CN111868383A - 用于形成泥浆马达定子的方法 - Google Patents

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Abstract

一种形成泥浆马达定子的方法，该泥浆马达定子具有通道，该通道包括限定第一开口的第一端部、限定第二开口的第二端部以及在该第一端部和该第二端部之间延伸的中间部分，该方法包括在该定子的该第一端部和该第二端部中的一者处将衬垫材料引入该通道中，通过该定子的该第一端部和该第二端部中的一者将具有波状表面的芯轴插入该通道中，使该芯轴和该定子中的一者相对于该芯轴和该定子中的另一者移动，并且使该衬垫材料在该芯轴的该波状表面上从该第一端部和该第二端部中的一者朝向该第一端部和该第二端部中的另一者流动，以在该通道的该内表面上形成衬垫。

Description

用于形成泥浆马达定子的方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年3月29日提交的美国专利申请第15/940083号的权益，该申请全文以引用方式并入本文。
背景技术
在资源勘探和回收产业中，在地层中形成钻孔以用于发现和/或提取地层流体。在大多数情况下，将钻头移入地层中以形成钻孔。钻头可由泥浆马达操作，该泥浆马达依赖于流体或钻井泥浆的流动来产生旋转能量。泥浆马达通常包括定子和转子。定子可以包括平滑孔或凸角孔。通常，由顺应性材料形成的衬垫设置在定子上。在平滑孔定子的情况下，衬垫可限定凸角。转子包括与定子上的凸角相互作用的凸角外表面。在定子和转子之间流动的钻井泥浆导致相对旋转。
在大多数情况下，通过在定子中形成的孔注入衬垫。衬垫在定子的内表面和芯材的外表面之间流动。随着时间的推移，衬垫硬化。一旦硬化，转子和定子可以相对于彼此旋转。在操作中，定子中形成的孔产生局部应力区域，该局部应力区域将缩短泥浆马达的总使用寿命。当衬垫失效时，必须停止使用泥浆马达，以进行修理或更换。
从地层中移除泥浆马达，修理和/或更换泥浆马达，以及将泥浆马达向下运行到地层中是耗时且成本昂贵的工作。因此，本领域可以接受能延长泥浆马达的总体使用寿命的制造技术。
发明内容
根据示例性实施方案的一个方面，提供了一种形成泥浆马达定子的方法，所述泥浆马达定子具有通道，所述通道包括限定第一开口的第一端部、限定第二开口的第二端部以及在所述第一端部和所述第二端部之间延伸的中间部分，所述方法包括在所述定子的所述第一端部和所述第二端部中的一者处将衬垫材料引入所述通道中，通过所述定子的所述第一端部和所述第二端部中的一者将具有波状表面的芯轴插入所述通道中，使所述芯轴和所述定子中的一者相对于所述芯轴和所述定子中的另一者移动，并且使所述衬垫材料在所述芯轴的所述波状表面上从所述第一端部和所述第二端部中的一者朝向所述第一端部和所述第二端部中的另一者流动，以在所述通道的所述内表面上形成衬垫。
附图说明
以下描述不应被认为以任何方式进行限制。参考附图，相同元件以相同附图标记表示：
图1示出了根据示例性实施方案的一方面的泥浆马达定子和用于给该泥浆马达定子加衬的系统；
图2示出了根据示例性实施方案的一方面的被引导到图1所示的泥浆马达定子中的衬垫材料。
图3示出了根据示例性实施方案的一方面的布置在图1所示的泥浆马达定子的第一端处的阀。
图4示出了根据示例性实施方案的一方面的布置在图1所示的泥浆马达定子的第二端处的阀。
图5示出了根据示例性实施方案的另一方面的泥浆马达定子；
图6示出了根据示例性实施方案的又一方面的泥浆马达定子；
图7示出了根据示例性实施方案的另一方面的泥浆马达定子和用于给该泥浆马达定子加衬的系统；并且
图8示出了处于加衬操作中的图7所示的泥浆马达定子。
具体实施方式
本文所公开的设备和方法的一个或多个实施方案的详细描述以参照附图举例而非限制的方式呈现。
根据示例性实施方案的一个方面形成的泥浆马达定子在图1中的10处大致示出。泥浆马达定子10包括主体14，该主体14具有第一端部16、第二端部17和在它们之间延伸的中间部分18。第一端部16限定第一开口20，并且第二端部17限定第二开口22。主体14包括限定通道26的内表面24。在所示的示例性方面，通道26包括从第一端部16延伸到第二端部17的基本上恒定的直径。
根据一个示例性方面，可将芯轴30插入通道26中以启动衬垫施加过程。芯轴30包括第一端部部分33、第二端部部分34和具有选定轮廓38的中间部分36。选定轮廓38包括一几何形状，其适于以本文将讨论的方式被传递到形成在内表面24上的弹性体衬垫40(图2)。
衬垫材料递送喷嘴44可放置在第一开口20处。如图2所示，衬垫递送喷嘴44相对于主体14和芯轴30固定。弹性体衬垫材料50可通过衬垫材料递送喷嘴44引入到通道26中。当衬垫材料50流入通道26时，泥浆马达定子10可相对于芯轴30旋转。具体地讲，泥浆马达定子10可旋转，芯轴30可旋转，或者泥浆马达定子10和芯轴30两者都可旋转。如果泥浆马达定子10和芯轴30两者都旋转，则它们在相反方向上旋转。泥浆马达定子10和芯轴30的相对旋转在通道26中产生泵送动作，将衬垫材料50朝向第二端部17吸引。衬垫材料50可从第二开口22露出。此时，衬垫材料50可固化以形成弹性体衬垫40。
根据图3所示的示例性实施方案的一个方面，入口阀60可以布置在衬垫材料递送喷嘴44中。可选择性地控制入口阀60，以建立期望的衬垫材料50的流速和流量。根据图4所示的另一示例性方面，出口阀62可被布置在第二端部17处。可选择性地控制出口阀62以在通道26中建立期望的背压，以便促进内表面24的涂层更一致。也可以控制出口阀62，以允许约衬垫材料50从第二端部17穿过。
图5示出了根据示例性实施方案的另一方面的泥浆马达定子67。泥浆马达定子67包括主体69，该主体69具有第一端部71、第二端部72和在它们之间延伸的中间部分73。第一端部71限定第一开口75，并且第二端部72限定第二开口76。主体69包括内表面78，该内表面78具有限定通道82的选定轮廓80。
在衬垫形成过程中，芯轴86可被引导到通道82中。芯轴86包括第一端部部分90、第二端部部分91和中间部分93，中间部分93具有在第一端部部分90和第二端部部分91之间延伸的选定轮廓95。在该示例性方面，将衬垫材料50施加到预成形波状表面，如选定轮廓80。选定轮廓80的存在减少了所需衬垫材料的量。在所示的示例性实施方案中，芯轴86的选定轮廓95与内表面78上的选定轮廓80间隔开一选定距离，使得泥浆马达定子67可独立于芯轴86旋转。然而，应当理解，如图6所示，芯轴86的选定轮廓95与内表面78上的选定轮廓80之间的间距可减小，使得泥浆马达定子67的旋转将依赖于芯轴86的互补旋转。
现在将参考图7，描述根据示例性实施方案的另一方面形成的泥浆马达定子110。泥浆马达定子110包括主体112，该主体112包括第一端部114、第二端部115和在它们之间延伸的中间部分117。第一端部114限定第一开口120，并且第二端部115限定第二开口122。主体112包括内表面128，该内表面128具有限定通道131的选定轮廓130。在所示的示例性实施方案中，通道131包括布置在第一端部114处的第一基本恒定直径部分132和布置在第二端部115处的第二基本恒定直径部分133。选定轮廓130在第一基本恒定直径部分132和第二基本恒定直径部分133之间延伸。
在衬垫形成过程中，芯轴140可以被引导到通道131中。芯轴140包括第一端部部分142、第二端部部分143和具有过渡区147的中间节段145。芯轴140包括在第一端部部分142和过渡区147之间延伸的基本线性部分154以及在过渡区147和第二端部部分143之间延伸的波状部分156。芯轴140还可包括布置在第二端部部分143处的端盖160。端盖160相对于芯轴140固定。端盖160可以支撑轴承162，或者可以包括轴承表面。轴承162促进芯轴140和泥浆马达定子110的相对旋转。根据示例性实施方案的一个方面，端盖160可以包括一个或多个通道166。
对于衬垫形成过程，塞174可定位在主体112的第二端部133处的基本恒定直径部分133中。塞174相对于主体112和芯轴140固定，并且包括可接纳芯轴140的基本线性部分154的中心通道179。中心通道179可包括促进芯轴140旋转的轴承(未示出)或轴承表面(也未示出)，如本文将讨论的。塞174还可包括一个或多个通道182。根据示例性方面，芯轴140可插入通道131中，其中基本线性部分154被支撑在中心通道179处。可以通过入口通道182将一定量的衬垫材料190引入通道131中。一定量的衬垫材料可在第一恒定直径部分132和第二恒定直径部分133之间延伸。
此时，芯轴140可以轴向向内移动，使得波状部分156与选定轮廓130对齐，并且端盖160停留在第一恒定直径部分132中，如图8所示。然后芯轴140可以旋转，其中基本线性部分154被支撑在中心通道179处，并且端盖160被支撑在第一恒定直径部分132处。旋转可继续，直到衬垫材料190固化，在内表面128上形成弹性体衬垫(未单独标记)。根据另一个示例性方面，作为在轴向移动芯轴140之前注入衬垫材料的代替，可在注入之前将波状部分156布置在选定轮廓130处。这样，可减少形成弹性体衬垫所需的衬垫材料的量。
下面示出了前述公开的一些实施方案：
实施方案1：泥浆马达定子，所述泥浆马达定子具有通道，所述通道包括限定第一开口的第一端部、限定第二开口的第二端部以及在所述第一端部和所述第二端部之间延伸的中间部分，所述方法包括在所述定子的所述第一端部和所述第二端部中的一者处将衬垫材料引入所述通道中，通过所述定子的所述第一端部和所述第二端部中的一者将具有波状表面的芯轴插入所述通道中，使所述芯轴和所述定子中的一者相对于所述芯轴和所述定子中的另一者移动，并且使所述衬垫材料在所述芯轴的所述波状表面上从所述第一端部和所述第二端部中的一者朝向所述第一端部和所述第二端部中的另一者流动，以在所述通道的所述内表面上形成衬垫。
实施方案2：根据前述任一实施方案的泥浆马达定子，其中引入所述衬垫材料包括引导所述衬垫材料通过形成于塞中的一个或多个开口，所述塞布置在所述第一端部和所述第二端部中的一者处的所述通道中。
实施方案3：根据前述任一实施方案的泥浆马达定子，还包括：通过设置在所述第一端部和所述第二端部中的另一者处的一个或多个出口排放所述衬垫材料的一部分。
实施方案4：根据前述任一实施方案的泥浆马达定子，其中使所述芯轴和所述定子中的一者移动包括使所述芯轴和所述定子中的一者相对于所述芯轴和所述定子中的另一者旋转。
实施方案5：根据前述任一实施方案的泥浆马达定子，还包括：通过所述芯轴和所述定子中的一者的旋转将所述衬垫材料从所述第一端部和所述第二端部中的一者朝向所述第一端部和所述第二端部中的另一者泵送。
实施方案6：根据前述任一实施方案的泥浆马达定子，其中使所述芯轴移动包括将所述芯轴沿所述中间部分从所述第一端部和所述第二端部中的一者朝向所述第一端部和所述第二端部中的另一者轴向插入所述通道中。
实施方案7：根据前述任一实施方案的泥浆马达定子，其中使所述芯轴移动包括将芯轴传送到所述通道中，所述芯轴包括限定基本线性部分的第一端部和限定波状部分的第二端部。
实施方案8：根据前述任一实施方案的泥浆马达定子，还包括：通过设置在所述第一端部和所述第二端部中的一者处的塞支撑所述第一端部。
实施方案9：根据前述任一实施方案的泥浆马达定子，还包括：使所述基本线性部分穿过所述塞中的通道，从而将所述波状部分移动到所述衬垫材料中。
实施方案10：根据前述任一实施方案的泥浆马达定子，还包括：在所述通道的所述第一端部和所述第二端部中的另一者处支撑所述芯轴的所述第二端部。
实施方案11：根据前述任一实施方案的泥浆马达定子，还包括：在所述衬垫材料中旋转所述芯轴的所述波状部分。
实施方案12：根据前述任一实施方案的泥浆马达定子，还包括：通过布置在所述通道的所述第一端部和所述第二端部中的另一者处的端盖来支撑所述芯轴的所述第二端部。
实施方案13：根据前述任一实施方案的泥浆马达定子，其中引入所述衬垫材料包括通过所述塞和所述端盖中的至少一者将所述衬垫材料注入所述通道中。
实施方案14：根据前述任一实施方案的泥浆马达定子，还包括：使所述芯轴的所述波状部分在所述通道中旋转。
实施方案15：根据前述任一实施方案的泥浆马达定子，其中使所述芯轴和所述定子中的一者相对于所述芯轴和所述定子中的另一者移动包括将所述芯轴的波状部分与所述定子的波状轮廓对齐。
实施方案16：根据前述任一实施方案的泥浆马达定子，其中将所述衬垫材料引入所述通道中包括使所述衬垫材料穿过在所述第一端部和所述第二端部中的一者处相对于所述定子和所述芯轴固定的喷嘴。
实施方案17：根据前述任一实施方案的泥浆马达定子，其中通过所述喷嘴引入所述衬垫材料包括使所述衬垫材料穿过插入所述定子的所述第一端部中的喷嘴。
实施方案18：根据前述任一实施方案的泥浆马达定子，还包括：沿着所述定子的所述中间部分从所述第一端部泵送所述衬垫材料。
实施方案19：根据前述任一实施方案的泥浆马达定子，还包括：从所述定子的所述第二端部排放所述衬垫材料的一部分。
实施方案20：根据前述任一实施方案的泥浆马达定子，还包括：通过控制布置在所述定子的所述第一端部和所述第二端部中的一者处的阀来保持所述衬垫材料的可调节背压。
在描述本发明的上下文中(特别是在所附权利要求的上下文中)，术语“一个”、“一种”和“该”以及类似指代的使用应被解释为涵盖单数和复数，除非在本文另外指明或与上下文明显地矛盾。此外，还应当指出的是，本文的术语“第一”、“第二”等并不表示任何顺序、数量或重要性，而是用来将一个元素与另一个元素区分开。与数量结合使用的修饰语“约”包含所陈述的值并且具有由上下文决定的含义(例如，其包括与特定数量的测量相关联的误差度)。
本公开的教导内容可用于多种井操作。这些操作可涉及使用一种或多种处理剂来处理地层、地层中驻留的流体、井筒、和/或井筒中的装备，诸如生产管材。处理剂可以是液体、气体、固体、半固体、以及它们的混合物的形式。例示性的处理剂包括但不限于压裂液、酸、蒸汽、水、盐水、防腐剂、粘固剂、渗透性调节剂、钻井泥浆、乳化剂、破乳剂、示踪剂、流动性改进剂等。例示性的井操作包括但不限于水力压裂、增产、示踪剂注入、清洁、酸化、蒸汽注入、注水、固井等。
虽然已参考一个或多个示例性实施方案描述了本发明，但本领域的技术人员将理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可作出各种改变并且可用等同物代替其元件。另外，在不脱离本发明的基本范围的情况下，可作出许多修改以使特定情形或材料适应本发明的教导内容。因此，预期的是，本发明不限于作为设想用于实现本发明的最佳模式而公开的特定实施方案，而是本发明将包括落入权利要求书的范围内的所有实施方案。另外，在附图和具体实施方式中，已公开了本发明的示例性实施方案，并且尽管已采用了特定术语，但除非另外指明，否则它们仅以一般性和描述性意义使用，而非出于限制的目的，否则本发明的范围因此并不限于此。

Claims (15)

1.一种形成泥浆马达定子(10、67、110)的方法，所述泥浆马达定子具有通道(26、82、131、166)，所述通道包括限定第一开口(20、75、120)的第一端部(16、71、114)、限定第二开口(22、76、122)的第二端部(17、72、115)以及在所述第一端部和所述第二端部之间延伸的中间部分(18、73、117)，所述方法包括：
在所述定子(10、67、110)的所述第一端部(16、71、114)和所述第二端部(17、72、115)中的一者处将衬垫材料(190)引入所述通道(26、82、131、166)中；
通过所述定子(10、67、110)的所述第一端部(16、71、114)和所述第二端部(17、72、115)中的一者将具有波状表面(80)的芯轴(30、86、140)插入所述通道(26、82、131、166)中；
使所述芯轴(30、86、140)和所述定子(10、67、110)中的一者相对于所述芯轴(30、86、140)和所述定子(10、67、110)中的另一者移动；以及
使所述衬垫材料(50、190)在所述芯轴(30、86、140)的所述波状表面(80)上方从所述第一端部(16、71、114)和所述第二端部(17、72、115)中的一者朝向所述第一端部(16、71、114)和所述第二端部(17、72、115)中的另一者流动，以在所述通道(26、82、131、166)的所述内表面(24、78、128)上形成衬垫(40)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中引入所述衬垫材料(50、190)包括引导所述衬垫材料(50、190)通过形成于塞(174)中的一个或多个开口(20、75、120、22、76、122)，所述塞布置在所述第一端部(16、71、114)和所述第二端部(17、72、115)中的一者处的所述通道(26、82、131、166)中。
3.根据权利要求2所述的方法，还包括：通过设置在所述第一端部(16、71、114)和所述第二端部(16、71、114)中的另一者处的一个或多个出口(60、62)排放所述衬垫材料(50、190)的一部分。
4.根据权利要求1所述的方法，其中使所述芯轴(30、86、140)和所述定子(10、67、110)中的一者移动包括使所述芯轴(30、86、140)和所述定子(10、67、110)中的一者相对于所述芯轴(30、86、140)和所述定子(10、67、110)中的另一者旋转。
5.根据权利要求1所述的方法，其中使所述芯轴(30、86、140)移动包括将所述芯轴(30、86、140)沿所述中间部分从所述第一端部(16、71、114)和所述第二端部(17、72、115)中的一者朝向所述第一端部(16、71、114)和所述第二端部(17、72、115)中的另一者轴向插入所述通道中。
6.根据权利要求5所述的方法，其中使所述芯轴(30、86、140)移动包括将芯轴(30、86、140)传送到所述通道中，所述芯轴包括限定基本线性部分的第一端部(16、71、114)和限定波状部分的第二端部(17、72、115)。
7.根据权利要求6所述的方法，还包括：通过设置在所述第一端部(16、71、114)和所述第二端部(17、72、115)中的一者处的塞(174)来支撑所述第一端部(16、71、114)。
8.根据权利要求7所述的方法，还包括：使所述基本线性部分(154)穿过所述塞(174)中的通道(26、82、131、166)，从而将所述波状部分(38、95、130)移动到所述衬垫材料(50、190)中。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括：在所述通道(26、82、131、166)的所述第一端部(16、71、114)和所述第二端部(17、72、115)中的另一者处支撑所述芯轴(30、86、140)的所述第二端部(17、72、115)。
10.根据权利要求8所述的方法，还包括：通过布置在所述通道(26、82、131、166)的所述第一端部(16、71、114)和所述第二端部(17、72、115)中的另一者处的端盖(160)来支撑所述芯轴(30、86、140)的所述第二端部(17、72、115)。
11.根据权利要求1所述的方法，其中使所述芯轴(30、86、140)和所述定子(10、67、110)中的一者相对于所述芯轴(30、86、140)和所述定子(10、67、110)中的另一者移动包括将所述芯轴(30、86、140)的波状部分(38、95、130)与所述定子(10、67、110)的波状轮廓对齐。
12.根据权利要求1所述的方法，其中将所述衬垫材料(50、190)引入所述通道(26、82、131、166)包括使所述衬垫材料(50、190)穿过在所述第一端部(16、71、114)和所述第二端部(17、72、115)中的一者处相对于所述定子(10、67、110)和芯轴(30、86、140)固定的喷嘴(44)。
13.根据权利要求12所述的方法，其中通过所述喷嘴(44)引入所述衬垫材料(50、190)包括使所述衬垫材料(50、190)穿过插入所述定子(10、67、110)的所述第一端部(16、71、114)中的喷嘴(44)。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括：沿着所述定子(10、67、110)的所述中间部分(18、73、117)从所述第一端部(16、71、114)泵送所述衬垫材料(50、190)。
15.根据权利要求1所述的方法，还包括：通过控制布置在所述定子(10、67、110)的所述第一端部(16、71、114)和所述第二端部(17、72、115)中的一者处的阀(60、62)来保持所述衬垫材料(50、190)的可调节背压。
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