[发明专利]通过电流体动力学推进力来泵送泥浆

说明书

技术领域

本发明大体上涉及使用电流体动力学(electrohydrodynamic)泵送材料通过管状件且特别是使用电流体动力学泵送钻泥通过管状件的方法和设备。

背景技术

在地球钻探操作(如用于矿物开采的钻井)中，钻泥通过钻柱泵送出且从钻头附近的点进入井眼中。钻泥润滑钻头的切割表面，并且还将废石从钻头向上通过井眼朝着表面移动。当钻泥上升至表面时，石块和其它磨料悬浮在钻泥中。

对于海上井而言，在钻井期间将材料(如钻泥和悬浮在钻泥中的切屑)从地球深处上移需要将该材料上移通过两个梯度。第一梯度是从钻头到海底的距离，并且第二梯度是从海底向上通过立管或套管到钻机。深水中的钻井操作有时被称为“双梯度钻井”。

在双梯度钻井操作中，随着钻泥被泵送到表面，静态排出压力(head pressure)逐渐增大。需要很大的压力来逆着钻头移动钻泥向上通过井眼。在深水钻井操作中排出压力进一步增加，因为当泥浆从泥水分界线(mudline)井口罩向上移至水面上的钻机时，钻泥还必须克服立管中的静态排出压力。克服排出压力所需的高注入压力可能导致对立管的破坏或对岩层的破坏。双梯度钻井操作可以使用单独的泥浆返回线来移动钻泥通过海向上到达钻机，并因此减小立管上的排出压力。

如果钻泥从海底通过立管或通过旁路向上泵送到钻机，则岩层中的排出压力可能减小。已经尝试了各种常规的泵送技术，以泵送钻泥向上通过立管，或者以泵送钻泥通过平行于该立管延伸的外部旁通管。不幸的是，钻泥中的岩石和磨料对与常规泵相关的密封件和移动零件有非常大的破坏性，导致了频繁的泵失效。不需要常规泵的泵送钻泥通过立管的方法是所期望的。

发明内容

一段立管可具有一个或更多电磁体、一个或更多电极或者它们的组合，其可用于从海底井口罩朝着海面泵送钻泥向上通过立管柱。在一示例性实施例中，一段立管上配置有电绝缘衬里和卷绕铁套筒的圆形铜线圈，当用电流供能时，其围绕流体柱(如钻泥)形成磁场。这段立管还具有水平相对的电极，用于在磁场部位向流体(如钻泥)提供电荷。当用电充电并经受磁场时，流体可能表现为电枢，并且因此，该组件可起到连续线性电动机的作用，推着流体柱向上通过立管。

由于流体中的电流体动力学性质，诸如钻泥的流体可以由磁场和电荷来推进。钻泥可由膨润土构成。膨润土粘土化学性质在三铝水矿层中具有电不平衡，其导致薄片像磁体一样，在其中心有较强的正(+)电荷，而在薄片表面上有负(-)电荷。

脉冲电可能导致卷绕铁套筒的铜线圈产生磁场，该磁场可能对钻泥(电流体动力学流体)施力并因此推进钻泥通过立管。钻泥的推进可以释放岩层上的至少其中一些井下压力。

附图说明

为了获得且能够更详细地理解其中本发明的特征、优点和目的以及其它将变得显而易见的方式，通过参照本发明的实施例而可能具有上文简要概括的本发明的更加特定的描述，这些实施例图示在形成该说明书的一部分的附图中。然而，要注意的是，附图仅仅示出本发明的优选实施例，并且因此不应被视为其范围的限制，因为本发明可承认其它同样有效的实施例。

图1是具有磁电驱动器(magneto drive)的泵送设备的示例性实施例的局部截面图。

图2是图1的泵送设备的磁电驱动器的实施例的详细截面图。

图3是图2的磁电驱动器的电极的示例性实施例的沿着3-3线截取的横截面图。

图4是具有磁电驱动器的泵送设备的备选实施例的局部截面图。

图5是图4的磁电驱动器的沿着5-5线截取的截面图。

图6是图4的磁电驱动器的线圈的从6-6线显示的侧视图。

图7是图6的线圈的沿着7-7线截取的截面图。

图8是在双梯度钻井应用的单独泥浆返回线中使用的磁电驱动器的示例性实施例的局部截面图。

具体实施方式

现在，将参照示出本发明的实施例的附图在下文中更加完整地描述本发明。然而，本发明可能以很多不同的形式体现，并且不应该被解释为限于本文阐述的所示实施例。而是，提供这些实施例，使得该公开将是详尽和完整的，并且将把本发明的范围完整地传达给本领域技术人员。相似的数字始终指示相似的元件，并且，如果使用的话，则最初符号表示备选实施例中的类似元件。