[发明专利]用于缓解井下扭转振动的方法和装置

说明书

技术领域

本申请总体涉及用于缓解移动的井下管状构件中(如，在一个实例中，在如钻探操作过程中旋转的钻柱中)的井下扭转振动的方法和装置。一些实施方案更具体地说涉及通过阻尼此振动的液压机构的使用来缓解钻柱中的井下扭转振动的方法和装置。

发明背景

用于碳氢化合物(石油和天然气)开采以及用于其他目的的钻孔通常是利用钻柱进行钻探的，所述钻柱包括具有钻探组件的管状构件(也被称为钻探管)，所述钻探组件包括附接到其底部端部的钻头。钻头旋转以剪切岩石地层的材料或使其破裂来钻探井眼。

钻柱和形成所述钻柱的一部分的井下钻具中的扭转振动是经常发生在钻探期间的不被期望的现象。这可能导致包括但不限于扭断、后退以及井底组件(BHA)部件故障的事件。扭转振动还可影响随钻测量(MWD)操作期间获取的读数。

扭转振动通常由旋转组件的旋转速度(RPM)中的振动导致，所述旋转组件包括经常经历粘滑现象的钻柱。粘滑行为可由多种原因诱发，包括岩石地层类型的横向振动和变化。

横向振动可导致钻头箱和/或钻柱稳定器在不同程度上与钻孔壁相接触。钻柱与地层之间由这些部件与井眼相接触而产生的摩擦通常导致速度上的波动，激发钻柱中的扭转振动。类似地，沿着钻孔的地层的硬度上的波动可变化至钻柱中的全径稳定器可自由旋转的程度，因此间歇地变化钻柱的旋转速度。钻柱的旋转速度中的此类波动以及由于扭转振动和/或相关联的粘滑现象沿着钻柱传播的扭转冲击脉冲对钻柱部件的结构完整性是有害的并且可导致或加速钻柱部件的故障。

附图简述

一些实施方案以实例的方式被示出并且不被限制在附图中的这些图，其中：

图1描绘根据一个示例性实施方案的包括提供井下扭转振动缓解的钻探装置的钻探设备的示意图。

图2-4描绘根据一个示例性实施方案的包括具有集成扭转振动缓解机构的钻柱稳定器的钻探装置的示意性三维视图，图4中示出的环向可移动的稳定构件相对于它们在图2和图3中的位置被成角度地移位。

图5为根据图3的示例性实施方案的钻探装置的示意性端视图。

图6为根据图3的示例性实施方案的沿着图5中的线6-6截取的钻探装置的示意性纵向截面。

图7为根据一个示例性实施方案的形成钻探装置的一部分的花键毂的示意性三维视图。

图8为图7的示例性花键毂的示意性端视图。

图9为图7和图8中的沿图8中的线9-9截取的花键毂的示意性纵向截面。

图10A和图10B为根据一个示例性实施方案的钻探装置的示意性截面端视图。

图11和图12为根据一个示例性实施方案的钻探装置的相应的部分端视图，示意性地示出形成钻探装置的一部分的缓解井下扭转振动的示例性簧阻尼器布置的操作。

具体实施方式

以下具体实施方式参考附图描述本公开的示例性实施方案，所述附图描述示出本公开可被如何实施的实例的各种细节。本论述阐述参考这些附图的新型方法、系统和装置的各种实例，并且足够详细地描述所描绘的实施方案以便使得本领域技术人员能够实践本公开的主题。除本文讨论的说明性实例之外的许多实施方案可被用来实践这些技术。除本文具体讨论的替换之外的结构和操作变化可在不脱离本公开的范围的情况下被作出。

在此说明书中，此描述中的参考“一个实施方案(one embodiment)”或“一个实施方案(an embodiment)”，或者“一个实例(one example)”或“一个实例(an example)”不是必须指代相同的实施方案或实例；然而，此类实施方案不是互相排斥的，除非有此表述或者得益于本公开的本领域技术人员将显而易见的。

根据一个实施方案，本公开提供具有安装到钻柱上以便抵靠钻孔壁稳定钻柱的稳定器构件的全径稳定器，所述稳定器构件在钻柱上环向地可滑动至有限的程度，其中对稳定构件起作用的液压阻尼机构阻尼钻柱相对于稳定构件的环向移动，从而阻尼钻柱的扭转振动。

图1为钻探设备100的示意图，所述钻探设备100包括在此实例中由以结合到钻柱108中的稳定器设备150的示例形式的钻探装置提供的井下扭转振动缓解机构的示例性实施方案。钻探设备100包括钻柱108定位其中的地下钻孔104。钻柱108可包括从固定在井口130的钻探平台112悬垂的钻杆的连接区。位于钻柱108的底部端部的井下组件或井底组件(BHA)122可包括在钻柱108的前端分解地层以便导引钻孔104的钻头116。钻柱108还可包括钻头116的上方处的加宽钻孔104的一个或多个钻孔器(未示出)。