CN102561942A - 有线泥浆马达部件及其制造方法和包含该部件的井下马达 - Google Patents
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Abstract
一种有线泥浆马达部件及其制造方法和包含该部件的井下马达。具体而言，示例性实施方式提供用于使得对延伸经过井下钻具组合的传输缆线的侵蚀最小化的系统和方法。钻具组合包括细长引流器，该细长引流器具有用于将钻井液从经过传输轴的轴向流动转向为经过驱动轴的径向流动的多个孔口。示例性引流器能够使得对邻近引流器处的传输缆线的侵蚀最小化。
Description
技术领域
本发明涉及有线泥浆马达部件及其制造方法和包含该部件的井下马达。
背景技术
井下马达(通俗地已知为“泥浆马达”)是用在钻井操作中以转动钻头的大功率发电机。井下马达通常由诸如泥浆的钻井液提供动力，该钻井液还用于润滑钻柱并且将钻屑和颗粒物质运离井眼。井下马达可用作正排量马达，其中，经过内部泵送的钻井液将液压能转换为机械能以转动钻头，该钻头应用在钻井业中。
发明内容
根据一种示例性实施方式，提供一种用于钻井的系统。该系统包括用于将转矩传递到井下工具的驱动轴，该驱动轴具有由沿着其纵向轴线延伸的管状壁形成的中空中央通道。该中空中央通道允许钻井液流至泥浆马达。该系统还包括布置在驱动轴的管状壁中的细长引流器，该细长引流器包括用于将钻井液的流动从系统的上游段转向到系统的支承段的多个孔口。
根据另一种示例性实施方式，提供一种用于钻井的系统。该系统包括用于将转矩传递到井下工具的驱动轴。该驱动轴具有管状壁和沿着驱动轴的纵向轴线从第一端延伸经过管状壁到达第二端的孔。该系统还包括延伸经过驱动轴的管状壁中的孔的传输缆线，用于向井下工具或自井下工具传输功率、数据和/或指令。
根据另一种示例性实施方式，提供一种用于制造钻井用系统的方法。该方法包括接收用于将转矩传递到井下工具的驱动轴，并且在驱动轴的端壁中形成中空中央通道。该中空中央通道沿着驱动轴的纵向轴线延伸经过端壁。该方法还包括在驱动轴的管状壁中布置细长引流器，该细长引流器包括用于将钻井液的流动从系统的上游段转向至系统的支承段的多个孔口。
根据另一种示例性实施方式，提供一种用于制造钻井用系统的方法。该方法包括接收用于将转矩传递到井下工具的驱动轴，并且形成沿着驱动轴的纵向轴线从第一端延伸经过驱动轴的管状壁到达第二端的孔。该方法还包括提供延伸经过驱动轴的管状壁中的孔的传输缆线，用于向井下工具或自井下工具传输功率、数据和/或指令。
本领域普通技术人员将理解本发明不限于上述特定的示例性实施方式。在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本领域普通技术人员可以进行许多改变和变型。
附图说明
通过结合附图参照下面的描述，示例性实施方式的前述和其它目的、方面、特征和优点将变得更加清楚且可以更好地理解。在附图中：
图1示出一种示例性井位系统，其中可以采用示例性实施方式。
图2是一种示例性井下马达的框图。
图3是一种示例性引流器的截面图。
图4是另一种示例性引流器的截面图。
图5是另一种示例性引流器的截面图。
图6A是另一种示例性引流器的立体图。
图6B是另一种示例性引流器的立体图。
图7是另一种示例性引流器的立体图。
图8是沿着一种示例性引流器的纵向轴线截取的截面图。
图9A示出经过未设有保护套的传输缆线截取的横截面。
图9B示出经过设有保护套的传输缆线截取的横截面。
图10示出沿着延伸经过一种示例性马达的传输段和支承段的多个部分的纵向轴线截取的截面图，其中引流器是细长的并且设有多个孔口，并且其中驱动轴是一件式驱动轴。
图11示出沿着延伸经过一种示例性马达的传输段和支承段的多个部分的纵向轴线截取的截面图，其中引流器是细长的并且设有多个孔口，并且其中驱动轴是两件式驱动轴。
图12是示出用于制造图10和11的示例性钻井系统的一种示例性方法的流程图。
图13示出沿着延伸经过一种示例性马达的传输段和支承段的多个部分的纵向轴线截取的截面图，其中传输缆线设置在沿着纵向轴线延伸经过驱动轴的径向壁的孔中。
图14是示出用于制造图13的示例性钻井系统的一种示例性方法的流程图。
具体实施方式
示例性实施方式提供用于使得对延伸经过井下钻具组合的传输导线或缆线的侵蚀最小化的系统和方法。在一种示例性实施方式中，钻井系统包括在其支承段中具有驱动轴的泥浆马达，用于将转矩传递到井下工具，例如钻头。驱动轴包括设置在沿着其纵向轴线延伸的管状壁中且由该管状壁包围的中空中央通道。中空中央通道允许钻井液的流动。钻井系统还包括布置或形成在驱动轴的管状壁中的引流器，用于将钻井液的流动从经过传输通道的轴向流动转向成经过沿着驱动轴的纵向轴线延伸的中央孔的径向流动。引流器是细长的并且包括多个孔口，钻井液经过所述多个孔口流动。引流器的细长结构以及多个孔口使得传输缆线受到由钻井液经过引流器的流动形成的喷射作用的侵蚀最小。在一些实施方式中，通孔位于驱动轴的端壁中的中央，传输缆线可以延伸经过该通孔。
在另一种示例性实施方式中，钻井系统包括在其支承段中具有驱动轴的泥浆马达，用于将转矩传递到井下工具，例如钻头。驱动轴包括设置在沿着其纵向轴线延伸的管状壁中且由该管状壁包围的中空中央通道。驱动轴包括沿着其纵向轴线从第一端延伸经过管例如泥浆的钻井液26。在一种示例性实施方式中，泵29经由水龙头19中的一个或多个端口将钻井液26输送到钻柱12的内部，使得钻井液如方向箭头8所示向下流动经过钻柱12。钻井液经由钻头105中的一个或多个端口离开钻柱12，并且随后如方向箭头9所示向上循环经过钻柱12的外侧和井眼的壁之间的环形区域。以此方式，钻井液润滑钻头105并且在返回凹坑27用于再循环时将岩层钻屑和颗粒物质向上携带到地面。
在另一种示例性实施方式中，井位系统可以用在反向循环应用中，其中，泵29将钻井液26输送到钻柱12与钻头105的外侧和井眼的壁之间形成的环形区域，使得钻井液向下流动经过环形区域。钻井液通过被向上泵送经过钻柱12的内部而返回到地面。
示例性底部钻具组合100包括一个或多个随钻测井(LWD)模块120/120A、一个或多个随钻测量(MWD)模块130、一个或多个旋转导向系统和马达(未示出)以及钻头105。还将理解，在示例性实施方式中可以采用多于一个LWD模块和/或多于一个MWD模块，例如120和120A表示的。
LWD模块120/120A容纳在特殊类型的钻铤中，并且包括用于测量、处理和存储信息以及用于与地面设备通信的能力。LWD模块120/120A还可以包括压力测量装置和一个或多个测井工具。
MWD模块130也容纳在特殊类型的钻铤中，并且包括用于测量钻柱12和钻头105的特征的一个或多个装置。MWD模块130还包括用于为井下系统产生电力的一个或多个装置。在一种示例性实施方式中，功率产生装置包括由钻井液的流动提供动力的泥浆涡轮发电机(也已知为“泥浆马达”)。在其它示例性实施方式中，其它功率和/或电池系统可以用于产生功率。
MWD模块130还包括以下类型的测量装置中的一个或多个：钻压测量装置、转矩测量装置、振动测量装置、冲击测量装置、粘滑测量装置、方向测量装置和倾斜测量装置。
一种示例性井位系统包括可调节以控制钻井液流过钻柱12所沿路径的传统引流器。引流器能够将钻井液从经过传输通道的轴向流动转向成经过驱动轴通道的径向流动。传统引流器可以布置在BHA状壁到达第二端的孔。在示例性实施方式中，该孔可以是枪钻的。钻井系统包括延伸经过驱动轴的管状壁中的孔的传输缆线。由于传输缆线设置在延伸经过管状壁的孔中，传输缆线不与经过引流器的钻井液流直接接触。因此，驱动轴的允许传输缆线延伸经过管状壁的孔的示例性结构使得传输缆线否则会由经过传统引流器的钻井液流形成的喷射作用造成的侵蚀最小。
如这里所使用的，传输缆线是传输介质或元件，用于传输编码为电信号、光信号和/或其它适当信号、和/或不同信号和功率的组合的功率、数据和/或指令。功率、数据和/或指令可以传输到一个或多个井下工具或自一个或多个井下工具传输，或者在一个或多个井口工具和一个或多个井下工具之间传输。传输元件可以是适用于传输希望数据和/或指令的任何物理介质，包括但不限于同轴缆线、三轴缆线、导线、电线、光纤或流体液压控制线等。在一种示例性实施方式中，柔性传输缆线包括在纵向方向上从泥浆马达的功率段延伸经过泥浆马达的传输段和支承段到达井下工具以向井下工具或自井下工具传送电力、电信号或二者的电导线或缆线。在另一种示例性实施方式中，柔性传输缆线包括向井下工具或自井下工具传输光信号的光纤电缆。
图1示出一种示例性井位系统，其中，可以采用示例性实施方式。该井位可以是在岸或离岸的。在一种示例性井位系统中，井眼11通过钻井形成在地下岩层中。钻井以形成井眼11的方法可以包括但不限于旋转或定向钻井。钻柱12悬置在井眼11中并且具有底部钻具组合(BHA)100，该底部钻具组合在其下端包括钻头105。
一种示例性地面系统包括定位在井眼11上方的平台和井架组合10。一种示例性平台和井架组合10包括转盘16、方钻杆17、钩18和水龙头19。钻柱12通过转盘16旋转，由在钻柱12的上端处接合方钻杆17的构件(未示出)供能。钻柱12从钩18悬置，通过方钻杆17和水龙头19附接到游动滑车(未示出)，从而允许钻柱12相对于钩18旋转。顶部驱动系统可以替代地用在其它示例性实施方式中。
一种示例性地面系统还包括存储在形成于井位处的凹坑27中的100的泥浆马达中，例如布置在传输段和/或支承段中。
井位系统可以包括定位在略高于BHA 100处的第二引流器，使得在使用中其放置在井的无套管段中。就上述主引流器而言，第二引流器可以是能够改变钻井液的路径的引流器。替代地，第二引流器可以是简单的不可配置的引流器，例如EP 1780372中描述的。将第二引流器定位在略高于BHA 100处对于井控制、泵送小段塞、控制损失或释放被卡的工具都是希望的。
图1的示例性井位系统的特别有利的用途是结合受控导向或“定向钻井”。定向钻井使井眼故意偏离其自然采取的路径。换句话说，定向钻井是对钻柱12进行导向，使得其在希望方向上行进。定向钻井例如在离岸钻井中是有利的，因为其能够从单个平台钻出多个井。定向钻井还能够允许经过储层的水平钻井。水平钻井使得具有较长长度的井眼能够横过储层，这增大了井的生产率。
定向钻井系统还可以用在竖向钻井操作中。通常，钻头将由于被穿透的岩层的不可预测的性质或钻头经受的变力而从计划的钻井轨迹突然转向。当这种偏离发生时，定向钻井系统可以用于使钻头返回到计划轨迹上。
一种已知的定向钻井方法包括使用旋转导向系统(“RSS”)。在将图1的井位系统用于定向钻井的示例性实施方式中，设置旋转导向子系统150。在一种示例性RSS中，钻柱从地面旋转，并且井下装置导致钻头沿希望方向钻井。旋转钻柱极大地减少了钻柱在钻井过程中受阻或卡住的发生率。用于在地下钻出偏离的井眼的旋转导向钻井系统通常可以归类为“摆动钻头”系统或“推进钻头”系统。
在一种示例性“摆动钻头”旋转导向系统中，钻头的旋转轴线在新孔的大致方向上从底部钻具组合的局部轴线偏离。孔根据由上稳定器接触点和下稳定器接触点和钻头限定的惯常三点几何结构扩展。与钻头和下稳定器之间的有限距离相结合的钻头轴线的偏离角度导致用于待产生的曲线所需的非共线条件。这可以通过多种不同的方式实现，包括在底部钻具组合中靠近下稳定器的点处的固定弯曲或分布在上稳定器和下稳定器之间的钻头驱动轴的挠曲。在理想形式中，钻头不需要侧向切割，因为钻头轴线在曲线孔的方向上连续旋转。“摆动钻头”式旋转导向系统及其操作的例子在美国专利6394193；6364034；6244361；6158529；6092610和5113953；和美国专利申请公开2002/0011359和2001/0052428中描述，这些专利和专利申请公开特别地通过引用全部结合于此。
在一种示例性“推进钻头”旋转导向系统中，没有使钻头轴线从局部底部钻具组合轴线偏离的特别标识的机构。替代地，需要的非共线条件通过导致上稳定器或下稳定器或者上稳定器和下稳定器在优选地相对于孔扩展方向定向的方向上施加偏心力或位移来实现。这可以通过多种不同的方式来实现，包括在希望的导向方向上向钻头施加力的非旋转(相对于孔)偏心稳定器(基于位移方法)和偏心致动器。导向通过在钻头和至少两个其它接触点之间形成非共线性来实现。在理想形式中，钻头需要侧向切割，以便产生曲线孔。“推进钻头”式旋转导向系统及其操作的例子在美国专利6089332；5971085；5803185；5778992；5706905；5695015；5685379；5673763；5603385；5582259；5553679；5553678；5520255和5265682中描述，这些美国专利特别地通过引用全部结合于此。
图2是一种示例性井下马达200的框图。示例性马达200包括将钻井液的液压能转换成机械旋转能的功率段202、将由功率段202产生的机械旋转驱动传递给驱动轴的传输段208、以及在钻井过程中随着驱动轴将由功率段202产生的机械旋转能传递给井下工具支承驱动轴的轴向负载和径向负载的支承段216。
马达200的功率段202包括可转动地布置在螺旋定子206的纵向孔中的螺旋转子204。马达200可以以多种结构制造。通常，当从截面观察时，转子204具有nr个凸起，并且定子206具有ns个凸起，其中ns＝nr+1。在操作中，随着转子204旋转，转子204上的螺旋成形部相对于定子206的螺旋成形部紧密密封，以在其间形成一组腔。钻井液流入腔中。钻井液的液压压力导致腔沿着功率段的纵向轴线轴向地前进，并且导致转子204和定子206之间围绕纵向轴线相对旋转。
马达200的传输段208包括传输壳体210和中空中央通道，传输壳体210包围并容纳传输轴212，钻井液可以以径向方式流过中空中央通道。传输轴212连接到功率段202的旋转转子204并连接到支承段216的驱动轴218。传输轴212将由功率段202产生的旋转驱动和轴向驱动传送到支承段216的驱动轴218。在一种示例性实施方式中，引流器214可以设置在传输段208中，例如布置或形成在传输轴212中，以将钻井液的流动从经过传输段208的中空中央通道的轴向流动转向成经过驱动轴218的中空中央通道的径向流动。
马达200的支承段216包括驱动轴218，该驱动轴218包括中空中央通道，钻井液可以以径向方式流过该中空中央通道。驱动轴218将由传输段208传输的机械旋转能传输至一个或多个井下工具，例如钻头。支承段216包括在钻井过程中支承径向负载的一组径向轴承222和在钻井过程中支承轴向负载的一组止推轴承224。在一种示例性实施方式中，引流器220可以设置在支承段216中，例如布置或形成在驱动轴218中，以将钻井液的流动从经过传输段208的中空中央通道的轴向流动转向成经过驱动轴218的中空中央通道的径向流动。示例性马达200包括延伸经过马达200的一个或多个段的一个或多个传输缆线226。
在传统钻井系统中，传统引流器的长度通常短并且包括用于钻井液通过的单个孔口。钻井液经过传统引流器的单个孔口的流动形成喷射作用并且以高冲击速度且基本上垂直于传输缆线的表面地冲击邻近的传输缆线。这导致邻近传统引流器处的传输缆线被快速侵蚀。
多种因素影响经过引流器的钻井液的流动对邻近引流器延伸的传输缆线的侵蚀作用。影响传输缆线侵蚀速率的一个重要因素是钻井液撞击或冲击传输缆线的速度。传输缆线的侵蚀速率与撞击或冲击速度的平方大致成比例。即，撞击或冲击速度越高，侵蚀速率越高。示例性实施方式提供能够减小钻井液在邻近的传输缆线上的撞击或冲击速度的引流器。在一种示例性实施方式中，与长度趋于限制为1-2倍传输轴直径的传统引流器相比，示例性引流器被构造为沿着马达的纵向轴线是细长的。在一种示例性实施方式中，相比于提供用于钻井液流动的单个孔口的传统引流器，示例性引流器可以设有用于钻井液流动的两个或更多个孔口。在一种示例性实施方式中，示例性引流器是细长的且设有多个孔口。
如这里教导的引流器的示例性结构减小了钻井液在邻近的传输缆线上的撞击或冲击速度，即，喷射作用。这里教导的引流器的示例性结构还允许引流器沿着其长度保持均一的钻井液撞击或冲击速度。保持均一的撞击或冲击速度防止侵蚀“热点”的形成，在侵蚀“热点”处，钻井液以高撞击速度撞击邻近的传输缆线，这趋于增大“热点”区域中传输缆线的侵蚀速率。
此外，在一种示例性实施方式中，示例性引流器可以用在泥浆马达下游的钻柱中，作为流体过滤器来过滤从泥浆马达冲洗的钻井液。在向下方向上朝着井下工具流动的钻井液可能包含会损坏井下工具、例如井下钻井工具的脆性涡轮机叶片的不希望的固体。这些不希望的固体可以包括从地面冲洗的碎片和从泥浆马达的功率段折断的橡胶块。由于钻井液流经示例性引流器的多个孔口，示例性引流器可以作为过滤器操作，其允许流体经过而过滤出不希望的固体。示例性引流器的这种双重用途可以消除采用在泥浆马达下方操作的单独的过滤器段的需要。即，示例性引流器可以允许示例性泥浆马达在没有布置在泥浆马达下游的单独的过滤器段的情况下操作。
图3-7示出设置用以减小钻井液的撞击或冲击速度的示例性引流器的截面图。图3-7中示出的引流器尺寸相对于侧壁尺寸出于图示的目的被放大。
图3示出布置或形成在驱动轴306中的示例性细长引流器300。驱动轴306包括管状壁308，该管状壁308形成并包围允许钻井液流动的中空中央通道310。在一种示例性实施方式中，环形间隙或孔口形成在驱动轴306的管状壁308中，用于接纳引流器300。在另一种示例性实施方式中，引流器300例如通过将引流器300的孔口形成在管状壁308中而整体地形成在驱动轴306的管状壁308中。
示例性的细长引流器300包括主体302，该主体302是细长的或沿着纵向轴线L延伸，并且形成在驱动轴306的管状壁308中。主体302可以具有适用于钻井情况、总的钻井系统以及驱动轴306的转矩需要的任何形状和尺寸。
引流器300的主体302包括允许钻井液从经过传输通道312的轴向流动通至经过驱动轴306的中空中央通道310的径向流动(如图3中箭头A和B所示)的多个孔口304。孔口304可以具有适用于钻井情况和总的钻井系统(例如钻井液的流速和类型)、由泥浆马达产生的总的功率、钻柱的尺寸等的任何形状和尺寸。孔口的示例性形状包括但不限于矩形、圆形、椭圆形、正方形、不规则形状等。
在一些示例性实施方式中，引流器的孔口沿着一个或多个径向平面径向对准。例如，第一组孔口可以沿着第一径向平面径向对准，第二组孔口可以沿着第二径向平面径向对准。在其它示例性实施方式中，引流器的孔口是不径向对准的。
在一些示例性实施方式中，引流器的所有孔口可以具有相同的截面尺寸和形状。在其它示例性实施方式中，引流器的孔口可以具有不同的截面尺寸和/或形状。
图4是一种示例性引流器的截面图，其中，孔口具有变化的截面尺寸。图4的细长引流器400的孔口404沿着纵向轴线L在朝着井下工具的向下方向上或在朝着地面的向上方向上具有增大的截面尺寸。在另一种示例性实施方式中，孔口可以沿着纵向轴线L在朝着井下工具的向下方向上或在朝着地面的向上方向上具有减小的截面尺寸。
在一些示例性实施方式中，例如图3和4所示，引流器的孔口沿着纵向轴线L可以是彼此等距隔开。在其它示例性实施方式中，引流器的相邻孔口之间的间距可以不相等。
图5是一种示例性引流器的截面图，其中孔口彼此不等距隔开。图5的细长引流器500的孔口504沿着纵向轴线L是彼此不等距隔开的，例如，相邻孔口之间的间距可以沿着纵向轴线在朝着井下工具的向下方向上或朝着地面的向上方向上变小。在另一种示例性实施方式中，相邻孔口之间的间距可以沿着纵向轴线在朝着井下工具的向下方向上或朝着地面的向上方向上变大。
在图3和4所示的示例性实施方式中，相同数量的孔口可以设置在引流器的上部区域和下部区域中。在其它示例性实施方式中，例如如图5所示，细长引流器500的区域中孔口504的数量可以在引流器的长度上从区域到区域地变化。
在图3-5所示的示例性实施方式中，引流器的孔口沿着细长引流器主体的纵向轴线成串布置。在其它示例性实施方式中，孔口可以以其它结构布置。
图6A是一种示例性引流器的立体图，其中，孔口以多个系列设置，每个系列沿着引流器的纵向轴线延伸。图6A的细长引流器600的孔口604以基本上彼此平行地沿着纵向轴线L延伸的两个系列设置。
图6B是另一种示例性引流器的立体图，其中，孔口以多个系列设置，每个系列围绕引流器650在单独的径向平面内沿径向延伸。径向平面中的每个都间隔开并且在沿着引流器的纵向轴线的方向上延伸。图6B的细长引流器650的孔口654以基本上彼此平行地沿着纵向轴线L延伸的三个径向系列设置。孔口654在三个系列中布置成交替的排。在一些实施方式中，孔口的径向平面可以重叠，使得孔口沿着引流器的纵向轴线沿纵向交错。
图7是一种示例性引流器的立体图，其中，孔口以大致椭圆形布置设置。图7的细长引流器700的孔口704在大致椭圆形引流器主体702中以大致椭圆形布置设置。
示例性引流器的结构可以取决于钻井情况。示例性引流器不限于图3-7中所示的示例性实施方式。本领域普通技术人员将认识到可以对图示的引流器进行许多改变和变型。
影响传输缆线的侵蚀速率的另一个重要因素是钻井液撞击或冲击传输缆线的角度。传输缆线的侵蚀速率在相对于传输缆线的纵向轴线的撞击或冲击角度为90度时最高，并且趋于在偏离90度的更平缓角度减小。即，撞击或冲击角度越平缓，侵蚀速率越低。示例性实施方式提供能够使撞击或冲击角度比90度平缓的引流器，使得钻井液不会垂直地而是以平缓角度撞击在传输缆线上。在一种示例性实施方式中，示例性引流器设有以仅作为非限制性例子在大约30度和大约60度之间的任何适当角度的角度形成的孔口。即，对于沿着钻柱的纵向轴线延伸的示例性引流器，孔口以偏离垂直于纵向轴线的横向轴线一定角度的方式设置。
图8示出经过示例性引流器800的纵向轴线L截取的截面图，其中，孔口804以偏离驱动轴的横向轴线T或者即从横向轴线T偏置一定角度的方式设置。传输缆线(未示出)可以在驱动轴的内部区域中基本上沿着纵向轴线L延伸。基本上阻止以相对于横向轴线T一定角度流经引流器800的钻井液垂直于传输缆线的表面地撞击或冲击纵向延伸的传输缆线。这种通过示例性引流器800带来的钻井液的撞击或冲击角度的变型减小了传输缆线的侵蚀速率。
影响传输缆线的侵蚀速率的另一因素是被侵蚀的材料，即，材料的特性，诸如硬度、材料类型、厚度等。示例性钻井液可以包括能够包含硬颗粒的泥浆和淤泥。这些硬颗粒可能导致引流器附近的传输缆线快速侵蚀。
在一种示例性实施方式中，为了使由于钻井液中存在硬颗粒造成的传输缆线侵蚀最小化，一种示例性传输缆线设有保护套。示例性实施方式允许保护套的选择性结构，例如硬度、厚度、材料类型等，以提供对套管传输缆线免受侵蚀的改进保护。在一种示例性实施方式中，形成保护套的材料的硬度超过在钻井液中冲洗的颗粒的硬度，例如碳化钨(“WC”)材料、金刚石或金刚石复合物、陶瓷等。在另一种示例性实施方式中，形成保护套的材料是橡胶。
图9A示出经过未设有保护套的传输缆线900截取的横向截面。传输缆线900包括导体902，该导体902形成沿着纵向轴线延伸经过传输缆线900的中心的导体芯。导体芯能够传导电功率、以及被编码为电信号、光信号和/或功率的数据和指令。在一些示例性实施方式中，单个导体形成导体芯，并且在其它示例性实施方式中，多个组合的导体形成芯。传输缆线900包括环绕并保护导体902的外罩904。
图9B示出经过设有保护套的传输缆线950截取的横向截面。传输缆线950包括形成导体芯的导体952，导体芯沿着纵向轴线延伸经过传输缆线950的中心。传输缆线950包括环绕并保护导体952的外罩954。传输缆线950通过由硬材料形成的保护套956环绕并保护。保护套956保护传输缆线950不受经过邻近传输缆线950布置的引流器的钻井液流形成的喷射作用的影响。
在一种示例性实施方式中，保护套956可以在传输缆线950的邻近引流器区域的部分上延伸。在另一种示例性实施方式中，保护套956可以在传输缆线950的整个长度上延伸。
在一种示例性实施方式中，保护套956可以沿着传输缆线950的邻近引流器的选择长度均一地布置，即具有均一的厚度。在另一种示例性实施方式中，保护套956可以沿着传输缆线950的邻近引流器的选择长度非均一地布置，即，具有变化的厚度。例如，保护套956在朝着例如钻头的井下工具的向下方向上可以具有减小的厚度。
图10示出沿着示例性马达1000的传输段1001和支承段1007的多个部分的纵向轴线L截取的截面图，其中，引流器是细长的并且包括多个孔口，并且其中驱动轴是一件式驱动轴。
传输段包括具有中空中央通道1005的管状传输壳体1002。管状传输壳体1002包围中空中央通道1005中的传输轴1004，钻井液可以以轴向方式流经中空中央通道1005。传输轴1004的一端(未示出)连接到马达1000的功率段，并且传输轴1004的另一端连接到支承段的驱动轴1008。在一种示例性实施方式中，一个或多个联接或配合机构1006可以设置在传输轴1004和驱动轴1008之间的连接部处，用于在两个轴之间提供可靠联接。
支承段包括一件式驱动轴1008，该一件式驱动轴1008具有包围中空中央通道1011的管状壁1009，钻井液可以以径向方式流经该中空中央通道1011。一种示例性引流器1010布置或形成在驱动轴1008的管状壁1009中，用于使钻井液的流动从经过传输段的中空中央通道1005的轴向流动转向为经过驱动轴1008的中空中央通道1011的径向流动。引流器1010是细长的并且包括能够减小由流经引流器1010的钻井液形成的喷射作用的多个孔口。驱动轴1008可以是一件式驱动轴(如图10和13所示)或两件式驱动轴(如图11所示)。支承段还包括在钻井过程中支承径向负载的一组上径向轴承1014和一组下径向轴承1016、以及在钻井过程中支承轴向负载的一组止推轴承1018。
一个或多个传输缆线在支承段的中空中央通道1011中沿着纵向轴线L延伸，以连接到一个或多个连接件1022。驱动轴1008的终端包括纵向延伸的钻孔1003，传输缆线纵向延伸经过该钻孔1003。
示例性实施方式还可以通过围绕传输缆线1020提供保护套1024以保护传输缆线1020不受由经过引流器1010的钻井液流造成的侵蚀使得对传输缆线1020的侵蚀作用最小化。在一种示例性实施方式中，保护套1024可以在传输缆线1020的邻近引流器1010区域的部分上延伸。在另一种示例性实施方式中，保护套1024可以在传输缆线1020的整个外表面上延伸。
在一种示例性实施方式中，保护套1024可以沿着传输缆线1020的整个长度均一地布置，即，具有均一的厚度或直径。在另一种示例性实施方式中，保护套1024可以沿着传输缆线1020的长度不均一地布置，即，具有变化的厚度或直径。例如，保护套1024可以沿着传输缆线1020的长度在朝着例如钻头的井下工具的向下方向上具有减小的厚度或直径。
图11示出沿着一种示例性马达1100的传输段1101和支承段1107的多个部分的纵向轴线L截取的截面图，其中，引流器是细长的并且设有多个孔口，并且其中驱动轴是两件式驱动轴。
传输段包括具有管状壁1103和中空中央通道1105的传输壳体1102。传输轴1104沿纵向布置在中空中央通道1105中，钻井液可以以轴向方式流经该中空中央通道1105。传输轴1104的一端(未示出)连接到马达1100的功率段，并且传输轴1104的另一端连接到沿纵向延伸经过支承段1107的驱动轴1112。在一种示例性实施方式中，一个或多个联接或配合机构1110可以设置在传输轴1104和驱动轴1112之间的连接部处，用于在两个轴之间提供可靠联接。
驱动轴1112是两件式驱动轴，其具有包围中空中央通道1115的至少一个管状壁1113，钻井液可以以径向方式流经中空中央通道1115。支承段还包括在钻井过程中支承径向负载的一组上径向轴承1114和一组下径向轴承1116、以及在钻井过程中支承轴向负载的一组止推轴承1118。
一种示例性引流器1106布置或形成在传输轴1104的管状壁1103中，用于将钻井液的流动从经过传输段的中空中央通道1005的轴向流动转向为经过驱动轴1112的中空中央通道1115的径向流动。引流器1106是细长的并且包括能够减小由流经引流器1106的钻井液形成的喷射作用的多个孔口。
一个或多个传输缆线分别在传输段和支承段的中空中央通道1105和1115中沿着纵向轴线L延伸，以连接到一个或多个连接件1122。
示例性实施方式还可以通过围绕传输缆线1120提供保护套1124以保护传输缆线1120不受由经过引流器1106的钻井液流造成的侵蚀使得对传输缆线1120的侵蚀作用最小化。在一种示例性实施方式中，保护套1124可以在传输缆线1120的邻近引流器1106区域的多个部分上延伸。在另一种示例性实施方式中，保护套1124可以在传输缆线1120的整个外表面上延伸。
在一种示例性实施方式中，保护套1124可以沿着传输缆线1120的整个长度均一地布置，即，具有均一的厚度或直径。在另一种示例性实施方式中，保护套1124可以沿着传输缆线1120的长度不均一地布置，即，具有变化的厚度或直径。例如，保护套1124可以沿着传输缆线1120的长度在朝着例如钻头的井下工具的向下方向上具有减小的厚度或直径，或者在朝着地面或井口工具的向上方向上具有减小的厚度或直径。在另一例子中，保护套1124可在侵蚀“热点”(即侵蚀局部更严重的位置)处具有最大厚度或直径。一种示例性侵蚀“热点”是引流器的孔口附近的区域。保护套1124的厚度或直径可以在传输缆线1120的长度上平缓地或逐渐地变化，或者可以逐步地变化。例如，缆线的第一部分可以具有较大的第一厚度或直径，并且缆线的第二部分可以具有较小的第二厚度或直径。
图12是示出用于制造图10和11的示例性钻井系统的示例性方法1200的流程图。在步骤1202中，接收驱动轴。驱动轴沿纵向延伸经过马达的支承段，用于将由马达产生的转矩传递到例如钻头的井下工具。在步骤1204中，沿着纵向轴线延伸的中空中央通道形成在驱动轴的管状壁中并且由该管状壁包围。中空中央通道允许钻井液流经支承段。在步骤1206中，一种示例性引流器布置或形成在驱动轴的管状壁中。示例性引流器是细长的，并且包括用于将钻井液的流动从经过传输轴的中空中央通道的轴向流动转向为经过驱动轴的中空中央通道的径向流动的多个孔口。具有多个孔口的示例性引流器的细长结构使得由经过引流器的钻井液流形成的喷射作用最小化，并且由此使得由这种喷射作用造成的对设置在中空中央通道中的传输缆线的侵蚀最小化。
在步骤1208中，接收一个或多个传输缆线。在步骤1210中，传输缆线可以被环绕有保护套，以保护传输缆线不受侵蚀。在一种示例性实施方式中，保护套可以在传输缆线的邻近引流器区域的多个部分上延伸。在另一种示例性实施方式中，保护套可以在传输缆线的整个外表面上延伸。
在一种示例性实施方式中，保护套可以沿着传输缆线的整个长度均一地布置，即，具有均一的厚度或直径。在另一种示例性实施方式中，保护套可以沿着传输缆线的长度不均一地布置，即，具有变化的厚度。例如，保护套可以沿着传输缆线的长度在朝着例如钻头的井下工具的向下方向上具有减小的厚度。
在步骤1212中，使得传输缆线在驱动轴的中空中央通道中沿纵向延伸。示例性实施方式可以通过将传输缆线布置在延伸经过驱动轴和/或传输轴的管状壁的孔内使得对传输缆线的侵蚀作用最小化。通道可以是沿纵向枪钻经过径向壁的部分形成的。在该示例性实施方式中，传输缆线不与钻井液流直接接触，并且由此不受经过引流器的钻井液流侵蚀。传输缆线可以设置在沿纵向延伸经过一件式驱动轴或两件式驱动轴的径向壁的孔中。
图13示出沿着一种示例性马达1300的传输段1301和支承段1307的多个部分的纵向轴线L截取的截面图，其中，传输缆线设置在沿纵向延伸经过驱动轴的管状壁的孔中。
传输段1301包括具有中空中央通道1305的管状传输壳体1302。管状传输壳体1302包围中空中央通道1305中的传输轴1304，钻井液可以以轴向方式流经中空中央通道1305。传输轴1304的一端(未示出)连接到马达1300的功率段，并且传输轴1304的另一端连接到支承段1307的驱动轴1308。在一种示例性实施方式中，一个或多个联接或配合机构1306可以设置在传输轴1304和驱动轴1308之间的连接部处，以在两个轴之间提供可靠联接。
支承段1307包括一件式驱动轴1308，其具有包围中空中央通道1311的管状壁1309，钻井液可以以径向方式流经中空中央通道1311。传统引流器1310布置或形成在驱动轴1308的管状壁1309中，以将钻井液的流动从经过传输段的中空中央通道1305的轴向流动转向为经过支承段的径向流动。传统引流器1310沿着纵向轴线L不是细长的，并且包括单个孔口。在其它示例性实施方式中，可以使用示例性引流器，其是细长的并且包括能够减小由流经引流器1310的钻井液形成的喷射作用的多个孔口。驱动轴1308可以是一件式驱动轴(如图13所示)或者两件式驱动轴(未示出)。支承段还包括在钻井过程中支承径向负载的一组上径向轴承1312和一组下径向轴承1314、以及在钻井过程中支承轴向负载的一组止推轴承1316。
驱动轴1308的管状壁1309包括在其中沿纵向从第一端1319延伸到第二端1321的孔1317。在一种示例性实施方式中，孔1317可以是枪钻的。一个或多个传输缆线在经过驱动轴1308的管状壁1309的孔1317中沿着纵向轴线L延伸，以连接到一个或多个连接件1320。相比于在由管状壁1309包围的中空中央通道1311中，由于传输缆线1318布置在延伸经过驱动轴1308的管状壁1309的孔1317中，传输缆线1318不与钻井液的流动直接接触，并且由此不受经过引流器1310的钻井液流动的侵蚀。传输缆线可以设置在延伸经过一件式驱动轴(如图13所示)或两件式驱动轴(未示出)的径向壁的孔中。
图14是示出用于制造图13的示例性钻井系统的示例性方法1400的流程图。在步骤1402中，接收驱动轴。驱动轴形成马达的支承段的部分，用于将由马达产生的转矩传递到例如钻头的井下工具。在步骤1404中，沿着纵向轴线L从第一端延伸到第二端的孔形成在驱动轴的管状壁中。在示例性实施方式中，孔可以是在管状壁中枪钻的。
在步骤1406中，接收一个或多个传输缆线。在步骤1410中，推动传输缆线经过形成在驱动轴的管状壁中的孔。驱动轴的管状壁保护传输缆线不受由经过中空中央通道的钻井液流造成的侵蚀，其中该中空中央通道由驱动轴的管状壁形成并且被包围在该管状壁中。
在步骤1412中，一种示例性引流器可以布置或形成在驱动轴的管状壁中。在一种示例性实施方式中，示例性引流器是细长的，并且包括用于将钻井液的流动从经过传输轴的中空中央通道的轴向流动转向为经过驱动轴的中空中央通道的径向流动的多个孔口。具有多个孔口的示例性引流器的细长结构使得由经过引流器的钻井液流形成的喷射作用最小化，并且由此使得由这种喷射作用造成的对邻近引流器设置的传输缆线的侵蚀最小化。
本领域普通技术人员将理解，本发明不限于这里描述的特定示例性实施方式。在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本领域普通技术人员可以进行许多改变和变型。本领域普通技术人员将认识到或仅仅利用常规实验就能够确定这里描述的本发明的特定实施方式的许多等效。这些等效意在由权利要求包含。因此，必须特别地理解，所示的实施方式仅仅出于举例的目的示出，不应认为是限制本发明，本发明由权利要求限定。这些权利要求被认为包括其文字记载的内容以及即使在其它方面与上面描述和示出的不相同但非实质性不同的等效元件。
通过援引加入
这里公开的所有专利、公布的专利申请和其它文献由此特别地通过引用全部结合于此。
Claims (38)
1.一种用于钻井的系统，包括：
用于将转矩传递到井下工具的驱动轴，所述驱动轴具有由沿着所述驱动轴的纵向轴线延伸的管状壁形成的中空中央通道，所述中空中央通道允许钻井液流至泥浆马达；和
布置在所述驱动轴的管状壁中的细长引流器，所述细长引流器包括用于将所述钻井液的流动从所述系统的上游段转向至所述系统的支承段的多个孔口。
2.根据权利要求1所述的系统，还包括：
传输缆线，所述传输缆线延伸经过所述驱动轴的中空中央通道。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述多个孔口能够保护所述传输缆线不受所述钻井液流的侵蚀。
4.根据权利要求2所述的系统，其中，所述传输缆线是用于向所述井下工具提供电力的电缆线。
5.根据权利要求2所述的系统，其中，所述传输缆线在所述井下工具和井口工具之间传送数据、指令或数据和指令中的任意。
6.根据权利要求2所述的系统，还包括：
保护套，所述保护套环绕所述传输缆线，用于保护所述传输缆线不受所述钻井液流的侵蚀。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述保护套沿着所述保护套的整个长度具有均一的厚度。
8.根据权利要求6所述的系统，其中，所述保护套在所述传输缆线的侵蚀局部严重的区域处具有较大厚度。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述传输缆线的所述区域邻近所述细长引流器的多个孔口。
10.根据权利要求6所述的系统，其中，所述保护套在朝着所述井下工具的向下方向上具有减小的厚度。
11.根据权利要求1所述的系统，其中，所述驱动轴是一件式驱动轴。
12.根据权利要求1所述的系统，其中，所述驱动轴是两件式驱动轴。
13.根据权利要求1所述的系统，其中，所述细长引流器中的多个孔口彼此等距隔开。
14.根据权利要求1所述的系统，其中，所述细长引流器中的多个孔口沿着所述驱动轴的纵向轴线串联设置。
15.根据权利要求1所述的系统，其中，所述细长引流器中的多个孔口中的每个孔口具有相同尺寸。
16.根据权利要求1所述的系统，其中，所述细长引流器中的多个孔口随着沿着所述驱动轴的纵向轴线向下游朝着所述井下工具延伸具有减小的尺寸。
17.根据权利要求1所述的系统，其中，所述细长引流器中的多个孔口随着沿着所述驱动轴的纵向轴线向下游朝着所述井下工具延伸具有增大的尺寸。
18.根据权利要求1所述的系统，其中，所述细长引流器将所述钻井液的轴向流动转向为径向流动。
19.一种用于钻井的系统，包括：
用于将转矩传递到井下工具的驱动轴，所述驱动轴具有管状壁和沿着所述驱动轴的纵向轴线从第一端延伸经过所述管状壁到达第二端的孔；和
延伸经过所述驱动轴的管状壁中的所述孔的电缆线，用于向所述井下工具提供电力。
20.根据权利要求19所述的系统，其中，所述孔是枪钻孔。
21.根据权利要求19所述的系统，其中，所述驱动轴的管状壁保护所述电缆线不受所述系统的支承段中的钻井液流的侵蚀。
22.根据权利要求19所述的系统，还包括：
布置在所述驱动轴的管状壁中的引流器，用于将钻井液的流动从所述系统的上游段转向至所述系统的支承段。
23.根据权利要求22所述的系统，其中，所述引流器包括能够保护所述电缆线不受经过所述引流器的钻井液流的侵蚀的多个孔口。
24.根据权利要求22所述的系统，其中，所述引流器是细长引流器。
25.一种用于制造钻井用系统的方法，所述方法包括：
接收用于将转矩传递到井下工具的驱动轴；
在所述驱动轴的管状壁中形成沿着所述驱动轴的纵向轴线延伸的中空中央通道，所述中空中央通道允许钻井液流至泥浆马达；并且
将细长引流器布置在所述驱动轴的管状壁中，所述细长引流器包括用于将钻井液的流动从所述系统的上游段转向至所述系统的支承段的多个孔口。
26.根据权利要求25所述的方法，还包括：
提供延伸经过所述驱动轴的中空中央通道的传输缆线。
27.根据权利要求26所述的方法，其中，所述多个孔口能够保护所述传输缆线不受所述钻井液流的侵蚀。
28.根据权利要求26所述的方法，其中，所述传输缆线是用于向所述井下工具提供电力的电缆线。
29.根据权利要求26所述的方法，其中，所述传输缆线在所述井下工具和井口工具之间传送数据、指令或数据和指令中的任意。
30.根据权利要求26所述的方法，还包括：
布置环绕所述传输缆线的保护套，用于保护所述传输缆线不受所述钻井液流的侵蚀。
31.根据权利要求25所述的方法，其中，所述驱动轴是一件式驱动轴。
32.根据权利要求25所述的方法，其中，所述驱动轴是两件式驱动轴。
33.一种用于制造钻井用系统的方法，所述方法包括：
接收用于将转矩传递到井下工具的驱动轴；
形成沿着所述驱动轴的纵向轴线从第一端延伸经过所述驱动轴的管状壁到达第二端的孔；并且
提供延伸经过所述驱动轴的管状壁中的所述孔的电缆线，用于向所述井下工具提供电力。
34.根据权利要求33所述的方法，其中，形成所述孔包括：
经过所述驱动轴的管状壁枪钻所述孔。
35.根据权利要求33所述的方法，其中，所述驱动轴的管状壁保护所述电缆线不受所述系统的支承段中的钻井液流的侵蚀。
36.根据权利要求33所述的方法，还包括：
在所述驱动轴的管状壁中布置用于将钻井液的流动从所述系统的上游段转向至所述系统的支承段的引流器。
37.根据权利要求36所述的方法，其中，所述引流器包括能够保护所述电缆线不受经过所述引流器的钻井液流的侵蚀的多个孔口。
38.根据权利要求36所述的方法，其中，所述引流器是细长引流器。
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