CN106103883B - 反应阀随钻震击器*** - Google Patents

Abstract

公开了一种用于钻探的设备和方法，其包括具有至少一个震击器和一个反应阀的钻柱。钻井液流动通过所述反应阀。选择性地使所述反应阀节流，这形成跨阀座的压差。所述压差形成传递到所述震击器的轴向力，这有助于竖起或击发所述震击器。在实施方案中，反应阀使向下的流体流动节流以在所述震击器上形成向下的压缩力，而在另一个实施方案中，反应阀使向上的流体流动节流以在所述震击器上形成向上的拉伸力。可替代地可使向上的流体流动和向下的流体流动节流，以用于可替代地向上和向下击发所述震击器。旁通阀可包括在所述钻柱中以用于当此类钻柱可能以其他方式由所述井筒中的异物阻塞时来建立钻井液流动路径。

Description

反应阀随钻震击器***

技术领域

本公开大体涉及油田设备，并且具体地说涉及井下工具、钻探***以及用于在地层中钻探井筒的钻探技术。还更具体地说，本公开涉及用于释放卡住的钻杆的***和方法的改进。

背景技术

在石油或天然气井筒等的钻探期间，会遇到钻柱的部件堵塞在井筒中的情况。当移动钻柱所需的静力超过钻机性能或钻杆的拉伸强度时，钻柱被卡住并且再也无法移动或旋转。震击器是预先定位在钻柱内以释放钻柱的可能被卡住的任何部分的工具。

附图简述

以下参照附图对各实施方案进行详细描述，在附图中：

图1是根据实施方案的钻探***的部分截面的正视图，所述钻探***采用具有钻杆的钻柱、震击器、加速器和设置在钻杆与震击器之间的反应阀；

图2是图1的震击器的简化轴向截面图；

图3A是在没有施加力的情况下以空载状态示出的图1的加速器的简化轴向截面图；

图3B是在施加力的情况下以加载状态示出的图3A的加速器的简化轴向截面图；

图4是根据实施方案的反应阀的简化轴向截面图，示出了共同限定可调节阀座的转子和定子，所述可调节阀座用于响应于流动穿过其的流体的节流而产生轴向反应力；

图5A是沿着图4的线5A-5A获取的简化横向截面图，示出了图4的反应阀的转子的细节；

图5B是沿着图4的线5B-5B获取的简化横向截面图，示出了图4的反应阀的定子的细节；

图6是根据实施方案的钻探***的部分截面的正视图，所述钻探***采用管套管钻柱、震击器、加速器和设置在钻杆与震击器之间的反应阀，其中为清楚起见以放大截面示出管套管钻柱的细节；

图7A是图6的偏流器的简化轴向截面图，示出了用于将井筒环状体与内管交接的端口；

图7B是图7A的偏流器的沿着图7A的线7B-7B获取的简化横向截面图，示出了用于将井筒环状体与内管交接的端口；

图8A是根据实施方案的用于与图6的管套管钻探***一起使用的双上升流/下降流反应阀的简化轴向截面图，示出了用于使上升流节流的内部转子和定子组件以及用于使下降流节流的环形转子和定子组件；

图8B是图8A的双反应阀的沿着图8A的线8B-8B获取的简化横向截面图；以及

图9是根据实施方案的用于钻探井筒的方法的流程图，展示了图1—8B的钻探***的使用以提高震击操作的效率。

详细描述

先前公开内容可以重复各种实例中的参考数字和/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，空间相对术语诸如“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。

图1是根据实施方案的包括井底总成90的钻探***20的部分截面的正视图。钻探***20可包括钻机22，诸如图1中示出的陆地钻机。然而，本公开的教导内容可与部署在海上平台、半潜式平台、钻探船或用于形成井筒的任何其他钻探***上的钻机22关联使用。

钻机22可位于井口24的附近或者与其间隔开。钻机22可包括旋转台38、旋转驱动马达40以及与井筒60内的钻柱32的旋转相关联的其他设备。环状体66形成于钻柱32的外部与井筒60的内径之间。对于一些应用来说，钻机22还可包括顶部驱动马达或顶部驱动单元42。还可在井口24处提供防喷器(未明确示出)和与钻探井筒相关联的其他设备。

钻柱32的下端包括井底总成90，其在远端处携带有旋转钻头80。钻井液46可由一个或多个泥浆泵48从贮水槽30通过导管34泵送到钻柱32的延伸在井口24外的上端。钻井液46随后流动通过钻柱32的纵向内部33，通过井底总成90，并从形成在旋转钻头80中的喷嘴退出。在井筒60的底端62处，钻井液46可与地层岩屑和其他井下流体和碎屑混合。钻井液混合物随后向上流动通过环状体66，以使地层岩屑和其他井下碎屑返回到表面。导管36可使流体返回到贮水槽30，但是各种类型的滤网、过滤器和/或离心机(未明确示出)可提供来在使钻井液返回至贮水槽30之前去除地层岩屑和其他井下碎片。各种类型的管道、管子和/或软管可用来形成导管34和36。

根据实施方案，井底总成90包括井下泥浆马达82，其可具有弯曲的壳体。井底总成90还可包括各种其他工具91，诸如提供测井或测量数据和来自井筒60底部的其他信息的那些工具。测量数据和其他信息可使用随钻测量技术从井筒60的末端62传达，并且在井表面处转换成电信号，以除了其他方面外来监测钻柱32、井底总成90和相关联的旋转钻头80的性能。

钻柱32包括用于释放卡住的管的震击器100。震击器100可位于井底总成90中或者以其他方式沿着钻柱32定位。在一些配置中，多个震击器100可包括在钻柱32中。在多个震击器100的情况下，震击器100优选地不紧靠彼此定位，因为这种配置在震击操作期间可施加过量的载荷。在多个震击器100之间优选地保持1500英尺的距离。一个或多个钻环108也可包括在钻柱32中，并且在一些配置中，钻环108定位在震击器100的上方。然而，重型钻杆的一个或多个区段可代替钻环108。钻杆之所以卡住的两个主要原因包括机械卡钻和差压卡钻。机械卡钻由钻柱的一部分与井筒壁之间的物理障碍或限制所造成，诸如当松散地层、土岩屑或其他碎屑集聚在钻柱和井筒之间的环状体中时，或者当井筒的形状或大小和钻柱的形状或大小不相容时。其他干扰原因可包括下调校孔、刚性钻柱、不稳定地层、岩架、狗腿井和屈曲套管。当钻井液柱中的静水压力大于可渗透地层中的孔隙压力时造成差压卡钻，这迫使钻柱与井筒壁紧密接合。

震击器100预先定位在钻柱32中，以松开钻柱32的可能被卡住的任何部分。震击器100根据储存势能的原理运行。可用于震击器100的势能来自在表面处施加给钻杆的上拉(拉伸)或下放(压缩)力。震击是将储存在钻柱中的张力或压缩能量动态地传递到震击器的过程，这将所述能量转化成动能，所述动能集中在管被卡住的点处。

震击器100可包括在套筒内滑动的心轴和制动机构。心轴用作铁锤，并且套筒用作铁钻。制动机构在自由释放(即“击发”)之前限制心轴的移动，以使得足够的势能积累在钻柱内并且传递到心轴，以在击发时致使心轴快速地移动并且撞击套筒。

震击器100可以是双作用的震击器，其可以提供向上和向下的震击力。可以以任何顺序实现向上或向下震击的单独功能；也就是说，仅仅向上、仅仅向下，或者可替代地向上和向下。震击器100可在心轴完全伸展的拉伸情况下或者在心轴完全回缩的压缩情况下在钻柱32中运行。在任一位置中，阻止心轴移动直到震击变得必要。如果在拉伸的情况下运行，那么操作员必须首先对钻柱32施加压力，以便将心轴竖起到允许向上击发的位置中。相反，如果在压缩的情况下运行，那么操作员必须首先对钻柱32施加拉力，以便竖起心轴用于向下击发。

在操作中，为了向上击发震击器100，操作员在钻柱32的顶部处施加上拉拉力，同时钻柱32的被卡住的下端保持静止。将上拉力直接施加到心轴。然而，因为震击器100中的制动器限制心轴在这个加载阶段过程中向上移动，所以钻杆物理地伸展并储存应变能。

在已过预定的时间或者达到预定的力之后，震击器100击发：制动机构跳闸，从而允许心轴在通过伸展的钻柱32施加于心轴的拉力作用下自由且快速地向上加速。钻杆因此开始运动，并且由于高质量的钻环108或者包括在震击器100的正上方的钻柱32中的重型钻杆，而快速地获得动量。在钻杆向上行进结束时，心轴撞击套筒。这种冲击形成推动力，并且移动的钻柱的动能以冲击波传送，所述冲击波使钻柱上下行进以释放钻柱卡住的部分。在击发之后，必须降低钻柱32直到钻柱重量在震击器100上施加足够的压缩力，以为另一个向上震击循环重置心轴。可替代地，震击器100可在向下的方向上立即击发。

为了向下击发震击器100，而不是施加到钻杆的上拉，钻柱32的重量至少部分地由钻机22释放，从而将压缩下放力递送到心轴。震击器100中的制动器在这个加载阶段过程中限制心轴向下移动。在已过预定的时间或者达到预定的力之后，震击器100击发：制动机构跳闸，从而允许心轴在钻柱的重力作用下自由且快速地向下加速。钻杆因此开始运动，并且由于高质量的钻环108或者通常包括在震击器100正上方的钻柱中的重型钻杆，而快速地获得动量。在钻杆向下行进结束时，心轴撞击套筒。这种冲击形成推动力，并且移动的钻柱32的动能以冲击波传送，所述冲击波沿着钻柱32行进以释放卡住的部分。在击发之后，必须升高钻柱32直到足够的拉力为另一个向下震击循环重置心轴，或者可在向上的方向上立即击发震击器100。

震击器100大体上可以是基于制动机构的两种类型中的任一种：机械的和液压的。机械震击器通过使用具有释放机制的一连串弹簧、锁和辊来致动。机械震击器在预置拉力下向上击发，并且在预置压缩力下向下击发，这通常超过钻探期间所达到的力。击发与加载阶段的时间无关。另一方面，液压震击器通过移动活塞来运行，所述活塞通过充液式液压缸来拉动。流体通过孔口、触发阀或类似限制从活塞的一侧传递到另一侧，所述孔口、触发阀或类似限制最初限制流动以在加载阶段过程中形成时间延迟并且随后自由地打开流体路径来使制动机构跳闸并击发震击器。在一些液压震击器中，压力活塞必须移动预定的距离以便绕过限制或者打开触发阀。内置的延迟件被设计成允许操作员在清除流动限制或者打开触发阀之前有足够的时间将期望的拉力或压缩力施加到钻柱。因此，通过限制改变流体的计量速率影响到冲击的大小。

反应阀112包括在钻柱32中并且可位于井底总成90中或者钻柱32中的其他地方。在一些配置中，反应阀112定位在震击器100的上方。此外，具体地说当多个震击器100包括在钻柱32中时，多个反应阀112可包括在钻柱32中。下文更详细地描述了反应阀112。

旁通阀118可包括在钻柱32中并且可位于井底总成90中或者钻柱32中的其他地方。旁通阀118可搭配有反应阀112，并且实际上它可容纳在具有反应阀112的共用接头中。此外，具体地说在多个反应阀112包括在钻柱32中的布置中，多个旁通阀118可包括在钻柱32中。下文更详细地描述了旁通阀118。

加速器122可任选地包括在井底总成90中或者钻柱32中的其他地方。加速器122可定位在震击器100的上方。此外，具体地说在多个震击器100包括在钻柱32中的布置中，多个加速器122可包括在钻柱32中。下文更详细地描述了加速器122。

图2是根据实施方案的双作用的液压震击器100的可操作部分的轴向截面图，为了易于示出震击器的操作所述轴向截面图被简化。参考图2，震击器100被布置成在钻柱32(图1)内连接。尽管未示出，震击器100可包括用于使钻井液穿过工具的流动路径。震击器100可包括在套筒202内滑动的心轴200。套筒202填充有流体。心轴200起到活塞和双头锤两种作用。套筒202的上端206用作用于向上震击的铁砧，并且套筒202的下端208用作用于向下震击的铁砧。心轴200由连接杆203连接到震击器100的上端211，并且套筒202被连接到震击器100的下端213。

在图2中示出的实施方案中的制动机构204包括向内突起的肩部，所述向内突起的肩部在套筒202中提供流体限制，操作来延迟套筒202内的心轴200的运动以提供用于在钻柱内形成上拉拉伸或下放压缩的加载阶段。制动机构204跨心轴200形成流体限制，这减缓了心轴200的初始冲程。在上行冲程和下行冲程两者临近结束时，制动器204不再形成流体限制；活塞从限制区域移动到更大的区域中，从而允许压缩的流体围绕心轴200自由地流动。跨心轴200的压力相等，并且心轴200可在于加载阶段过程中积累在钻柱内的势能作用下自由地加速，快速地撞击上部套筒端206或下部套筒端208，尽管铁锤将撞击铁砧。这种撞击动作通常由例行操作者称为击发震击器。

对于击发震击器100所需的时间和震击器100击发的强度随施加的拉伸或压缩的大小而变。上拉拉伸或下放压缩通过由制动器204形成的限制影响套筒202内的经过心轴200的流体的流速。尽管低作用力可击发震击器，但是较大的上拉拉伸或下放压缩产生更快或更强的震击器击发。

心轴200和套筒202可具有花键或多边形横向截面轮廓220，所述横向截面轮廓220允许心轴200利用最小反弹力通过震击器100传递钻柱力矩，而不影响震击操作的大小或时间延迟。

参考图1和图2，两个震击参数确定释放卡住的管的能力：冲击力和推动力。冲击力被定义为由心轴200对套筒202的撞击而形成的峰值力，而推动力是动量由于震击而改变的测量。冲击力和推动力两者主要受震击器100上方的钻环108的数量影响。较少的钻环108产生较高的冲击力，并且较多的钻环108递送较大的推动力。由震击器100产生的冲击力由上拉拉伸或减小的可用重力所限制。上拉拉伸可接近钻柱32的屈服强度，但是由于屈曲限制，可用的减小的重量可能远小于总的钻柱重量。可通过优化震击器100的放置和钻柱32内的钻环108的数量来实现最大的效果。

此外，钻柱32的内部33与环状体60之间的压差作用于心轴200的封闭的横截面积上，所述压差可形成推动心轴200延伸的泵打开力。在正常的钻探期间，泵打开力对钻头上的重量没有影响。然而，当向上震击时，必须将泵打开力添加到上拉拉伸以获得震击器100处的实际拉力，并且当向下震击时，必须从减少的重量减去泵打开力以获得震击器100处的实际压缩。因此，泵打开力可用来通过增加泥浆泵送速度(这增加了泵打开力)而有助于向上震击。

情况可能是，钻柱32太短而不允许有效的震击。也就是说，钻柱32可能太短而不允许在上拉期间足够的伸展，或者钻柱32可能太轻而不提供足够的下放重量，尤其是如果重型钻杆被用于替代钻环108。加速器122可包括在钻柱32中以显著增强震击器冲击力和推动力。使用加速器122可有效地使震击器100的冲击力加倍。此外，加速器122可释放由于来自表面设备的震击操作而产生的应力。加速器122可用于所有类型的井筒，然而加速器122可能特别有益于高角和水平的井筒、塑性盐区段以及具有差压卡钻的高概率的其他区域。

图3A和图3B是根据实施方案的加速器122的轴向截面图。加速器122包括滑动地接收在外筒302内的内部心轴300。内部心轴300包括在气缸306内滑动的活塞304。气缸306填充有流体308，所述流体308可以例如是硅流体。然而，可使用弹簧来代替流体308。在图3A中，没有载荷施加到加速器122。当将拉伸载荷施加到加速器122时，如图3B中所示，心轴300和活塞304分别在筒302和气缸306内移位，这压缩流体308并且储存势能。

当震击器100击发时，还释放加速器122中所储存的势能。因为加速器122消除井筒摩擦力和在几百米的钻杆上生成的拖曳力，所以储存在加速器122中并且从加速器122释放的势能比储存在伸展的钻柱中的能量更有效地使工作质量的钻柱32加速超过震击器100。

重新参考图1，反应阀112定位在震击器110上方并且起到增加向下震击的作用。反应阀112定位在钻井液46穿过钻柱32的向下的流动路径内。当钻井液通过泥浆泵48向下循环穿过钻柱32并且向上穿过井筒60的环状体66时，反应阀可被选择性地节流。节流的反应阀112在等焓过程中形成跨反应阀112的阀座的压降。压差反作用于阀座，以使得反应阀112施加压在震击器100的顶部上的向下的节流力。向下的节流力与阀座的压差作用在其上的横向截面面积成比例。将向下的节流力添加到下放重量，并且所述向下的节流力可被采用来增加向下震击的强度或者用来重置震击器100以用于向上震击。向下的节流力可通过改变反应阀112的节流程度和通过增加泥浆泵48的输出而改变。

图4是根据实施方案的反应阀112的轴向截面图。图5A和图5B分别是反应阀112的转子和定子的横向截面图，所述转子和定子一起形成反应阀112的阀座。参考图4-5B，反应阀112包括限定轴向流动路径402的管状主体400。主体400的上端和下端可包括用于将反应阀装配在钻柱32或井底总成90(图1)内的连接器。

阀座由转子404和定子406形成。转子404的特征在于具有环形形状，所述环形具有形成在其中的弧形叶片410，所述弧形叶片410限定穿过其的弧形流动通道412。定子406基本上类似于具有弧形叶片414和流动通道416的转子404。定子406被固定在主体402内。转子404旋转地接收在主体402内并且邻近定子406。驱动机构420可操作用于使反应阀112节流，即用于在完全打开位置与闭合位置之间选择性地旋转地定位转子404，在所述完全打开位置中流动通道412和416对准，在所述闭合位置中叶片410基本上覆盖流动通道16以便阻塞流体流动。

由于跨转子404和定子406的节流，所以转子404的上游压力P₁大于定子406的下游压力P₂。阀座面积A_S是暴露于流体流的转子叶片410和定子叶片414的组合面积，当转子404旋转地定位时所述组合面积变化。节流力F_T被给定为：

F_T＝A_S(P₁-P₂) (方程1)。

驱动机构420可以是螺线管绕组、伺服马达或类似的定位装置，并且所述驱动机构420可包括轴承组件。控制***424控制驱动机构420。如果需要，可通过常规遥测术来从表面控制反应阀112。反应阀112可被编程，以使得当所述反应阀112接收节流命令时，其在预定时期内进行节流并且随后再次自动地打开。反应阀112可包括一个或多个传感器426(诸如变换器、加速度计、或轴向应变计)，以用于测量拉伸和压缩。传感器426允许反应阀112自动地检测何时发生向上和向下震击。反应阀112可替代地还可被布置成基于来自传感器426的输入而自动地节流闭合和打开，以用于重复的震击和/或重置。尽管未示出，但是阀112可包括压力致动的旁路，其将在阀112未能在闭合状态下的事件中致动。在多个反应阀112包括在钻柱32(图1)中的配置中，可通过常规遥测术从表面独立地控制每个反应阀112。

重新参考图1，在机械地卡住管的情况下，由于环状体66的堵塞而可能失去常规钻井液循环的情况可能发生。在没有钻井液循环的情况下，使反应阀112节流将几乎没有什么效果。因此，旁通阀118可定位在反应阀112的正下方并且用于使流体流从钻柱32内旁通到环状体66，从而允许流动穿过反应阀112。可通过常规遥测术从表面独立地控制旁通阀118，或者所述旁通阀118可由例如反应阀112的控制***424控制。

图6是根据实施方案的包括井底总成90′的钻探***20′的部分截面的正视图，其中Reelwell钻井方法的管套管钻柱32′用于替代图1的常规钻柱32。钻柱32′包括同轴地设置在外管120内的内管110。内管110和外管120可以是偏心的或同心的。环流路径53限定在内管110与外管120之间，并且内部流动路径54限定在内管110的内部中。此外，环状体66限定在钻柱32′的外部与井筒60的内壁之间。位于钻柱32′的远端附近的偏流器210将环状体66与内部流动路径54流体连接。

正如图1的钻探***20，图6的钻探***20′可包括位于陆地、海上平台、半潜式平台、钻探船等上的钻机22。钻机22可位于井口24附近并且可包括旋转台38、旋转驱动马达40和与井筒60内的钻柱32′的旋转相关联的其他设备。对于一些应用来说，钻机22可包括顶部驱动马达或顶部驱动单元42。在井口24处也可提供防喷器(未明确地示出)和与钻探井筒相关联的其他设备。

钻柱32′的下端包括井底总成90，其在远端处携带有旋转钻头80。钻井液46可由一个或多个钻井液泵48从贮水槽30通过导管34泵送到钻柱32′的延伸在井口24外的上端。钻井液46随后流动通过内管110与外管120之间的环流路径53，通过井底总成90′，并且从形成在旋转钻头80中的喷嘴退出。在井筒60的底端62处，钻井液46可与地层岩屑和其他井下流体和碎屑混合。钻井液混合物随后向上流动通过环状体66，通过偏流器210，并且向上通过由内管110提供的内部流动路径54，以将地层岩屑和其他井下碎屑返回到表面。导管36可使流体返回到贮水槽30，但是各种类型的滤网、过滤器和/或离心机(未明确示出)可提供来在使钻井液返回至贮水槽30之前去除地层岩屑和其他井下碎片。各种类型的管道、管子和/或软管可用来形成导管34和36。

图7A和图7B分别是偏流器210的轴向截面图和横向截面图。参考图7A和图7B，偏流器210设置在内管110与外管120之间。密封件320可位于偏流器210的顶部和底部上，以阻止内管110与外管120之间的环流泄漏到内管110的中心中。偏流器210可键合到内管110和外管120，以便维持适当的旋转对准。在操作期间，钻井液46(图36)沿着内管110与外管120之间的环流路径53流动，并且流动穿过偏流器210内的肾形通道211。同时，来自形成在井筒60与外管120之间的环状体66的钻井液和土岩屑通过交叉端口212进入内管110。内管110在偏流器210处或其正下方被盖住或堵住，以使得来自环状体66的流体仅能够在内管110内向上流动。

图8A和图8B分别是根据实施方案的双反应阀组件412的轴向截面图和横向截面图，所述双反应阀组件412可适用与图6的管套管钻探***20′一起使用。参考图6、图8A和图8B，反应阀412包括同轴地布置在外部管状构件520内的内部管状构件510。内部管状构件510和外部管状构件520被分别布置用于耦接到钻柱32′的内管110和外管120，以使得内部管状构件510的内部554与内部流动路径54流体连通，并且内部管状构件510外的和外部管状构件520内的环形区域553与环流路径53流体连通。双反应阀组件412位于偏流器210的上方，以使得钻井液在环形区域553中向下流动，并且钻井液、土岩屑和储层流体向上流动通过内部管状构件510的内部554。

双反应阀组件412包括位于内部554内的上升流反应阀480和位于环形区域553内的下降流反应阀482。上升流反应阀480和下降流反应阀482可彼此独立地操作。

上升流反应阀480具有由转子502和定子506形成的阀座。转子502的特征在于具有环形形状，所述环形具有形成在其中的弧形叶片，所述弧形叶片限定穿过其的弧形流动通道。定子506基本上类似于具有弧形叶片503和流动通道516的转子404。定子506被固定在内部管状构件510内。转子504旋转地接收在内部管状构件510内并且邻近定子506。驱动机构530可操作用于在完全打开位置与闭合位置之间选择性地旋转地定位转子502，在所述完全打开位置中流动通道对准，在所述闭合位置中转子叶片基本上覆盖流动通道516以便阻塞向上的流体流动。

类似地，下降流反应阀482具有由转子503和定子507形成的阀座。转子503的特征在于具有环形图形状，所述环形圈具有形成在其中的弧形叶片505，所述弧形叶片505限定穿过其的弧形流动通道509。定子507基本上类似于具有弧形叶片和流动通道的转子503。定子507固定在内部管状构件510与外部管状构件520之间。转子503被邻近定子507旋转地接收在内部管状构件510与外部管状构件52之间驱动机构534可操作用于在完全打开位置与闭合位置之间选择性地旋转地定位转子503，在所述完全打开位置中流动通道对准，在所述闭合位置中转子叶片505基本上覆盖定子流动通道以便阻塞向下的流体流动。

驱动机构530和534可包括螺线管绕组、伺服马达或类似的定位装置。控制***540控制驱动机构530和534。在一种布置中，可通过常规遥测术从表面控制双反应阀组件412。双反应阀组件412可被编程，以使得当所述双反应阀组件412接收节流命令时，其在预定时期内进行节流并且随后再次自动地打开。然而，双反应阀组件412还可包括一个或多个传感器542(诸如变换器、加速度计、或轴向应变计)，以用于测量拉伸和压缩。此类传感器542可允许双反应阀组件412自动地检测何时发生向上和向下震击。因此，双反应阀组件412可替代地还可被布置成基于来自传感器542的输入而自动地节流并且打开上升流反应阀480和下降流反应阀482，以用于重复的震击和/或重置。在多个双反应阀组件412包括在钻柱32中的配置中，可通过常规遥测术从表面独立地控制每个双反应阀组件412。

在机械地卡住管的情况下，由于环状体66的堵塞而可能失去常规钻井液循环的情况可能发生。在没有钻井液循环的情况下，使上升流节流反应阀480和/或下降流反应阀482节流将几乎没有什么效果。因此，旁通阀413可定位在钻柱32′中的最低的双反应阀组件412的正下方。旁通阀413可用于将流体流从环流路径53旁通到内部流动路径54，从而允许上升流和下降流穿过所有双反应阀组件412。可通过常规遥测术从表面独立地控制旁通阀413，或者旁通阀413可由例如双反应阀组件412的控制***540控制。

当使钻井液循环时，可打开下降流反应阀482并且使上升流反应阀480节流，以形成跨上升流反应阀480的压差，所述压差在双反应阀组件412处形成向上的拉伸力。可使用这种向上的拉伸力来代替或除了表面施加的上拉力之外来竖起或向上击发震击器100。类似地，可打开上升流反应阀480并且使下降流反应阀482节流，以形成跨下降流反应阀482的压差，所述压差在双反应阀组件412处形成向下的压缩力。可使用这种向下的压缩力来代替或除了表面施加的减小力之外来竖起或向下击发震击器100。这种设备因此提供增强的震击效果以及震击器100的更快和更有效的重新锁住。

尽管钻探***20、20′在本文已被描述为使用钻井液46，诸如液体钻探泥浆，但是所述***还可与空气和天然气一起使用。由于天然气膨胀的能力，这种***可提供更大的震击增强。

图9是根据实施方案使用图6的示例性钻探***20′的用于增强震击效果的方法的流程图，所述钻探***20′包括具有管套管钻杆的钻柱32′、震击器100和设置在钻杆与震击器100之间的双反应阀组件412。如上文参照图2所描述的，震击器包括滑动地接收在套筒202内的心轴200。参考图2、图6和图9，如果需要在足够的流速下建立钻井液流，那么在步骤600处打开旁通阀413以便将环流路径53与内部流动路径54连接。在步骤602处，将钻井液泵48通电，以使钻井液46循环通过钻柱32′。

接着，如步骤610、620、630和640中的任一个所示，通过反应阀使钻井液选择性地节流，以便跨反应阀形成压差。压差形成传递到震击器100的轴向力，所述轴向力推动心轴200相对于套筒202移动。例如，通过使下降流反应阀482流节，可将心轴200向下推动以竖起震击器100用于如步骤610中所示的后续向上击发，或者如果震击器100在如步骤630中所示的拉伸下运行则向下击发震击器100。可替代地，可使上升流反应阀480节流以将心轴200向上推动来竖起震击器100用于如步骤640中所示的后续向下击发，或者如果震击器100在如步骤620中所示的压缩下运行则向上击发震击器100。

对于向上震击，在步骤610中竖起震击器100之后，在步骤615中，打开下降流反应阀482，并且使上升流反应阀480节流以用于向上击发震击器100。如果需要或期望，施加表面上拉拉伸。随后可根据需要经常重复使下降流反应阀482节流以用于竖起震击器100并且随后使上升流反应阀480节流以用于击发震击器100的过程。

同样对于向下震击，在步骤640中竖起震击器100之后，在步骤645中，打开上升流反应阀480，并且使下降流反应阀482节流以用于向下击发震击器100。如果需要或期望，在表面处减小钻柱拉伸，以在震击器100上施加另外的压缩力。随后可根据需要经常重复使上升流反应阀480节流以用于竖起震击器100并且随后使下降流反应阀482节流以用于击发震击器100的过程。

钻探***20′还可用于可替代地向上和向下击发震击器100。如果震击器100最初在压缩下在孔中运行，那么最初将震击器100竖起以用于向上击发。因此，在步骤620中，打开下降流反应阀482并且使上升流反应阀480节流，以在震击器100上施加拉伸力。必要时，可在表面处施加上拉拉伸。一旦震击器100在向上的方向上击发，在步骤625中，打开上升流反应阀480并且使下降流反应阀482节流，以在震击器100上施加压缩力。必要时，可在表面处减小钻柱拉伸，以在震击器100上施加另外的压缩载荷。在向下击发之后，重复所述过程。如果震击器100最初在拉伸下在孔中运行，那么用于替代的向下击发和向上击发的过程基本上与步骤630和635中所示的过程相同，除了首先在向下的方向上击发震击器100之外。

概括地说，已描述了钻探***、用于连接到钻杆的组件以及钻探井筒的方法。钻探***的实施方案可大体上具有：设置在井筒中形成用于钻井液的流动的导管的钻柱，所述钻柱包括钻杆，耦接到钻杆并且具有滑动地接收在套筒内的心轴的震击器，以及耦接在钻杆与震击器之间的反应阀，所述反应阀可操作来使钻井液的流动节流；设置在地球表面处携带有钻柱并且可操作来旋转钻柱的布置；以及可操作地耦接到反应阀以便选择性地使钻井液的流动节流的控制***；由此使钻井液的流动节流形成跨反应阀的压差以及传递到震击器以便推动心轴相对于套筒移动的轴向力。用于连接到钻杆的组件的实施方案可大体上具有：布置用于流体耦接到钻杆并且使钻井液的流动节流的反应阀；耦接到反应阀的震击器，所述震击器具有滑动地接收在套筒内的心轴；以及操作地耦接到反应阀以便选择性地使钻井液的流动节流的控制***；由此使钻井液的流动节流形成跨反应阀的压差以及传递到震击器以便推动心轴相对于套筒移动的轴向力。钻探井筒的方法的实施方案可大体上包括：提供包括钻杆、震击器以及设置在钻杆与震击器之间的反应阀的钻柱，所述震击器包括滑动地接收在套筒内的心轴；提供穿过钻杆和反应阀的钻井液的流动；并且通过反应阀选择性地使所述流动节流以便形成跨反应阀的压差，所述压差形成传递到震击器以便推动心轴相对于套筒移动的轴向力。

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：将反应阀设置在震击器的上方；选择性地使在向下方向上的流动节流，以便形成传递到震击器的压缩下放力；选择性地使在向上方向上的流动节流，以便形成传递到震击器的拉伸力；传递到震击器的所述力有助于竖起震击器；传递到震击器的所述力有助于击发震击器；将反应阀的下游的流动从钻柱旁通到井筒环状体；钻杆包括设置在外管内的内管；将外管中的在向下方向上的流动旁通到内管中的向上方向；反应阀被耦接到钻杆，以便使在向下方向上的流动节流，从而形成传递到震击器的压缩下放力；反应阀被耦接到钻杆，以便使在向上方向上的流动节流，从而形成传递到震击器的拉伸力；传递到震击器的所述力有助于竖起震击器；传递到震击器的所述力有助于击发震击器；旁通阀耦接到反应阀并且可操作用于将反应阀的下游的流动从钻柱旁通到井筒环状体；以及旁通阀耦接到反应阀并且可操作用于将外管中的在向下方向上的流动旁通到内管中的向上方向。

本公开的摘要仅仅用于提供从粗略地阅读所述技术公开的性质和要点来快速做出决定的方法，并且其单独代表一个或多个实施方案。

尽管已详细示出各种实施方案，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适配。这种修改和适配在本公开的精神和范围中。

Claims (22)

1.一种用于钻探井筒的方法，其包括：

提供钻柱，其包括钻杆、震击器、设置在所述钻杆与所述震击器之间的反应阀、以及耦接在所述反应阀和所述震击器之间的旁通阀，所述震击器包括滑动地接收在套筒内的心轴，所述旁通阀可操作来将流体流从所述钻柱引导到井筒环状体；

使钻井液流动通过所述钻杆和所述反应阀；以及

通过所述反应阀来选择性地使所述钻井液节流，以便跨所述反应阀形成压差来将轴向力赋予所述震击器，从而推动所述心轴相对于所述套筒移动。

2.如权利要求1所述的方法，其还包括：

将所述反应阀定位在所述震击器上方。

3.如权利要求1所述的方法，其还包括：

选择性地使在向下方向上的所述钻井液节流，以便形成传递到所述震击器的压缩下放力。

4.如权利要求1所述的方法，其还包括：

选择性地使在向上方向上的所述钻井液节流，以便形成传递到所述震击器的拉伸力。

5.如权利要求1所述的方法，其还包括：

选择性地使所述钻井液节流，以有助于竖起所述震击器。

6.如权利要求1所述的方法，其还包括：

选择性地使所述钻井液节流，以有助于击发所述震击器。

7.如权利要求1所述的方法，其还包括：

将所述反应阀的下游的所述流动从所述钻柱旁通到井筒环状体。

8.如权利要求1所述的方法，其还包括：

提供具有设置在外管内的内管的所述钻杆；以及

将在所述外管中的向下方向上的所述流动旁通到所述内管中的向上方向。

9.一种钻探***，其包括：

钻柱，其设置在井筒中，所述钻柱包括钻杆、耦接到所述钻杆并且具有滑动地接收在套筒中的心轴的震击器、耦接在所述钻杆与所述震击器之间的反应阀、以及耦接在所述反应阀和所述震击器之间的旁通阀，所述反应阀在打开位置与节流位置之间可移动，所述旁通阀可操作来将所述反应阀下游的流体流从所述钻柱旁通到井筒环状体；

钻机，其携带所述钻柱并且可操作来旋转所述钻柱；以及

控制***，其操作地耦接到所述反应阀，以便选择性地定位所述反应阀；由此

使跨所述反应阀的钻井液的流动节流形成压差和传递到所述震击器的轴向力，以便推动所述心轴相对于所述套筒移动。

10.如权利要求9所述的***，其还包括：

所述反应阀，其设置在所述震击器上方。

11.如权利要求9所述的***，其还包括：

所述反应阀，其耦接到所述钻杆以便使在向下方向上的所述流动节流并且对所述震击器赋予压缩下放力。

12.如权利要求9所述的***，其还包括：

所述反应阀，其耦接到所述钻杆以便使在向上方向上的所述流动节流并且对所述震击器赋予拉伸力。

13.如权利要求9所述的***，其中：

传递到所述震击器的所述力有助于竖起所述震击器。

14.如权利要求9所述的***，其中：

传递到所述震击器的所述力有助于击发所述震击器。

15.如权利要求9所述的***，其还包括：

所述钻杆，其包括设置在外管内的内管；以及

旁通阀，其耦接到所述反应阀并且可操作来将在所述外管中的向下方向上的所述流动旁通到所述内管中的向上方向。

16.一种用于连接到钻杆的震击器组件，所述钻杆形成用于钻井液的流动的导管，所述震击器组件包括：

反应阀；

震击器，其耦接到所述反应阀，所述震击器具有滑动地接收在套筒内的心轴；

旁通阀，其耦接在所述反应阀和所述震击器之间，所述旁通阀可操作来将所述反应阀下游的流体流从所述钻柱旁通到井筒环状体；以及

控制***，其操作地耦接到所述反应阀，以便选择性地使跨所述反应阀的钻井液的所述流动节流；由此

使跨所述反应阀的钻井液的所述流动节流形成压差和传递到所述震击器的轴向力，以便推动所述心轴相对于所述套筒移动。

17.如权利要求16所述的组件，其还包括：

所述反应阀，其设置在所述震击器上方。

18.如权利要求16所述的组件，其还包括：

所述反应阀，其耦接到所述钻杆以便使在向下方向上的所述流动节流并且对所述震击器赋予压缩下放力。

19.如权利要求16所述的组件，其还包括：

所述反应阀，其耦接到所述钻杆以便使在向上方向上的所述流动节流并且对所述震击器赋予拉伸力。

20.如权利要求16所述的组件，其中

传递到所述震击器的所述力有助于竖起所述震击器。

21.如权利要求16所述的组件，其中

传递到所述震击器的所述力有助于击发所述震击器。

22.如权利要求16所述的组件，其还包括：

所述钻杆，其包括设置在外管内的内管；以及

旁通阀，其耦接到所述反应阀并且可操作来将在所述外管中的向下方向上的所述流动旁通到所述内管中的向上方向。