試了各種常規(guī)的泵送技術(shù)，以泵送鉆泥向上通過立管，或者以泵送鉆泥通過平行于該立管延伸的外部旁通管。不幸的是，鉆泥中的巖石和磨料對與常規(guī)泵相關(guān)的密封件和移動(dòng)零件有非常大的破壞性，從而導(dǎo)致頻繁的泵失效。不需要常規(guī)泵的、泵送鉆泥通過立管的方法是所期望的。

發(fā)明內(nèi)容
—段立管可具有一個(gè)或更多電磁體、一個(gè)或更多電極或者它們的組合，其可用于從海底井口罩朝著海面泵送鉆泥向上通過立管柱。在示例性實(shí)施例中，一段立管上配置有電絕緣襯套和卷繞鐵套筒的圓形銅線圈，當(dāng)用電流供能時(shí)，其圍繞流體柱(如鉆泥)形成磁場。這段立管還具有水平相對的電極，用于在磁場部位向流體(如鉆泥)提供電荷。當(dāng)用電充電并經(jīng)受磁場時(shí)，流體可能表現(xiàn)為電樞，并且因此，該組件可起到連續(xù)線性電動(dòng)機(jī)的作用，推著流體柱向上通過立管。由于流體中的電流體動(dòng)力學(xué)性質(zhì)，諸如鉆泥的流體可由磁場和電荷推進(jìn)。鉆泥可由膨潤土構(gòu)成。膨潤土粘土化學(xué)性質(zhì)在三鋁水礦層中具有電不平衡，其導(dǎo)致薄片像磁體一樣，在其中心有較強(qiáng)的正(+)電荷，而在薄片表面上有負(fù)(-)電荷。
脈沖電可導(dǎo)致卷繞鐵套筒的銅線圈產(chǎn)生磁場，該磁場可對鉆泥(電流體動(dòng)力學(xué)流體)施力并因此推進(jìn)鉆泥通過立管。鉆泥的推進(jìn)可釋放巖層上的至少其中一些井下壓力。


為了獲得且能夠更詳細(xì)地理解其中本發(fā)明的特征、優(yōu)點(diǎn)和目的以及其它將變得顯而易見的方式，通過參照本發(fā)明的實(shí)施例而可能具有上文簡要概括的本發(fā)明的更加特定的描述，這些實(shí)施例示出在形成該說明書的一部分的附圖中。然而，應(yīng)當(dāng)注意，附圖僅僅示出本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，且因此不應(yīng)被視為其范圍的限制，因?yàn)楸景l(fā)明可容許其它同等有效的實(shí)施例。圖1是具有磁電驅(qū)動(dòng)器(magneto drive)的泵送設(shè)備的示例性實(shí)施例的局部截面圖。圖2是圖1的泵送設(shè)備的磁電驅(qū)動(dòng)器的實(shí)施例的詳細(xì)截面圖。圖3是圖2的磁電驅(qū)動(dòng)器的電極的示例性實(shí)施例的沿3-3線截取的橫截面圖。圖4是具有磁電驅(qū)動(dòng)器的泵送設(shè)備的備選實(shí)施例的局部截面圖。圖5是圖4的磁電驅(qū)動(dòng)器的沿5-5線截取的截面圖。圖6是圖4的磁電驅(qū)動(dòng)器的線圈的從6-6線顯示的側(cè)視圖。圖7是圖6的線圈的沿7-7線截取的截面圖。圖8是在雙梯度鉆井應(yīng)用的單獨(dú)泥漿返回線中使用的磁電驅(qū)動(dòng)器的示例性實(shí)施例的局部截面圖。圖9是用于推動(dòng)流體朝向井眼的磁電驅(qū)動(dòng)器器的示例性實(shí)施例的局部剖視圖。圖10是具有多個(gè)磁電驅(qū)動(dòng)器的示例性實(shí)施例的局部剖視圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在，將參照示出本發(fā)明的實(shí)施例的附圖在下文中更加完整地描述本發(fā)明。然而，本發(fā)明可以很多不同形式實(shí)施，并且不應(yīng)被解釋為限于本文闡述的所示實(shí)施例。而是，提供這些實(shí)施例，使得該公開將是詳盡和完整的，并且將把本發(fā)明的范圍完整地傳達(dá)給本領(lǐng)域技術(shù)人員。相似的數(shù)字始終指代相似的元件，并且，若使用，則主標(biāo)號表示備選實(shí)施例中的類似元件。參照圖1，立管連接器100形成立管102的下端。立管102從海底通過海向上上升到終點(diǎn)(未顯示)。終點(diǎn)(未顯示)通常在表面鉆機(jī)(未顯示)上，但是可以在其它部位。井眼導(dǎo)管104附接至外井口罩105并與其連通。井眼導(dǎo)管104延伸至外井口罩105之下的地中。內(nèi)井口罩107處于井眼套管109的上端。立管連接器100緊固至內(nèi)井口罩107的上端。一個(gè)或更多定心器106可在立管連接器100處位于立管102的孔內(nèi)。一個(gè)或更多防噴器108可包括在立管102中，并且在該示例中，它們處于下端。位于鉆柱120的一端的鉆頭118穿過立管102、泥水分界線套管掛100以及井眼套管109，以將井眼進(jìn)一步鉆入地球深處。鉆頭118的旋轉(zhuǎn)切割地球的巖石。鉆柱120是具有鉆柱孔122的導(dǎo)管，其形成在鉆柱120的長度上延伸的通道。鉆泥124從表面鉆機(jī)(未顯示)被泵送通過鉆柱孔122到達(dá)鉆頭118。鉆泥124在鉆頭118處離開鉆柱孔122，且用于冷卻和潤滑鉆頭118的切割表面。鉆泥在壓力下通過鉆柱孔122注入。當(dāng)額外的鉆泥124被泵送通過鉆柱孔122時(shí)，鉆泥124通過井眼套管109上升且然后通過立管102，當(dāng)它朝表面移動(dòng)時(shí)在鉆柱的外部行進(jìn)。當(dāng)鉆泥124通過井眼和立管102上升時(shí)，它攜帶切屑和其它固體(如巖石和廢石)朝著表面通過井眼套管109和立管102。鉆泥124可為具有電流體動(dòng)力學(xué)性質(zhì)的膠狀懸浮體，從而使它為電流體動(dòng)力學(xué)(“EHD”)流體。由于其電流體動(dòng)力學(xué)性質(zhì)，鉆泥124可由磁場或電流推進(jìn)。在示例性實(shí)施例中，鉆泥124是包括膨潤土(bentonite)和水的膨潤土基衆(zhòng)料。膨潤土可具有其原始體積的10倍到20倍的膨脹特性。在示例性實(shí)施例中，鉆泥124中使用的膨潤土包括約29.8%的硅、10.6%的鋁、2.6%的鐵、1.45%的鎂、0.69%的鈣、1.80%的鈉、0.42%的鉀、1.19%的氫、51.5%的氧，以及92.0%的鈉蒙脫石、4.0%的石英,3.0%的長石(鈉長石)和1.0%的黑z 母的礦物成分。在另一實(shí)施例中，用于鉆泥124中的膨潤土可包括約62%的Si02、Al203、2.5%的 Na20,3.5% 的 Fe203、0.45% 的 FeOU.8% 的 MgO,5.5% 的 H2O (結(jié)晶)、Ti02、SO2, CaO、Na2O和K20?？墒褂勉@泥124的其它配方。在一個(gè)實(shí)施例中，電流體動(dòng)力學(xué)流體(鉆泥124)的pH值可在10與11之間。氫氧化鈉(NaOH)可用于提高膨潤土中的pH水平。氫氧化鈉可導(dǎo)致負(fù)離子變得更陽性且因此不粘附至正電極。膨潤土粘土化學(xué)性質(zhì)可能具有電流體動(dòng)力學(xué)性質(zhì)，其中，三水鋁礦層中的電不平衡導(dǎo)致固體物質(zhì)(薄片)像磁體那樣，在其中心有較強(qiáng)正(+)電荷且在薄片表面有負(fù)(_)電荷。具有電流體動(dòng)力學(xué)性質(zhì)的其它膠狀懸浮體可用于鉆泥124。重晶石和其它重金屬也可出現(xiàn)在鉆泥124中。因此，鉆泥124可為用作電流體動(dòng)力學(xué)活性組分的膠狀流體。參照圖2，磁電驅(qū)動(dòng)器130 是立管套管的一段，其可使用電磁體132和電極134來產(chǎn)生磁場和電荷。由于鉆泥124的EHD性質(zhì),磁場和電荷可在特定方向上推進(jìn)鉆泥124。由于它的重金屬含量，因而鉆泥124內(nèi)的重晶石也可由磁場或電流推進(jìn)，且因此有助于鉆泥124的推進(jìn)。磁電驅(qū)動(dòng)器130可為形成立管102的一部分的管狀區(qū)段，并且可沿立管102位于任何位置，包括例如在立管連接器100的正上方。沿立管102可使用多個(gè)磁電驅(qū)動(dòng)器130。磁電驅(qū)動(dòng)器130可為任何長度。在示例性實(shí)施例中，磁電驅(qū)動(dòng)器130可為10英尺長。假設(shè)立管102的標(biāo)準(zhǔn)段為70英尺長，當(dāng)立管套管從井口罩107 (圖1)上升至海面(未顯示)時(shí)，磁電驅(qū)動(dòng)器130可沿立管套管例如每70英尺或每140英尺定位。在一些實(shí)施例中，兩個(gè)或更多磁電驅(qū)動(dòng)器130可連結(jié)在一起而在立管102的兩個(gè)管段之間形成雙聯(lián)泵。在一些實(shí)施例中，一個(gè)或更多磁電驅(qū)動(dòng)器(如磁電驅(qū)動(dòng)器130)可位于井眼內(nèi)，以泵送流體向上通過井眼。代替常規(guī)泵送技術(shù)或此外，可使用磁電驅(qū)動(dòng)器，如磁電驅(qū)動(dòng)器130。參照圖2，在示例性實(shí)施例中，磁電驅(qū)動(dòng)器130包括驅(qū)動(dòng)器套管136，其可為具有外徑和內(nèi)孔的管狀部件，例如金屬管。驅(qū)動(dòng)器套管136可包括凸緣端142。螺紋144可用于將凸緣端142連結(jié)到驅(qū)動(dòng)器套管136并進(jìn)行密封?？梢崎_凸緣端142，以允許諸如電極134和電磁體132的構(gòu)件到驅(qū)動(dòng)器套管136中的安裝。驅(qū)動(dòng)器套管136的一些部分可具有凹部146。凹部146是驅(qū)動(dòng)器套管136的內(nèi)徑中的環(huán)狀凹槽，其中，凹部146的內(nèi)徑大于驅(qū)動(dòng)器套管136的其它部分的內(nèi)徑148。全部或一部分電磁體132可適配在凹部146內(nèi)。在一些實(shí)施例中，凹部146的ID是足夠大的，以至于電磁體132的ID可與驅(qū)動(dòng)器套管136的ID148齊平。在構(gòu)件被安裝至驅(qū)動(dòng)器套管136中之后，凸緣端142可被螺紋接合至驅(qū)動(dòng)器套管136?？墒褂闷渌夹g(shù)和裝置，以便于構(gòu)件到驅(qū)動(dòng)器套管136中的安裝。磁電驅(qū)動(dòng)器130可通過任何種類的方法連接到其它立管102元件。在一些實(shí)施例中，連結(jié)部件(如帶有孔口152的凸緣150)可用于用螺栓將磁電驅(qū)動(dòng)器130附接至鄰近的立管102元件。凸緣端142還具有用于螺栓連接至其它立管102元件的孔口。電磁體132可包括線圈156，該線圈可環(huán)繞驅(qū)動(dòng)器套管136的孔。在一些實(shí)施例中，線圈156可卷繞在套筒158周圍。線圈156具有可與驅(qū)動(dòng)器套管136的孔的軸線垂直的線匝。線圈156是線或重復(fù)卷繞成大體環(huán)狀構(gòu)造的其它薄導(dǎo)電材料。線圈156可為銅線，但也可由其它導(dǎo)電材料構(gòu)成。線圈156的銅線可涂覆有絕緣涂層(如油漆)，以防止每阻線圈156靠著相鄰阻的線圈156發(fā)生短路。套筒158可由鐵、鋼或任何其它種類的適于電磁支撐線圈156的含鐵材料構(gòu)成。電力施加至電磁體132以形成磁場160。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將意識到用于在中心孔中形成磁場160的電磁體的特性。在一些實(shí)施例中(未顯示)，線圈156卷繞在驅(qū)動(dòng)器套管136的外徑表面周圍。在這些實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)器套管136可充當(dāng)套筒，或者除了由驅(qū)動(dòng)器套管136提供的任何支撐以夕卜，可使用單獨(dú)的套筒158。直流(“DC”)電流可施加至線圈156以產(chǎn)生磁場160。至少一部分磁場160位于驅(qū)動(dòng)器套管136的孔內(nèi)。磁場160可具有特定向量。施加至電磁體132的電的極性可形成該向量并導(dǎo)致磁場向量上移通過磁電驅(qū)動(dòng)器130的中心孔。磁場160可推進(jìn)具有EHD性質(zhì)的鉆泥124通過磁電驅(qū)動(dòng)器130。如下文將更詳細(xì)描述的，線圈156可產(chǎn)生磁場160以向上推進(jìn)泥漿124通過磁電驅(qū)動(dòng)器130，或者電極性可沿相反方向施加以產(chǎn)生向下推進(jìn)鉆泥124通過磁電驅(qū)動(dòng)器130的磁場。施加至線圈156的電流可為恒定DC電流以形成恒定磁場，或者可為脈沖DC電流以形成脈沖磁場。襯套166可覆蓋磁電驅(qū)動(dòng)器130的內(nèi)徑表面的全部或部分。襯套166可由非導(dǎo)電材料(例如橡膠或陶瓷)構(gòu)成。其它絕緣或半導(dǎo)電材料可用于襯套166。襯套166可提供絕緣，以防止出現(xiàn)在鉆泥124內(nèi)的電流靠著磁電驅(qū)動(dòng)器130的內(nèi)徑148放電。電極134可包括相對的陽極168和陰極170。如圖2和圖3中所示，陽極168和陰極170 (統(tǒng)稱為“電極”)是對磁電驅(qū)動(dòng)器130的一部分加襯的相對的半圓柱形板。在一些實(shí)施例中，電極168和170的內(nèi)徑172從磁電驅(qū)動(dòng)器130的內(nèi)徑148向內(nèi)突出。電極168、170的圓形部分174可在頂部和底部從內(nèi)徑148過渡到電極168、170的內(nèi)徑172。絕緣間隔條176可位于陽極168和陰極170的相對邊緣之間。陽極168和陰極170各自延伸小于180度，從而導(dǎo)致各自填充有間隔條176的兩個(gè)垂直間隙180度分離。在一些實(shí)施例中，未使用絕緣間隔條176。電極可具有任意形狀，并且可包括翅片(未顯示)。陽極168和陰極170可與電磁體132的構(gòu)件電絕緣。正電流可施加到陽極168且負(fù)電流或接地可施加到陰極170。導(dǎo)電介質(zhì)(如鉆泥124)可位于陽極168和陰極170之間并與之接觸。電流因此通過鉆泥124并對鉆泥124的至少位于陽極168和陰極170之間的部分進(jìn)行充電。電源連接器180可位于磁電驅(qū)動(dòng)器130上，用于向電磁體132和電極134供電。電源連接器180可為諸如在Abbey的題為“Electrical Penetrator Connector”美國專利6，932，636中描述的一種類型，該專利通過引用而并入本文中。在一些實(shí)施例中，電源連接器180可具有四根或更多導(dǎo)線(未顯示)，例如用于電磁體132和電極134中的每一個(gè)的正連接和負(fù)連接。在其它實(shí)施例中，對于每個(gè)所需的電連接而言，可使用單獨(dú)的電源連接器180。正導(dǎo)線和負(fù)導(dǎo)線從電源連接器180連接到電磁體132的線圈156的末端。類似地，正連接可向電極134的陽極168供電，而負(fù)連接可向電極134的陰極170供電。電源連接器180的導(dǎo)線(未顯示)可穿過驅(qū)動(dòng)器套管136，并且一根或更多導(dǎo)線可穿過襯套166。除了每根線的絕緣以外，可使用絕緣體182，以防止導(dǎo)線(未顯示)接觸驅(qū)動(dòng)器套管136。在示例性實(shí)施例中，連接器180適用于遠(yuǎn)程操作機(jī)車(“R0V”)，其中，當(dāng)磁電驅(qū)動(dòng)器130浸沒在海水中時(shí)，ROV能夠?qū)㈦娏﹄娎|附接至連接器180。用于提供電流的電源(未顯示)可位于海面上方，例如在鉆機(jī)(未顯示)上。電纜(未顯示)可從電源(未顯示)延伸到電源連接器180。通過電源連接器180施加的電壓可以是任何電壓。在一些實(shí)施例中，DC電壓可為400-600伏特和400-600安培。施加至電磁體132的電壓可與施加至電極134的電壓相同或不同。電壓和電流強(qiáng)度可顯著高于或顯著低于示例性實(shí)施例的范圍。用于鉆泥的膨潤土粘土的三水鋁礦層中的電不平衡，以及懸浮在鉆泥124中的任何重晶石或其它重金屬，導(dǎo)致鉆泥124在暴露于磁場或電壓時(shí)表現(xiàn)得像磁體或含鐵材料。因此，諸如磁電驅(qū)動(dòng)器130的磁電驅(qū)動(dòng)器表現(xiàn)為線性電動(dòng)機(jī)，其中鉆泥124充當(dāng)電樞(armature)。實(shí)際上，鉆泥124是表現(xiàn)為電樞的流體且變?yōu)橥苿?dòng)鉆泥124的液柱通過立管102的連續(xù)線性馬達(dá)。電流和磁場的極性可沿一個(gè)方向施加，以推動(dòng)鉆泥124向上通過立管102，并因此減輕井下地層上的靜水壓差。電流和磁場的極性可沿第二方向施加以推動(dòng)鉆泥124向下朝向井下地層。在使用電磁體132和電極134兩者的實(shí)施例中，納基膨潤土和重晶石衆(zhòng)料或鉆泥124可能由通過漿體橫向擴(kuò)散的大電流迫使向上移動(dòng)通過磁電驅(qū)動(dòng)器130。在驅(qū)動(dòng)器套管136和電流成直角時(shí)，電流可與磁場相互作用。參照圖4和圖5，鞍形磁電驅(qū)動(dòng)器184可為用于推進(jìn)電流體動(dòng)力學(xué)鉆泥124通過立管102 (圖1)的備選實(shí)施例。鞍形磁電驅(qū)動(dòng)器184包括用于產(chǎn)生磁場188的鞍形線圈186。當(dāng)從側(cè)面觀察時(shí)，鞍形線圈186可具有帶有圓角的大體矩形形狀，如圖6中所示。在一些實(shí)施例(未顯示)中，鞍形線圈186可具有不同形狀，如卵形或橢圓形。當(dāng)從上方觀察時(shí)，鞍形線圈186的輪廓可為大體上彎曲的或弧形的，如圖5和圖7中所示，從而允許整個(gè)矩形體大體匹配立管190的外形。每個(gè)鞍形線圈基本位于立管190的一側(cè)或一個(gè)半球上，使得每個(gè)鞍形線圈并未徑向橫過大于立管190外圍的180度。一對鞍形線圈186可位于立管190的孔內(nèi)，或者可定位成使得鞍形線圈186和芯202形成立管190的側(cè)壁的一部分。鞍形線圈186可被放置成彼此相對，有徑向間隙位于它們之間。參照圖6和圖7，鞍形線圈186具有由三面托盤192限定的周邊。形成U形托盤的托盤192的三面是底部194、內(nèi)邊緣196和外邊緣198。如圖7中最佳所示，底部194面向立管190的內(nèi)部，內(nèi)邊緣196面向鞍形線圈186的內(nèi)部空間，且外邊緣198背離鞍形線圈186的內(nèi)部空間，從而限定鞍形線圈186的周邊邊緣。線圈繞組200可為單根導(dǎo)線，其放置在托盤192中且在托盤192中繞著鞍形線圈186的矩形形狀重復(fù)地環(huán)繞或卷繞。諸如油漆的絕緣護(hù)套可覆蓋線圈繞組200，以防止每匝線圈靠著相鄰匝的線圈發(fā)生短路。鞍形線圈186的“跑道形”或“鞍形”形狀可產(chǎn)生磁場188,如橫向磁場,其中磁場線垂直于磁體的長尺寸且因此垂直于立管190的軸線。連接器201可用于將電從立管190外部的電纜(未顯示)傳導(dǎo)到線圈繞組200。與電源連接器180—樣，電纜可由遠(yuǎn)程操作機(jī)車(未顯示)附接到電源連接器201。當(dāng)被供能時(shí)，線圈繞組200產(chǎn)生磁場188。在優(yōu)選實(shí)施例中，使用DC電來對線圈繞組200供能。如在圖6中最佳顯示的，由內(nèi)邊緣196限定的鞍形線圈186的內(nèi)部可由芯202填充。芯202可以是由鐵或一些其它導(dǎo)電材料構(gòu)成的大體光滑的板，其具有大體匹配立管190的輪廓的成形形狀。芯202和托盤192可由一整塊材料構(gòu)成，或者芯202可為沿著底部194或內(nèi)邊緣196被焊接或以其它方式連接到托盤192的單獨(dú)件。如在圖5中最佳顯示的，在一些實(shí)施例中，芯202的內(nèi)徑比鞍形托盤192的內(nèi)徑更小，使得芯202比托盤192向立管190的孔中突入更大距離。在該實(shí)施例中，芯202的內(nèi)徑可與電極206的內(nèi)徑大體相同。一對鞍形線圈186可沿著立管190的側(cè)壁定位。參照圖4和圖5且如上所述，鞍形磁電驅(qū)動(dòng)器184還可包括電極206。電極206可為基本位于鞍形線圈186之間的一對導(dǎo)電表面，每個(gè)電極具有比鞍形線圈186的軸向長度(在圖4中最佳顯示出)稍長的軸向長度。如圖5中所示，當(dāng)從上方觀察時(shí)，每個(gè)電極206可具有弧形輪廓，其中，電極206對立管190的內(nèi)徑的一部分加襯。電極206可為銅或任何其它導(dǎo)電材料。連接器208可用于將電從電纜(未顯示)傳至電極206。優(yōu)選地，DC被連接至電極206。正電流可被連接到一個(gè)電極206且負(fù)電流到相對的電極206，從而建立陽極和陰極。絕緣間隔件(未顯示)可位于每個(gè)電極206和諸如立管190或鞍形線圈186的任何相鄰導(dǎo)電構(gòu)件之間，以防止電極206將電傳導(dǎo)到相鄰導(dǎo)電構(gòu)件。密封件210可用于密封和保護(hù)鞍形線圈186的構(gòu)件。優(yōu)選地，密封件210是非導(dǎo)電的大體防水的材料，例如橡膠。密封件210可封閉托盤192并因此密封線圈繞組200。密封件210還可密封和保護(hù)芯202的表面和電極206的部分。為了操作鞍形磁電驅(qū)動(dòng)器184，在鉆泥124位于立管190中時(shí)，電通過連接器180傳到鞍形線圈186的線圈繞組200。線圈200繞組產(chǎn)生磁場188。同時(shí)，電通過連接器208傳送而對電極206供能。電流從帶正電的電極206通過鉆泥124傳到帶負(fù)電的電極206。在一個(gè)實(shí)施例中，電流與磁場成90度角通過鉆泥124。磁場188推進(jìn)帶電的鉆泥通過立管190。參照圖8，磁電驅(qū)動(dòng)器可在任何類型的立管或井眼應(yīng)用中用于推進(jìn)鉆泥，包括例如雙梯度鉆井(“DGD”)系統(tǒng)220。圖8顯示了 DGD系統(tǒng)220的示例性實(shí)施例，其中磁電驅(qū)動(dòng)器222被用于鉆出海底井眼224。立管226從海底井口罩228延伸至鉆機(jī)230。鉆柱232下降通過立管226到達(dá)井眼224。防噴器(“B0P”)234是將向上流動(dòng)的鉆泥轉(zhuǎn)移到泥漿返回線236的旋轉(zhuǎn)Β0Ρ。一個(gè)或更多磁電驅(qū)動(dòng)器222，例如鞍形磁電驅(qū)動(dòng)器184或磁電驅(qū)動(dòng)器130，可沿泥漿返回線236定位。在操作中，鉆泥被向下泵送通過鉆柱232并用于潤滑鉆頭238。鉆泥返回上升通過井眼224并向上通過井口罩228傳至BOP 234。BOP 234將鉆泥轉(zhuǎn)移到泥漿返回線236。磁電驅(qū)動(dòng)器222被供能，并且推進(jìn)鉆泥向上通過泥漿返回線236到達(dá)鉆機(jī)230。代替常規(guī)泵送技術(shù)或此外，可使用磁電驅(qū)動(dòng)器222。參照圖9，磁電驅(qū)動(dòng)器242可用于推進(jìn)泥漿朝井眼246向下通過立管244以及從鉆頭238(圖8)向上朝向鉆機(jī)248。這種回流例如可用于將鉆泥推進(jìn)到井眼中以減小從井眼流出的流體的流。如上所述，鞍形線圈186可產(chǎn)生磁場，而電極206使電流與磁場成90度通過泥漿。為了向下推進(jìn)泥漿，磁電驅(qū)動(dòng)器242可形成具有與用于向上推進(jìn)泥漿的矢量相對的矢量的磁場。在一個(gè)實(shí)施例中，電源250可經(jīng)由通向鞍形線圈186的電源連接器201 (圖4)和電極206的連接器208的電纜(未示出)向鞍形線圈186供電。電源250可使施加至鞍形線圈186的電的極性反向，從而導(dǎo)致磁場的矢量向下移動(dòng)。在一個(gè)實(shí)施例中，電源可使從電極206通過鉆泥的電流反向。參照圖10，在一個(gè)實(shí)施例中，可使用多個(gè)磁電驅(qū)動(dòng)器258來推進(jìn)鉆泥。例如，磁電驅(qū)動(dòng)器258a、258b、258c和258d可位于單個(gè)立管260上且彼此緊鄰。實(shí)際上，磁電驅(qū)動(dòng)器258中的每一個(gè)可連接到相鄰的一個(gè)或多個(gè)磁電驅(qū)動(dòng)器258。在一個(gè)實(shí)施例中，各磁電驅(qū)動(dòng)器258可以以不同于相鄰磁電驅(qū)動(dòng)器258的角度旋轉(zhuǎn)。例如，磁電驅(qū)動(dòng)器258b相對于磁電驅(qū)動(dòng)器258a旋轉(zhuǎn)90度，使得磁電驅(qū)動(dòng)器258b的線圈262在磁電驅(qū)動(dòng)器258a的電極262、266上方軸向地居中。類似地,磁電驅(qū)動(dòng)器258c相對于磁電驅(qū)動(dòng)器258b旋轉(zhuǎn)90度,且磁電驅(qū)動(dòng)器258d相對于磁電驅(qū)動(dòng)器258c旋轉(zhuǎn)90度。雖然該示例顯示了旋轉(zhuǎn)90度的各驅(qū)動(dòng)器258，但可使用其它旋轉(zhuǎn)偏移。例如，驅(qū)動(dòng)器258可相對于相鄰驅(qū)動(dòng)器258旋轉(zhuǎn)33°、45°、66°或任何其它角度。在一個(gè)實(shí)施例中，各帶正電的電極以大致相同的量與前一電極旋轉(zhuǎn)偏移。例如，驅(qū)動(dòng)器258a可在3:00位置具有正電極，驅(qū)動(dòng)器258b可在12:00位置具有正電極，驅(qū)動(dòng)器258c可在9:00位置具有驅(qū)動(dòng)，并且驅(qū)動(dòng)器258d可在6:00位置具有驅(qū)動(dòng)。各電極264、266可具有連接器268，其用于經(jīng)由電纜274將電源272連接到磁電驅(qū)動(dòng)器258a-d(電纜274與連接器268之間的一些連接在圖10中未示出)。在一個(gè)實(shí)施例中，電源272可選擇性地向各磁電驅(qū)動(dòng)器258a-d供電。例如，電源272可首先向磁電驅(qū)動(dòng)器258a供電以推進(jìn)鉆泥向上通過驅(qū)動(dòng)器258a，接著在其開始向驅(qū)動(dòng)器258b供電時(shí)結(jié)束向驅(qū)動(dòng)器258a供電。電源266同樣可在其結(jié)束向各前一驅(qū)動(dòng)器供電時(shí)向接下來的磁電驅(qū)動(dòng)器258c、258d供電。因此，相繼的供電可推進(jìn)鉆泥通過一系列磁電驅(qū)動(dòng)器258。在此實(shí)施例中，各驅(qū)動(dòng)器258形成帶有使鉆泥朝下一磁電驅(qū)動(dòng)器移動(dòng)以接收電力的矢量的磁場。電力可以選擇性地以與向電極264、266施加電力相同的方式向電磁體276施加。前進(jìn)可以是從驅(qū)動(dòng)器258a到驅(qū)動(dòng)器258d，如上所述，或者電源266可向相同的驅(qū)動(dòng)器258提供電力，但以不同的順序，例如從驅(qū)動(dòng)器258d起，然后到258c，然后到258b且然后到258a，以沿相反方向推進(jìn)鉆泥。在后一應(yīng)用中，磁場矢量可以與當(dāng)前進(jìn)為從驅(qū)動(dòng)器258a到驅(qū)動(dòng)器258d時(shí)將存在的磁場矢量相反。任何數(shù)量的磁電驅(qū)動(dòng)器258可以組合以相繼操作。在一個(gè)實(shí)施例中，可同時(shí)向多于一個(gè)磁電驅(qū)動(dòng)器258施加電力。例如，電源266可以向驅(qū)動(dòng)器258a和258c提供電力，且然后向驅(qū)動(dòng)器258b和258d供電。雖然僅僅本發(fā)明的形式中的一些顯示或描述了本發(fā)明，但對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言應(yīng)當(dāng)顯而易見的是，它并不這樣被限制，而是在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下可接受各種改變。
權(quán)利要求
1.一種用于泵送電流體動(dòng)力學(xué)(EHD)流體的設(shè)備，所述設(shè)備包括: 管狀區(qū)段，其具有中心孔，EHD流體適于流動(dòng)通過所述中心孔； 至少一個(gè)線圈，其安裝至所述管狀區(qū)段，并且適于在電通過所述線圈時(shí)產(chǎn)生電磁場，其中，所述電磁場的至少一部分位于所述管狀區(qū)段的所述中心孔內(nèi)； 陽極和陰極，其安裝至所述管狀區(qū)段的所述孔，用于將電壓電勢施加至流動(dòng)通過所述孔的所述EHD流體；以及 電源，其向所述陽極和所述陰極提供第一電流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述第一電流能夠在至少第一極性和第二極性之間切換。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述電源向所述線圈提供第二電流，所述第二電流能夠在至少第一極性和第二極性之間切換。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，繞組的一部分圍繞所述管狀區(qū)段的外圍的一部分延伸，并且其中，所述繞組與所述管狀區(qū)段的軸線等距。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，還包括至少第二線圈，其中所述線圈徑向地橫過小于所述管狀區(qū)段的外圍的180度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述管狀區(qū)段是適于在海底環(huán)境中使用的一段立管。
7.一種用于將電流體動(dòng)力學(xué)(EHD)鉆探流體從海底井眼泵送到水面船只的設(shè)備，所述設(shè)備包括: 立管，其與海底井口連通且延伸到所述船只； 多個(gè)管狀區(qū)段，其安裝在所述立管中且沿所述立管軸向間隔開，所述管狀區(qū)段包括: 中心通路，EHD流體適于流動(dòng)通過所述中心通路； 陰極，其形成所述中心通路的內(nèi)徑表面的一部分； 陽極，其與所述陰極周向間隔開，并且形成所述中心通路的內(nèi)徑表面的一部分，以用于向流動(dòng)通過所述通路的所述EHD流體施加電壓電勢；以及 位于所述中心通路的容納所述陰極和陽極的部分上的電線圈，其中，所述線圈適于在向所述線圈施加電力時(shí)在所述通路內(nèi)產(chǎn)生磁場。
8.根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其特征在于，所述電源相繼地向所述管狀區(qū)段中的每一個(gè)供電。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其特征在于，所述管狀區(qū)段與井眼連通，并且其中，向所述管狀區(qū)段提供電力推動(dòng)所述EHD流體朝向所述井眼。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其特征在于，所述線圈包括在所述中心通道的外部形成鞍狀物的線匝，并且其中，所述鞍狀物并不沿徑向橫過大于所述中心通道的外圍的180度。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其特征在于，所述磁場垂直于所述管狀區(qū)段的軸線。
12.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其特征在于，所述陰極和陽極具有周向中點(diǎn)，并且所述陰極的中點(diǎn)從所述陽極的中點(diǎn)為180度。
13.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其特征在于，所述陰極和所述陽極為部分圓柱形，適于與所述EHD流體接觸，并且位于所述孔的相對側(cè)上。
14.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其特征在于，所述EHD流體具有在約10和11之間的pH值。
15.一種用于泵送電流體動(dòng)力學(xué)(EHD)流體的方法，所述方法包括: (a)在管狀部件上設(shè)置磁電驅(qū)動(dòng)單元，所述磁電驅(qū)動(dòng)單元具有中心通路、線圈、陰極和陽極； (b)使所述EHD流體流動(dòng)通過所述管狀部件，所述管狀部件與井眼連通； (c)在所述中心通路中形成磁場，所述磁場被施加至所述EHD流體；以及 (d)向流動(dòng)通過所述電磁場的所述EHD流體施加電壓電勢,從而向所述EHD流體施加原動(dòng)力。
16.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，步驟(c)和(d)包括推動(dòng)所述EHD流體遠(yuǎn)離所述井眼。
17.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，步驟(c)和(d)包括所述EHD流體推離所述井眼。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，還包括至少第二磁電驅(qū)動(dòng)單元以及連接到所述陽極和所述陰極的電源，其中，所述磁電驅(qū)動(dòng)器的所述中心通路軸向?qū)R，并且所述磁電驅(qū)動(dòng)器中的至少兩個(gè)的陽極和陰極未軸向?qū)R。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述方法還包括提供連接到所述陽極和所述陰極的電源，其中，所述電源能夠切換電的極性。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，所述電源能夠選擇性地向所述磁電驅(qū)動(dòng)器中的每一個(gè)供電。
全文摘要
一段立管套管推動(dòng)鉆泥通過立管(102)，從海底向上以減小排出壓力，或者向下朝向井眼。這段立管套管(130)可使用電磁體(132)、兩個(gè)或更多電極(134)或者電磁體與電極的組合來推動(dòng)具有電流體動(dòng)力學(xué)性質(zhì)的鉆泥通過該立管套管。
文檔編號H02K44/02GK103180540SQ201180054071
公開日2013年6月26日 申請日期2011年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月9日
發(fā)明者C.E.詹寧斯 申請人:韋特柯格雷公司