CN107923227B - 隔离器 - Google Patents

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Abstract

一种隔离器(200)具有：外壳(224)，其包括外壳孔(234)；内部构件(240)，其被同轴地接纳在外壳(224)内；预压缩的压缩顺从部件(CCC)(230)，其布置在外壳(224)与内部构件(240)之间，CCC(230)构造为将内部构件(240)朝向一轴向方向偏置；以及预压缩的回弹顺从部件(RCC)(232)，其布置在外壳(224)与内部构件(240)之间，RCC(232)构造为将内部构件(240)朝向相反轴向方向偏置。

Description

隔离器
相关申请的交叉引用
本申请要求布朗等人于2015年6月30日提交的发明名称为“隔离器”的美国临时专利申请No.62/186,601的优先权，该申请的公开内容通过引用全部并入本文。
技术领域
本文公开的主题涉及用于诸如井下作业等受到冲击和振动的环境的振动隔离系统的设计和操作。
背景技术
在一些烃回收系统和/或井下系统中，可以在钻柱中包括电子器件和/或其它灵敏的硬件。在一些情况下，钻柱既会遭受包括相对恒定频率的重复振动，也会遭受可能不重复的振动冲击。重复振动和冲击振动中的每一种都会对电子器件的操作造成损害和/或以其它方式干扰电子器件的操作，电子器件诸如为但不限于随钻测量(MWD)装置和/或随钻测井(LWD)装置，和/或钻柱的任何其它对振动敏感的装置。一些电子器件被封装在防振壳中，防振壳不能保护电子器件既免受重复振动的影响又免受冲击振动的影响。有源振动隔离系统可以将电子器件与有害振动隔离，但增加了成本。
发明内容
在一方面，提供一种隔离器。隔离器包括外壳、内部构件、预压缩的压缩顺从部件(CCC)以及预压缩的回弹顺从部件(RCC)。外壳包括外壳孔。内部构件被同轴地接纳在外壳内。CCC布置在外壳与所述内部构件之间，CCC构造为将内部构件朝向一轴向方向偏置。RCC布置在外壳与内部构件之间，RCC构造为将内部构件朝向相反轴向方向偏置。
在另一方面，提供一种烃回收系统(HRS)。HRS包括被隔离质量体、激励源以及隔离器。隔离器布置在被隔离质量体与激励源之间。隔离器包括外壳、内部构件、预压缩的压缩顺从部件(CCC)以及预压缩的回弹顺从部件(RCC)。外壳包括外壳孔。内部构件被同轴地接纳在外壳内。CCC布置在外壳与内部构件之间，CCC构造为将内部构件朝向一轴向方向偏置。RCC布置在外壳与内部构件之间，RCC构造为将内部构件朝向相反轴向方向偏置。
附图说明
为了更完整地理解本公开及其优点，下面结合附图和详细描述参考以下简要描述。
图1是根据本公开的实施例的烃回收系统的示意图。
图2是根据本公开的实施例的图1所示烃回收系统的隔离器的正交侧视图。
图3是图2所示隔离器的正交截面图。
图4是图2所示隔离器的局部正交截面图，示出了图2所示隔离器的上游端盖。
图5是图2所示隔离器的局部正交截面图，示出了图2所示隔离器的下游端盖。
图6是图2所示隔离器的活塞的斜视图。
图7是图2所示隔离器的内部构件的斜视图。
图8是图2所示隔离器的驱动单元的分解斜视图。
图9是图2所示隔离器的局部正交截面图，示出了图8所示驱动单元。
图10是图2所示隔离器的压缩顺从部件(CCC)的斜视图。
图11是图2所示隔离器的回弹顺从部件(RCC)的斜视图。
图12是烃回收系统的隔离器的替代实施例的正交侧视图。
图13是图12所示隔离器的正交截面图。
图14是图12所示隔离器的局部正交截面图，示出了图12所示隔离器的上游端盖。
图15是图12所示隔离器的局部正交截面图，示出了图12所示隔离器的下游端盖。
图16是图12所示隔离器的局部正交截面图。
图17是图12所示隔离器的局部正交截面图，示出了图12所示隔离器的驱动螺母。
图18是图12所示隔离器的另一局部正交截面图，示出了图12所示隔离器的驱动螺母。
图19是图12所示隔离器的活塞的斜视图。
图20是图12所示隔离器的内部构件和相关联的驱动螺母的一部分的斜视图。
图21是图12所示隔离器的内部构件的斜视图。
图22是图12所示隔离器的CCC的斜视图。
图23是图12所示隔离器的RCC的斜视图。
具体实施方式
现在参见图1，示出了烃回收系统(HRS)100。尽管HRS 100在陆地上，但在替代实施例中，HRS 100可以在海上。HRS 100通常包括悬挂在井眼104内的钻柱102。井眼104在竖直井筒部分上远离地球表面基本竖直地延伸，或者在一些实施例中在偏斜的或水平的井筒部分上与地球表面成任何合适的角度偏斜。在替代的作业环境中，一部分或基本全部的井眼104可以呈竖直、偏斜、水平、弯曲和/或它们的组合。
钻柱102包括在钻柱102的下端103处的钻头106和连接在钻头106上方的通用井底定向(UBHO)接头108。UBHO接头108包括斜口管鞋110，斜口管鞋110构造为与插入头(stinger)(未示出)或斜口管鞋110的顶侧105上的脉冲发生器螺旋结构111连接。HRS 100进一步包括电子器件套管113，电子器件套管113在UBHO接头108上方被结合在钻柱102内，例如连接到UBHO接头108的顶侧107。电子器件套管113可以至少部分地容纳：插入头或脉冲发生器螺旋结构111、连接在插入头或脉冲发生器螺旋结构111上方的隔离器200、连接在隔离器200上方的被隔离质量体112、和/或扶正器115。被隔离质量体112可以包括电子部件。HRS 100包括位于地面上的井眼104上方的平台与井架组件114。平台与井架组件114包括转盘116，转盘116与钻柱102的上端109处的方钻杆118接合以赋予钻柱102转动。钻柱102悬挂在与游动滑车(未示出)附接的大钩(hook)120上。钻柱102被穿过方钻杆118和旋转水龙头122定位，这准许钻柱102相对于大钩120转动。另外或替代地，可以使用顶部驱动系统(未示出)来赋予钻柱102转动。
HRS 100进一步包括钻井流体124，钻井流体124可以包括水基泥浆、油基泥浆、气态钻井流体、水、浓盐水、气体和/或用于维持井压力和/或从钻头106周围区域移除钻屑的任何其它合适的流体。池子126中可以存储一定体积的钻井流体124，并且泵128可以将钻井流体124经由旋转水龙头122中的端口(未示出)传输到钻柱102的内部，从而使钻井流体124如方向箭头130所示向下流动经过钻柱102。钻井流体124可以在离开UBHO接头108之前穿过电子器件套管113与脉冲发生器螺旋结构111之间、电子器件套管113与隔离器200之间和/或电子器件套管113与被隔离质量体112之间的环形空间131。离开UBHO接头108之后，钻井流体124可以经由钻头106中的端口(未示出)离开钻柱102，并且如方向箭头132所示向上循环经过钻柱102的外侧与井眼104的壁137之间的环空区域135。钻井流体124可以润滑钻头106，随着回到池子126以供再循环使用而将来自地层的钻屑带到地面，并在井眼104的壁137上产生泥饼层(例如，滤饼)。钻头106会响应于遇到硬地层而产生振动力和/或冲击力。尽管钻头106本身可以被认为是向钻柱102提供一定振动激励的激励源117，但HRS100可以进一步包括激励源117，例如轴向激励工具119和/或任何其它振动装置，这种装置构造为搅动、振动、摇动和/或以其它方式改变钻柱102的下端103和/或钻柱102的任何其它部件相对于井眼104的壁137的位置。在一些情况下，轴向激励工具119的操作可能产生钻柱102的选定部分的振荡运动，致使钻柱102不太容易被挂住或以其它方式被阻止前进到井眼104中和/或从井眼104中出来。在一些实施例中，一个或多个激励源117的低频振荡可以具有约5Hz至约100Hz的值。术语激励源117旨在指上述振动或冲击力的任何源，包括但不限于钻头106、出于产生这种力的目的而设置的轴向激励工具119和/或其组合。
在图1所示实施例中，HRS 100进一步包括通信中继装置134和录井与控制处理器136。通信中继装置134可以从传感器、发射器、接收器和/或可形成被隔离质量体112的一部分的其它通信装置接收信息和/或数据。在实施例中，信息经由穿过钻柱102的有线通信路径被通信中继装置134接收。在替代实施例中，信息经由无线通信路径被通信中继装置134接收。在实施例中，通信中继装置134将接收到的信息和/或数据发送给录井与控制处理器136。另外或替代地，通信中继装置134从录井与控制处理器136接收数据和/或信息。在实施例中，在接收到数据和/或信息时，通信中继装置134将数据和/或信息转发给适当的传感器(一个或多个)、发射器(一个或多个)和/或接收器(一个或多个)和/或其它通信装置。被隔离质量体112可以包括随钻测量(MWD)装置和/或随钻测井(LWD)装置，并且被隔离质量体112可以包括多个工具或接头和/或单个工具和/或接头。在图1所示实施例中，钻柱102包括多个油管段；也就是说，钻柱102是接起来的或分段的柱。钻柱102的替代实施例可以包括任何其它合适的输送类型，例如连续油管(coiled tubing)、电缆(wireline)和/或有线钻杆。实施本文中公开的隔离器200和/或隔离器300的至少一个实施例的HRS100可以称作用于隔离部件(例如，用于与被隔离质量体112的轴向力隔离开)的井下系统。
现在参见图2和图3，隔离器200大体限定了具有中心轴线202的纵向延伸的流动孔201，隔离器200的许多部件相对于中心轴线202基本同轴地对准。隔离器200通常包括外壳224、与外壳224的上游端连接的上游端盖222以及与外壳224的下游端连接的下游端盖226。隔离器200进一步包括内部构件240，内部构件240穿过下游端盖226被接纳并且被接纳到外壳224和上游端盖222中。内部构件240可相对于下游端盖226、外壳224和上游端盖222中的每一个沿纵向移动。如下所述，隔离器200进一步包括多个压缩顺从部件(CCC)230、多个回弹顺从部件(RCC)232以及活塞242，这些部件每一个都对隔离器200的振动隔离和冲击衰减能力有贡献。尽管图2至图4示出了分别与上游端盖222的上接口223和内部构件240的下接口257联接的螺纹保护器200a、200b，但螺纹保护器200a、200b应该在将隔离器200组装并布置在被隔离质量体112与激励源117之间期间被移除。
参见图4，上接口223位于上游端盖222的上端。上接口223构造用于与被隔离质量体112的互补螺纹连接。在替代实施例中，上游端盖222可以包括内部带有螺纹的接口或用于与被隔离质量体112连接的快速连接型构造。上游端盖222可以结合使用O型圈222c和/或其它合适的密封件。上游端盖222包括位于上游端盖222的下端处的外壳接口225以及外壳接口225。外壳接口225构造用于与外壳224的上游端盖接口235连接。上游端盖222构造为接纳套筒228，并且套筒228的尺寸和构造设定为用于接纳由内部构件240承载的活塞242。活塞242构造为在套筒228的套筒孔227内滑动。套筒228由陶瓷材料构成，但在替代实施例中，套筒228可以包括硬化的钢、钛、碳化物、钴钢和/或任何其它合适的材料。在一些实施例中，套筒228可以用诸如镍钴、陶瓷涂层、气体氮化、硼化等合适的涂层进行处理和/或涂覆。
参见图5，下游端盖226包括位于下游端盖226的上端处的外壳接口229。外壳接口229构造用于与外壳224的下游端盖接口239的互补螺纹连接。下游端盖226包括构造为接纳内部构件240的一部分的下游端盖孔231。下游端盖226进一步包括大体平行于中心轴线202延伸的多个轴向延伸的销通道233。每个销通道233构造为接纳定位销255。销通道233包括构造为与定位销255的至少一部分互补的基本U形轮廓。
参见图2和图12，外壳224包括通常提供外壳的外表面与内表面之间的流体连通路线的一个或多个流体孔。另外，流体孔可以装配有一个或多个压力或流量改变插件，例如流量计量装置或构造为改变流体可在外壳224的内表面与外表面之间流动的速率和/或压力的喷嘴。替代地，流体孔可以通过精密钻孔或切削技术形成尺寸，以形成具有特定的预定尺寸或特征的孔口。在一些实施例中，流体孔可以称作流体补偿端口(图2未示出)，例如下面讨论的隔离器300的压力补偿端口320a。
再次参见图3，当外壳224连接在上游端盖222与下游端盖226之间时，在上游端盖222的下肩222a与下游端盖226的上肩226a之间限定穿过外壳224延伸的外壳孔234。CCC230和RCC 232布置在外壳孔234内。内部构件240通常在内部构件240的上端承载有活塞242。内部构件240通常包括连接在上管245与适配器部分256之间的对准部分248。
参见图6，活塞242大体为管状且构造为将被接纳在由套筒228限定的套筒孔227内。活塞242包括围绕活塞242的外表面沿圆周延伸的两个槽243。槽243的尺寸和构造设定为用于接纳密封件242a。在该实施例中，密封件242a是T型密封件。在替代实施例中，密封件242a可以包括O型圈、垫片和/或任何其它合适的密封件形状和/或材料。活塞242进一步包括位于活塞242的下端处的上管接口244。上管接口244包括与上管245的活塞接口240a的螺纹互补的螺纹。当活塞242和上管245联接到一起时，纵向延伸的流动孔201延伸穿过活塞242和上管245。在替代实施例中，活塞242可以与上管245焊接到一起或一体地形成。活塞242可以在套筒孔227内沿着中心轴线202往复运动，直到活塞242达到由上游端盖222形成的终点硬止档部222b为止。CCC 230和RCC 232可以构造为承受得住冲击或其它轴向输入(例如，冲击输入、振动和/或其它轴向激励力)并使内部构件240与终点硬止档部222b两者之间保持分离。CCC 230和RCC 232进一步构造为承受得住冲击输入并使CCC 230以及RCC232这二者均与终点硬止档部222b之间保持分离。
参见图7，上管245通常包括上管外表面246。上管外表面246的尺寸和构造设定为用于装配在CCC 230的CCC内孔237以及RCC 232的RCC内孔238内。上管245可以包括远离对准部分248的上部245a和与对准部分248邻接的下部245b。在该实施例中，上部245a的外径与下部245b的外径几乎相同，并且上管245具有限定了流动孔201一部分的大体恒定内径。上管245包括围绕上管245沿圆周延伸的驱动通道247。驱动通道247的尺寸和构造设定为用于接纳驱动单元250，驱动单元250沿径向延伸超过驱动通道247并允许在上管245与CCC230之间以及上管245与RCC 232之间传递轴向力。驱动单元250通常布置在上部245a与下部245b之间。
参见图8和图9，驱动单元250包括拼合式(split)驱动垫圈251和驱动轴环252。拼合式驱动垫圈251大体为筒状结构并且尺寸和构造设定为用于装配在驱动通道247内。拼合式驱动垫圈251包括两个子部件251a，每个子部件占据拼合式驱动垫圈251的圆周上的一部分(小于或等于一半)。驱动轴环252大体为环状结构并且尺寸和构造设定为用于当两个子部件251a接合到一起或相对于彼此定位以共同形成环时围绕拼合式驱动垫圈251装配。当拼合式驱动垫圈251的两个子部件251a布置在驱动通道247内时，驱动轴环252可以将两个子部件251锁定到一起。在替代实施例中，驱动单元250可以包括构造为将两个子部件251a相对于彼此和/或相对于驱动通道247保持锁定在适当位置的偏置保持环。拼合式驱动垫圈251包括从拼合式驱动垫圈251中穿过沿纵向延伸的一个或多个钻孔253。钻孔253可以提供从驱动单元250的下侧到驱动单元250的上侧的流体连通路线。
返回参见图3、图5和图7，内部构件240的对准部分248包括对准部分外表面249。对准部分外表面249的尺寸和构造设定为用于可滑动地装配在下游端盖226的下游端盖孔231内。对准部分248进一步包括大体平行于中心轴线202延伸的多个轴向延伸的销通道254。每个销通道254通常构造为接纳定位销255的至少一部分。每个销通道254具有构造为与定位销255的至少一部分互补的基本U形轮廓。在替代实施例中，定位销255可以形成不同的形状，并且销通道254的形状可以形成为与定位销255互补。销通道254布置成与销通道233纵向重叠且在角度上对准。当对准部分248可滑动地装配在下游端盖226内时，每个定位销255被接纳在销通道254以及相关联的对准的销通道233内。虽然内部构件240可以相对于下游端盖226纵向移动，但被抓住的定位销255阻止内部构件240与下游端盖226之间的相对的角转动。适配器部分256包括位于适配器部分256的下端处的下接口257。下接口257构造用于与脉冲发生器螺旋结构111连接。防转部件的可选实施例可以包括使用围绕内部构件240沿圆周布置的至少一个多边形花键和/或渐开线齿形花键以与下游端盖226的互补的通道接合。
参见图10，示出了CCC 230。CCC 230通常构造为使得当隔离器200经历足以使隔离器200纵向压缩和纵向缩短的力或压力时，CCC 230的压缩增加。CCC 230包括多个弹性体元件230a和间隔元件230b。每个弹性体元件230a大体为管状形状并且包括同心的CCC内孔237。每个弹性体元件230a由合适的弹性体材料形成，例如橡胶、腈或其组合。弹性体元件230a的尺寸可以形成为相对于中心轴线202具有期望的纵向尺寸以提供期望的压缩轮廓。CCC 230进一步包括粘结或以其它方式布置在弹性体元件230a之间的间隔元件230b。弹性体元件230a可以是使用硫化后工艺粘结起来的弹性体，使得CCC内孔237的CCC内孔表面237a尺寸不连续。换言之，CCC内孔237可以由弯曲的弹性体元件230a内轮廓和间隔元件230b的相对平坦的内轮廓形成。如下面所讨论的，CCC内孔237的内径大于上管245的外径，使得当未发生批量加载(bulk loading)时在CCC内孔237中在上管外表面246与CCC内孔表面237a之间提供流体通道的路线。在该实施例中，每个CCC 230包括十五个弹性体元件230a和十六个间隔元件230b。每个CCC 230展现出非线性的轴向刚度。CCC 230的轴向刚度与RCC232的轴向刚度不同，部分是因为由弹性体元件230a和弹性体元件232a提供的轴向偏置不同。在替代实施例中，CCC 230可以包括任何其它合适数量的弹性体元件230a(各具有期望的轴向尺寸和刚度)和间隔元件230b。在替代实施例中，CCC 230可以包括金属弹簧、展现出合适的类似弹簧的特性的丝网材料和/或类似物以提供轴向偏置。间隔元件230b包括具有平坦段230c的大体柱形外轮廓230e。平坦段230c提供CCC 230与外壳224之间的流体连通路线。在替代实施例中，可以提供更多或更少的平坦段230c。虽然隔离器200的每个CCC 230包括相同数量的弹性体元件230a，但在隔离器200的替代实施例中，各CCC 230可以设置有不同数量的弹性体元件230a。
参见图11，示出了RCC 232。RCC 232通常构造为使得当隔离器200经历足以使隔离器200沿纵向伸长的力或压力时，RCC 232的压缩增加。RCC 232包括多个弹性体元件232a和间隔元件232b。每个弹性体元件232a大体为管状形状并且包括同心的RCC内孔238。每个弹性体元件232a由合适的弹性体材料形成，例如橡胶、腈或其组合。弹性体元件232a的尺寸可以形成为相对于中心轴线202具有期望的纵向尺寸以提供期望的压缩轮廓。RCC 232进一步包括粘结或以其它方式布置在弹性体元件232a之间的间隔元件232b。弹性体元件232a可以是使用硫化后工艺粘结起来的弹性体，使得RCC内孔238的CCC内孔表面238a尺寸不连续。换言之，RCC内孔238可以由弯曲的弹性体元件232a内轮廓和间隔元件232b的相对平坦的内轮廓形成。弹性体元件232a可以具有比弹性体元件230a的轴向刚度小的轴向刚度，并且可以被粘结为使得弹性体元件232a被预压缩在间隔元件232b之间以形成比间隔元件230b之间的弹性体元件230a所形成的弯曲轮廓更宽的弯曲轮廓。如下面所讨论的，RCC内孔238的内径大于上管245的外径，使得当未发生批量加载时在RCC内孔238中在上管外表面246与RCC内孔表面238a之间提供流体通道的路线。在一个实施例中，每个RCC 232包括七个弹性体元件232a和八个间隔元件232b。RCC 232展现出非线性的刚度。在替代实施例中，RCC 232可以包括任何合适数量的弹性体元件232a(各具有期望的轴向尺寸)和间隔元件232b。在替代实施例中，RCC 232可以包括金属弹簧、展现出合适的类似弹簧的特性的丝网材料和/或类似物，以在CCC 230与RCC 232之间提供不同的轴向偏置。间隔元件233b包括具有平坦段232c的大体柱形外轮廓232e。平坦段232c提供RCC 232与外壳224之间的流体连通路线。在替代实施例中，可以提供更多或更少的平坦段232c。虽然隔离器200的每个RCC 232包括相同数量的弹性体元件232a，但在隔离器200的替代实施例中，各RCC 232可以设置有不同数量的弹性体元件232a。
隔离器200中利用的弹性体元件230a的总数可以取决于驱动单元250与下肩222a之间的距离。类似地，隔离器200中利用的弹性体元件230a的总数可以取决于在允许固有频率小于与激励源117的操作相关联的激励频率的同时相对于RCC 232将提供的轴向刚度而言CCC 230将提供的期望的轴向刚度量。隔离器200可以构造为使得驱动单元250与下肩222a之间的弹性体元件230a的数量大于驱动单元250与上肩226a之间的弹性体元件232a的数量。RCC 232构造为当隔离器200布置在被隔离质量体112与激励源117之间时与CCC 230的轴向刚度相比具有更低的轴向刚度，并且将提供小于预期激励频率(例如，是预期激励频率的0.7倍)的固有频率。类似地，驱动单元250在外壳224内的相对轴向布置(假设为中性状态)取决于布置在驱动单元250两侧上的CCC 230和RCC 232的数量。虽然隔离器200包括四个CCC 230和两个RCC 232，但可以采用任何其它合适数量的CCC 230和RCC 232。
四个CCC 230中的每一个围绕上管245的上管外表面246的上部245a布置并沿纵向布置在驱动单元250与下肩222a之间。此外，两个RCC 232中的每一个围绕上管外表面246的下部245b布置并沿纵向布置在驱动单元250与上肩226a之间。当隔离器200处于中性状态时(例如，当没有外部纵向拉伸和外部纵向压缩施加到隔离器200上时)，四个CCC 230中的至少一个至少部分地被压缩，并且两个RCC 232中的至少一个至少部分地被压缩。隔离器200处于中性状态时CCC 230中的一个或多个以及RCC 232中的一个或多个被压缩的程度可通过调节上游端盖222与外壳224之间的螺纹连接和/或通过调节外壳224与下游端盖226之间的螺纹连接来调节。
在操作中，将隔离器200联接在被隔离质量体112与激励源117之间，并且隔离器200提供相对较软(稳定时间相对较长)的弹簧质量系统，该系统可操作以将被隔离质量体112与沿着中心轴线202的选定频率的振动扰动隔离。隔离器200用于衰减冲击、阻尼振动、隔离振动和/或其组合。被隔离质量体112可以重约150磅。在替代实施例中，被隔离质量体112和/或一起包括由隔离器200隔离的质量体的任何其它部件的重量可以是任何其它合适的量。被隔离质量体112的实例包括电子部件，电子部件可以包括MWD装置和/或LWD装置。
如本文使用的，术语中性状态是指在内部构件240由于外部轴向输入力而沿着中心轴线202朝向第一方向或第二方向位移的情况下内部构件240相对于外壳112的位置。在中性状态下，隔离器200没有由于外部轴向输入力而伸长或缩短。在中性状态下，认为隔离器200处于双压缩状态，这是因为在组装时CCC 230和RCC 232中的每一个在驱动单元250的两侧处于预压缩状态。隔离器200可以接收来自斜口管鞋110的扰动轴向输入力(例如，压缩力和/或拉伸力)，并将该力经由驱动单元250、CCC 230和/或RCC 232在内部构件240与上游端盖222之间传递。压缩力(例如，有效地将隔离器200纵向压缩的力)经由适配器部分256传递给上管245；上管245将该压缩力经由驱动单元250传递给CCC 230，从而使CCC 230的压缩增加并允许RCC232释放部分预压缩。当隔离器200被压缩时，认为内部构件240沿着中心轴线202朝向第一方向轴向移动。当隔离器200处于拉伸状态时，认为内部构件240沿着中心轴线202朝向第二方向轴向移动。轴向输入力从激励源117接收。拉伸力(例如，有效地使隔离器200纵向伸展的力)经由适配器部分256传递给上管245；上管245将该拉伸力经由驱动单元250传递给RCC 232，从而使RCC 232的压缩增加并允许CCC 230释放部分预压缩。CCC和RCC进一步构造为使得在沿着中心轴线的大的压缩和拉伸运动的作用下，CCC和RCC在整个隔离器中维持接触。这发生在上游端盖与CCC之间、CCC与驱动垫圈之间、驱动垫圈与RCC之间以及RCC与下游端盖之间。
如图9至图11所示，CCC 230具有多个压缩顺从段230d，每个压缩顺从段包括在两个间隔元件230b之间被压缩(即，认为被预压缩在中性状态下)的弹性体元件230a，从而在两个间隔元件230b之间在第一限定距离上提供了轴向偏置和第一轴向刚度。类似地，RCC232具有多个回弹顺从段232d，每个回弹顺从段包括在两个间隔元件232b之间被压缩(即，被预压缩在中性状态下)的弹性体元件232a，从而在第二限定距离上提供了第二轴向偏置和第二轴向刚度。回弹顺从段232d的在间隔元件232b之间的第二限定距离大于压缩顺从段230d的在间隔元件230b之间的第一限定距离，从而有助于CCC 230与RCC 232相比具有更大的轴向刚度。当内部构件240接收压缩力时，压缩顺从段230d的第一限定距离由于弹性体元件230a的响应于进一步压缩的沿径向扩展而减小，并且回弹顺从段232d的第二限定距离由于弹性体元件232a的响应于RCC 232释放部分预压缩的沿径向收缩而增加。相反，当内部构件240接收拉伸力时，回弹顺从段232d的第二限定距离由于弹性体元件232a的响应于进一步压缩的沿径向扩展而减小，并且压缩顺从段230d的第一限定距离由于弹性体元件230a的响应于CCC 230释放部分预压缩的沿径向收缩而增加。这样，可以认为RCC 232与CCC 230相比相对较软(即，具有更低的轴向刚度)，这是因为RCC 232构造为使得轴向偏转的大部分由于弹性体元件232a相对较厚而进入弹性体元件232a中。换言之，回弹顺从段232d的第二限定距离大于压缩顺从段230d的第一限定距离，并且与弹性体元件230a相比具有更低的轴向刚度。例如，间隔元件230b可以通过弹性体元件230a沿轴向偏置隔开构造为约0.4英寸(10.2毫米)的第一限定距离，而间隔元件232b可以通过弹性体元件232a沿轴向偏置隔开构造为约1.2英寸(30.5毫米)的第二限定距离，因此CCC 230上的预压缩大于RCC 232上的预压缩。
在压缩和/或拉伸轴向力输入的作用下可以以非线性速率发生弹性体元件230a、232a的扩展和收缩。隔离器200可以构造为承受得住沿着中心轴线202的高达约150,000磅力(lbf)(约667千牛顿)的轴向输入力。隔离器200可以向被隔离质量体112持续提供免受力的影响的至少一些隔离，直到发生批量加载。当由于如下原因中的至少一个而对内部构件240相对于外壳224的轴向移动至少部分地起作用时发生批量加载：(i)一个或多个弹性体元件230a、232a沿径向扩展到大体柱形的外轮廓230e、232e与外壳224之间的接触点，(ii)一个或多个弹性体元件230a、232a沿径向扩展到CCC内孔237和RCC内孔238的各自的CCC内孔表面237a和RCC内孔表面238a与上管245的上管外表面246之间的接触点。也就是说，CCC230和RCC 232的批量加载防止和/或部分中断了内部构件240的至少一些轴向往复运动，并且当CCC内孔237或RCC内孔238和/或外壳孔234中的至少一些分别至少部分地被至少一个弹性体元件230a、232a的扩展阻挡时发生，从而至少部分阻挡了沿着CCC内孔237和RCC内孔238和/或外壳孔234的流体通道路线。由于CCC 230和RCC 232均被预压缩在它们的中性状态下，所以隔离器200可以承受得住如下轴向输入力：否则在没有预压缩的情况下该轴向输入力会导致发生批量加载。例如，隔离器200构造为使得在施加到隔离器200上的约20,000lbf到约150,000 lbf(约89千牛顿到667.2千牛顿)的轴向力之间可以发生隔离器200的批量加载。
当隔离器200响应于压缩输入力而被完全压缩时，CCC 230远离下游端盖226压靠在下肩222a上并且RCC 232被部分释放。当隔离器200响应于拉伸输入力而完全伸展时，RCC232朝向远离上游端盖222的方向压靠在下游端盖226的上肩226a上。在CCC 230和/或RCC232发生故障的情况下，隔离器200的可动部件保持以允许通过打捞技术(fishingtechniques)移除的方式彼此连接。打捞技术可以包括应用外部轴向力，使得当拉伸力施加在内部构件240上时，弹性体元件232a可以在压缩增加的作用下鼓出，直到它们接触外壳224的内表面并导致发生至少一些批量加载，从而允许至少约20,000lbf(至少约89千牛顿)的拉伸载荷。这可以提供沿着钻柱102的轴向运动并且帮助使诸如隔离器200等部件恢复。隔离器200可以拆卸下来以便允许其一个或多个部件被移除、检查和/或更换。例如，隔离器200构造为可拆卸的，使得可以根据需要和/或根据一部分维护时间间隔来移除、检查和更换活塞242、CCC 230中的一个或多个和/或RCC 232中的一个或多个。
现在参见图12和图13，隔离器300与隔离器200基本类似并且可以结合和/或代替隔离器200来实施。隔离器300大体限定了具有中心轴线302的纵向延伸的流动孔301，隔离器300的许多部件相对于该中心轴线302基本同轴地对准。隔离器300通常包括外壳324、与外壳324的上游端连接的上游端盖322以及与外壳324的下游端连接的下游端盖326。隔离器300进一步包括内部构件340，内部构件340穿过下游端盖326被接纳并且被接纳到外壳324和上游端盖322中。内部构件340可相对于下游端盖326、外壳324和上游端盖322中的每一个沿纵向移动。如下所述，隔离器300进一步包括多个压缩顺从部件(CCC)330、多个回弹顺从部件(RCC)332以及活塞342，这些部件每一个都对隔离器300的振动隔离和冲击衰减能力有贡献。尽管图12至图14示出了分别与上游端盖322的上接口323和内部构件340的下接口357联接的螺纹保护器300a、300b，但螺纹保护器300a、300b应该在将隔离器300组装并布置在被隔离质量体112与激励源117之间期间被移除。与隔离器200不一样的是，隔离器300包括销捕获件380，销捕获件380与下游端盖326连接并确保定位销355保持被卡在对准部分348的销通道354内。此外，与隔离器200不一样的是，内部构件340的对准部分348在内部构件340的上管345的对准部分接口360处与上管345可移除地连接。还有，隔离器300包括穿过外壳324的压力补偿端口320a。每个压力补偿端口320a限定了外壳324的外表面与外壳孔334之间的流体连通路线。每个压力补偿端口320a适合允许钻井流体124通过并使外壳324内的流体压力相对于外壳324外部的流体压力平衡。当外壳324连接在上游端盖322与下游端盖326之间时，在上游端盖322的下肩322a与下游端盖326的上肩326a之间限定有穿过外壳324延伸的外壳孔334。CCC 330和RCC 332布置在外壳孔334内。内部构件340通常在内部构件340的上端承载有活塞342。内部构件340通常包括连接在上管345与适配器部分356之间的对准部分348。
参见图19，活塞342大体为管状且构造为将被接纳在由套筒328限定的套筒孔327内。活塞342包括围绕活塞342的外表面沿圆周延伸的两个槽343。槽343的尺寸和构造设定为用于接纳密封件342a。在该实施例中，密封件342a是T型密封件。在替代实施例中，密封件342a可以包括O型圈、垫片和/或任何其它合适的密封件形状和/或材料。活塞342进一步包括位于活塞342的下端处的上管接口344。上管接口344包括与上管345的活塞接口340a的螺纹互补的螺纹。当活塞342和上管345联接到一起时，纵向延伸的流动孔301延伸穿过活塞342和上管345。在替代实施例中，活塞342可以与上管345焊接到一起或一体地形成。活塞342可以在套筒孔327内沿着中心轴线302往复运动，直到活塞342达到由上游端盖322形成的终点硬止档部322b为止。CCC 330和RCC 332可以构造为承受得住冲击或其它轴向输入(例如，冲击输入、振动和/或其它轴向激励力)并使内部构件340与终点硬止档部322b两者之间保持分离。CCC 330和RCC 332进一步构造为承受得住冲击输入并使CCC 330以及RCC332这二者均与终点硬止档部322b之间保持分离。
参见图21，上管345通常包括上管外表面346。上管外表面346的尺寸和构造设定为用于装配在CCC 330的CCC内孔337以及RCC 332的RCC内孔338内。上管345可以包括远离对准部分348的上部345a和与对准部分348邻接的下部345b。在该实施例中，上部345a的外径小于下部345b的外径，并且上管345具有限定了流动孔301一部分的大体恒定内径。上管345包括将上部345a与下部345b接合起来的驱动接口347。驱动接口347的尺寸和构造设定为用于接纳驱动螺母370，驱动螺母370沿径向延伸超过驱动接口347并允许在上管345与CCC330之间以及上管345与RCC 332之间传递轴向力。驱动螺母370通常布置在上部345a与下部345b之间。
参见图16至图20，驱动螺母370具有主体371，主体371沿着中心轴线302纵向延伸并限定了不均匀的螺母孔376，其中螺母孔376包括渐缩部分376a、非渐缩螺纹表面376b以及布置在渐缩部分376a与非渐缩螺纹表面376b之间的凹口377。渐缩部分376a构造为与驱动接口347的渐缩部分347a配合，并且非渐缩螺纹表面376b通过与驱动接口347的非渐缩螺纹表面347b啮合而与内部构件340联接。驱动螺母370构造为使得当内部构件340由于压缩载荷而相对于外壳324纵向位移时，压缩载荷被引向渐缩部分376a并与渐缩部分376a交叉且远离非渐缩螺纹表面376b。这可以允许减小非渐缩螺纹表面376b的剪切载荷。驱动螺母370包括多个钻孔373并在主体371的每端上包括朝向彼此轴向延伸穿过一部分主体371的埋头孔372(见图17、图18和图20)。驱动螺母370借助与中心轴线302同心布置且轴向延伸穿过主体371的至少一个钻孔373限定了穿过主体371的至少一个流体连通路线(见图18和图20)。图17示出了串联布置在CCC 330与RCC 332之间的驱动螺母370。图18大体示出与图17的纵向部分相同的纵向部分，除了如下不同之外：图18中的截面是与图17的截面相比在角度上偏移而截取的，以示出这些钻孔373提供了穿过驱动螺母370的至少一个流体连通路线。每个埋头孔372与多个流体通路中的每一个至少部分地交叉，使得当至少一个钻孔373诸如由于使CCC300和/或RCC 332轴向布置在主体371的两侧并与主体371物理接触而被部分堵塞时，仍然维持穿过主体371的流体连通。流体通路构造为提供RCC 332的RCC内孔338与CCC 330的CCC内孔337之间的流体连通。驱动螺母370还包括多个平坦段374，多个平坦段374围绕主体371的周部375布置且沿着与中心轴线302同心的主体371纵向延伸。多个平坦段374中的每一个限定了围绕主体371的流体连通路线，使得在隔离器300内在CCC 330的CCC外轮廓330e与RCC 332的RCC外轮廓332e之间提供流体连通。
参见图13和图14，组装隔离器300以壳体320开始，壳体320包括大体(至少部分)限定有套筒孔327的上游端盖322，套筒孔327与同心布置在套筒孔327中的套筒328装配到一起。在一些实施例中，套筒328和上游端盖322可以通过压接(crimp)套筒328而装配到一起。在该实施例中，套筒328由陶瓷材料构成。在替代实施例中，套筒328可以具有以其它方式由任何合适一种或多种材料形成的类似的套筒，任何合适材料例如为硬化的钢、钛、碳化物、钴钢和/或其组合。一旦套筒328装配在上游端盖322内，套筒孔327就具有如下直径：该直径的尺寸大体形成为接受活塞324并且构造为可滑动和/或移动地接纳内部构件340的至少一部分，具体地说允许活塞342沿着中心轴线302往复运动。内部构件340的上管345使用活塞接口340a与活塞342的上管接口344(见图19)联接。活塞342构造为提供壳体320内的流体密封，具体地说，使一个或多个密封件342a布置在活塞342的槽343内以形成相对于套筒328的流体密封。在一些实施例中，密封件342a包括T型密封件。活塞342限定了沿着内部构件340延伸并与套筒孔327连通的纵向延伸的流动孔301的至少一部分。活塞342可沿着中心轴线302在套筒孔327内往复运动，直到活塞342达到由上游端盖322形成的终点硬止档部322b为止。在一些实施例中，CCC 330和RCC 332可以构造为承受得住冲击或其它轴向输入(例如，冲击输入、振动和/或其它激励力)并使内部构件340与终点硬止档部322b两者之间保持分离。另外，CCC 330和RCC 332还可以进一步构造为承受得住冲击输入并使CCC 330以及RCC332这二者均与终点硬止档部322b之间保持分离。
对隔离器300的壳体320的组装继续进行，使上游端盖322的外壳接口325与外壳324的上游端盖接口335接合，从而将上游端盖322和外壳324联接到一起。外壳324与外壳224基本类似并且也具有管状轮廓。上游端盖322的下肩322a界定外壳孔334的一端的界限，并且下游端盖326的上肩326a界定外壳孔334的另一端的界限。然而，在将下游端盖326联接到外壳324上之前，将多个CCC 330和RCC 332同心地布置在外壳孔334内(见图16)。
继续参见图13并结合图16和图22，隔离器300包括多个CCC 330，这多个CCC 330与中心轴线302同轴地对准并且彼此串联且与下肩322a邻接地轴向布置在外壳孔334内。隔离器300的图示实施例包括四个CCC 330，总共有六十四个弹性体元件330a；然而，可以理解到，可选实施例可以包括不同数量的CCC 330，因此可以包括不同总数的弹性体元件330a。在隔离器300中，每个CCC 330包括多个弹性体元件330a，每个弹性体元件330a被压缩在多个间隔元件330b之间。粘结在两个间隔元件330b之间的单个弹性体元件330a(偶尔称作隔片)形成压缩顺从段330d，这将在下面详细讨论。隔离器300的CCC 330以与针对隔离器200讨论的方式类似的方式进行操作，具体地说，每个CCC 330通常构造为使得当隔离器300经历足以使隔离器300纵向压缩(例如，足以使隔离器300的纵向总长减小)的力或压力时，一个或多个CCC 330中已经存在的压缩增加(例如，进一步被压缩)。
每个弹性体元件330a由合适的弹性体材料形成，例如橡胶、腈或其组合。如图22所示，CCC 330与上面关于隔离器200所讨论的CCC 230的实施例基本类似，但有一定的区别。例如，取代类似于隔离器200中的弹性体元件230a的硫化后工艺粘结，隔离器300的弹性体元件330a在多个间隔元件330b之间被完全粘结并传递成型(transfer mold)，并且构造为形成内径连续的具有CCC内孔表面337a的CCC内孔337。因此，CCC内孔表面337a包括连续的弹性体材料，而隔离件200的表面227a在间隔元件230b中使用的材料(例如，金属)与弹性体元件230a(例如，橡胶和/或腈)之间交替。因此，CCC外轮廓330e既包括间隔元件330b又包括弹性体元件330a，而CCC内孔表面337a可以仅由粘结到一起的弹性体元件330a构成。CCC330的CCC内孔337的尺寸设定为内径大于内部构件340的上管345的外径，具体地说大于上管345的上部345a。CCC内孔337的连续的内径具有CCC内孔表面337a，当围绕内部构件340的上管345同心布置时允许CCC内孔表面337a在未发生批量加载时与上管345的上管外表面346之间形成流体通道的路线，从而还允许沿着中心轴线302的滑动运动。CCC 330也可以具有大体柱形的CCC外轮廓330e，并且多个间隔元件330b中的每一个包括一个或多个平坦段330c，一个或多个平坦段330c围绕外周且沿着中心轴线302延伸达大体柱形的CCC外轮廓330e的长度。一个或多个平坦段330c可以至少部分限定并提供外壳孔334内的在下肩322a与上肩326a之间的流体连通路线。在一些实施例中，CCC 330展现出非线性的轴向刚度。在图13和图22所示的实施例中，每个CCC 330包括十六个弹性体元件330a和十七个间隔元件330b。可选实施例可以包括不同数量的弹性体元件330a和间隔元件330b。尽管隔离器300的实施例包括六十四个压缩顺从段330d，但是在可选实施例中总数可以基于预压缩量而变化，因此基于给予每个间隔元件330b之间的弹性体元件330a的轴向距离而变化。如下面进一步讨论的，CCC 330的轴向刚度不同于并大于RCC 332的轴向刚度，RCC 332具有较小的轴向刚度，部分是由于分别由弹性体元件330a、332a提供不同的轴向偏置。
在隔离器300的替代实施例中，别的类似的CCC 330包括任何其它合适数量的弹性体元件330a(各具有期望的轴向尺寸和刚度)以及间隔元件330b。在替代实施例中，CCC 330可以包括金属弹簧、展现出合适的类似弹簧的特性的丝网材料和/或类似物，以提供轴向偏置。
在实施例中，CCC 330中的弹性体元件330a的数量和RCC 332中的弹性体元件332a的数量是独立选择的。可以理解的是，轴向布置在驱动螺母370与下肩322a之间的弹性体元件330a的总数至少部分取决于驱动螺母370与下肩322a之间的距离、以及相对于RCC 332将提供的轴向刚度而言CCC 330将提供的轴向刚度的量，以便允许固有频率小于与激励源117的操作相关联的激励频率。隔离器300可以构造为使得驱动螺母370与下肩322a之间的弹性体元件330a的数量大于驱动螺母370与上肩326a之间的弹性体元件332a的数量，这是因为RCC 332构造为当隔离器300布置在被隔离质量体112与激励源117之间时与CCC 330的轴向刚度相比RCC 332具有更低的轴向刚度(即，更小的轴向刚度)并且将提供小于预期激励频率(例如，预期激励频率的0.7倍)的固有频率。类似地，驱动螺母370和内部构件340在外壳324内的沿中心轴线302的相对轴向布置(假设为中性状态)取决于当联接到内部构件340的上管345上且设置在外壳324内时布置在驱动螺母370两侧上的CCC 330和RCC 332的数量。
继续参见图13并结合图16至18、图20和图21，驱动螺母370串联地轴向布置在外壳孔334内在CCC 330与RCC 332之间。一旦将内部构件340的上管345布置在壳体320内，驱动螺母370就在驱动接口347处与上管345同心地且沿上管345的圆周联接到上管345上。驱动螺母370的作用与上面讨论的隔离器200的驱动单元250的作用类似，然而用于将驱动螺母370联接到内部构件340上的构造是不同的。如图21所示，内部构件340包括轴向布置在上管345的上部345a与下部345b之间的驱动接口347。驱动接口347包括渐缩部分347a和非渐缩螺纹表面347b。在该实施例中，上管345的沿着上管外表面346延伸的外径是不同的，具体地说上部345a的外径比下部345b的外径小，并且驱动接口347经由渐缩部分347a提供上下部之间的过渡。上部345a的外径和下部345b的外径中的每一个的尺寸都形成为小于CCC内孔337和RCC内孔338的内径。
继续参见图13、另外参考图23，隔离器300还包括多个RCC 332，每个RCC 332沿着上管345同心地布置在外壳孔334内在驱动螺母370与上肩326a之间。RCC 332构造为当内部构件340相对于外壳324移动时提供比CCC 330的轴向刚度小的轴向刚度，从而使内部构件340沿着中心轴线302朝向两个轴向方向(即，第一轴向方向和第二轴向方向)中的一个方向移动。多个RCC 332中的每一个通常构造为使得当隔离器300经历足以使隔离器300纵向伸长(例如，足以使隔离器300的纵向轴向长度增加)的力或压力时，一个或多个RCC 332的压缩增加。在图23中可以看到处于压缩状态的RCC 332的一部分，图23示出了RCC 332包括多个回弹顺从段332d。每个回弹顺从段332d包括压缩在两个间隔元件332b之间的弹性体元件332a。因此，当RCC 332被进一步压缩时，两个间隔元件332b之间的距离减小，并且当压缩被释放时(即，当CCC 330被进一步压缩时)，两个间隔元件332b之间的距离增加。RCC 332包括多个弹性体元件332a和多个间隔元件332b。每个弹性体元件332a的形状为大体筒形，并且包括穿过弹性体元件332a的RCC内孔338。每个弹性体元件332a由合适的弹性体材料形成，并且尺寸可以形成为相对于中心轴线302具有期望的尺寸，使得每个弹性体元件332a都展现出期望的压缩轮廓。例如，使得当在每个弹性体元件332a上施加特定的压缩力时每个弹性体元件332a都展现出特定的纵向压缩。通过使用传递模制将间隔元件332b和弹性体元件332a完全粘结从而交替地同心地附接到一起，以形成每个RCC 332。弹性体元件332a包括橡胶和腈中的至少一种，并且可以完全粘结，使得RCC内孔338的RCC内孔表面338a在尺寸上是连续的(即，沿着RCC内孔338具有大体均一的轮廓和圆形内径)，而由弹性体元件332a形成的RCC外轮廓338e可以具有与间隔元件332b和RCC内孔表面338a的大体直的轮廓相比至少部分弯曲的轮廓。例如，图18示出了驱动螺母370的纵截面图，并且还示出了回弹顺从段332d的纵截面。如在回弹顺从段332d的纵截面中看到的，弹性体元件332a在外壳孔334内具有至少部分弯曲的轮廓，并且沿着中心轴线302具有基本线性的轮廓。
也可以在从激励源117向内部构件340施加压缩力或拉伸力之前，将弹性体元件332a预压缩在间隔元件332b之间。如图18中关于回弹顺从段332d所示，弹性体元件332a具有比弹性体元件330a的轴向刚度小的轴向刚度，并且粘结为使得弹性体元件332a被预压缩在间隔元件332b之间，以便形成比间隔元件330b之间的弹性体元件330a所形成的抛物线轮廓更宽的抛物线轮廓。由完全粘结并预压缩在两个间隔元件332b之间的弹性体元件332a形成回弹顺从段332d，并且RCC 332具有多个回弹顺从段332d。在隔离器300的该实施例中，每个回弹顺从段332d是串联的，并且每个弹性体元件332a联接在一起以限定RCC内孔338的整个RCC内孔表面338a。如上面本文所讨论的，由RCC 332形成的RCC内孔338的内径大于上管345的外径，使得当未发生批量加载时在RCC内孔338中在上管345的上管外表面346与RCC内孔表面338a之间限定流体通道的路线。在图13和图23所示的实施例中，每个RCC 332包括七个弹性体元件332a和八个间隔元件332b。尽管隔离器300的实施例包括十四个回弹顺从段332d，但是在可选实施例中，总数可以基于预压缩量而变化，并因此基于给予每个间隔元件332b之间的弹性体元件332a的轴向距离而变化。RCC 332还可以具有大体RCC外轮廓332e，并且多个间隔元件332b中的每一个包括一个或多个平坦段332c，一个或多个平坦段332c围绕周部且沿着中心轴线302延伸达CCC外轮廓330e的长度。一个或多个平坦段332c可以至少部分限定并提供在外壳孔334内在下肩322a与上肩326a之间沿着隔离器300的长度的流体连通路线。大体RCC外轮廓332e既包括间隔元件332b又包括弹性体元件332a，而RCC内孔表面338a可以仅由粘结在一起的弹性体元件332a构成。在图23所示的实施例中，RCC 332展现出非线性轴向刚度，并且RCC 332的轴向刚度构造为小于CCC 330的轴向刚度。
在替代实施例中，别的类似的RCC 332包括任何其它合适数量的弹性体元件332a(各具有期望的轴向尺寸)和间隔元件332b。在替代实施例中，CCC 330和RCC 332包括金属弹簧、展现出合适的类似弹簧的特性的丝网材料或类似物以在CCC 330与RCC 332之间提供不同的轴向偏置。
继续参见图13、图15和图21，组装隔离器300以进一步包括下游端盖326。在下游端盖326的上端处，外壳接口329构造为与外壳324的下游端盖接口339螺纹接合并联接。可以理解的是，隔离器300的任何螺纹表面的可选实施例可以包括可移除的的可选联接装置(即，准许可移除的联接)，如快速连接器或其它同心接合结构。下游端盖326是整体结构。替代地，别的类似的下游端盖326可以由两个或更多个可操作地连接的子部件(例如，通过螺纹连接、焊接连接或其它适当的连接联接的两个或更多个子部件)形成。下游端盖326通常(至少部分地)限定有下游端盖孔331，该下游端盖孔331的尺寸通常形成为并构造为可滑动地和/或可移动地接纳内部构件340的至少一部分。下游端盖326进一步限定有(至少部分地)在对准部分348中的多个轴向延伸(即，大体平行于中心轴线302)的销通道333。对准部分348中的每个销通道333通常构造为接纳定位销355(也称作防转销)的至少一部分。例如，每个销通道333可以具有基本上U形的截面，例如在下游端盖孔331的表面下方具有底部为圆形的凹部。在替代实施例中，别的类似的销通道333具有任何合适的截面形状，例如，截面形状取决于用于联接接合的定位销355的形状。每个定位销355构造为维持内部构件340相对于下游端盖326围绕中心轴线302的转动(即，角度)。防转部件(例如，定位销355)的可选实施例可以包括使用围绕内部构件340沿圆周布置的至少一个多边形花键和/或渐开线齿形花键，以与互补的通道(例如，销通道354)和壳体320接合，以便维持内部构件340与壳体320之间的转动(即，径向)对准。
在将定位销355组装在下游端盖326内之前，将内部构件340的上管345沿圆周与驱动螺母370联接，并将活塞342联接到上管345的远端，使得上管345至少部分地沿着中心轴线302布置在外壳320内。当下游端盖326联接到外壳324上并且驱动螺母370在驱动接口347处沿圆周联接到内部构件340上时，CCC 330和CC332中的每一个定位在外壳孔334内。特别地，CCC 330和RCC 332中的每一个同心地串联定位于在上游端盖322的下肩322a与下游端盖326的上肩326a之间界定的外壳孔334内。在该构造中，当没有纵向(即，轴向)压缩力时，并且当没有拉伸力相对于壳体320施加到内部构件340上时，CCC 330和RCC 332中的每一个都被压缩(即，处于预压缩状态)。
如图15所示，隔离器300中的内部构件340的实施例由多个部件构成，而不是与内部构件240的实施例类似的整体结构，该内部构件240具有隔离器200的作为整体的上管245和对准部分248。在隔离器300的该实施例中，内部构件340包括上管345，该上管345在对准部分接口360处可移除地联接到对准部分348上。对准部分348包括不均一的轴向孔366，该轴向孔366构造为接纳上管345以便与上管345联接在一起，并且当隔离器300在轴向上接纳压缩力和/或拉伸力时，产生穿过对准部分接口360的力路径。上管345包括与对准部分348的非渐缩表面364接合的非渐缩螺纹表面362。上管345还包括与对准部分348的渐缩部分363配合的渐缩部分361。除了包括渐缩部分363和非渐缩螺纹表面364之外，对准部分348进一步包括布置在渐缩部分363与非渐缩螺纹表面364之间的凹口365。对准部分接口360构造为基本上类似于驱动接口347，使得通过隔离器300的任何压缩载荷将施加到渐缩部分361、363、347a、376a上，并远离非渐缩螺纹表面362、364、347b、376b，从而降低了直接作用在对准部分348、上管345和驱动螺母370中的每一个的螺纹上的剪切载荷。可以认为驱动接口347和对准部分接口360是隔离器连接段的实施例，这有利于隔离轴向激励力，同时将螺纹表面上的剪切力降至最低程度。这样，隔离器连接段的主体的一个实施例可以是具有不均一的轴向孔366的对准部分348，并且可以认为另一实施例是具有不均一的螺母孔376的驱动螺母370的主体371。
在上管345的下部345b经由对准部分接口360联接到对准部分348上的情况下，可以将防转销(即，定位销355)作为内部构件340的一部分放置在适当位置。当组装起来时，内部构件340可以包括上管345、对准部分348、驱动螺母370和活塞342。内部构件340限定了纵向延伸的流动孔301，该流动孔301是沿内部构件340的长度延伸的环形空间并且在该流动孔301提供了流体连通，从而基于套筒孔327内的体积变化和施加在内部构件340上的轴向力而提供流体阻尼。可以理解的是，组装起来的内部构件340、CCC 330和RCC 332可以实现为隔离器200并且实现了基本上相似的操作。销捕获件380和下游端盖326通过下游端盖326的与销捕获件380的下游端盖接口381可移除地接合的销捕获件接口341可移除地联接在一起。销捕获件380构造为具有大体筒状的空心轮廓，该轮廓具有内径尺寸大于对准部分348的外径的开口，使得准许对准部分348的外表面349与下游端盖孔331之间的流体连通。销捕获件380构造为使定位销355维持在下游端盖326内的布置。在一些实施例中，当下游端盖326具有穿过下游端盖孔331布置的内部构件340时，将对准部分348的销通道354与定位销355装配起来，并且将销捕获件380联接到下游端盖326上，部件的组成可以形成防转装配。对准部分348还包括具有螺纹表面357的适配器部分356，螺纹表面357允许可移除地联接到另一部件上，如钻柱102中的部件，例如脉冲发生器螺旋结构111。
隔离器300可以拆卸下来以便允许其一个或多个部件被移除、检查和/或更换。例如，在图13所示的实施例中，隔离器300构造为可拆卸的，使得可以根据需要和/或根据一部分计划的维护时间间隔移除、检查和更换活塞342、一个或多个CCC 330、一个或多个RCC332、驱动螺母370、上管345、对准部分348、套筒328和/或定位销355中的任何一个。
如图13的实施例所示，隔离器300的四个CCC 330中的每一个围绕上管345的上管外表面346的一部分(即，上部345a)同心地布置，并且纵向上布置(即，轴向布置)在驱动螺母370与上游端盖322的下肩322a之间。而且，两个RCC 332中的每一个围绕上管345的上管外表面346的另一部分(即，下部345b)布置，并且纵向上位于驱动螺母370与下游端盖326的上肩326a之间。当隔离器300处于中性状态时(例如，当没有外部纵向拉伸力且没有外部纵向压缩力施加到隔离器300上时)，四个CCC 330中的至少一个至少部分地被压缩在壳体320内，并且两个RCC 332中的至少一个至少部分地被压缩在壳体320内。一个或多个CCC 330和一个或多个RCC323被压缩(当隔离器300处于中性状态时)的程度是可调节的并且取决于上游端盖322的下肩322a与上游端盖322的上肩326a之间的距离。例如，通过调节上游端盖322与外壳324之间的螺纹连接、通过调节外壳324与下游端盖326之间的螺纹连接和/或通过调节驱动接口347处的螺纹连接。
在操作中，隔离器300当与要隔离的被隔离质量体112联接时提供相对较软(稳定时间相对长)的弹簧质量系统，该系统可操作以将被隔离质量体112与沿着中心轴线202的选定频率的振动扰动隔离。例如，以衰减冲击、阻尼振动、隔离振动以及它们的任何组合。虽然在一些实施例中，被隔离质量体112可以重约150磅(约68千克)，但是在替代实施例中，被隔离质量体112和/或一起包括要由隔离器300隔离的质量体的任何其它部件的重量可以是任何其它合适的量。被隔离质量体112的实例包括可以包括电子部件，这种电子部件可以包括随钻测量(MWD)装置和/或随钻测井(LWD)装置。
例如，在使用隔离器300的HRS 100的可选实施例中，隔离器300接收来自斜口管鞋110的扰动轴向输入力(例如，轴向激励压缩力和/或拉伸力)，并且经由驱动螺母370和CCC330和/或RCC322在内部构件340与壳体320之间传递力。压缩力(例如，有效地将隔离器300纵向压缩并减小隔离器300的总长度的力)经由适配器部分356传递至对准部分348、通过对准部分接口360传递到上管345；上管345将压缩力经由驱动螺母370传递到CCC 330，从而使CCC 330的压缩增加(例如，使CCC 330在驱动螺母370与上游端盖322的下肩322a之间进一步压缩、也就是被压缩到比隔离器300处于中性状态时CCC 330被压缩的程度更大的程度)，并且允许RCC 332释放部分预压缩(即，压缩到比处于中性状态时小的程度)。在该实施例中，当内部构件340相对于壳体320被压缩时，认为内部构件340沿着中心轴线302朝向第一方向进行轴向移动。相反，当内部构件340相对于壳体320被拉伸时，认为内部构件340沿着中心轴线302朝向第二方向进行轴向移动。从激励源117，如钻头106和/或产生轴向输入力的轴向激励工具119接收轴向输入力(无论是压缩力还是/或是拉伸力)。
相反，拉伸力(例如，有效地使隔离器300纵向伸展的力)经由适配器部分356传递到对准部分348、通过对准部分接口360传递到上管345；上管345将拉伸力经由驱动螺母370传递到RCC 332，从而使RCC 332的压缩增加(例如，使得RCC 332在驱动螺母370与上游端盖326的上肩326a之间被进一步压缩、也就是被压缩到比隔离器300处于中性状态时RCC 332被压缩的程度更大的程度)，并允许CCC 330释放部分预压缩(即，压缩到比处于中性状态时小的程度)。如在该实施例中所使用的，术语中性状态是指在内部构件340没有由于外部轴向输入力(即，来自激励源117)而沿着中心轴线302朝向第一方向或第二方向移动(即，内部构件340没有被纵向压缩或拉伸)的情况下内部构件340相对于壳体320的相对位置。在该中性状态下，由于CCC 330和RCC323中的每一个在组装时在驱动螺母370的两侧上均被预压缩，所以认为隔离器300处于双压缩状态。当没有来自激励源117的轴向输入力施加到内部构件340上时，弹性体元件330a、332a各自分别在间隔元件330b、332b之间提供不同的轴向偏置(并因此提供不同的轴向刚度)。
如图13、图16至图18、图22和图23所示，CCC 330具有多个压缩顺从段330d(见图22)，每个压缩顺从段包括在两个间隔元件330b之间被压缩(即，认为被预压缩在中性状态下)的弹性体元件330a，从而在两个间隔元件330b之间的第一限定距离上提供了轴向偏置和第一轴向刚度。类似地，RCC 332具有多个回弹顺从段332d(见图23)，每个回弹顺从段包括在两个间隔元件332b之间被压缩(即，被预压缩在中性状态下)的弹性体元件332a，从而在第二限定距离上提供了第二轴向偏置和第二轴向刚度。回弹顺从段332d的间隔元件332b之间的第二限定距离大于压缩顺从段330d的间隔元件330b之间的第一限定距离，从而有助于CCC 330与RCC 332相比具有更大的轴向刚度。因此，当内部构件340接收压缩力时(即，当内部构件340相对于壳体320被纵向压缩时)，压缩顺从段330d的第一限定距离由于弹性体元件330a的径向扩展(即，被进一步压缩)而减小，并且回弹顺从段332d的第二限定距离由于弹性体元件332a的径向收缩(即，RCC 332释放了部分预压缩)而增加。相反，当内部构件340接收拉伸力时(例如，当内部构件340相对于壳体320被纵向拉伸时)，回弹顺从段322d的第二限定距离由于弹性体元件332a的径向扩展(即，被进一步压缩)而减小，并且压缩顺从段330d的第一限定距离由于弹性体元件330a的径向收缩(即，CCC 330释放了部分预压缩)而增加。这样，可以认为RCC 332与CCC 330相比相对较软(即，具有更小的轴向刚度)，这是因为RCC 332构造为使得：由于弹性体元件332a相对较厚(即，回弹顺从段332d的第二限定距离大于压缩顺从段330d的第一限定距离)并且与弹性体元件330a相比具有更低的轴向刚度(即，更低的轴向偏置)，所以大部分轴向偏转进入到弹性体元件332a中。因此，CCC 330具有第一轴向刚度，而RCC 332具有较小的第二轴向刚度(即，RCC 332的轴向刚度小于CCC330的轴向刚度)。例如，间隔元件330b可以被弹性体元件330a轴向偏置地分隔开构造为约0.4英寸(10.2毫米)的第一限定距离，而间隔元件332b可以被弹性体元件332a轴向偏置地分隔开构造为约为1.2英寸(30.5毫米)的第二限定距离，因此CCC 330上的预压缩大于RCC332上的预压缩。CCC和RCC进一步构造为使得在沿着中心轴线的大的压缩和拉伸运动的作用下，CCC和RCC在整个隔离器中维持接触。这发生在上游端盖与CCC之间、CCC与驱动垫圈之间、驱动垫圈与RCC之间以及RCC与下游端盖之间。
在压缩和/或拉伸轴向力的输入下，弹性体元件330a、332a的扩展和收缩可以以非线性的速率发生。隔离器300可以构造为承受得住沿着中心轴线302高达约150,000lbf(约667千牛顿)的轴向输入力。隔离器300可以向被隔离质量体112持续提供免受力的影响的至少一些隔离，直到发生批量加载。当由于如下原因中的至少一个而对内部构件340相对于壳体320的轴向移动至少部分地起作用时发生批量加载：(i)一个或多个弹性体元件330a、332a沿径向扩展到CCC外轮廓330e和/或RCC外轮廓332e与外壳324之间的接触点，或(ii)一个或多个弹性体元件330a、332a沿径向扩展到CCC内孔表面337a和/或RCC内孔表面338a与上管345的上管外表面346之间的接触点。CCC 330和RCC 332的批量加载防止和/或部分中断了内部构件340的至少一些轴向往复运动，并且在如下情况下发生：CCC内孔337和/或RCC内孔338和/或外壳孔334中的至少一些分别至少部分地被至少一个弹性体元件330a、332a的扩展阻挡，从而至少部分阻挡了沿着CCC内孔337、RCC内孔338和/或外壳孔334的流体通道的路线。由于CCC 330和RCC 332各自被预压缩在它们的中性状态下，所以隔离器300可以承受得住如下轴向输入力：否则在没有预压缩的情况下该轴向输入力会导致发生批量加载。例如，隔离器300构造为使得在施加到隔离器300上的约20,000lbf到约150,000lbf(约89千牛顿到约667.2千牛顿)的轴向力之间可以发生隔离器300的批量加载。
当隔离器300响应于压缩输入力而被完全压缩时，CCC 330远离下游端盖326压靠在下肩322a上并且RCC 332被部分释放。当隔离器300响应于拉伸输入力而完全伸展时，RCC332朝向远离上游端盖322的方向压靠在下游端盖326的上肩326a上。相应地，在CCC 330和/或RCC 332发生故障的情况下，隔离器300的可动部件(例如，具有驱动单元350和壳体320的内部构件340)彼此不分开，而是保持以允许通过打捞技术移除的方式彼此连接。打捞技术可以包括应用外部(即，在隔离器300外部的)轴向力，使得当拉伸力相对于壳体320施加在内部构件340上时，弹性体元件332a可以在压缩增加的作用下鼓出，直到它们接触外壳324的内表面并导致产生至少一些批量加载为止，从而允许至少约20,000lbf(至少约80千牛顿)的拉伸载荷。这可以提供沿着钻柱102的轴向运动并且帮助使诸如隔离器300等部件恢复。
本公开还包括用于隔离部件(例如，被隔离质量体112)的方法的实施例。在公开的实施例中，该方法包括选择与激励源117的操作相关联的激励频率。如本文先前所公开的，激励源117的实施例可以包括轴向激励工具119和钻头106中的至少一个。方法可以进一步包括提供包括被隔离质量体112和隔离器200和/或隔离器300的系统。被隔离质量体112的实施例可以包括系统的在受到轴向力时可能被损坏和/或无法按照预期执行的部件。例如，被隔离质量体112可以包括诸如随钻测量(MWD)部件和/或随钻测井(LWD)部件中的至少一个等电子部件。隔离器300可以构造为包括低于选定激励频率的固有频率。例如，激励频率(即，选定激励频率)可以等于约10Hz到25Hz之间的值。在另一实施例中，激励频率等于约25Hz到100Hz之间的值。HRS 100的一些实施例可以包括本文公开的任何隔离器200和/或隔离器300。方法可以进一步包括如下过程中的任何一个：将隔离器200和/或隔离器300布置在被隔离质量体112与激励源117之间；利用隔离器200和/或隔离器300衰减对被隔离质量体112的冲击；利用隔离器200和/或隔离器300阻尼被隔离质量体112的振动；以及利用隔离器200和/或300将被隔离质量体112与振动隔离。隔离器200和/或隔离器300和/或其组合的固有频率低于由激励源117产生的振动频率，使得在激励频率下的传输率小于1.0。
根据本公开的替代实施例，HRS 100可以包括沿着钻柱102彼此串联连接的两个或更多个隔离器200和/或隔离器300。在一些实施例中，一个或多个隔离器200部件和/或隔离器300部件可以包括金属，诸如但不限于不锈钢。
考虑到该说明书或本文公开的本发明的实践，本发明的其它实施例对于本领域技术人员将是显而易见的。因此，前述说明仅仅被认为是本发明的实例，其真实范围由所附权利要求限定。

Claims (23)

1.一种隔离器，包括：
外壳，其包括外壳孔；
内部构件，其被同轴地接纳在所述外壳内；
预压缩的压缩顺从部件CCC，其布置在所述外壳与所述内部构件之间，所述CCC构造为将所述内部构件朝向一轴向方向偏置；以及
预压缩的回弹顺从部件RCC，其布置在所述外壳与所述内部构件之间，所述RCC构造为将所述内部构件朝向相反轴向方向偏置。
2.根据权利要求1所述的隔离器，其中，所述内部构件朝向所述轴向方向的移动使所述CCC的压缩减小并使所述RCC的压缩增加，并且所述内部构件朝向所述相反轴向方向的移动使所述CCC的压缩增加并使所述RCC的压缩减小。
3.根据权利要求1所述的隔离器，其中，(1)所述CCC中的至少一个构造为允许流体在所述CCC与所述外壳之间通过，并且(2)所述RCC中的至少一个构造为允许流体在所述RCC与所述外壳之间通过。
4.根据权利要求1所述的隔离器，进一步包括：
上游端盖，其附接到所述外壳的上游端盖接口上；以及
陶瓷套筒，其布置在所述上游端盖内。
5.根据权利要求4所述的隔离器，进一步包括由所述内部构件承载的活塞，所述活塞被可移动地接纳在所述陶瓷套筒内。
6.根据权利要求1所述的隔离器，所述隔离器包括压力补偿端口。
7.根据权利要求1所述的隔离器，进一步包括由所述内部构件承载且布置在所述CCC与所述RCC之间的驱动单元。
8.根据权利要求7所述的隔离器，其中所述驱动单元是驱动螺母。
9.根据权利要求1所述的隔离器，其中，所述CCC具有比所述RCC的轴向刚度高的轴向刚度。
10.根据权利要求1所述的隔离器，其中，所述CCC和所述RCC中的至少一个具有非线性轴向刚度。
11.一种烃回收系统HRS，包括：
被隔离质量体；
激励源；以及
隔离器，其布置在所述被隔离质量体与所述激励源之间，所述隔离器包括：
外壳，其包括外壳孔；
内部构件，其被同轴地接纳在所述外壳内；
预压缩的压缩顺从部件CCC，其布置在所述外壳与所述内部构件之间，所述CCC构造为将所述内部构件朝向一轴向方向偏置；以及
预压缩的回弹顺从部件RCC，其布置在所述外壳与所述内部构件之间，所述RCC构造为将所述内部构件朝向相反轴向方向偏置。
12.根据权利要求11所述的HRS，其中，所述激励源是钻头。
13.根据权利要求11所述的HRS，其中，所述内部构件朝向所述轴向方向的移动使所述CCC的压缩减小并使所述RCC的压缩增加，并且所述内部构件朝向所述相反轴向方向的移动使所述CCC的压缩增加并使所述RCC的压缩减小。
14.根据权利要求11所述的HRS(100)，其中，(1)所述CCC中的至少一个构造为允许流体在所述CCC与所述外壳之间通过，并且(2)所述RCC中的至少一个构造为允许流体在所述RCC与所述外壳之间通过。
15.根据权利要求11所述的HRS，进一步包括：
上游端盖，其附接到所述外壳的上游端盖接口上；以及
陶瓷套筒，其布置在所述上游端盖内。
16.根据权利要求15所述的HRS，进一步包括由所述内部构件承载的活塞，所述活塞被可移动地接纳在所述陶瓷套筒内。
17.根据权利要求11所述的HRS，所述隔离器包括压力补偿端口。
18.根据权利要求11所述的HRS，进一步包括由所述内部构件承载且布置在所述CCC与所述RCC之间的驱动单元。
19.根据权利要求18所述的隔离器，其中所述驱动单元是驱动螺母。
20.根据权利要求11所述的HRS，其中，所述CCC具有比所述RCC的轴向刚度高的轴向刚度。
21.根据权利要求11所述的HRS，其中，所述CCC和所述RCC中的至少一个具有非线性轴向刚度。
22.根据权利要求11所述的HRS，其中，所述隔离器构造为如下中的至少一个：使从所述激励源到所述被隔离质量体的冲击的传递衰减；阻尼从所述激励源到所述被隔离质量体的振动；以及将所述被隔离质量体与源自所述激励源的振动隔离。
23.根据权利要求22所述的HRS，其中，来自所述激励源的冲击和来自所述激励源的振动中的至少一个以激励频率发生，所述激励频率选自约10Hz到约25Hz以及约25Hz到约100Hz所构成的一组频率范围。
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