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1、10申请公布号CN102187057A43申请公布日20110914CN102187057ACN102187057A21申请号200980140682322申请日2009101312/251,12020081014USE21B49/0820060171申请人长年TM公司地址美国犹他州72发明人托马斯J奥索德特罗伯特E阿布莱74专利代理机构北京海虹嘉诚知识产权代理有限公司11129代理人张涛54发明名称用于钻井系统的隔离系统57摘要在至少一个例子中，一种隔离系统包括至少一个气囊组件，所述气囊组件包括至少一个气囊和至少一个将所述气囊与钻头进行结合的结合部件，其中所述气囊被设置成压缩和膨胀以抵抗钻头。
2、产生的振荡力。30优先权数据85PCT申请进入国家阶段日2011041486PCT申请的申请数据PCT/US2009/0604322009101387PCT申请的公布数据WO2010/045185EN2010042251INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书5页附图2页CN102187061A1/2页21一种隔离系统，包括包括至少一个气囊的至少一个气囊组件；以及将所述气囊与钻头连接的至少一个结合部件，其中所述气囊被设置成压缩和膨胀以抵抗钻头产生的振荡力。2根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述气囊组件包括第一托架和第二托架，所述第一托架位于所述气囊与。
3、所述第二托架的相反的一侧。3根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述第一托架位于相对于所述钻头的所述第二托架的外部，其中所述第二托架相对于所述第一托架保持固定。4根据权利要求3所述的系统，其特征在于，还包括第二气囊组件，所述第二气囊组件位于所述气囊组件轴向上相反的一侧。5根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述第二气囊组件包括第一托架和第二托架，所述第一托架位于所述气囊与所述第二托架的相反的一侧。6根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述第二气囊组件的所述第一托架位于相对于所述钻头的所述第二气囊组件的所述第二托架的外部。7根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括位于钻头的轴侧的多个气。
4、囊组件，和位于钻头的相反的轴侧的多个气囊组件。8根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述气囊具有约0至约120PSI的压力。9一种钻井系统，包括被设置成产生振荡力的钻头；以及包括至少一个气囊组件的隔离系统，所述气囊组件包括至少一个气囊和将所述钻头和所述气囊连接的至少一个结合部件，所述结合部件被设置成将所述振荡力传递到所述气囊使得所述气囊抵抗所述振荡力。10根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述气囊组件包括至少一个与所述结合部件连接的第一托架和至少一个设置成与相对于所述第一托架保持固定的第二托架，其中所述气囊至少部分地位于所述第一托架和所述第二托架之间。11根据权利要求10所述的系统，其特。
5、征在于，所述第一托架包括外托架，所述第二托架包括内托架。12根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述气囊组件包括位于所述钻头的第一轴侧的第一气囊组件，还包括位于所述钻头的第二轴侧的至少一个第二气囊组件，所述第二轴侧与所述第二轴侧相反。13根据权利要求12所述的系统，其特征在于，还包括位于所述钻头的所述第一轴侧的多个气囊组件。14根据权利要求13所述的系统，其特征在于，还包括位于所述钻头的所述第二轴侧的多个气囊组件。15根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述钻头包括壳体，其中所述结合部件穿过所述壳体并与所述第一气囊组件和所述第二气囊组件的每一个的所述第一托架连接。16根据权利要求12所。
6、述的系统，其特征在于，所述第一托架位于相对于所述钻头的所述第二托架的外部。17根据权利要求16所述的系统，其特征在于，还包括位于所述钻头和至少一个所述权利要求书CN102187057ACN102187061A2/2页3第二托架之间的至少一个缓冲器。18根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述钻头是声学钻头。19一种钻井系统，包括被设置成产生振荡力的钻头；安装组件；以及包括至少一个上部气囊组件的隔离系统，所述上部气囊组件包括至少一个气囊，隔离组件被设置成允许钻头相对于安装组件平移以抵抗振荡力。20根据权利要求19所述的钻井系统，其特征在于，所述安装组件包括至少一个上支撑托架，所述隔离组件包括。
7、至少一个托架和至少一个将所述托架和所述钻头连接的导引构件，其中所述气囊布置成根据所述托架和所述上支撑托架之间的相对运动而压缩和膨胀。21根据权利要求20所述的钻井系统，其特征在于，所述安装组件还包括至少一个下支撑托架，所述隔离组件包括第二气囊组件，所述第二气囊组件包括第二气囊和第二托架，其中，所述第二气囊布置成根据第二托架和下支撑托架之间的相对运动而压缩和膨胀。权利要求书CN102187057ACN102187061A1/5页4用于钻井系统的隔离系统技术领域0001本发明涉及钻井系统，特别地，本发明涉及用于隔离钻头产生的力的隔离系统。背景技术0002取芯钻探允许从不同深度获得的地下材料的样品用。
8、于多种用途。比如，钻到一个岩心样品并化验取回的岩心有助于确定哪些材料是存在的，或可能在给定地层存在的。比如，一个取回的岩心样品可以标示石油、贵金属以及其它期望的材料的存在。在很多情况下，岩心样品可以被用来确定材料和事件的地质时间表。因此，岩心样品可以被用来确定在给定区域进一步探索的前景。0003虽然有几种方式收集岩心样品，但是岩心管系统通常被用于取回岩心样品。岩心管系统包括一个外管，在外管的一端固定有一个有心钎头。所述外管的相对的一端通常连接一个钻杆柱，所述钻杆柱垂直延伸到通常在地表之上的钻头上。所述岩心管系统也通常包括一个位于外管之内的内管。当钎头切割地层时，所述内管可以填充岩心样品。一旦取。
9、得了岩心样品期望的量，所述内管和岩心样品可以通过钻杆柱向上提升，并在表面处取回。0004声学头组件通常被用于高频振动钻杆柱及其连接的岩心管和钎头，以使钎头和岩心管在钎头旋转时切断地层。传递到钻杆柱的振动是相当大的、高频的力。当这种力使得钎头切断地层时，如果这种力传递到钻井系统的其它部分，这种力的强度和频率可以导致钻井系统不希望的颤动和/或损坏。0005此处要求的主题不应以解决任何缺陷或只是以上述环境的实施例工作为限制；并且，此背景只是被提供以说明典型的技术领域，在这些技术领域中，一些所描述的实施例可以被实现。发明内容0006在至少一个例子中，一种隔离系统包括至少一个气囊组件，所述气囊组件包括至。
10、少一个气囊和至少一个将所述气囊与钻头进行结合的结合部件，其中所述气囊被设置成压缩和膨胀以抵抗钻头产生的振荡力。0007钻井系统可以包括被设置成能产生振荡力的钻头；以及隔离系统，所述隔离系统包括至少一个气囊组件，所述气囊组件包括至少一个气囊和至少一个将所述气囊与所述钻头进行结合的结合部件，所述结合部件设置成将振荡力传递给气囊以使气囊抵抗振荡力。0008钻井系统可以包括被设置成能产生振荡力的钻头，安装组件，以及隔离系统，所述隔离系统具有至少一个上部气囊组件，所述上部气囊组件包括至少一个气囊，所述隔离系统被设置成允许钻头相对于安装组件平移，并抵抗振荡力。0009本概要以一种简要的形式来介绍对概念的选。
11、择，将进一步详述如下。本概要不应被认为是对所要求的主题的关键特征或必要特征的辨识，也不应被认为可以用来辅助确定所要求的主题的范围。说明书CN102187057ACN102187061A2/5页5附图说明0010为了进一步使上述的和其它的本发明的优点和特征更加清楚，参考特定实施例的附图提供了一个对于本发明更加详细的描述。应当了解这些图只是描述了本发明典型的具体实施例，因此不应被认为是对保护范围的限制。本发明通过利用在随后的附图以附加的特征和细节得到描述和解释，这些附图是0011图1是根据一个实施例的钻井系统；0012图2是根据一个实施例的钻探组件；0013与下述说明一起，附图说明了典型装置和方法。
12、的非限制特性。在附图中，部件的厚度和形状为了清楚起见可以被夸大。同样的标记数字在不同的图中表征类似的、但不一定是完全一样的元件。具体实施方式0014本发明提供了隔离组件和钻头组件，以及包括隔离组件的钻井系统。在至少一个实施例中，隔离组件将振动钻头的振动能量与钻机桅杆和钻机隔离。相反，振动能量传递到钻杆柱上，可以被用于取样操作，对机壳，或其它钻探操作。将钻机桅杆或钻机与振动能量隔离开可以有助于保持钻机结构避免随着时间的推移而疲劳开裂和通常地磨损。在至少一个实施例中，隔离组件包括气囊组件以抵抗和/或分散振动能量。0015图1是具有隔离系统200的钻井系统100。所述钻井系统100包括与桅杆120连。
13、接的钻头组件110。所述桅杆120与钻机130相连接。所述钻头组件110被配置为与钻杆140相连。所述钻杆140可以依次与另外的钻杆相连接形成钻杆柱150。进而，所述钻杆柱150可以与钎头160连接，所述钎头160被配置在将被钻探的材料分界面，例如地层170。0016在至少一个实施例中，所述钻头组件110被设置成旋转所述钻杆柱150。特别地，所述钻杆柱150的转速在钻探过程中可以根据需要而改变。进而，所述钻头组件110可以被设置成相对于所述桅杆120平移以对所述钻头组件110施加轴向力，以促使所述钎头160进入地层。所述钻头组件110还可以对钻杆140施加振荡的振动力，所述振荡的振动力通过所述。
14、钻杆柱150从所述钻杆140传递到所述钎头160。所述隔离系统200被设置成有助于将所述桅杆120与这些振动力隔离。0017图2是所述钻井系统100的局部视图，表示了其位置离开安装组件205的所述钻头组件110和所述隔离系统200。如图2所示，所述钻头组件110一般包括壳体210。所述壳体210被设置成支撑和容纳振动钻头，比如声学头组件，和/或旋转头组件。0018所述旋转头组件可以被设置成在所述振动头可以产生周期性振荡轴向力的情况下，旋转钻杆。在至少一个实施例中，所述钻头组件110包括振荡组件，所述振荡组件具有振荡器外壳，以支撑偏重转子。所述偏重转子被设置成在振荡器外壳之内旋转以产生周期性的、。
15、振荡离心力。由所述偏重转子的旋转产生的离心力可以分解为作用在钻探方向的第一分量和作用在垂直于所述钻探方向的第二分量。0019在至少一个实施例中，所述偏重转子向相反方向旋转。进一步地，所述偏重转子可以设定方向，使得在它们旋转时，作用在垂直于钻探方向的离心力彼此抵消，而作用于所述钻探方向的所述第一分量合并产生周期性轴向力。传递到钻杆的力和与钻头组件移动相关的力一般可被称作振荡力。伴随振荡力传递到钻杆或其它部件，所述钻头组件110平行于说明书CN102187057ACN102187061A3/5页6钻探方向振荡。当减少通过安装组件205传递到其它部件的振荡力，例如钻机桅杆120图1时，所述隔离系统2。
16、00允许所述钻头组件110如此振荡。0020如图2所示，所述隔离系统200包括至少一个气囊组件。比如，所述隔离系统200可以包括气囊组件215A、215B。所述隔离系统200可以进一步包括与所述钻头组件110对边相连的气囊组件215A，215B。气囊组件215A，215A，215B，215B可以包括一个或多个与结合部件连在一起的托架，比如导轨220。也可以使用其它结合部件，包括可以将一个或多个托架的移动连接到所述钻头组件110的任何结构。在至少一个实施例中，结合部件可以进一步将气囊组件215A，215A与气囊组件215B，215B连接，而在其它实施例中，所述气囊组件215A，215A，215B。
17、，215B是各自独立的。0021在图示的例子中，所述气囊组件215A，215A，215B，215B包括外托架225A，225A，225B，225B和内托架230A，230A，230B，230B。所述外托架225A，225B可以与所述导轨220连接使得所述导轨220的移动引起对应的外托架225A，225B的移动。外托架225A，225B可以类似地连接导轨220。因此，在至少一个实施例中，所述导轨220和所述外托架225A，225B一起平移，而外托架225A，225B与导轨220一起平移。0022所述内托架230A，230A，230B，230B被设置成安装有支撑结构，比如安装组件205。如图2所示。
18、，所述安装组件205一般包括桅座240，所述桅座240具有由一个或多个支撑杆250，250连接的上支撑245A和下支撑245B。上支撑托架255，255向远离所述上支撑245A的方向延伸，而下支撑托架260，260向远离下支撑245B的方向延伸。附加的支撑杆265，265可以在所述上支撑托架255，255和下支撑托架260，260之间延伸。所述安装组件205可以进一步包括任何数量的桁架支撑270，所述桁架支撑270在不同的支撑和/或托架之间延伸以提供额外的稳定性。0023在图示的例子中，所述导轨220，220至少部分通过上支撑托架255，255和下支撑托架260，260以允许所述导轨220，2。
19、20相对于所述安装组件205平移。所述导轨220，220可以通过所述上支撑托架和下支撑托架255，255，260，260平行于轴向A和B平移。进一步地，如前所述，外托架225A，225B与所述导轨220连接而外托架225A，225B与所述导轨220连接。因此，所述外托架225A，225A，225B，225B也可以在轴向相对于所述上支撑托架255，255和下支撑托架260，260平移。0024内托架230A，230A可以与所述上支撑托架255，255的外部分别连接，而内托架230A，230B可以与所述下支撑托架260，260的外部连接。在至少一个实施例中，所述上支撑托架255，255为所述内托架。
20、230A，230A提供了比所述外托架225A，225B相对稳定的基础。类似地，所述下支撑托架260，260可以为所述内托架230B，230B提供了比所述外托架225B，225B相对稳定的基础。下面将会更加详细的描述，所述隔离系统200被设置成减弱了振荡力，所述振荡力是由所述钻头组件110传递到所述安装组件205然后又传递到钻井系统的其它部分的振荡力。0025在图示的例子中，气囊组件215A，215B可以非常类似于气囊组件215A，215B。因此，对于气囊组件215A，215B的讨论可以适应于气囊组件215A，215B。对本领域技术人员将可以意识到，在其它的实施例中，气囊组件可以被不同地设置。如。
21、前所述，气囊235A可以位于外托架225A和内托架230A之间，而气囊235B可以位于外托架225B和内托架230B之间。下面将更详细的讨论，所述气囊235A，235B可以抵抗和分散振荡力，比如与所述钻头说明书CN102187057ACN102187061A4/5页7组件110相对于底座205的位移有关的振荡力。0026比如，可以对所述气囊235A加压，使得其向所述外托架225A和内托架230A施加相反的力。这些力一般可以被称为气垫力AIRSPRINGFORCE。如前所述，所述外托架225A与所述导轨220连接，进而连接所述钻头组件110。因此，气囊235A的所述气垫力可以起作用以抵消所述钻头。
22、组件110施加在所述外托架225A的重力和其它力。这些力可以包括振荡力。0027如上所述，所述振荡力可以使所述钻头组件110沿轴向A和B移动。所指示方向一般可以是平行于钻探方向。当所述钻头组件110沿方向B移动时，所述导轨220也带动所述外托架225A沿方向B向内托架方向移动，所述内托架与所述外托架225A保持相对固定。0028所述外托架225A向所述内托架230A的移动挤压所述气囊235A。当所述气囊235A压缩时，增加了气垫力。在所述气囊235中增加的气垫力施加在所述外托架225A和所述内托架230A上从而抵抗振荡力。通过气垫力抵抗振荡力可以起作用以有助于将支撑结构，比如所述安装组件205。
23、，与振荡力隔离开。0029除了在所述外托架225A和所述内托架230A之间挤压气囊235A，所述钻头组件110沿方向B的移动可以起作用使位于所述外托架225B和内托架230B之间的气囊235B膨胀。特别地，所述导轨220沿方向B的移动引起所述外托架225B的相应移动。所述气囊235B可以与所述外托架225B和内托架230B以如下方式连接所述外托架225B远离所述内托架230B使得气囊235B膨胀。0030在至少一个实施例中，所述气囊235B可以被设置成限制或控制在膨胀或压缩时进入或逸出所述气囊235B的空气量。因此，在所述气囊235B内的空气量是相对不变的。作为一个结果，在所述气囊235B膨胀。
24、时，空气在其中膨胀以充满增加的体积。空气膨胀进入膨胀的气囊235B可以起作用以阻尼振荡力。阻尼振荡力可以有助于将安装组件205与振荡力隔离开。因此，当振荡力在方向B驱动所述钻头组件110时，气囊235A压缩以抵抗振荡力而所述气囊235B膨胀以阻尼并从而分散振荡力。0031在所述振荡力沿方向A移动所述钻头组件110时，所述气囊组件215A，215B可以以一种类似的方式抵抗和阻尼所述振荡力。特别地，当所述钻头组件110沿方向A移动时，气囊235B被压缩以抵抗振荡力，而气囊235A膨胀以分散振荡力。所述气囊组件215A，215B可以类似地被设置成抵抗和分散振荡力。虽然上述描述了两套相反的构型，但应当。
25、意识到可以提供任何数量的气囊组件。0032除了抵抗和/或分散振荡力，所示的钻井系统100也可以包括与壳体210的上部连接的上缓冲器270A，以及与壳体210下部连接的下缓冲器270B。所述上缓冲器270A可以与所述壳体210连接以在轴向力克服气囊235A，235A的气垫力的情况下吸收轴向力。例如，克服所述气囊235A，235A内的气垫力的足够大小的轴向力使得所述下缓冲器270B移动到与下支撑托架260，260接触。类似地，当后备轴向力克服与气囊235B，235B相关的气垫力时，上缓冲器270A可以移动到与所述上支撑托架255，255接触。因此，缓冲器270A，270B可以在所述气垫力被超过时提。
26、供逆止以吸收轴向力。0033所述钻井系统、钻头组件、和/或隔离系统中的不同部件可以具有不同的构型。比如，包括在隔离系统中的所述气囊可以具有任何构型，所述构型包括各种尺寸、体积、位置说明书CN102187057ACN102187061A5/5页8以及未压缩/未膨胀的压力的任意组合。在至少一个实施例中，气囊可以具有任何体积，包括每个气囊从大约到大约立方米的体积。进一步地，当气囊既不被外力压缩也不因外力膨胀时，气囊可以被充气到任何可测的压力。这种压力可以具有从约0磅/平方英寸到约120磅/平方英寸08274MPA或更高的压力。所述气囊也可以由任何合适的材料制成，包括橡胶、塑料、复合物，或任何其它材料。
27、及其组合物。0034在图示的实施例中，气囊位于沿所述钻头组件轴向相对的一侧的内托架和外托架之间的支撑托架的外侧。在其它的实施例中，气囊可以位于支撑托架的内部和/或钻头组件的相同的轴侧。作为一个结果，在一些实施例中，气囊可以位于钻头组件轴的一侧或两侧的支撑托架的一侧或两侧。进一步地，因此可以提供任何数量的气囊组件。0035另外，虽然钻头组件被描述成可以在高达150HZ或更高声学头的频率下提供高达60,000英磅267,000牛顿或更大的力，但应当了解，所提供的钻头组件可以在任何频率下产生任何大小的力。0036进一步地，虽然所述导轨220，220被描述为穿过所述钻头组件110，但是应当了解，所述导。
28、轨220，220可以与所述钻头组件110以其它方式连接。比如，导轨可以进入但没有完全通过所述钻头组件，导轨可以在所述钻头组件的外部并与其连接，和/或部分导轨可以根据需要与所述钻头组件的任何部分连接。在至少一个实施例中，所述气囊235可以是本质上类似的。在其它实施例中，所述气囊可以根据需要被不同设置。0037本发明可以通过不脱离其精神实质或必要技术特征的其它具体方式实现。所描述的具体实施例只能作为说明，而不能作为对本发明的任何限制。与权利要求等同的含义和范围也应在本发明的保护范围之内。说明书CN102187057ACN102187061A1/2页9图1说明书附图CN102187057ACN102187061A2/2页10图2说明书附图CN102187057A。