RU2588059C2

RU2588059C2 - Mechanical force generator for excitation of downhole device

Info

Publication number: RU2588059C2
Application number: RU2013144550/03A
Authority: RU
Inventors: Оуэн ШИКЕР; Марк Кристофер КАНЛИФФ
Original assignee: Флексидрилл Лимитед
Priority date: 2011-03-04
Filing date: 2012-02-26
Publication date: 2016-06-27

Abstract

FIELD: drilling.

SUBSTANCE: group of inventions relates to drilling. Device for operation as generator of mechanical force close to sine output power, or as means of mechanical excitation with close to sine output power, has longitudinal axis and comprises an elongated inner element axially exposed along longitudinal axis; mass is arranged around inner element and made with possibility of back-and-forth movement relative to it in longitudinal direction; external element around mass and around internal element and relative to which mixture can move axially in longitudinal direction and be held from any significant rotation relative to external element around longitudinal axis; rotary element made with possibility of rotation around longitudinal axis of rotation provide axial reciprocal motion of weight relative to external element; power feed and rotation drive for rotation of rotating element; power output path without impact action or without significant impact action of weight of outer element.

EFFECT: minimized friction forces and/or release of drill string from sticking.

15 cl, 10 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к генераторам механического усилия, устройствам возбуждения, скважинным компоновкам возбуждения и т.п., их использованию, их узлам, соответствующей методологии, системам и т.п.The present invention relates to mechanical force generators, excitation devices, downhole excitation arrangements, and the like, their use, their assemblies, corresponding methodology, systems, and the like.

В сфере бурения и конкретнее в бурении на большой глубине горизонтальных интервалов часто требуется придание бурильной колонне (как составленной из бурильных штанг, так и непрерывной гибкой насосно-компрессорной трубе) аксиального возбуждения некоторого уровня для минимизации сил трения, которые могут серьезно замедлять или останавливать бурение или операции повторного входа в скважину. Кроме того, инструмент такого типа должен быть весьма полезен в составе бурильной колонны (или несколько таких устройств в бурильной колонне) для содействия в освобождении бурильных колонн в случае прихвата.In the field of drilling, and more specifically in drilling at great depths of horizontal intervals, it is often necessary to give the drill string (both composed of drill rods and a continuous flexible tubing) axial excitation of some level to minimize friction forces that can seriously slow down or stop drilling or operations re-entry into the well. In addition, this type of tool should be very useful in the composition of the drill string (or several such devices in the drill string) to assist in the release of the drill string in case of sticking.

В идеале такое устройство должно быть выполнено с возможностью:Ideally, such a device should be configured to:

- работать в нужном месте, когда необходимо;- work in the right place when necessary;

- генерировать достаточное усилие для минимизации трения и/или для освобождения прихваченных бурильных колонн;- generate sufficient force to minimize friction and / or to release stuck drill strings;

- обеспечивать, по существу, беспрепятственный проход текучей среды вдоль инструмента буровых растворов, материалов борьбы с поглощением и т.д.;- provide, essentially, unimpeded passage of fluid along the tool drilling fluids, materials to combat the absorption, etc .;

- иметь регулируемую с поверхности величину усилия, от незначительного до значительного.- have a surface-controlled amount of force, from small to significant.

В дополнение к указанному выше устройство можно также использовать как генератор сейсмического сигнала, или использовать для содействия затвердеванию цемента, или в любом другом варианте применения, где аксиальное возбуждение является полезным.In addition to the above, the device can also be used as a seismic signal generator, or used to facilitate the solidification of cement, or in any other application where axial excitation is useful.

Дополнительной или альтернативной задачей является создание возможности приведения в действие в скважине генератора механического усилия “по требованию”, когда и где требуется. Дополнительной альтернативой является обеспечение постоянной или по большей части постоянной готовности приведения в действие.An additional or alternative task is to create the possibility of actuating the generator of mechanical forces “on demand” in the well, when and where required. An additional alternative is to ensure a constant or for the most part constant readiness for actuation.

Устройства, предложенные и описанные ниже, нацелены на или предназначены для решения, по меньшей мере, одной или нескольких данных задач.The devices proposed and described below are aimed at or are intended to solve at least one or more of these tasks.

В другом аспекте изобретение является генератором механического усилия, содержащим или включающим в себя:In another aspect, the invention is a mechanical force generator, comprising or including:

удлиненный кожух, по меньшей мере, по существу, аксиально проходящих внутренних и наружных элементов,an elongated casing of at least essentially axially extending internal and external elements,

массу в удлиненном кожухе между внутренними и наружными элементами, выполненную с возможностью аксиального возвратно-поступательного перемещения, кроме того, удерживаемую от любого существенного вращения относительно одного или обоих элементов,the mass in the elongated casing between the internal and external elements, made with the possibility of axial reciprocating movement, in addition, retained from any significant rotation relative to one or both elements,

вращающийся элемент с кулачковым устройством или иное устройство создания шагового перемещения, или иное сцепление (“создания шагового перемещения”) с массой между внутренними и наружными элементами, причем вращающийся элемент выполнен с возможностью при вращении относительно массы создавать от оборота (оборотов) на входе вращающегося элемента несколько имульсов с изменением аксиальной длины, выполненной с возможностью создания шагового перемещения компоновки, т.е., предпочтительно, каждый оборот привода вращения создает одно или несколько возвратно-поступательных перемещений и/или аксиальное возбуждение вращающегося элемента и его выполненной с возможностью создания шагового перемещения массы,a rotating element with a cam device or another device for creating a step movement, or another grip (“creating a step movement”) with the mass between the internal and external elements, and the rotating element is configured to create from rotation (revolutions) at the input of the rotating element several impulses with a change in the axial length, made with the possibility of creating a stepwise movement of the layout, i.e., preferably, each revolution of the rotation drive creates one or several reciprocating movements and / or axial excitation of the rotating element and its made with the possibility of creating a stepwise movement of the mass,

привод вращения для прямого или непрямого приведения во вращение вращающегося элемента, и,a rotation drive for directly or indirectly driving the rotating element, and,

если необходимо, любое одно, или несколько, или отсутствие следующего:if necessary, any one, or several, or the absence of the following:

пружина передачи крутящего момента (любого вида) от привода вращения для вращения вращающегося элемента для обеспечения, по меньшей мере, по существу, продольного относительного перемещения между приводом вращения и вращающимся элементом.a torque transmission spring (of any kind) from the rotation drive to rotate the rotating member to provide at least substantially longitudinal relative movement between the rotation drive and the rotating member.

пружина (любого вида), проходящая от бурильной штанги, гибкой насосно-компрессорной трубы или т.п. к удлиненному кожуху от одного конца [например, ближнего], и/илиa spring (of any kind) extending from the drill rod, flexible tubing, or the like. to an elongated casing from one end [eg proximal], and / or

пружина (любого вида), проходящая от бурильной штанги, гибкой насосно-компрессорной трубы, инструмента или т.п. от удлиненного кожуха от другого конца [например, дальнего].a spring (of any kind) extending from the drill rod, flexible tubing, tool, or the like. from an elongated casing from the other end [for example, distant].

Предпочтительно шаговое перемещение массы/вращающегося элемента предусматривает скользящую связь, обеспечивающую их относительное вращение и, кроме того, управление их относительным аксиальным позиционированием как блока в сборе.Preferably, the stepwise movement of the mass / rotating element provides a sliding connection, providing their relative rotation and, in addition, controlling their relative axial positioning as a unit assembly.

Предпочтительно, при работе в устройстве не происходит ударного воздействия.Preferably, when working in the device does not occur impact.

Предпочтительно, генератор механического усилия находится в составе бурильной колонны или выполнен для нее (например, колонны из соединенных бурильных штанг или непрерывной гибкой насосно-компрессорной трубы) для создания аксиального возбуждения.Preferably, the mechanical force generator is included in or made for the drill string (for example, a string of connected drill rods or a continuous flexible tubing) to create axial excitation.

Предпочтительно наружный элемент является трубой или трубчатым корпусом.Preferably, the outer member is a pipe or tubular body.

Предпочтительно, внутренний элемент является трубой (менее предпочтительно, может являться не трубчатым).Preferably, the inner member is a pipe (less preferably, may not be tubular).

Предпочтительно кожух является, по меньшей мере, по существу, герметичным для создания удлиненного кольцевого пространства, в котором масса, вращающийся элемент и привод вращения (и, если имеется, пружина передачи крутящего момента) могут совместно работать надлежащим образом.Preferably, the casing is at least substantially sealed to create an elongated annular space in which the mass, rotatable member and rotary drive (and, if present, torque transmission spring) can work together properly.

Наиболее предпочтительно, вращающийся элемент снабжен выступами криволинейной формы или другим средством, благодаря которому каждый оборот привода вращения создает два или больше циклов (например, возвратно-поступательного перемещения) в качестве аксиального возбуждения. В других вариантах исполнения не имеющий выступов криволинейной формы вращающийся элемент в форме наклонного диска может создавать один цикл за оборот. Альтернативно, можно использовать любой вращающийся элемент, преобразующий ввод вращения в аксиальное перемещение.Most preferably, the rotating member is provided with curved protrusions or other means by which each revolution of the rotation drive creates two or more cycles (for example, reciprocating movement) as an axial drive. In other embodiments, a non-curved, protruding rotating element in the shape of an inclined disk can create one cycle per revolution. Alternatively, any rotating member that converts the rotation input to axial movement can be used.

Предпочтительно масса имеет шлицевое соединение с наружным элементом.Preferably, the mass has a spline connection with the outer element.

Предпочтительно как масса, так и вращающийся элемент опираются на вкладыши, подшипники, ползуны или т.п. от внутреннего элемента.Preferably, both the mass and the rotating member are supported by bushings, bearings, sliders or the like. from the inner element.

Предпочтительно, привод вращения опирается на подшипник или вкладыш и т.п. от внутреннего элемента.Preferably, the rotation drive is supported by a bearing or an insert or the like. from the inner element.

Предпочтительно, привод вращения опирается на, по меньшей мере, один упорный подшипник от наружного элемента.Preferably, the rotation drive is supported by at least one thrust bearing from the outer member.

Предпочтительно, пружина действует как связь между приводом вращения и вращающимся элементом.Preferably, the spring acts as a connection between the rotation drive and the rotating member.

Предпочтительно, путь возбуждения проходит от массы/компоновки вращающегося элемента при изменении ее длины и/или возвратно-поступательном перемещении через передачу крутящего момента на привод вращения и через него в наружный элемент.Preferably, the drive path extends from the mass / arrangement of the rotating member when its length and / or reciprocating movement is changed through the transmission of torque to the rotation drive and through it to the outer member.

Предпочтительно, связывающая передача крутящего момента является резонансной пружиной или включает ее в себя.Preferably, the coupling torque transmission is or includes a resonant spring.

Если необходимо, связывающая пружина отсутствует, и вращающиеся массы являются, по существу, не податливыми.If necessary, a binding spring is absent and the rotating masses are substantially non-compliant.

Предпочтительно, создается центральный проход текучей среды, обеспечивающий прямой, единообразный, непрерывный проход текучей среды через генератор или инструмент.Preferably, a central fluid passage is provided that provides a direct, uniform, continuous passage of fluid through the generator or tool.

Если необходимо, проход текучей среды является не прямым, но создается через наружный корпус или вокруг него.If necessary, the fluid passage is not direct, but is created through or around the outer casing.

Предпочтительно любые компоненты, вступающие в контакт со скважинной текучей средой, выполнены из кислотостойких материалов (например, инконель, монель и т.д.). Если необходимо, кольцевое пространство (но не проход текучей среды) может заполняться или не заполняться несжимаемой текучей средой.Preferably, any components that come into contact with the well fluid are made of acid resistant materials (e.g., Inconel, Monel, etc.). If necessary, the annular space (but not the passage of the fluid) may or may not be filled with an incompressible fluid.

Если необходимо, можно устанавливать виброизолирующий элемент (пружина/шлицевое устройство/надувная оболочка/или любой другой податливый элемент) либо выше или ниже инструмента для минимизации нежелательной вибрации в направлении либо к устью или к забою скважины.If necessary, a vibration isolation element (spring / spline device / inflatable casing / or any other flexible element) can be installed either above or below the tool to minimize unwanted vibration in the direction of either the wellhead or the bottom of the well.

Если необходимо, любой отвод вибрации можно осуществлять в направлении либо к устью, или к забою скважины, или в обоих направлениях.If necessary, any removal of vibration can be carried out in the direction either to the wellhead or to the bottom of the well, or in both directions.

Если необходимо, выходной мощностью/силой на выходе можно управлять, регулируя частоту вращения ведущего вала (либо с помощью подачи текучей среды или другим средством).If necessary, the output power / force at the output can be controlled by adjusting the speed of the drive shaft (either by supplying a fluid or other means).

Предпочтительно, устройство можно использовать в любом месте в бурильной колонне (например, вверху, в середине или в конце) и несколько блоков можно использовать в бурильной колонне.Preferably, the device can be used anywhere in the drill string (for example, above, in the middle or at the end) and several blocks can be used in the drill string.

Если необходимо, устройство можно использовать в соединении с перепускными клапанами (как текучей среды, так или газовыми и т.д.), которые можно использовать для сцепления/расцепления устройства с помощью разобщения с ведущим валом.If necessary, the device can be used in conjunction with bypass valves (both fluid and gas, etc.), which can be used to engage / disengage the device by disengaging from the drive shaft.

Если необходимо, податливый элемент (элементы: пружина и т.д.) может располагаться в любом месте в компоновке.If necessary, a malleable element (elements: spring, etc.) can be located anywhere in the layout.

Если необходимо, любые/все подшипники в устройстве могут защищаться от любой наносящей повреждения силы податливым элементом (элементами: пружинами, надувными оболочками, эластомерами и т.д.).If necessary, any / all bearings in the device can be protected from any damaging force by a compliant element (elements: springs, inflatable shells, elastomers, etc.).

В другом аспекте предложено устройство возбуждения, содержащее или включающее в себя:In another aspect, an excitation device is provided, comprising or including:

сцепленные массы, по меньшей мере, частично удерживаемые или направляемые для перемещения в виде сцепленной компоновки на оси, причем одна масса (“вращающаяся масса”) выполнена вращающейся относительно другой массы вокруг оси для циклического изменения аксиальной длины компоновки сцепленных масс,cohesive masses at least partially held or guided for movement in the form of a cohesive arrangement on an axis, moreover, one mass (“rotating mass”) is made rotating relative to another mass around the axis to cyclically change the axial length of the arrangement of the interlocked masses

привод вращения, иrotation drive, and

пружину (любого вида), помещенную между приводом вращения и вращающейся массой, выполненную с возможностью передачи крутящего момента от привода вращения на вращающуюся массу, кроме того, меняющую длину под управлением сцепленных масс.a spring (of any kind) placed between the rotation drive and the rotating mass, configured to transmit torque from the rotation drive to the rotating mass, in addition, changing the length under the control of the interlocked masses.

Предпочтительно, привод вращения расположен на пути для передачи возбуждения через пружину от сцепленных масс.Preferably, the rotation drive is located on the path for transmitting excitation through the spring from the interlocked masses.

Предпочтительно, сцепленные массы имеют одну массу, соединенную шлицами с удерживающим корпусом, и вращающаяся масса вращается вокруг внутреннего удлиненного элемента, служащего аксиальной направляющей сцепленных масс.Preferably, the adhered masses have one mass connected by splines to the holding body, and the rotating mass rotates around an inner elongated element serving as an axial guide of the adhered masses.

В другом аспекте предложено устройство возбуждения, зависящее от селективного привода вращения через податливую удлиняющуюся/сокращающуюся связь передачи крутящего момента в челночную компоновку возвратно-поступательного перемещения, которая сама меняет общую длину во время челночного перемещения, причем челночная компоновка имеет массу, возвратно-поступательно перемещающуюся аксиально вдоль оси привода вращения, и вращающийся элемент, связанный с помощью связи передачи крутящего момента.In another aspect, an excitation device is proposed that depends on a selective rotation drive through a compliant lengthening / contracting torque transmission link to the shuttle arrangement of the reciprocating movement, which itself changes the total length during the shuttle movement, the shuttle arrangement having a mass reciprocating axially moving along the axis of the rotation drive, and a rotating member coupled via a torque transmission link.

Предпочтительно, при работе в режиме без резонанса вращение элемента, вращающегося под действием передаваемого крутящего момента, создает воздействие кулачковым устройством на невращающуюся массу для изменения общей длины челночной компоновки, и при работе в режиме с резонансом или вблизи резонанса, удлиняющаяся/сокращающаяся связь осуществляет улучшенный контроль в средних положениях челночной компоновки относительно привода вращения.Preferably, when operating in the non-resonant mode, the rotation of the element rotating under the influence of the transmitted torque creates a cam action on the non-rotating mass to change the total length of the shuttle arrangement, and when operating in the resonant mode or near the resonance, the elongated / shortened coupling provides improved control in the middle positions of the shuttle arrangement relative to the rotation drive.

Предпочтительно, выход возбуждения происходит через связь и привод вращения в корпус (например, через упорный подшипник).Preferably, the excitation output occurs through coupling and a rotation drive into the housing (e.g., through a thrust bearing).

В другом аспекте изобретено применение в корпусе или бурильной колонне массы (не вращающейся относительно корпуса) с шаговым перемещением под воздействием вращающегося кулачкового устройства (вращающегося относительно корпуса), такой как челночная компоновка, выполненная с возможностью:In another aspect, the use of a mass (not rotating relative to the housing) with step motion under the influence of a rotating cam device (rotating relative to the housing), such as a shuttle arrangement configured to:

(I) увеличения и уменьшения длины в осевом направлении при взаимодействии вращающегося кулачкового устройства со следящим устройством массы, и(I) increasing and decreasing the length in the axial direction when the rotating cam device interacts with the mass tracking device, and

(II) приема крутящего момента для вращения вращающегося кулачкового устройства от удлиняющейся/сокращающейся связи от ввода вращения.(Ii) receiving a torque for rotating the rotary cam device from an elongated / contracting connection from the input of rotation.

Предпочтительно, применение обеспечивает возбуждение корпуса в аксиальном направлении (предпочтительно с помощью связи в корпус через ввод вращения).Preferably, the application provides axial excitation of the housing (preferably by coupling into the housing via rotation input).

В другом аспекте изобретен генератор механического усилия, содержащий или включающий в себя:In another aspect, a mechanical force generator is invented, comprising or including:

удлиненный кожух, по меньшей мере, по существу, продольно проходящих внутренних и наружных элементов, причем наружный элемент является трубой;an elongated casing of at least substantially longitudinally extending inner and outer elements, the outer element being a pipe;

массу, челнок или поршень (“поршень”) в удлиненном кожухе между внутренними и наружными элементами выполненные с возможностью возвратно-поступательного перемещения в продольном направлении, кроме того, удерживаемые от любого существенного вращения относительно одного или обоих элементов,mass, shuttle or piston (“piston”) in the elongated casing between the internal and external elements made with the possibility of reciprocating movement in the longitudinal direction, in addition, held from any significant rotation relative to one or both elements,

вращающийся элемент, выполненный с возможностью создания шагового перемещения с поршнем, но вращающийся относительно него, и как часть поршневой компоновки в кожухе между внутренними и наружными элементами, причем вращение вращающегося элемента обуславливает возвратно-поступательное перемещение поршня относительно вращающегося элемента и, таким образом, с помощью шагового перемещения, изменение длины поршневой компоновки,a rotating element configured to create a stepwise movement with the piston, but rotating relative to it, and as part of the piston arrangement in the casing between the internal and external elements, the rotation of the rotating element causing the reciprocating movement of the piston relative to the rotating element and, thus, using step movement, changing the length of the piston arrangement,

привод вращения, иrotation drive, and

передачу крутящего момента от привода вращения для вращения вращающегося элемента для обеспечения, по меньшей мере, по существу, продольного относительного перемещения между приводом вращения и вращающимся элементом и образования части пути для возбуждения, обусловленного изменением длины поршневой компоновки и любых возвратно-поступательных перемещений ее средних положений относительно кожуха.transmitting torque from the rotation drive to rotate the rotating member to provide at least substantially longitudinal relative movement between the rotation drive and the rotating member and forming part of the excitation path due to a change in the length of the piston assembly and any reciprocating movements of its middle positions relative to the casing.

В дополнительном аспекте изобретено устройство возбуждения, выполненное с функциональной возможностью селективного создания скважинного аксиального возбуждения, причем устройство имеет или должно иметь как часть бурильной колонны (либо соединенные бурильные штанги или непрерывная гибкая насосно-компрессорная труба), продольно проходящий кожух с аксиально проходящим корпусом и разнесенным в направлении внутрь аксиально проходящим внутренним элементом (предпочтительно, трубчатым);In an additional aspect, an excitation device is invented that is operable to selectively generate borehole axial excitation, the device having or should have, as part of a drill string (either connected drill rods or a continuous flexible tubing), a longitudinally extending casing with an axially extending body and spaced apart inwardly with an axially extending inner member (preferably tubular);

причем устройство, отличающееся тем, что наружная труба несет (например, с помощью, по меньшей мере, одного упорного подшипника) селективно вращающуюся компоновку привода вращения (например, любого из видов, упомянутых ниже в данном документе); иmoreover, the device, characterized in that the outer tube carries (for example, using at least one thrust bearing) selectively rotating layout of the rotation drive (for example, any of the types mentioned below in this document); and

дополнительно, отличающееся тем, что в корпусе, но вокруг внутреннего элемента, располагается аксиально возвратно-поступательно перемещающаяся компоновка, состоящая из следующего:additionally, characterized in that in the housing, but around the inner element, there is an axially reciprocating moving arrangement, consisting of the following:

(I) поршня или челнока, выполненных с возможностью перемещения продольно в корпусе, но не вращаясь относительно него, и(I) a piston or shuttle configured to move longitudinally in the housing, but not rotating relative to it, and

(II) вращающийся элемент, выполненный с кулачковым устройством с возможностью обеспечивать шаговое возвратно-поступательное аксиальное перемещение относительно поршня или челнока или их самих, и, кроме того, перемещаться аксиально с ними, вне зависимости от вращения относительно поршня или челнока;(II) a rotating element made with a cam device with the ability to provide stepwise reciprocating axial movement relative to the piston or shuttle or themselves, and, in addition, to move axially with them, regardless of rotation relative to the piston or shuttle;

и, дополнительно, отличающееся тем, что продольно эластичная передача крутящего момента установлена между компоновкой привода вращения и вращающимся элементом, при этом вращение компоновки привода вращения может обеспечивать вращение вращающегося элемента, и указанное приводит к продольному возвратно-поступательному перемещению компоновки аксиального-возвратно-поступательного перемещения.and, further, characterized in that a longitudinally elastic torque transmission is installed between the rotation drive arrangement and the rotating member, wherein the rotation of the rotation drive assembly can provide rotation of the rotating member, and the aforementioned leads to longitudinal reciprocating movement of the axial-reciprocal movement arrangement .

Предпочтительно, продольное возвратно-поступательное перемещение частично обусловлено аксиальным растяжением и сжатием передачи крутящего момента при работе в ответ на взаимодействия с кулачковым устройством, как следствие шагового перемещения.Preferably, the longitudinal reciprocating movement is partially due to axial stretching and compression of the torque transmission during operation in response to interactions with the cam device as a result of the stepwise movement.

В другом аспекте изобретена скважинная компоновка возбуждения для вибрирования полностью или частично как следствие аксиального возвратно-поступательного перемещения массы, включающей в себя челнок или поршень компоновки (“поршневой компоновки”), реагирующей на селективный привод вращения, причем, компоновка содержит или включает в себя:In another aspect, a borehole drive arrangement for vibrating, in whole or in part, as a result of axial reciprocating mass transfer, including a shuttle or piston assembly (“piston arrangement”) responsive to a selective rotation drive, is provided, the arrangement comprising or includes:

кожух, по меньшей мере, по существу, аксиально проходящих внутренних и наружных элементов,a casing of at least substantially axially extending internal and external elements,

массу, челнок или поршень (“поршень”) в кожухе между внутренними и наружными элементами, выполненный с возможностью аксиального возвратно-поступательного перемещения, кроме того, удерживаемый от любого существенного вращения относительно одного или обоих указанных элементов,the mass, shuttle or piston (“piston”) in the casing between the internal and external elements, made with the possibility of axial reciprocating movement, in addition, restrained from any significant rotation relative to one or both of these elements,

связанный вращающийся элемент, выполненный с возможностью создания шагового перемещения, как часть поршневой компоновки в кожухе между внутренними и наружными элементами, причем каждый оборот вращающегося элемента, по меньшей мере, частичный, обуславливает, по меньшей мере, одно возвратно-поступательное перемещение, или несколько возвратно-поступательных перемещений поршня относительно вращающегося элемента и/или поршневой компоновки,a coupled rotating element configured to create a stepwise movement as part of the piston arrangement in the casing between the internal and external elements, each rotation of the rotating element, at least partial, causing at least one reciprocating movement, or several reciprocating translational movements of the piston relative to the rotating element and / or piston arrangement,

привод вращения, иrotation drive, and

передачу крутящего момента от привода вращения для связывания, и для вращения вращающегося элемента, и для обеспечения, по меньшей мере, по существу, продольного относительного перемещения между приводом вращения и вращающимся элементом, причем связь, выполненную в виде подходящей пружины с возможностью попеременного создания возвращающей силы натяжения и сжимающей силы разделения.the transmission of torque from the rotation drive for coupling, and for rotation of the rotating element, and for providing at least essentially longitudinal relative movement between the rotation drive and the rotating element, the connection being made in the form of a suitable spring with the possibility of alternately creating a returning force tension and compressive force separation.

Предпочтительно передача настраивается или выполнена с возможностью настройки, обеспечивающей усиление силы при резонансе или вблизи резонанса или без обеспечения такого усиления.Preferably, the transmission is tuned or configured to provide a gain in or without resonance at or near resonance.

Предпочтительно, вращающийся элемент создает несколько возвратно-поступательных перемещений при каждом обороте на входе.Preferably, the rotating element creates several reciprocating movements for each revolution at the input.

вращающийся элемент, выполненный с возможностью создания шагового перемещения, или иначе сцепленный («создания шагового перемещения») с массой между внутренними и наружными элементами, причем вращающийся элемент выполнен с возможностью при вращении относительно массы изменять аксиальную длину выполненной с возможностью создания шагового перемещения компоновки,a rotating element configured to create a step movement, or otherwise coupled ("creating a step movement") with the mass between the internal and external elements, and the rotating element is made with the possibility of rotation relative to the mass to change the axial length made with the possibility of creating a step movement of the layout,

привод вращения, иrotation drive, and

пружину передачи крутящего момента (любого вида) от привода вращения для вращения вращающегося элемента для обеспечения, по меньшей мере, по существу, продольного относительного перемещения, между приводом вращения и вращающимся элементом.a torque transmission spring (of any kind) from the rotation drive to rotate the rotating member to provide at least substantially longitudinal relative movement between the rotation drive and the rotating member.

Предпочтительно шаговое перемещение массы/вращающегося элемента предусматривает скользящую связь, обеспечивающую их относительное вращение и, кроме того, управление их относительным аксиальным позиционированием, как блока в сборе.Preferably, the stepping movement of the mass / rotating element provides for a sliding connection, providing their relative rotation and, in addition, controlling their relative axial positioning as a unit assembly.

Если необходимо, при работе в устройстве не происходит ударного воздействия.If necessary, when working in the device does not occur impact.

Предпочтительно, генератор механического усилия выполнен в бурильной колонне или для нее (например, либо колонны из соединенных бурильных штанг или непрерывной гибкой насосно-компрессорной трубы) для создания аксиального возбуждения.Preferably, the mechanical force generator is provided in or for the drill string (for example, either a string of connected drill rods or a continuous flexible tubing) to generate axial excitation.

Предпочтительно, внутренний элемент является трубой.Preferably, the inner member is a pipe.

Предпочтительно кожух является, по меньшей мере, по существу, герметичным для создания удлиненного кольцевого пространства, в котором масса, вращающийся элемент, привод вращения и пружина передачи крутящего момента могут совместно работать.Preferably, the casing is at least substantially sealed to create an elongated annular space in which the mass, the rotating member, the rotation drive, and the torque transmission spring can work together.

Если необходимо, каждый оборот привода вращения создает одно или несколько возвратно-поступательных перемещений и/или аксиальное возбуждение вращающегося элемента и его выполненной с возможностью создания шагового перемещения массы.If necessary, each revolution of the rotation drive creates one or more reciprocating movements and / or axial excitation of the rotating element and its made with the possibility of creating a stepwise movement of the mass.

Предпочтительно, вращающийся элемент снабжен выступами криволинейной формы.Preferably, the rotating element is provided with protrusions of a curved shape.

кулачковое устройство вращающегося элемента или иное устройство создания шагового перемещения, или иначе сцепленное («для создания шагового перемещения») с массой между внутренними и наружными элементами, вращающийся элемент выполнен с возможностью при вращении относительно массы создавать при обороте (оборотах) на входе вращающегося элемента несколько импульсов с изменением аксиальной длины, выполненной с возможностью создания шагового перемещения компоновки, т.е. предпочтительно каждый оборот привода вращения создает одно или несколько возвратно-поступательных перемещений и/или аксиальное возбуждение вращающегося элемента и его выполненной с возможностью создания шагового перемещения массы,a cam device of a rotating element or other device for creating a step movement, or otherwise coupled ("to create a step movement") with the mass between the internal and external elements, the rotating element is configured to create several pulses with a change in the axial length, made with the possibility of creating a stepwise movement of the layout, i.e. preferably, each revolution of the rotation drive creates one or more reciprocating movements and / or axial excitation of the rotating element and its ability to create a stepwise movement of the mass,

привод вращения для прямого или непрямого приведения во вращение вращающегося элемента,rotation drive for direct or indirect rotation of the rotating element,

и если необходимо, любое одно, или несколько, или отсутствие следующего:and if necessary, any one, or several, or the absence of the following:

пружина передачи крутящего момента (любого вида) от привода вращения для вращения вращающегося элемента для обеспечения, по меньшей мере, по существу, продольного относительного перемещения, между приводом вращения и вращающимся элементом.a torque transmission spring (of any kind) from a rotation drive to rotate the rotating member to provide at least substantially longitudinal relative movement between the rotation drive and the rotating member.

пружина (любого вида), проходящая от бурильной штанги, гибкой насосно-компрессорной трубы, или т.п. к удлиненному кожуху от одного конца [например, ближнего], и/илиa spring (of any kind) extending from the drill rod, flexible tubing, or the like. to an elongated casing from one end [eg proximal], and / or

Предпочтительно на устройство при работе нет ударного воздействия.Preferably there is no impact on the device during operation.

Предпочтительно, устройство выполнено в составе бурильной колонны или для нее (например, либо колонны из соединенных бурильных штанг или непрерывной гибкой насосно-компрессорной трубы) для создания аксиального возбуждения.Preferably, the device is made in the composition of the drill string or for it (for example, either a string of connected drill rods or a continuous flexible tubing) to create axial excitation.

Предпочтительно, вращающийся элемент снабжен выступами криволинейной формы или другим средством, благодаря которому каждый оборот привода вращения создает два или больше циклов (например, возвратно-поступательного перемещения) в качестве аксиального возбуждения.Preferably, the rotating element is provided with protrusions of a curved shape or other means by which each revolution of the rotation drive creates two or more cycles (for example, reciprocating movement) as an axial drive.

Предпочтительно, имеется связывающая передача крутящего момента, которая является резонансной пружиной или включает ее в себя.Preferably, there is a binding torque transmission, which is a resonant spring or includes it.

Предпочтительно обеспечен проход текучей среды через устройство.Preferably, fluid is provided through the device.

Предпочтительно кольцевое пространство (но не проход текучей среды) может быть заполнено несжимаемой текучей средой.Preferably, the annular space (but not the passage of the fluid) may be filled with an incompressible fluid.

Предпочтительно, виброизолирующий элемент (пружина/шлицевое устройство/надувная оболочка/или любой другой податливый элемент) расположен выше или ниже для минимизации нежелательной вибрации в направлении либо к устью, или к забою скважины.Preferably, the vibration isolating element (spring / spline device / inflatable shell / or any other flexible element) is located above or below to minimize unwanted vibration in the direction of either the wellhead or the bottom of the well.

Если необходимо, любая вибрация отводится в направлении либо к устью, или к забою скважины, или в обоих направлениях.If necessary, any vibration is diverted towards either the wellhead or the bottom of the well, or in both directions.

Предпочтительно, выходной мощностью/силой на выходе можно управлять, регулируя частоту вращения ведущего вала (либо с помощью подачи текучей среды или другим средством).Preferably, the output power / output force can be controlled by adjusting the rotational speed of the drive shaft (either by supplying a fluid or other means).

Предпочтительно, устройство используется в бурильной колонне.Preferably, the device is used in a drill string.

Предпочтительно, устройство используется в соединении с перепускными клапанами, (либо текучей среды, или газа, и т.д.), которые можно использовать для подсоединения/отсоединения ведущего вала.Preferably, the device is used in conjunction with bypass valves (either fluid or gas, etc.) that can be used to connect / disconnect the drive shaft.

Предпочтительно податливый элемент (элементы: пружина и т.д.) используется в компоновке.Preferably, a ductile element (elements: spring, etc.) is used in the arrangement.

Предпочтительно, изобретение является устройством, средством или генератором, описанным выше, при этом устройство можно устанавливать как выше, ниже, так и выше и ниже источника крутящего момента.Preferably, the invention is a device, means or generator described above, wherein the device can be installed both above, below, and above and below the source of torque.

Если необходимо, и предпочтительно, устройство, средство или генератор при использовании, или приспособленное для использования, можно применять в одном или нескольких следующих скважинных мероприятий:If necessary, and preferably, the device, means or generator in use, or adapted for use, can be used in one or more of the following downhole activities:

- переключение клапанов,- switching valves

- установка пробок,- installation of traffic jams,

- установка фильтров,- installation of filters,

- борьба с поступлением песка в фильтрах,- struggle with the entry of sand in the filters,

- расфрезеровывание,- milling,

- удаление нерастворимого осадка,- removal of insoluble precipitate,

- цементирование,- cementing,

- отбор керна,- coring,

- бурение,- drilling

- ловильные работы для извлечения прихваченных инструментов,- fishing operations for the extraction of seized tools,

- работы на стальном тросе.- work on a steel cable.

Предпочтительно, источник крутящего момента имеет два выхода привода вращения что обеспечивает установку вибрационного устройства выше источника крутящего момента и установку некоторых других инструментов (например, бурового долота/фрезера и т.д.) ниже источника крутящего момента.Preferably, the torque source has two outputs of the rotation drive, which allows the vibration device to be installed above the torque source and some other tools (e.g., drill bit / milling cutter, etc.) installed below the torque source.

При использовании в данном документе термин “связь” и его вариации означают просто удержание вместе.When used in this document, the term “connection” and its variations simply mean holding together.

При использовании в данном документе термин “вращающийся” относится в варианте вращающегося элемента только к его способности вращаться относительно массы, с которой он сцепляется или шаговое перемещение которой создает. Должно быть ясно, что как часть бурильной колонны, устройство в целом может являться вращающимся.When used in this document, the term “rotating” refers in the embodiment of the rotating element only to its ability to rotate relative to the mass with which it is coupled or whose stepwise movement creates. It should be clear that as part of the drill string, the device as a whole can be rotatable.

При использовании в данном документе термин “поршень” может включать в себя любую массу, циклически перемещающуюся вдоль оси, на которой вращающийся элемент вращается. Термин “поршень” не требует и не исключает любого предполагаемого последовательного сжатия газа.As used herein, the term “piston” may include any mass cyclically moving along the axis on which the rotating member rotates. The term “piston” does not require or exclude any intended sequential compression of the gas.

“Пружина” может являться трубчатой пружиной (например, из скручивающегося в проволочную спираль титана или друг). Пружина может являться унитарным элементом или совместно работающей группой элементов. Пружина может иметь скелетную или не скелетную структуру. Пружина может быть выполнена из синтетического каучука, являться пневматической пружиной или любым другим податливым элементом, отвечающим необходимым требованиям.A “spring” may be a tubular spring (for example, from titanium twisted into a wire spiral or friend). The spring may be a unitary element or a jointly working group of elements. A spring may have a skeletal or non-skeletal structure. The spring can be made of synthetic rubber, be a pneumatic spring or any other malleable element that meets the necessary requirements.

Использование в данном документе термина “во множественном числе” означает, что существительное применимо как единственном числе, так и в множественном числе.The use of the term “in the plural” in this document means that the noun is applicable both in the singular and in the plural.

При использовании в данном документе термин “и/или” означает “и” или “или”. В некоторых обстоятельствах означает то и другое.As used herein, the term “and / or” means “and” or “or”. In some circumstances, it means both.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Предпочтительные формы настоящего изобретения описаны ниже со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых показано следующее.Preferred forms of the present invention are described below with reference to the accompanying drawings, in which the following is shown.

На фиг.1 [в разных состояниях выше и ниже центральной осевой линии (“CL”) на фиг.1A и 1B соответственно] показан вариант осуществления устройства настоящего изобретения, на фиг.1A показано состояние максимального возвратно-поступательного смещения массы/поршня при ходе растяжения и на фиг.1B показано состояние максимального смещения массы/поршня при ходе сжатия (например, в положении на 180°).1 [in different states above and below the center center line (“CL”) of FIGS. 1A and 1B, respectively] shows an embodiment of the apparatus of the present invention, FIG. 1A shows the state of maximum reciprocating mass / piston displacement during stroke 1B, the state of maximum mass / piston displacement during compression (for example, in a 180 ° position) is shown.

На фиг.2 показана, в качестве примера, вибрирующая шайба с четырьмя криволинейными рабочими выступами, как подходящая часть вращающегося элемента для действия в качестве кулачковой шайбы с четырьмя криволинейными рабочими выступами или кулачкового следящего устройства (нет принципиальной разницы, если соответствует массе с которой контактирует).Figure 2 shows, as an example, a vibrating washer with four curved working ledges, as a suitable part of the rotating element to act as a cam washer with four curved working ledges or cam follower (there is no fundamental difference if it corresponds to the mass with which it is in contact) .

На фиг.3 показано для варианта осуществления, по существу, фиг.1A применяемое при необходимости исполнение с заполнением текучей средой с непрерывным путем бурового раствора во внутренней трубе и указана позицией 'F', применяемая при необходимости окружающая текучая среда, заключенная в герметичный объем, и подшипники внутри наружной трубы.FIG. 3 shows, for the embodiment, substantially FIG. 1A, a fluid-filled, continuous fluid path, if necessary, in the inner pipe, and indicated by “F”, and, if necessary, a surrounding fluid enclosed in a sealed volume, and bearings inside the outer pipe.

На фиг.4 показана компоновка головки прямолинейного бурения, включающая в себя устройство, например, фиг.1 или фиг.3.Figure 4 shows the layout of the head straight drilling, including a device, for example, figure 1 or figure 3.

На фиг.5 показан вариант осуществления изобретения способом, аналогичным фиг.1 (и фиг.1A и 1B), где нет пружины, помещенной между вращающим ведущим валом и вибрирующей шайбой с несколькими криволинейными рабочими выступами для вращения ведущим валом.FIG. 5 shows an embodiment of the invention in a manner analogous to FIG. 1 (and FIGS. 1A and 1B), where there is no spring placed between the rotating drive shaft and the vibrating washer with several curved working protrusions for rotation by the drive shaft.

На Фиг.6 показан способом, аналогичным фиг.1, вариант осуществления где, кроме того, устройство изобретения является шлицовым устройством, пружиной или тем и другим, соединенным с помощью наружной трубы с бурильной колонной (например, в каждом случае с бурильной штангой, гибкой насосно-компрессорной трубой или т.п.).Figure 6 shows a method similar to Figure 1, an embodiment where, in addition, the device of the invention is a spline device, a spring, or both connected via an outer pipe to a drill string (for example, in each case, a drill rod, flexible tubing or the like).

На фиг.7 показано приспособление устройства, по существу, фиг.1 (включающего в себя показанное на фиг.1A и на фиг.1B), используемое также для генерирования электроэнергии в скважине.FIG. 7 shows a fixture of the apparatus of substantially FIG. 1 (including the one shown in FIG. 1A and FIG. 1B), also used to generate electricity in the well.

На фиг.8 показано генерирующее усилие молотковое устройство.Fig. 8 shows a force generating hammer device.

На фиг.9A показан кривой переводник в составе компоновки для головки управляемого бурения.On figa shows a curve sub in the composition for the head of controlled drilling.

На фиг.9B показана часть внутреннего устройства кривого переводника [например, уплотнение внецентренного подшипника и гибкий вал или аналогичное устройство передачи крутящего момента между устройством варианта осуществления фиг.1A/1B и гидравлическим забойным двигателем.FIG. 9B shows a portion of the internal structure of a curve sub [for example, eccentric bearing seals and a flexible shaft or similar torque transmission device between the device of the embodiment of FIG. 1A / 1B and a downhole hydraulic motor.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

На фиг.1 (в ее частях 1A и 1B) показана наружная труба или корпус 1 и внутренняя труба 2. Кольцевая окружающая среда изолирована с помощью кольцевых уплотнений круглого сечения или уплотнений 3 и 5 другого типа соответственно между позициями 1 и 2 и позициями 1, 4 и 2.Figure 1 (in its parts 1A and 1B) shows the outer pipe or casing 1 and the inner pipe 2. The annular environment is isolated with O-rings or other types of seals 3 and 5, respectively, between positions 1 and 2 and positions 1, 4 and 2.

Челночная компоновка содержит массу, челнок или поршень 8 и вращающийся элемент 10, выполненный с возможностью создания шагового перемещения (также масса). Вкладыши 9 и 11 обеспечивают челночной компоновке (8 и 10) перемещение вдоль оси труб 1 и 2, при этом шлицевое устройство 19 связывает массу, челнок или поршень 8, препятствуя вращению относительно корпуса 1.The shuttle arrangement comprises a mass, a shuttle or a piston 8 and a rotating element 10, configured to create a stepwise movement (also mass). The liners 9 and 11 provide the shuttle arrangement (8 and 10) movement along the axis of the pipes 1 and 2, while the spline device 19 connects the mass, shuttle or piston 8, preventing rotation relative to the housing 1.

Вращение вращающегося элемента 10 происходит от приводного вала или другого ведущего вала 4 (например, вращаемого гидравлическим забойным двигателем приводного вала 4 или по другому, как описано ниже в данном документе). Данный приводной вал 4 скользит на вкладыше 6 и удерживается упорными подшипниками 7 (предпочтительно, совместно работающей парой упорных подшипников) на трубе или корпусе 1. При этом создается путь выпуска энергии возбуждения для создания аксиального возбуждения трубы или корпуса 1.The rotation of the rotating element 10 occurs from the drive shaft or other drive shaft 4 (for example, driven by a hydraulic downhole motor drive shaft 4 or otherwise, as described later in this document). This drive shaft 4 slides on the liner 6 and is held by the thrust bearings 7 (preferably a jointly working pair of thrust bearings) on the pipe or casing 1. This creates a path to release excitation energy to create axial excitation of the pipe or casing 1.

Ведущий вал 4 соединяется сжимающейся/растягивающейся пружиной 12, выполненной с возможностью передачи крутящего момента от элемента 4 на вращающийся элемент 10.The drive shaft 4 is connected by a compressing / stretching spring 12, configured to transmit torque from the element 4 to the rotating element 10.

Как можно видеть, результатом вращения элемента 10 относительно элемента 8, который удерживается от вращения относительно трубы 1 (вне зависимости от того, перемещается или нет труба 1 с бурильной колонной), является создание реактивных сил между массой 8 и массой вращающегося элемента 10, связанного передающим крутящий момент пружинным устройством 12. При этом также изменяется длина узла позиций 8 и 10.As you can see, the result of the rotation of the element 10 relative to the element 8, which is kept from rotating relative to the pipe 1 (regardless of whether the pipe 1 with the drill string moves or not), is the creation of reactive forces between the mass 8 and the mass of the rotating element 10 connected by the transmitting torque spring device 12. This also changes the length of the node positions 8 and 10.

Различные аспекты режима работы возникают в зависимости от соотношения частоты вращения ведущего вала 4 и пружины 12 передачи крутящего момента, при различных состояниях челночной компоновку 8/10, и наоборот. Некоторые состояния должны являться переходными вблизи или в резонансном положении, на которое возможна настройка системы.Various aspects of the operating mode arise depending on the ratio of the rotational speed of the drive shaft 4 and the torque transmission spring 12, under various conditions of the shuttle arrangement 8/10, and vice versa. Some states must be transient near or in a resonant position, to which the system can be tuned.

Внутренняя и наружная трубы являются невращающимися, или вместе могут вращаться с бурильной колонной.The inner and outer pipes are non-rotating, or can rotate together with the drill string.

Приводной вал (например, позиция 4, как ведущий вала) от предпочтительно (но не обязательно) гидравлического забойного двигателя вращает вибрирующую шайбу 13 с помощью пружины 12, которая настроена на конкретную резонансную частоту. Вибрирующая шайба преобразует вращение приводного вала в аксиальное простое гармоническое колебание перемещающегося возвратно-поступательно поршня или массы 8. Если вибрирующая шайба имеет четыре выступа криволинейной формы, перемещающийся возвратно-поступательно поршень 8 совершает четыре хода на каждый оборот ведущего вала 4.The drive shaft (for example, position 4, as the drive shaft) from the preferably (but not necessarily) hydraulic downhole motor rotates the vibrating washer 13 using a spring 12 that is tuned to a specific resonant frequency. The vibrating washer converts the rotation of the drive shaft into an axial simple harmonic vibration of the moving reciprocating piston or mass 8. If the vibrating washer has four protrusions of a curved shape, the moving reciprocating piston 8 makes four strokes for each revolution of the drive shaft 4.

Ускорение и отрицательное ускорение поршня 8 создает аксиальную силу, передаваемую от вращающегося элемента 10 через пружину 12 и аксиальные упорные подшипники 7 в наружную гибкую насосно-компрессорную трубу 1.The acceleration and negative acceleration of the piston 8 creates an axial force transmitted from the rotating element 10 through the spring 12 and axial thrust bearings 7 to the outer flexible tubing 1.

Скорость вращения ведущего вала 4 должна удовлетворительно регулироваться для надлежащего управления коэффициентом динамического усиления силы вблизи резонансных условий.The speed of rotation of the drive shaft 4 must be satisfactorily adjusted to properly control the coefficient of dynamic gain of the force near the resonant conditions.

Использование вибрирующей шайбы 13 с несколькими выступами криволинейной формы вращающегося элемента 10 и резонансной пружины 12 обеспечивает получение высоких частот и высоких аксиальных сил вибрации в небольшом пространстве, имеющемся в скважине.The use of a vibrating washer 13 with several protrusions of a curved shape of a rotating element 10 and a resonant spring 12 provides high frequencies and high axial vibration forces in the small space available in the well.

Подавать мощность на вал 4 может гидравлический забойный двигатель, турбомотор, механический привод, электрическое или другое скважинное устройство.The power can be supplied to the shaft 4 by a downhole hydraulic motor, a turbo motor, a mechanical drive, an electric or other downhole device.

На фиг.2 показан вращающийся элемент 10 в виде втулки, несущей вибрирующую шайбу или многокулачковую шайбу 13 с криволинейными рабочими выступами (показана версия с четырьмя выступами криволинейной формы). Шайба действует во многом аналогично кулачку или кулачковому следящему устройству на кулачковое следящее устройство или кулачок, соответственно, в подходящих не обязательных вариантах применения скользящего контакта. Один такой не обязательный вариант применения показан на фиг.1.Figure 2 shows a rotating element 10 in the form of a sleeve carrying a vibrating washer or multi-cam washer 13 with curved working protrusions (shown is a version with four protrusions of a curved shape). The washer acts in much the same way as a cam or cam follower on a cam follower or cam, respectively, in suitable optional sliding contact applications. One such optional application is shown in figure 1.

Приводящую в действие многокулачковую вибрирующую шайбу, используемую для сообщения колебаний челноку, можно также заменить кривошипно-шатунным механизмом, или любым другим механическим или гидравлическим соединением (тянущим и толкающим), принимающим вращение ведущего вала (гидравлического забойного двигателя и т.д.) и передающим его в виде аксиального перемещения. Данные аксиальные перемещения, как пульсация, предпочтительно являются многочисленными для каждого оборота на входе.The actuating multi-jaw vibrating washer used to shuttle the oscillations can also be replaced by a crank mechanism, or any other mechanical or hydraulic connection (pulling and pushing) that receives the rotation of the drive shaft (hydraulic downhole motor, etc.) and transmits its in the form of axial movement. These axial movements, such as ripple, are preferably numerous for each revolution at the inlet.

На фиг.1 показано, что многокулачковая вибрирующая шайба 10 вращается под действием вращения ведущего вала 4, например гидравлического забойного двигателя. На фиг.1A показан вращающий ведущий вал, например, в положении ноль градусов, а на фиг.1B показано, что вал повернут в положение 180 градусов.Figure 1 shows that the multi-cam vibrating washer 10 rotates under the action of rotation of the drive shaft 4, for example, a downhole hydraulic motor. On figa shows a rotating drive shaft, for example, in a position of zero degrees, and figv shows that the shaft is rotated to a position of 180 degrees.

Предпочтительно, передача осуществляется с помощью настроенной пружины, вращающейся синхронно с вибрирующей шайбой 10, управляемой подводимой мощностью ведущего вала 4. Данная пружина 12 настроена для работы в показаных пределах растяжения/сжатия.Preferably, the transmission is carried out using a tuned spring, rotating synchronously with the vibrating washer 10, controlled by the input power of the drive shaft 4. This spring 12 is configured to operate within the shown stretching / compression limits.

Также как показано на фиг.1, в качестве схемы циркуляции, может обеспечиваться проход бурового раствора через путь, созданный внутри трубы 2. От трубы 2 не требуется вращения, труба предпочтительно является не вращающейся.Also, as shown in FIG. 1, as a circulation scheme, mud can pass through a path created inside the pipe 2. No rotation is required from the pipe 2, the pipe is preferably non-rotating.

Если необходимо, заполненная текучей средой 'F' конфигурация фиг.3 является аналогичной показанной на Фиг.1. Вместе с тем в данной конфигурации внутренние полости (например, кольцевое пространство 20) могут быть заполнены текучей средой, возможно жидким маслом или т.п., как в некоторых типах устройств компенсации давления. Данное является дополнением к любому показанному проходящему потоку бурового раствора.If necessary, the fluid-filled 'F' configuration of Figure 3 is similar to that shown in Figure 1. However, in this configuration, the internal cavities (for example, the annular space 20) can be filled with fluid, possibly liquid oil or the like, as in some types of pressure compensation devices. This is in addition to any shown mud flow.

Указанное должно содействовать предотвращению проблем с уплотнениями при высоких перепадах давления, когда требуется работа инструмента в глубоких скважинах с высоким гидростатическим давлением.The above should help to prevent problems with seals at high pressure drops, when the tool is required to work in deep wells with high hydrostatic pressure.

На фиг.4 показана бурильная труба 21 (которая может обеспечивать вращение всей компоновки при соответствующем управлении операциями, обеспечивая продвижение бурового долота в бурящийся пласт), пружина или шлицевое устройство 22 (или то и другое), гидравлический забойный двигатель или аналогичный двигатель 23, механический силовой вибратор 24 или генератор колебаний, по существу, любого описанного в данном документе типа, и буровое долото или керновое буровое долото 25. В данной конфигурации добавление податливого элемента 22 обеспечивает всей компоновке колебания вперед и назад, позволяя использовать устройство в качестве ударного молота для бурового долота или колонкового устройства 25, при этом (в некоторой степени) защищая внутренние устройства от ударных нагрузок ближе к устью скважины или любые устройства над пружиной или шлицевым устройством.Figure 4 shows the drill pipe 21 (which can provide rotation of the entire layout with appropriate control of operations, providing advancement of the drill bit into the drilling formation), a spring or spline device 22 (or both), a downhole hydraulic motor or similar motor 23, mechanical a power vibrator 24 or oscillation generator of substantially any type described herein, and a drill bit or core drill bit 25. In this configuration, the addition of a compliant member 22 provides all arrangement of oscillations back and forth, allowing the device to be used as a shock hammer for a drill bit or core device 25, while (to some extent) protecting internal devices from shock loads closer to the wellhead or any device above a spring or spline device.

Устройство фиг.5 является аналогичным показанному на Фиг.1. Вместе с тем в данной конфигурации отсутствует податливый элемент 12 между вибрирующей шайбой 10 и вращающим ведущим валом 4. Данное устройство можно использовать там, где адекватную аксиальную силу можно генерировать без необходимости создания в инструменте резонансных условий.The device of FIG. 5 is similar to that shown in FIG. However, in this configuration, there is no compliant element 12 between the vibrating washer 10 and the rotating drive shaft 4. This device can be used where adequate axial force can be generated without the need for creating resonant conditions in the tool.

На фиг.6 показано устройство аналогичное показанному на фиг.1, где как вблизи, так и удаленно имеется шлицевое устройство, пружина 27, 28 или то и другое, стыкующиеся с наружным корпусом. В некоторых ситуациях пружину/шлицевое устройство (или то и другое) можно использовать как выше, так и ниже инструмента (или в обоих местах) для изоляции любых нежелательных ударов, могущих повредить чувствительное оборудование. Данная конфигурация может быть полезна при использовании инструмента в качестве источника сейсмических колебаний.Figure 6 shows a device similar to that shown in figure 1, where both close and remotely there is a spline device, a spring 27, 28, or both that are joined with the outer casing. In some situations, a spring / spline device (or both) can be used both above and below the tool (or both) to isolate any unwanted shocks that could damage sensitive equipment. This configuration may be useful when using the instrument as a source of seismic vibrations.

Хотя устройство фиг.6 является, по существу, аналогичным показанному на фиг.1, также оно может являться устройством без связывающей пружины 12 (например, показанным на фиг.5).Although the device of FIG. 6 is substantially similar to that shown in FIG. 1, it can also be a device without a binding spring 12 (for example, shown in FIG. 5).

Показана, например, бурильная штанга, гибкая насосно-компрессорная труба, или т.п., позиция 26, осуществляющие привод с помощью шлицевого устройства, пружины и т.д., позиция 27, на корпус или наружную гибкую насосно-компрессорную трубу. Аналогично здесь может располагаться шлицевое устройство, пружина или т.п., позиция 28, соединенная с более удаленной штангой, гибкой трубой, инструментом или т.п., позиция 29.Shown, for example, a drill rod, a flexible tubing, or the like, position 26, actuating with a splined device, a spring, etc., position 27, on the housing or the outer flexible tubing. Similarly, a spline device, a spring or the like, position 28, connected to a more distant rod, a flexible pipe, a tool or the like, position 29 can be located here.

Устройство фиг.7 является аналогичным показанному на фиг.1. Вместе с тем магниты 30 (предпочтительно, из редкоземельных металлов) устанавливаются на возвратно-поступательном поршне и электрические обмотки 31 устанавливаются смежно с данными магнитами - так что при колебаниях поршня может генерироваться электрическая энергия. Данное устройство может быть весьма полезным для электропитания любого числа скважинных инструментов. Конечно, положение магнитов и обмоток можно изменять на любую конфигурацию, решающую данную задачу.The device of FIG. 7 is similar to that shown in FIG. 1. However, magnets 30 (preferably made of rare-earth metals) are mounted on a reciprocating piston and electrical windings 31 are mounted adjacent to these magnets so that electrical energy can be generated when the pistons vibrate. This device can be very useful for powering any number of downhole tools. Of course, the position of the magnets and windings can be changed to any configuration that solves this problem.

Устройство на фиг.8 является аналогичным показанному на фиг.1. Вместе с тем данное устройство имеет податливый элемент 32 (пружину и т.д.) между вибрирующей шайбой 34 и совершающим колебания поршнем или массой 33 поршня, наносящей удар по буровому долоту 35 (или другому элементу, например, бурильной штанге и т.д.), которое соединяется шлицевым устройством 37 с наружным корпусом 36 (и вращается наружным корпусом с помощью бурильных штанг с поверхности), генерирующим действие молота.The device in Fig. 8 is similar to that shown in Fig. 1. However, this device has a malleable element 32 (spring, etc.) between the vibrating washer 34 and the oscillating piston or piston mass 33, which strikes the drill bit 35 (or another element, for example, a drill rod, etc. ), which is connected by a spline device 37 to the outer casing 36 (and rotates by the outer casing with the help of drill rods from the surface), generating the action of a hammer.

Показана также внутренняя труба 38 и вращающий ведущий вал 39 (например, от гидравлического забойного двигателя).An inner pipe 38 and a rotary drive shaft 39 are also shown (e.g., from a downhole hydraulic motor).

В данном варианте применения податливый элемент (пружина) защищает вибрирующую шайбу, подшипники и т.д. от повреждающих ударных волн. Конечно податливый элемент (пружину и т.д.) можно устанавливать в любом месте в системе, подходящем для уменьшения повреждающих ударных волн.In this application, a compliant element (spring) protects the vibrating washer, bearings, etc. from damaging shock waves. Of course, a malleable element (spring, etc.) can be installed anywhere in the system, suitable for reducing damaging shock waves.

Направлением движения устройства данного типа также можно управлять способом, аналогичным показанному на фиг.6 или 9A/9B.The direction of movement of a device of this type can also be controlled in a manner similar to that shown in FIG. 6 or 9A / 9B.

Устройство, показанное на фиг.9A/9B является аналогичным показанному на фиг.6. Вместе с тем, здесь добавлен кривой переводник 43 между гидравлическим забойным двигателем 40 или его аналогом и генератором 41 механического усилия. Кривой переводник 43 обеспечивает прямолинейное бурение с помощью всей компоновки вращающейся с поверхности (буровой установкой) в то время, как вибратор 41 передает вибрации на буровое долото 42, помогая осуществлению проходки в бурении, при этом с несколько увеличенным диаметром ствола (благодаря кривому переводнику).The device shown in FIG. 9A / 9B is similar to that shown in FIG. 6. At the same time, a curve sub 43 is added here between the downhole hydraulic motor 40 or its analogue and the mechanical force generator 41. Curved sub 43 provides straightforward drilling using the entire layout rotating from the surface (drilling rig) while the vibrator 41 transmits vibrations to the drill bit 42, helping to implement drilling while drilling with a slightly increased barrel diameter (due to the curved sub).

Когда компоновке требуется придать новое направление, буровое долото нацеливают в нужном направлении без вращения наружного корпуса. Вместе с тем вращающий ведущий вал, который вращает вибрирующую шайбу в механическом вибраторе, также продолжает работу через центр инструмента и создает вращение бурового долота (и подачу текучей среды к буровому долоту), а вибратор передает вибрации на буровое долото, таким образом обеспечивая управляемое продвижение управляемой бурильной компоновки через пласт.When the layout needs to be given a new direction, the drill bit is aimed in the right direction without rotating the outer casing. At the same time, the rotating drive shaft, which rotates the vibrating washer in the mechanical vibrator, also continues to work through the center of the tool and creates a rotation of the drill bit (and fluid flow to the drill bit), and the vibrator transmits vibrations to the drill bit, thus providing controlled progress drilling assembly through the reservoir.

Управлять направлением бурения также можно с помощью кривого переводника, но с помощью вибратора, выполненного с возможностью работы, как ударный молот, как показано на фиг.8.The direction of drilling can also be controlled using a curve sub, but using a vibrator configured to work like a percussion hammer, as shown in Fig. 8.

Claims

1. Device for operating as a generator of mechanical force, at least with a close to sinusoidal power output, or as a means of mechanical excitation, at least with a close to sinusoidal power output, and a device having a longitudinal axis and containing or including in itself:
elongated internal element axially aligned along the longitudinal axis;
a mass installed around the inner element and made with the possibility of reciprocating movement relative to it in the longitudinal direction;
an outer element around at least a portion of the mass and around at least a portion of the inner element with respect to which the mass can move axially in the longitudinal direction, while being prevented from any substantial rotation relative to the outer element around the longitudinal axis;
a rotating element configured to rotate around the longitudinal axis and directly and / or indirectly during rotation to provide axial reciprocating movement of the mass relative to the outer element; and
a rotation drive for inputting directly and / or indirect power for rotating the rotating element;
however, there is a way of power output without impact or without significant impact from the mass to the outer element.

2. The device according to claim 1, in which the mass and the rotating element interact, while there are several reciprocating movements for each revolution of the rotating element.

3. The device according to claim 1 or 2, in which there is a spring installed between the rotation drive and the rotating element, configured to transmit torque, and also providing relative axial movement.

4. The device according to claim 1 or 2, in which the spring, either as a connection, or in another way prevents significant impact.

5. The device according to claim 1, in which the power output path passes through the stop.

6. The device according to claim 1, in which the power output path passes through a thrust bearing.

7. The device according to claim 5 or 6, in which the inner element is a tubular product and forms a path of passage of the fluid.

8. The device according to claim 1, in which the mass and the rotating element are configured to interact through a cam device / cam follower or vice versa.

9. The device according to claim 1, in which the mass and the rotating element are made with the possibility of interaction using a swinging washer.

10. The device according to claim 8 or 9, which is part of the drill string or is part of it.

11. A device with a longitudinal axis to operate as a generator of mechanical force or as a means of mechanical excitation, containing or including:
an elongated casing of at least substantially axially extending internal and external elements;
the mass in the elongated casing between the internal and external elements, made with the possibility of axial reciprocating movement, and also kept from any significant rotation relative to one or both elements;
a rotating element between the internal and external elements that comes into contact with the mass in such a way that, when used, the rotation of the rotating element relative to the mass makes it possible to axially excite both the rotating element and the mass for several revolutions at the input of the rotating element; and
a rotation drive with respect to which the rotating element can axially reciprocate while transmitting rotation to the rotating element;
wherein the path of power output is created from the mass to the outer element for a sinusoidal or close to sinusoidal power output.

12. The device according to claim 11, in which the spring either as a connection or otherwise regulates the movement of mass in the axial direction.

13. The device according to item 12, in which the spring transmits torque between the rotation drive and the specified rotating element.

14. A device for acting as a generator of mechanical force or as a means of mechanical excitation, containing or including:
an elongated casing of at least substantially axially extending inner and outer elements, the outer element being a pipe;
the mass in an elongated casing around the inner element and between the inner and outer elements, and the mass is made with the possibility of axial reciprocating movement in the longitudinal direction, in addition, is kept from any significant rotation relative to one or both of these elements;
a rotating element configured to create a stepwise movement of the mass, but rotating relative to it, which is part of the layout of the changing length of the mass and the rotating element in the casing between the internal and external elements, and the rotation of the rotating element must provide at least two reciprocating mass movements relative to the rotating element and, thus, due to the stepwise movement, changing the length of the layout of the variable length;
rotation drive; and
transmitting torque from the rotation drive to rotate the rotating element to provide at least substantially longitudinal relative movement between the rotation drive and the rotating element and to form part of the excitation path due to a change in the length of the arrangement of the variable length, and any reciprocating movement of its average provisions regarding the casing;
there is a way for the output of power from the mass to the external element, and the output force or excitation is sinusoidal or close to sinusoidal, as a result of creating a change in the length of the layout without producing significant shocks.

15. The device according to 14, in which the transmission of torque is carried out using a spring connection.