用於對鑽柱中的振動進行阻尼的設備和方法

2023-05-10 21:15:21

用於對鑽柱中的振動進行阻尼的設備和方法
【專利摘要】本發明提供一種用於對鑽柱中的振動，特別地由於粘滑造成的扭轉振動進行阻尼的設備和方法。傳感器測量在沿著鑽柱的長度的一個或多個位置處的鑽柱的瞬時角速度。一個或多個減振模塊沿著鑽柱的長度隔開。當檢測到高於閾值的扭轉振動時，阻尼模塊將反向扭矩強加在鑽具上，這對扭轉振動進行阻尼。能夠通過對鑽柱的旋轉施加摩擦阻力來形成所述反向扭矩。能夠通過使摩擦墊從阻尼模塊延伸，使得所述摩擦墊在鑽柱旋轉時接觸鑽孔壁並且沿著鑽孔拖動而在外部形成摩擦阻力，或者通過將安裝到鑽柱上的外殼錨固到鑽孔壁上，並且然後將摩擦阻力強加於在鑽柱內流動的流體，例如磁流變流體上，而在內部形成摩擦阻力。
【專利說明】用於對鑽柱中的振動進行阻尼的設備和方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及地下鑽探，並且更具體地涉及對鑽探到地層中的鑽柱中的振動、特別地扭轉振動進行阻尼的系統和方法。
【背景技術】
[0002]地下鑽探，例如氣、油或地熱鑽探，通常涉及穿過地下較深的地層鑽出鑽孔。通過將鑽頭連接到被稱作「鑽管」的長的管段，以形成通常被稱作「鑽柱」的組件來形成這樣的鑽孔。鑽柱從地面延伸到鑽孔的底部。
[0003]鑽頭被旋轉，使得其前移到陸地中，從而形成鑽孔。在旋轉鑽探中，通過從地面旋轉鑽柱來旋轉鑽頭。在地面上的活塞操作泵將被稱作「鑽探泥漿」的高壓流體泵送通過鑽柱中的內部通路並且通過鑽頭泵送出來。鑽探泥漿潤滑鑽頭，並且從鑽頭的路徑衝刷鑽屑。在馬達鑽探的情況下，流動泥漿還對鑽探馬達提供動力，鑽探馬達通常被稱作「泥漿馬達」，其轉動鑽頭，無論鑽柱是否旋轉。泥漿馬達配備有轉子，該轉子響應於鑽探泥漿通過該轉子而產生扭矩。轉子被聯接到鑽頭，使得扭矩被傳遞到鑽頭，從而導致鑽頭旋轉。然後鑽探泥漿通過形成在鑽柱和鑽孔表面之間的環形通路而流動到地面。
[0004]鑽柱可經歷各種類型的振動。「軸向振動」指在沿著鑽柱軸線的方向上的振動。「橫向振動」指垂直於鑽柱軸線的振動。兩個橫向振動源為「向前」和「向後」或「反向」渦動。扭轉振動在地下鑽探中也是受關注的，並且扭轉振動通常為被稱作「粘滑」作用的結果。當鑽頭或鑽柱的下部段暫時停止旋轉(即，「卡鑽」)而上方的鑽柱繼續旋轉從而造成鑽柱「卷緊」，之後被卡的元件「滑移」並且再次旋轉時出現粘滑。常常，在鑽柱釋放時，鑽頭將超速。另一可能的後果是當滑移結束時，反彈運動將導致鑽柱的部分逆時針旋轉，這可以導致鑽柱部段之間的螺紋接頭中的一個或多個脫離。
[0005]目前市售的系統,例如APS Technology的振動記憶模塊?通過基於磁力計的輸出，測量並記錄在給定時段，例如每四秒的最大和最小瞬時每分鐘轉數(「RPM」)來確定由粘滑所導致的扭轉振動。然後通過確定在該給定時段在鑽柱的最大瞬時旋轉速度與最小瞬時旋轉速度之間的差異來確定由粘滑所導致的扭轉振動的振幅。優選地，以預定間隔，例如每四秒記錄軸向、橫向和扭轉振動的均方根和峰值。軸向、橫向和扭轉振動的振幅可例如經由泥漿脈衝遙測技術傳遞到地面或者在井下儲存，以用於後續分析。
[0006]不利的是，儘管能夠檢測到有害的扭轉振動、特別是「粘滑」的存在，目前並不存在有效的方法來對這樣的振動進行阻尼。因此，存在對用於對鑽柱中的振動，特別是由粘滑所導致的扭轉振動進行阻尼的設備和方法的需要。

【發明內容】

[0007]本發明提供用於減小鑽柱扭轉振動，包括由於粘滑造成的扭轉振動的設備和方法。根據本發明，能夠例如通過與鑽孔壁相互作用或者通過引起內部旋轉流體阻力來向鑽柱施加扭轉阻尼力(即，反向扭矩)，並且由此限制鑽柱的最大角速度。[0008]本發明涵蓋一種對鑽柱中的扭轉振動進行阻尼的方法，所述鑽柱具有用於穿過地層鑽出鑽孔的鑽頭。所述方法包括以下步驟:(i)沿第一旋轉方向向所述鑽柱施加扭矩，以致使所述鑽柱在所述第一旋轉方向上旋轉，由此所述鑽頭在地層中鑽出鑽孔；(ii)感測指示在所述鑽柱中存在扭轉振動的與所述鑽柱的旋轉相關聯的參數的數值；(iii)將所述參數的數值與第一閾值進行比較；以及(iv)當所述參數的數值超過所述閾值時，向所述鑽柱施加反向扭矩，所述反向扭矩作用在與所述第一旋轉方向相反的第二旋轉方向上，以對所述扭轉振動進行阻尼。在一個實施例中，通過對所述鑽柱的旋轉強加摩擦阻力來向所述鑽柱施加反向扭矩。在該實施例的一個示例中，通過圍繞鑽孔壁拖動摩擦構件來向所述鑽柱施加反向扭矩。在該實施例的另一個示例中，通過對所述鑽柱的旋轉增加流體摩擦阻力來施加反向扭矩。
[0009]本發明還包括一種用於對鑽柱中的扭轉振動進行阻尼的設備，所述鑽柱具有用於穿過地層鑽出鑽孔的鑽頭，所述設備包括:(i)沿第一旋轉方向向所述鑽柱施加扭矩以使所述鑽柱沿所述第一旋轉方向旋轉由此鑽頭在地層中鑽出鑽孔的裝置；(ii)傳感器，所述傳感器用於感測指示在所述鑽柱中存在扭轉振動的與所述鑽柱的旋轉相關聯的參數的數值；以及(iii)當所述參數的數值超過第一閾值時向所述鑽柱施加反向扭矩的裝置。在該設備的一個實施例中，用於向所述鑽柱施加反向扭矩的裝置包括用於對所述鑽柱沿第一旋轉方向的旋轉強加摩擦阻力的裝置，所述摩擦阻力足以形成對所述鑽柱的扭轉振動進行阻尼的所述反向扭矩。在該實施例的一個示例中，通過圍繞鑽孔的壁拖動摩擦構件來向所述鑽柱施加所述反向扭矩。在該實施例的另一個示例中，通過對所述鑽柱的旋轉增加流體摩擦阻力來施加反向扭矩。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為使用結合根據本發明的減振模塊的鑽柱的鑽探操作的部分示意圖。
[0011]圖2為在阻尼模塊的位置處的穿過圖1所示的鑽柱所截取的橫截面圖。
[0012]圖3為類似於圖2的視圖，示出本發明的阻尼模塊的另一實施例。
[0013]圖4為穿過根據本發明的阻尼模塊的另一實施例的縱截面圖。
[0014]圖5為類似於圖4的視圖，示出了本發明的阻尼模塊的另一實施例。
[0015]圖6A、圖6B和圖6C分別為用在圖5所示的阻尼模塊中的泵的可替代實施例的分解圖、縱截面圖和橫截面圖。
[0016]圖7為穿過圖1所示的鑽鋌的一部分的縱截面圖，示出了根據本發明的阻尼模塊的另一實施例。
[0017]圖8為類似於圖7的視圖，示出了本發明的另一實施例，其中，阻尼模塊對橫向振動進行阻尼。
【具體實施方式】
[0018]圖1描繪了使用鑽柱12的地下鑽探操作，鑽柱12結合有根據本發明的扭轉振動阻尼器模塊10。鑽柱12包括鑽鋌14、形成鑽柱的井下端的底孔組件(「BHA」)11和鑽頭13。根據本發明，BHA還包括振動阻尼模塊10。可通過旋轉鑽柱12來旋轉鑽頭13。通過將相對較長的管段(通常被稱作「鑽管」)連接在一起而形成鑽柱12。隨著鑽柱12更深地進入到地層16中，能夠通過將額外的鑽管段連接到鑽柱來增加鑽柱14的長度。
[0019]可通過位於地面上的鑽機15的馬達21來施加用以沿第一旋轉方向，例如當在鑽柱上往下看時的順時針方向旋轉鑽柱12的扭矩。鑽探扭矩從馬達21通過轉盤22、方鑽杆(未圖示)和鑽鋌14而傳遞到鑽頭13。旋轉鑽頭13前移到地層16中，從而形成鑽孔17。在另一方法中，泥漿馬達(未圖示)被結合到底孔組件11中，從而鑽頭13由泥漿馬達而非鑽柱13的旋轉來旋轉，或鑽頭13由泥漿馬達與鑽柱13的旋轉組合來旋轉。
[0020]鑽探泥漿被從地面泵送通過鑽柱12中的中心通路並且從鑽頭13出來。由位於地面處的泵18來循環鑽探泥漿。當通過鑽頭13離開時，鑽探泥漿通過形成在鑽鋌14和鑽孔17的表面之間的環形通路19而返回到地面。
[0021]能夠響應於操作者通過地面控制系統20的輸入來控制鑽機15和鑽柱12的操作。
[0022]BHAll還能夠包括懸掛在鑽鋌14內的隨鑽測量(「MWD」)工具30。該MWD工具30能夠包括泥漿脈衝遙測系統，其包括控制器、脈衝器和壓力脈動傳感器31。所述泥漿脈衝遙測系統能夠促進在底孔組件11和地面之間通信。
[0023]MWD工具30還能夠包括傳感器62 (在圖2中示出)，優選地包括至少兩個傳感器，用於感測鑽柱12的旋轉。這樣的傳感器62可包括三個磁力計，該三個磁力計能夠被用於確定鑽柱關於其軸線的相對定向，如在美國專利N0.7，681，663 (Cobern)中所描述，該專利文獻以全文引用的方式結合到本文中。在MWD工具30中的信號處理器33能夠處理從傳感器62獲得的測量，以確定在傳感器的位置處的鑽柱的大致瞬時角速度(即，MTF的變化率)。處理器33比較由傳感器62測量的鑽柱12的最小瞬時速度和最大瞬時速度，其中差異指示扭轉振動或「粘滑」的振幅。優選地，傳感器62的讀數以IOOOHz (每毫秒一次)的採樣率被取樣，並且被向下濾波至250Hz。通過計算在特定時間段內的最小角速度和最大角速度之間的差來確定扭轉振動。
[0024]與鑽探操作有關的信息和命令能夠使用泥漿脈衝遙測系統在地面和阻尼模塊10之間傳遞。泥漿脈衝遙測系統的脈衝器能夠使用地下鑽探【技術領域】中的技術人員已知的技術在被泵送通過鑽鋌14的鑽探泥漿中產生壓力脈衝。位於井下組件中的控制器能夠將待被傳遞的信息編碼成壓力脈衝序列，並且該控制器能夠使用已知的技術命令脈衝器在鑽探泥漿中生成所述脈衝序列。
[0025]位於地面處的應變計壓力換能器(未圖示)能夠感測在鑽探泥漿柱中的壓力脈衝，並且生成表示脈衝的電輸出。所述電輸出能夠被傳遞到地面控制系統20，所述地面控制系統20能夠對原始以脈衝編碼的數據進行解碼和分析。鑽探操作者能夠使用該信息來設定鑽探參數。
[0026]在美國專利N0.6，714，138 (Turner 等人)和美國專利 N0.7，327，634 (Perry等人)中描述了合適的脈衝器，以上兩個專利文獻中的每一個都以全文引用的方式結合到本文中。在2005年3月21日提交且標題為「System and Method for TransmittingInformation Through a Fluid Medium」的美國申請序列號11/085，306中描述了能夠結合泥漿脈衝遙測系統321使用的用於生成、編碼和解碼壓力脈衝的技術，該申請以全文引用的方式結合到本文中。
[0027]還能夠通過位於地面處的脈衝器(未圖示)在鑽柱12內的鑽探泥漿柱中生成壓力脈衝。用於阻尼器模塊10的命令能夠基於來自鑽探操作者的輸入以這些脈衝進行編碼。根據本發明的一方面，在底孔組件11中的壓力脈動傳感器31感測從地面傳遞的壓力脈衝，並且能夠向處理器33發送表示所感測到的壓力脈衝的輸出。處理器33能被編程為對以壓力脈衝編碼的信息進行解碼。該信息能夠被用於操作阻尼器模塊10，從而阻尼器模塊的操作能夠受到鑽探操作者控制。例如，操作者能夠改變阻尼模塊將被處理器33致動或停用的閾值。在美國專利N0.6，105，690 (Biglin, Jr.等人)中描述了適用作壓力脈動傳感器31的壓力脈動傳感器，該專利以全文引用的方式結合到本文中。
[0028]在圖2中示出扭轉阻尼模塊10的第一實施例。模塊10被聯接到鑽柱12並且隨著鑽柱12 —起旋轉。模塊10包括腔室46，活塞50的一端51被設置在該腔室46中。活塞50的另一端接觸摩擦墊44。摩擦墊44繞樞軸銷64樞轉，從而活塞50的延伸致使摩擦墊44通過繞樞軸銷旋轉而徑向向外延伸，並且接合地層16中的鑽孔17的側部。彈簧52聯接到摩擦墊44，以將摩擦墊44偏壓到其縮回位置中。出於說明目的，圖2以實線示出處於其延伸位置的第一摩擦墊44，並且以虛線示出了處於其縮回位置的第二摩擦墊44。但是如將在下文中進一步討論，總體上，在阻尼模塊中的所有摩擦墊44將同時延伸或縮回。而且，儘管在圖2中僅示出了兩個摩擦墊組件，多於兩個摩擦組件能夠結合到每個阻尼模塊中。優選地，每個摩擦墊44與在阻尼模塊10中的每另一個摩擦墊44軸向移位，但若需要，所有的摩擦墊44能位於相同的平面中。
[0029]從泥漿泵18流動到鑽頭13的鑽探泥漿流動通過阻尼模塊10中的中心通路106。作為主要由於流動通過鑽頭13所導致的壓降的結果，在通路106中的泥漿的壓力顯著地大於環形通路19中的泥漿的壓力，所述環形通路19形成在阻尼模塊10和鑽孔17之間，從鑽頭13排放的鑽探泥漿通過該環形通路19返回到地面，用以再循環。因此，在中心通路106和環形通路19中的鑽探泥眾之間存在大的壓差。通路49使中心通路106中的聞壓鑽探泥漿與設置在活塞50的端部51的一側上的腔室46的第一部分45流動連通。通過45使腔室部分45與腔室46的第二部分47流動連通，腔室46的第二部分被設置在與腔室部分45相反的活塞端51的一側上。通路42中的孔口 65限制在腔室部分45和47之間的泥漿的流動。雖然在優選實施例中使用固定孔口 65，但是也能夠替代地使用受到處理器33控制的開關閥或可變流動控制閥，從而能排除或調節在腔室部分45和47之間的泥漿的流動。通路53和54使腔室部分47與環形通路19流動連通。通路54中的閥56調節泥漿從腔室部分47到環形通路19的流動，所述閥56優選地為響應於來自處理器33的信號而操作的電磁閥。一對彈簧48將活塞50的端部51偏壓到縮回位置中。
[0030]當沒有泥漿流動通過鑽柱14時，在活塞50兩端並不存在壓差，並且所述彈簧52將摩擦墊44維持在縮回位置，以促進鑽柱12旋轉和滑動到鑽孔17中。除非由處理器33確定的扭轉振動的振幅超過閾值，閥56保持關閉。
[0031]當泥漿流動通過鑽柱，但通路54中的閥54關閉時，高壓泥漿將從中央通路106通過通路49流動到腔室部分45中。泥漿將從腔室部分45通過通路42流動到腔室部分47中，並且因此通過通路53流動到環形通路19，以返回到地面。由於在腔室部分45與47之間的壓差，在活塞50的端部51的兩側形成壓差，壓差的大小取決於在通路42和53之間的流動面積的差等。該壓差使得力F1作用在活塞50上，這趨於徑向向外驅動活塞並且和因此驅動該活塞所接觸的摩擦墊44。另一方面，作用在活塞50上的彈簧48和作用在摩擦墊44上的彈簧52在活塞50上施加合力F2，其趨於徑向向內驅動活塞。優選地，相對於通路42中孔口 62的設定通路53的尺寸，從而通過通路53和42的相對泥漿流量使得當泥漿流動通過鑽柱，但閥56關閉時，腔室部分45和47之間的壓差導致延伸力F1稍微大於縮回力F2。因此，為力F1和F2之間差的力F3被施加到摩擦墊44。由於F3相對較小，所以當鑽柱操作並且泥漿流動通過鑽柱，但扭轉振動並不超過閾值時，摩擦墊44輕微地承靠在鑽孔17的壁上。當鑽柱操作時由摩擦墊44抵靠鑽孔17的相對恆定的輕微接觸將不會造成摩擦墊過度磨損，也不會造成鑽柱角速度的明顯延遲。但是，其允許摩擦墊44在鑽柱的操作期間持續展開(deploy)，並且準備對於高扭轉振動做出快速響應，同時並不向鑽孔壁施加明顯的力。
[0032]由於摩擦墊44抵靠鑽孔17的壁持續地展開，儘管較為輕微，所以阻尼模塊10能夠非常快速地向鑽柱12施加反向扭矩，以對扭轉振動進行阻尼。特別地，摩擦墊44能夠非常快速地向鑽孔壁施加顯著的力，這是因為將摩擦墊從縮回位置移動到延伸位置所需的時間段由於摩擦墊在鑽柱操作期間被恆定地保持在延伸位置而被消除。
[0033]當處理器33基於來自傳感器62的信息確定扭轉振動已經超過閾值時，通路54中的閥56被打開。所述閾值可以是預定數值或者可以是可變的，所述閾值的數值取決於操作條件，諸如鑽柱的長度、鑽柱的RPM等。閥56的打開增加鑽探泥漿從腔室部分47到環形通路19的流動，特別地歸因於先前所討論的通過鑽頭13的壓降，在環形通路19中的泥漿的壓力顯著地低於在中心通路106中流動的泥漿的壓力。通路42中的孔口 65的尺寸被設定為使得通過通路54到環形通路19的泥漿流能夠遠大於通過在腔室部分45和47之間的通路42的泥漿流。因此，閥58的打開在活塞50的端部51兩側生成顯著的壓差。該壓差生成顯著的延伸力F1，以明顯地克服由彈簧48和52所產生的縮回力F2的阻力，使得相對大的力F3驅動活塞50抵靠摩擦墊44。因此，摩擦墊44以顯著的力壓靠在鑽孔17的壁上，從而生成摩擦曳力，該摩擦曳力則產生「反向」扭矩，即，在與被施加以使鑽柱旋轉的扭矩的方向相反方向上施加的扭矩，使得所述反向扭矩對抗鑽柱的旋轉。該「反向」扭矩對鑽柱12的扭轉振動進行阻尼。
[0034]因此，當鑽頭13 「卡鑽」之後「滑移」，從而隨著鑽柱12解繞而加速時，由阻尼模塊10所產生的「反向」扭矩用於減弱鑽頭13的加速度，從而減小鑽頭達到的最大角速度，並且因此減小伴隨的扭轉振動的振幅。優選地，處理器33同時地發送使阻尼模塊中的其它摩擦墊組件的閥56類似地致動的信號。
[0035]應認識到扭轉振動的頻率通常相對較高。因此，阻尼模塊10優選地能對於過度的扭轉振動的感測做出非常快速的響應，例如，在毫秒內做出響應。
[0036]當處理器33確定扭轉振動已經降低到低於閾值時，該閾值可以與用於致動摩擦墊44的閾值相同或可以是不同的閾值)，處理器停用閥56，即關閉閥56，使得在腔室部分45和47之間的壓差再次被最小化。因此，在活塞50的端部51兩側的壓差被最小化，從而導致摩擦墊44如之前那樣僅輕微接觸鑽孔17壁。
[0037]儘管如上文所討論那樣，閥56為每當從處理器33接收到致動信號時完全打開的電磁閥，但是也能夠使用可變流量控制閥。在該構造中，處理器被編程為改變通過閥56的流動，並且由此改變摩擦墊44施加到鑽孔17的力。而這允許改變由模塊10形成的阻尼量，這取決於所測量到的扭轉振動的水平，或者取決於沿著鑽柱12的長度的阻尼器模塊10的位置。
[0038]儘管在上文所討論的實施例中，僅在閥56響應於由處理器33確定扭轉振動超過閾值而打開時致動摩擦墊44，阻尼模塊還能夠被操作為例如通過摒棄閥56而總是致動摩擦墊44並且向鑽孔壁施加顯著的力。在該構造中，無論扭轉振動水平如何，阻尼模塊10將在每當泥漿流動時提供阻尼。
[0039]儘管在上文所討論的實施例中，通路53被用於在腔室部分45和47之間形成相對較小的壓差，以將摩擦墊44持續地放置在延伸位置而不向鑽孔壁施加顯著的力，替代地，可消除(eliminate)通路53並且通路54中的閥56能夠是流量控制閥，該流量控制閥改變通過通路54中的流率，以維持在腔室部分45和47之間相對小的壓差。在該構造中，壓力傳感器(未圖示)能夠被用於測量鑽探泥漿的壓力，或者直接地測量在腔室部分45和47之間的壓差，並且該測量結果被提供給處理器33。處理器33將被編程為具有以下邏輯:允許處理器33控制閥56，以將腔室45和47之間微小壓差維持為足以維持摩擦墊44被展開但並不施加明顯摩擦曳力。
[0040]儘管在上文所討論的實施例中，通路53或閥56用於將摩擦墊44持續地放置在延伸位置，可替代地，可簡單地消除通路53並且在正常操作期間將閥56維持關閉。在該情形中，通路42使腔室部分45中的鑽探泥漿的壓力與腔室部分47中的鑽探泥漿的壓力均等，並且在正常操作期間將活塞50維持在縮回位置，以最小化摩擦墊44的磨損。在該實施例中，摩擦墊44僅在扭轉振動超過閾值時延伸。
[0041]儘管在圖1中僅示出一個阻尼模塊10，但是多個類似的阻尼模塊能夠在整個鑽柱12上隔開，優選地在鑽柱的下部中。阻尼模塊10則將在沿著鑽柱12的離散位置處施加反向扭矩。在這些阻尼模塊中每一個阻尼模塊中的處理器33能夠致使每個阻尼模塊的摩擦墊44同時地運行，或者每個處理器33能夠被單獨地編程，以對在該模塊處所測量的不同水平的扭轉振動做出響應。
[0042]儘管如上文所討論的那樣，活塞50抵著鑽孔17的壁徑向向外驅動摩擦構件，在替代實施例中，可免除墊44，並且活塞本身能夠是與鑽孔壁接觸以對扭轉振動進行阻尼的摩擦構件。此外，儘管在優選實施例中，彈簧48和52用於對活塞50施加縮回力，但是能夠免除這些彈簧中的一個或多個。如果彈簧48或52沒有被使用，則施加到鑽孔17的壁上的力F3將等於由活塞50生成的力F1。
[0043]如先前所討論的那樣，根據本發明的一個方面，能夠通過在泥漿中生成壓力脈衝或者通過開始和停止鑽柱旋轉而從地面控制阻尼模塊。可替代地，可在地面處生成電磁信號，並且由BHA中的合適傳感器接收該電磁信號。這種下行鏈結(down-linking)允許鑽機操作者改變扭轉振動閾值水平或者改變當裝置被致動時所施加的阻尼力的大小，裝置在所述扭轉振動閾值水平處被致動。另外，應當指出的是，在粘滑期間，沿著鑽柱12的角速度變化在更靠近鑽頭13處比在地面附近大。因此，如果多個阻尼模塊10沿著鑽柱12的長度分布，如上文所討論的那樣，每個模塊均能夠由操作者使用泥漿脈衝遙測技術單獨地指揮，以調節該模塊的阻尼力或扭轉振動閾值。因此，例如，更靠近鑽頭13的阻尼模塊能夠比遠離鑽頭的阻尼模塊施加更大的摩擦曳力。
[0044]在圖3中示出了根據本發明的阻尼模塊10』的第二實施例。該實施例以類似於上文所描述的實施例10的方式起作用。模塊10』包括外殼122，聯接到模塊的驅動軸99延伸通過該外殼122，使得模塊隨著驅動軸旋轉，所述驅動軸則聯接到鑽柱12。軸99中形成有中心通路106，鑽探泥漿流動通過所述中心通路106，如上文所解釋的那樣。來自液壓系統的通路150供應液壓流體，當處理器33響應於扭轉振動致動液壓系統(未圖示)中的閥時，所述液壓流體對缸152進行加壓。缸152的加壓致動活塞154，這致使摩擦墊112繞樞軸銷158旋轉並且接觸鑽孔17，從而形成阻尼力，如上文所解釋的那樣。
[0045]在標題為「Rotary Steerable Motor System For Underground Drilling，，(Turner等人)的美國專利N0.7，389，830中更全面地描述致動活塞154的系統，該專利文獻以其全文引用的方式結合到本文中，除了為了實現振動阻尼，加壓液壓流體被同時地供應到每個缸152，而非如在前述專利中所描述的那樣相繼地實現鑽頭13的轉向之外。可替代地，模塊10』的摩擦墊112能夠根據前述專利被相繼地(sequentially)致動以便實現轉向，但加上在這些水平疊加的均勻程度的向外力以實現阻尼，即，被供應到缸152的液壓流體能夠通過模塊10』的每次旋轉而改變，使得儘管每個摩擦墊112在模塊10』的每個360°旋轉期間與鑽孔17持續地接觸，但是摩擦墊施加到鑽孔的向外力的振幅(amp I i tude )在每個360°旋轉期間改變，如在前述專利中所描述的那樣，從而鑽頭13的路徑被改變。以此方式，模塊10』能夠在不同時間或者在相同時間同時地實現轉向和阻尼。
[0046]在圖4中示出了扭轉振動阻尼器10〃的第三實施例。該模塊10〃包括外殼90，夕卜殼90封閉軸70。軸70被聯接到鑽柱12並且隨著鑽柱12旋轉，並且所述軸70在模塊外殼90的任一側上被支承在軸承76上。來自地面的鑽探泥漿流動通過軸70中的中心通路106，如上文所討論的那樣。多個活塞腔室80被支承在外殼90內，並且繞模塊10的圓周在前後位置處隔開。滑動活塞74被支承在每個腔室80內，並且被彈簧78徑向向內偏壓到縮回位置中。當鑽柱不旋轉並且沒有泥漿被泵送通過鑽柱時，活塞74的縮回促進鑽柱12滑動到鑽孔17中。
[0047]通路82使在中心通路106中流動的鑽探泥漿與腔室80中的每一個腔室流動連通。因此，每當發生鑽探，並且鑽探泥漿流動通過中心通路106時，每個腔室80中的鑽探泥漿的壓力徑向向外驅動活塞74，使得所述活塞74接觸鑽孔17的壁。不同於上文所討論的阻尼模塊10和10』，在該實施例中，腔室80和活塞74的尺寸被設定為使得由活塞抵著鑽孔17生成充分的力以防止阻尼模塊10"的外殼90的任何旋轉，即使當活塞對阻尼扭轉振動的力產生反作用時也如此，如下文所討論的那樣。因此，活塞74充當防止外殼90旋轉的錨固件。
[0048]腔室87被安裝在外殼90中，並且具有密封件，該密封件作用在軸70的外徑上，從而將該腔室密封。一排旋轉葉片86被聯接到軸70並且沿圓周排列，使得所述一排旋轉葉片86在腔室87內從軸70徑向向外延伸。一排靜葉(vane) 88安裝在外殼90中並且沿圓周排列，使得所述一排靜葉88在腔室87內從外殼90徑向向內延伸，並且使得每一排靜葉88被設置在兩排旋轉葉片86之間，由此在每個靜葉排和相鄰的葉片排之間形成軸向間隙。由於靜葉88被安裝在外殼90中，並且活塞74防止外殼旋轉，所以靜葉88被保持靜止。儘管示出了三排葉片86和兩排靜葉88，但是也能夠利用更大或更少數目的葉片和靜葉。電磁體84和85被定位在腔室87的任一側上。電磁體84、85的線圈在處理器33的控制下由電源72例如電池供電。
[0049]腔室87，包括在葉片排86與靜葉排88之間的軸向間隙，填充有磁流變流體(在下文中被稱作「MR流體」)。MR流體通常包括鐵磁或順磁性粒子的非膠態懸浮液。所述粒子通常具有大於大約0.1微米的直徑。所述粒子懸浮在載液中，例如礦物油、水或矽中。在正常條件下，MR流體具有常規油的流動特徵。但在磁場(例如由電磁體84和85所形成的磁場)存在的情況下，懸浮在載液中的粒子被極化。該極化導致所述粒子在載液中組織成鏈。該粒子鏈增加MR流體的流體剪切強度(和因此增加流動阻力或粘性)。在移除磁場之後，粒子返回到無組織狀態，並且流體剪切強度和流動阻力返回到其先前的數值。因此，磁場的受控施加允許非常迅速地改變MR流體的流體剪切強度和流動阻力。美國專利n0.5，382，373(Carlson等人)中描述了 MR流體，其以全文引用的方式結合到本文中。適用於阻尼模塊10〃的 MR 流體可購自 APS Technology of Cro麗ell, CT。
[0050]在正常操作期間，沒有功率被供應到電磁體84和85的線圈，使得MR流體幾乎不對葉片86相對於靜止靜葉88的旋轉施加阻力。但是，如果處理器33確定扭轉振動超過了閾值，電磁體84、85的線圈被供電，由此形成磁場，該磁場增加腔室87中的MR的粘度。增加的粘度增加葉片所經受的流動阻力，由此形成對扭轉振動進行阻尼的力。因此，作為如在上文所討論的實施例10和10』中在襯墊44、112和鑽孔17之間的摩擦阻力的替代，在實施例10"中，在模塊10"內部形成的流體摩擦阻力被用於形成對扭轉振動進行阻尼的反向扭矩。供應給電磁體84、85的電流越大，MR流體所經受的磁場就越強，因此，施加到葉片86旋轉的阻力就越大，並且阻尼力就越大。因此，通過控制到電磁體84、85的電流，處理器33能改變由阻尼模塊10〃施加到鑽柱上的阻尼的量。
[0051]在圖5中示出了阻尼模塊10〃』的第四實施例。除了腔室87包括聯接到軸70以隨著軸70 —起旋轉的葉輪96，所述腔室87在外殼90內被保持靜止，而外殼90由活塞74保持靜止之外，該實施例類似於在圖4中示出的實施例10"。填充有流體的流動通路94連接葉輪96的入口 97和出口 98，使得葉輪充當將流體循環通過通路94的泵。流動通路94中的閥92調節通路中的壓降。在正常操作期間，閥92完全打開，使得流體通過通路94的流動幾乎不存在流體阻力，並且因此葉輪96旋轉的幾乎不存在阻力。但是，當處理器33確定扭轉振動超過閾值時，處理器33將閥92關閉，從而減小通路94的流動面積並且對流體通過通路94的流動形成額外阻力。該對葉輪96的旋轉，並且因此軸70和軸70為其一部分的鑽柱的旋轉的額外流動阻力形成對扭轉振動進行阻尼的力(即，反向扭矩)。閥92關閉越緊，施加到葉輪96的阻力就越大並且阻尼力就越大。因此，通過控制閥92，處理器33能夠改變由阻尼模塊10〃』施加到鑽柱上的阻尼的量。應當指出的是，類似實施例10〃，在實施例10"』中，在模塊10"』內部形成的流體摩擦阻力用於形成對扭轉振動進行阻尼的反向扭矩。
[0052]圖6A、圖6B和圖6C示出了圖5所示的阻尼模塊10"』中的泵的替代實施例。圖6所示的泵114為正排量泵,而非圖5所示的葉輪型泵,並且優選地為液壓靜葉泵(hydraulicvane pump),如圖6A和圖6B和圖6C所示和如先前以引用的方式結合到本文中的美國專利N0.7，389，830所描述。泵114包括定子127和居中地設置在定子124內的轉子128。泵114還包括固定到定子127的井下端(down-hole end)的軸承密封外殼129和固定到定子127的井上端(up-hole end)的歧管130。軸承被居中地設置在軸承密封外殼129內。圖6B所示的驅動軸70使轉子128相對於定子127旋轉，所述驅動軸70被聯接到鑽柱以隨之旋轉。軸承124使驅動軸70大致對中在外殼122內，同時促進驅動軸70相對於外殼122旋轉。泵114、外殼122和驅動軸70大致同心。泵114的定子127、軸承密封外殼129和歧管130被限制相對於外殼122旋轉，並且優選地通過將外殼122錨固到鑽孔壁來防止旋轉，定子127、軸承密封外殼129和歧管130被聯接到外殼122，如在先前結合圖4和圖5所示的外殼90所討論的那樣。
[0053]歧管130中形成有三個入口埠 131a和三個出口埠 131b。可以是合適的高溫低壓縮性油，例如M0BIL624合成油的流體通過入口埠 131a進入液壓泵114。彈簧加載的靜葉132被設置在形成在轉子128中的徑向凹槽133中。三個凸輪凸角(cam lobe)134圍繞定子124的內圓周定位。在轉子128在定子127內旋轉時，凸輪凸角134接觸靜葉132。凸輪凸角134的形狀結合在靜葉132上的彈簧力導致靜葉132縮回和延伸進出凹槽133。
[0054]由於凸輪凸角134的形狀和在靜葉132上的彈簧力，每個靜葉132在其旋轉經過入口埠 131a時徑向向外移動。該移動生成吸力，該吸力將油抽吸通過入口埠 131a，並且抽吸到轉子128和定子127之間的區域中。靜葉132的進一步移動沿順時針方向朝下一個凸輪凸角134和出口埠 131b掃掠油。在油被朝出口埠 131b掃掠時，凸輪凸角134的輪廓減小在轉子128和定子127之間的區域，並且由此升高油壓。加壓的油被迫使通過出口埠 131b從泵114出來。
[0055]僅出於示例性目的描述使用液壓靜葉泵例如泵114。能夠在替代中使用能夠耐受在井下鑽探環境中通常遇到的溫度、壓力和振動的其它類型的液壓泵。例如，在替代實施例中，泵114能夠軸向活塞泵。
[0056]泵114由驅動軸70驅動。特別地，位於轉子128內的驅動軸70的部分優選地在其外圓周的周圍形成有花鍵135。所述花鍵135大致沿軸向方向延伸。所述花鍵135接合形成在轉子128上的互補花鍵136，使得驅動軸70相對於外殼122的旋轉對轉子施加相對應的旋轉。使用軸向定向的花鍵135、136促進在驅動軸70和轉子128之間在軸向方向上有限程度的相對運動。該運動能夠由於諸如下列因素造成:差熱偏轉、機械荷載等。允許轉子128相對於驅動軸70移動能夠減小泵114經受由於其與驅動軸70相互作用而造成的過量應力的可能性。滾珠軸承148被居中地位於歧管130內。軸承148幫助將驅動軸70對中在泵114內，並且因此減小泵114被驅動軸70強加到其上的過量徑向荷載損壞的可能性。利用在潤滑迴路中的油來潤滑軸承148。
[0057]在圖7中示出了阻尼模塊10〃〃的第五實施例。這是無源阻尼器概念，並且在理論上類似於用於聯接旋轉機械的裝置。該概念使用位於鑽鋌14內並且通過螺紋襯套104聯接到鑽鋌14的柱形內部質量體100。所述螺紋襯套104鍵接到鑽鋌14並且因此隨鑽鋌一起旋轉，鑽鋌則隨著鑽柱12 —起旋轉。安裝在鑽鋌14中的軸承102徑向且在軸向支承所述質量體100，使得所述質量體能夠相對於鑽鋌14和螺紋襯套104旋轉。質量體的一端具有公螺紋，並且襯套104具有配合的母螺紋，從而質量體和襯套螺接在一起。這允許鑽鋌14相對於質量體100旋轉。蝶形彈簧組105位於襯套104的端部和形成在鑽鋌14中的壁107之間。
[0058]當鑽鋌14例如由於粘滑而開始旋轉加速時，質量體100的慣性抵抗旋轉加速。因此，質量體100至少在最初以比鑽鋌13更低的旋轉速度旋轉。鑽鋌14和質量體100之間的旋轉速度差導致螺紋襯套104相對於鑽鋌14向圖7中的右方軸向移位，即，襯套104開始從質量體「旋開」。該移位導致螺紋襯套104壓縮彈簧組105，從而導致所施加的扭矩與鑽鋌速度增加的方向相反。與襯套104中的螺紋相關聯的螺旋角導致質量體100的慣性阻力向鑽鋌14施加扭矩，該扭矩抵抗加速並且由此對扭轉振動進行阻尼。因此，質量體100的作用在於，當卡住的鑽頭13 「滑移」時有效地阻礙鑽柱12加速。在鑽鋌14到達其最大速度並且開始減速時，質量體100的慣性沿相反方向施加扭矩，從而減小減速的速率。因此，在鑽鋌14的速度變化的任何時間，質量體100沿相反方向施加扭矩，從而有效地對扭轉振動進行阻尼。
[0059]儘管結合該實施例示出了蝶形彈簧，但是也能夠使用其它類型的彈簧，例如螺旋彈簧或扭轉彈簧。
[0060]圖8示出了本發明的另一實施例，其中，阻尼模塊200用於對橫向振動，包括渦旋進行阻尼。橫向振動導致鑽鋌14循環撓曲並且橫向移動。根據該實施例，柱形內部質量體100』藉助於彈性體層202聯接到鑽鋌14，所述彈性體層202結合到鑽鋌14和質量體。優選地，彈性體202為具有優良阻尼特徵的類型的橡膠。
[0061]鑽鋌14在橫向振動期間撓曲，從而導致在鑽鋌14和柱形內部質量體100』之間的相對移位。該相對移位導致彈性體層202經歷應變。層202的滯後阻尼了橫向振動。在其中鑽鋌14繞鑽孔17進動的渦旋的情況下，質量體100』橫向偏轉，從而向層202施加應變，導致阻尼。
[0062]提供以上描述是出於解釋說明目的並且不應被理解為限制本發明。雖然參考優選實施例或優選方法描述了本發明，應理解，在本文使用的詞語為描述和說明詞語，而非限制詞語。此外，儘管在本文中參考特定結構、方法和實施例描述了本發明。本發明不旨在限於本文所公開的特點，因為本發明可擴展到在所附權利要求的範圍內的所有結構、方法和用途。受益於本說明書的教導內容的相關領域的技術人員可以在不偏離由所附權利要求所限定的本發明的範圍和精神的情況下對本文所描述的本發明進行許多修改，並且可做出變化。
【權利要求】
1.一種用於對鑽柱中的扭轉振動進行阻尼的方法，所述鑽柱具有用於穿過地層鑽出鑽孔的鑽頭，所述方法包括以下步驟: a)沿第一旋轉方向向所述鑽柱施加扭矩，以使所述鑽柱沿所述第一旋轉方向旋轉，從而所述鑽頭在所述地層中鑽出所述鑽孔； b)感測指示在所述鑽柱中存在扭轉振動的參數的數值； c)將所述參數的所述數值與第一閾值進行比較； d)當所述參數的所述數值超過所述第一閾值時，向所述鑽柱施加反向扭矩，其中，所述反向扭矩在與所述第一旋轉方向相反的第二旋轉方向上作用，以對所述扭轉振動進行阻尼。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，通過將足以對所述鑽柱的所述扭轉振動進行阻尼的摩擦阻力強加到所述鑽柱在所述第一旋轉方向的旋轉來向所述鑽柱施加所述反向扭矩。
3.根據權利要求2所述的方法，其中，強加所述摩擦阻力的步驟包括:使從所述鑽柱徑向向外延伸的至少一個構件將足以對所述鑽柱的所述扭轉振動進行阻尼的第一力施加在所述鑽孔的壁上。
4.根據權利要求3所述的方法，其中，在所述構件徑向向外延伸但並不向所述鑽孔壁施加足夠的力來明顯地抵抗所述鑽柱沿所述第一旋轉方向的旋轉的情況下，所述鑽柱被運行持續第一時段，並且其中，強加所述摩擦阻力的步驟包括:使先前在所述第一時段期間延伸的所述構件隨後在所述鑽孔壁上施加所述第一力。
5.根據權利要求3所述的方法，其中，所述構件通過繞樞軸旋轉而從所述鑽柱徑向向外延伸。
6.根據權利要求3所述的方法，其中，使所述構件徑向向外延伸的步驟包括:克服徑向向內偏壓所述構件的彈簧力。
7.根據權利要求3所述的方法，其中，在所述構件將所述第一力施加到所述鑽孔壁上之後，所述鑽柱繼續沿所述第一旋轉方向旋轉，其中，在所述鑽柱沿所述第一旋轉方向旋轉時，在將所述第一力強加在所述鑽孔的所述壁上的同時，通過圍繞所述鑽孔的所述壁拖動所述構件而施加所述摩擦阻力。
8.根據權利要求3所述的方法，其中，在所述鑽孔壁上施加第一力的步驟包括:響應於感測到的所述參數的所述數值，改變施加到所述鑽孔壁上的所述第一力的大小。
9.根據權利要求3所述的方法，還包括以下步驟:使鑽探泥漿流動通過所述鑽柱，並且其中，所述鑽探泥漿的壓力產生第二力，所述第二力導致所述構件在所述鑽孔壁上施加所述第一力。
10.根據權利要求9所述的方法，其中，所述第一力大致等於所述第二力。
11.根據權利要求9所述的方法，其中，彈簧力徑向向內偏壓所述構件，並且其中，所述第一力大致等於所述第二力減去所述彈簧力。
12.根據權利要求9所述的方法，其中，通過將所述鑽探泥漿的至少一部分引導至活塞，所述鑽探泥漿的壓力產生所述第二力，所述第二力導致所述構件向所述鑽孔壁施加所述第一力。
13.根據權利要求12所述的方法，其中，所述活塞徑向向外驅動所述構件。
14.根據權利要求12所述的方法，其中，所述構件包括所述活塞。
15.根據權利要求3所述的方法，其中，所述構件具有相對於所述鑽柱的縮回位置和延伸位置，並且所述方法還包括以下步驟:當指示扭轉振動的所述參數的所述數值不超過所述第一閾值時，使所述構件從所述縮回位置朝所述延伸位置至少部分地向外延伸，由此縮短當所述參數超過所述第一閾值時使所述構件向所述鑽孔壁施加所述第一力所需的時間。
16.根據權利要求15所述的方法，其中，當所述構件至少部分地延伸時，所述構件並未向所述鑽孔壁施加足夠的力來顯著地對扭轉振動進行阻尼。
17.根據權利要求15所述的方法，其中，當所述參數的所述數值不超過所述第一閾值時，所述構件延伸而足以輕微觸碰所述鑽孔壁。
18.根據權利要求2所述的方法，其中，對所述鑽柱沿所述第一旋轉方向的旋轉強加摩擦阻力的步驟包括:增加在所述鑽柱內流動的流體的流動阻力，由此所述摩擦阻力為流體摩擦阻力。
19.根據權利要求18所述的方法，其中，所述流體為磁流變流體，並且響應於所述參數超過所述第一閾值，通過產生作用在所述磁流變流體上的磁場來增加所述流動阻力。
20.根據權利要求18所述的方法，其中，在所述鑽柱內流動的所述流體流動通過所述鑽柱中的通路，並且其中，響應於所述參數超過所述第一閾值，通過局部地減小所述通路的流動面積來增加在所述鑽柱內流動的所述流體的所述流動阻力。
21.根據權利要求2所述的方法，其中，所述鑽柱包括安裝在所述鑽柱中的外殼，所述外殼封閉所述鑽柱的軸部，並且所述方法還包括以下步驟:將所述外殼錨固到所述鑽孔壁，使得在所述鑽柱的所述軸部在所述外殼內旋轉時，所述外殼保持大致靜止。
22.根據權利要求21所述的方法，其中，對所述鑽柱沿所述第一旋轉方向的旋轉強加摩擦阻力的步驟包括:增加在所述外殼內流動的流體的流動阻力。
23.根據權利要求22所述的方法，其中，所述流體為磁流變流體，並且響應於所述參數超過所述第一閾值，通過產生作用在所述磁流變流體上的磁場來增加所述流動阻力。
24.根據權利要求23所述的方法，其中，腔室形成在所述外殼和所述軸之間，並且其中，所述磁流變流體被布置在所述腔室內。
25.根據權利要求23所述的方法，其中，一排靜止葉片從所述外殼延伸，並且一排旋轉葉片從所述軸延伸，由此在所述靜止葉片和所述旋轉葉片之間形成間隙，並且其中，所述磁流變流體被布置在所述間隙內。
26.根據權利要求22所述的方法，其中，在所述外殼內流動的所述流體流動通過所述外殼中的通路，並且其中，響應於所述參數超過所述第一閾值，通過局部地減小所述通路的流動面積來增加在所述鑽柱內流動的所述流體的所述流動阻力。
27.根據權利要求2所述的方法，其中，所述鑽柱包括第一構件，所述第一構件被安裝成在第二構件上旋轉，使得所述第二構件在所述第一旋轉方向上的角加速導致所述第一構件相對於所述第二構件旋轉，並且其中，對所述鑽柱沿所述第一旋轉方向的旋轉強加摩擦阻力的步驟包括:對所述第二構件在所述第一構件上的旋轉產生摩擦阻力。
28.根據權利要求27所述的方法，其中，通過在所述第一構件和所述第二構件之間施加彈簧力來增加所述第二構件在所述第一構件上的旋轉的所述摩擦阻力。
29.根據權利要求27所述的方法，其中，所述第一構件被安裝成通過形成在所述第一構件和第二構件上的配合螺紋繞所述第二構件旋轉，並且其中，通過在所述第一構件和第二構件之間施加彈簧力來增加所述第二構件在所述第一構件上旋轉的所述摩擦阻力，所述彈簧力增加了在所述配合螺紋之間的相對旋轉的摩擦阻力。
30.根據權利要求1所述的方法，還包括以下步驟:當所述參數降低到第二閾值以下時停止施加所述反向扭矩。
31.根據權利要求30所述的方法，其中，所述第二閾值不同於所述第一閾值。
32.根據權利要求30所述的方法，其中，所述第二閾值與所述第一閾值大致相同。
33.根據權利要求1所述的方法，其中，所述第一閾值的所述數值是預定的。
34.根據權利要求1所述的方法，其中，所述第一閾值的所述數值根據所述鑽柱的運行條件而變化。
35.根據權利要求1所述的方法，其中，所述參數包括:在沿所述鑽柱的長度的至少一個位置處的所述鑽柱的旋轉速度。
36.根據權利要求1所述的方法，其中，所述參數包括:所述鑽柱的至少一部分在一定時段的大致瞬時角速度的變化。
37.根據權利要求1所述的方法，其中，當所述參數的所述數值超過所述第一閾值時向所述鑽柱施加反向扭矩的步驟包括:在沿所述鑽柱的多個離散位置處施加所述反向扭矩。
38.根據權利要求35所述的方法，其中，施加在沿所述鑽柱的所述多個離散位置處的所述反向扭矩的數值在所述離散 位置之間不同。
39.一種用於對鑽柱中的扭轉振動進行阻尼的設備，所述鑽柱具有用於穿過地層鑽出鑽孔的鑽頭，所述設備包括: a)沿第一旋轉方向向所述鑽柱施加扭矩以使所述鑽柱沿所述第一旋轉方向旋轉由此所述鑽頭在所述地層中鑽出所述鑽孔的裝置； b)用於感測指示在所述鑽柱中存在扭轉振動的參數的數值的傳感器； c)當所述參數的所述數值超過第一閾值時向所述鑽柱施加反向扭矩的裝置，其中，所述反向扭矩作用在與所述第一旋轉方向相反的第二旋轉方向上，以對所述扭轉振動進行阻尼。
40.根據權利要求39所述的設備，其中，用於向所述鑽柱施加反向扭矩的所述裝置包括:用於向所述鑽柱在所述第一旋轉方向上的旋轉強加足以產生所述反向扭矩的摩擦阻力的裝置，所述反向扭矩對所述鑽柱的所述扭轉振動進行阻尼。
41.根據權利要求40所述的設備，其中，用於強加所述摩擦阻力的所述裝置包括:能夠從所述鑽柱徑向向外延伸以向所述鑽孔的壁施加第一力的構件。
42.根據權利要求41所述的設備，其中，所述構件通過繞樞軸旋轉而從所述鑽柱徑向向外延伸。
43.根據權利要求41所述的設備，還包括用於響應於所述參數的所述數值超過所述第一閾值而使所述構件徑向向外延伸的裝置。
44.根據權利要求43所述的設備，其中，用於使所述構件徑向向外延伸的所述裝置包括用於克服徑向向內偏壓所述構件的彈簧力的裝置。
45.根據權利要求41所述的設備，其中，在所述鑽柱沿所述第一旋轉方向旋轉時，在將所述第一力強加在所述鑽孔的所述壁上的同時，所述用於強加摩擦阻力的裝置通過繞所述鑽孔的所述壁拖動所述構件來強加摩擦阻力。
46.根據權利要求41所述的設備，其中，所述用於強加摩擦阻力的裝置致使施加到所述鑽孔壁上的所述第一力的大小響應於感測到的所述參數的數值而改變。
47.根據權利要求40所述的設備，其中，所述用於對所述鑽柱在所述第一旋轉方向上的旋轉強加摩擦阻力的裝置包括:用於增加對所述鑽柱在所述第一方向上的旋轉的流體阻力的裝置。
48.根據權利要求47所述的設備，其中，所述用於增加對所述鑽柱在所述第一方向上的旋轉的流體阻力的裝置包括:腔室，所述腔室聯接到所述鑽柱並且包含磁流變流體；和電磁體，所述電磁體響應於所述參數的所述數值超過所述第一閾值而使所述磁流變流體經受磁場。
49.根據權利要求48所述的設備，其中，在所述腔室中形成有通路，由此所述磁流變流體在所述通路內流動。
50.根據權利要求49所述的設備，其中，所述通路由第一構件和第二構件之間的間隙形成，所述第一構件聯接到所述鑽柱以隨所述鑽柱旋轉。
51.根據權利要求50所述的設備，還包括用於將所述第二構件維持靜止的裝置。
52.根據權利要求51所述的設備，其中，所述用於將所述第二構件維持靜止的裝置包括至少一個錨，所述至少一個錨用於將包含所述腔室的外殼錨固到所述鑽孔壁。
53.根據權利要求47所述的設備，還包括外殼，所述外殼聯接到所述鑽柱但被防止與所述鑽柱一起旋轉，其中，所述用於增加流體阻力的裝置包括用於使流體在所述外殼內循環的裝置。
54.根據權利要求53所述的`設備，其中，所述用於使流體在所述外殼內循環的裝置包括泵。
55.根據權利要求39所述的設備，其中，所述參數包括在沿所述鑽柱的長度的至少一個位置處的所述鑽柱的旋轉速度。
56.根據權利要求39所述的設備，其中，由所述傳感器感測的所述參數包括所述鑽柱的至少一部分在一定時段內的大致瞬時角速度的變化。
57.根據權利要求40所述的設備，其中，所述鑽柱包括第一構件，所述第一構件被安裝成在第二構件上旋轉，使得所述第二構件在所述第一旋轉方向上的角加速導致所述第一構件相對於所述第二構件旋轉，並且其中，所述用於對所述鑽柱在所述第一旋轉方向上的旋轉強加摩擦阻力的裝置包括對所述第二構件在所述第一構件上的旋轉產生摩擦阻力的裝置。
58.根據權利要求57所述的設備，其中，所述用於對所述第二構件在所述第一構件上的旋轉產生摩擦阻力的裝置包括將力強加在所述第一構件和所述第二構件之間的彈簧。
59.根據權利要求57所述的設備，其中，所述第一構件被安裝成通過形成在所述第一構件和第二構件上的配合螺紋而繞所述第二構件旋轉，並且所述設備還包括彈簧，所述彈簧在所述第一構件和所述第二構件之間施加彈簧力，所述彈簧力增加對所述配合螺紋之間的相對旋轉的摩擦阻力。
60.一種用於對鑽柱中的橫向振動進行阻尼的設備，所述鑽柱具有用於穿過地層鑽出鑽孔的鑽頭，所述設備包括:a)鑽鋌，所述鑽鋌聯接到所述鑽頭並且形成所述鑽柱的一部分， b)質量體，所述質量體通過彈性體聯接到所述鑽鋌，所述質量體被設置在所述鑽鋌和所述彈性體之間，由此，由於橫向振動造成的所述鑽鋌的撓曲導致在所述鑽鋌和所述質量體之間的相對移位，所述 相對移位導致所述彈性體經歷應變，從而對所述鑽柱的橫向振動進行阻尼。
【文檔編號】E21B17/07GK103502560SQ201280019770
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2012年2月27日 優先權日:2011年3月7日
【發明者】威廉·埃文斯·特納, 馬克·休特琴森, 迪爾克·博斯曼, 馬克·埃爾斯沃思·瓦塞爾, 卡爾·阿莉森·佩裡, 馬丁·E·科伯恩 申請人:Aps技術公司