[发明专利]泵送流体的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于泵送钻井流体的装置和方法。该钻井流体可以载 有固体。

背景技术

在油、气井结构的井筒钻井中，钻头布置在钻柱的端部，该钻头 旋转以在地层中钻出井筒。已知为“钻井泥浆”的钻井流体通过钻柱 泵送到钻头以润滑钻头。该钻井泥浆还用于携带钻头产生的钻屑和其 他固体通过形成在钻柱和井筒之间的环形空间到达地面。通过使用钻 井流体的流动和/或钻井流体的压力驱动或激活马达或井底工具，该钻 井泥浆还可以用于驱动井底钻井马达和控制井底工具。钻井泥浆的密 度受到精密的控制，以防止井筒坍塌，并确保钻井最好地进行。钻井 泥浆的密度影响钻头穿透地层的速率。通过调节钻井泥浆的密度，穿 透速率在可能使井筒坍塌的损害处改变。一般使用的钻井流体或者是 水基的，或者是油基的流体。它们还可以包含不同的添加物，这些添 加物提供想要的粘性、润滑特性、热、防腐蚀和其他性能特性。该钻 井泥浆还可以包括损耗流转材料。该损耗流转材料在钻井泥浆中流转， 经过任何多孔区域。钻井流体流过多孔地层时，其携带的损耗流转材 料堵塞多孔区域。这样，钻井泥浆包含昂贵的合成油基润滑剂，因此 通常回收并再利用用过的钻井泥浆，但是这要求从钻井泥浆中移除固 体。这通过处理钻井流体实现。该处理的第一部分是从载有固体的钻 井泥浆中分离固体。这至少部分地通过振荡分离器实现，例如那些公 开在US5265730、WO96/33792和WO98/16328中的泥浆振动筛。此 外，诸如离心分离机和水力旋流器地处理设备可以用于进一步清洁含 固体的泥浆。固体覆盖在污物和残留物中。干净的泥浆然后保留在泥 浆罐或其他容器中。当需要时，该干净的泥浆从泥浆罐抽出并再通过 钻柱，重复该循环。泥浆泵可以用于从地面泵送钻井泥浆通过钻柱， 通过或在钻头附近出来，并通过环形空间向上回到井的顶部。

某些现有已知的泥浆泵具有相对复杂和相对重型的驱动系统，其 具有典型的连杆、偏心轴和多个旋转轴承，并且许多这些部件要求持 续地润滑。某些现有的“三重”系统具有相对较大的占据空间。

现有技术中公开了很多种钻井系统、装置和方法，包括但是不限 于美国专利6944547、6918453、6802378、6050348、5465799、4995465、 4854397和3658138号中所公开的，所有这些专利为所有目的完全结 合于此。现有技术中公开了许多用于钻井操作的钻井流体泵(“泥浆 泵”)和泵系统，例如但是不限于那些公开在美国专利6257354、 4295366、4527959、5616009、4242057、4676724、5823093、5960700、 5059101、5253987号和2004年4月28日提交的序列号为10/833921 的美国申请中的泵和系统(所有所述美国参考文献为所有目的完全结 合于此)。

泥浆泵传统地由直流电机驱动。交流电机由于它们产生极高转矩 的能力在近年来变得更加受欢迎。

发明内容

根据本发明，提供用于泵送流体的装置，该装置包括具有入口和 出口的泵送部、用于通过入口吸入流体并将流体泵出出口的轴，和用 于驱动该轴往复运行的动力部，其特征在于：该动力部包括永磁线性 马达，用于驱动所述轴往复运行。

优选地，所述泵送部是单作用的。有利地，所述泵送部是双作用 的。优选地，所述装置进一步包括控制系统。优选地，所述控制系统 维持来自并通过入口和/或出口的恒定流率。优选地，所述控制系统维 持通过入口和/或出口流出的流体常压。

优选地，所述永磁线性马达由基本平坦的支承件支撑，从而所述 轴基本水平地往复运行。有利地，所述永磁线性马达被支撑为使得所 述轴基本竖向地往复运行。

优选地，所述装置包括至少一个另外的具有永磁线性马达的泵送 部。有利地，所述装置还包括至少多个另外的泵送部，所述多个另外 地泵送部中的每个具有永磁线性马达。有利地，每个永磁线性马达由 基本平坦的支承件支撑，使得每个所述马达的轴基本水平地往复运行。 优选地，每个永磁线性马达被支撑为使得每个所述马达的轴基本竖向 地往复运行。根据本发明的装置可以具有一个、二个到十个、或更多 个泵送部，每个泵送部具有永磁线性马达。

本发明还提供泥浆泵，包括有泵送部和动力部，该动力部包括永 磁线性马达。优选地，该泥浆泵是用于泵送钻井流体的，该钻井流体 可能载有固体，例如钻井钻屑。钻井流体一般指的是泥浆或钻井泥浆。