JP5116768B2 - ドリルストリング振動を減衰させるための方法及び装置 - Google Patents

Description

本明細書は、概ね、表面形成層を介した掘削に関する方法及び装置について記載する。特に、本明細書は、掘削工程を改良するため、及びドリルストリング振動を減衰させることによって、ドリルストリング・アセンブリの寿命を延ばすための原理について記載する。

掘削工程中に、ドリルストリング・アセンブリが潜在的に損傷する振動を受けることがあることはよく知られている。軸方向（例えば、微小な反力）、ねじれ方向（例えば、スティック・スリップ）、横方向（例えば、屈曲、回転）の振動が、掘削アセンブリを損傷することがある減少としてよく知られている。“Ｐｕｔｔｉｎｇ ａ ｄａｍｐｅｒ ｏｎ ｄｒｉｌｌｉｎｇ’ｓ ｂａｄ ｖｉｂｒａｔｉｏｎｓ（掘削の悪い振動にダンパを設置する）”（Ｊａｒｄｉｎｅ Ｓ，Ｍａｌｏｎｅ Ｄ，andＳｈｅｐｐａｒｄ Ｍ，“ＴＨＥ OILFIELD ＲＥＶＩＥＷ”，Ｓｃｈｌｕｍｂｅｒｇｅｒ，Ｊａｎｕａｒｙ １９９４）を参照。広汎な研究と開発が、長年にわたって、これらの潜在的に損傷するドリルストリング振動をよりよく理解し、監視し、制御するためになされてきた。“Ｏｉｌｗｅｌｌ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ａｎｄ ｐｒａｃｔｉｃｅ（石油掘削工学の原理と実際）”（Ｇｒａｈａｍ ＆ Ｔｒｏｔｍａｎ，１９８５）；“Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ Ｓｕｒｆａｃｅ ａｎｄ ｄｏｗｎｈｏｌｅ ｂｏｕｎｄａｒｙ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｎ ｔｈｅ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｄｒｉｌｌｓｔｒｉｎｇｓ（表面と油井の境界条件によるドリルストリングの振動への影響）”（Ｃｌａｙｅｒ Ｆ，Ｖａｎｄｉｖｅｒ，Ｊ．Ｋ．，ａｎｄ Ｌｅｅ，Ｈ．Ｙ，ＰＲＯＣＥＥＤＩＮＧＳ ６５ ＡＮＮＵＡＬ ＴＥＣＨ．ＣＯＮＦ．ＳＰＥ，Ｎｅｗ Ｏｒｌｅａｎｓ，ＳＰＥ ２０４４７ １９９０）；“Ａｎ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ ｄｒｉｌｌｓｔｒｉｎｇ ｄｙｎａｍｉｃｓ（ドリルストリング・ダイナミクスのための統合的モデル）”（Ｔｕｃｋｅｒ，Ｒ．Ｗ．ａｎｄ Ｗａｎｇ，Ｃ，Ｌａｎｃａｓｔｅｒ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２０００）；“Ｄｒｉｌｌｓｔｒｉｎｇ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｍａｓｓ ｉｍｂａｌａｎｃｅ：Ａ ｍａｊｏｒ ｓｏｕｒｃｅ ｏｆ ｄｏｗｎｈｏｌｅ ｖｉｂｒａｔｉｏｎｓ（ドリルストリング・コンポーネントの質量不均衡：油井振動の主たる原因）”（Ｄｙｋｓｔｒａ，Ｍ．Ｗ．，Ｃｈｅｎ，Ｄ．Ｃ， Ｗａｒｒｅｎ， Ｔ．Ｍ．，ａｎｄ Ａｚａｒ，ＪＪ，ＳＰＥ AND ＣＯＭＰＬＥＴＩＯＮＳ，Ｄｅｃｅｍｂｅｒ １９９６）；“Ｑｕａｎｔｉｆｙｉｎｇ ｂｏｔｔｏｍｈｏｌｅ ａｓｓｅｍｂｌｙ ｔｅｎｄｅｎｃｙ ｕｓｉｎｇ ｆｉｅｌｄ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｄａｔａ ａｎｄ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｏｄｅｌ（傾斜掘削データと有限要素モデルを用いた抗底アセンブリの傾斜の定量化）”（Ｌｅｓｓｏ Ｗ．Ｇ． Ｊｒ．，Ｃｈａｕ，Ｍ．Ｔ．，ａｎｄ Ｌｅｓｓｏ，Ｗ．Ｇ． Ｓｒ，ＳＰＥ／ＩＡＤＣ ５２８３５，１９９９）を参照。

上述の振動の一部を扱うために、油井監視及び表面制御技術が提案されてきた。“Ｔｏｒｑｕｅ ｆｅｅｄｂａｃｋ ｕｓｅｄ ｔｏ ｃｕｒｅ ｓｌｉｐ−ｓｔｉｃｋ ｍｏｔｉｏｎ（スリップ・スティック動作を取り除くために使用されるトルク・フィードバック）”（Ｈａｌｓｅｙ Ｇ．Ｗ．，Ｋｙｌｌｉｎｇｓｔａｄ，Ａ．，ａｎｄ Ｋｙｌｌｉｎｇ， Ａ，ＳＰＥ １８０４９，１９８８）；“Ｔｈｅ ｕｓｅ ｏｆ ｒｅａｌ−ｔｉｍｅ ｄｏｗｎｈｏｌｅ ｓｈｏｃｋ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ＢＨＡ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ（ＢＨＡコンポーネントの信頼性を向上するためのリアルタイムの油井衝撃測定の使用）”（Ａｌｌｅｙ，Ｓ．Ｄ．ａｎｄ Ｓｕｔｈｅｒｌａｎｄ，Ｇ．Ｂ．，ＳＰＥ ２２５３７ １９９１）；“Ｄｒｉｌｌｓｔｒｉｎｇ ｖｉｂｒａｔｉｏｎｓ：Ａ ｎｅｗ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ（ドリルストリング振動：新世代の機構と制御戦略）”（Ａｌｄｒｅｄ，Ｗ．Ｄ．，ａｎｄ Ｓｈｅｐｐａｒｄ，Ｍ．Ｃ．，ＳＰＥ ２４５８２ １９９２），“Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｄｙｎａｍｉｃｓ ｓｙｓｔｅｍ ｃｌｏｓｅｓ ｔｈｅ ｍｏｄｅｌ−ｍｅａｓｕｒｅ−ｏｐｔｉｍｉｚｅ ｌｏｏｐ ｉｎ ｒｅａｌ ｔｉｍｅ（統合された掘削ダイナミクスシステムが、リアルタイムのモデル計測最適化ループを閉じる）”（Ｃｈｅｎ．Ｄ．Ｃ−Ｋ，Ｓｍｉｔｈ，Ｍ．ａｎｄ ＬａＰｉｅｒｒｅ，Ｓ．，ＳＰＥ／ＩＡＤＣ ７９８８８）を参照。しかしながら、その場での振動の減衰は、ドリルストリングが受ける振動によって生じる損傷の拡大を抑制することに大きな影響を及ぼす。

従って、一部ではその場で減衰させる技術を提案するが、各々がその限界を有する。ＡＰＳ技術は、代わりの隔離の使用を提案しており、それは、ネジのキャビティに形成されたゴムを用いてネジ山が緩やかに設けられた２つの円筒状部材を含む。ネジ山が設けられた円筒状部材の間のゴムは、掘削誘発振動を減衰することを意図している。また、ゴムの温度依存の性質によって、特に、異なる掘削条件間で信頼可能な性能を獲得することは、困難又は不可能になる。さらに、掘削工程に共通している大きなトルクと軸方向の負荷は、ゴム製減衰部材を介して伝達されなければならないが、それは困難である。ＣｏｂｅｒｎとＷａｓｓｅｌｌは、改良した代替例を提案しており、そこでは、ドリルストリング・アセンブリの２つのコンポーネント間の狭いすき間を充填する磁性流体が、減衰機構として使用される。“Ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ（掘削振動の監視及び制御システム）”（Ｃｏｂｅｒｎ，Ｍ．Ｅ．，ａｎｄ Ｗａｓｓｅｌｌ，Ｍ．Ｅ．，ＡＰＳ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＣ．ＴＥＣＨ ＲＥＰＯＲＴ ＡＰＳ−ＤＶＭＣＳ，２００４）を参照。流体の粘性は、異なる掘削条件下での減衰を調整するために、磁気回路によって調節される。しかしながら、この提案が効果的であるかは明らかでない。

本明細書は、上述の１つ又は複数の問題の影響を解決すること、又は少なくとも低減することを目的とする。

本開示は、上述のニーズその他の少なくとも一部について説明する。特に、本開示は、掘削中のドリルストリング・アセンブリの減衰振動のための多くの方法及び装置について記載する。一実施の形態において、振動は、１つ以上の振動減衰モジュールを適切なアセンブリの位置に導入することによって、減衰する。例えば、振動減衰モジュールは、振動エネルギーが最大であると予測される位置に挿入される。一実施の形態において、振動減衰モジュールは、砂又は金属粉（タングステン又は同様の重金属粉のような高密度のものであってもよい。）のような固体材料の粒子によって緩やかに充填された１つ以上のキャビティを含む。一実施の形態において、キャビティ壁は、粗く、且つ／又は、キャビティ内の緩やかに充填された粒子に振動エネルギーを伝達し易くする形状上の特徴を含む。振動エネルギーは、摩擦とドリルストリングの動作の結果として生じる非弾性の粒子−粒子及び粒子−壁の衝突とによって、消散する。

一実施の形態では、油田ドリルストリング振動減衰モジュールを含む装置を提供する。油田ドリルストリング振動減衰モジュールは、マンドレルを備える。マンドレルは、外面及び内面を有する。内面は、マンドレル、内外面の間のキャビティ、及びキャビティに充填された粒子を介する通路を形成する。一実施の形態において、マンドレルは、隣り合ったドリルパイプの間に挿入するための第１及び第２のネジ山端部を有する。一実施の形態において、マンドレルは、第１パイプと、ネジによって取り付けられ、少なくとも部分的に第１パイプの中に配置された第２パイプとを有する。環状キャビティは、第１及び第２パイプの間に、配置されてもよい。装置の一実施の形態において、マンドレルは、第１パイプと、ネジによって取り付けられ、第１パイプと同心の第２パイプとを有し、その結果、環状キャビティが、第１及び第２パイプの間に配置される。

一実施の形態において、マンドレルは、ドリルストリングに取り付けるように設けられた安定リングを有する。一実施の形態において、安定リングは、カラーの周囲に取り付けられる。安定リングは、複数の突出ブレードを含み、ブレードは、環状キャビティ（各々が粒子によって充填される。）を含んでもよい。

装置の一実施の形態において、キャビティは、内壁から粒子への振動の伝達を促進する機構を有する内壁を有する。一実施の形態において、内壁機構はらせん構造を含む。他の実施の形態において、内壁機構は、粒子／壁の衝突を増加させる複数の溝と突起とを含む。一実施の形態において、内壁機構は、粗い表面を有する。

一実施の形態は、油田ドリルストリングを備える装置を提供する。ドリルストリングは、少なくとも１つの振動減衰モジュールを備え、少なくとも１つの振動減衰モジュールは、パイプと、同心のパイプの間に形成されたキャビティと、キャビティに充填された粒子とを含む。一実施の形態において、キャビティは、ドリルストリングから粒子への振動エネルギーの伝達を促進する内壁機構を含む。一実施の形態において、内壁機構は、軸方向、横方向及びねじれ方向の、内壁から粒子への振動エネルギーの伝達を容易にする幾何学的な形状である。一実施の形態において、内壁機構はらせん構造を含む。一実施の形態において、内壁機構は、粒子／壁の衝突を増加させる複数の溝と突起とを含む。一実施の形態において、内壁機構は、ジグザグパターンと粗い表面とを含む。一実施の形態において、粒子はキャビティに緩やかに充填される。一実施の形態において、粒子は固体である。ある実施の形態は、さらに、複数の振動減衰モジュールを含む。一実施の形態において、複数の振動減衰モジュールの各々は、ドリルストリングの予想最大振動位置に配置される。

一実施の形態は、ドリルストリングを含む油田装置を提供する。ドリルストリングは、ドリルパイプと抗底アセンブリとを有する。抗底アセンブリは、同心のシリンダと環状キャビティと、環状キャビティに緩やかに充填された固体材料の粒子とを含む。

一実施の形態によると、装置は油田ドリルストリングを備え、ドリルストリングは少なくとも１つの振動減衰モジュールを有する。少なくとも１つの振動減衰モジュールは、カラーの周囲に配置された複数の中空ブレードを含む安定リングを有する。少なくとも１つのブレードが、粒子によって緩やかに充填されている。一実施の形態では、ブレードの各々は、粒子によって緩やかに充填されている。

一形態は、油田ドリルストリングにおいて掘削誘発振動を減衰させること含む方法を提供する。減衰は、少なくとも１つの粒子−減衰に基づく振動減衰モジュールをドリルストリングの１つ以上の位置に挿入することと、少なくとも１つの振動減衰モジュールを用いて振動エネルギーを吸収することとを含む。一形態において、方法は、さらに、振動を低減させるために、ドリルストリングに沿って、複数の振動減衰モジュールを戦略的に挿入することを含む。一形態は、さらに、ドリルストリングに沿って、振動エネルギーが最大であると予測される位置に複数の振動減衰モジュールを挿入することを含む。

更なる利点及び新規な特徴が、以下の記載で説明され、または、これらの記載を読むこと、又は本明細書に記載した原理を実践することを通じて、当業者によって気付かれてもよい。

添付の図面は、実施の形態を例示しており、明細書の一部である。

図１は、一実施の形態に係る少なくとも１つの振動減衰モジュールに使用される掘削ツールの正面図である。 図２は、一実施の形態に係る図１に示す（又は他の）ツールに使用される一振動減衰ステージの長手方向の断面図である。 図３Ａは、他の実施の形態に係る図１に示す（又は他の）ツールに使用される一振動減衰ステージの長手方向の断面図である。 図３Ｂは、一実施の形態に係る図３Ａの振動減衰ステージの断面図である。 図４は、他の実施の形態に係る掘削ツールに使用される一振動減衰ステージの断面図である。 掘削ツールの所定位置における図４の振動減衰ステージの２つを部分的に断面で示す正面図である。

全図を通して、同一の参照符号及び記述は同様の部材を示すが、必ずしも同一の部材ではない。本発明は、種々の改良や代わりの形態を許容するが、特定の実施の形態が、図において例示され、本明細書において詳細に説明される。しかしながら、本発明が開示された特定の形態に限定されることを意図しないことは理解されるべきである。むしろ、本発明は、添付の特許請求の範囲に記載される本発明の範囲内のあらゆる改良、均等なもの及び代替例を含むものである。

本発明の図示する実施の形態及び実施例について以下に記載する。実際の実施の形態を開発する場合、システムに関する準拠やビジネスに関する制限のような開発者固有の目的を達成するために、多くの実装特有の決定がなされなければならず、それは、実装毎に多様であることが、十分に理解されるであろう。さらに、そのような開発の努力は、複雑であって時間を要するであろうが、それでもなお、本開示の恩恵を受ける分野の通常の技術を有する者が取り組む決まった行動である。

「一実施の形態（ｏｎｅ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」、「実施の形態（ａｎ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」、「ある実施の形態（ｓｏｍｅ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」、「一実施例（ｏｎｅ ａｓｐｅｃｔ）」、「実施例（ａｎ ａｓｐｅｃｔ）」又は「ある実施例（ｓｏｍｅ ａｓｐｅｃｔ）」は、その実施の形態又は実施例に関連して説明された特定の機構、構造、方法又は特徴が本発明の少なくとも１つの実施の形態に含まれることを意味する。そのため、「一実施の形態において」又は「実施の形態において」又は「ある実施の形態（又は「実施例」）において」という、本明細書の種々の箇所における語句の表現が、全て同じ実施の形態を参照するとは限らない。さらに、特定の機構、構造、方法又は特徴は、１つ以上の実施の形態において、あらゆる適切な方法で組み合わされてもよい。「含む」及び「有する」という語句は、「備える」という語句と同じ意味を有する。

さらに、発明の実施例は、１つの開示された実施の形態が有する全ての機構を含むものでない。そのため、「発明を実施するための形態」に続く特許請求の範囲は、本発明の別個の実施の形態に依拠する各請求項をもって、本「発明を実施するための形態」に明示的に組み込まれる。

本開示は、特に、掘削中のドリルストリング・アセンブリの減衰振動のための方法及び装置を意図する。ある実施の形態において、振動は、１つ以上の振動減衰モジュールを適切なアセンブリの位置に導入することによって減衰する。例えば、振動減衰モジュールは、振動エネルギーが大きい又は最大と予測される位置に挿入される。ある実施の形態において、振動減衰モジュールは、砂又は金属粉のような固体の粒子材料によって緩やかに充填された１つ以上のキャビティを含む。ある実施の形態において、固体粒子の材料は、タングステン又は同様の重金属粉のような高密度材料を含む。ある実施の形態において、粒子は、概ね丸く（球形）、数ミクロンから数ミリメートルの間の直径を有する。しかしながら、他の粒子の大きさが用いられてもよい。振動エネルギーは、ドリルストリング動作の結果として生じる摩擦と、非弾性の粒子−粒子及び粒子−壁の衝突とを介して消散する。摩擦と非弾性の粒子−粒子及び粒子−壁の衝突とによる振動エネルギーの消散は、粒子減衰として言及される。

一般的に言えば、粒子減衰は、構造減衰を参照し、振動構造の一部として粒子充填体（ｅｎｃｌｏｓｕｒｅ）を使用することを含む。このことは、例えば、米国特許公報５，３６５，８４２（Ｐａｎｏｓｓｉａｎ）に記載されており、この参照によって、その全体が組み入れられる。キャビティは、粒子−粒子及び粒子−壁の衝突によって運動エネルギーを吸収する粒状材料（砂、金属粉等）によって概ね緩やかに充填されている。

検層（ｌｏｇｇｉｎｇ）ツールにおいて、音響振動の減衰に適用された粒子減衰の少なくとも１つの応用例がある。米国特許６，６４３，２２１を参照（この参照、この文献は全体に組み入れられる。）。カラーに機械加工された小さい穴と溝の提案されたパターンは、重い粒子によって充填される。しかしながら、装置が減衰しようとする音響振動の高周波（典型的には３ｋＨｚを超える。）かつ小振幅（典型的には１ミクロンより小さい。）の性質のために、提案された減衰が成功することは困難又は不可能になる。

しかしながら、発明者は、掘削誘発振動が典型的には周波数において極めて低く（通常１００Ｈｚより低い）、大きい振幅を示し得ることを発見した。そのため、粒子減衰がうまく適用し得る。

図を参照すると、特に、図１にドリルストリング１００が示される。図１の実施の形態によると、ドリルストリング１００は、抗底アセンブリ１０２とドリルパイプ１０４とを含む。抗底アセンブリ１０２は、ドリルパイプ１０４及びチェックバルブ・アセンブリ１０８へのコネクタ１０６を含む。油井のチェックバルブ・アセンブリ１０８は、圧力切断部１１０である。ドリルストリング１００が傾斜掘削をすることができる場合、ドリルストリングは、本開示の恩恵を受ける分野の通常の技術者に知られる定位ツール１１２を含む。ある場合に、全ドリルストリング１００が、回転し、掘削孔の掘削を容易にするように、ドリル・ビット１１５を回転させる。しかしながら、あるシステムは、ドリル・ビット１１５を駆動し回転させるためのマッド・モータ１１４を含み、調整可能な湾曲筐体１１６によって、傾斜掘削が容易になる。本明細書に記載した原理によると、全ドリルストリング１１０がマッド・モータ又は調整可能な湾曲筐体を必要とすることなく十分に回転する場合に、ドリルストリング１００の振動減衰は、特に効果的である。ある実施の形態は、音波検層装置を含むが、本明細書に記載した原理は、掘削中に測定するドリルストリングにおいて低周波振動を低減するために、同様に適用可能である。

上述のように、図１に示すドリルストリング１００のようなドリルストリングを用いた掘削工程は、掘削ツールの寿命を短くする激しい振動を発生させる。そのため、図２に示す一実施の形態は、油田ドリルストリング振動減衰モジュール１２０を備える装置を提案する。１つ以上の油田ドリルストリング振動減衰モジュール１２０は、ドリルストリング１００に挿入されてもよい（図１参照）。油田ドリルストリング振動減衰モジュール１２０は、マンドレル１２２を備える。マンドレル１２２は、外面１２４及び内面１２６を備える。内面１２６は、掘削マッド及び他の流体がドリルパイプ及び／又は他のドリルストリング・コンポーネントのセグメント間を容易に連通することを可能にするマンドレル１２２を通る通路１２８を形成する。環状キャビティ１３０は、内外面１２４，１２６の間に形成され、粒子は環状キャビティ１３０に充填される。一実施の形態において、粒子は、緩やかに環状キャビティ１３０に充填され、それによって、振動減衰が容易になる。環状キャビティ１３０の容積は、吸収できるエネルギー量を大きくするために、ある実施例において最大である。環状キャビティ１３０の容積を最大にするために、機構を考慮する必要があり、泥流は掘削工程を本来制約する。

図２の実施の形態において、マンドレル１２２は、必ずではないが好ましくはネジが設けられた第１及び第２端部１３２，１３４を備える。第１及び第２端部１３２，１３４によって、ドリルパイプ１０４（図１）のセグメント近傍の間、抗底アセンブリ１０２（図１）のコンポーネントの間、ドリルパイプのセグメントと抗底アセンブリとの間、又は他のコンポーネントの間に、振動減衰モジュール１２０を挿入することが可能になる。

マンドレル１２２は、一実施の形態において一体的な構造からなり、マンドレル１２２は、第１パイプ１３６と、ネジによって取り付けられ、少なくとも部分的に第１パイプ１３６の中に配置された第２パイプ１３８とを備える。環状キャビティ１３０は、第１及び第２パイプ１３６，１３８の間に配置される。図２に示す実施の形態において、第１パイプ１３６は円筒状のパイプであり、第２パイプ１３８も、円筒状で、ネジによって第１パイプ１３６に（同心で）取り付けられる。

ある実施例によると、環状キャビティ１３０は、内壁１４０から粒子への振動エネルギーの伝達を促進する機構を含む内壁１４０を備える。ある実施の形態において、内壁機構は、内壁１４０から粒子への軸方向、横方向及びねじれ方向の振動エネルギーの伝達を容易にする幾何学的な形状である。例えば、内壁機構は、らせん構造を備える。他の実施の形態において、内壁機構は、粒子／壁の衝突を増加させる複数の溝１４２と突起１４４とを備える。溝１４２と突起１４４とは、図２に示すらせん構造又はジグザグ形状で配置される。一実施の形態において、内壁１４０は、壁／粒子の相互作用をも容易にする粗い表面を備える。予めモデル化することによって、異なる振動モード（軸方向、横方向、ねじれ方向）において減衰間で最良のトレードオフを可能にする方法で内壁機構を設計することができ、これによって、全体的な性能を最大にすることができる。

ある実施の形態は、ドリルストリング１００に沿って間隔を空けた２つ以上の振動減衰モジュール１２０を含む（図１参照）。ある実施の形態は、３から１０の振動減衰モジュールを含む。一実施の形態において、振動減衰モジュール１２０の各々は、ドリルストリング１００の予想最大振動位置に配置される（図１参照）。本開示の恩恵を受ける分野の通常の技術を有する者は、予め計画されたドリルのモデル化に関する研究や経験によって、振動が最大となるであろう位置が得られることを理解するであろう。

一実施の形態において、マンドレル１２２は、図３Ａ−３Ｂに示す安定リングを備える。図３Ａ−３Ｂの安定リング１５０は、ドリルストリング１００への取り付けのために設けられる（図１参照）。一実施の形態において、安定リング１５０は、ドリルストリング１００のカラーの周囲に取り付けられるが（図１）、他の位置が用いられてもよい。安定リング１５０は、例えば図３Ａ−３Ｂに示す４つの等しい間隔を空けた中空ブレード１５２のような、複数の半径方向の突出ブレードを含む。しかしながら、いくつのブレードが使用されてもよい。ブレード１５２の内部は、環状キャビティ１３０を備えるが、図３Ａ−３Ｂの環状キャビティ１３０は、円周に沿って非連続である。図３Ａ−３Ｂの環状キャビティ１３０の各々は、図２を参照して、上に説明したものと同じ粒子によって緩やかに充填されている。（安定リング１５０のような）ドリルストリング・スタビライザでの粒子減衰は、掘削によって誘発される衝撃と振動の多くを粒子によって吸収することによって、ドリルストリング１００の寿命を著しく伸ばす。

図３Ａ−３Ｂに示す安定リング１５０を備える振動減衰モジュール１２０は、上述のようにドリルストリング１００の周囲に取り付けられ（図１参照）、他の実施の形態は、別個のモジュールを備える。例えば、図４は、挿入可能なスタビライザ２５０を備える振動減衰モジュール１２０を示す。図２の実施の形態と同様に、挿入可能なスタビライザ２５０は、必ずではないが好ましくはネジが設けられた第１及び第２端部２３２，２３４を備える。第１及び第２ネジ端部２３２，２３４によって、ドリルパイプ１０４のセグメント近傍の間、抗底アセンブリ１０２のコンポーネントの間（図１）、ドリルパイプのセグメントと抗底アセンブリとの間、又は他のコンポーネントの間に、振動減衰モジュール１２０を挿入することができる。

安定リング１５０のように（図３Ａ−３Ｂ参照）、挿入可能なスタビライザ２５０は、例えば図４−５に示す４つの等しい空間を空けた中空ブレード２５２のような、複数の半径方向の突出ブレードを含む。しかしながら、いかなる数のブレードが使用されてもよい。ブレード２５２の内部は、環状キャビティ１３０を備える。図４−５の環状キャビティ１３０の各々は、図２を参照して、上に説明したものと同じ粒子によって緩やかに充填されている。図５に２つの振動減衰モジュール１２０が図示されるが、挿入可能なスタビライザ２５０を備える任意の数の減衰モジュール１２０が、ドリルストリング１００に挿入されてよい。上述のように、（挿入可能なスタビライザ２５０のような）ドリルストリング・スタビライザでの粒子減衰は、掘削によって誘発される衝撃及び振動の多くを粒子によって吸収することによって、ドリルストリング１００の寿命を著しく延ばす。

図示して上で説明した各装置は、任意のドリルストリングを用いて使用されてもよく、図１及び５に示す実施の形態に限定されない。さらに、本明細書は、あらゆるドリルストリング粒子減衰を意図しており、図１−５に示す特定の実施の形態に限定されない。一実施例は、油田ドリルストリングにおいて掘削誘発振動を減衰することを含む方法を意図する。減衰は、（上述のような）少なくとも１つの粒子−減衰に基づく振動減衰モジュールをドリルストリングの１つ以上の位置に挿入することと、少なくとも１つの振動減衰モジュールを用いて振動エネルギーを吸収することを含む。一実施例において、方法は、掘削誘発振動を低減するために、さらに、複数の振動減衰モジュールをドリルストリングに沿って戦略的に挿入することを含む。一実施例は、さらに、複数の振動減衰モジュールをドリルストリングに沿って、振動エネルギーが大きい又は最大と予測される位置に挿入することを含む。

これまでの記載は、特定の原理を例示し説明するためだけに提示されたに過ぎない。包括的であり、又は開示された形態そのものに本発明を限定する趣旨でもない。上述の技術を踏まえて、多くの改良や変形が可能である。

図示され、記載された実施の形態は、発明の原理とその実際の応用例を最もよく説明するために、選択されて記載される。これまでの記載には、意図された特定の使用に適するように、当該分野の他の技術者が、種々の実施の形態及び種々の改良において教示されたその原理を最もよく利用できることが望まれる。本開示の範囲は、添付の特許請求の範囲によって規定されることが意図される。

Claims (27)

1. 油田ドリルストリング振動減衰モジュールを備え、
   上記油田ドリルストリング振動減衰モジュールは、マンドレルを有し、
   上記マンドレルは、
   隣接したドリルパイプ間に挿入するために設けられた第１及び第２ネジ端部と、
   外面及び内面と、ここで上記内面は、上記マンドレルを通過する通路を形成し、
   さらに、上記内面と外面との間のキャビティと、
   上記キャビティに充填された粒子と、を備え、
   上記キャビティは、内壁から上記粒子への振動エネルギーの伝達を促進する機構を有する内壁を備える、
   ことを特徴とする装置。
2. 上記マンドレルは、
   第１パイプと、
   ネジによって第１パイプに取り付けられ、少なくとも部分的に上記第１パイプの中に配置された第２パイプと、を有し、
   上記キャビティは、上記第１及び第２パイプの間に配置されることを特徴とする請求項１に係る装置。
3. 上記マンドレルは、
   第１パイプと、
   ネジによって第１パイプに取り付けられ、上記第１パイプと同心に配置された第２パイプとを有し、
   上記キャビティは、上記第１及び第２パイプの間に配置されることを特徴とする請求項１に係る装置。
4. 上記マンドレルは、ドリルストリングにおいてモジュラーを配置するために設けられた挿入可能なスタビライザを備えることを特徴とする請求項１に係る装置。
5. 上記挿入可能なスタビライザは、複数の突出ブレードを備え、
   上記ブレードは、キャビティを備え、各々が粒子で充填されることを特徴とする請求項４に係る装置。
6. 上記マンドレルは、ドリルストリングに取り付けるために設けられた安定リングを備えることを特徴とする請求項１に係る装置。
7. 上記安定リングは、カラーの周囲に取り付けられることを特徴とする請求項６に係る装置。
8. 上記安定リングは、複数の突出ブレードを備え、
   上記ブレードは、上記キャビティを備え、各々が粒子で充填されることを特徴とする請求項６に係る装置。
9. 上記内壁機構は、らせん構造を備えることを特徴とする請求項１に係る装置。
10. 上記内壁機構は、粒子／壁の衝突を増加させる複数の溝と突起を備えることを特徴とする請求項１に係る装置。
11. 上記内壁機構は、粗面化された表面を備えることを特徴とする請求項１に係る装置。
12. 油田ドリルストリングを備える装置であって、
    上記油田ドリルストリングは、少なくとも１つの振動減衰モジュールを備え、
    上記少なくとも１つの振動減衰モジュールは、
    同心のパイプと、
    同心のパイプの間に形成されたキャビティと、
    上記キャビティに充填された粒子と、を備え、
    上記キャビティは、上記ドリルストリングから上記粒子への振動エネルギーの伝達を促進する内壁機構を備える、
    ことを特徴とする装置。
13. 上記内壁機構は、軸方向、横方向及びねじれの、内壁から粒子への振動エネルギーの伝達を容易にする形状をなすことを特徴とする請求項１２に係る装置。
14. 上記内壁機構は、らせん構造を備えることを特徴とする請求項１２に係る装置。
15. 上記内壁機構は、粒子／壁の衝突を増加させる複数の溝と突起を備えることを特徴とする請求項１２に係る装置。
16. 上記内壁機構は、粗面化された表面を備えることを特徴とする請求項１２に係る装置。
17. 上記内壁機構は、ジグザグ形状及び粗面化された表面を備えることを特徴とする請求項１２に係る装置。
18. 上記粒子は、上記キャビティに緩やかに充填されたことを特徴とする請求項１２に係る装置。
19. 上記粒子は、固体であることを特徴とする請求項１２に係る装置。
20. さらに、複数の振動減衰モジュールを備えることを特徴とする請求項１２に係る装置。
21. さらに、複数の振動減衰モジュールを備え、
    複数の振動減衰モジュールの各々は、上記ドリルストリングの最大の振動位置と予想される位置に配置されることを特徴とする請求項１２に係る装置。
22. 油田装置であって、
    上記油田装置は、ドリルストリングを備え、
    上記ドリルストリングは、ドリルパイプを有し、
    上記油田装置は、坑底アセンブリを備え、
    上記坑底アセンブリは、同心のシリンダとキャビティとを有し、
    固体材料の粒子によって、上記キャビティは、緩やかに充填され、
    上記キャビティは、上記ドリルストリングから上記粒子への振動エネルギーの伝達を促進する内壁機構を備える、
    ことを特徴とする油田装置。
23. 油田ドリルストリングを備え、
    上記ドリルストリングは、少なくとも１つの振動減衰モジュールを備え、
    少なくとも１つの振動減衰モジュールは、カラーの周囲に配置された複数の中空ブレードを含む安定リングを含み、
    少なくとも１つの中空ブレードは、緩やかに粒子で充填されたキャビティーを備え、
    上記キャビティは、上記ドリルストリングから上記粒子への振動エネルギーの伝達を促進する壁機構を備える、
    ことを特徴とする装置。
24. 上記中空ブレードの各々は、粒子で緩やかに充填されたことを特徴とする請求項２３に係る装置。
25. 油田ドリルストリングにおいて掘削誘導振動を減衰させることを備えた方法であって、
    上記減衰させることは、
    少なくとも１つの粒子減衰に基づく振動減衰モジュールをドリルストリングの１つ以上の位置に挿入することと、
    ここで、少なくとも１つの振動減衰モジュールは、ドリルストリングから粒子への振動エネルギーの伝達を促進する壁機構を有するキャビティーを備え、
    上記少なくとも１つの振動減衰モジュールによって振動エネルギーを吸収すること、
    を含むことを特徴とする方法。
26. さらに、振動を低減するために、上記ドリルストリングに沿って複数の振動減衰モジュールを戦略的に挿入することを特徴とする請求項２５に係る方法。
27. 振動エネルギーが最大と予測される位置に、上記ドリルストリングに沿って複数の振動減衰モジュールを挿入することを含むことを特徴とする請求項２５に係る方法。

Images