專利名稱：徑向振動(dòng)設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及適于在鉆柱中井下使用的振動(dòng)和/或錘擊設(shè)備。這種設(shè)備的使用示例包括但不限于例如作為鉆錘、作為擺蕩器、連續(xù)管式鉆探、被卡的自由式鉆柱等的用于井下使用的設(shè)備?？梢栽阢@柱中的任何地方實(shí)現(xiàn)井下使用。對(duì)于鉆探，本發(fā)明發(fā)現(xiàn)要獲得的優(yōu)點(diǎn)是在將振動(dòng)或錘擊動(dòng)作定位為鉆柱的一部分(在鉆柱中的任何地方——頂端、中部、底端等——包括組合)，并將其一部分與鉆柱同步。本發(fā)明想到利用各式各樣的磁體形狀將兩個(gè)磁性陣列置于任何數(shù)目的配置中，從而提供期望的效果，其中在第一陣列的轉(zhuǎn)動(dòng)輸入下，第二陣列被驅(qū)使以在(大體上管狀的)鉆具殼體內(nèi)軸向地往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
背景技術(shù)：
在淺鉆孔中，鉆孔壓力非常低，可以有利地將軸向運(yùn)動(dòng)陣列容裝在大氣腔室內(nèi)。在非常深的鉆孔中，鉆孔壓力非常大(事實(shí)上可以是數(shù)千PSI )，使用傳統(tǒng)的動(dòng)態(tài)密封來防止鉆探流體(包含砂粒、巖石顆粒等)侵入鉆具中以及防止由此造成的軸向運(yùn)動(dòng)陣列的停轉(zhuǎn)是非常艱巨的任務(wù)。在我們的PCT/NZ2005/000329 (以W02006/065155公開)中，我們披露了對(duì)各端部攜載有磁性陣列的梭行件的使用，當(dāng)梭行件轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，每個(gè)磁性陣列與專門的互補(bǔ)磁性陣列異相地相互作用，從而使得相對(duì)于梭行件關(guān)于互補(bǔ)陣列的梭行沿軸向產(chǎn)生振動(dòng)。在我們的PCT/NZ2008/000217 (以W02009/028964公開)中，我們披露了在各種類型的錘擊設(shè)備中使用這種磁性陣列的端向相互作用。上述文獻(xiàn)的全部?jī)?nèi)容通過引用并入此文中。

發(fā)明內(nèi)容
作為數(shù)個(gè)目標(biāo)和數(shù)個(gè)備選目標(biāo)之一，本發(fā)明提供了一種組件，該組件能夠提供響應(yīng)于相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)依靠在作為帶軸組件的一部分在周圍或者基本上在周邊以陣列布置的磁體(如同轉(zhuǎn)子)與作為圍繞結(jié)構(gòu)的一部分以陣列布置的圍繞磁體(如同定子)之間的相互作用而產(chǎn)生的梭行結(jié)果。本發(fā)明預(yù)想到混合磁極磁性陣列，這些陣列作為分別能夠相互轉(zhuǎn)動(dòng)(如同定子和轉(zhuǎn)子)的至少基本上同心的更向外組件和更向內(nèi)組件的向內(nèi)導(dǎo)向陣列和向外導(dǎo)向陣列來一個(gè)與另一個(gè)相互作用，從而可以實(shí)現(xiàn)基本上如之后描述的運(yùn)動(dòng)。另一個(gè)或者備選的目標(biāo)是提供一種設(shè)備，在這種設(shè)備中，液體內(nèi)容物或者液體能夠滲入到在至少基本上同心的更向外組件和更向內(nèi)組件的向內(nèi)導(dǎo)向陣列和向外導(dǎo)向陣列的磁性陣列之間的空間中的某些或者至少某些內(nèi)，所述更向外組件和更向內(nèi)組件分別能夠相互轉(zhuǎn)動(dòng)(例如一個(gè)可以被認(rèn)作定子而另一個(gè)可以被認(rèn)作轉(zhuǎn)子，反之亦然)。另一個(gè)或者備選的目標(biāo)在于提供一種組件，該組件具有磁場(chǎng)可穿透材料(例如鉻鎳鐵合金、鈦)的管，該管繞著磁體的軸向延伸陣列繞著要與該管外部的環(huán)繞磁體磁場(chǎng)共同作用的轉(zhuǎn)子，并不與轉(zhuǎn)子一起轉(zhuǎn)動(dòng)(即，為定子)。另一個(gè)或備選的目標(biāo)在于依靠由分別能夠相互轉(zhuǎn)動(dòng)的至少基本上同心的更向外組件和更向內(nèi)組件的向內(nèi)導(dǎo)向陣列和向外導(dǎo)向陣列的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)所導(dǎo)致的軸向錯(cuò)位來產(chǎn)生振動(dòng)輸出。另一個(gè)或備選的目標(biāo)在于依靠由分別能夠相互轉(zhuǎn)動(dòng)的至少基本上同心的更向外組件和更向內(nèi)組件的向內(nèi)導(dǎo)向陣列和向外導(dǎo)向陣列的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)所導(dǎo)致的軸向錯(cuò)位來產(chǎn)生振動(dòng)輸出，而不管在陣列之間是否置有液體。另一個(gè)或備選的目標(biāo)在于依靠由分別能夠相互轉(zhuǎn)動(dòng)的至少基本上同心的更向外組件和更向內(nèi)組件的向內(nèi)導(dǎo)向陣列和向外導(dǎo)向陣列的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)所導(dǎo)致的軸向錯(cuò)位來產(chǎn)生振動(dòng)輸出，而不管是否插置了高電阻率材料或者插置了作為一個(gè)陣列或另一個(gè)陣列或兩個(gè)陣列的罩或支撐件的高電阻率材料(例如鉻鎳鐵合金、鈦、塑料、碳纖維復(fù)合物或類似物)。本發(fā)明還具有的另一個(gè)或備選目標(biāo)是提供一種能夠提供振動(dòng)輸出的設(shè)備，該設(shè)備可以以比前文提及的專利文獻(xiàn)中所披露的那些部分相比更少的部分來實(shí)現(xiàn)輸出。另一個(gè)或者備選目標(biāo)在于提供一種驅(qū)動(dòng)接收和振動(dòng)輸出裝置的兩個(gè)相互作用磁性陣列，其中，至少基本上同心的更向外組件和更向內(nèi)組件的向內(nèi)導(dǎo)向陣列和向外導(dǎo)向陣列分別能夠相互轉(zhuǎn)動(dòng)。另一個(gè)或備選目標(biāo)在于提供一種驅(qū)動(dòng)接收和振動(dòng)輸出裝置的兩個(gè)相互作用磁性陣列，其中，至少基本上同心的更向外組件和更向內(nèi)組件的向內(nèi)導(dǎo)向陣列和向外導(dǎo)向陣列分別能夠相互轉(zhuǎn)動(dòng)，一個(gè)或者兩個(gè)陣列的極性沿周向方向并與其相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線平行地交替(或者交疊或者變化)。本發(fā)明的另一個(gè)或者備選目標(biāo)在于提供一種至少部分地填充液體的振動(dòng)設(shè)備，該設(shè)備能夠在井下或其它地方操作，并且在周圍使用環(huán)境和設(shè)備內(nèi)部至少某些區(qū)域之間的壓力差減少。本發(fā)明的另一個(gè)或備選目標(biāo)在于提供一種振動(dòng)設(shè)備，該設(shè)備能夠在井下或其它地方操作，并具有使得頻率能夠以各種不同方式容易地調(diào)整的設(shè)施。本發(fā)明的另一個(gè)或備選目標(biāo)在于提供一種振動(dòng)設(shè)備或者錘擊設(shè)備或者擺蕩器設(shè)備(shaker apparatus),其能夠以減小的制造公差來有效地操作。本發(fā)明的另一個(gè)或備選目標(biāo)在于提供一種具有定子和轉(zhuǎn)子的振動(dòng)設(shè)備或者錘擊設(shè)備或者擺蕩器設(shè)備，所述定子和轉(zhuǎn)子能夠被驅(qū)動(dòng)以一個(gè)相對(duì)于另一個(gè)進(jìn)行往復(fù)式運(yùn)動(dòng)，在至少一個(gè)方向上的驅(qū)動(dòng)通過在共同縱向軸線之外由各個(gè)攜載的至少基本同心的相互作用磁性陣列產(chǎn)生(所述軸線是轉(zhuǎn)子相對(duì)于定子轉(zhuǎn)動(dòng)(反之亦然)的軸線)。優(yōu)選地，這種目標(biāo)還允許通過一個(gè)或多個(gè)器件對(duì)振動(dòng)輸出進(jìn)行調(diào)整，所述器件的一種選擇例如(僅以示例形式給出)是被提供用于一次沖程結(jié)束時(shí)的撞擊或者被提供用于一次沖程結(jié)束時(shí)的液體擠壓的邊界的構(gòu)件。本發(fā)明的另一個(gè)或備選目標(biāo)在于提供一種振動(dòng)設(shè)備，該設(shè)備能夠在井下操作，其中，在井下中有通過磁性陣列攜載轉(zhuǎn)子的流體流動(dòng)路徑，流體可以通到更井下的區(qū)域(例如從井下鉆具出來或者到該井下鉆具)。另一個(gè)目標(biāo)可選地使得在為使轉(zhuǎn)子相對(duì)于定子(其攜載相互作用磁體的陣列)轉(zhuǎn)動(dòng)的PDM提供動(dòng)力之后的這種液體進(jìn)一步地供給井下。另一個(gè)或者備選的目標(biāo)在于提供分離的流通液體或流體(例如鉆探泥漿)，并具有在振動(dòng)設(shè)備中的系留液體(例如油)以對(duì)抗(例如在井下的)外部壓力。本發(fā)明的另一個(gè)或者備選目標(biāo)在于提供一種振動(dòng)設(shè)備，其中:定子(帶有磁性陣列)是關(guān)于(I)殼體、鉆頭殼體、鉆具、鉆具殼體等和(2)轉(zhuǎn)子(帶有磁性陣列)的“梭行件(shuttle)”，并且定子直接或間接在殼體、鉆頭殼體、鉆具、鉆具殼體等的至少一個(gè)沖擊區(qū)域上的動(dòng)作產(chǎn)生出振動(dòng)。例如，所述設(shè)備可以是井下擺蕩器或者連續(xù)管式鉆探系統(tǒng)的一部分。另一個(gè)或者備選目標(biāo)在于依靠轉(zhuǎn)子攜載的磁性陣列到定子攜載的磁性陣列在接近的相互作用陣列的重疊的軸向范圍的環(huán)形相互作用區(qū)域上的相互作用使定子沿軸向方向相對(duì)于轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)。還有另一個(gè)或者備選目標(biāo)在于使用如本文所描述的這種相互作用并且/或者在于提供如本文所描述的外部和/或內(nèi)部陣列、轉(zhuǎn)子、定子和/或輔助設(shè)備。在高鉆孔壓力環(huán)境中使用的許多井下鉆具中，可以在任何大氣腔室的地方避免如上文描述的壓力差密封問題。然而，其它這種帶有動(dòng)態(tài)(移動(dòng)部件)的鉆具要么: 1.在鉆探流體(泥漿)作用下經(jīng)受全鉆孔壓力，并且被設(shè)計(jì)成在這種粘性摩擦環(huán)境(例如泥漿潤滑軸承或者泥漿驅(qū)動(dòng)流體鉆錘)中使用，2.要么使用受限在一腔體中的例如水(或類似物)的清潔流體。另一個(gè)或者備選的目標(biāo)在于使得流體填充的腔體和動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)部件都處于清潔并密封的環(huán)境中。另一個(gè)或者備選的目標(biāo)在于使得橫跨運(yùn)動(dòng)部件(軸向振蕩磁性陣列)的本體的流體阻力最小化。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，期望的是:I)將磁性陣列以流水線的方式(例如徑向?qū)R)設(shè)計(jì)并組裝，2)提供端口讓軸向振蕩磁性陣列以最小的阻力運(yùn)動(dòng)經(jīng)過流體柱。我們相信，沒有這種特征，有可能阻力會(huì)顯著地降低鉆具的操作性能，或者最壞地以液壓方式停轉(zhuǎn)軸向振動(dòng)磁性陣列。另一個(gè)或者備選目標(biāo)在于提供(一個(gè)或數(shù)個(gè))壓力補(bǔ)償活塞。實(shí)踐中，每當(dāng)試圖用清潔流體100%填充磁性陣列腔體(在鉆具中沒有留困住空氣)時(shí)，這在一定程度上是不可能的事情，而在鉆具殼體內(nèi)的壓力補(bǔ)償活塞能夠解決填充中的任何不充分。在實(shí)踐中，留困在鉆具內(nèi)的任何空氣將經(jīng)受鉆孔壓力。當(dāng)空氣泡在鉆孔壓力下(基本上)坍縮時(shí)，壓力活塞將驅(qū)使清潔流體進(jìn)入腔體中用清潔流體把萎縮的空氣體積取代。因此，我們提出使用低粘性(基本上)不可壓縮的流體來填充鉆具的內(nèi)腔體，結(jié)果是雖然所述流體將一定程度上降低鉆具的操作性能，但是它完全消除了高壓力差密封問題，并且僅要求傳統(tǒng)的“刮擦器”式密封件來防止鉆探流體進(jìn)入鉆具中。在其它的較少期望的處理該問題的方法中:-在地面用加壓氣體對(duì)大氣腔室預(yù)先填料以部分地(或者完全地)匹配預(yù)想鉆孔壓力。-或者利用如我們的PCT/NZ2011/000057中描述的隨動(dòng)式磁體驅(qū)動(dòng)。另一個(gè)或者備選目標(biāo)在于解決在下文描述到的停止/啟動(dòng)反應(yīng)。為此目標(biāo)開發(fā)出的鉆具關(guān)注在PDM與磁性鉆錘之間的輸入驅(qū)動(dòng)(或者例如來自地面的機(jī)械連接處的其它轉(zhuǎn)動(dòng)輸入)。磁性鉆錘的獨(dú)特特征之一是它產(chǎn)生了在驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)內(nèi)的齒槽反應(yīng)(cogging reaction),即，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)致動(dòng)的磁性陣列從轉(zhuǎn)動(dòng)受限的磁性陣列轉(zhuǎn)向“離開”時(shí)有磁誘發(fā)的扭矩反應(yīng)。在這點(diǎn)上，扭矩要求會(huì)是顯著的。然而，在轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)了一定角度后，轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)陣列朝著轉(zhuǎn)動(dòng)受限陣列上的下一個(gè)(相對(duì)磁極)加速運(yùn)動(dòng)。該反應(yīng)產(chǎn)生了在輸入驅(qū)動(dòng)(PDM、機(jī)械連接處等)中的停止/啟動(dòng)類型反應(yīng),該反應(yīng)出于以下原因是沒有幫助的:1.它使轉(zhuǎn)動(dòng)輸入暫時(shí)性停止，由此消極地影響沖擊動(dòng)作，使得不允許鉆錘前進(jìn)通過地層發(fā)揮其最大潛能。2.它會(huì)導(dǎo)致對(duì)輸入驅(qū)動(dòng)的疲勞損壞。3.它會(huì)導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)內(nèi)的不期望的扭振共振(在從地面機(jī)械驅(qū)動(dòng)的情況下更有可能發(fā)生)。因此，我們提議，要么:1.在輸入驅(qū)動(dòng)(PDM等)和磁性鉆錘之間容裝縱向機(jī)械飛輪，要么2.在輸入驅(qū)動(dòng)(PDM等)和磁性鉆錘之間容裝磁性飛輪。各裝置將優(yōu)選地(但不是必須地)與磁性鉆錘一起使用。各裝置將優(yōu)選地容裝在一柱形殼體內(nèi)。機(jī)械飛輪將優(yōu)選地合并有在所述本體內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)質(zhì)量，優(yōu)選地帶有(優(yōu)選地)通過飛輪的(用于鉆探泥漿等的)不間斷流體路徑，以便允許通向鉆錘和鉆頭的不間斷流動(dòng)。磁性飛輪可以具有轉(zhuǎn)動(dòng)縱向構(gòu)件，該構(gòu)件帶有附接(鑲嵌)有交替磁極的磁體，這些磁體在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)彼此相互作用；.固定磁性陣列(其不能軸向或者轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，除了當(dāng)與外殼體一起時(shí)),這些陣列與磁性鉆錘內(nèi)的磁性陣列呈180度異相，或者，.對(duì)著在圍繞本體內(nèi)的金屬肋作用，這些肋將將提供一些磁性吸引，而之間的切除部分則不能。各類機(jī)構(gòu)將用于消除磁性鉆錘產(chǎn)生的齒槽效應(yīng)并減少任何消極效果。此鉆具的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，鉆探流體輸送機(jī)構(gòu)具有均勻且非約束的性質(zhì)，這限制了通過鉆具的壓降。這對(duì)使可用于鉆探頭或其它井下鉆具的清潔鉆孔用液壓流體功率最大化是重要的。在本發(fā)明的一個(gè)方面中的是一種井下組件的或者適用于井下組件的振動(dòng)設(shè)備，該振動(dòng)設(shè)備在使用時(shí)能夠在井下提供振動(dòng)輸出，所述振動(dòng)設(shè)備包括或者包含第一組件和第二組件，該第一組件和該第二組件能夠被驅(qū)使以繞著一轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(“共同軸線”)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，由此使得沿著或者平行于所述共同軸線的、振動(dòng)引起的往復(fù)式直線性運(yùn)動(dòng)能夠被輸出；其中，所述第一組件和所述第二組件各具有磁性陣列，所述磁性陣列被布置成從所述共同軸線起圍繞所述共同軸線在所述共同軸線的縱向上；并且其中，因所述相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)而生的在所述磁性陣列之間的橫跨所述磁性陣列之間的縱向延伸環(huán)形空間的相互作用提供了在所述共同軸線的縱向上的相對(duì)驅(qū)動(dòng)。優(yōu)選地，供給所述振動(dòng)設(shè)備的流體供給能夠?qū)е滤鱿鄬?duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。優(yōu)選地，所述流體供給能夠通過所述振動(dòng)設(shè)備。優(yōu)選地，有或者可以有給PDM、渦輪機(jī)或者等同物的流體供給，從而使得所述第一組件和所述第二組件中最靠?jī)?nèi)的那個(gè)組件轉(zhuǎn)動(dòng)，并能夠通過所述第一組件和所述第二組件中最靠?jī)?nèi)的那個(gè)組件，所述第一組件和所述第二組件中最靠外的那個(gè)組件被花鍵式連接到所述振動(dòng)設(shè)備作為其一部分的鉆柱的外殼或者不能關(guān)于鉆柱的外殼轉(zhuǎn)動(dòng)從而導(dǎo)致繞著所述共同軸線的所述相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)?？蛇x地，所述第一組件和所述第二組件被封裝在一共同腔室內(nèi)。優(yōu)選地，所述共同腔室包括液體?？蛇x地，給所述第一組件和所述第二組件中的一個(gè)組件或者另一個(gè)組件設(shè)置有磁性阻力驅(qū)動(dòng)，該特定的一個(gè)組件在一封裝件中，所述封裝件也包含另一個(gè)組件。可選地，所述第一組件和所述第二組件各自在分離的關(guān)閉腔室中，并且所述關(guān)閉腔室中的至少一個(gè)腔室包含液體，并且優(yōu)選地所述關(guān)閉腔室都包含液體。優(yōu)選地，有包含給所述第一組件和所述第二組件中的一個(gè)組件的轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)輸入的飛輪?？蛇x地，所述飛輪是機(jī)械式飛輪或者磁性飛輪，磁性飛輪的意義在于它消除了可能發(fā)生的齒槽效應(yīng)?？蛇x地，所述飛輪在PDM與所述第一組件和所述第二組件中的一個(gè)組件之間。可選地，所述驅(qū)動(dòng)是PDM/渦輪機(jī)/機(jī)械驅(qū)動(dòng)或者電驅(qū)動(dòng)。優(yōu)選地，在所述振動(dòng)設(shè)備中，在所述第一組件和所述第二組件之間的液體幫助或者將幫助抵抗外部井下壓力?？蛇x地，所述振動(dòng)設(shè)備是錘擊設(shè)備。在本發(fā)明的另一個(gè)方面中的是一種井下的或者適用于井下(例如如前文所描述地作為鉆柱的一部分等)的振動(dòng)和/或錘擊設(shè)備，所述設(shè)備包括或者包含:與井下軸線對(duì)齊的伸長(zhǎng)的外殼組件，可選地在所述外殼組件的端部處的鉆具，被攜載以當(dāng)所述外殼組件轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)的第一磁性陣列，被攜載以相對(duì)于所述第一磁性陣列轉(zhuǎn)動(dòng)的第二磁性陣列，以便提供作為磁性陣列相互作用結(jié)果的相對(duì)軸向往復(fù)式運(yùn)動(dòng)，可選地，所述相對(duì)運(yùn)動(dòng)提供了在所述外殼組件內(nèi)部的沖擊區(qū)域處的沖擊，可選地，能量恢復(fù)彈簧幫助運(yùn)動(dòng)逆轉(zhuǎn)，來自PDM或其它輸入的驅(qū)動(dòng)，該驅(qū)動(dòng)可選地具有以下的一個(gè)或者兩個(gè):(1)飛輪特征件和/或(2)磁體，所述磁體作用在另外的磁體或者至少鐵磁材料上，以便消除任何實(shí)質(zhì)齒槽效應(yīng)。在本發(fā)明的一個(gè)或另一個(gè)方面中的是一種振動(dòng)設(shè)備，該振動(dòng)設(shè)備依靠于支撐件之間的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，所述支撐件用于使至少基本上同心的磁性陣列相互作用以驅(qū)使相對(duì)線性運(yùn)動(dòng)能夠作為振動(dòng)輸出(例如錘擊或者擺蕩輸出)而被輸出；有驅(qū)動(dòng)來驅(qū)使這種相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)和設(shè)備(例如該驅(qū)動(dòng)可以是設(shè)備本身)，以便接收至少某些直線性運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能和因此的振動(dòng)輸出。可選地應(yīng)用以下的一個(gè)或多個(gè):一磁性陣列的環(huán)境是流體環(huán)境一流體環(huán)境設(shè)有端口以減少阻力
-“刮擦器”類型密封件在所述流體環(huán)境和外界鉆探環(huán)境流體之間進(jìn)行密封一所述驅(qū)動(dòng)被增強(qiáng)以包含飛輪特征一所述驅(qū)動(dòng)可以是隨動(dòng)磁性驅(qū)動(dòng)，其允許從一個(gè)磁性系統(tǒng)到其隨動(dòng)部分的輸入，但在不同的密封環(huán)境中是隨動(dòng)磁性系統(tǒng)的輸入，以便提供磁性陣列中的一個(gè)相對(duì)于另一個(gè)的機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)。一與那些所述磁性陣列的異相磁性相互作用(以磁體對(duì)磁體或者磁體對(duì)鐵磁材料的方式)使齒槽效應(yīng)消除。在本發(fā)明的一個(gè)或者另一個(gè)方面中的是一種振動(dòng)設(shè)備，其依靠支撐件之間的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，所述支撐件用于使至少基本上同心的磁性陣列(每個(gè)支撐件有一個(gè)陣列)相互作用，以便使得相對(duì)線性運(yùn)動(dòng)能夠被輸出作為振動(dòng)輸出(例如錘擊或者擺蕩輸出)；有驅(qū)動(dòng)來驅(qū)使這種相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)和設(shè)備(例如該驅(qū)動(dòng)可以是設(shè)備本身)，以便接收至少某些直線性運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能和因此的振動(dòng)輸出。在本發(fā)明的一個(gè)或者另一個(gè)方面中的是一種振動(dòng)設(shè)備，該振動(dòng)設(shè)備包括或者包含用于接收振動(dòng)的設(shè)備(在下文是“殼體組件”，而無論其形式或功能，它可以是鉆具、鉆頭、砧、圍繞件、基于鉆柱外殼的組件、鉆頭殼體、鉆具殼體等)，更向外的組件能夠相對(duì)于殼體組件的至少一部分作往復(fù)式運(yùn)動(dòng)，以便提供振動(dòng)(通過在一沖程或者各個(gè)沖程結(jié)束時(shí)的沖擊、或者通過中止其動(dòng)能的至少一部分)到殼體組件中，更向內(nèi)的組件在殼體組件內(nèi)并在更向外的組件內(nèi)部，所述更向內(nèi)的組件能夠被驅(qū)動(dòng)以相對(duì)于更向外的組件和殼體組件轉(zhuǎn)動(dòng)；其中，更向外的組件和更向內(nèi)的組件中的每一個(gè)都具有繞著相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線并至少沿著該軸線在該軸線之外的磁體的相互作用陣列，其適于在相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)一個(gè)陣列與另一個(gè)陣列相互作用以產(chǎn)生往復(fù)式運(yùn)動(dòng)?？蛇x地，應(yīng)用以下的一個(gè)或者多個(gè):一磁性陣列的環(huán)境是流體環(huán)境一流體環(huán)境設(shè)有端口以減少阻力-“刮擦器”類型密封件在所述流體環(huán)境和外界鉆探環(huán)境流體之間進(jìn)行密封一所述驅(qū)動(dòng)被增強(qiáng)以包含飛輪特征一所述驅(qū)動(dòng)可以是隨動(dòng)磁性驅(qū)動(dòng)，其允許從一個(gè)磁性系統(tǒng)到其隨動(dòng)磁性系統(tǒng)的輸入，但在不同的密封環(huán)境中是隨動(dòng)磁性系統(tǒng)的輸入，以便提供磁性陣列中的一個(gè)相對(duì)于另一個(gè)的機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)。一與那些所述磁性陣列的異相磁性相互作用(以磁體對(duì)磁體或者磁體對(duì)鐵磁材料的方式)使齒槽效應(yīng)消除。在本發(fā)明的一個(gè)或者另一個(gè)方面中的是一種振動(dòng)設(shè)備，該振動(dòng)設(shè)備包括或者包含用于接收振動(dòng)的設(shè)備(在下文是“殼體組件”，而無論其形式或功能，它可以是基于鉆柱外殼的組件、鉆頭殼體、鉆具殼體等)，定子組件，該定子組件能夠相對(duì)于殼體組件的至少一部分做往復(fù)式運(yùn)動(dòng)，以便提供振動(dòng)(通過在一沖程或者各個(gè)沖程結(jié)束時(shí)的沖擊、或者通過中止其動(dòng)能的至少一部分)到殼體組件中，
轉(zhuǎn)子組件，該轉(zhuǎn)子組件在殼體組件內(nèi)并在定子組件內(nèi)部，所述轉(zhuǎn)子組件能夠被驅(qū)動(dòng)以關(guān)于更向外的組件和殼體組件轉(zhuǎn)動(dòng)；其中，定子組件和轉(zhuǎn)子組件中的每一個(gè)都具有在一環(huán)形區(qū)域上繞著轉(zhuǎn)子軸線并至少沿著該軸線在該軸線之外的磁體的相互作用陣列，其適于在轉(zhuǎn)子組件和定子組件相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)一個(gè)陣列與另一個(gè)陣列相互作用以產(chǎn)生往復(fù)式運(yùn)動(dòng)。在本發(fā)明的一個(gè)或另一個(gè)方面中的是一種振動(dòng)設(shè)備，該振動(dòng)設(shè)備能夠提供振動(dòng)輸出，所述設(shè)備包括或包含第一組件和第二組件，該第一組件和該第二組件能夠被圍繞一轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)使，以引發(fā)振動(dòng)使得往復(fù)式相對(duì)軸向運(yùn)動(dòng)能夠被輸出(例如進(jìn)入設(shè)備的一部分中等);其中，所述第一組件和所述第二組件各具有磁性陣列，所述磁性陣列被布置成從一共同軸線起圍繞所述共同軸線在所述共同軸線的縱向上；并且其中，在所述磁性陣列之間因所述相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)而生的相互作用提供了在所述共同軸線的縱向上的相對(duì)驅(qū)動(dòng)。在又一個(gè)方面中，本發(fā)明涉及一種振動(dòng)設(shè)備，該振動(dòng)設(shè)備能夠提供振動(dòng)輸出，所述設(shè)備包括或包含第一組件和第二組件，該第一組件和該第二組件能夠被驅(qū)使(例如優(yōu)選地通過流體供給(例如給PDM的流體供給))，以便繞著一轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(“共同軸線”)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng),并由此呈現(xiàn)出振動(dòng)使得能夠沿著所述共同軸線或者平行于所述共同軸線被輸出的往復(fù)式相對(duì)軸向運(yùn)動(dòng)；其中，所述第一組件和所述第二組件各具有磁性陣列，所述磁性陣列被布置成從一共同軸線起圍繞所述共同軸線在所述共同軸線的縱向上；并且其中，在所述磁性陣列之間因所述相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)而生的相互作用提供了在所述共同軸線的縱向上的相對(duì)驅(qū)動(dòng)。在另一個(gè)方面中，本發(fā)明涉及一種錘擊設(shè)備或井下錘擊設(shè)備，其具有定子、轉(zhuǎn)子和用于定子和轉(zhuǎn)子二者的至少一部分殼體(例如如之前限定的殼體組件);其中，所述定子依靠于或者能夠:(I)在所述殼體中往復(fù)式運(yùn)動(dòng)，并且(2)被驅(qū)使以在往復(fù)式運(yùn)動(dòng)軸線的軸向上至少沿著一個(gè)軸向方向運(yùn)動(dòng)，以便給所述殼體(或者從屬于該殼體的結(jié)構(gòu))或者在其上提供錘擊或者擺蕩效果；并且其中，所述定子關(guān)于所述殼體的往復(fù)式運(yùn)動(dòng)因轉(zhuǎn)子和定子關(guān)于轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)而產(chǎn)生，定子和轉(zhuǎn)子各自的陣列在相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的縱向上并包圍轉(zhuǎn)動(dòng)軸線，并能夠與另一個(gè)陣列相互作用以在相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)提供往復(fù)式運(yùn)動(dòng)。在另一個(gè)方面中，本發(fā)明涉及一種振動(dòng)設(shè)備，該振動(dòng)設(shè)備依靠具有轉(zhuǎn)子的套管、圍繞件或者等同物的形式的定子；其中，定子能夠往復(fù)式運(yùn)動(dòng)，并能夠被驅(qū)使以在往復(fù)式軸線的軸向上沿至少一個(gè)軸向方向運(yùn)動(dòng)，以便提供因至少基本同軸的向內(nèi)導(dǎo)向磁體陣列和向外導(dǎo)向磁體陣列分別繞著定子和轉(zhuǎn)子的軸線的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的錘擊效果、擺蕩效果或者其它振動(dòng)輸出效果。在又一個(gè)方面中，本發(fā)明涉及一種井下鉆錘或擺蕩器組件，該井下鉆錘或擺蕩器組件依靠其在至少基本上同軸的磁性陣列之間相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的錘擊或擺蕩效果，所述磁性陣列各個(gè)延伸為被設(shè)置成從相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線起在該轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的縱向上的相互同心的陣列，存在有:(i)鉆錘的磁性陣列，所述鉆錘是能夠在鉆柱內(nèi)往復(fù)式運(yùn)動(dòng)的定子，和( i i )在定子內(nèi)的轉(zhuǎn)子的磁性陣列，用于提供所述鉆錘的縱向驅(qū)動(dòng)。在另一個(gè)方面中，本發(fā)明涉及一種振動(dòng)設(shè)備，這種振動(dòng)設(shè)備能夠?qū)⒁蚨ㄗ雍娃D(zhuǎn)子之間的相對(duì)軸向往復(fù)式運(yùn)動(dòng)而生的振動(dòng)輸出，所述設(shè)備包括或包含定子，該定子被花鍵式連接，從而在所述定子和轉(zhuǎn)子之間在一轉(zhuǎn)動(dòng)軸線上相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)作為結(jié)果地在至少一部分外殼或殼體內(nèi)往復(fù)式運(yùn)動(dòng)，所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸線至少基本上平行于往復(fù)式軌跡；其中(I)作為定子，至少有(a)轉(zhuǎn)子的圍繞件；(b)定子磁鐵，其作為所述圍繞件的一部分被直接地或者間接地?cái)y載，并且圍繞所述轉(zhuǎn)子沿縱向和沿周向成陣列；(II)作為轉(zhuǎn)子，至少有:(i)驅(qū)動(dòng)可轉(zhuǎn)動(dòng)的帶軸組件，其延伸通過定子磁體的區(qū)域，所述驅(qū)動(dòng)能夠?qū)е略谒龆ㄗ雍退鲛D(zhuǎn)子之間的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，和(ii)轉(zhuǎn)子磁體，其作為帶軸組件的一部分被攜載，并縱向地以及至少基本上周向地成陣列。本發(fā)明在另一個(gè)方面中涉及使用可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝的轉(zhuǎn)子的被遮蔽或未被遮蔽的基本上周邊的磁性陣列以在轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的軸向上驅(qū)動(dòng)定子，該定子具有互補(bǔ)的圍繞磁體陣列，由此為轉(zhuǎn)子要相對(duì)于其轉(zhuǎn)動(dòng)的設(shè)備提供振動(dòng)、錘擊和/或擺蕩輸出(有或者沒有由定子或者其延伸部的撞擊)。在另一個(gè)方面中，本發(fā)明涉及轉(zhuǎn)子和/或定子和/或用于容納轉(zhuǎn)子和定子的設(shè)備，該設(shè)備是所有如本文所描述的振動(dòng)設(shè)備。在另一個(gè)方面中，本發(fā)明涉及一種振動(dòng)設(shè)備，該振動(dòng)設(shè)備包括或包含:外構(gòu)件或組件，中間構(gòu)件或組件，其能夠在所述外構(gòu)件或組件內(nèi)部相對(duì)于所述外構(gòu)件或組件做往復(fù)式運(yùn)動(dòng)，并能夠?qū)碜云渌笮羞\(yùn)動(dòng)的動(dòng)能沿其沖程的縱向傳遞到所述外構(gòu)件或組件中，和內(nèi)構(gòu)件或組件，其能夠在起于其與所述外構(gòu)件或組件相交合的地方并在一驅(qū)動(dòng)下方的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線上轉(zhuǎn)動(dòng)，該轉(zhuǎn)動(dòng)軸線通過所述中間構(gòu)件或組件；其中，所述中間構(gòu)件或組件以及所述內(nèi)構(gòu)件或組件(例如分別作為定子和轉(zhuǎn)子)中的每一個(gè)具有相對(duì)于轉(zhuǎn)動(dòng)軸線縱向延伸的基本上同心的磁性陣列；并且其中，陣列的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)致所述中間構(gòu)件或組件相對(duì)于所述內(nèi)構(gòu)件或組件以及所述外構(gòu)件或組件做往復(fù)式運(yùn)動(dòng)。在上述方面中，優(yōu)選的布置是帶有磁性陣列的所述中間構(gòu)件或定子能夠在基本上管狀的相互作用區(qū)域的縱向方向上進(jìn)行往復(fù)式運(yùn)動(dòng)。優(yōu)選地，所述中間構(gòu)件是定子并且通過在一沖擊區(qū)域上撞擊而用作鉆錘，所述沖擊區(qū)域優(yōu)選地由所述外構(gòu)件或組件或者殼體攜載，可以反之亦然(可以驅(qū)動(dòng)定子轉(zhuǎn)動(dòng)并驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子梭行)。優(yōu)選地，所述沖擊區(qū)域由一結(jié)構(gòu)限定，該結(jié)構(gòu)能夠變化以限定至少在引起沖擊的方向上的可能沖程。優(yōu)選地，有在沖程的另一端處有止動(dòng)板?？蛇x地，被設(shè)置給向上沖程的一端止動(dòng)板可以具有基本上如本文描述的插入式回沖機(jī)構(gòu)(即，在所述定子和所述端止動(dòng)板之間)。優(yōu)選地,作為轉(zhuǎn)子的所述內(nèi)構(gòu)件或組件,或者是轉(zhuǎn)子的組件沿著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的縱向在一環(huán)形區(qū)域上攜載永久磁體的陣列。兩個(gè)陣列中的每個(gè)陣列可以具有相同的極性但交疊以提供基本上如以下參照附圖進(jìn)行描述的運(yùn)動(dòng)。在一些方面中可以使用混合磁極?？梢杂性诟鞔艠O陣列內(nèi)和/或在磁性陣列之間的各種形式或磁性布置，優(yōu)選的布置是，有本文所涉及的(例如參考附圖)簡(jiǎn)單地起于相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的軸向驅(qū)動(dòng)。簡(jiǎn)單的布置可以是，對(duì)于各陣列有在相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的周向上和平行于該轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的方向上的磁極交替。這可以提供被各個(gè)S極磁體的相交螺旋軌跡介入的各個(gè)N極磁體的類似的相交螺旋軌跡。當(dāng)然，混合型布置可以用作可以完全不同的陣列。如所提及地，利用的永久磁體可以具有在前述專利文獻(xiàn)中披露的各種類型。優(yōu)選地，轉(zhuǎn)子或者內(nèi)構(gòu)件磁性陣列至少由管狀或其它形狀的包裝件圍繞，所述包裝件的材料不阻止兩個(gè)磁性陣列之間的相互作用。一個(gè)示例是例如鎘鎳鐵合金或鈦的金屬的管。其它存在的示例包含大范圍的非金屬材料和其它合金。優(yōu)選地，振動(dòng)設(shè)備具有以下適用的兩個(gè)流體系統(tǒng)中的至少一個(gè):(i)用于保持系留液體(即使它可能被要求運(yùn)動(dòng))進(jìn)行例如四處濺潑的系統(tǒng)，和(ii)用于允許流通液體(例如PDM驅(qū)動(dòng)液體和/或鉆探泥漿)的系統(tǒng)。優(yōu)選地，所述轉(zhuǎn)子或者所述內(nèi)構(gòu)件或組件有軸，并且有通道經(jīng)過軸的軸線，由此流體可以(例如在井下工具的情況下從可以直接或間接地轉(zhuǎn)動(dòng)所述軸的PDM)通過轉(zhuǎn)子組件，并且從此處下行并從由管狀外殼攜載的鉆頭或鉆具出來，所述管狀外殼是殼體組件的外構(gòu)件或一部分?？梢杂袃蓚€(gè)獨(dú)立的本發(fā)明流體系統(tǒng)。有被設(shè)置成通過轉(zhuǎn)子中心的一個(gè)流體系統(tǒng)的流體路徑用于例如外部所提供流體(例如可以被用來給PDM提供動(dòng)力的鉆探泥漿等，其向下流動(dòng)到鉆探頭或者鉆具以在操作中讓切削件移位)。第二個(gè)流體系統(tǒng)提供流體位移路徑，用于系留液體或者所含液體(例如輕質(zhì)油或者水性組成)。所含液體通過磁性陣列的活動(dòng)(例如相對(duì)梭行和轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng))圍繞磁性陣列在磁性陣列之間移動(dòng)。系留液體可以在相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的磁性陣列之間或者在一個(gè)陣列和另一個(gè)陣列的罩之間或者在每個(gè)陣列的罩之間簡(jiǎn)單地潤滑?？梢蕴峁┪灰坡窂揭员３窒盗粢后w不會(huì)鎖住相對(duì)軸向運(yùn)動(dòng)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解加載有液體而不是氣體成分的環(huán)境能夠給任何密封帶來的問題更少，這對(duì)該機(jī)構(gòu)而言是期望的。磁性相互作用向外和向內(nèi)通過由非磁性遮蔽件保護(hù)的縱向延伸的環(huán)形區(qū)域。在所述區(qū)域中存在的這種液體對(duì)梭行動(dòng)作不是顯著有害的。如果有足夠的端口允許充分的沖程和動(dòng)能的有效傳遞，任何合適的路徑等都可以被利用。例夕卜，可以確保在外側(cè)磁性陣列和轉(zhuǎn)子的被遮蔽的磁性陣列之間提供一些潤滑，以便減小壓差或者提供如下文所描述的任何優(yōu)點(diǎn)。可選地，應(yīng)用以下的一個(gè)或者多個(gè):一磁性陣列的環(huán)境是流體環(huán)境一流體環(huán)境設(shè)有端口以減少阻力-“刮擦器”類型密封件在所述流體環(huán)境和外界鉆探環(huán)境流體之間進(jìn)行密封一所述驅(qū)動(dòng)被增強(qiáng)以包含飛輪特征一所述驅(qū)動(dòng)可以是隨動(dòng)磁性驅(qū)動(dòng)，其允許從一個(gè)磁性系統(tǒng)到其隨動(dòng)磁性系統(tǒng)的輸入，但在不同的密封環(huán)境中為隨動(dòng)磁性系統(tǒng)的輸入，以便提供磁性陣列中的一個(gè)相對(duì)于另一個(gè)的機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)。一與那些所述磁性陣列的異相磁性相互作用提供了(以磁體對(duì)磁體或者磁體對(duì)鐵磁材料的方式)對(duì)齒槽效應(yīng)的消除。本發(fā)明的裝置可以被放置在轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)力源的上方或者下方。本發(fā)明的裝置可以與以下的井下應(yīng)用一起使用:.換檔閥 投塞 坐封篩 篩中防砂 銑削.除銹.固井.芯層取樣 鉆探 被卡鉆具的撈取 鋼索應(yīng)用.對(duì)其附接的鉆柱和/或鉆柱的振動(dòng)/振蕩。本發(fā)明的裝置可以是使得動(dòng)力源具有雙轉(zhuǎn)動(dòng)輸出，由此使得振動(dòng)裝置能夠被定位在轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)力源或者其它工具(例如鉆探頭/銑削工具等)的上方，或者被定位在動(dòng)力源的下方。本文所使用的術(shù)語“磁性陣列”或者“磁體的陣列”(或者這些術(shù)語的變化)包括任何永久磁性材料，其被布置作為至少基本上離散的磁體或者作為傾斜于轉(zhuǎn)子/定子共同軸線的一行(合并的或者以其它方式的)磁體。所述材料可以選自從永久磁體(特別是具有高磁密度的稀土類型磁體，例如釹磁體，諸如那些能夠穩(wěn)定到190°C的NdFeB和可以使用到400°C的釤鈷磁體(FmCo)之類)?？梢员徊捎玫钠渌问降拇朋w包括將會(huì)在未來開發(fā)出的那些磁體。同一磁極、不同磁極或者混合磁極的許多其它陣列部署可以用于定子和轉(zhuǎn)子中的一個(gè)或者另一個(gè)或者兩者。本文所使用的跟在名詞后的術(shù)語“(S) ”表示單數(shù)或者復(fù)數(shù)形式中的一個(gè)或者兩者。本文所使用的術(shù)語“和/或”表示“和”或者“或”。在一些情況下可以表示兩者。
本發(fā)明還可以寬泛地表示成由本申請(qǐng)的說明書中所涉及或指示的部分、元件或特征件以單獨(dú)地或者組合的方式和所述部分、元件或者特征件的任何兩個(gè)或者更多個(gè)的任何的或者全部的組合組成，并且在本文提及的特定的整數(shù)具有本發(fā)明相關(guān)的本領(lǐng)域的已知等同，這種已知的等同被認(rèn)為如同被單獨(dú)地提及地合并入本文之中。


現(xiàn)在將參照附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選形式進(jìn)行描述。在附圖中:圖1示出了一個(gè)僅作使用示例的、在通過(a)轉(zhuǎn)子和(b)殼體組件/鉆具殼體花鍵連接式定子的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的縱向共同軸線的剖面中的井下錘擊設(shè)備，轉(zhuǎn)子的軸能被驅(qū)使以相對(duì)于定子和殼體轉(zhuǎn)動(dòng)，從而提供在能夠相互作用的磁體的陣列之間的轉(zhuǎn)動(dòng)相對(duì)性，并因此導(dǎo)致相對(duì)軸向運(yùn)動(dòng)。圖1A示出了在圖1的區(qū)域“B”的更具體細(xì)節(jié)上的流動(dòng)路徑。圖2A和圖2B分別示出了:當(dāng)離散的磁體被放置在柱形體中并圍繞柱形體布置時(shí)(此時(shí)磁體上沒有遮蓋)，這些離散磁體的可選地傾斜的行是如何能夠被布置在期望的轉(zhuǎn)子上的可選組中的，和以被剖開的梭行件內(nèi)部視圖做為背景的、圖2A中所示出內(nèi)容的僅一半被剖開部分，示出了梭行件的離散磁體的最佳部署(可選第在任何補(bǔ)充性或有效性布置中)。圖3A至圖3E (以在與三維空間相對(duì)的二維空間中的解釋說明)示出了在轉(zhuǎn)動(dòng)期間一被攜載的磁性陣列是如何與另一被攜載的磁性陣列相互作用的，由此，當(dāng)概念性地變平到所示二維空間時(shí)，其采用了一個(gè)陣列相對(duì)于另一個(gè)陣列的基本上蜿蜒的運(yùn)動(dòng)。圖4A至圖4E以類似于圖3A至圖3E的方式示出了陣列是如何被修改以影響如在本文之后描述的性能的。以及，圖5 (以兩個(gè)部分)示出了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的特征的優(yōu)選組件。
具體實(shí)施例方式在圖2A至圖2E中，用簡(jiǎn)單的描繪示出了不同的磁極。例如，僅帶單向斜劃線的磁體可以被認(rèn)作S極，而帶雙向斜劃線的磁體可以被認(rèn)作N極，反之亦然。本發(fā)明的優(yōu)選形式如圖1和圖5所示，其中有管狀類型(例如鉆柱類型)的殼體部件或外殼，其適于攜載對(duì)齊的鉆具殼體構(gòu)件2，該構(gòu)件又可選地?cái)y載鉆具3。用附圖標(biāo)記3示出的鉆具是可以以任何已知方式安裝的鉆頭。定子體4由外體或殼體I攜載并相對(duì)地花鍵式連接(splined)到其上。定子體4攜載外側(cè)陣列的定子磁體5。作為定子(B卩，不會(huì)相對(duì)于外構(gòu)件I轉(zhuǎn)動(dòng))的梭行件可以關(guān)于圖1做左右往復(fù)式運(yùn)動(dòng)，從而用定子梭行件4的沖擊面7沖擊末端止動(dòng)構(gòu)件6。在另一個(gè)方向上，優(yōu)選地沒有例如在上末端止動(dòng)件8上的沖擊。在這點(diǎn)上，優(yōu)選地有例如如PCT/NZ2011/000084中披露的回沖制動(dòng)器(recoil arrestor)。應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明無需利用該后沖制動(dòng)器來操作，如此梭行件的沖擊將直接到可以被提供來取代后沖制動(dòng)器的端止動(dòng)件上。在其它實(shí)施例中，應(yīng)該理解的是，由梭行件提供的沖擊擺蕩可以僅僅在井口(uphole)或在井下(downhole)。
如可以看到地，PDM (未示出)可以為帶軸的轉(zhuǎn)子10的上端區(qū)域(直接地或者間接地)提供動(dòng)力，從而允許流體在11處進(jìn)入，并經(jīng)由部分12下行通過鉆頭，并在13處從鉆頭出來。轉(zhuǎn)子可以大部分由單個(gè)材料形成。轉(zhuǎn)子包括如附圖標(biāo)記14所示的內(nèi)側(cè)磁性陣列。優(yōu)選地，例如由磁場(chǎng)可穿透材料(例如鉻鎳鐵合金)制成的管狀構(gòu)件16被提供以確保轉(zhuǎn)子的旋動(dòng)磁性陣列的整體性。然而，如可以看到地，有多個(gè)端口讓流體在定子和外體之間流動(dòng)通過。在這點(diǎn)上，請(qǐng)參見圖1A中用附圖標(biāo)記17示出的流動(dòng)路徑。在附圖中，根據(jù)在每個(gè)陣列中的磁體的斜劃線來考慮磁極是不同的。考慮每個(gè)的磁通透明罩，一個(gè)與內(nèi)組件一起轉(zhuǎn)動(dòng)而另一個(gè)與外組件一起轉(zhuǎn)動(dòng)。考慮在罩之間有液體的膜(例如圓形膜)或者腔室(例如圓形腔室)，并在各端區(qū)域處的聚集的液體能夠例如通過通道運(yùn)動(dòng)(濺潑)，從而不會(huì)在振動(dòng)輸出之前鎖定往復(fù)運(yùn)動(dòng)。還考慮在外側(cè)陣列的外部上和任何類似地方有遮蔽(例如，用諸如鐵的磁場(chǎng)包含材料)，以阻止磁通通道。期望有被要求用于將本發(fā)明組裝在我們先前專利文獻(xiàn)中描述的那些鉆錘上的大量部件減少(例如諸如在所描述實(shí)施例中達(dá)到80%)。部分更少將讓本申請(qǐng)制造和組裝更加便宜，而可靠性卻因減少的部分?jǐn)?shù)量和子組件而增加。由于本發(fā)明的鉆錘區(qū)段具有被系留液體淹蓋以使得在井下環(huán)境實(shí)現(xiàn)均等壓力(本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例中將在此井下環(huán)境操作)的能力，期望的是沒有對(duì)鉆錘可以操作的壓力的潛在限制。事實(shí)上，預(yù)想到鉆錘可`以操作的限制因素將由構(gòu)造鉆錘的材料確定。 對(duì)于相互作用磁性陣列的選擇包括:一相互作用磁性陣列被同心地部署(諸如例如以基本上柱形的內(nèi)側(cè)陣列和外側(cè)陣列的形式)，以在徑向間隔上相互作用；一相互作用磁性陣列被部署在同一圓上(但軸向間隔開)，以在軸向間隔上相互作用；一相互作用磁性陣列無需轉(zhuǎn)動(dòng)通過360度以實(shí)現(xiàn)梭行效果，還可以預(yù)想到部分轉(zhuǎn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)要求的梭行；一同一梭行可以通過將相互作用磁性陣列布置在各種組合或型式中來實(shí)現(xiàn)。對(duì)于內(nèi)側(cè)陣列和外側(cè)陣列相互作用，梭行的頻率和幅度可以由以下不論是否以組合的型式(例如鉆錘的一磁性陣列相對(duì)于另一磁性陣列)中的任何一個(gè)或者多個(gè)而變化:一如果磁性陣列沒有改變，更多的輸入功率以增加相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的差異減小了軸向相對(duì)運(yùn)動(dòng)的幅度而有利于增加運(yùn)動(dòng)的頻率，和/或一如果磁性陣列功率增加，可以在相同運(yùn)動(dòng)頻率下增加軸向相對(duì)運(yùn)動(dòng)的幅度，和/或一如果想要(例如通過一些磁極磁體在軸向延伸的區(qū)域上的一些組)來延長(zhǎng)每個(gè)磁性相互作用的軸向存續(xù)時(shí)間，可以通過增加相對(duì)軸向運(yùn)動(dòng)的幅度來實(shí)現(xiàn)。通過示例方式，圖3A至圖3E示出了具有成套磁極的內(nèi)外側(cè)陣列規(guī)律性，兩條斜劃線表示N極，而單條斜劃線表示S極。
通過示例方式，圖4A至圖4E使用了相同的更暗的N極/更亮的S極描繪方式，示出了沿軸向方向的兩個(gè)陣列上的NN對(duì)和SS對(duì)。在本發(fā)明中，由于磁體陣列徑向地布置在鉆錘區(qū)段中，鉆錘在機(jī)械上更加堅(jiān)固并且鉆錘的有效直徑顯著減小。這導(dǎo)致了針對(duì)我們之前的鉆錘而言的多個(gè)優(yōu)勢(shì)，包括:一更小的鉆錘，其通過對(duì)于任何固定的橫截面的每線性米功率密度的增加而具有等同功率輸出，和一制造公差已顯著減小。設(shè)備可以被用作振動(dòng)裝置(例如不必要地作為鉆具上的鉆錘)。設(shè)備可以為連續(xù)旋管(continous coil)型井下或其他應(yīng)用場(chǎng)合提供振動(dòng)。本發(fā)明的其它用途包括:一使得在井下無裝備被卡，—鉆探，—對(duì)鉆柱或者連接至鉆柱的鉆具的振動(dòng)/振蕩，一使井下“延伸到達(dá)”應(yīng)用場(chǎng)合中的摩擦最小化；一振動(dòng)井下固井應(yīng)用場(chǎng)合，一由于獨(dú)特的流通設(shè)計(jì)而實(shí)現(xiàn)的礫石充填井管濾網(wǎng)。當(dāng)與鉆柱或連續(xù)旋管一起或在其中使用時(shí)，振動(dòng)裝置可以被放置在鉆柱旋管中的任何地方，還設(shè)有可選的多個(gè)單元。應(yīng)理解的是，在本發(fā)明的制造過程中，磁體可以在梭行件和外殼體中鉆出的洞內(nèi)安置在諸如凝膠之類的緩沖材料中，從而防止沖撞磁體并允許對(duì)遭損磁體的后續(xù)更換。本發(fā)明可以通過端空間中的任何一個(gè)或者組合或者通過來自地面泵的泥漿輸送來調(diào)整頻率。圖5示出了帶有外殼組件17的設(shè)備的變化(區(qū)域18從圖5的頂部到圖5的底部是共同的)。在該布置中，有在相互作用磁性陣列20和21之上的能量恢復(fù)彈簧19，每個(gè)以之前針對(duì)其它實(shí)施例描述的方式相互作用。優(yōu)選地，外側(cè)磁性陣列是組件22，該組件被鎖固到外殼組件，但能夠振蕩(例如大約16mm)以提供在沖擊區(qū)域23處的影響。鉆具24可以為任何鉆具，其優(yōu)選地經(jīng)由中央導(dǎo)管25供有鉆探泥漿。這種從鉆柱升出的鉆探泥漿已經(jīng)可以被用來為PDM提供動(dòng)力。磁性陣列相互作用處于低阻力液體中以更好地實(shí)現(xiàn)密封。流體端口 26可以讓液體充分地濺潑以防止鎖死。可以使用其它液體(例如低粘性壓力補(bǔ)償液體或者流體27)。如在附圖標(biāo)記28和29處示出的軸承和/或彈簧(用來讓軸承與沖擊或者擺蕩隔離)分別能夠處于由壓力補(bǔ)償活塞31界定的填充有潤滑油的環(huán)境30中。以上簡(jiǎn)要描述的設(shè)備可以被用在多個(gè)不同的應(yīng)用場(chǎng)合——尤其是以下的井下鉆具——但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解以下的示例并不是詳細(xì)清單。在第一個(gè)應(yīng)用場(chǎng)合，軸向往復(fù)式磁性陣列可以沖擊鉆具體，從而將高能量擺蕩傳遞給鉆探頭。這種沖擊已顯示出在巖層鉆探中是有益的，其中沖擊具有足夠的作用力讓巖石掉落。在這種應(yīng)用場(chǎng)合中使用的鉆探頭可以為固定本體“鉆錘”型鉆頭或者優(yōu)選地為混合型鉆探頭，見新西蘭專利申請(qǐng)588092/589004 (美國61/344883)。該鉆具將優(yōu)選地放置于鉆柱的下端處，但是還有它可以在鉆柱(其作為經(jīng)由鉆柱的長(zhǎng)度向鉆頭施加沖擊的頂鉆錘)的開始部分處使用的情形?；蛘?，鉆具可以在沒有鉆頭的情況下在鉆柱中使用，并用作擺蕩鉆具(鉆探震擊器)，以便協(xié)助移除卡塞的管或外殼。所述鉆具還可以與之前提及的飛輪一起使用。關(guān)于磁性設(shè)備可以如何使用的另一個(gè)示例是根據(jù)我們的鋼索可收回芯體采樣鉆錘系統(tǒng)(參見PCT/NZ2011/000056)，其中鉆錐可以具有磁性本質(zhì)。在這種應(yīng)用場(chǎng)合中使用的鉆頭可以是固定體金剛石芯鉆頭或者優(yōu)選地混合型鉆探頭(參見之前提及的NZ588092/589004)。該鉆具優(yōu)選地用在鉆柱的下端處。該鉆具可以與之前提及的飛輪一起使用。關(guān)于磁性設(shè)備可以如何使用的另一個(gè)示例與之前提及的用于穿透巖石的錘擊裝置類似，然而，在該示例中有兩個(gè)機(jī)械輸入。兩個(gè)鉆桿(一個(gè)在另一個(gè)內(nèi))從地面安裝式驅(qū)動(dòng)設(shè)備彼此獨(dú)立地轉(zhuǎn)動(dòng)(優(yōu)選地)。內(nèi)桿用于轉(zhuǎn)動(dòng)被轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)的磁性陣列，使得第二軸向運(yùn)動(dòng)磁性陣列對(duì)著鉆具體和鉆探頭錘擊，第二軸向振蕩磁性陣列與外鉆桿同步轉(zhuǎn)動(dòng)。外鉆桿轉(zhuǎn)動(dòng)還控制施加給鉆探頭的作用力，并用來控制鉆頭的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，其按要求允許鉆探頭轉(zhuǎn)動(dòng)并錘擊新的巖石。在這種應(yīng)用場(chǎng)合中使用的鉆探頭可以為固定體“鉆錘”類型鉆頭或者優(yōu)選地混合型鉆探頭(參見之前提及的NZ588092/589004)，或者任何類型的相容性鉆頭(例如牙輪鉆頭
-rf* ) O該鉆具優(yōu)選地又在鉆柱的下端。該鉆具可以與之前提及的飛輪一起使用。該裝置的所有之前提及的示例具有以下屬性中的一些或者全部:1.優(yōu)選地與低粘性流體一起使用以使得高壓差密封問題最小化。2.可以使用當(dāng)被轉(zhuǎn)動(dòng)的磁性陣列“激活”時(shí)將引起軸向往復(fù)式運(yùn)動(dòng)的任何磁性陣列一真正地可以使用任何形狀的磁體。3.術(shù)語磁體一優(yōu)選地涉及使用稀土組分的任何磁體，但是可以還是超導(dǎo)體。4.它們可以使用順應(yīng)性機(jī)構(gòu)(例如彈簧)使得不期望的擺蕩最小化并再利用可能會(huì)損失的動(dòng)能。5.所有可以/不可以具有以上描述的“流體路徑”，該流體路徑允許軸向運(yùn)動(dòng)磁性陣列以最少損失振蕩通過流體膜。6.所有可以/不可以使用壓力補(bǔ)償活塞。7.在轉(zhuǎn)動(dòng)磁體組和軸向往復(fù)式磁性陣列中保持的所有磁體優(yōu)選地“被容裝”在具有高電阻率的材料內(nèi)，所述材料例如鉻鎳鐵合金、鎳銅合金、鈦、奧氏體不銹鋼、碳纖維等)。8.合適的轉(zhuǎn)動(dòng)輸入(例如PDM、鉆探渦輪機(jī)——電動(dòng)式、氣動(dòng)式、液壓式或其它)被提供以轉(zhuǎn)動(dòng)被轉(zhuǎn)動(dòng)致動(dòng)的磁性陣列。9.所有優(yōu)選地具有與鉆柱一起同步轉(zhuǎn)動(dòng)的磁性陣列中的至少一個(gè)。
10.所有優(yōu)選地要求花鍵式連接(或類似方式)，該花鍵式連接將軸向往復(fù)式磁性陣列同步地連接至外體(并延伸至鉆柱)并允許在來自轉(zhuǎn)動(dòng)磁性陣列的影響下發(fā)生的往復(fù)式運(yùn)動(dòng)。11.所有以上裝置可以與機(jī)械式或者磁性飛輪一起使用。
權(quán)利要求
1.一種井下組件的或者適用于井下組件的振動(dòng)設(shè)備，該振動(dòng)設(shè)備在使用時(shí)能夠提供井下振動(dòng)輸出，所述振動(dòng)設(shè)備包括或者包含第一組件和第二組件，該第一組件和該第二組件能夠被驅(qū)使以繞著一轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(“共同軸線”)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，并由此使得沿著或者平行于所述共同軸線的、振動(dòng)弓I起的往復(fù)式直線性運(yùn)動(dòng)能夠被輸出； 其中，所述第一組件和所述第二組件各具有磁性陣列，所述磁性陣列被布置成從所述共同軸線起圍繞所述共同軸線并在所述共同軸線的縱向上； 并且其中，因所述相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)而生的在所述磁性陣列之間橫跨所述磁性陣列之間的縱向延伸環(huán)形空間的相互作用提供了在所述共同軸線的縱向上的相對(duì)驅(qū)動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振動(dòng)設(shè)備，其中，給所述振動(dòng)設(shè)備的流體供給(或者其它合適驅(qū)動(dòng))能夠?qū)е滤鱿鄬?duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振動(dòng)設(shè)備,其中,所述流體供給能夠通過所述振動(dòng)設(shè)備。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的振動(dòng)設(shè)備，其中給PDM、渦輪機(jī)或者其它合適驅(qū)動(dòng)的流體供給使所述第一組件和所述第二組件中最靠?jī)?nèi)的那個(gè)組件轉(zhuǎn)動(dòng)并能夠通過所述第一組件和所述第二組件中最靠?jī)?nèi)的那個(gè)組件，所述第一組件和所述第二組件中最靠外的那個(gè)組件被花鍵式連接到所述振動(dòng)設(shè)備作為其一部分的鉆柱的外殼或者不能關(guān)于鉆柱的外殼轉(zhuǎn)動(dòng)，從而導(dǎo)致繞著所述共同軸線的所述相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1一 5中任一項(xiàng)所述的振動(dòng)設(shè)備，其中，所述第一組件和所述第二組件被封裝在一共同腔室內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的振動(dòng)設(shè)備，其中所述共同腔室包括液體。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的振動(dòng)設(shè)備，其中，給所述第一組件和所述第二組件中的一個(gè)組件或者另一個(gè)組件設(shè)置有磁性阻力驅(qū)動(dòng)，該特定的一個(gè)組件在一封裝件中，所述封裝件也包含另一個(gè)組件。`
8.如權(quán)利要求1一 4中任一項(xiàng)所述的振動(dòng)設(shè)備，其中，所述第一組件和所述第二組件各自處于分離的關(guān)閉腔室中，并且所述關(guān)閉腔室中的至少一個(gè)包含液體，并且優(yōu)選地所述關(guān)閉腔室都包含液體。
9.如權(quán)利要求1所述的振動(dòng)設(shè)備，包括飛輪，該飛輪包含給所述第一組件和所述第二組件中的一個(gè)組件的轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)輸入。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的振動(dòng)設(shè)備，其中所述飛輪是機(jī)械式飛輪或者磁性飛輪，磁性飛輪的意義在于它消除了可能發(fā)生的齒槽效應(yīng)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的振動(dòng)設(shè)備，其中所述飛輪在一驅(qū)動(dòng)與所述第一組件和所述第二組件中的一個(gè)組件之間。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的振動(dòng)設(shè)備，其中，所述驅(qū)動(dòng)是PDM/渦輪機(jī)/機(jī)械或電驅(qū)動(dòng)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振動(dòng)設(shè)備，其中，在所述第一組件和所述第二組件之間的液體幫助或者將會(huì)幫助抵抗周圍井下壓力。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振動(dòng)設(shè)備，其中，所述振動(dòng)設(shè)備是錘擊設(shè)備。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振動(dòng)設(shè)備，其中，所述振動(dòng)設(shè)備與以下的井下應(yīng)用中的一個(gè)或者多個(gè)一起使用: 換檔閥 投塞 坐封篩 篩中防砂 銑削 除銹 固井 芯層取樣 鉆探 被卡鉆具的撈取 鋼索應(yīng)用 對(duì)其附接的鉆柱 和/或鉆柱的振動(dòng)/振蕩。
全文摘要
一種用于井下組件的振動(dòng)設(shè)備，包括第一組件和第二組件，所述第一組件和所述第二組件中的每個(gè)組件具有圍繞一共同軸線的磁性陣列，其中流體供給或者其它合適驅(qū)動(dòng)使得在所述第一組件和所述第二組件之間的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，該相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生振動(dòng)導(dǎo)致磁性陣列之間的相互作用，從而引起所述組件沿著所述共同軸線或者平行于所述共同軸線的往復(fù)式直線性運(yùn)動(dòng)。
文檔編號(hào)E21B1/22GK103109033SQ201180032614
公開日2013年5月15日 申請(qǐng)日期2011年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月1日
發(fā)明者P·E·鮑威爾, R·格林伍德, D·西森 申請(qǐng)人:弗萊克斯鉆孔有限公司