Саморегулируемые буровые инструменты и относящиеся к ним системы и способы

Группа изобретений относится к буровому инструменту и способу втягивания и выдвижения бурового элемента бурового инструмента. Технический результат заключается в повышении управляемости и срока службы долота. Буровой инструмент содержит: корпус, исполнительный механизм, расположенный по меньшей мере частично внутри корпуса, и узел бурового элемента. Исполнительный механизм содержит: первую и вторую камеры для флюида; по меньшей мере один возвратно-поступательный элемент, отделяющий первую камеру для флюида от второй камеры для флюида; и соединительный элемент, прикрепленный к возвратно-поступательному элементу на участке возвратно-поступательного элемента, обращенном ко второй камере для флюида. Соединительный элемент выходит из второй камеры для флюида. По меньшей мере один возвратно-поступательный элемент выполнен с возможностью возвратно-поступательного движения назад и вперед внутри первой камеры для флюида и второй камеры для флюида. Узел бурового элемента соединен с возможностью съема с осевым концом соединительного элемента, выходящего из второй камеры для флюида. По меньшей мере один возвратно-поступательный элемент содержит: первый возвратно-поступательный элемент, выполненный с возможностью возвратно-поступательного движения назад и вперед внутри первой камеры для флюида и второй камеры для флюида; и второй возвратно-поступательный элемент, отделенный от первого возвратно-поступательного элемента по меньшей мере некоторым расстоянием вдоль продольной длины исполнительного механизма. Первый возвратно-поступательный элемент имеет переднюю поверхность и заднюю поверхность. Второй возвратно-поступательный элемент выполнен с возможностью возвратно-поступательного движения назад и вперед внутри первой камеры для флюида и второй камеры для флюида. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

ПРИТЯЗАНИЕ НА ПРИОРИТЕТ

Данная заявка испрашивает преимущества от даты подачи заявки на патент США № 14/972, 635, поданной 17 декабря 2015 года, для «Self-Adjusting Earth-Boring Tools and Related Systems and Methods», которая относится к заявке на патент США, серийный номер 13/864 ,926, Jain et al., поданной 17 апреля 2013 года, в настоящее время ̶ патент США 9, 255, 450, выданный 9 февраля 2016 года, а также к заявке на патент США, серийный номер 14/851,117, Jain, поданной 11 сентября 2015 года, раскрытие каждой из которых включено в данный документ в качестве ссылки в полном объеме.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Данное раскрытие изобретения в целом относится к саморегулируемым буровым инструментам для бурения стволов скважин, компоновок низа бурильной колонны и системам, содержащим саморегулируемые буровые инструменты, а также к способам и использованию таких саморегулируемых буровых инструментов, компоновок и систем.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Нефтяные скважины (стволы скважин) обычно пробуриваются посредством бурильной колонны. Бурильная колонна содержит трубчатый элемент, имеющий буровую компоновку, который содержит единственное долото на своем нижнем конце. Буровая компоновка обычно содержит устройства и датчики, которые предоставляют информацию, относящуюся к различным параметрам, относящимся к операциям бурения («параметрам бурения»), режиму работы буровой компоновки («параметрам буровой компоновки») и параметрам, относящимся к пластам, через которые проходит ствол скважины («параметрам пласта»). Буровое долото и/или скважинный расширитель, прикрепленный к нижнему концу буровой компоновки, поворачивается путем вращения бурильной колонны, передаваемого с буровой установки и/или с помощью бурового двигателя (также называемого «забойным двигателем») в компоновке низа бурильной колонны («КНБК») для извлечения материала пласта для бурения ствола скважины. Большое количество стволов скважин пробуривается по невертикальным, контурным траекториям в процессе того, что часто упоминается как наклонно-направленное бурение. Например, одна скважина может содержать один или более вертикальных участков, отклоненных участков и горизонтальных участков, проходящих через различные типы пластов горных пород.

При бурении с помощью бурового долота с запрессованными поликристаллическими алмазными резцами, или так называемого долота «с твердосплавными лопастями», или в случае, когда другой буровой инструмент продвигается от пласта с мягкими породами, такими как песок, к пласту с твердыми породами, такими как сланцы, или наоборот, то изменяется скорость проходки при бурении («ROP») и в буровом долоте могут возникать чрезмерные колебания ROP и/или вибрации (боковые или вращающие). ROP обычно контролируют путем управления нагрузкой на долото («WOB») и скоростью вращения (обороты за минуту или «об/мин») бурового долота. WOB контролируют путем управления нагрузкой на крюк на поверхности, а об/мин контролируют путем управления вращением бурильной колонны на поверхности и/или путем управления частотой вращения бурового двигателя в буровой компоновке. Для управления вибрациями бурового долота и ROP такими способами требуется, чтобы буровая система или оператор предпринимали действия на поверхности. Воздействие таких действий на поверхности на колебания бурового долота не является, по существу, немедленным. Интенсивность продвижения бурового долота способствует вибрации, вращению и неравномерному вращению при заданной WOB и скорости вращения бурового долота. «Глубину резания» («DOC») бурового долота с запрессованными поликристаллическими алмазными резцами обычно определяют как расстояние, на которое долото продвигается в пласт за оборот, является существенным содействующим фактором, относящимся к интенсивности продвижения бурового долота. Контроль DOC может предотвратить чрезмерное накопление пластового материала на долоте (например, «налипание породы на долото»), ограничить реактивный крутящий момент до приемлемого уровня, повысить управляемость и направленное управление долотом, обеспечить более плавный ствол скважины с более постоянным диаметром, избежать преждевременного повреждения режущих элементов и продлить срок службы бурового долота.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В некоторых вариантах реализации изобретения данное раскрытие включает буровой инструмент, который содержит корпус, исполнительный механизм, расположенный по меньшей мере частично внутри корпуса, и буровой элемент. Исполнительный механизм может содержать первую камеру для флюида, вторую камеру для флюида, первый возвратно-поступательный элемент, выполненный с возможностью возвратно-поступательного движения назад и вперед внутри первой камеры для флюида и второй камеры для флюида, причем первый возвратно-поступательный элемент имеет переднюю поверхность и заднюю поверхность, второй возвратно-поступательный элемент, выполненный с возможностью возвратно-поступательного движения назад и вперед внутри первой камеры для флюида и второй камеры для флюида, гидравлическую жидкость, расположенную внутри и по меньшей мере, по существу, заполняющую первую камеру для флюида и вторую камеру для флюида, и соединительный элемент, прикрепленный к первому возвратно-поступательному элементу и проходящий через второй возвратно-поступательный элемент и выходящий из второй камеры для флюида. Буровой элемент может быть соединен с возможностью отсоединения с соединительным элементом исполнительного механизма.

В некоторых вариантах реализации изобретения настоящее раскрытие включает буровой инструмент, содержащий корпус, исполнительный механизм, расположенный по меньшей мере частично внутри корпуса, и узел бурового элемента. Исполнительный механизм может содержать первую камеру для флюида, вторую камеру для флюида, по меньшей мере один возвратно-поступательный элемент, отделяющий первую камеру для флюида от второй камеры для флюида, по меньшей мере один возвратно-поступательный элемент, выполненный с возможностью возвратно-поступательного движения назад и вперед внутри первой камеры для флюида и второй камеры для флюида, и соединительный элемент, прикрепленный к возвратно-поступательному элементу в части возвратно-поступательного элемента, обращенного ко второй камере для флюида, причем соединительный элемент выходит из второй камеры для флюида. Узел бурового элемента может быть соединен с возможностью отсоединения с осевым концом соединительного элемента, выходящим из второй камеры для флюида.

В некоторых вариантах реализации изобретения данное раскрытие включает исполнительный механизм для саморегулируемого бурового инструмента. Исполнительный механизм может содержать первую камеру для флюида, имеющую первую часть и вторую часть, вторую камеру для флюида, имеющую первую часть и вторую часть, первый возвратно-поступательный элемент, герметично отделяющий первую часть первой камеры для флюида от первой части второй камеры для флюида, второй возвратно-поступательный элемент, герметично отделяющий вторую часть второй камеры для флюида от второй части второй камеры для флюида, соединительный элемент, прикрепленный к задней поверхности первого возвратно-поступательного элемента, обращенного к первой части второй камеры для флюида, причем соединительный элемент дополнительно прикреплен к второму возвратно-поступательному элементу и проходит через второй возвратно-поступательный элемент и выходит из второй части второй камеры для флюида, компенсатор давления, сообщающийся по текучей среде со второй камерой для флюида, и буровой элемент, прикрепленный к соединительному элементу.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Для понимания подробностей данного раскрытия следует сделать ссылку на следующее подробное описание, взятое вместе с прилагаемыми графическими материалами, в которых одинаковые элементы обычно обозначены одинаковыми цифрами и в которых:

на фиг. 1 проиллюстрирована структурная схема системы ствола скважины, содержащей бурильную колонну, которая содержит саморегулируемое долото в соответствии с вариантом реализации настоящего изобретения;

на фиг. 2 проиллюстрирован вид в частичном поперечном сечении саморегулируемого бурового долота в соответствии с вариантом реализации данного изобретения;

на фиг. 3 проиллюстрировано схематическое изображение исполнительного механизма саморегулируемого бурового долота в соответствии с вариантом реализации данного изобретения;

на фиг. 4 проиллюстрировано схематическое изображение исполнительного механизма саморегулируемого бурового долота в соответствии с другим вариантом реализации данного раскрытия; и

на фиг. 5 проиллюстрирован вид в поперечном сечении исполнительного механизма для саморегулируемого бурового долота в соответствии с другим вариантом реализации данного изобретения.

СПОСОБ(Ы) РЕАЛИЗАЦИИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Представленные в данном документе иллюстрации не являются фактическими видами какой-либо конкретной буровой системы, узла бурового инструмента или компонента такого узла, а представляют собой всего лишь идеализированные представления, которые используются для описания данного изобретения.

Используемый в настоящем документе каждый из терминов «долото» и «буровой инструмент» означает и включает буровые инструменты для формирования, расширения или формирования и расширения ствола скважины. Не ограничивающие примеры долот включают долота с запрессованными поликристаллическими алмазными резцами (долота с твердосплавными лопастями), колонковые долота с запрессованными поликристаллическими алмазными резцами, эксцентрические долота с запрессованными поликристаллическими алмазными резцами, бицентрические долота с запрессованными поликристаллическими алмазными резцами, скважинные расширители с запрессованными поликристаллическими алмазными резцами, скважинные расширители с возможностью увеличения диаметра в процессе работы с лезвиями, на которых закреплены запрессованные поликристаллические алмазные резцы, и комбинированные долота, содержащие как запрессованные поликристаллические алмазные резцы, так и подвижные режущие конструкции (шарошечные долота).

Используемый в настоящем документе термин «запрессованный поликристаллический алмазный резец» означает и включает, без ограничений, режущий элемент, выполненный с возможностью выполнения режуще-скалывающего действия, действия абразивной резки или действия ударного (врубового) резания и зафиксированный относительно вращательного движения в конструкции, несущей режущий элемент, такой как, например, корпус долота, корпус инструмента или лезвие скважинного расширителя.

Используемые в настоящем документе термины «элемент износа» и «несущий элемент» соответственно означают и включают элементы, установленные на буровом инструменте и выполненные с возможностью, по существу, разрезать или иным образом удалять материал пласта при контакте с подземным пластом, в котором пробуривают или увеличивают ствол скважины.

Используемый в настоящем документе термин «буровой элемент» означает и включает запрессованные поликристаллические алмазные резцы, элементы износа и несущие элементы. Например, буровые элементы могут включать режущие элементы, опорные подкладки, элементы, создающие контакт при качении, элементы, которые уменьшают трение с пластами, лезвия долота с поликристаллическими алмазными вставками (PDC), шарошки, элементы для изменения геометрии отверстия в долоте для выноса бурового шлама и т. д.

Любой используемый в настоящем документе относительный термин, такой как «первый», «второй», «передний», «задний» и т. д., используется для ясности и удобства в понимании настоящего раскрытия изобретения и сопроводительных графических материалов, а также не означает и не зависит от какого-либо конкретного предпочтения или порядка, за исключением случаев, когда контекст ясно указывает на иное.

Используемый в настоящем документе термин «по существу» применительно к заданному параметру, свойству или условию означает и включает, до той степени, в которой специалист в данной области техники понимает, что заданный параметр, свойство или условие удовлетворяются с небольшой степенью вариаций, например, в пределах допустимых производственных допусков. Например, параметр, который, по существу, удовлетворяется, может составлять по меньшей мере около 90%, по меньшей мере около 95% или даже по меньшей мере около 99%.

Некоторые варианты реализации настоящего изобретения включают саморегулируемые буровые долота для использования в стволе скважины. Например, саморегулируемое буровое долото может содержать исполнительный механизм для выдвижения и втягивания бурового элемента (например, режущего элемента) долота. Буровой элемент может быть прикреплен к соединительному элементу, который прикреплен по меньшей мере к двум возвратно-поступательным элементам внутри исполнительного механизма. Возвратно-поступательные элементы могут выдвигать и втягивать буровой элемент путем перемещения через ходы впуска и сжатия. Исполнительный механизм может содержать первую камеру для флюида и вторую камеру для флюида. Первая камера для флюида может иметь давление выше давления второй камеры для флюида. Кроме того, первая камера для флюида может иметь первую часть, расположенную с возможностью подачи давления на первый возвратно-поступательный элемент, и вторую часть, расположенную с возможностью подачи давления на второй возвратно-поступательный элемент. Таким образом, поскольку давление подается на первую поверхность первого возвратно-поступательного элемента и вторую поверхность второго возвратно-поступательного элемента, площадь поверхности каждой из первой и второй поверхностей может быть меньше при обеспечении одинакового усилия на соединительном элементе за счет давления. Некоторые варианты реализации настоящего изобретения включают исполнительный механизм для саморегулируемого бурового долота, которое содержит подвижной буровой элемент. Кроме того, некоторые варианты реализации настоящего изобретения включают исполнительный механизм, имеющий компенсатор давления для уравновешивания давления окружающей среды с давлением во второй камере для флюида. В некоторых вариантах реализации изобретения компенсатор давления может содержать резиновый материал.

На фиг. 1 проиллюстрирована структурная схема примера буровой системы 100, в которой для бурения стволов скважин могут использоваться устройства и способы, раскрытые в настоящем документе. На фиг. 1 проиллюстрирован ствол 102 скважины, который содержит верхний участок 104 с установленной в нем колонной обсадных труб 106 и нижний участок 108, который пробуривается бурильной колонной 110. Бурильная колонна 110 может содержать трубчатый элемент 112, который несет буровой узел 114 на своем нижнем конце. Трубчатый элемент 112 может быть образован путем соединения секций бурильной трубы или может быть колонной гибких труб. Буровое долото 116 может быть прикреплено к нижнему концу бурового узла 114 для бурения ствола 102 скважины выбранного диаметра в пласте 118.

Бурильная колонна 110 может проходить до буровой установки 120 на поверхности 122. Проиллюстрированная буровая установка 120 является наземной буровой установкой 120 для удобства объяснения. Однако описанные устройства и способы в равной степени применимы, когда используется морская буровая установка 120 для бурения стволов скважин под водой. Роторный стол 124 или верхний привод могут быть соединены с бурильной колонной 110 и могут использоваться для вращения бурильной колонны 110 и для вращения бурового узла 114 и, таким образом, бурового долота 116 для бурения ствола 102 скважины. Буровой двигатель 126 (также называемый «забойным двигателем») может быть предусмотрен в буровом узле 114 для вращения бурового долота 116. Буровой двигатель 126 могут использовать автономно для вращения бурового долота 116 или для наложения вращения бурового долота 116 на бурильную колонну 110. Буровая установка 120 может также содержать обычное оборудование, такое как механизм для добавления дополнительных секций к трубчатому элементу 112 при бурении ствола 102 скважины. Блок 128 управления на поверхности, который может быть компьютерным блоком, может быть размещен на поверхности 122 для приема и обработки внутрискважинных данных, передаваемых датчиками 140 в буровом долоте 116 и датчиками 140 в буровом узле 114, а также для управления выбранными операциями различных устройств и датчиков 140 в буровом узле 114. Датчики 140 могут включать один или более датчиков 140, которые определяют ускорение, нагрузку на долото, крутящий момент, давление, положения режущего элемента, скорость проходки при бурении, наклон, азимутальное образование/литологию и т. д. В некоторых вариантах реализации изобретения блок 128 управления на поверхности может содержать процессор 130 и устройство 132 хранения данных (или машиночитаемый носитель) для хранения данных, алгоритмов и компьютерных программ 134. Устройство 132 хранения данных может быть любым подходящим устройства, включая, но не ограничиваясь этим, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), флэш-память, магнитную ленту, жесткий диск и оптический диск. Во время бурения буровой раствор может перекачиваться под давлением из своего источника 136 через трубчатый элемент 112, затем он выпускается в нижней части бурового долота 116 и возвращается к поверхности 122 через кольцевое пространство (также называемое «затрубным пространством») между бурильной колонной 110 и внутренней стенкой 138 ствола 102 скважины.

Буровой узел 114 может дополнительно содержать один или более скважинных датчиков 140 (совместно обозначенных цифрой 140). Датчики 140 могут включать любое количество и любой тип датчиков 140, включая, но не ограничиваясь ими, датчики 140, обычно известные как датчики 140 измерения в процессе бурения (ИПБ) или датчики 140 каротажа в процессе бурения (КПБ), и датчики 140, которые предоставляют информацию о режиме работы бурового узла 114, например, вращение бурового долота (оборотов в минуту или «об/мин»), передняя поверхность инструмента, давление, вибрация, верчение, изгиб и неравномерное вращение. Буровой узел 114 может дополнительно содержать блок 142 контроллера, который управляет работой одного или более устройств и датчиков 140 в буровом узле 114. Например, блок 142 контроллера может быть расположен внутри бурового долота 116 (например, внутри хвостовика и/или коронки корпуса бурового долота 116). Блок 142 контроллера может содержать, помимо прочего, схемы для обработки сигналов от датчика 140, процессор 144 (такой как микропроцессор) для обработки оцифрованных сигналов, устройство 146 хранения данных (такое как твердотельная память) и компьютерную программу 148. Процессор 144 может обрабатывать оцифрованные сигналы и управлять скважинными устройствами и датчиками 140, а также передавать информацию с данными на блок 128 управления на поверхности через блок 150 телеметрии с использованием двухсторонней линии.

Буровое долото 116 может содержать торцевой участок 152 (или нижний участок). Торцевой участок 152, или его часть, может быть обращен к непробуренному пласту 118 перед буровым долотом 116 на дне ствола 102 скважины во время бурения. В некоторых вариантах реализации изобретения буровое долото 116 может содержать один или более режущих элементов, которые могут быть выдвинуты и убраны с поверхности, такой как поверхность над торцевым участком 152, бурового долота 116 и, в частности, лезвие, выступающее из торцевого участка 152. Исполнительный механизм 156 может регулировать скорость выдвижения и втягивания бурового элемента 154 по отношению к буровому долоту 116. В некоторых вариантах реализации изобретения исполнительный механизм 156 может быть пассивным устройством, которое автоматически регулирует или самостоятельно регулирует скорость выдвижения и втягивания бурового элемента 154 с расчета или в ответ на усилие или давление, приложенное к буровому элементу 154 во время бурения. В некоторых вариантах реализации изобретения исполнительный механизм 156 и буровой элемент 154 могут приводиться в действие посредством контакта бурового элемента 154 с пластом 118. Во время некоторых операций бурения на буровых элементах 154 могут возникать значительные усилия, когда глубина резания («DOC») бурового долота 116 быстро изменяется. Соответственно, исполнительный механизм 156 может быть выполнен с возможностью противодействовать внезапным изменениям DOC бурового долота 116. В некоторых вариантах реализации изобретения скорость выдвижения и втягивания бурового элемента 154 может быть задана, как описано более подробно со ссылкой на фиг. 2-5.

На фиг. 2 проиллюстрирован буровой инструмент 200, имеющий исполнительный механизм 156 в соответствии с вариантом реализации настоящего изобретения. В некоторых вариантах реализации изобретения буровой инструмент 200 содержит запрессованное долото с поликристаллическими алмазными вставками (PDC), содержащее корпус 202 долота, который содержит наконечник 204, хвостовик 206 и коронку 208. Буровой инструмент 200 может быть любым подходящим буровым долотом или буровым инструментом, используемым для бурения и/или увеличения ствола скважины в пласте.

Наконечник 204 корпуса 202 долота может иметь конический верхний конец 210, имеющий резьбу 212 для соединения бурового инструмента 200 с замкнутой головкой бурового узла 114 (фиг. 1). Хвостовик 206 может содержать нижний прямолинейный участок 214, который жестко соединен с коронкой 208 в месте замкового соединения 216. Коронка 208 может содержать несколько резцов 220. Каждый резец 220 может иметь несколько областей, известных в данной области техники (шарошку, режущую пластину, кромку отвала, калибрующую кромку).

Буровой инструмент 200 может содержать один или более режущих элементов, элементов износа или несущих элементов 154 (далее называемых «буровыми элементами 154»), которые выдвигаются и убираются с поверхности 230 бурового инструмента 200. Например, корпус 202 долота бурового инструмента 200 может нести (например, на ней может крепиться) множество буровых элементов 154. Как проиллюстрировано на фиг. 2, буровой элемент 154 может быть расположен с возможностью перемещения в полости или выемке 232 в коронке 208. Исполнительный механизм 156 может быть соединен с буровым элементом 154 и может быть выполнен с возможностью управления скоростями, с которыми буровой элемент 154 выдвигается и втягивается из бурового инструмента 200 относительно поверхности 230 бурового инструмента 200. В некоторых вариантах реализации изобретения исполнительный механизм 156 может быть ориентирован с продольной осью исполнительного механизма 156, ориентированной под острым углом (например, наклоном) относительно направления вращения бурового инструмента 200, чтобы минимизировать тангенциальную составляющую силы трения, испытываемой исполнительным механизмом 156. В некоторых вариантах реализации изобретения исполнительный механизм 156 может быть расположен внутри резцов 220, поддерживаемых корпусом 202 долота и может быть прикреплен к корпусу 202 долота посредством прессовой посадки вблизи поверхности 219 бурового инструмента 200. В некоторых вариантах реализации изобретения исполнительный механизм 156 может быть расположен в пределах области калибрующей кромки корпуса 202 долота. Например, исполнительный механизм 156 может быть соединен с калибрующей накладкой и может быть выполнен с возможностью управления скоростями, с которыми калибрующая накладка выдвигается и втягивается из области калибрующей кромки корпуса 202 долота. Например, исполнительный механизм 156 может быть расположен в пределах области калибрующей кромки аналогично исполнительным механизмам, описанным в заявке на патент США №14/516 069, Jain, описание которой включено в настоящий документ в качестве данной ссылки в полном объеме.

На фиг. 3 проиллюстрирован схематический вид исполнительного механизма 156 саморегулируемого бурового инструмента 200 (фиг. 2) в соответствии с вариантом реализации настоящего изобретения. Исполнительный механизм 156 может содержать соединительный элемент 302, камеру 304, первый возвратно-поступательный элемент 306, второй возвратно-поступательный элемент 308, делительный элемент 310, гидравлическую жидкость 312, поджимающий элемент 314, первый канал 316 для потока флюида, второй канал 318 для потока флюида, первое устройство 320 управления потоком, второе устройство 322 управления потоком, компенсатор давления 324 и буровой элемент 154.

Первый возвратно-поступательный элемент 306 и второй возвратно-поступательный элемент 308 могут быть прикреплены к соединительному элементу 302 в разных местах вдоль продольной оси соединительного элемента 302. Например, первый возвратно-поступательный элемент 306 может быть прикреплен к первому осеому концу соединительного элемента 302, а второй возвратно-поступательный элемент 308 может быть прикреплен к части соединительного элемента 302 в осевом направлении между первым осевым концом и вторым осеым концом соединительного элемента 302. Буровой элемент 154 может быть прикреплен ко второму осевому концу соединительного элемента 302. В некоторых вариантах реализации изобретения первый возвратно-поступательный элемент 306 может иметь в целом цилиндрическую форму, а второй возвратно-поступательный элемент 308 может иметь в целом кольцевую форму. Первый возвратно-поступательный элемент 306 может иметь переднюю поверхность 328 и противоположную заднюю поверхность 330, а второй возвратно-поступательный элемент 308 имеет переднюю поверхность 332 и противоположную заднюю поверхность 334. Используемая в настоящем документе «передняя поверхность» возвратно-поступательного элемента может относиться к поверхности возвратно-поступательного элемента, которая при воздействии усилия приводит к тому, что возвратно-поступательный элемент перемещает соединительный элемент 302 наружу по направлению к пласту 118 (фиг. 1) (например, по меньшей мере частично из камеры 304). Например, передняя поверхность 328 первого возвратно-поступательного элемента 306 может быть поверхностью первого возвратно-поступательного элемента 306, противоположного соединительному элементу 302. Кроме того, как используется в настоящем документе, «задняя поверхность» возвратно-поступательного элемента может относиться к поверхности возвратно-поступательного элемента, которая под воздействием усилия приводит к тому, что возвратно-поступательный элемент перемещает соединительный элемент 302 внутрь и дальше в камеру 304. Например, задняя поверхность 330 первого возвратно-поступательного элемента 306 может быть поверхностью первого возвратно-поступательного элемента 306, которая прикреплена к соединительному элементу 302.

Передняя поверхность 328 первого возвратно-поступательного элемента 306 может быть по меньшей мере, по существу, параллельна передней поверхности 332 второго возвратно-поступательного элемента 308. Кроме того, задняя поверхность 330 первого возвратно-поступательного элемента 306 может быть по меньшей мере, по существу, параллельна задней поверхности 334 второго возвратно-поступательного элемента 308.

Камера 304 может быть герметично разделена первым и вторым возвратно-поступательными элементами 306, 308 (например, поршни) и делительным элементом 310 на первую камеру 336 для флюида и вторую камеру 338 для флюида. Первая камера 336 для флюида может содержать первую часть 340 и вторую часть 342. Кроме того, вторая камера 338 для флюида может иметь первую часть 344 и вторую часть 346. Первая часть 340 первой камеры 336 для флюида может быть герметично изолирована от первой части 344 второй камеры 338 для флюида первым возвратно-поступательным элементом 306. Первая часть 340 первой камеры 336 для флюида может быть расположена на передней стороне первого возвратно-поступательного элемента 306. Другими словами, первая часть 340 первой камеры 336 для флюида может по меньшей мере частично определяться передней поверхностью 328 первого возвратно-поступательного элемента 306. Первая часть 344 второй камеры 338 для флюида может быть расположена на задней стороне первого возвратно-поступательного элемента 306. Другими словами, первая часть 344 второй камеры 338 для флюида может по меньшей мере частично определяться задней поверхностью 330 первого возвратно-поступательного элемента 306.

Первая часть 344 второй камеры 338 для флюида может быть изолирована от второй части 342 первой камеры 336 для флюида делительным элементом 310. Делительный элемент 310 может быть неподвижным относительно первой части 344 второй камеры 338 для флюида и второй части 342 первой камеры 336 для флюида. Например, первая часть 344 второй камеры 338 для флюида может быть расположена между задней поверхностью 330 первого возвратно-поступательного элемента 306 и делительным элементом 310. Вторая часть 342 первой камеры 336 для флюида может быть герметично отделена от второй части 346 второй камеры 338 для флюида вторым возвратно-поступательным элементом 308. Например, вторая часть 342 первой камеры 336 для флюида может быть расположена на передней стороне второго возвратно-поступательного элемента 308 (например, по меньшей мере частично определяемого передней поверхностью 332 второго возвратно-поступательного элемента 308), а вторая часть 346 второй камеры 338 для флюида может быть расположена на задней стороне второго возвратно-поступательного элемента 308 (например по меньшей мере частично определяемой задней поверхностью 334 второго возвратно-поступательного элемента 308). Кроме того, вторая часть 342 первой камеры 336 для флюида может быть расположена между делительным элементом 310 и передней поверхностью 332 второго возвратно-поступательного элемента 308.

В результате описанных выше ориентаций части (то есть первая и вторая части каждой из) первой и второй камер 336, 338 для флюида могут быть ориентированы параллельно (например, расположены одна над другой) внутри камеры 304. Другими словами, части (то есть первая и вторая части каждой из) первой и второй камер 336, 338 для флюида могут быть ориентированы параллельно друг другу вдоль продольной длины исполнительного механизма 156.

Первая камера 336 для флюида и вторая камера 338 для флюида могут быть по меньшей мере, по существу, заполнены гидравлической жидкостью 312. Гидравлическая жидкость 312 может включать любую гидравлическую жидкость 312, подходящую для использования в скважине, такую как нефть. В некоторых вариантах реализации изобретения гидравлическая жидкость 312 может включать одну или более магнитореологических жидкостей и электрореологических жидкостей.

В некоторых вариантах реализации изобретения первая и вторая камеры 336, 338 для флюида могут сообщаться по текучей среде друг с другом через первый канал 316 для потока флюида и второй канал 318 для потока флюида. Например, первый канал 316 для потока флюида может пропускать поток гидравлической жидкости 312 из второй камеры 338 для флюида в первую камеру 336 для флюида. Первый канал 316 для потока флюида может проходить от второй части 346 второй камеры 338 для флюида к первой части 340 первой камеры 336 для флюида и может пропускать поток гидравлической жидкости 312 из второй части 346 второй камеры 338 для флюида в первую часть 340 первой камеры 336 для флюида. Кроме того, первый канал 316 для потока флюида может проходить от первой части 344 второй камеры 338 для флюида до первой части 340 первой камеры 336 для флюида и может пропускать поток гидравлической жидкости 312 из первой части 344 второй камеры 338 для флюида в первую часть 340 первой камеры 336 для флюида.

Первое устройство 320 управления потоком может быть расположено в пределах первого канала 316 для потока флюида и может быть выполнено с возможностью управления скоростью потока гидравлической жидкости 312 из второй камеры 338 для флюида в первую камеру 336 для флюида. В некоторых вариантах реализации изобретения первое устройство 320 управления потоком может содержать один или более из первого обратного клапана и первый ограничитель (например, отверстие). В некоторых вариантах реализации изобретения первое устройство 320 управления потоком может содержать только первый обратный клапан. В других вариантах реализации изобретения первое устройство 320 управления потоком может содержать только первый ограничитель. В других вариантах реализации изобретения первое устройство 320 управления потоком может содержать как первый обратный клапан, так и первый ограничитель.

Второй канал 318 для потока флюида может позволять гидравлической жидкости 312 проходить из первой камеры 336 для флюида во вторую камеру 338 для флюида. Например, второй канал 318 для потока флюида может проходить от первой части 340 первой камеры 336 для флюида до второй части 346 второй камеры 338 для флюида и может позволять гидравлической жидкости 312 течь из первой части 340 первой камеры 336 для флюида во вторую часть 346 второй камеры 338 для флюида. Кроме того, второй канал 318 для потока флюида может проходить от второй части 342 первой камеры 336 для флюида ко второй части 346 второй камеры 338 для флюида и может позволить гидравлической жидкости 312 проходить из второй части 342 первой камеры 336 для флюида во вторую часть 346 второй камеры 338 для флюида. Второе устройство 322 управления потоком может быть расположено во втором канале 318 для потока флюида и может быть выполнено с возможностью управления скоростью потока гидравлической жидкости 312 из первой камеры 336 для флюида во вторую камеру 338 для флюида (то есть из первой и второй частей 340, 342 первой камеры 336 для флюида во вторую часть 346 второй камеры 338 для флюида). В некоторых вариантах реализации изобретения второе устройство 322 управления потоком может содержать один или более вторых обратных клапанов и второй ограничитель (например, отверстие). В некоторых вариантах реализации изобретения второе устройство 322 управления потоком может содержать только второй обратный клапан. В других вариантах реализации изобретения второе устройство 322 управления потоком может содержать только второй ограничитель. В других вариантах реализации изобретения второе устройство 322 управления потоком может содержать как второй обратный клапан, так и второй ограничитель.

Как обсуждалось выше, соединительный элемент 302 может быть соединен на своем первом осевом конце с задней поверхностью 330 первого возвратно-поступательного элемента 306, который обращен к первой части 344 второй камеры 338 для флюида. Кроме того, как обсуждалось выше, соединительный элемент 302 может быть соединен с буровым элементом 154 на втором противоположном осевом конце соединительного элемента 302. Поджимающий элемент 314 (например, пружина) может быть расположен в первой части 340 первой камеры 336 для флюида и может быть прикреплен к первому возвратно-поступательному элементу 306 на передней поверхности 328 первого возвратно-поступательного элемента 306 напротив соединительного элемента 302 и может оказывать усилие на первый возвратно-поступательный элемент 306 и может перемещать первый возвратно-поступательный элемент 306 и в результате этого соединительный элемент 302 наружу к пласту 118 (фиг. 1). Например, поджимающий элемент 314 может перемещать первый возвратно-поступательный элемент 306 наружу, который, в свою очередь, может перемещать соединительный элемент 302 и буровой элемент 154 наружу (то есть выдвигать буровой элемент 154). Такое перемещение первого возвратно-поступательного элемента 306, соединительного элемента 302 и бурового элемента 154 может упоминаться в настоящем документе как «ход впуска». Когда первый возвратно-поступательный элемент 306 перемещается наружу, первый возвратно-поступательный элемент 306 может выталкивать гидравлическую жидкость 312 из первой части 344 второй камеры 338 для флюида через первый канал 316 для потока флюида в первую часть 340 первой камеры 336 для флюида.

Как обсуждалось выше, второй возвратно-поступательный элемент 308 также может быть прикреплен к соединительному элементу 302, но может быть прикреплен к части соединительного элемента 302 в осевом направлении между первым осевым концом, соединенным с первым возвратно-поступательным элементом 306, и вторым осевым концом, соединенным с буровым элементом 154. Например, второй возвратно-поступательный элемент 308 может иметь в общем кольцевую форму, и соединительный элемент 302 может проходить через второй возвратно-поступательный элемент 308. Кроме того, второй возвратно-поступательный элемент 308 может быть расположен по меньшей мере на некотором расстоянии от первого возвратно-поступательного элемента 306 вдоль продольной оси соединительного элемента 302. Кроме того, поскольку второй возвратно-поступательный элемент 308 прикреплен к соединительному элементу 302, который прикреплен к первому возвратно-поступательному элементу 306, когда первый возвратно-поступательный элемент 306 перемещается наружу из-за поджимающего элемента 314, второй возвратно-поступательный элемент 308 перемещается наружу. Другими словами, усилие, приложенное к первому возвратно-поступательному элементу 306 поджимающим элементом 314, может привести к тому, что второй возвратно-поступательный элемент 308 перемещается наружу в дополнение к первому возвратно-поступательному элементу 306, перемещающемуся наружу. Когда второй возвратно-поступательный элемент 308 перемещается наружу, второй возвратно-поступательный элемент 308 может вытеснять гидравлическую жидкость 312 из второй части 346 второй камеры 338 для флюида через первый канал 316 для потока флюида в первую часть 340 первой камеры 336 для флюида.

В некоторых вариантах реализации изобретения вторая камера 338 для флюида может находиться под давлением, по меньшей мере, по существу, равным давлению окружающей среды, а первая камера 336 для флюида может находиться под давлением, превышающим давление во второй камере 338 для флюида. Например, первая камера 336 для флюида может находиться под давлением, превышающим давление во второй камере 338 для флюида, когда соединительный элемент 302 подвергается внешней нагрузке (например, буровой элемент 154 выталкивается по направлению к пласту 118 (фиг. 1)). Перепад давления между первой камерой 336 для флюида и второй камерой 338 для флюида может способствовать приложению выбранного усилия к первому возвратно-поступательному элементу 306 и второму возвратно-поступательному элементу 308, а также перемещению первого и второго возвратно-поступательных элементов 306, 308 и в результате этого соединительного элемента 302 и бурового элемента 154 через ход впуска. Например, первая часть 340 первой камеры 336 для флюида, которая сообщается по текучей среде с передней поверхностью 328 первого возвратно-поступательного элемента 306, может находиться под более высоким давлением, чем давление в первой части 344 второй камеры 338 для флюида, которая сообщается по текучей среде с задней поверхностью 330 первого возвратно-поступательного элемента 306. Перепад давления между первой частью 340 первой камеры 336 для флюида и первой частью 344 второй камеры 338 для флюида может способствовать приложению выбранного усилия к передней поверхности 328 первого возвратно-поступательного элемента 306. Кроме того, вторая часть 342 первой камеры 336 для флюида, которая сообщается по текучей среде с передней поверхностью 332 второго возвратно-поступательного элемента 308, может находиться под более высоким давлением, чем давление во второй части 346 второй камеры 338 для флюида, которая сообщается по текучей среде с задней поверхностью 334 второго возвратно-поступательного элемента 308. Перепад давления между второй частью 342 первой камеры 336 для флюида и второй частью 346 второй камеры 338 для флюида может способствовать приложению выбранного усилия к передней поверхности 332 второго возвратно-поступательного элемента 308.

Поскольку обе из первой и второй частей 340, 342 первой камеры 336 для флюида находятся под более высоким давлением, чем первая и вторая части 344, 346 второй камеры 338 для флюида и расположены в разных местах вдоль продольной оси соединительного элемента 302, общее усилие, приложенное давлением первой камеры 336 для флюида, может прилагаться по частям в разных местах (то есть первый и второй возвратно-поступательные элементы 306, 308) вдоль продольной оси соединительного элемента 302.

Наличие первой и второй частей 340, 342 первой камеры 336 для флюида под более высоким давлением, чем первая и вторая части 344, 346 второй камеры 338 для флюида и распределение вдоль продольной длины соединительного элемента 302 могут обеспечивать меньшую площадь поперечного сечения всего исполнительного механизма 156, чем у исполнительного механизма 156, в случае которого одна камера для флюида находится под высоким давлением. Кроме того, наличие первой и второй частей 340, 342 первой камеры 336 для флюида под более высоким давлением и распределение вдоль продольной длины соединительного элемента 302 может обеспечить меньшую площадь поперечного сечения всего исполнительного механизма 156 при сохранении такого же усилия на соединительный элемент 302. Например, поскольку более высокое давление прилагается к передним поверхностям 328, 332 обоих из первого и второго возвратно-поступательных элементов 306, 308, площадь поверхности передних поверхностей 328, 332 каждого из первого и второго возвратно-поступательных элементов 306, 308 может быть меньше при приложении выбранного усилия, чем если бы имелся только один более крупный возвратно-поступательный элемент. Кроме того, к соединительному элементу 302 двумя меньшими возвратно-поступательными элементами может быть приложено такое же выбранное усилие, как прилагается в случае с одним большим возвратно-поступательным элементом. Другими словами, благодаря наличию двух возвратно-поступательных элементов, передняя поверхность каждого из возвратно-поступательных элементов может иметь меньшую площадь поверхности, чем в противном случае было бы необходимо в случае с одним возвратно-поступательным элементом для приложения выбранного усилия к соединительному элементу 302. Иными словами, давление в первой камере 336 для флюида может быть распределено и приложено между двумя площадями поверхности (например, передними поверхностями 328, 332 первого и второго возвратно-поступательных элементов 306, 308), которые по меньшей мере, по существу, параллельны друг другу. Кроме того, другими словами, первый и второй возвратно-поступательные элементы 306, 308 могут обеспечивать достаточную площадь поверхности между двумя передними поверхностями 328, 332 первого и второго возвратно-поступательных элементов 306, 308, которая сообщается по текучей среде с гидравлической жидкостью 312 в первой камере 336 для флюида (например, гидравлической жидкостью 312 при более высоком давлении), чтобы выдерживать (например, оперировать, переносить, поглощать, гасить) нагрузки (например, усилия), которым соединительный элемент 302 и первый и второй возвратно-поступательные элементы 306, 308 могли подвергаться во время использования при операции бурения в стволе 102 скважины (фиг. 1).

В результате вышесказанного общая площадь поперечного сечения исполнительного механизма 156 может быть меньше, чем у исполнительного механизма 156, имеющего единственный возвратно-поступательный элемент, и к исполнительному механизму 156 может прилагаться такое же усилие с давлением в первой камере 336 для флюида к соединительному элементу 302, как в случае исполнительного механизма 156, имеющего единственный возвратно-поступательный элемент.

В соответствии с фиг. 1, 2 и 3, рассматриваемыми совместно, уменьшение площади поперечного сечения исполнительного механизма 156, необходимое для приложения выбранного усилия к соединительному элементу 302 исполнительного механизма 156 или выдерживания (например, поглощения, выдерживания, допуска, перенесения и т. д.) усилия, приложенного к соединительному элементу 302 пластом 118 (фиг. 1), может обеспечить преимущества перед другими известными саморегулируемыми буровыми долотами. Например, путем уменьшения площади поперечного сечения исполнительного механизма 156 также уменьшается пространство, необходимое для размещения исполнительного механизма 156. Соответственно, исполнительный механизм 156 может быть размещен в большем количестве типов и размеров корпусов 202 долота. Например, исполнительный механизм 156 может быть размещен в меньших корпусах 202 долота, чем в других случаях было бы доступно в связи с известными исполнительными механизмами. Кроме того, за счет меньшего пространства исполнительный механизм 156 может быть размещен в большем количестве мест внутри корпуса 202 долота. Кроме того, за счет меньшего пространства большее количество буровых элементов 154 корпуса 202 долота может быть прикреплено к исполнительным механизмам 156. Кроме того, за счет меньшего пространства исполнительный механизм 156 может с меньшей вероятностью нарушить структурную целостность корпуса 202 долота. Следовательно, данный корпус 202 долота могут использовать в большем количестве вариантов применений, и он может иметь расширенную функциональность. Хотя в настоящем документе исполнительный механизм 156 описан как используемый с корпусом 202 долота или буровым долотом, исполнительный механизм 156 в равной степени применим к скважинным расширителям, ударным инструментам, буровым расширителям ствола скважины и т. д.

В некоторых вариантах реализации изобретения во второй камере 338 для флюида может поддерживаться давление, по существу, равное давлению окружающей среды (например, давление снаружи бурового инструмента 200 (фиг. 2)), с использованием компенсатора давления 324, который может сообщаться по текучей среде со второй камерой 338 для флюида. Например, одна или более из первой или второй частей 344, 346 второй камеры 338 для флюида могут сообщаться по текучей среде с компенсатором давления 324. Компенсатор давления 324 может содержать сильфон, мембрану, клапан компенсатора давления 324 и т. д. Например, компенсатор давления 324 может содержать мембрану, которая сообщается по текучей среде с окружающей средой (например, буровым раствором в стволе 102 скважины (фиг. 1)) с одной стороны и сообщается по текучей среде с гидравлической жидкостью 312 во второй камере 338 для флюида с другой стороны, а также может по меньшей мере, по существу, уравновешивать давление во второй камере 338 для флюида с давлением окружающей среды. В некоторых вариантах реализации изобретения компенсатор давления 324 может содержать резиновый материал. Например, компенсатор давления 324 может содержать резиновую мембрану. Наличие компенсатора давления 324 может уменьшить требуемое давление уплотнения в случае грязевых манжетных сальников и масляных сальников, включенных в исполнительный механизм 156.

В соответствии с фиг. 3, во время работы, когда буровой элемент 154 контактирует с пластом 118 (фиг. 1), пласт 118 (фиг. 1) может оказывать усилие на буровой элемент 154, который может перемещать соединительный элемент 302 и в результате этого первый и второй возвратно-поступательные элементы 306, 308 внутрь. Перемещение первого возвратно-поступательного элемента 306 внутрь может выталкивать гидравлическую жидкость 312 из первой части 340 первой камеры 336 для флюида через второй канал 318 для потока флюида во вторую часть 346 второй камеры 338 для флюида. Кроме того, перемещение второго возвратно-поступательного элемента 308 внутрь может выталкивать гидравлическую жидкость 312 из второй части 342 первой камеры 336 для флюида через второй канал 318 для потока флюида во вторую часть 346 второй камеры 338 для флюида. Выталкивание гидравлической жидкости 312 из первой и второй частей 340, 342 первой камеры 336 для флюида во вторую часть 346 второй камеры 338 для флюида может перемещать буровой элемент 154 внутрь (то есть втягивать буровой элемент 154). Такое перемещение первого и второго возвратно-поступательных элементов 306, 308 и бурового элемента 154 может упоминаться в данном документе как «ход сжатия».

Скорость перемещения первого и второго возвратно-поступательных элементов 306, 308 (например, скорость, с которой первый и второй возвратно-поступательные элементы 306, 308 перемещаются по ходу впуска и по ходу сжатия) может регулироваться скоростями потока гидравлической жидкости 312 через первый и второй каналы 316, 318 для потока флюида, а также первое и второе устройства 320, 322 управления потоком. В результате этого скорость перемещения бурового элемента 154 (например, скорость, с которой буровой элемент 154 выдвигается и убирается) и положение бурового элемента 154 относительно поверхности 230 (фиг. 2) могут регулироваться скоростями потока гидравлической жидкости 312 через первый и второй каналы 316, 318 для потока флюида, а также первое и второе устройства 320, 322 управления потоком.

В некоторых вариантах реализации изобретения скорости потока гидравлической жидкости 312 через первый и второй каналы 316, 318 для потока флюида и в результате этого между первой и второй камерами 336, 338 для флюида могут быть по меньшей мере частично заданы путем выбора гидравлических жидкостей 312 с вязкостями, которые приводят к требуемым скоростям потока. В некоторых вариантах реализации изобретения скорости потока гидравлической жидкости 312 через первый и второй каналы 316, 318 для потока флюида могут быть по меньшей мере частично заданы путем выбора устройств управления потоком, которые приводят к требуемым скоростям потока. Кроме того, гидравлическая жидкость 312, в частности, вязкость гидравлической жидкости 312, может быть выбрана для увеличения или уменьшения эффективности первого и второго устройств 320, 322 управления потоком.

В качестве неограничивающего примера первое и второе устройства 320, 322 управления потоком могут быть выбраны для обеспечения медленного хода впуска (т.е. низкой скорости потока гидравлической жидкости 312, проходящей через первый канал 316 для потока флюида) бурового элемента 154 и быстрого хода сжатия бурового элемента 154 (то есть высокой скорости потока гидравлической жидкости 312 через второй канал 318 для потока флюида). Например, первый ограничитель может быть размещен в первом канале 316 для потока флюида, чтобы обеспечить медленный ход впуска, а первый обратный клапан может быть размещен во втором канале 318 для потока флюида для обеспечения быстрого хода сжатия. В других вариантах реализации изобретения первое и второе устройства 320, 322 управления потоком могут быть выбраны таким образом, чтобы обеспечить быстрый ход впуска бурового элемента 154 и медленный ход сжатия бурового элемента 154. Например, второй обратный клапан может быть размещен в первом канале 316 для потока флюида, чтобы обеспечить быстрый ход впуска, и второй ограничитель может быть размещен во втором канале 318 для потока флюида для обеспечения медленного хода сжатия.

В некоторых вариантах реализации изобретения могут быть выбраны вязкости гидравлической жидкости 312 и первого и второго устройств 320, 322 управления потоком для обеспечения постоянного взаимосвязанного изменения скорости потока флюида между первой камерой 336 для флюида и второй камерой 333 для флюида. Постоянная скорость потока флюида может обеспечивать первую постоянную скорость для выдвижения соединительного элемента 302 и вторую постоянную скорость для втягивания соединительного элемента 302 и, таким образом, соответствующие постоянные скорости для выдвижения и втягивания бурового элемента 154. В некоторых вариантах реализации изобретения скорость потока гидравлической жидкости 312 через первый канал 316 для потока флюида может быть задана таким образом, что, когда буровой инструмент 200 (фиг. 2) не используется, т. е. к буровому элементу 154 не прилагается внешнее усилие, поджимающий элемент 314 выдвигает буровой элемент 154 в максимально выдвинутое положение. В некоторых вариантах реализации изобретения скорость потока гидравлической жидкости 312 через первый канал 316 для потока флюида может быть задана таким образом, что поджимающий элемент 314 относительно быстро или внезапно выдвигает буровой элемент 154.

В некоторых вариантах реализации изобретения скорости потока гидравлической жидкости 312 через второй канал 318 для потока флюида могут быть заданы таким образом, чтобы обеспечить относительно низкую скорость потока гидравлической жидкости 312 из первой камеры 336 для флюида во вторую камеру 338 для флюида, что, таким образом, предписывает буровому элементу 154 относительно медленное втягивание относительно поверхности 230 (фиг. 2). Например, скорость выдвижения бурового элемента 154 может быть задана таким образом, чтобы буровой элемент 154 выдвигался из полностью втянутого положения в полностью выдвинутое положение в течение нескольких секунд или доли секунды, в то время как он втягивается из полностью выдвинутого положения в полностью втянутое положение в течение одной или нескольких минут или дольше (например, от 2 до 5 минут). Следует отметить, что может быть задана любая подходящая скорость для выдвижения и втягивания бурового элемента 154. Таким образом, буровой инструмент 200 (фиг. 2) может быть выполнен как саморегулируемое буровое долото, такое как саморегулируемое буровое долото, описанное в публикации заявки на патент США № 2015/0191979 A1, Jain et al., поданной 6 октября 2014 года, описание которой включено в данный документ в качестве данной ссылки в полном объеме.

В других вариантах реализации изобретения исполнительный механизм 156 может содержать контроллеры скорости, как те, что описаны в заявке на патент США № 14/851 117, Jain, поданной 11 сентября 2015 года, описание которой включено в настоящий документ в качестве данной ссылки в полном объеме. Например, исполнительный механизм 156 может содержать один или более контроллеров скорости, которые выполнены с возможностью регулировать жидкостные свойства (например, вязкости) гидравлической жидкости 312 и, таким образом, управлять скоростями потока гидравлической жидкости 312 через первое и второе устройства 320, 322 управления потоком. В качестве неограничивающего примера контроллеры скорости могут включать электромагниты, а гидравлическая жидкость 312 может включать магнитореологическую жидкость. Электромагниты могут быть выполнены с возможностью регулировать вязкость гидравлической жидкости 312 для достижения требуемой скорости потока гидравлической жидкости 312 и в результате этого скорости выдвижения или втягивания бурового элемента 154.

Кроме того, в некоторых вариантах реализации изобретения одно или более из первого и второго устройств 320, 322 управления потоком могут содержать ограничитель, как описано в заявке США № 14/851 117, Jain, поданной 11 сентября 2015 года. Например, ограничитель может содержать многоступенчатое отверстие, имеющее множество пластин, множество отверстий, проходящих через каждую пластину из множества пластин, и множество каналов для потока флюида, определенных в каждой пластине из множества пластин и окружающих каждое отверстие из множества отверстий.

На фиг. 4 проиллюстрирован схематический вид исполнительного механизма 156 для саморегулируемого бурового инструмента 200 (фиг. 2) в соответствии с другим вариантом реализации настоящего изобретения. Подобно исполнительному механизму 156, описанному выше в отношении фиг. 3, исполнительный механизм 156 по фиг. 4 может содержать соединительный элемент 302, камеру 304, первый возвратно-поступательный элемент 306, второй возвратно-поступательный элемент 308, гидравлическую жидкость 312, поджимающий элемент 314, первый канал 316 для потока флюида, второй канал 318 для потока флюида, первое устройство 320 управления потоком, второе устройство 322 управления потоком, компенсатор давления 324 и буровой элемент 154. Кроме того, камера 304 может содержать первую камеру 336 для флюида и вторую камеру 338 для флюида. Исполнительный механизм 156 может работать, по существу, таким же образом, как и исполнительный механизм 156, описанный в отношении фиг. 3.

Однако исполнительный механизм 156 может содержать первый делительный элемент 310а и второй делительный элемент 310b, а вторая камера 338 для флюида может содержать первую часть 344, вторую часть 346 и третью часть 348. Исполнительный механизм 156 может также содержать третий канал 350 для потока флюида и четвертый канал 352 для потока флюида. Первая часть 344 и вторая часть 346 второй камеры 338 для флюида могут быть ориентированы таким же образом, как описано выше в отношении фиг. 3. Кроме того, первый делительный элемент 310а может быть ориентирован таким же образом, как и делительный элемент 310, описанный в отношении фиг. 3.

Второй делительный элемент 310b может быть ориентирован на противоположной стороне первой части 340 первой камеры 336 для флюида, по отношению к первому возвратно-поступательному элементу 306, а третья часть 348 второй камеры 338 для флюида может быть расположена на противоположной стороне второго делительного элемента 310b, по отношению к первой части 340 первой камеры 336 для флюида. Другими словами, третья часть 348 второй камеры 338 для флюида может быть изолирована от первой части 340 первой камеры 336 для флюида вторым делительным элементом 310b. Второй делительный элемент 310b может быть неподвижным относительно первой части 340 первой камеры 336 для флюида и третьей части 348 второй камеры 338 для флюида.

Третья часть 348 второй камеры 338 для флюида может сообщаться по текучей среде с компенсатором давления 324, и компенсатор давления 324 может быть выполнен с возможностью по меньшей мере, по существу, уравновешивать давление во второй камере 338 для флюида с давлением окружающей среды (например, бурового раствора ствола 102 скважины (фиг. 1)), как обсуждалось выше в отношении фиг. 3. Другими словами, компенсатор давления 324 может способствовать поддержанию давления во второй камере 338 для флюида, которое по меньшей мере, по существу, равно давлению окружающей среды. Например, компенсатор давления 324 может сообщаться по текучей среде на первой стороне с третьей частью 348 второй камеры 338 для флюида и может быть по меньшей мере частично размещен в третьей части 348 второй камеры 338 для флюида. Компенсатор давления 324 может содержать одно или более из сильфона, мембраны и клапана компенсатора давления 324 и может сообщаться на второй стороне с окружающей средой (например, буровым раствором 354 в стволе 102 скважины (фиг. 1)). В некоторых вариантах реализации изобретения компенсатор давления 324 может содержать резиновый материал. Например, компенсатор давления 324 может содержать резиновую мембрану.

Первый канал 316 для потока флюида может проходить от третьей части 348 второй камеры 338 для флюида к первой части 340 первой камеры 336 для флюида через второй делительный элемент 310b. Первое устройство 320 управления потоком может быть размещено в первом канале 316 для потока флюида и может содержать один или более из первого обратного клапана и первого ограничителя. В ином случае первый канал 316 для потока флюида и устройство 320 управления потоком могут работать так же, как первый канал 316 для потока флюида и устройство 320 управления потоком, описанные в отношении фиг. 3.

Второй канал 318 для потока флюида может проходить от второй части 342 первой камеры 336 для флюида ко второй части 346 второй камеры 338 для флюида через второй возвратно-поступательный элемент 308. Второе устройство 322 управления потоком может быть размещено во втором канале 318 для потока флюида и может содержать один или более из второго обратного клапана и второго ограничителя. В ином случае второй канал 318 для потока флюида и второе устройство 322 управления потоком могут работать так же, как второй канал 318 для потока флюида и второе устройство 322 управления потоком, описанные в отношении фиг. 3.

Первая, вторая и третья части 344, 346, 348 второй камеры 338 для флюида могут сообщаться по текучей среде друг с другом через третий канал 350 для потока флюида. Например, третий канал 350 для потока флюида может проходить от второй части 346 второй камеры 338 для флюида к первой части 344 второй камеры 338 для флюида и к третьей части 348 второй камеры 338 для флюида.

Первая и вторая части 340, 342 первой камеры 336 для флюида могут сообщаться по текучей среде друг с другом через четвертый канал 352 для потока флюида. Например, четвертый канал для потока флюида может проходить от первой части 340 первой камеры 336 для флюида ко второй части 342 первой камеры 336 для флюида.

На фиг. 5 проиллюстрирован вид в поперечном сечении приведенной в качестве примера реализации исполнительного механизма 156 саморегулируемого долота по фиг. 4. Исполнительный механизм 156 может быть аналогичен исполнительному механизму 156, проиллюстрированному на фиг. 4, как описано выше. Исполнительный механизм 156 может быть выполнен с возможностью прессовой посадки внутрь коронки 208 корпуса 202 долота (фиг. 2) бурового инструмента 200 (фиг. 2). Исполнительный механизм 156 может содержать кожух 356, соединительный элемент 302, внутреннюю камеру 358, первый возвратно-поступательный элемент 306, второй возвратно-поступательный элемент 308, гидравлическую жидкость 312, поджимающий элемент 314, первый канал 316 для потока флюида, второй канал 318 для потока флюида, третий канал 350 для потока флюида, четвертый канал 352 для потока флюида, первый делительный элемент 310а, второй делительный элемент 310b, первое устройство 320 управления потоком, второе устройство 322 управления потоком, компенсатор давления 324 и буровой элемент 154.

Первый возвратно-поступательный элемент 306 и второй возвратно-поступательный элемент 308 могут быть прикреплены к соединительному элементу 302 таким же образом, как описано в отношении фиг. 3. Кожух 356 может определять внутреннюю камеру 358 и может иметь отверстие 370 для выдвижения, определенное на одном его осевом конце. Кроме того, внутренняя камера 358 может содержать первый и второй возвратно-поступательные элементы 306, 308. Кроме того, первый и второй возвратно-поступательные элементы 306, 308 и первый и второй делительные элементы 310a, 310b могут герметично разделять внутреннюю камеру 358 на первую камеру 336 для флюида и вторую камеру 338 для флюида.

Первая камера 336 для флюида может содержать первую часть 340 и вторую часть 342, а вторая камера 338 для флюида может содержать первую часть 344, вторую часть 346 и третью часть 348. Первая часть 340 первой камеры 336 для флюида может быть герметично изолирована от первой части 344 второй камеры 338 для флюида первым возвратно-поступательным элементом 306. Первая часть 340 первой камеры 336 для флюида может быть расположена на передней стороне первого возвратно-поступательного элемента 306. Другими словами, первая часть 340 первой камеры 336 для флюида может быть по меньшей мере частично определена передней поверхностью 328 первого возвратно-поступательного элемента 306. Первая часть 344 второй камеры 338 для флюида может быть расположена на задней стороне первого возвратно-поступательного элемента 306. Другими словами, первая часть 344 второй камеры 338 для флюида может быть по меньшей мере частично определена задней поверхностью 330 первого возвратно-поступательного элемента 306.

Первая часть 344 второй камеры 338 для флюида может быть изолирована от второй части 342 первой камеры 336 для флюида с помощью первого делительного элемента 310a. Первый делительный элемент 310a может быть неподвижным относительно первой части 344 второй камеры 338 для флюида и второй части 342 первой камеры 336 для флюида. Например, первая часть 344 второй камеры 338 для флюида может быть расположена между задней поверхностью 330 первого возвратно-поступательного элемента 306 и первым делительным элементом 310a. В некоторых вариантах реализации изобретения первый делительный элемент 310a может содержать часть кожуха 356. Например, первый делительный элемент может представлять собой выступ кольцевой формы, выступающий радиально внутрь от кожуха 356. Вторая часть 342 первой камеры 336 для флюида может быть герметично отделена от второй части 346 второй камеры 338 для флюида вторым возвратно-поступательным элементом 308. Например, вторая часть 342 первой камеры 336 для флюида может быть расположена на передней стороне второго возвратно-поступательного элемента 308 (например, по меньшей мере частично определенной передней поверхностью 332 второго возвратно-поступательного элемента 308), а вторая часть 346 второй камеры 338 для флюида может быть расположена на задней стороне второго возвратно-поступательного элемента 308 (например, по меньшей мере частично определенной задней поверхностью 334 второго возвратно-поступательного элемента 308). Вторая часть 342 первой камеры 336 для флюида может быть расположена между первым делительным элементом 310а и передней поверхностью 332 второго возвратно-поступательного элемента 308. В некоторых вариантах реализации изобретения вторая часть 346 второй камеры 338 для флюида может быть по меньшей мере частично заключена внутри второго возвратно-поступательного элемента 308.

Второй делительный элемент 310b может быть ориентирован на противоположной стороне первой части 340 первой камеры 336 для флюида по отношению к первому возвратно-поступательному элементу 306, а третья часть 348 второй камеры 338 для флюида может быть расположена на противоположной стороне второго делительного элемента 310b по отношению к первой части 340 первой камеры 336 для флюида. Другими словами, третья часть 348 второй камеры 338 для флюида может быть изолирована от первой части 340 первой камеры 336 для флюида вторым делительным элементом 310b. Второй делительный элемент 310b может быть неподвижным относительно первой части 340 первой камеры 336 для флюида и третьей части 348 второй камеры 338 для флюида.

Третья часть 348 второй камеры 338 для флюида может сообщаться по текучей среде с компенсатором давления 324, и компенсатор давления 324 может быть выполнен с возможностью по меньшей мере, по существу, уравновешивать давление во второй камере 338 для флюида с давлением окружающей среды (например, бурового раствора 354 в стволе 102 скважины (фиг. 1)), как обсуждалось выше в отношении фиг. 3. Другими словами, компенсатор давления 324 может способствовать поддержанию давления во второй камере 338 для флюида, которая по меньшей мере, по существу, равна давлению окружающей среды. Например, компенсатор давления 324 может сообщаться по текучей среде на первой стороне с третьей частью 348 второй камеры 338 для флюида и может быть по меньшей мере частично размещен в третьей части 348 второй камеры 338 для флюида. Компенсатор давления 324 может содержать один или более из сильфона, мембраны и клапана компенсатора давления 324 и может сообщаться на второй стороне с окружающей средой (например, буровым раствором 354 в стволе 102 скважины (фиг. 1)). В некоторых вариантах реализации изобретения компенсатор давления 324 может содержать резиновый материал. Например, компенсатор давления 324 может содержать резиновую мембрану. Первая камера 336 для флюида может иметь давление, которое выше давления во второй камере 338 для флюида.

Как обсуждалось выше, соединительный элемент 302 может быть прикреплен к задней поверхности 330 первого возвратно-поступательного элемента 306 на первом осевом конце соединительного элемента 302. Соединительный элемент 302 может проходить через первую часть 344 второй камеры 338 для флюида, вторую часть 342 первой камеры 336 для флюида и вторую часть 346 второй камеры 338 для флюида и через отверстие 370 для выдвижения кожуха 356 исполнительного механизма 156. Буровой элемент 154 может быть прикреплен ко второму осевому концу соединительного элемента 302 напротив первого конца, так что этот буровой элемент 154 может быть выдвинут и втянут через отверстие 370 для выдвижения внешнего кожуха 356 исполнительного механизма 156.

Гидравлическая жидкость 312 может быть размещена внутри первой камеры 336 для флюида и второй камеры 338 для флюида и может по меньшей мере, по существу, заполнять первую камеру 336 для флюида и вторую камеру 338 для флюида. Поджимающий элемент 314 может быть размещен в первой части 340 первой камеры 336 для флюида и может быть выполнен с возможностью приложения выбранного усилия к первому возвратно-поступательному элементу 306, чтобы заставить первый возвратно-поступательный элемент 306 перемещаться через первую часть 344 второй камеры 338 для флюида наружу (например, к отверстию 370 для выдвижения внешнего кожуха 356). Кроме того, как обсуждалось выше, разность давлений между первой камерой 336 для флюида и второй камерой 338 для флюида может способствовать перемещению первого и второго возвратно-поступательных элементов 306, 308 наружу. В результате этого поджимающий элемент 314 может вызвать перемещение соединительного элемента 302 и бурового элемента 154 наружу (например, может вызвать выдвижение бурового элемента 154). В некоторых вариантах реализации изобретения поджимающий элемент 314 может содержать пружину.

Первый канал 316 для потока флюида может проходить от третьей части 348 второй камеры 338 для флюида к первой части 340 первой камеры 336 для флюида через второй делительный элемент 310b. Первое устройство 320 управления потоком может быть размещено внутри первого канала 316 для потока флюида. Кроме того, первое устройство 320 управления потоком может быть выполнено с возможностью управления скоростью потока гидравлической жидкости 312 из третьей части 348 второй камеры 338 для флюида в первую часть 340 первой камеры 336 для флюида. В некоторых вариантах реализации изобретения первое устройство 320 управления потоком может содержать один или более из первого обратного клапана и первого ограничителя. В некоторых вариантах реализации изобретения первый ограничитель может содержать многоступенчатое отверстие. В некоторых вариантах реализации изобретения первое устройство 320 управления потоком может содержать только первый обратный клапан. В других вариантах реализации изобретения первое устройство 320 управления потоком может содержать только первый ограничитель. В других вариантах реализации изобретения первое устройство 320 управления потоком может содержать как первый обратный клапан, так и первый ограничитель.

Второй канал 318 для потока флюида может проходить от первой части 340 первой камеры 336 для флюида ко второй части 346 второй камеры 338 для флюида через первый возвратно-поступательный элемент 306, часть соединительного элемента 302 и второй возвратно-поступательный элемент 308. Второй канал 318 для потока флюида может позволить гидравлической жидкости 312 проходить из первой части 340 первой камеры 336 для флюида во вторую часть 346 второй камеры 338 для флюида. Второе устройство 322 управления потоком может быть размещено внутри второго канала 318 для потока флюида. Кроме того, второе устройство 322 управления потоком может быть выполнено с возможностью управления скоростью потока гидравлической жидкости 312 из первой части 340 первой камеры 336 для флюида во вторую часть 346 второй камеры 338 для флюида. В некоторых вариантах реализации изобретения второе устройство 322 управления потоком может содержать один или более из второго обратного клапана и второго ограничителя. В некоторых вариантах реализации изобретения второй ограничитель может содержать многоступенчатое отверстие. В некоторых вариантах реализации изобретения второе устройство 322 управления потоком может содержать только второй обратный клапан. В других вариантах реализации изобретения второе устройство 322 управления потоком может содержать только второй ограничитель. В других вариантах реализации изобретения второе устройство 322 управления потоком может содержать как второй обратный клапан, так и второй ограничитель.

Первая, вторая и третья части 344, 346, 348 второй камеры 338 для флюида могут сообщаться по текучей среде друг с другом через третий канал 350 для потока флюида. В некоторых вариантах реализации изобретения третий канал 350 для потока флюида может содержать отверстие, проходящее через кожух 356.

Первая и вторая части 340, 342 первой камеры 336 для флюида могут сообщаться по текучей среде друг с другом через четвертый канал 352 для потока флюида. В некоторых вариантах реализации изобретения третий канал 350 для потока флюида может содержать отверстие, проходящее через кожух 356.

В некоторых вариантах реализации изобретения буровой элемент 154 может быть прикреплен с возможностью съема к соединительному элементу 302. Узел 359 бурового элемента может быть прикреплен с возможностью съема ко второму осевому концу соединительного элемента 302. Узел 359 бурового элемента может содержать буровой элемент 154, гнездо 360 бурового элемента и прокладку 362. Буровой элемент 154 может быть расположен в гнезде 360 бурового элемента. Прокладка 362 может быть расположена между гнездом 360 бурильного устройства и вторым осевым концом соединительного элемента 302.

В некоторых вариантах реализации изобретения буровой элемент 154, гнездо 360 бурового элемента и прокладка 362 не могут быть жестко прикреплены к соединительному элементу 302. Например, как обсуждалось выше, соединительный элемент 302 может находиться под предварительной нагрузкой из-за поджимающего элемента 314, размещенного в первой части 340 первой камеры 336 для флюида, и поджимающий элемент 314 может давить на соединительный элемент 302 по направлению к прокладке 362, гнезду 360 бурового элемента и буровому элементу 154. В некоторых вариантах выполнения бурильный узел 359 может быть только в контакте с соединительным элементом 302, и предварительная нагрузка из-за поджимающего элемента 314 и внешние нагрузки, прилагаемые к соединительному элементу 302 во время операций бурения, могут удерживать бурильный узел 359 в контакте с соединительным элементом 302. Другими словами, бурильный узел 359 может не быть жестко прикреплен к соединительному элементу 302.

Наличие прикрепления бурового элемента 154 с возможностью съема к соединительному элементу 302 позволяет удалять и заменять буровой элемент 154 без разборки исполнительного механизма 156. Другими словами, буровой элемент 154 может быть заменен независимо от остальной части исполнительного механизма 156. Соответственно, съемное прикрепление бурового элемента 154 к соединительному элементу 302 может приводить к экономии времени и затрат при замене буровых элементов 154. В некоторых вариантах реализации изобретения может быть заменен как буровой элемент 154, так и гнездо 360 бурового элемента. В других вариантах реализации изобретения может быть заменен только буровой элемент 154. К тому же, наличие прикрепления бурового элемента 154 с возможностью съема к соединительному элементу 302 может позволить использовать данный исполнительный механизм 156 с множеством различных буровых элементов 154 без необходимости разборки исполнительного механизма 156. В результате этого прикрепленный с возможностью съема соединительный элемент 154 обеспечивает большее разнообразие буровых элементов 154, которые будут использоваться для данного корпуса 120 долота (фиг. 1), чтобы удовлетворить конкретным вариантам применения.

Прокладка 362 может обеспечить более универсальное использование исполнительных механизмов 156 в корпусах 202 долот (фиг. 2) (например, между различными полостями в корпусах 202 долот (фиг. 2)). Например, полости 232 (фиг. 2) в корпусах 202 долот (фиг. 2) для удержания исполнительных механизмов 156 и бурильных элементов 154 могут иметь разные допуски и несколько разные размеры. Соответственно, благодаря наличию прокладки 362 исполнительные механизмы и буровые элементы 154 могут использоваться в большем количестве полостей 232 (фиг. 2) корпуса 202 долота (фиг. 2), и в них может быть подложена прокладка 362 для удовлетворения конкретных допусков.

В некоторых вариантах реализации изобретения буровой элемент 154 и гнездо 360 бурового элемента могут быть удалены из соединительного элемента 302. Например, буровой элемент 154 и гнездо 360 бурового элемента могут быть удалены путем нагрева бурового элемента 154 и гнезда 360 бурового элемента до температуры выше температуры плавления материала для пайки твердым припоем, используемого для прикрепления бурового элемента 154 и гнезда 360 бурового элемента к соединительному элементу 302. Однако может быть использован любой способ, известный в данной области техники, для удаления бурового элемента 154 и гнезда 360 бурового элемента из соединительного элемента 302.

Ниже описаны дополнительные неограничивающие приведенные в качества примера варианты реализации изобретения.

Вариант реализации изобретения 1. Буровой инструмент, содержащий: корпус; исполнительный механизм, расположенный по меньшей мере частично внутри корпуса, причем исполнительный механизм содержит: первую камеру для флюида; вторую камеру для флюида; первый возвратно-поступательный элемент, выполненный с возможностью возвратно-поступательного движения назад и вперед внутри первой камеры для флюида и второй камеры для флюида, причем первый возвратно-поступательный элемент имеет переднюю поверхность и заднюю поверхность; второй возвратно-поступательный элемент, выполненный с возможностью возвратно-поступательного движения назад и вперед внутри первой камеры для флюида и второй камеры для флюида; гидравлическую жидкость, размещенную внутри и по меньшей мере, по существу, заполняющую первую камеру для флюида и вторую камеру для флюида; и соединительный элемент, прикрепленный к первому возвратно-поступательному элементу и проходящий через второй возвратно-поступательный элемент и выходящий из второй камеры для флюида; и буровой элемент, прикрепленный с возможностью съема к соединительному элементу исполнительного механизма.

Вариант реализации изобретения 2. Буровой инструмент согласно варианту реализации изобретения 1, отличающийся тем, что исполнительный механизм дополнительно содержит: первый канал для потока флюида, проходящий от второй камеры для флюида до первой камеры для флюида; и первое устройство управления потоком, размещенное в первом канале для потока флюида и выполненное с возможностью управления скоростью потока гидравлической жидкости, проходящей через первый канал для потока флюида.

Вариант реализации изобретения 3. Буровой инструмент согласно варианту реализации изобретения 2, отличающийся тем, что исполнительный механизм дополнительно содержит: второй канал для потока флюида, проходящий из первой камеры для флюида во вторую камеру для флюида; второе устройство управления потоком, размещенное во втором канале для потока флюида и выполненное с возможностью управления скоростью потока гидравлической жидкости, проходящей через второй канал для потока флюида и второе устройство управления потоком.

Вариант реализации изобретения 4. Буровой инструмент согласно варианту реализации изобретения 3, отличающийся тем, что второй канал для потока флюида проходит из первой камеры для флюида во вторую камеру для флюида через второй возвратно-поступательный элемент.

Вариант реализации изобретения 5. Буровой инструмент согласно любому из вариантов реализации изобретения 1-4, отличающийся тем, что первая камера для флюида содержит: первую часть, сообщающуюся по текучей среде с передней поверхностью первого возвратно-поступательного элемента; и вторую часть, сообщающуюся по текучей среде с передней поверхностью второго возвратно-поступательного элемента.

Вариант реализации изобретения 6. Буровой инструмент согласно любому из вариантов реализации изобретения с 1 по 5, отличающийся тем, что вторая камера для флюида содержит: первую часть, сообщающуюся по текучей среде с задней поверхностью первого возвратно-поступательного элемента; и вторую часть, сообщающуюся по текучей среде с задней поверхностью второго возвратно-поступательного элемента.

Вариант реализации изобретения 7. Буровой инструмент согласно любому из вариантов реализации изобретения с 1 по 6, отличающийся тем, что давление во второй камере для флюида по меньшей мере, по существу, равно давлению окружающей среды, воздействию которого подвержен буровой инструмент.

Вариант реализации изобретения 8. Буровой инструмент согласно любому из вариантов реализации изобретения с 1 по 7, отличающийся тем, что давление в первой камере для флюида выше давления во второй камере для флюида, когда соединительный элемент подвергается воздействию внешнего усилия.

Вариант реализации изобретения 9. Буровой инструмент согласно любому из вариантов реализации изобретения с 1 по 8, отличающийся тем, что исполнительный механизм дополнительно содержит поджимающий элемент, размещенный внутри первой камеры для флюида и выполненный с возможностью приложения усилия к первому возвратно-поступательному элементу.

Вариант реализации изобретения 10. Буровой инструмент, содержащий: корпус; исполнительный механизм, размещенный по меньшей мере частично внутри корпуса, причем исполнительный механизм содержит: первую камеру для флюида; вторую камеру для флюида; по меньшей мере один возвратно-поступательный элемент, отделяющий первую камеру для флюида от второй камеры для флюида, по меньшей мере один возвратно-поступательный элемент, выполненный с возможностью возвратно-поступательного движения назад и вперед внутри первой камеры для флюида и второй камеры для флюида; и соединительный элемент, прикрепленный к возвратно-поступательному элементу на участке возвратно-поступательного элемента, обращенному ко второй камере для флюида, причем соединительный элемент выходит из второй камеры для флюида; и узел бурового элемента, прикрепленный с возможностью съема к осевому концу соединительного элемента, выходящего из второй камеры для флюида.

Вариант реализации изобретения 11. Буровой инструмент согласно варианту реализации изобретения 10, отличающийся тем, что исполнительный механизм дополнительно содержит компенсатор давления, сообщающийся по текучей среде со второй камерой для флюида и выполненный с возможностью по меньшей мере, по существу, уравновешивать давление во второй камере для флюида с давлением окружающей среды, воздействию которого подвержен буровой инструмент.

Вариант реализации изобретения 12. Буровой инструмент согласно варианту реализации изобретения 11, отличающийся тем, что компенсатор давления содержит резиновый материал.

Вариант реализации изобретения 13. Буровой инструмент согласно любому из вариантов реализации изобретения с 10 по 12, отличающийся тем, что узел бурового элемента содержит: гнездо бурового элемента; буровой элемент, размещенный внутри гнезда бурового элемента; и прокладку, размещенную между осевым концом соединительного элемента и гнездом бурового элемента.

Вариант реализации изобретения 14. Буровой инструмент согласно любому из вариантов реализации изобретения с 10 по 13, отличающийся тем, что по меньшей мере один возвратно-поступательный элемент содержит первый возвратно-поступательный элемент и второй возвратно-поступательный элемент, расположенный по меньшей мере на некотором расстоянии от первого возвратно-поступательного элемента вдоль продольной длины исполнительного механизма.

Вариант реализации изобретения 15. Буровой инструмент согласно варианту реализации изобретения 14, отличающийся тем, что первая камера для флюида содержит: первую часть, сообщающуюся по текучей среде с передней поверхностью первого возвратно-поступательного элемента; и вторую часть, сообщающуюся по текучей среде с передней поверхностью второго возвратно-поступательного элемента.

Вариант реализации изобретения 16. Буровой инструмент согласно варианту реализации изобретения 14 или варианту реализации изобретения 15, отличающийся тем, что первый возвратно-поступательный элемент имеет по меньшей мере в общем цилиндрическую форму, а второй возвратно-поступательный элемент имеет по меньшей мере обычно кольцевую форму.

Вариант реализации изобретения 17. Буровой инструмент согласно любому из вариантов реализации изобретения с 14 по 16, отличающийся тем, что соединительный элемент прикреплен к задней поверхности первого возвратно-поступательного элемента и проходит через второй возвратно-поступательный элемент.

Вариант реализации изобретения 18. Исполнительный механизм для саморегулируемого бурового инструмента, причем исполнительный механизм содержит: первую камеру для флюида, имеющую первую часть и вторую часть; вторую камеру для флюида, имеющую первую часть и вторую часть; первый возвратно-поступательный элемент, герметично отделяющий первую часть первой камеры для флюида от первой части второй камеры для флюида; второй возвратно-поступательный элемент, герметично отделяющий вторую часть второй камеры для флюида от второй части первой камеры для флюида; соединительный элемент, прикрепленный к задней поверхности первого возвратно-поступательного элемента, обращенной к первой части второй камеры для флюида, причем соединительный элемент дополнительно прикреплен к второму возвратно-поступательному элементу, проходит через второй возвратно-поступательный элемент и выходит из второй части второй камеры для флюида; компенсатор давления, сообщающийся по текучей среде со второй камерой для флюида; и буровой элемент, прикрепленный к соединительному элементу.

Вариант реализации изобретения 19. Исполнительный механизм согласно варианту реализации изобретения 18, отличающийся тем, что компенсатор давления содержит резиновый материал.

Вариант реализации изобретения 20. Исполнительный механизм согласно варианту реализации изобретения 18 или варианту реализации изобретения 19, дополнительно содержащий поджимающий элемент, выполненный с возможностью приложения усилия к передней поверхности первого возвратно-поступательного элемента, противоположной задней поверхности.

Варианты реализации данного изобретения, описанные выше и проиллюстрированные в прилагаемых графических материалах, не ограничивают объем настоящего изобретения, который охватывается объемом прилагаемой формулы изобретения и их законными эквивалентами. Любые эквивалентные варианты реализации изобретения находятся в пределах объема настоящего изобретения. В действительности, различные модификации изобретения, в дополнение к проиллюстрированным и описанным в настоящем документе, такие как альтернативные пригодные комбинации описанных элементов, станут очевидными для специалистов в данной области техники из описания. Такие модификации и варианты реализации изобретения также подпадают под объем прилагаемой формулы изобретения и эквивалентов.

1. Буровой инструмент, содержащий:

корпус;

исполнительный механизм, расположенный по меньшей мере частично внутри корпуса, причем исполнительный механизм содержит:

первую камеру для флюида;

вторую камеру для флюида;

по меньшей мере один возвратно-поступательный элемент, отделяющий первую камеру для флюида от второй камеры для флюида, причем по меньшей мере один возвратно-поступательный элемент выполнен с возможностью возвратно-поступательного движения назад и вперед внутри первой камеры для флюида и второй камеры для флюида; и

соединительный элемент, прикрепленный к возвратно-поступательному элементу на участке возвратно-поступательного элемента, обращенном ко второй камере для флюида, причем соединительный элемент выходит из второй камеры для флюида; и

узел бурового элемента, соединенный с возможностью съема с осевым концом соединительного элемента, выходящего из второй камеры для флюида,

причем по меньшей мере один возвратно-поступательный элемент содержит:

первый возвратно-поступательный элемент, выполненный с возможностью возвратно-поступательного движения назад и вперед внутри первой камеры для флюида и второй камеры для флюида, причем первый возвратно-поступательный элемент имеет переднюю поверхность и заднюю поверхность; и

второй возвратно-поступательный элемент, отделенный от первого возвратно-поступательного элемента по меньшей мере некоторым расстоянием вдоль продольной длины исполнительного механизма, причем второй возвратно-поступательный элемент выполнен с возможностью возвратно-поступательного движения назад и вперед внутри первой камеры для флюида и второй камеры для флюида.

2. Буровой инструмент по п. 1, отличающийся тем, что соединительный элемент прикреплен к первому возвратно-поступательному элементу и проходит через второй возвратно-поступательный элемент.

3. Буровой инструмент по п. 1 или 2, дополнительно содержащий гидравлическую жидкость, расположенную внутри и по меньшей мере, по существу, заполняющую первую камеру для флюида и вторую камеру для флюида.

4. Буровой инструмент по п. 1 или 2, отличающийся тем, что исполнительный механизм дополнительно содержит компенсатор давления, сообщающийся по текучей среде со второй камерой для флюида и выполненный с возможностью по меньшей мере, по существу, уравновешивать давление во второй камере для флюида с давлением окружающей среды, воздействию которого подвержен буровой инструмент.

5. Буровой инструмент по п. 4, отличающийся тем, что компенсатор давления содержит резиновый материал.

6. Буровой инструмент по п. 1 или 2, отличающийся тем, что давление в первой камере для флюида выше, чем давление во второй камере для флюида, когда соединительный элемент подвергается воздействию внешнего усилия.

7. Буровой инструмент по п. 1 или 2, отличающийся тем, что узел бурового элемента содержит:

гнездо бурового элемента;

буровой элемент, расположенный внутри гнезда бурового элемента; и

прокладку, расположенную между осевым концом соединительного элемента и гнездом бурового элемента.

8. Буровой инструмент по п. 1 или 2, отличающийся тем, что первая камера для флюида содержит:

первую часть, сообщающуюся по текучей среде с передней поверхностью первого возвратно-поступательного элемента; и

вторую часть, сообщающуюся по текучей среде с передней поверхностью второго возвратно-поступательного элемента.

9. Буровой инструмент по п. 1 или 2, отличающийся тем, что вторая камера для флюида содержит:

первую часть, сообщающуюся по текучей среде с задней поверхностью первого возвратно-поступательного элемента; и

вторую часть, сообщающуюся по текучей среде с задней поверхностью второго возвратно-поступательного элемента.

10. Буровой инструмент по п. 1 или 2, отличающийся тем, что первый возвратно-поступательный элемент имеет по меньшей мере в общем цилиндрическую форму, а второй возвратно-поступательный элемент имеет по меньшей мере обычно кольцевую форму.

11. Буровой инструмент по п. 1 или 2, отличающийся тем, что соединительный элемент прикреплен к задней поверхности первого возвратно-поступательного элемента и проходит через второй возвратно-поступательный элемент.

12. Буровой инструмент по п. 1 или 2, отличающийся тем, что исполнительный механизм дополнительно содержит:

первый канал для потока флюида, проходящий от второй камеры для флюида до первой камеры для флюида; и

первое устройство управления потоком, расположенное в первом канале для потока флюида и выполненное с возможностью управления скоростью потока гидравлической жидкости через первый канал для потока флюида.

13. Буровой инструмент по п. 1 или 2, отличающийся тем, что исполнительный механизм дополнительно содержит:

второй канал для потока флюида, проходящий от первой камеры для флюида во вторую камеру для флюида;

второе устройство управления потоком, расположенное во втором канале для потока флюида и выполненное с возможностью управления скоростью потока гидравлической жидкости через второй канал для потока флюида и второе устройство управления потоком.

14. Буровой инструмент по п. 13, отличающийся тем, что второй канал для потока флюида проходит от первой камеры для флюида во вторую камеру для флюида через второй возвратно-поступательный элемент.

15. Буровой инструмент по п. 1 или 2, отличающийся тем, что исполнительный механизм дополнительно содержит поджимающий элемент, расположенный внутри первой камеры для флюида и выполненный с возможностью оказания усилия по меньшей мере на один возвратно-поступательный элемент.

16. Буровой инструмент по п. 1 или 2, отличающийся тем, что:

первая камера для флюида имеет первую часть и вторую часть;

вторая камера для флюида имеет первую часть и вторую часть;

первый возвратно-поступательный элемент герметично отделяет первую часть первой камеры для флюида от первой части второй камеры для флюида; и

второй возвратно-поступательный элемент герметично отделяет вторую часть второй камеры для флюида от второй части первой камеры для флюида.

17. Способ втягивания и выдвижения бурового элемента бурового инструмента, включающий:

обеспечение бурового инструмента по п. 1 или 2;

прижатие бурового элемента узла бурового элемента пластом, который пробуривают буровым инструментом;

втягивание бурового элемента в ответ на прижатие бурового элемента пластом;

контролирование скорости втягивания бурового элемента путем пропускания потока флюида из первой части первой камеры для флюида во вторую часть первой камеры для флюида и

выдвижение бурового элемента поджимающим элементом в ответ на уменьшение усилия, с которым пласт прижимается к буровому элементу.

18. Способ по п. 17, отличающийся тем, что регулирование скорости втягивания бурового элемента включает поток флюида из первой части первой камеры для флюида через ограничитель или обратный клапан во вторую часть первой камеры для флюида.

19. Способ по п. 17 или 18, дополнительно включающий поток флюида из первой камеры для флюида во вторую камеру для флюида.