用于油井钻探组件的内联扭转振动减轻机构的制作方法
【专利摘要】一种用于包括在钻头与钻柱之间的组件，所述组件具有超越离合器机构，所述超越离合器机构在粘滑周期的“滑”部分期间使所述钻头与所述钻柱脱离接合，以允许所述钻头比所述钻柱更快地自由旋转。所述组件还包括可操作地连接在所述超越离合器与所述钻头之间的旋转振动阻尼器。所述振动阻尼器可包括具有粘性流体或对流体流动进行限制以产生减弱效果的流体腔室。在正常操作期间，所述单向超越离合器保持接合以在所述钻柱与所述钻头之间传递扭矩，而所述扭转阻尼器处于其最大移位位置中以传递负荷。在滑动期间，将所述钻头脱离接合直到其速度低于所述钻柱速度。扭转振动阻尼器使所述超越离合器重新接合的突发冲击力减弱。
【专利说明】
用于油井钻探组件的内联扭转振动减轻机构
技术领域
[0001 ]本公开总体涉及油田设备，并且具体地说涉及减轻井下工具中的扭转振动。
[0002]发明背景
[0003]常规钻头包括具有聚晶金刚石复合片(PDC)嵌件和刀具的刮刀型钻头，所述刮刀型钻头使用剪切动作破坏地层材料。这种roc刀具和嵌件适于连续负载，但是在振动、颤动和冲击力下容易发生故障。
[0004]因此，当使用PDC钻头进行钻探时，扭转振动是重要的考虑因素。扭转振动的一个普遍成因是称为“粘滑”的现象。当钻头旋转的速率突然减慢或停止时，诸如当钻头遭遇硬界面或硬细脉时发生粘滑。尽管钻头瞬间减慢或停止旋转，但是上方的钻柱继续旋转，从而致使钻柱卷紧并扭转地存储势能。这是粘滑周期的“粘”阶段。
[0005]当钻柱卷紧时，钻柱扭矩增大并且钻柱长度减少。在某一时刻，由于增加的钻柱扭矩或减少的钻柱长度致使钻头更少地削减地层，地层切断并且钻头再次旋转。由于存储在钻柱中的高能量，当钻柱退绕时，钻头猛烈地脱离并过速。这是粘滑周期的“滑”阶段。
[0006]粘滑引起颤动、PDC刀具对岩石面的重复冲击以及钻柱振荡。粘滑通常通过增加钻头速度或减少钻压而得以解决。然而希望提供一种减轻扭转振动而无需增加钻头速度或减少钻压的工具。
[0007]附图简述
[0008]在下文中参照附图详细描述各实施方案，在附图中:
[0009]图1是根据实施方案的钻井系统的块级示意图，其示出用于在地球中进行钻孔的钻柱和内联扭转振动减轻系统(诸如图2中的内联扭转振动减轻系统)；
[0010]图2是根据优选实施方案的内联扭转振动减轻系统的方框图，其示出钻铤、超越离合器组件、扭转阻尼器以及井底总成；
[0011]图3是图2的超越离合器组件和扭转阻尼器的轴向截面；
[0012]图4是图3的超越离合器组件(除去其止推轴承)的一部分以及图3的扭转阻尼器的一部分的轴向截面的放大分解图，为了清晰起见，两者均在将输出轴移除的情况下示出；
[0013]图5是图4的组件的轴向截面的立视图，其示出位于超越离合器组件与扭转阻尼器之间的连接，示出超越离合器组件的外部离合器壳体和内部离合器芯轴以及扭转阻尼器的外部阻尼器壳体和内部阻尼器芯轴；
[0014]图6是图4的超越离合器组件的底端的透视图，其示出具有内部不对称锯齿的外部离合器壳体、具有外纵向凹槽的内部离合器芯轴和定位在它们之间用于产生空转效果的楔块；
[0015]图7A是图6的超越离合器组件的一部分的详细视图，其示出在径向向外位置中的接合外部离合器壳体的楔块；
[0016]图7B是图6的超越离合器组件的部分的详细视图，其示出在径向向内位置中的与外部离合器壳体脱离接合的楔块；
[0017]图8是图6的超越离合器组件的置中引导构件的详细透视图；
[0018]图9是图6的超越离合器组件的波形弹簧的详细透视图；
[0019]图10是图4的扭转阻尼器组件的底端的透视图，其示出具有内部凹槽的外部阻尼器壳体、具有外部纵向突起的内部阻尼器芯轴和可滑动地定位在所述突起内的刮片；
[0020]图11是图10的扭转阻尼器组件的刮片的详细透视图；
[0021]图12是图10的扭转阻尼器组件的一部分的详细视图，其示出形成封闭的流体腔室的阻尼器芯轴和壳体以及在径向向外的位置中接合阻尼器壳体的用于对阻尼器芯轴与壳体之间的相对移动提供流体阻力的外圆周壁的刮片；
[0022]图13是随时间绘制的转速的定性曲线图，其示出在扭转振动的情况下具有和不具有图2的工具的井底总成的转速变化;并且
[0023]图14是示出根据优选实施方案的扭转振动减轻的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0024]先前公开内容可以重复各种实例中的元件符号和/或字母。这种重复是为了简单和清楚起见，并且本身不指示所讨论的各种实施方案和/或配置之间的关系。另外，空间相对术语如“在...之下”、“在...下方”、“下部”、“在...上方”、“上部”、“井上”、“井下”、“上游”、“下游”等在本文可能为了便于描述而使用以描述如图中所示的一个元件或特征结构与另一个元件或特征结构的关系。所述空间相对术语意图包含与图中所描绘的定向不同的在使用中或操作中的设备的定向。举例来说，如果图中的设备翻转，那么描述为在其他元件或特征“以下”或“下方”的元件接着被定向为在其他元件或特征“上方”。因此，例示性术语“下面”可以包含上方和下面的定向两者。可以其他方式来定向设备(旋转90度或在其他定向)，且可以同样地相应解释本文所使用的空间相对描述符。
[0025]图1示出根据优选实施方案的包括内联扭转振动减轻系统1的钻井系统120。钻井系统120可以包括陆地钻机122。然而，本公开的教义可令人满意地与海上平台、半潜式钻井船和令人满意地形成延伸穿过一个或多个井下地层的井眼的任何其他钻井系统相关联使用。
[0026]钻机122并且可紧邻井口124定位。钻机122还可包括旋转台138、旋转驱动马达140和与井眼160内的钻柱132的旋转相关联的其他设备。在钻柱132的外部与井眼160的内径之间可形成环空166。
[0027]对于一些应用而言，钻机122还可包括顶部驱动马达或顶部驱动单元142。在井口124处也可提供防喷器(未明确地示出)和与钻探井眼相关联的其他设备。一个或多个栗148可用来将钻井液146从流体贮存器或凹坑130栗送至钻柱132的从井口 124延伸的一个末端。导管134可用来将钻井泥浆从栗148供应至钻柱132的从井口 124延伸的一个末端。导管136可用来将钻井液、地层切肩和/或井下碎肩从井眼160的底部或末端162返回至流体贮存器或凹坑130。各种类型的管道、管子和/或导管可用来形成导管134和136。
[0028]钻柱132可从井口 124延伸并且可与钻井液供应源(诸如凹坑或贮存器130)耦接。钻柱132的相反末端可包括邻近于井眼160的末端162设置的井底总成190和旋转钻头100。旋转钻头100可包括具有设置在其中的相应喷嘴的一个或多个流体流动通道。各种类型的钻井液146可通过栗148和导管134从贮存器130栗送至钻柱132的从井口 124延伸的末端。钻井液146可流动通过钻柱132的纵向孔(未明确地示出)并从在旋转钻头100中形成的喷嘴离开。
[0029]在井眼160的末端162处，钻井液146可与紧邻钻头100的地层切肩和其他井下碎肩混合。钻井液随后将向上流动穿过环空166以使地层切肩和其他井下碎肩返回至井口 124。导管136可使钻井液返回至贮存器130。各种类型的筛网、过滤器和/或离心机(未示出)可提供来在使钻井液返回至凹坑130之前将地层切肩和其他井下碎肩移除。
[0030]井底总成190包括根据优选实施方案的内联扭转振动减轻系统10。井底总成190还可包括各种其他工具191，诸如提供测井或测量数据以及来自井眼160底部的其他信息的那些工具。测量数据和其他信息可使用已知随钻测量技术从井眼I60的末端162通过钻柱132传送，并且在井表面124处转换成电信号，以除此之外监测钻柱132、井底总成190和关联的旋转钻头100的性能。
[0031]图2示出根据优选实施方案的旋转振动减轻工具10的方框图。工具10主要是不需要任何电子器件和控件的机械工具。工具10理想地包括超越离合器组件12和扭转阻尼器组件14，并且工具10可连接在钻柱或钻铤16与井底总成18之间。
[0032]超越离合器组件12允许扭矩在一个方向上从钻柱或钻铤16传递至井底总成18。在粘滑周期的“滑”部分期间，当钻头具有过速的倾向时，超越离合器组件12使井底总成18与和超越离合器组件12连接的钻柱或钻铤16的末端分离。
[0033]扭转阻尼器组件14减轻来自在操作超越离合器组件12期间的突然接合的旋转冲击负荷。此外，扭转阻尼器组件14还减轻源自其他源或机构的旋转振动，包括由钻柱传递的振动。
[0034]图3是根据优选实施方案的工具10的轴向截面。工具10的上端包括上部离合器壳体20，所述上部离合器壳体20以本领域常规操作员已知的常规方式(诸如通过螺纹)连接到钻柱或钻铤16(图2)。例如，可提供阳螺纹端(未示出)。工具10的下端可包括例如用于连接到井底总成18 (图2)的销孔连接件22。
[0035]销孔连接件22在输出轴30的下端处形成，所述输出轴30进而由上部离合器壳体20通过位于超越离合器组件12内的止推轴承组件40旋转地运送。轴向钻压通过上部离合器壳体20、止推轴承组件40和输出轴30从钻柱或钻铤16传递至井底总成18(图2)。
[0036]参考图3至图7B，超越离合器12包括下部离合器壳体24，所述下部离合器壳体24螺纹连接或以其他方式连接到上部离合器壳体20的底部。如图6至图7B中清楚地所见，下部离合器壳体24的内表面具有其中形成的不对称楔形纵向定向锯齿26。
[0037]大体呈管状的离合器芯轴50同轴地定位在下部离合器壳体24内。离合器芯轴50的特征在于在其外部周向表面中形成的纵向凹槽52。尽管不是必须的，但是离合器芯轴50中的凹槽52的数目优选地对应于下部离合器壳体24中的锯齿26的数目。
[0038]参考图7至图9，在每个凹槽52中，定位有细长楔块54、弹簧56和两个置中引导构件58。弹簧56将楔块54从离合器芯轴50径向向外推动。置中引导构件58使弹簧46和楔块54在凹槽52内成角度地置于中心。在优选实施方案中，弹簧56是由楔块54容易压缩的线性波形弹簧，以便使磨损和撕裂最小化。
[0039]如图7A中所示，在正常的钻井操作期间，下部离合器壳体24在由箭头55所示的方向上旋转。超越离合器组件12的由弹簧56径向向外推动的楔块54将一直与下部离合器壳体24的锯齿26的锐角部分27接触，使得整个钻探扭矩以与普通花键驱动相同的方式从下部离合器壳体24传递至离合器芯轴50。
[0040]在粘滑情况下，由于钻柱16(图2)继续旋转，扭矩在粘阶段中得以传递。当钻头最终脱离并且钻柱开始退绕时，由于钻柱中存储的扭转势能，井底总成18将趋于过速。如由图7B中的相对速度矢量57所示，如果芯轴50比下部离合器壳体24旋转更快，那么楔块54接触锯齿26的平缓楔形斜面28并由其径向向内压入，从而压缩弹簧56并且从而允许锯齿26滑过楔块54。以这种方式，当芯轴50比下部离合器壳体24旋转更快时，下部离合器壳体24与芯轴50扭转地分离。
[0041]由于超越离合器组件12，井底总成18保持与表面扭矩分离直到其速度例如在钻头和稳定器处通过摩擦而减小。当井底总成速度变成等于其连接到超越离合器组件12的钻柱的速度时，楔块54再次接合锯齿26的部分27并且再次开始扭矩传递。本领域普通技术人员将理解，对应部件的接合表面可由具有特定摩擦特性以在滑动发生之前实现所需阈值的材料形成。例如，楔块54可由具有选择来在施加特定的力或旋转速度时相对于斜面28滑动的摩擦系数的材料形成。同样地，可调节弹簧56来实现楔块54与斜面28之间所需的摩擦接合。
[0042]为了在重新接合超越离合器12期间使冲击负荷最小化，任选地提供扭转阻尼器组件14。参考图3至图5以及图10至图12，根据优选实施方案，扭转阻尼器组件14包括管状上部阻尼器壳体60和管状下部阻尼器壳体62。下部阻尼器壳体62通过螺纹连接或如对于本领域常规操作员已知的其他合适方式连接到上部阻尼器壳体60。上部阻尼器壳体60具有带有减小直径的上端，所述上端通过螺纹、压配合或其他合适方式接收在超越离合器12的离合器芯轴50的下端内并且连接到所述下端。因此，上部阻尼器壳体60和下部阻尼器壳体62在正常钻探期间接收钻柱扭矩，但是在过速条件期间空转。
[0043]在上部阻尼器壳体60和下部阻尼器壳体62内，扭转阻尼器组件14包括同轴定位的阻尼器芯轴70。下部阻尼器壳体62的内壁具有在其中形成的许多纵向凹槽64，并且阻尼器芯轴70的外部周向表面包括在其附近形成的同等数目的纵向突起72。就像花键配合一样，突起72配合并捕获在凹槽64内，只是每个突起72的角度尺寸小于每个凹槽64的角度尺寸，使得在阻尼器芯轴70与下部阻尼器壳体62之间存在一定量的旋转游隙。也就是说，下部阻尼器壳体62能够相对于阻尼器芯轴70进行受限制的旋转移动。阻尼器芯轴70与凹槽64之间的空隙限定封闭的流体腔室76。尽管为了清楚起见未示出，但是本领域普通技术人员应理解流体腔室76的上端和下端由合适结构密封。流体腔室76包含阻尼扭转振动能量的粘性流体，如以下所述。
[0044]具体参考图12，在阻尼器芯轴70上的每个突起72内，形成径向定位的纵向刮件凹陷74。刮片78用作限流器，并且可滑动地接收在每个刮件凹陷74内，并且由弹簧79径向向外推动，以便与凹槽64的外部周向表面相接触并且从而阻塞或限制流体在凹槽64内的自由流动。粘性流体必须克服弹簧79的力以迫使刮片78向内以便经过所述刮片，以允许阻尼器芯轴70相对于下部阻尼器壳体62移动。以这种方式，扭转阻尼器组件14在重新接合超越离合器组件12期间提供阻尼效果。
[0045]参考图4至图6和图10，离合器芯轴50和阻尼器芯轴70的内部周向表面可具有设置来接合输出轴30(图3)的互补升高部分32的内部轮廓34。内部轮廓34和升高部分32优选地包括用于传递扭矩的平台或花键。在示出的实施方案中，输出轴的升高部分32仅与扭转阻尼器组件14的内部轮廓34配合。扭矩通过上部离合器壳体20、下部离合器壳体24、楔块54、离合器芯轴50、上部阻尼器壳体60、下部阻尼器壳体62、阻尼器芯轴70和输出轴30从钻柱或钻挺16传递至井底总成18。
[0046]在替代实施方案中，不包括扭转阻尼器组件14。在这种情况下，输出轴30的升高部分32与超越离合器组件12的内部轮廓34配合。扭矩通过上部离合器壳体20、下部离合器壳体24、楔块54、离合器芯轴50和输出轴30从钻柱或钻铤16传递至井底总成18。
[0047]图13是示出工具10的效果的定性曲线图。通常，当钻柱经受扭转振动时，由于主要在接近系统振动的固有频率的单一频率下的激振力，整个钻柱旋转振荡。这种自然未减轻的响应以图13的上部实线80示出。在具有工具10的情况下，超越离合器组件12在过速条件期间使井底总成18与钻柱脱离接合。这种脱离接合导致用于扭转振动的系统固有频率突然改变，并且由于外力而引起同步激振减少。扭转阻尼器14进一步减弱振动。当自然旋转振动响应80时，超越离合器组件12与扭转阻尼器14的组合效果由图13中的虚线82示出。也就是说，图13示出具有和不具有工具10的井底总成18关于扭转振动的转速(RPM)变化。
[0048]图14是示出用于由上述工具和系统所执行的减轻扭转振动的方法的流程图。在步骤200处，通过旋转钻柱以旋转钻头来钻探井眼。在常规操作期间，将扭矩在第一方向上从钻柱传递至钻头。在步骤202处，当发生预定条件时，钻柱与钻头(或者根据具体情况与井底总成)脱离接合或分离。因此，不将扭矩从钻柱传递至钻头。也就是说，当钻头过速时，钻柱会分离。因此，所述预定条件就是钻头(或者井底总成)的转速小于钻柱的转速。一旦钻柱的转速与钻头的转速之间的差低于预定阈值，钻柱和钻头就重新接合。
[0049]尽管不是在所有实施方案中都是必要的，但是优选地，在步骤204处，减弱诸如来自超越离合器的接合的任何冲击负荷。具体地，粘性流体可用来减弱钻柱与钻头之间扭转振动。
[0050]总之，已描述了用于减轻扭转振动的井下工具、钻井系统和方法。井下工具的实施方案总体上可具有布置用于连接在钻柱与钻头之间的超越离合器组件，所述超越离合器组件接合以在第一旋转方向上将扭矩从钻柱传递至钻头，并且脱离接合以防止扭矩在与第一方向相反的第二旋转方向上从钻柱传递至钻头。钻井系统的实施方案总体上可具有携带钻头的钻柱和布置用于连接在钻柱与钻头之间的超越离合器组件，所述超越离合器组件接合以在第一旋转方向上将扭矩从钻柱传递至钻头，并且脱离接合以防止扭矩在与第一方向相反的第二旋转方向上从钻柱传递至钻头。用于减轻扭转振动的方法的实施方案总体上可包括提供布置用于连接在钻柱与钻头之间的超越离合器组件，使所述超越离合器组件接合以在第一旋转方向上将扭矩从钻柱传递至钻头，以及使所述超越离合器组件脱离接合以防止扭矩在与第一方向相反的第二旋转方向上从钻柱传递至钻头。
[0051 ]任何前述实施方案可以单独地或彼此组合地包括以下元件或特征中的任一个:耦接到超越离合器组件的扭转阻尼器组件;所述扭转阻尼器组件定位在超越离合器组件与钻头之间；所述扭转阻尼器组件包括第一构件、由所述第一构件驱动并且相对于所述第一构件具有受限制的旋转移动的第二构件，所述第一构件和所述第二构件共同限定在其之间的流体腔室，并且流体接收在所述腔室中，借此所述第一构件与所述第二构件之间的相对运动通过所述流体而减弱；设置在腔室中的限流器;所述第一构件是限定具有在其中形成的凹槽的内壁的管状阻尼器壳体，并且所述第二构件是同轴地设置在阻尼器壳体内并且限定具有在其中形成的突起的外壁的阻尼器芯轴，所述突起接收在凹槽内；所述第一构件是限定具有在其中形成的多个纵向凹槽的内壁的管状阻尼器壳体，并且所述第二构件是同轴地设置在阻尼器壳体内并且限定具有在其附近形成的多个纵向突起的外壁的阻尼器芯轴，每个突起接收在所述多个凹槽中的一个中；连接到阻尼器芯轴并且由其旋转驱动的输出轴，所述输出轴具有适于耦接到钻头的下端;在超越离合器组件与输出轴之间耦接的止推轴承，所述阻尼器芯轴是管状的，并且输出轴的一部分同轴地设置在阻尼器芯轴内；超越离合器组件包括限定具有在其中形成的楔形锯齿的内壁的大体管状离合器壳体，同轴地设置在离合器壳体内并限定具有在其中形成的凹槽的外壁的离合器芯轴，捕获在凹槽内并抵靠离合器壳体的内壁径向向外推动的楔块，其中所述楔块接合锯齿以防止离合器壳体在第一方向上相对于离合器芯轴的无限制相对旋转，并且与锯齿脱离接合以允许离合器壳体在与第一方向相反的第二方向上相对于离合器芯轴的无限制相对旋转;超越离合器组件包括限定具有在其中形成的多个锥形锯齿的内壁的大体管状离合器壳体，同轴地设置在离合器壳体内并限定具有在其中形成的多个凹槽的外壁的离合器芯轴以及多个楔块，所述多个凹槽中的每一个具有捕获在其中并抵靠离合器壳体的内壁径向向外推动的所述多个楔块中的一个，其中所述多个楔块接合所述多个锯齿以防止离合器壳体在第一方向上相对于离合器芯轴的无限制相对旋转，并且与所述多个锯齿脱离接合以允许离合器壳体在与第一方向相反的第二方向上相对于离合器芯轴的无限制相对旋转;设置在楔块与凹槽之间以便抵靠离合器壳体的内壁径向向外推动楔块的弹簧;所述弹簧是线性波形弹簧;超越离合器组件自动机械接合以在第一旋转方向上将扭矩从钻柱传递至钻头，并且脱离接合以防止在与第一方向相反的第二旋转方向上将扭矩从钻柱传递至钻头;提供定位在超越离合器组件与钻头之间的扭转阻尼器组件;通过所述扭转阻尼器组件减弱超越离合器组件接合的冲击负荷;使超越离合器组件自动地接合以在第一旋转方向上将扭矩从钻柱传递至钻头；以及使超越离合器组件自动地脱离接合以防止扭矩在与第一方向相反的第二旋转方向上从钻柱传递至钻头。
[0052]本公开的摘要仅用于通过一种方式提供给美国专利和商标局以及普遍的公众，通过这种方式来从粗略地阅读所述技术公开的本质和要点来快速做出决定，并且其仅代表一个或多个实施方案。
[0053]尽管已详细示出各种实施方案，但是本公开不限于示出的实施方案。本领域技术人员可以想到上述实施方案的修改和调整。这种修改和调整在本公开的精神和范围内。
【主权项】
1.一种用于减轻扭转振动的井下工具，其包括: 超越离合器组件，其被布置用于连接在钻柱与钻头之间，所述超越离合器组件接合以在第一钻柱旋转方向上将扭矩从所述钻柱传递至所述钻头，并且脱离接合以防止将扭矩在与所述第一方向相反的第二钻柱旋转方向上从所述钻柱传递至所述钻头。2.如权利要求1所述的井下工具，其还包括: 扭转阻尼器组件，其耦接到所述超越离合器组件。3.如权利要求2所述的井下工具，其中: 所述扭转阻尼器组件定位在所述超越离合器组件与所述钻头之间。4.如权利要求2所述的井下工具，其中所述扭转阻尼器组件包括: 第一构件，其由所述钻柱的旋转驱动； 第二构件，其由所述第一构件的旋转驱动并且能够相对于所述第一构件进行受限制旋转移动，所述第一构件和所述第二构件共同地限定在其之间的流体腔室； 限流器，其设置在所述腔室中；以及 流体，其接收在所述腔室中;借此 在所述第一构件与所述第二构件之间的相对运动通过所述流体而减弱。5.如权利要求4所述的井下工具，其中: 所述第一构件是管状阻尼器壳体，其限定具有在其中形成的凹槽的内壁;并且所述第二构件是阻尼器芯轴，其同轴地设置在所述阻尼器壳体内并且限定具有在其中形成的突起的外壁，所述突起接收在所述凹槽内。6.如权利要求5所述的井下工具，其还包括: 输出轴，其连接到所述阻尼器芯轴并且由其旋转驱动，所述输出轴具有适于耦接到所述钻头的下端；以及 止推轴承，其耦接在所述超越离合器组件与所述输出轴之间;其中 所述阻尼器芯轴是管状的，并且所述输出轴的一部分同轴地设置在所述阻尼器芯轴内。7.如权利要求1所述的井下工具，其中所述超越离合器组件包括: 大体管状离合器壳体，其限定具有在其中形成的楔形锯齿的内壁； 离合器芯轴，其同轴地设置在所述离合器壳体内并限定具有在其中形成的凹槽的外壁； 楔块，其被捕获在所述凹槽内并抵靠所述离合器壳体的所述内壁径向向外推动;其中所述楔块接合所述锯齿以防止所述离合器壳体在第一方向上相对于所述离合器芯轴的无限制相对旋转，并且与所述锯齿脱离接合以允许所述离合器壳体在与所述第一方向相反的第二方向上相对于所述离合器芯轴的无限制相对旋转。8.如权利要求1所述的井下工具，其中: 所述超越离合器组件自动地机械接合以在第一旋转方向上将扭矩从所述钻柱传递至所述钻头，并且脱离接合以防止扭矩在与所述第一方向相反的第二旋转方向上从所述钻柱传递至所述钻头。9.一种用于减轻井下扭转振动的方法，其包括: 将超越离合器组件连接在钻柱与钻头之间； 在第一方向上旋转所述钻柱； 使所述超越离合器组件接合以允许在所述钻柱与所述钻头之间不存在相对运动，以便将扭矩从所述钻柱传递至所述钻头；以及 使所述超越离合器组件脱离接合以允许在所述钻柱与所述钻头之间的相对运动，只要所述钻头在所述第一方向上比所述钻柱更快地旋转，以便防止扭矩在所述钻柱与所述钻头之间传递。10.如权利要求9所述的方法，其还包括: 提供定位在所述超越离合器组件与所述钻头之间的扭转阻尼器组件；以及 通过所述扭转阻尼器组件减弱所述超越离合器组件接合的冲击负荷。11.如权利要求9所述的方法，其还包括: 当推动所述钻柱以比所述钻头旋转更快时，使所述超越离合器组件自动接合以将扭矩从所述钻柱传递至所述钻头；以及 当推动所述钻头比所述钻柱旋转更快时，使所述超越离合器组件自动脱离接合以防止扭矩在所述钻柱与所述钻头之间传递。12.—种钻井系统，其包括: 钻柱，所述钻柱携带钻头； 超越离合器组件，其连接在所述钻柱与所述钻头之间，所述超越离合器组件接合以在第一钻柱旋转方向上将扭矩从所述钻柱传递至所述钻头，并且脱离接合以防止在与所述第一方向相反的第二钻柱旋转方向上将扭矩从所述钻柱传递至所述钻头。13.如权利要求12所述的钻井系统，其还包括: 扭转阻尼器组件，其耦接到所述超越离合器组件。14.如权利要求12所述的钻井系统，其中: 所述扭转阻尼器组件定位在所述超越离合器组件与所述钻头之间。15.如权利要求12所述的钻井系统，其中所述扭转阻尼器组件包括: 第一构件，其由所述钻柱的旋转驱动； 第二构件，其由所述第一构件的旋转驱动并且能够相对于所述第一构件进行受限制旋转移动，所述第一构件和所述第二构件共同地限定在其之间的流体腔室； 限流器，其设置在所述腔室中；以及 流体，其接收在所述腔室中;借此 在所述第一构件与所述第二构件之间的相对运动通过所述流体而减弱。16.如权利要求15所述的钻井系统，其中: 所述第一构件是管状阻尼器壳体，其限定具有在其中形成的凹槽的内壁;并且所述第二构件是阻尼器芯轴，其同轴地设置在所述阻尼器壳体内并且限定具有在其中形成的突起的外壁，所述突起接收在所述凹槽内。17.如权利要求15所述的钻井系统，其中: 所述第一构件是管状阻尼器壳体，其限定具有在其中形成的多个纵向凹槽的内壁;并且 所述第二构件是阻尼器芯轴，其同轴地设置在所述阻尼器壳体内并且限定具有在其附近形成的多个纵向突起的外壁，每个所述突起接收在所述多个凹槽中的一个中。18.如权利要求12所述的钻井系统，其中所述超越离合器组件包括: 大体管状离合器壳体，其限定具有在其中形成的楔形锯齿的内壁； 离合器芯轴，其同轴地设置在所述离合器壳体内并限定具有在其中形成的凹槽的外壁； 楔块，其被捕获在所述凹槽内并抵靠所述离合器壳体的所述内壁径向向外推动;其中所述楔块接合所述锯齿以防止所述离合器壳体在第一方向上相对于所述离合器芯轴的无限制相对旋转，并且与所述锯齿脱离接合以允许所述离合器壳体在与所述第一方向相反的第二方向上相对于所述离合器芯轴的无限制相对旋转。19.如权利要求12所述的钻井系统，其中所述超越离合器组件包括: 大体管状离合器壳体，其限定具有在其中形成的多个楔形锯齿的内壁； 离合器芯轴，其同轴地设置在所述离合器壳体内并限定具有在其中形成的多个凹槽的外壁； 多个楔块，所述多个凹槽中的每一个具有捕获在其中并且抵靠所述离合器壳体的所述内壁径向向外推动的所述多个楔块中的一个;其中 所述多个楔块接合所述多个锯齿以防止所述离合器壳体在第一方向上相对于所述离合器芯轴的无限制相对旋转，并且与所述多个锯齿脱离接合以允许所述离合器壳体在与所述第一方向相反的第二方向上相对于所述离合器芯轴的无限制相对旋转。20.如权利要求18所述的钻井系统，其中所述超越离合器组件还包括: 弹簧，其设置在所述楔块与所述凹槽之间，以便抵靠所述离合器壳体的所述内壁径向向外推动所述楔块。
【文档编号】F16D43/20GK105934602SQ201380081023
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2013年12月23日
【发明人】R·S·卡戴姆, B·加吉, A·普罗希特, R·R·盖克维德
【申请人】哈里伯顿能源服务公司