CN105283626B - 用于缓解井下扭转振动的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
一种用于阻尼钻柱的扭转振动的钻井工具装置包括从外壳径向向外突出的在操作中被旋转地集成在所述钻柱中以便通过与钻孔壁啮合来稳定所述钻柱的稳定构件。所述稳定构件被可位移地安装在所述外壳上以便允许其相对于所述外壳环绕其旋转轴的被限制的角位移。所述钻井工具装置包括液压阻尼机构，所述液压阻尼机构阻尼所述稳定构件相对于所述外壳的角位移，从而在使用中阻尼所述外壳和所述连接钻柱的扭转振动。
Description
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)。
钻孔104因此为基本上是圆柱形的细长腔，具有沿钻孔104的长度或多或少地保持恒定的基本上圆形的截面轮廓。钻孔104在一些情况下或者对于沿着其长度的一些部分可以是直线的，但是常常可包括沿其长度的一个或多个弯曲、弯折、折线或棱角。如参考钻孔104和其部件所使用的，钻孔104的纵向轴或“轴”(以及因此钻柱108或其一部分的轴)表示圆柱形钻孔104的中心线。本文所使用的“轴”因此表示沿着基本上平行于钻孔104的纵向方向位于正在讨论的钻孔104的相关的点或部分的方向。
指示移动的方向的相关的术语是相对于钻孔104的轴，除非另有说明或者上下文另有指示。例如，“径向”是指基本上沿着与钻孔轴相交并且位于基本上垂直于钻孔轴的平面上的线的方向。“切向”是指基本上沿着不与钻孔轴相交并且位于垂直于钻孔轴的平面上的线的方向。“环向”是指由以基本上恒定的半径环绕钻孔轴旋转来描述的基本上拱形或环形的路径。术语“旋转的”或“成角度的”类似地是指通常以恒定的半径环绕纵向轴的旋转。如本文所使用的“旋转的”是指完全旋转(即，通过360°或更多)以及部分旋转。
钻探液(例如，钻探“泥浆”或者可存在于井中的其他液体)从借助于泵被耦合至井口130的钻探液体储罐(例如，存储凹坑)中循环，所述泵迫使钻探液向下至由钻柱108的中空内部提供的钻柱孔。钻探液在高压下通过钻头116排出。在从钻柱108中排出后，钻探液占据限定在钻柱108的径向外表面与圆柱形的钻孔壁106之间的钻孔环形空间134。钻探液从钻孔104的底部携载岩屑至井口130，在所述井口130岩屑被移除并且钻探液可返回至钻探液体储罐132。
在一些实例中，钻头116通过来自井口130的钻柱108的旋转而旋转。井下马达(例如所谓的泥浆马达或者形成BHA 122的一部分的涡轮马达)可旋转钻头116。在一些实施方案中，钻柱108的旋转可以选择性地由表面装备和井下马达中的一个或两个驱动。
系统102可包括从被结合到钻柱108中的传感器和设备接收信号并且发送控制信号至被结合到钻柱108中的控制设备和工具的表面控制系统。为此，钻柱108可包括测量和控制组件120，在此实例中被结合到BHA 122中。
现在将参考图2-11更详细地描述示例性稳定器设备150，然后将论述其在使用中的操作。现在转向图2，根据此示例性实施方案的稳定器设备150被示出为包括可成列安装在钻柱108中以便随钻柱108旋转的通用管状毂203。以三个固定叶片227的示例形式的多个叶片元件被安装在毂203上，被旋转地键连接至毂203以便阻止固定叶片227相对于毂203的相对旋转。固定叶片227以规则的间隔环绕毂203环向地间隔开，在它们之间形成环向地间隔的、通常纵向延伸的开口。
以可移动衬垫230的示例形式的安装在开口的每个中的稳定构件，从毂203径向向外突出以便啮合用于间隔毂203的钻孔壁106，并且因此啮合与钻孔壁106处于恒定径向距离的钻柱108，从而提供钻柱108的横向稳定。可移动衬垫230被安装在毂203上使得它们相对于毂203环绕其纵向轴以一定角度移位。
可移动衬垫230在角度范围小于对应的开口并且因此以角度间隙被安装在所述开口上，限定每个可移动衬垫230的圆周端部与邻接它的固定叶片227之间的一致累积角度空隙。如将在下文更广泛地所讨论，可移动衬垫230相对于固定叶片227可旋转地移动并且从毂203径向突出得比固定叶片227更远，以便在操作中啮合钻孔壁106。减震或振动隔离机构被提供在可移动衬垫230与固定叶片227之间，以便阻尼钻柱108的扭转振动。可移动衬垫230的一个或多个与钻孔壁106的啮合提供便于振动阻尼力经由固定叶片227转移至毂203(并且因此至钻柱108)的瞬间或暂时的锚固点。
毂203具有在稳定器设备150被连接至钻柱108时限定形成钻柱108的孔的成列部分中心孔200的中空管形主体。毂203在相对的两端具有管状端部构造206，每个端部构造206提供用于与钻柱108的邻近部分螺纹啮合的螺纹式套管209。螺纹式套管209因此提供连接构造以便将毂203安装至钻柱108以用于与钻柱108驱动旋转。
毂203提供固定叶片227和可移动衬垫230可被安装在上面的圆柱形基座210，基座210被从管状端部构造206径向突出的凸起表面所限定。暂时转向图7，图7示出隔离状态的毂203，可以看到由基座210的径向外圆柱形表面提供的基座表面以截面为部分圆形的纵向延伸的槽215的示例形式提供多个键形构造。在此示例性实施方案中，一对环向间隔开的槽215被提供用于每个固定叶片227。
现在转向图2，可见相应的固定叶片227各自具有匹配槽215的间距和直径的一对通道224。在此示例性实施方案中，每个固定叶片227包括具有部分圆柱形的径向外支承表面236以便在使用中啮合钻孔壁106的部分环形的圆柱形主体，并且具有用于在基座210上的鞍形方式接收的同心的部分圆柱形内表面。通道224被提供在固定叶片227的内表面，使得细长的圆柱形腔在槽215和匹配的通道224对准时被限定。
与槽215和通道224互补的细长的圆形腔定位销218被接纳在每个槽215中，将对应的固定叶片227旋转地键连接至毂203。
如参考图6-8可见，毂203以位于基座210的一端上的凸起的部分锥形轴环的示例形式提供止动器构造618。止动器构造618。在此示例性实施方案中起到双重作用。首先，止动器构造618提供固定叶片227邻接抵靠的轴向肩部，以便约束固定叶片227在那一端远离基座210的轴向移动。其次，止动器构造618封闭槽215的对应端部，以便对应于止动器构造618形成槽215的位于其端部的封闭端部612(见图6)。槽215的相对端部(以及因此由槽215和通道224共同限定的复合销腔的相对端部)是打开的，提供复合腔的口606。
稳定器设备150还包括被夹紧到相对于止动器构造618的端部构造206的圆柱形外表面的锁环221，邻接抵靠固定叶片227的对应的端部。固定叶片227因此被轴向夹在止动器构造618与锁环221之间，保持轴向俘获在基座210上。锁环221还覆盖销腔的口606，将定位销218保持在它们的腔内。
将固定叶片227安装在基座210上因此在使用中可包括将定位销218放置在它们的相应的槽215中，使得定位销218的内端静止地抵靠所述618，轴向越过基座210滑动固定叶片227使得定位销218沿着所述通道轴向滑动，并且将锁环221夹紧在位置中以便将固定叶片227和定位销218保持在基座210上。注意可移动衬垫230的相对的端部可以从锁环221以及从止动器构造618被轴向间隔开，以便允许可移动衬垫230相对于毂203的角度移动。
可移动衬垫230相对于毂203在环向方向上的角度或旋转移动被部分圆形或拱形活塞233引导，所述部分圆形或拱形活塞233被滑动地接纳在互补配合的流体液压缸304。(见，例如图3)中。在此实例中，每个可移动衬垫230提供从它的侧面的每一个环向突出的三个轴向间隔开的、基本上平行的集成活塞233，因此总共具有六个活塞233。弯曲活塞233(以及协同操作的弯曲液压缸304)被定型并且被定位使得它们与毂203的纵向轴同心。被引导的可移动衬垫230的角度移动因此沿着与纵向轴同心的部分圆形路径，环向滑动通过基座210。
同时每个可移动衬垫230具有从它的两侧突出的活塞233，每个固定叶片227相似地具有位于它的侧面的每一个的三个液压缸304。固定叶片227的每个的每个径向表面侧边缘因此具有引导进入相应的液压缸304的圆形开口，对应的活塞233是密封的，在相应的液压缸304中滑动配合。如在图3中可见，例如，每个活塞233以管端承插的方式被接纳在相关联的液压缸304中。
固定叶片227在每个液压缸304的内端限定具有相对于相关联的液压缸304的直径减少的截面尺寸的流体腔308。在此示例性实施方案中，流体腔308是圆柱形的并且与对应的液压缸304同轴，具有比液压缸304更小的直径以便形成流体流动路径中的收缩，液压缸304和流体腔308形成所述流体流动路径的一部分。环形肩部320(最佳在例如图11和图12中可见)在液压缸304的内端被形成。
暂时返回图3，将看到固定叶片227的每一侧的流体腔308经由移动穿过所有三个轴向对准的流体腔308的轴向延伸的连接通道312流体流动连接。每个固定叶片227的两个连接通道312经由横向连接通道324与彼此流体流动连通。连接通道312和横向连接通道324因此有效地提供公共流体存储器，液压缸304的所有液压缸和固定叶片227的流体腔308被连接至所述公共流体存储器。
如本文将进一步描述的，由稳定器设备150提供的扭转振动缓解操作因此是双动式的，如同活塞233从位于固定叶片227的一侧的它们的液压缸304的收缩可通过由于位于固定叶片227的另一侧的活塞233的迫使移动将迫使流体从固定叶片227的另一侧传输至它们的对应液压缸304来实现。
圆盘形阻尼板1005(见例如图10-12)被定位在每个液压缸304中。阻尼板1005具有小于液压缸304的直径的直径，使得阻尼板1005松散地配合在液压缸304中。在此示例性实施方案中，阻尼板1005的直径与液压缸304的直径之间的差足够大来限定阻尼板1005的径向外边缘与液压缸304的圆柱形壁之间的环形开口。
然而，阻尼板1005在直径上大于流体腔308，使得阻尼板1005在压力下进入流体腔308通过将阻尼板1005放置在被提供在液压缸304的内端的环形肩部上来防止。阻尼板1005限定喷嘴或孔1010以便限制液压流在压力下从液压缸304流至流体腔308。每个液压缸304和流体腔308，以及对应的阻尼板1005因此提供缓冲式阻尼设备，所述缓冲式阻尼设备通过将穿过液压缸304的流体流动速度限制到对于给定的流体压力可移动穿过阻尼孔1010的最大速度来阻尼可移动衬垫230相对于固定叶片227的移动。
以螺旋弹簧316的示例形式的弹簧偏压设备被提供在每个液压缸304(见，例如图10)。螺旋弹簧316被保持俘获在阻尼板1005与活塞233之间的液压缸304中。在此示例性实施方案中，螺旋弹簧316在液压缸304中是松散的，沿着液压缸304自由地纵向滑动直到它邻接抵靠阻尼板1005或者活塞233的内端。
在操作中，一个或多个稳定器设备150可被成列地连接在钻柱108中以便缓解钻柱108的井下扭转振动。稳定器设备150可，例如，被连接作为BHA 122的一部分，紧邻在或靠近钻头116后面，并且另一个稳定器设备150可被提供在测量和控制组件120附近。尽管图1示出具有沿着钻柱108定位以便分别靠近钻头116以及测量和控制组件120的两个稳定器设备150的示例性实施方案，但连接在钻柱108中的稳定器设备150的数量和定位在其他实施方案中可以是不同的。
将稳定器设备150连接至钻柱108是，在此实例中，通过将毂203的螺纹式套管209与形成或邻接钻柱108的邻近管部分的互补构造螺纹啮合，使得毂203用作钻柱108的管部分。因此当被连接时，毂203和固定叶片227与钻柱108旋转地固定在一起，与钻柱108一起旋转而不是相对于钻柱108基本上相对旋转移动。
将固定叶片227和可移动衬垫230安装在毂203上可包括将定位销218放置在基座210上的相应的槽215中，并且轴向滑动可伸缩连接的固定叶片227和可移动衬垫230(作为环形单元)至基座210上，固定叶片227由定位销218引导。固定叶片227因此由定位销218被键连接至毂203。最后，锁环221被紧固到毂203上，邻接抵靠基座210的边缘以便将定位销218锁定就位。
在其他实施方案中，类似或相似于示例性稳定器设备150的那些的稳定和振动缓解部件可被安装在形成钻柱108的一部分的任何外壳上，通常形成BHA 122的一部分，而不是被安装在如由图7-9的示例性实施方案中的毂203提供的专用外壳上。所述系统因此可被提供为成列的稳定器或者可在钻柱108中的任意位置被改型的套筒。在本实例中，所选择的外壳仅需要限定如基座210的有槽的圆柱形部分，以便允许外壳上的协同操作的固定叶片227和可移动衬垫230的改型。
在此示例性实施方案中，扭转振动缓解布置被提供在稳定器设备150上，因此起到横向钻柱稳定和扭转振动阻尼或缓解的双重功能。注意其他实施方案可被提供在不另外提供钻柱稳定的钻柱部件上。
稳定器设备150的稳定功能在此实例中主要由可移动衬垫230提供，因为它们具有比固定叶片227更大的外直径。可移动衬垫230的一个或多个的径向外支承表面236可使其与圆柱形钻孔壁106(见例如图12)相接触，抵靠钻孔壁106以便将钻柱108的纵向轴与钻孔壁106间隔开恒定的径向距离。这起到机械地稳定钻孔104中的BHA122，以便减轻无意的侧钻以及横向的振动。
注意尽管相应的可移动衬垫230的直径在此实例中小于钻孔104的直径，如在图12中所示，稳定器设备150在其他实施方案中可被设计尺寸使得稳定器设备150更完全地跨越钻孔104的宽度，以便使钻柱108位于钻孔104的中心。可移动衬垫230的支承表面236在其他实施方案中还可以是非圆柱形的，例如包括螺旋叶片，所述螺旋叶片在可移动衬垫230与钻孔壁106旋转地滑动接触时可允许至少一些轴向流体流动路径经过可移动衬垫230。
因为固定叶片227具有比可移动衬垫230更小的外直径，固定叶片227不能与钻孔壁106相接触并且因此不能在操作中起到横向稳定功能的作用。相反，固定叶片227和毂203可被视作共同提供旋转地集成复合外壳，以可移动衬垫230形式的稳定构件被安装在所述集成复合外壳上用于被缓冲和阻尼的被限制的相对旋转移动。
因为可移动衬垫230的一个或多个与钻孔壁106至少间歇地接触，可移动衬垫230在使用中提供用于阻尼钻柱108中的扭转或旋转振动的暂时或瞬间固定支持。也就是说可移动衬垫230用于将振动缓解力从钻孔壁106经由固定叶片227传输至毂203。这些力的至少主要分量经由弹簧316被传输至固定叶片227，因此切向地起作用以便将反振动力矩应用在毂203上，并且因此应用在位于稳定器设备150的轴向位置的BHA 122。
现在转向图10A，可见在没有基本上扭转振动的情况下的钻柱108的旋转期间，每个可移动衬垫230将与邻近的固定叶片227边缘对边缘地接触，在旋转的方向上描绘它的轨迹(在图10A中由数字1020指示)，基于可移动衬垫230上的来自钻孔壁106的摩擦阻力(也见图12)。
当钻柱108在钻柱旋转期间扭转地振动时，毂203(以及因此旋转地连接的固定叶片227)将相对于可移动衬垫230旋转地振荡，相对于可移动衬垫230结合可移动衬垫230快速地前后移动。图10B-12示出扭转或旋转振动期间固定叶片227相对于可移动衬垫230的多个旋转位置。
随扭转振荡在尺寸上可变的环向间隙在每个固定叶片227与其相关联的前可移动衬垫230之间被形成，在正常的旋转期间邻接抵靠固定叶片227。稳定器设备150的双重作用的液压阻尼系统通过自动应用反振动力矩至毂203来阻尼这些振动。
双向或双重作用的振动缓解机构的操作现在将参考图11和图12被描述，考虑隔离状态的固定叶片227的一个。为了便于描述，位于图11和图12中的固定叶片227的相对侧的可移动衬垫230被称为前衬垫230.1和后衬垫230.2。
在前进冲程中，当前衬垫230.1移动更接近于固定叶片227时(即，朝向图10A和图12中的其位置)，前衬垫230.1的活塞233被进一步推入相应的液压缸304。每个活塞233压缩对应的弹簧316，这反过来迫使阻尼板1005抵靠肩部320。前进的活塞233还对装满油的液压缸304中的液压油加压，迫使油穿过阻尼孔1010并且进入流体腔308。因为阻尼板1005被安置在肩部上，阻尼孔1010是用于油从液压缸304流向相关联的流体腔308的唯一通道。来自液压缸304的液压油的限制的流动致使所述油施加抵抗至活塞233的向前移动，因此向固定叶片227的前进冲程提供缓冲式阻尼。
因此，液压阻尼力对应于相关部件的相对角速度被施加在活塞233上。前进冲程的相对速度越大，由位于固定叶片227的后侧的液压缸304提供的相对阻尼力越大。另外，弹簧316的特性被选择使得由弹簧316施加的摩擦阻力由于它们的弹性压缩相对于所述液压阻尼力较小，并且可以是可忽略的相对值。此示例性实施方案中的弹簧316的主要功能是确保前进期间位于肩部320的弹簧316的合适位置，而不是提供用于可移动衬垫230相对于毂203的移动的弹性偏压机构。示例性稳定器设备150的阻尼机构因此基本上是簧下的。
因为所述液压油基本上是不能压缩的，包括液压缸304、流体腔308和连接通道312的互连流体系统中的油容量基本上保持恒定。在前进冲程期间被加压的液体从固定叶片227的一端流动至另一个，使得在固定叶片227的另一侧上与前衬垫230.1相关联的液压缸304的容量上的降低导致与后衬垫230.2相关联的液压缸304的容量上的同时的对应减少。
在毂203的扭转振动的后退冲程期间(例如，图11和图10B),上述过程被镜像，其中后衬垫230.2的活塞233压缩相关联的液压缸304。相对于前进冲程的阻尼的情况，后退冲程因此通过加压的液压流体的被限制的流动阻尼，所述加压的液压流体穿过位于固定叶片227的相对侧面的阻尼孔1010。
从高压力液压缸304(例如，从与图11中的后衬垫230.2配合的那些)至位于固定叶片227的另一侧的低压力液压缸304(例如，与图11中的前衬垫230.1配合的那些)的液压流体通过位于肩部320的阻尼板1005的松散安置变得更加方便。阻尼板1005上从流体腔308至液压缸304的压力差迫使阻尼板1005远离其肩部320，抵靠弹簧316。因此在被提升时，来自流体腔308的油可不仅通过阻尼孔1010，而且通过环绕阻尼板1005的圆周的环形间隙来穿过阻尼板1005。稳定器设备150因此借助于相对于以可移动衬垫230的示例形式的稳定构件的毂移动的双向阻尼的形式来阻尼钻柱108的旋转和/或扭转振动，所述可移动衬垫230支承抵靠钻孔壁106。
在所设想的扭转振动缓解机构的及使用方法的许多实例中，扭转振动缓解很大程度上独立于操作环境，如温度和压力，使得稳定器设备150例如具有合适的操作环境的较宽的空间。稳定器设备150还具有较低的操作成本，具有简单且牢固的构造。
在所设想的稳定器设备的许多实例中，所述操作可以是纯机械的，使得稳定器设备150不能产生可能干扰邻接钻柱部件的任何电磁场。这允许将一个或多个稳定器设备150放置在接近于潜在灵敏的电子/磁场感测和/或通信设备。在图1中，例如，上稳定器设备150被定位在紧邻测量和控制组件120，而没有通过位于测量和控制组件120中的稳定器设备150的电磁干扰的风险。由于钻柱108的固有扭转弹性，钻柱108的旋转振荡的减低或缓解可随着逐渐远离钻柱108中的稳定器设备150的位置而减低。稳定器设备150的电磁惰性通过允许将稳定器设备150恰好放置在振动敏感装备附近来允许稳定器设备150的扭转振动阻尼效果的优化。
尽管本公开已参考具体示例性实施方案进行描述，但显而易见的是可在不脱离所述方法和/或系统的更广泛精神和范围的情况下做出对这些实施方案的各种修改和变化。因此，本说明书和附图应被视为说明性而非限制性的意义。
在本说明书中，可见出于简化本公开的目的各种特征被组合在单个实施方案中。这种公开的方法不应被解释为反映所要求保护的实施方案需要比每个权利要求中所明确表述的特征更多的特征这一意图。而是如所附权利要求书反映的，本发明的主题依存于少于单个公开的实施方案的所有特征。因此所附权利要求书形成本说明书的一部分，其中每项权利要求本身作为单独的示例性实施方案。
Claims (15)
1.一种用在由钻孔侧壁限定的钻孔中的钻柱中的钻井工具装置，其包括：
外壳组件，其具有被配置来将所述外壳与所述钻柱共轴连接的连接件，所述外壳具有中心纵向轴；
一个或多个稳定构件，其从所述外壳径向向外突出用于与所述钻孔侧壁啮合，所述稳定构件被配置来将所述外壳与所述钻孔壁径向间隔开；
安装组件，其被配置来相对于所述外壳可旋转移动地安装所述一个或多个稳定构件的每一个以便允许所述外壳与所述一个或多个稳定构件中的每个稳定构件的整体之间环绕所述外壳中心纵向轴的相对角位移，所述安装组件被配置来阻止所述外壳组件与所述稳定构件之间的相对的纵向位移，所述安装组件包括被配置来阻尼所述外壳与所述一个或多个稳定构件之间的相对角位移的液压阻尼机构；
其中所述液压阻尼机构包括一个或多个缓冲机构，所述一个或多个缓冲机构分别包括被配置来响应于所述外壳相对于相应的稳定构件的旋转迫使液压流体在压力下穿过限流阻尼孔的活塞/液压缸布置。
2.根据权利要求1所述的钻井工具装置，其中所述液压阻尼机构被配置来通过响应于一个方向上的所述外壳的相对旋转移动将阻尼力矩施加到所述外壳，并且响应于相对方向上的所述外壳的相对旋转移动将相对取向的阻尼力矩施加到所述外壳来提供外壳旋转相对于所述一个或多个稳定构件的双向阻尼。
3.根据权利要求1所述的钻井工具装置，其中用于每个稳定构件的所述阻尼机构各自包括具有相反的旋转取向的至少两个缓冲机构，第一缓冲机构被配置来在一个方向上阻尼相对旋转，并且第二缓冲机构被配置来在另一方向上阻尼相对旋转。
4.根据权利要求1所述的钻井工具装置，其中所述外壳包括：
管状毂，其被配置来与所述钻柱共轴旋转；以及
多个叶片元件，其旋转地键连接至所述毂并且从所述毂径向向外突出，所述叶片元件被布置并设定尺寸使得每个稳定构件以环向间隙被定位在两个邻近的叶片元件之间，每个活塞/液压缸布置通过相应的稳定构件和邻接的叶片元件协同操作地被提供。
5.根据权利要求4所述的钻井工具装置，其中每个活塞/液压缸布置包括由相应的稳定构件携载并沿着部分环向路径延伸的弯曲活塞，所述弯曲活塞滑动地接纳在限定在对应的叶片元件中的互补的弯曲液压缸中。
6.根据权利要求5所述的钻井工具装置，其中每个活塞/液压缸布置包括限定所述阻尼孔并且被松散地定位在相关联的液压缸中的阻尼板，所述阻尼板被保持俘获在所述对应的活塞和与所述活塞相对的环形肩部之间，使得来自所述液压缸的液压流体将所述阻尼板安置在所述肩部上并且限制所述液压流体到达所述阻尼孔，同时液压流体经过所述肩部进入所述液压缸，从所述环形肩部提升所述阻尼板。
7.根据权利要求6所述的钻井工具装置，其中环向开口被限定在所述阻尼板与所述液压缸的壁之间，以便允许在液压流体经过所述肩部进入所述液压缸期间在所述阻尼板从所述环形肩部被提升时液压流体穿过所述环向开口。
8.根据权利要求5所述的钻井工具装置，其中每个叶片元件相对于所述旋转方向提供位于所述叶片元件的一侧的相应的活塞/液压缸布置的一个或多个液压缸，并且提供位于所述叶片元件的另一侧的相应的活塞/液压缸布置的一个或多个液压缸，所述叶片元件还限定位于所述叶片元件的所述相应的侧的所述液压缸之间的液体流体连接。
9.根据权利要求1所述的钻井工具装置，其中每个稳定构件具有啮合所述钻孔壁的径向外支承表面，所述支承表面的外直径大于所述多个叶片元件的相应的外直径。
10.一种钻柱组件，其包括：
细长的钻柱，其沿钻孔纵向延伸；
外壳，其共轴连接至所述钻柱以便与所述钻柱一起旋转，所述外壳具有中心纵向轴；
一个或多个稳定构件，其从所述外壳径向向外突出，所述稳定构件相对于所述外壳可移动地安装允许所述外壳与所述一个或多个稳定构件中的至少一个稳定构件的整体环绕所述外壳中心纵向轴的相对角位移；
位移阻止机构，其被布置来阻止所述外壳与所述一个或多个稳定构件之间相对的纵向位移；以及
液压阻尼机构，其被配置来阻尼所述外壳与所述一个或多个稳定构件之间的相对角位移；
其中所述液压阻尼机构包括一个或多个缓冲机构，所述一个或多个缓冲机构分别包括被配置来响应于所述外壳相对于所述一个或多个稳定构件的旋转迫使液压流体在压力下穿过限流阻尼孔的活塞/液压缸布置，所述外壳和稳定构件的相对旋转速度受液压流体通过所述阻尼孔的速率的限制。
11.根据权利要求10所述的钻柱组件，其中所述阻尼机构包括具有相反的旋转取向的至少两个缓冲机构，所述缓冲机构的第一个被配置来在一个方向上阻尼相对旋转，并且所述缓冲机构的第二个被配置来在另一方向上阻尼相对旋转。
12.根据权利要求10所述的钻柱组件，其中所述外壳包括：
管状毂，其与所述钻柱共轴旋转；以及
多个叶片元件，其被旋转地键连接至所述毂并且从所述毂径向向外突出，所述叶片元件被布置并且被设定尺寸使得每个稳定构件以环向间隙被定位在两个邻近的叶片元件之间，每个活塞/液压缸布置由相应的稳定构件和邻接的叶片元件协同操作地被提供。
13.根据权利要求12所述的钻柱组件，其中每个活塞/液压缸布置包括由相应的稳定构件携载并且沿着部分环向路径延伸的弯曲活塞，所述弯曲活塞滑动地接纳在被限定在对应的叶片元件中的互补的弯曲液压缸中。
14.根据权利要求13所述的钻柱组件，其中每个叶片元件相对于所述旋转方向提供位于所述叶片元件的一侧的相应的活塞/液压缸布置的一个或多个液压缸，并且提供位于所述叶片元件的另一侧的相应的活塞/液压缸布置的一个或多个液压缸，所述叶片元件还限定位于所述叶片元件的所述相应的侧的所述液压缸之间的液体流体连接。
15.根据权利要求12所述的钻柱组件，其中每个稳定构件具有啮合钻孔壁的径向外支承表面，所述支承表面的外直径大于所述多个叶片元件的相应的外直径。
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