[发明专利]振动组件和方法

说明书

一种井下振动组件包括定位在转子上方的阀，该转子至少部分地设置在定子内。转子可操作地悬挂在壳体的内孔内并配置成当流体流过振动组件时在定子内旋转。该阀包括旋转阀部分和固定阀部分，旋转阀部分和固定阀部分各自包括至少一个流体通道。旋转阀部分随着转子的旋转而旋转。在打开位置中，阀部分的流体通道对齐并且流体流过阀。在限制位置中，阀部分的流体通道部分地或完全地不对齐，从而暂时限制流体流穿过阀以产生压力脉冲。无阻碍的压力脉冲被传递通过阀上方的钻柱或连续管。

发明背景

在油气井(oil and gas wells)的钻井(drilling)中，井下钻井马达和钻头被附接到钻柱的端部。大多数井下钻井马达包括在定子内旋转的转子。当相邻的钻头切穿地下地层(formation)以钻出井眼时，转子的旋转向该相邻的钻头提供振动。当钻柱的端部处的钻头将井眼更深地延伸到地层中时，钻柱穿过井眼的较高部分滑动。振动工具有时在钻头上方一定距离(例如，在钻头上方800-1500英尺)处被附接到钻柱。振动工具向钻柱的在振动工具上方的部分提供振动，从而促进钻柱穿过井眼的移动。

常规的振动工具包括动力部分，该动力部分由在定子内旋转的转子和定位在转子下方的阀制成。当转子旋转时，阀周期性地限制流体流过振动工具，这产生压力脉冲或水锤，该压力脉冲或水锤被传递通过动力部分并向上通过钻柱的在振动工具上方的部分。

本公开涉及以下内容：

条款1.一种井下振动组件，所述井下振动组件用于在钻头上方的钻柱中传递压力脉冲，所述井下振动组件包括：

正排量动力部分，所述正排量动力部分设置在壳体的内孔中，所述正排量动力部分包括至少部分地设置在定子内的转子，其中所述转子可操作地悬挂在所述壳体的所述内孔内，以在流体流穿过所述正排量动力部分时在所述定子内旋转；以及

阀，所述阀在所述壳体的所述内孔内设置在所述正排量动力部分上方，所述阀包括旋转阀部分和固定阀部分，所述旋转阀部分和所述固定阀部分各自包括至少一个流体通道，其中所述旋转阀部分被配置成随着所述转子的旋转而旋转，以用于使所述阀在打开位置和限制位置之间循环，其中，在所述打开位置中，所述旋转阀部分的所述流体通道与所述固定阀部分的所述流体通道对齐，其中，在所述限制位置中，所述旋转阀部分的所述流体通道至少部分地不与所述固定阀部分的所述流体通道对齐，以用于限制流体流穿过所述阀，以产生无阻碍的压力脉冲并使无阻碍的压力脉冲传递通过所述阀上方的所述钻柱。

条款2.如条款1所述的井下振动组件，其中所述旋转阀部分和所述固定阀部分各自包括中央通道，并且其中，在所述限制位置中，所述旋转阀部分的所述流体通道完全地不与所述固定阀部分的所述流体通道对齐，并且流体流行进通过所述旋转阀部分的所述中央通道和所述固定阀部分的所述中央通道。

条款3.如条款1所述的井下振动组件，其中所述固定阀部分被固定到所述壳体，以防止所述固定阀部分相对于所述壳体的旋转。

条款4.如条款3所述的井下振动组件，还包括螺母，所述螺母螺纹地固定到所述壳体的所述内孔的表面，其中所述螺母设置在所述固定阀部分上方并邻接所述固定阀部分的上表面。

条款5.如条款4所述的井下振动组件，还包括压缩套筒，所述压缩套筒设置在所述固定阀部分和所述壳体的所述内孔的所述表面之间，其中所述压缩套筒的上端邻接所述螺母。

条款6.如条款1所述的井下振动组件，还包括挠性轴，所述挠性轴将所述阀和所述转子互连，其中所述旋转阀部分被固定到所述挠性轴的上端，其中所述转子的上端被固定到所述挠性轴的下端，以将所述挠性轴和所述转子可操作地悬挂在所述壳体的所述内孔中，并且其中所述挠性轴和所述旋转阀部分均随着所述转子的旋转而旋转。

条款7.如条款6所述的井下振动组件，还包括推力轴承和径向轴承，所述推力轴承和所述径向轴承设置在所述壳体的所述内孔内并围绕所述挠性轴设置。