CN102414471B - 利用磁流变阻尼器阻尼钻柱中的振动的系统和方法 - Google Patents
利用磁流变阻尼器阻尼钻柱中的振动的系统和方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102414471B CN102414471B CN201080018905.1A CN201080018905A CN102414471B CN 102414471 B CN102414471 B CN 102414471B CN 201080018905 A CN201080018905 A CN 201080018905A CN 102414471 B CN102414471 B CN 102414471B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- valve
- coil
- magnetic field
- fluid
- residual magnetization
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000013016 damping Methods 0.000 title claims abstract description 67
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 34
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 claims abstract description 110
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 80
- 230000004044 response Effects 0.000 claims abstract description 12
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 claims description 72
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 43
- 230000004087 circulation Effects 0.000 claims description 22
- 230000006698 induction Effects 0.000 claims description 13
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 8
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 6
- 230000000712 assembly Effects 0.000 claims 8
- 238000000429 assembly Methods 0.000 claims 8
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 24
- 230000005389 magnetism Effects 0.000 description 16
- 230000005355 Hall effect Effects 0.000 description 12
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 7
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 7
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 6
- 229910001209 Low-carbon steel Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 4
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 4
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 3
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 3
- 229910001105 martensitic stainless steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000005055 memory storage Effects 0.000 description 3
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 3
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 3
- 238000010008 shearing Methods 0.000 description 3
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 3
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 2
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 2
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 238000013519 translation Methods 0.000 description 2
- 230000014616 translation Effects 0.000 description 2
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 2
- 229910000984 420 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001021 Ferroalloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000519 Ferrosilicon Inorganic materials 0.000 description 1
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001128 Sn alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- VRUVRQYVUDCDMT-UHFFFAOYSA-N [Sn].[Ni].[Cu] Chemical compound [Sn].[Ni].[Cu] VRUVRQYVUDCDMT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 230000008485 antagonism Effects 0.000 description 1
- 230000006399 behavior Effects 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 description 1
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 238000011010 flushing procedure Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 229910000734 martensite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002480 mineral oil Substances 0.000 description 1
- 235000010446 mineral oil Nutrition 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 230000005298 paramagnetic effect Effects 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 230000002028 premature Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B17/00—Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
- E21B17/02—Couplings; joints
- E21B17/04—Couplings; joints between rod or the like and bit or between rod and rod or the like
- E21B17/07—Telescoping joints for varying drill string lengths; Shock absorbers
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B17/00—Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
- E21B17/02—Couplings; joints
- E21B17/04—Couplings; joints between rod or the like and bit or between rod and rod or the like
- E21B17/07—Telescoping joints for varying drill string lengths; Shock absorbers
- E21B17/073—Telescoping joints for varying drill string lengths; Shock absorbers with axial rotation
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Geology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Magnetically Actuated Valves (AREA)
- Fluid-Damping Devices (AREA)
- Vibration Prevention Devices (AREA)
Abstract
用于阻尼钻柱中的振动的系统可包括磁流变流体阀组件，该磁流变流体阀组件具有磁流变流体源、第一构件和第二构件，第二构件能够响应于钻头的振动而相对于第一构件移动。第一构件和第二构件限定用于容纳流体的第一室和第二室。流体能响应于第二构件相对于第一构件的移动而在第一室和第二室之间流动。阀组件还可包括线圈，该线圈用于产生改变磁流变流体在第一室和第二室之间流动的阻力的磁场，从而增加由阀提供的阻尼。在运行期间感应了残余磁场，该残余磁场能用于提供用于运行阀的磁场以便消除对激励线圈的需要。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求2009年3月5日提交的美国专利申请12/398,983的优选权，该申请的全部内容通过引用并入。
根据35U.S.C.§202(c)，认可美国政府可享有本文描述的本发明的某些权利，本文部分地由美国国家能源技术实验室部门的Deep Trek项目资助下完成，资助号DE-FC26-02NT41664。
技术领域
本发明涉及地下钻孔，且更具体地涉及利用MR流体阻尼在钻孔操作期间在钻柱中产生的振动的系统和方法。
背景技术
地下钻孔，比如气体、油或地热钻孔，通常涉及穿过地下深处的构造进行钻孔。这样的孔通过将钻头连接到管的长段(称为“钻管”)以构成常称为“钻柱”的组件来形成。钻柱从地面延伸到孔的底部。
钻头被旋转以使钻头推进到地下，从而形成孔。在旋转钻孔中，钻头通过在地面上旋转钻柱来旋转。地面上活塞操作的泵使高压流体(称为“钻孔泥浆”)泵送通过钻柱中的内部通路，并经过钻头离开。钻孔泥浆润滑钻头且冲洗来自钻头路径的钻屑。在马达钻孔的情形，流动的泥浆也给钻孔马达提供动力，钻孔马达转动钻头，而不管钻柱是否旋转。钻孔泥浆随后通过形成在钻柱和孔表面之间的环形通路流到地面。
钻孔环境，尤其是硬岩石钻凿，可在钻柱中产生大量振动和冲击。振动也能通过诸如钻头旋转、用于旋转钻柱的马达、泵送钻孔泥浆、钻柱中的不平衡等因素而引入。这样的振动可导致钻柱的各种部件过早失效。大量振动也能降低钻头穿入钻孔表面的钻入速度且在极端情形中能引起钻头和钻孔表面之间失去接触。
操作者通常尝试通过改变以下因素之一或两者来控制钻柱振动：钻头的旋转速度，以及施加到钻头的井下力(常称为“钻压”)。这些作用通常减小振动。减小钻压或钻头的旋转速度通常也降低钻孔效率。尤其是，钻头通常设计成用于旋转速度和钻压的预确定的范围。远离其设计点地操作钻头可降低钻头的性能和使用寿命。
所谓的“震击器(shock subs)”有时用于阻尼钻柱的振动。然而，震击器通常对一组特定的钻孔条件来优化。在这些条件之外运行震击器，可能使震击器无效，且在某些情形中会实际上增加钻柱振动。而且，震击器和隔离器通常使震击器或隔离器的钻柱上向孔部分与振动隔离，但是可增加钻柱的下向孔部分(包括钻头)的振动。
已提出的一种方法是使用包含磁流变(下文“MR”)流体阀的阻尼器。在井下环境中，MR流体的粘性能通过激励阀中的线圈而改变，该线圈产生MR流体经受的磁场。改变MR流体的粘性允许针对钻头遇到的条件最优化阻尼特性。这种方法在2007年5月22日发布的题为System And Method For Damping Vibration In A Drill String的美国专利No.7,219,752中公开，其整个内容在此通过引用并入。
前述美国专利No.7,219,752公开了利用心轴来保持由410马氏体不锈钢制成的线圈的MR阀。类似的MR阀的现有技术实施方式利用由12L14低碳钢(其具有约14,000高斯的饱和磁化，9,000至10,000高斯的残余磁化和约2至8Oe的矫顽磁性)和410/420马氏体不锈钢制成的线圈保持器。在该实施方式中，轴由具有750高斯的相对磁导率和6至36Oe的矫顽磁性的410不锈钢制成。不幸地，本发明人发现利用该MR阀可利用的阻尼的最小水平受激励线圈可导致阀部件的永久磁化的低水平影响。尽管该剩余或残余磁化明显低于提供有效阻尼常用的磁化，但是其减小下端MR流体粘性的范围，因此减小能实现的最小阻尼。在现有技术MR阀中，残余磁化的问题通过使阀的部件去磁来解决，该部件能通过对线圈提供交变极性并以阶进方式减小振幅的电流而变为永久地磁化。
现有技术MR阀遇到的问题是利用线圈维持磁场需要大量的电功率。因此，通常需要昂贵且维护成本高的涡轮式交流发电机以给线圈提供动力。因而，继续需要能在整个运行条件范围内阻尼钻柱振动，尤其是阻尼钻头振动的MR流体阻尼系统，其包含不需要大量电功率的高水平和低水平阻尼。
发明内容
在一个实施方式中，本发明应用于阻尼钻柱的井下部分中的振动的阻尼系统，该阻尼系统包括容纳MR流体的MR阀，该MR流体经受由至少一个线圈产生的磁场。在该实施方式中，本发明包括运行MR阀的方法，包括以下步骤：(a)激励MR阀的线圈第一时间段以产生改变MR流体的粘性的第一磁场，该第一磁场足以在MR阀的至少一个部件中感应第一残余磁化，该第一残余磁化为至少约12000高斯；(b)使线圈基本上去激励第二时间段以利用所述MR阀的至少一个部件中的第一残余磁化运行MR阀，从而产生改变所述MR流体的粘性的第二磁场；(c)在第三时间段内使MR阀的至少一个部件经受去磁循环，以把所述MR阀的至少一个部件的第一残余磁化减小到第二残余磁性；以及(d)在步骤(c)中的去磁循环之后使所述MR阀运行第三时间段。优选地，与第一残余磁化相关的磁场足以使所述MR流体磁饱和。残余磁化的值能利用传感器来测量且当该值降低到指定最小值以下时线圈被再激励。
在另一个实施方式中，提供了一种用于阻尼钻头的振动的阀组件，包括：(a)第一构件，其能够机械地联接到钻头使得第一构件经受来自钻头的振动；(b)磁流变流体源；(c)第二构件，其机械地联接到第一构件使得第二构件能相对于第一构件移动，第一构件和第二构件限定用于容纳磁流变流体的第一室和第二室，一通路使第一室和第二室流体连通；(d)至少一个线圈，其靠近通路使得磁流变流体能够经受当线圈被激励时由至少一个线圈产生的磁场；(e)所述第一构件和所述第二构件中的一个的至少一部分能够响应于由所述至少一个线圈产生的所述磁场而在其中产生残余磁场，该残余磁场足以在所述线圈被去激励时运行所述MR阀，所述第一构件和所述第二构件的感应所述残余磁场的所述部分由具有至少约12000高斯的最大残余磁化的材料制成。优选地，阀组件包括用于使第一构件和第二构件中的所述一个的所述部分去磁以减小产生的残余磁场的装置。阀组件可包括用于测量残余磁化值的传感器和用于当该值降低到低于指定最小值以下时再激励线圈的装置。
附图说明
当结合附图阅读时能更好地理解前述概述以及优选实施方式的以下详述。为了示出本发明，附图显示了目前优选的实施方式。然而，本发明不限于附图中公开的具体设备。在附图中，Z箭头表示井下方向或钻孔，其可以或可以不是垂直的，即垂直于地面。其中
图1是作为钻柱的一部分安装的振动阻尼系统的实施方式的纵向视图。
图2是图1所示的振动阻尼系统的阀组件的纵向剖视图。
图3A、图3B和图3C是图2所示的阀组件的部分的详细视图。
图4A和图4B是由图3C中的E表示的在两个不同的周向位置的阀组件的部分的详细视图。
图5是沿图4A的线V-V的阀组件的横向剖视图。
图6A和图6B是用于控制至线圈的功率的电路的优选实施方式的示意图。
图6C是用于控制至线圈的功率的电路的简化示意图。
图7是对于根据本发明的去磁循环而言供应到线圈的电流I(安培)与时间T(秒)的图表。
图8(a)是在包括去磁循环的操作模式和使用残余磁化产生阻尼中，供应到线圈的电流I与时间T的图表。
图8(b)是根据图8(a)激励线圈得到的MR流体所经受的磁场的强度B与时间T的图表。
图9(a)和(b)示出类似于图8(a)和(b)但具有部分去磁循环的操作。
图10是控制至线圈的功率的反馈环的示意图。
图11是与图4C中所示的类似的纵向剖视图，显示了包括图10所示的反馈环的本发明的可选实施方式。
图12是图11的传感器环部分的详细视图。
图13是图12所示的传感器环的等距视图。
具体实施方式
各图描绘了振动阻尼系统10的优选实施方式。如图1所示，振动阻尼系统10能结合到钻柱8的井下部分，以阻尼位于钻柱的井下端处的钻头13的振动。
钻柱8的井下部分包括动力模块14。振动阻尼系统10包括扭转承载组件22和弹簧组件16，其中的每一个都在前述的美国专利申请No.7,219,752中更充分地做了论述。此外，在弹簧组件16和动力模块14之间设置了磁流变(“MR”)阀组件18。MR阀组件18和弹簧组件16可产生阻尼钻头13的振动的轴向力。在钻头暂时停止运行后，例如在增加另外一段钻管期间，可响应于在钻头振动的幅度和频率，通过MR阀组件18改变阻尼力的大小。在另一实施方式中，在钻头运行的同时，自动地且基本上即时地，可响应于钻头振动的幅度和频率，通过MR阀组件18改变阻尼力的大小。
振动阻尼系统10通过心轴15机械地联接到钻头13，心轴15延伸穿过扭转承载组件22和弹簧组件16。动力模块14为MR阀组件18提供动力且还可为钻柱的其他部件比如MWD系统提供动力。在一个实施方式中，动力模块14是在前述美国专利No.7,219,752中更充分地论述的涡轮式交流发电机。在另一实施方式中，动力模块14包括电池组。用于MR阀组件的控制器134也可容纳在动力模块14中。
优选地，设置MR阀组件18使得紧邻动力模块14的下向孔和弹簧组件16的上向孔，如图1所示。可替代地，扭转承载组件22和弹簧组件16可在MR阀组件18和动力模块14之间设置到上向孔。
MR阀组件18在图2和图3A、图3B和图3C中示出。MR阀组件18具有下向孔端123和上向孔端125，且包括位于MR阀壳122内的线圈心轴100。穿过线圈心轴100形成的中心通路101使钻凿泥浆能流过MR阀组件18。泥浆分流器106附接到线圈心轴100的端部。
在MR阀组件18的下向孔端123处，线圈心轴100通过联接器119固定到延伸穿过扭转承载组件22和弹簧组件16的心轴15，使得线圈心轴100随钻头13旋转并轴向平移。
上向孔壳体102包围线圈心轴100的上向孔端。上向孔壳体102的上向孔端上的联接器104连接到动力模块14的外壳，使得来自地面的钻凿扭矩通过动力模块14传递到上向孔壳体102。上向孔壳体102将钻凿扭矩经MR阀壳122传递到扭转轴承22和弹簧组件16的外壳，MR阀壳122在其上向孔端处连接到上向孔壳体102的下向孔端，并且在其下向孔端130处连接到弹簧组件16的另外壳体。上向孔壳体102因此随扭转轴承22和弹簧组件16的外壳旋转并轴向平移。
如图3B所示，在壳体102内活塞108和126与间隔物120之间设置有线性可变位移换能器(LVDT)110。LVDT 110感测上向孔壳体102和线圈心轴100之间在轴向方向上的相对位移。LVDT 110优选地包括联接到壳体102的轴向间隔开的磁性元件的阵列和安装在心轴100上的例如霍尔效应传感器的传感器，使得传感器磁性地联接到磁性元件。LVDT 110(其在前述美国专利No.7,219,752中更充分地解释)可提供壳体102和心轴100的相对轴向位移、速度和加速度的指示。
如图3B和图3C所示，下向孔阀筒124和上向孔阀筒132与MR阀壳体122一起固定地安装。如图3C所示，在阀筒124和阀筒132之间设置了线圈组件。在上向孔阀筒124和心轴100之间形成了上向孔MR流体室128。在下向孔阀筒132和心轴100之间形成了下向孔MR流体室129。
如图4A、图4B和图5所示，线圈组件包括经销144和153与阀筒124、132对准的线圈保持器146和端帽142的堆叠。因而，线圈保持器146和端帽142以固定关系保持到MR阀壳体122，使得MR阀壳体122、阀筒124和132以及线圈保持器146和端帽142形成功能单元，心轴100响应来自钻头13的振动而相对于该功能单元往复运动。线圈保持器146和端帽142通过螺纹杆170保持在一起，螺母164和167拧到螺纹杆170上。形成在每个线圈保持器146内的狭槽148保持线圈150缠绕所围绕的线轴141。形成在每个线圈保持器146中的线通路172为线圈线提供通路。线圈保持器146和心轴100之间的周向间隙152(图4A中夸张显示)允许MR流体在两个室128和129之间流动。
第一室128和第二室129填充有MR流体。MR流体通常包括铁磁或顺磁颗粒的非胶体悬浮物。颗粒的直径通常约大于0.1微米。颗粒悬浮在载体流体中，比如矿物油、水或硅中。在通常条件下，MR流体具有常规油的流动特性。然而，在存在磁场时，悬浮在载体流体中的颗粒变得被极化。这样的极化使颗粒在载体流体内组织成链。颗粒链增加了MR流体的流体剪切强度(以及因此的流动阻力或粘性)。在去除磁场时，颗粒返回到无组织状态，且流体剪切强度和流动阻力恢复到其之前的值。因而，磁场的受控的施加使MR流体的流体剪切强度和流动阻力非常迅速地改变。MR流体在美国专利文献No.5,382,373(Carlson等人)中做了描述，其全部内容在此通过引用并入。适合于阀组件16的MR流体可从Lord Corporation of Indianapolis，IN购得。
线圈心轴100响应于钻头13的振动而在MR阀壳体122和阀筒124、132内往复运动。这种运动交替地减小和增大第一室128和第二室129各自的容积。具体地，心轴100在上向孔方向上(图4A中向右)的运动增大了第一室128的容积并减小了第二室129的容积。相反，心轴100在下向孔方向上(图4A中向左)的运动减小了第一室128的容积并增大了第二室129的容积。因而，线圈心轴100在阀壳体122内的往复运动趋向于通过环形间隙152在第一室128和第二室129之间泵送MR流体。
MR流体的流动阻力使MR阀组件18作为粘性阻尼器。具体地，MR流体的流动阻力使MR流体产生对抗MR流体在第一室128和第二室129之间的流动的力(与线圈心轴100关于阀壳体122的位移方向相反)。MR流体因而抵抗线圈心轴100关于壳体122的往复运动。该阻力能阻尼钻头13的轴向振动。而且，如前述美国专利No.7,219,752中更充分论述的，扭转承载组件22将钻头13的扭转振动的至少一部分转变为心轴100的轴向振动。因此，MR阀组件18还能够阻尼钻头13的扭转振动。
由MR流体产生的阻尼力的大小与MR流体的流动阻力和轴向振动的频率成比例。如上所述，能通过使MR流体经受磁场而增加MR流体的流动阻力。而且，能通过改变磁场的大小来改变流动阻力。
线圈150定位成使得由线圈产生的磁通线切过位于第一室128和第二室129与间隙152中的MR流体。控制器134控制穿过线圈150的电流的大小，因而控制磁通的大小，控制器134可位于动力模块14中，如图1所示。控制器134控制穿过线圈150的电流(功率)。
LVDT 110提供电信号形式的信号，以指示上向孔壳体102与线圈心轴100之间以及MR阀壳体122与线圈心轴100之间的相对轴向位置、速度和加速度，线圈心轴100连接到钻头13。因此，LVDT 110的输出对钻头13的轴向振动的大小和频率作出响应。在一个实施方式中，LVDT 110向地面发送关于钻头13的振动的信息，以用于分析。基于该信息，钻具操作者能够确定在钻头13的下一次停钻期间MR阀18的阻尼特性的改变是否是有理由的。如果是，则操作者将在停钻期间向控制器134发送信号，指示它改变提供到线圈150的功率并且因此改变MR流体经受的磁场和由MR阀18提供的阻尼。
在另一实施方式中，控制器134优选地包括计算设备，比如具有印刷电路板的可编程微处理器。控制器134还可包括记忆存储设备，以及固态继电器和一组计算机可执行指令。记忆存储设备和固态继电器电联接到计算设备，且计算机可执行指令存储在记忆存储设备中。
LVDT 110电连接到控制器134。计算机可执行指令包括能基于LVDT 110的输出自动地确定特定运行条件下阻尼的最佳量的算法。计算机可执行指令164还确定需要引导到线圈150以提供期望的阻尼的电流量。控制器134可处理来自LVDT 110的输入，并基本上即时地产生被引导到线圈150的电流形式的响应输出。因而，MR阀组件18可在钻头13运行的同时基本上即时地响应于钻头13的振动自动地改变阻尼力。
优选地，阻尼力防止钻头13由于轴向振动而与钻凿表面失去接触。控制器134优选地使阻尼力随钻头13向上移动而增大，以帮助维持钻头13和钻凿表面之间的接触。(理想地，阻尼力应该被控制成使得钻压基本上维持恒定。)此外，认为当振动阻尼系统10的动态弹簧刚度近似等于静态弹簧刚度时阻尼是最佳的。(当动态弹簧刚度大于静态弹簧刚度时需要更多阻尼，且反之亦然)。
无论如何，不管是在钻头13的周期性停钻期间来做，还是基本上即时地自动来做，控制钻头13的振动的能力被认为能提高钻头的钻入速度，减少钻头13与钻凿表面的分离，降低或基本上消除钻头上的冲击，并且提高钻头13和钻柱的其他部件的使用寿命。而且，与震击器形成对比，阀组件和控制器能在各种运行条件下提供最佳阻尼。同样，使用MR流体提供阻尼力使阀组件14反而更紧凑将是可能的。
每当阻尼的增加必须超过未经受磁场的MR流体所提供的阻尼时，通过激励线圈150来运行MR阀10需要较大量的电功率，因为供应到线圈的直流电流可超过2安培。在这样的能量水平下，通常在井下系统中比如MWD系统中使用的电池组仅能持续约12小时。因此，这种方式的运行通常使用作为能量模块的涡轮式交流发电机来完成，如在前述美国专利No.7,219,752中公开的。
根据本发明，通过用这样一种材料制造MR阀的部分(在一个实施方式中，线圈保持器146、轴100和端帽142)来消除对于连续电功率的需求，这种材料随着时间推移将很大程度上变得差不多基本上“永久地”磁化，即由于受到线圈150的磁场的原因，其将在去除磁场之后维持其磁性。因而，当线圈150被去激励到很低的状态或完全切断时，线圈保持器146、轴100和端帽142可维持残余程度的磁化，其将产生维持MR流体的较高粘性的磁场。不管它们是否被磁化，阀的不接近MR流体流过的间隙152的部分对阻尼器的性能几乎没有影响。这些部分的材料基于其结构而不是磁性性能来选择。
根据本发明，MR阀10被构造成使得阀的一些或所有部件由具有足够残余磁化的材料制成，使得当直流电流穿过线圈150而导致的感生磁场的电场被消除时，由该部件产生的残余磁场的强度仍较高。换句话说，根据本发明，剩磁现象被有意地增强(在现有技术的MR阀中，剩磁引起需要去磁循环的问题而要避免)。当在MR阀10的初始操起期间希望增加阻尼以超过由受到零磁场的MR流体提供的阻尼时，电池将提供例如2.5安培的电流一时间段，优选地仅足够长以在阀部件中产生期望的剩余磁化，通常小于约100毫秒。在该时间段之后，线圈150被激励到较低的值且MR阀部件的剩余磁场主要用于产生此后必要的阻尼。优选地，线圈150完全被去激励且MR阀部件的剩余磁场仅用于产生此后必要的阻尼。根据本发明，制成阀部件的材料(如下面进一步讨论的)被选择成使得残余磁场至少为约12,000高斯。
如果在该水平的阻尼下运行一时间段之后由操作者或控制器134确定需要额外的阻尼，则线圈150将在比先前使用的电流更高的电流下被激励一时间段使得足以使部件磁饱和。该较高的电流将在MR阀部件中产生较高的剩磁，该剩磁随后用于在线圈150再次去激励之后提供额外的阻尼。
如果稍后由操作者或控制器134确定需要较少的阻尼，则MR阀部件将经受去磁循环(下面讨论)，以将剩余磁场减小到约为零。如果新期望量的阻尼小于从MR阀的剩磁所得到的阻尼，但大于由MR流体在零磁场下提供的阻尼，则线圈150将随后如其在初始运行期间时被暂时地激励以在阀部件中产生期望程度的剩磁。之后，线圈150将部分地或完全地去激励且MR阀主要地或仅使用阀部件的剩磁来运行。
根据本发明的一个实施方式，当需要时，这种永久磁化通过周期地使用线圈150来使线圈保持器146、轴100和端帽143以及受到永久磁化的任何其他MR阀部件经历去磁循环来去除。具体地，控制器134包括电路(如图6所示)，该电路在前面现有技术的MR阀中使用以消除不想要的永久磁化。该电路(来自能量模块14的直流电流穿过其中)将直流电流以阶进方式转变为交变极性和减小幅度的电流。在磁化期间，或当残余磁场不受干扰时，电流仅在一个方向流动，而当需要去磁时，实现相反极性。
如图6C所示，图6C是图6A和图6B所示的电路的简化图，开关202和204成对地工作且开关206和208成对地工作。当202和204被接通时，图6C所示的上线圈150接收正电压，而下线圈150接收负电压。当开关206和208被通电时，线圈极性反向，因此上线圈150接收负电压，而下线圈150接收正电压。这样，实现了极性反向。软件以先断后合顺序切换所述开关对，以确保不会使开关短路，因为同时使两对开关接通将通过开关使正电和负电连接，具有足够的电流而可能造成破坏。
为了以阶进方式控制电压，使用称为脉冲宽度调制(PWM)的过程。为此，开关对被非常快速地开和关，通常在几百到几千赫兹下运行。工作时间与不工作时间的百分比基本上使电压按该百分值调整。例如，如果电源电压为40VDC且占空比为50％，则线圈上的有效电压为20VDC。电子器件和线圈电感滤波调制信号并平稳脉冲至比电源低的值的稳态DC。这允许将电源电压从满(即，100％占空比，始终接通)逐渐缩小到接近零(即，5％占空比，接通非常短的时间但大部分时间不接通)。
图7示出了典型的现有技术去磁循环。在线圈被激励一时间段之后，非期望程度的剩磁可在线圈保持器146和端帽142中持续。因此，线圈150根据图7中显示的循环被激励，其中dc电流使极性反向并以阶进方式降低直到其在减到零之前达到低电流。优选地，去磁循环能够将残余磁场减小到接近零。
在一个典型的实施方式中，去磁循环中的每一步的持续时间约为0.06秒且每一步的开始之间的时间约为0.1秒，使得在每个极性反向之间存在短的“静止”时间段。总的步数通常约为16，使得去磁循环所需的总时间小于约两秒。然而，如对本领域技术人员显而易见的是，也能采用其他去磁循环，只要步数和步长足以将残余场减小到低值，优选地，基本上为零。在去磁之后，使线圈完全地去激励将导致实现与非磁化MR流体相关的最小阻尼。
尽管使用交变极性的电流和以阶进方式减小幅度以便使阀部件去磁是优选的，但是也能采用其他去磁方法。
根据本发明的MR阀18的运行在图8(a)和图8(b)中示出。首先，确定为了实现期望程度的阻尼，MR流体经受的磁场的强度应为B2。但是，线圈首先被激励到电流I1以产生具有强度B1的较高磁场持续时间段T1，足以在MR阀的一个或多个部件中感应出强度为B2的残余磁场。强度为B1的磁场可比如足以在MR阀的部件中引起饱和磁化以实现最大的后续残余磁场。在时间T1之后，线圈被去激励且MR阀根据MR阀的部件提供的残余磁场B2运行。本发明允许残余磁场B2基本上大于当使用现有技术的用12L14低碳钢和410/420马氏体不锈钢的部件制造的MR阀得到的残余磁场，其仅能实现相对较低的残余磁化。
如果在时间T2时确定需要较少的阻尼，则去磁循环开始。当在时间T3完成去磁时，线圈被激励到电流I2达一时间段以产生强度为B3的磁场，足以在MR阀的一个或多个部件中引起强度为B4的残余磁场。此后，线圈在时间T4被去激励且MR阀利用来自MR阀的部件的强度为B4的残余磁场运行。明显地，在T1和T2之间以及随后到T4没有电流被供应到线圈150。
可选地，图8显示的去磁循环可以被调整-例如，调整步数和在最后一步中使用的电流，以在没有下降到零残余磁化的情况下直接地将残余磁场减小到期望的值，随后返回到期望状态。在部分去磁循环之后，线圈能被去激励且MR阀利用其剩磁运行。这种方式的运行在图9(a)和图9(b)中示出。
在以图8和图9所示运行的实施方式中，MR阀主要基于剩磁运行，其中能量优选地仅根据需要被供应到线圈150以增加或减小由MR阀部件的残余磁化产生的阻尼的大小。结果，电源模块14能由常规的井下电池组组成而不需要结合涡轮式交流发电机。优选地，电池组包括本领域技术人员已知类型的多个高温锂电池。因此，使用根据本发明的去磁循环允许使用经受比现有技术MR阀中产生问题的剩磁大的剩磁的MR阀且这样做以获得预期不到的减少功耗的效果。
根据本发明的一个实施方式，反馈环被结合以监测磁场的强度从而确定磁场强度何时降低到由钻凿设备操作者指定的值以下，或通过控制器134确定MR阀是否受到自动控制从而指示对于再激励线圈150的需要。利用一个或多个霍尔效应传感器304测量阀中的磁场强度的电路，比如位于MR阀上的Honeywell SS495A，在图10中显示。
如图10所示，该电路具有五个输入和一个输出，输入中的两个是电源和接地，其他三个是允许多个电路被分布到工具内且单独地接通并远程测量的数字地址信号。在该实施方式中，能在MR阀内分布直到这些电路中的七个，每个具有其自己的地址，如由跳线设置定义的(在图10中示意性J1至J7)。使用多路分配器电路302，比如TexasInstruments CD74AC238来拾取来自三个输入线路(A、B和C)的信号并接通指定的跨接线，其与A、B和C上的高和低值的该组合相对应(例如，A＝高，B＝低，C＝低，接通跨接线J1；A、B、C都高，将接通J7)。来自多路分配器302的信号(i)接通场效应晶体管303，比如BSS 138/SOT，其向霍尔效应传感器304提供能量，以及(ii)启动操作放大器305，比如OPA373AIDBV。
来自霍尔效应传感器304的信号被输入操作放大器305，操作放大器305作为缓冲器，具有单位增益(R1＝1K欧姆，R2＝0欧姆，且R3＝无限电阻)。可选地，R2和R3能用于通过改变电阻值来增加电压，但通常不需要，因霍尔效应传感器304的输出稳定。操作放大器305允许来自所有七个电路的输出被联系在一起，从而仅单个信号被返回到控制器134，因而节省工具的连接器结构中的有价值的插脚并仅为微处理器利用可用的A/D输入中的一个。
多路分配器302的目的是首先最小化插脚的数量和需要反馈到微处理器的模拟到数字(A/D)输入(三个数字输出和一个模拟输入，与五个A/D输入形成对比以考虑各个霍尔效应传感器)，且还最小化能耗。霍尔效应传感器304的能耗可相对非常高，在一个实施方式中，每个7到8mA。在该实施方式中，多路分配器302的最大能耗是160μA。这样，有4,400％的能量节省，这允许给电路供能的电池持续44倍长的时间。五个分布的电路总共消耗单个霍尔效应传感器能量的1/10。因而，霍尔效应传感器仅短时升高，且仅当微处理器做一次读数，也仅一个霍尔效应传感器接通一次，因此最小化了能耗。
在操作中，控制器134被编程以每次查询一个霍尔效应传感器304，得到代表MR阀中的磁场强度的平均值，并将其与由操作者或控制器134指定的值进行比较。控制器134被编程以再激励线圈150，使得如果该比较指示测量的磁场的强度与指定值的偏离多于预确定的量就再磁化该阀。控制器134被编程以大约每分钟执行这种查询，除非从LVDT接收的信息指示磁场强度的变化，在此情形中，霍尔效应传感器将在磁场被重新调节之后再次被查询以确定磁化是否处于正确的能量。
图11-13显示了结合图10所示的反馈环控制的实施方式。如图11所示，在该实施方式中，将传感器环400放入每对线圈保持器146之间。传感器环400优选地由非磁性材料比如拐点铜镍锡合金制成，比如从Brush Wellman公司可购得的Toughmet 3。如图12和13所示，包含图10中所示的用于反馈环控制的电子器件的印刷电路板414被安装在每个传感器环400的槽402内。槽402由凹槽407中的跑道形O型圈408和凹槽409中的圆形O型圈408密封。盖子412被安装在传感器环400的周边中的凹部410中，其允许接近板414。
如此处使用的，(i)“饱和磁化”指材料的最大磁通密度使得磁化力的任何进一步的增加都在磁通密度中产生不明显的变化，以高斯测量；(ii)“残余”或“剩余”磁化或磁场指在磁化力减小到零之后保留在材料中的磁通密度，以高斯测量；(iii)“最大残余”磁化指在材料经历饱和磁化之后材料的残余磁化；(iv)“矫顽磁性”指材料对去磁的抵抗力，以奥斯特(Oe)测量，且涉及矫顽力，其是必须被施加以将剩磁减小到零的磁力的值；以及(v)磁导率指材料的磁通的“传导率”，其表示为相对磁导率，其是材料导磁性与真空的导磁性之比。
为了方便上述操作，MR阀18的预期产生残余磁场的部件(在一个实施方式中，线圈保持器146和端帽142)由具有最大残余磁性的材料制成，其基本上大于在现有技术MR阀中使用的12L14低碳钢和410/420马氏体不锈钢的残余磁性，使得在零能量下线圈150实现的最大阻尼相对较高。优选地，材料应具有至少12,000高斯的最大残余磁化。任选地，材料具有足以使MR流体饱和的最大残余磁化，即，由材料的残余磁化施加到MR流体的磁场使得磁场的任何进一步的增加都不引起MR流体的粘性的进一步的增加，从而实现利用残余磁化可能实现的最大操作范围。理想地，材料应具有相对于饱和磁化来说高的残余磁化。优选地，最大残余磁化应为饱和磁化的至少约50％，且更优选地为饱和磁化的至少约70％。优选地，材料还应具有相对低的矫顽磁性，使得使部件去磁所需的能量相对较低但不低到使得材料在运行期间变得容易非故意地去磁。优选地，材料应具有至少约10Oe但不超过约20Oe的范围内的矫顽磁性，且最优选地约15Oe。材料还应具有良好的抗腐蚀性。
优选地具有最小的杂质的1033等级软钢(其具有约20,000高斯的饱和磁化，约13,000至15,000高斯的最大残余磁化，以及约10至20Oe的矫顽磁性)是适合用于预期如上描述的利用主要残余磁化运行的MR阀的部件的材料的一个示例。铁素体铬-铁合金是合适材料的另一示例。这样的铁素体铬合金的示例在美国专利No.4,994,122(DeBold等人)中进行了描述，该专利整体上再次通过引用并入。能从CarpenterTechnology公司购得的Carpenter Chrome Core 8合金(其具有18,600高斯的饱和磁化，13,800高斯的最大残余磁化(饱和的74％)和2.5Oe的矫顽磁性)也可以是用于许多MR阀的合适材料。
优选地，由上述材料制成的MR阀的部件仅由于残余磁化的结果而能够向MR流体施加磁场，即具有足够的强度以磁性地饱和特定流体的MR性能。
优选地，轴100至少部分地由具有高磁导率的材料制成以便有利于磁通穿过MR阀。优选地，该材料具有至少约7000高斯的相对磁导率。还希望该材料具有低矫顽磁性，优选地小于1.0，使得该材料能随其在磁场内移动而容易去磁和再磁化而不会产生强到足以使阀的其他部分去磁的磁场。如图4B所示，轴100能形成有内壳100A和外壳100B，内壳100A由抗腐蚀材料比如410/420不锈钢制成以便经得住与钻凿泥浆接触，外壳100B由具有高磁导的材料制成。可用于外壳100B的一种材料是坡莫合金，其具有超过100,000的相对磁导率，约12,000高斯的饱和磁性，以及约0.05Oe的矫顽磁性。硅铁(其具有约7000的相对磁导率，约20,000高斯的饱和磁化以及约0.05Oe的矫顽磁性)也可用在许多应用中。
尽管如在附图中示出的，线圈150安装在传递钻凿转矩的壳体122中，但是本发明还可通过将线圈安装在轴100中来实践。在该布置中，轴100的至少一部分将由具有至少12,000高斯的残余磁化的材料制成且壳体122的至少一部分将由具有高磁导的材料比如坡莫合金制成，如下面进一步讨论的。
尽管本发明参考钻凿井的钻柱进行了描述，但是本发明能够适用于希望控制阻尼的其他情形。因此，在不偏离本发明的精神或基本属性的情况下，本发明能以其他具体形式实现，因此，本发明的范围由权利要求书限定，而不是由前述说明书限定。
Claims (30)
1.一种在用于阻尼钻柱的井下部分的振动的阻尼系统中使用的方法，所述阻尼系统包括容纳磁流变(MR)流体的MR阀，所述MR流体经受由至少一个线圈产生的磁场，所述MR流体流过形成在所述MR阀中的通路，所述方法响应于所述振动中的变化而提供来自所述MR阀的可变大小的阻尼，该方法包括以下步骤：
a.响应于所述钻柱的振动的指示而通过向所述线圈引导第一电流来使所述MR阀的所述线圈被激励第一时间间隔以产生改变所述MR流体的粘性的第一磁场，所述第一磁场足以在所述MR阀的靠近所述通路的至少一个部件中感应第一残余磁化，所述第一残余磁化为至少12000高斯；
b.使所述线圈被基本上去激励第二时间间隔以利用在所述MR阀的所述至少一个部件中的所述第一残余磁化来运行所述钻柱，从而产生改变所述MR流体的粘性的第二磁场；
c.响应于所述钻柱的振动的指示在第三时间间隔中使所述MR阀的所述至少一个部件经受去磁循环，以把所述MR阀的所述至少一个部件的所述第一残余磁化减小到第二残余磁化；
d.在步骤c中的所述去磁循环之后使所述钻柱运行第四时间间隔。
2.根据权利要求1所述的方法，其中与所述第一残余磁化相关的所述磁场足以使所述MR流体磁饱和。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述MR阀的感应了所述第一残余磁化的所述至少一个部件由具有至少13000高斯的最大残余磁化的材料制成。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述MR阀的感应了所述第一残余磁化的所述至少一个部件由具有至少10Oe的矫顽磁性的材料制成。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述MR阀的感应了所述第一残余磁化的所述至少一个部件由具有不超过20Oe的矫顽磁性的材料制成。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述MR阀的感应了所述第一残余磁化的所述至少一个部件由具有不超过20Oe的矫顽磁性的材料制成。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述去磁步骤包括以减小电流和交变极性的阶来激励所述至少一个线圈。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述去磁步骤包括如下步骤：
e.供应直流电流；
f.把所述直流电流转化为减小电流和交变极性的阶；以及
g.向所述至少一个线圈引导所述减小电流和交变极性的阶。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二残余磁化近似为零。
10.根据权利要求1所述的方法，其中在所述去磁循环之后使所述钻柱运行所述第四时间间隔的步骤d包括利用在所述MR阀的所述至少一个部件中的所述第二残余磁化来运行所述钻柱以产生改变所述MR流体的粘性的第三磁场。
11.根据权利要求1所述的方法，其中在所述去磁循环之后使所述钻柱运行所述第四时间间隔的步骤d包括重新再激励所述MR阀的所述线圈以产生改变所述MR流体的粘性的磁场。
12.根据权利要求1所述的方法，其中在所述去磁循环之后使所述钻柱运行所述第四时间间隔的步骤d包括测量所述MR阀中的磁场强度。
13.根据权利要求12所述的方法，还包括基于所述MR阀中的所测量的磁场强度来重新再激励所述线圈的步骤。
14.根据权利要求12所述的方法，还包括以下步骤：
e.在所述第四时间间隔期间把所述阀中的所述测量的磁场强度与规定值进行比较，以及
f.当所述测量值与规定值之间的差超过预定量时重新再激励所述线圈。
15.根据权利要求1所述的方法，其中在步骤a中通过把来自电池的电流供应到所述线圈来激励所述线圈。
16.根据权利要求1所述的方法，其中所述MR阀的靠近所述通路的感应所述第一残余磁化的所述至少一个部件包括用于所述线圈的保持器。
17.根据权利要求1所述的方法，其中所述MR阀的靠近所述通路的感应所述第一残余磁化的所述至少一个部件为第一部件，且其中所述MR阀还包括靠近所述通路布置但在所述通路的与所述第一部件相对的一侧上的第二部件，所述第二部件的至少一部分由具有至少7000的相对磁导的材料制成。
18.根据权利要求1所述的方法，其中激励所述线圈的步骤包括把电流从位于钻柱的所述井下部分中的电池供应到所述线圈。
19.一种用于阻尼钻入地下构造中的钻头的振动的磁流变(MR)阀组件，包括：
a.第一构件，所述第一构件能够机械地联接到所述钻头，使得所述第一构件经受来自所述钻头的振动；
b.磁流变流体源；
c.第二构件，所述第一构件被安装成相对于所述第二构件移动，所述第一构件和所述第二构件限定用于容纳所述磁流变流体的第一室和第二室，布置在所述第一构件和所述第二构件之间的通路使所述第一室和所述第二室流体连通，所述第一构件和所述第二构件中的一个的至少一部分由具有至少7000的相对磁导的材料制成；
d.至少一个线圈，所述至少一个线圈靠近所述通路使得所述磁流变流体能够经受当所述线圈被激励时由所述至少一个线圈产生的磁场；以及
e.所述第一构件和所述第二构件中的另一个的至少一部分能够响应于由所述至少一个线圈产生的所述磁场而在其中感应残余磁场，所述残余磁场足以在所述线圈被去激励时运行所述MR阀，所述第一构件和所述第二构件中的所述另一个的感应所述残余磁场的所述部分由具有至少12000高斯的最大残余磁化和至少10Oe且不超过20Oe的矫顽磁性的材料制成。
20.根据权利要求19所述的阀组件，还包括用于使所述第一构件和所述第二构件中的所述另一个的感应所述残余磁场的所述部分去磁以减少所感应的残余磁场的装置。
21.根据权利要求19所述的阀组件，还包括传感器，所述传感器用于测量所述MR阀中的磁场并基于所述磁场的所述测量值激励所述线圈。
22.根据权利要求19所述的阀组件，其中所述第一构件和所述第二构件中的所述另一个的感应所述残余磁场的所述部分由具有至少13000高斯的最大残余磁化的材料制成。
23.根据权利要求19所述的阀组件，其中所述第一构件和所述第二构件中的所述另一个的感应所述残余磁场的所述部分包括用于保持所述至少一个线圈的保持器。
24.根据权利要求20所述的阀组件，其中用于使所述第一构件和所述第二构件中的所述另一个的感应所述残余磁场的所述部分去磁的所述装置包括用于在所述线圈中产生电流的装置，所述线圈中的电流极性交变且以阶进方式减小幅度。
25.根据权利要求20所述的阀组件，还包括用于供应直流电流的电源，且其中用于使所述第一构件和所述第二构件中的所述另一个的感应所述残余磁场的所述部分去磁的所述装置包括用于把所述直流电流转变为极性交变且以阶进方式减小幅度的电流的电路。
26.根据权利要求19所述的阀组件，还包括用于将功率供应到所述线圈的电池。
27.根据权利要求20所述的阀组件，其中用于在所述至少一个线圈中产生去磁电流的所述装置包括用于把所感应的残余磁场减小到基本上为零的装置。
28.一种在用于阻尼钻柱的井下部分的振动的阻尼系统中使用的方法，所述阻尼系统包括容纳磁流变(MR)流体的MR阀，所述MR流体经受由至少一个线圈产生的磁场，所述MR流体流过形成在所述MR阀中的通路，所述方法用于运行所述MR阀且包括以下步骤：
a.使所述MR阀的所述线圈被激励第一时间段以产生改变所述MR流体的粘性的第一磁场，所述第一磁场足以在所述MR阀的靠近所述通路的至少一个部件中感应第一残余磁化；
b.使所述线圈被基本上去激励第二时间段，以利用所述MR阀的所述至少一个部件中的所述残余磁化来运行所述MR阀从而产生改变所述MR流体的粘性的第二磁场；
c.测量所述MR阀中的由所述残余磁化导致的磁场的强度；
d.基于所述MR阀中的所测量的磁场强度来再激励所述线圈。
29.根据权利要求28所述的方法，还包括如下步骤：把所述阀中的所述测量的磁场强度与规定值做比较，其中，当所述测量值与规定值之间的差超过预定量时，所述的再激励所述线圈的步骤包括再激励所述线圈。
30.根据权利要求28所述的方法，其中激励所述线圈的步骤包括把电流从位于钻柱的所述井下部分中的电池供应到所述线圈。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US12/398,983 US8087476B2 (en) | 2009-03-05 | 2009-03-05 | System and method for damping vibration in a drill string using a magnetorheological damper |
| US12/398,983 | 2009-03-05 | ||
| PCT/US2010/025897 WO2010101902A1 (en) | 2009-03-05 | 2010-03-02 | System and method for damping vibration in a drill string using a magnetorheological damper |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102414471A CN102414471A (zh) | 2012-04-11 |
| CN102414471B true CN102414471B (zh) | 2014-09-17 |
Family
ID=42677222
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201080018905.1A Active CN102414471B (zh) | 2009-03-05 | 2010-03-02 | 利用磁流变阻尼器阻尼钻柱中的振动的系统和方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US8087476B2 (zh) |
| EP (1) | EP2404076A4 (zh) |
| CN (1) | CN102414471B (zh) |
| CA (1) | CA2754204C (zh) |
| WO (1) | WO2010101902A1 (zh) |
Families Citing this family (33)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9976360B2 (en) * | 2009-03-05 | 2018-05-22 | Aps Technology, Inc. | System and method for damping vibration in a drill string using a magnetorheological damper |
| US8087476B2 (en) | 2009-03-05 | 2012-01-03 | Aps Technology, Inc. | System and method for damping vibration in a drill string using a magnetorheological damper |
| US9539731B2 (en) | 2009-10-09 | 2017-01-10 | The University Of Western Ontario | Magneto-rheological clutch with sensors measuring electromagnetic field strength |
| US9566715B2 (en) | 2009-10-09 | 2017-02-14 | The University Of Western Ontario | Magneto- and electro-rheological based actuators for human friendly manipulators |
| US8919457B2 (en) | 2010-04-30 | 2014-12-30 | Mark Hutchinson | Apparatus and method for determining axial forces on a drill string during underground drilling |
| US8936095B2 (en) * | 2010-05-28 | 2015-01-20 | Schlumberger Technology Corporation | Methods of magnetic particle delivery for oil and gas wells |
| US9372276B2 (en) * | 2010-06-10 | 2016-06-21 | Schlumberger Technology Corporation | Combinations of axial and saddle coils to create the equivalent of tilted coils for directional resistivity measurements |
| CN102031938B (zh) * | 2010-11-25 | 2012-12-19 | 中国石油化工股份有限公司 | 油气钻井钻具用减振器 |
| US8646520B2 (en) * | 2011-03-15 | 2014-02-11 | Baker Hughes Incorporated | Precision marking of subsurface locations |
| WO2012154466A1 (en) * | 2011-05-06 | 2012-11-15 | Washington State University Research Foundation | Magnetorheological devices and associated methods of control |
| EP2715030B1 (en) | 2011-05-24 | 2018-04-25 | Flexidrill Limited | Downhole sinusoidal vibrational apparatus |
| US9328576B2 (en) | 2012-06-25 | 2016-05-03 | General Downhole Technologies Ltd. | System, method and apparatus for controlling fluid flow through drill string |
| DE102012017808A1 (de) * | 2012-09-10 | 2014-03-27 | Christian Funke | Steuerelektronik mit Minimalwertsucher füt eine MRF-Bremse |
| US9476261B2 (en) * | 2012-12-03 | 2016-10-25 | Baker Hughes Incorporated | Mitigation of rotational vibration using a torsional tuned mass damper |
| CN103019298B (zh) * | 2012-12-21 | 2014-10-22 | 福州工大台钻有限公司 | 数控台钻模拟手柄 |
| US9121233B2 (en) * | 2013-02-26 | 2015-09-01 | Baker Hughes Incorporated | Mitigation of downhole component vibration using electromagnetic vibration reduction |
| US9719325B2 (en) * | 2013-05-16 | 2017-08-01 | Halliburton Energy Services, Inc. | Downhole tool consistent fluid control |
| US9644440B2 (en) | 2013-10-21 | 2017-05-09 | Laguna Oil Tools, Llc | Systems and methods for producing forced axial vibration of a drillstring |
| US20150252666A1 (en) * | 2014-03-05 | 2015-09-10 | Baker Hughes Incorporated | Packaging for electronics in downhole assemblies |
| US9863191B1 (en) | 2014-05-02 | 2018-01-09 | Russell D. Ide | Flexible coupling |
| WO2016007689A1 (en) * | 2014-07-09 | 2016-01-14 | Qatar Foundation For Education, Science And Community Development | Drill string axial vibration attenuator |
| EP2974820B1 (de) | 2014-07-17 | 2017-04-12 | Ewm Ag | Lichtbogenschweißgerät, System und Verfahren zum Abmagnetisieren eines Metallrohres |
| NZ734076A (en) * | 2015-02-23 | 2022-10-28 | Dynomax Drilling Tools Inc Canada | Downhole flow diversion device with oscillation damper |
| US20160273303A1 (en) * | 2015-03-19 | 2016-09-22 | Schlumberger Technology Corporation | Actuation system with locking feature |
| US20180320482A1 (en) * | 2015-12-04 | 2018-11-08 | Halliburton Energy Services, Inc. | Magnetic Coupling for Downhole Applications |
| US10458226B2 (en) * | 2016-02-07 | 2019-10-29 | Schlumberger Technology Corporation | Shock and vibration damper system and methodology |
| US10539000B2 (en) | 2016-12-30 | 2020-01-21 | Nabors Drilling Technologies Usa, Inc. | Instrumented saver sub for stick-slip vibration mitigation |
| US10844672B2 (en) | 2017-05-19 | 2020-11-24 | Mitchell Z. Dziekonski | Vibration reducing drill string system and method |
| CN108086929B (zh) * | 2018-01-09 | 2024-03-22 | 长江大学 | 一种井下自适应水力旋流冲洗工具 |
| EP3845995A1 (en) * | 2018-08-30 | 2021-07-07 | Alps Alpine Co., Ltd. | Operating device and method for controlling operating device |
| CN110986188B (zh) * | 2019-11-13 | 2020-11-24 | 珠海格力电器股份有限公司 | 一种可变刚度脚垫、压缩机及空调 |
| CN110985589B (zh) * | 2019-12-02 | 2021-01-22 | 江苏科技大学 | 磁流变液涡轮阻尼器 |
| NO20211466A1 (en) * | 2021-12-07 | 2023-06-08 | Norce Innovation As | Damping drill string vibrations |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0485647A1 (en) * | 1989-02-14 | 1992-05-20 | H. Neil Paton | Fluid actuated friction damper |
| US6123312A (en) * | 1998-11-16 | 2000-09-26 | Dai; Yuzhong | Proactive shock absorption and vibration isolation |
| CN1721725A (zh) * | 2004-07-13 | 2006-01-18 | Lg电子株式会社 | 用于衰减振动的减震器及装有该减震器的洗衣机 |
Family Cites Families (32)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3947008A (en) * | 1974-12-23 | 1976-03-30 | Schlumberger Technology Corporation | Drill string shock absorber |
| DE2647810C2 (de) * | 1976-10-22 | 1978-12-14 | Christensen, Inc., Salt Lake City, Utah (V.St.A.) | Stoßdämpfer für Tiefbohrgestänge |
| US4427079A (en) * | 1981-11-18 | 1984-01-24 | Walter Bruno H | Intermittently rotatable down hole drilling tool |
| US4647853A (en) * | 1983-09-30 | 1987-03-03 | Teleco Oilfield Services Inc. | Mud turbine tachometer |
| US4761889A (en) * | 1984-05-09 | 1988-08-09 | Teleco Oilfield Services Inc. | Method for the detection and correction of magnetic interference in the surveying of boreholes |
| US4894923A (en) * | 1987-05-27 | 1990-01-23 | Alcan International Limited | Method and apparatus for measurement of azimuth of a borehole while drilling |
| US4813274A (en) * | 1987-05-27 | 1989-03-21 | Teleco Oilfield Services Inc. | Method for measurement of azimuth of a borehole while drilling |
| US4779852A (en) * | 1987-08-17 | 1988-10-25 | Teleco Oilfield Services Inc. | Vibration isolator and shock absorber device with conical disc springs |
| US4994122A (en) * | 1989-07-13 | 1991-02-19 | Carpenter Technology Corporation | Corrosion resistant, magnetic alloy article |
| US5034929A (en) * | 1989-08-02 | 1991-07-23 | Teleco Oilfield Services Inc. | Means for varying MWD tool operating modes from the surface |
| US5144126A (en) * | 1990-04-17 | 1992-09-01 | Teleco Oilfied Services Inc. | Apparatus for nuclear logging employing sub wall mounted detectors and electronics, and modular connector assemblies |
| US5133419A (en) * | 1991-01-16 | 1992-07-28 | Halliburton Company | Hydraulic shock absorber with nitrogen stabilizer |
| US5382373A (en) * | 1992-10-30 | 1995-01-17 | Lord Corporation | Magnetorheological materials based on alloy particles |
| US5833541A (en) * | 1993-07-23 | 1998-11-10 | Turner; William E. | Elastomeric joints having interlocking threaded portions |
| US5816344A (en) * | 1996-11-18 | 1998-10-06 | Turner; William E. | Apparatus for joining sections of pressurized conduit |
| US6102681A (en) * | 1997-10-15 | 2000-08-15 | Aps Technology | Stator especially adapted for use in a helicoidal pump/motor |
| US6134892A (en) * | 1998-04-23 | 2000-10-24 | Aps Technology, Inc. | Cooled electrical system for use downhole |
| US5931000A (en) * | 1998-04-23 | 1999-08-03 | Turner; William Evans | Cooled electrical system for use downhole |
| DE19820569A1 (de) * | 1998-05-08 | 1999-11-11 | Schenck Ag Carl | Ventil auf Basis elektrorheologischer und/oder magnetorheologischer Flüssigkeiten |
| US6105690A (en) * | 1998-05-29 | 2000-08-22 | Aps Technology, Inc. | Method and apparatus for communicating with devices downhole in a well especially adapted for use as a bottom hole mud flow sensor |
| US6123561A (en) * | 1998-07-14 | 2000-09-26 | Aps Technology, Inc. | Electrical coupling for a multisection conduit such as a drill pipe |
| US6257356B1 (en) * | 1999-10-06 | 2001-07-10 | Aps Technology, Inc. | Magnetorheological fluid apparatus, especially adapted for use in a steerable drill string, and a method of using same |
| US6633236B2 (en) * | 2000-01-24 | 2003-10-14 | Shell Oil Company | Permanent downhole, wireless, two-way telemetry backbone using redundant repeaters |
| US6568470B2 (en) * | 2001-07-27 | 2003-05-27 | Baker Hughes Incorporated | Downhole actuation system utilizing electroactive fluids |
| NL1020354C2 (nl) * | 2002-04-10 | 2003-10-13 | Univ Delft Tech | Werkwijze voor het winnen van aardolie. |
| NL1020355C2 (nl) * | 2002-04-10 | 2003-10-13 | Univ Delft Tech | Werkwijze voor het boren van een boorput. |
| US7036612B1 (en) * | 2003-06-18 | 2006-05-02 | Sandia Corporation | Controllable magneto-rheological fluid-based dampers for drilling |
| US7287604B2 (en) * | 2003-09-15 | 2007-10-30 | Baker Hughes Incorporated | Steerable bit assembly and methods |
| CN101994487B (zh) | 2003-11-07 | 2012-08-15 | Aps技术公司 | 用于向钻头传递转矩的扭转轴承组件 |
| US20060219496A1 (en) * | 2005-03-30 | 2006-10-05 | Dimig Steven J | Residual magnetic devices and methods |
| US20060226942A1 (en) * | 2005-03-30 | 2006-10-12 | Dimig Steven J | Residual magnetic devices and methods |
| US8087476B2 (en) | 2009-03-05 | 2012-01-03 | Aps Technology, Inc. | System and method for damping vibration in a drill string using a magnetorheological damper |
-
2009
- 2009-03-05 US US12/398,983 patent/US8087476B2/en active Active
-
2010
- 2010-03-02 EP EP10749192.0A patent/EP2404076A4/en not_active Withdrawn
- 2010-03-02 WO PCT/US2010/025897 patent/WO2010101902A1/en active Application Filing
- 2010-03-02 CA CA2754204A patent/CA2754204C/en active Active
- 2010-03-02 CN CN201080018905.1A patent/CN102414471B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0485647A1 (en) * | 1989-02-14 | 1992-05-20 | H. Neil Paton | Fluid actuated friction damper |
| US6123312A (en) * | 1998-11-16 | 2000-09-26 | Dai; Yuzhong | Proactive shock absorption and vibration isolation |
| CN1721725A (zh) * | 2004-07-13 | 2006-01-18 | Lg电子株式会社 | 用于衰减振动的减震器及装有该减震器的洗衣机 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CA2754204C (en) | 2014-06-17 |
| CN102414471A (zh) | 2012-04-11 |
| CA2754204A1 (en) | 2010-09-10 |
| US8087476B2 (en) | 2012-01-03 |
| US20100224410A1 (en) | 2010-09-09 |
| WO2010101902A1 (en) | 2010-09-10 |
| EP2404076A4 (en) | 2016-11-16 |
| EP2404076A1 (en) | 2012-01-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102414471B (zh) | 利用磁流变阻尼器阻尼钻柱中的振动的系统和方法 | |
| US9976360B2 (en) | System and method for damping vibration in a drill string using a magnetorheological damper | |
| CN101120155B (zh) | 一体化磁测距工具 | |
| CA2635816C (en) | Downhole linear actuation apparatus and method | |
| US7777645B2 (en) | Acoustic telemetry transceiver | |
| US7337858B2 (en) | Drill bit assembly adapted to provide power downhole | |
| CA2820224C (en) | Methods for improved active ranging and target well magnetization | |
| US7481283B2 (en) | Wellbore motor having magnetic gear drive | |
| RU2667890C1 (ru) | Система внутрискважинного линейного соленоидного исполнительного привода | |
| CA2590372C (en) | A method and apparatus for demagnetizing a borehole | |
| US7969150B2 (en) | Demagnetizer to eliminate residual magnetization of wellbore wall produced by nuclear magnetic resonance logs | |
| GB2438289A (en) | Tri-stable actuator to direct a rotary steerable tool | |
| Seren et al. | Electro-permanent magnetic weight release mechanism for buoyancy control of an autonomous well-logging tool | |
| CN202991021U (zh) | 一种井下自供电泥浆信号发生器 | |
| CN216642021U (zh) | 一种可变磁矩旋转磁接头 | |
| Cobern | Downhole vibration monitoring & control system | |
| CA2195722C (en) | Servo-driven mud pulser | |
| AU2006252064A1 (en) | Modular ranging solenoid |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: Connecticut, USA Patentee after: APS Technology AG Country or region after: U.S.A. Address before: Connecticut, USA Patentee before: APS Technology, Inc. Country or region before: U.S.A. |
|
| CP03 | Change of name, title or address | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20240528 Address after: U.S.A. Patentee after: APS Technology Co.,Ltd. Country or region after: U.S.A. Address before: Connecticut, USA Patentee before: APS Technology AG Country or region before: U.S.A. |
|
| TR01 | Transfer of patent right |