按需流动脉冲系统的制作方法

按需流动脉冲系统
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求2019年7月22日提交的名称为“按需流动脉冲系统(on demand flow fulsing system)”、申请号为62/877,168的美国临时专利申请的优先权，该美国临时专利申请的全部内容通过引用的方式并入本文以用于所有目的。
3.关于联邦资助的研究或开发的声明
4.不适用。


背景技术：

5.本公开总体上涉及井下设备。更具体地，本公开涉及在钻柱中包括搅拌器或流动脉冲设备的钻井设备和钻井方法。除了其他益处之外，流动脉冲设备可以用于使钻柱振荡以减少与井孔的摩擦、增强工具面控制、延长井孔长度以及提高钻井效率。该流动脉冲设备也可以用于其他井下作业管柱。


技术实现要素：

6.本文中公开的一些实施例涉及一种流动脉冲系统。在一个实施例中，该流动脉冲系统包括壳体，该壳体具有中心轴线、第一端、与第一端相反的第二端、以及沿着该中心轴线从第一端延伸到第二端的孔。此外，一些实施例可以包括定子和转子，该定子布置在所述壳体的孔内，该定子具有多个叶形空腔，该转子布置在定子内。该转子包括从中心轴线偏移的轴线、与所述多个叶形空腔配合的多个凸叶件(lobes)以及沿轴线延伸的通孔。此外，一些实施例可以包括射器(dart)，该射器被配置成与转子的通孔以可释放方式联接，该射器包括第一径向外引导区段、第二径向外引导区段、尖端、内孔以及可释放喷嘴，该可释放喷嘴被配置成控制通过所述内孔和通孔的第一流体流。
7.本文中公开的其他实施例涉及一种流动脉冲系统，该流动脉冲系统包括壳体，该壳体具有中心轴线、第一端、与第一端相反的第二端、以及沿着中心轴线从第一端延伸到第二端的孔。此外，一些实施例可以包括定子和转子，该定子布置在该壳体的孔内，该定子具有多个叶形空腔，该转子布置在定子内。该转子包括从中心轴线偏移的轴线、与所述多个叶形空腔对应的多个凸叶件、沿着该轴线延伸的通孔。此外，一些实施例可以包括布置在该壳体的孔内的筛网(screen)，该筛网包括本体和在该本体的第一端处的联接表面，该联接表面被配置成联接到所述壳体。此外，一些实施例可以包括筛网壳体和内孔，该筛网壳体延伸到所述本体的第二端，该内孔与所述通孔流体连通。
8.本文中公开的又一些其它实施例涉及一种流动脉冲系统，该流动脉冲系统包括壳体，该壳体具有中心轴线、第一端、与第一端相反的第二端、以及沿着中心轴线从第一端延伸到第二端的孔。此外，一些实施例可以包括定子和转子，该定子布置在所述壳体的孔内，该定子具有多个叶形空腔(lobe cavities)，该转子布置在定子内。该转子包括从中心轴线偏移的轴线、与所述多个叶形空腔配合的多个凸叶件(lobes)、以及沿着该轴线延伸的通孔。此外，一些实施例可以包括阀区段(valve section)，该阀区段包括联接到所述壳体的
第二端的固定阀(stationary valve)，该固定阀包括第一面、固定中心端口和多个固定阀端口。此外，一些实施例可以包括联接到转子的振荡阀，该振荡阀包括邻接所述第一面的第二面、与转子的所述通孔流体连通的振荡中心端口、以及与所述多个叶形空腔流体连通的多个振荡阀端口。
9.本文中描述的实施例包括旨在解决与某些现有装置、系统和方法相关联的各种缺点的特征和特性的组合。前文已经相当宽泛地概述了所公开的实施例的特征和技术特性，以便可以更好地理解下面的具体实施方式。通过阅读以下详细描述并参考附图，本领域技术人员将容易理解上述各种特性和特征以及其他特性和特征。应当理解，所公开的概念和具体实施例可以容易地用作修改或设计用于执行与所公开实施例相同目的的其他结构的基础。还应当认识到，这样的等效结构没有脱离本文所公开的原理的精神和范围。
附图说明
10.为了详细描述各种示例性实施例，现在将参考附图，在附图中：
11.图1是根据一些实施例的流动脉冲设备的剖视图；
12.图2是图1的流动脉冲设备的激活区段(activation section)的剖视图和转子区段(rotor section)的局部剖视图；
13.图3是图1的流动脉冲设备的转子区段的剖视图；
14.图4是图1的流动脉冲设备的阀区段的剖视图；
15.图5是在图2的激活区段内使用的筛网的立体图；
16.图6是图5的筛网的剖视图；
17.图7是在图2的激活区段内使用的射器和喷嘴的立体图；
18.图8是图7的射器和喷嘴的剖视图；
19.图9是在停用状态下的激活区段的剖视图和转子区段的局部剖视图；
20.图10是在图4的阀区段内使用的振荡阀的立体图；
21.图11是在图4的阀区段内使用的固定阀的立体图；
22.图12是图10和图11的振荡阀和固定阀的剖视图；
23.图13是激活区段的剖视图和转子区段的局部剖视图，示出了在停用状态下的流体流动；
24.图14是激活区段的剖视图和转子区段的局部剖视图，示出了在激活状态下流过其中的流体流；
25.图15是图4的阀区段的剖视图，示出了流过其中的流体流；
26.图16是振荡阀和固定阀接口的一个示意性轴向视图，示出了在打开状态下的端口的重叠部；
27.图17是振荡阀和固定阀接口的另一个示意性轴向视图，示出了在部分打开状态下的端口的重叠部；并且
28.图18是振荡阀和固定阀接口的另一个示意性轴向视图，示出了在关闭状态下的端口的重叠部。
具体实施方式
29.以下的讨论针对各种示例性实施例。然而，本领域普通技术人员将会理解，本文中公开的示例具有广泛的应用，并且，对任何实施例的讨论仅意味着是该实施例的示例，而非旨在暗示本公开(包括权利要求书)的范围限于该实施例。
30.附图不一定按比例绘制。本文中的某些特征和部件可能以放大的比例或以某种示意性的形式被示出，并且出于清晰和简洁的目的，可能未示出常规元件的一些细节。
31.在以下的讨论和权利要求书中，术语“包括”和“包含”是以开放的方式使用的，因此应被解释为表示“包括，但不限于
……”
。而且，术语“联接”或“联接到”旨在表示间接连接或直接连接。因此，如果第一装置联接到第二装置，则该连接可以是通过这两个装置的直接连接，或者通过经由其他装置、部件、节点和连接件建立的间接连接。此外，如本文所使用的，术语“轴向”和“轴向地”通常是指沿着或平行于给定轴线(例如，本体或端口的中心轴线)，而术语“径向”和“径向地”通常是指垂直于给定轴线。例如，轴向距离是指沿着或平行于该轴线测量的距离，而径向距离是指垂直于该轴线测量的距离。
32.如上所述，流动脉冲系统(在本文中也称为搅拌器)可以沿着钻柱使用，以在钻柱的管内引入压力脉冲或压力波。流动脉冲系统可以单独使用或与其他部件一起使用以提供钻井益处，包括增强工具面控制、提高钻井效率，并且可以用于引入钻柱的振荡。更具体地，与流动脉冲系统一起使用的一个这样的附加部件可以是冲击工具，该冲击工具利用来自流动脉冲系统的压力脉冲来引起沿着钻柱的纵向轴线的振荡。在一些应用中，这样的钻柱振荡可以在井孔内提供减少的摩擦并且可以允许延长的钻柱长度。为了操作流动脉冲系统，需要来自钻机的泵送压力，以克服流动脉冲系统上的压降，因此可能希望提供一种流动脉冲系统，该流动脉冲系统可以仅在钻柱遇到所需要的井下状态时被选择性地激活。此外，还可能希望以可调节的频率和幅度操作该流动脉冲系统，这进而允许较小的总压降。此外，还可能希望具有如下一种流动脉冲系统：当不再需要该流动脉冲系统时，可以将其停用，或者将其停用并重新配置成提供更适合于井筒钻探的又一区段的、改进的压力脉冲。除了钻柱之外，该流动脉冲设备还可以用于其他井下作业或管柱。
33.因此，本文中公开的实施例包括用于使用流动脉冲系统的系统和方法，该流动脉冲系统可以在井筒钻探已经开始之后并且在钻柱布置在井筒内时被选择性地接合。此外，本文中公开的实施例包括用于选择性地调节该流动脉冲系统的频率和幅度的系统和方法、以及用于在该流体脉冲系统在井筒内使用之后选择性地脱离和/或重新配置其频率和幅度的系统和方法。此外，本文中公开的系统和方法提供了可以在完全打开位置、部分打开位置和完全关闭位置之间操作的阀端口，这可以提供改进的压力脉冲响应。更进一步地，本文中公开的系统和方法在材料(例如堵漏材料)被引入井筒中时防止流动脉冲系统的堵塞。
34.参考图1，流动脉冲系统10被示出为联接到第一短节(sub)20和第二短节40，该第一短节20和第二短节40均沿轴线15对准。流动脉冲系统10包括壳体30并包括激活区段100、转子区段200和阀区段300。一般来说，流动脉冲系统10是管状组件，其可以沿着井筒(未示出)内的钻柱的任何节段安装。示出了沿着第一短节20的第一端21和第二短节40的第二端42的示例性连接，其均可以根据需要进行修改以适应特定的钻柱。类似地，第一短节20的第二端22(图9)和第二短节40的第一端41(图4)也可以根据需要进行修改以适应壳体30和流动脉冲系统10。
35.参考图2，更详细地示出了激活区段100，其可以在流动脉冲系统10内使用。激活区段100包括总体上与流动脉冲系统10的轴线15对准的轴线115、从轴线115偏移的轴线215、筛网110以及安装在射器160内的喷嘴140。更具体地，壳体30具有第一端31和与第一端31相反的第二端32(如图4所示)以及与壳体30同心的孔33，它们都沿轴线115在端部31、32之间延伸。筛网110沿轴线115定位在第一端31附近，而喷嘴140和射器160沿轴线215定位在筛网110与第二端32之间的位置处。
36.参考图2和图3，更详细地示出了转子区段200，其包括与轴线215对准的转子210和与轴线115对准的定子230。通常，转子210和定子230是容纳在孔33内的管状构件，其中，转子210至少部分地定位在定子230内。更具体地，定子230包括第一端232和与第一端232相反的第二端234，并且包括在端部232、234之间延伸的径向内表面236。定子230在端部31、32之间的位置处在孔33内联接到壳体30，并且包括沿着径向内表面236轴向间隔开的多个叶形空腔240。所述多个叶形空腔240导致内表面236的直径沿定子230的长度顺序地扩大和缩小。转子210也是管状构件，其包括第一端212、与第一端212相反的第二端214、本体216和孔218。本体216和孔218均与轴线215对准，并在端部212、214之间延伸。转子210还包括从本体216径向向外延伸的凸叶件224，其中，凸叶件224沿轴线215以大致螺旋方式布置并且在端部212、214之间延伸。当在如图2和图3所示的截面中观察时，螺距被选择成使得凸叶件224围绕轴线215的一整圈360度旋转与叶形空腔240之间的距离一致。如所描述的，在本实施例中示出了单个连续的凸叶件224，然而，其他实施例可以使用螺旋地布置的多个凸叶件，或者可以使用未形成螺旋状的多个单独的凸叶件。在一些实施例中，转子210的凸叶件224可以比沿定子230的叶形空腔240的数量少一个。在所有情况下，当在截面图中被视为用于讨论转子210几何形状的简写时，凸叶件224可以被称为单独的凸叶件。例如，在图3中，转子210包括11个凸叶件224。径向内表面236、叶形空腔240和凸叶件224的相对尺寸被选择成使得转子210能够可旋转地布置在定子230内。凸叶件224与叶形空腔238之间的径向间隙限定空腔238。
37.参考图4，更详细地示出了阀区段300，其包括与转子210的轴线215对准的部件以及与轴线315对准的部件，该轴线315总体上与流动脉冲系统10的轴线15对准。通常，与轴线215对准的部件被联接到转子210并因此在壳体30内随转子210移动，而与轴线315对准的部件相对于壳体30和第二短节40保持静止。更具体地，与轴线215对准的阀区段300部件包括振荡阀适配器310和振荡阀端口区段340。此外，与轴线315对准的阀区段300部件包括固定阀端口区段360和固定阀适配器380。
38.参考图5和图6，更详细地示出了筛网110，并且该筛网110包括轴线115、第一端112、以及与第一端112相反的第二端114。此外，筛网110包括从第一端112沿轴线115延伸的联接表面116、从第二端114沿轴线115延伸的筛网壳体120、以及在该联接表面116和筛网壳体120之间延伸的本体118。在一些实施例中，联接表面116包括螺纹并且具有比本体118小的直径，并且环形肩台132在联接表面116和本体118之间产生径向过渡。而且，可以沿本体118设置有平坦部119，以允许将扭矩施加到联接表面116的螺纹。孔122从第一端112延伸，穿过联接表面116和本体118内部，同时内表面123从第二端114延伸并穿过筛网壳体120内部而与孔122相交。倒角130在内表面123与孔122之间过渡，同时倒角128沿着孔122被包括在第一端112处。筛网壳体120和内表面123大致为截头圆锥形状的，第一端112附近的入口
直径124大于第二端114处的出口直径126。此外，筛网壳体120包括穿过筛网壳体120的筛网元件或狭槽134。在本实施例中，筛网元件134包括围绕轴线115周向分布的多个细长通道，这些细长通道均具有与轴线115对准的长轴线。然而，其他实施例可以包括在筛网元件134内以不同方式布置的不同形状的通道(例如，相对于轴线115径向延伸的多个圆形通道)。
39.参考图7和图8，更详细地示出了射器160，并且该射器160总体上相对于轴线215对称。更具体地，射器160包括第一端162、与第一端162相反的第二端164、以及沿轴线215轴向延伸的多个特征件(包括从第一端162延伸的头部166、从头部166延伸的颈部168、在颈部168附近的第一径向外引导区段174、在第二端164附近的第二径向外引导区段182、以及朝向第二端164变窄的截头圆锥形尖端184)。在本实施例中，头部166具有比颈部168大的直径，并因此在头部166与颈部168之间形成肩台170。此外，第一径向外引导区段174和第二径向外引导区段182具有比射器160的附近区段大的直径，并因此包括各种直径过渡部。更具体地，在本实施例中，使用了倒角型过渡部并且包括过渡部172、176和180。出于在随后的描述中将更明显的原因，第一径向外引导区段174和第二径向外引导区段182沿轴线215间隔开，并在二者之间设置有具有减小直径的减压部178。此外，第一径向外引导区段174还包括沟槽(gland)186，该沟槽186沿第一径向外引导区段174的外圆柱表面布置并且在该沟槽186中容纳一个环187(例如，o形环)。
40.关于射器160的内表面，射器160还包括从第二端164延伸到颈部168中的孔188、从第一端162延伸的内联接表面190以及在孔188和内联接表面190之间延伸的第二孔192。在本实施例中，内联接表面190具有螺纹并且具有比第二孔192大的直径，因此在内联接表面190和第二孔192之间形成肩台194。
41.仍然参考图7和图8，喷嘴140被示出为安装在射器160的第一端162内。更具体地，喷嘴140关于轴线215轴向对称，并且包括第一端142、与第一端相反的第二端144以及在端部142、144之间延伸的外联接表面146。喷嘴140还包括从第一端142延伸的驱动器154以及在端部142、144之间延伸的内喷嘴轮廓150。更具体地，内喷嘴轮廓150包括在第一端142处的入口148和在第二端144处的出口152。在本实施例中，入口148具有比出口152小的直径，并因此可以被认为是扩散喷嘴，其中，从入口148行进到出口152的流体将经历流速的降低和相关的压力增加。然而，在其他实施例中，入口148可以设有等于或大于出口152的直径。入口148的直径、出口152的直径和内喷嘴轮廓150的形状将以各种组合和尺寸来提供，因为通过喷嘴140的流体流动将影响在流动脉冲系统10内沿各个区段的流动，如下面将更全面地讨论的。
42.当喷嘴140安装在射器160内时，喷嘴140的外联接表面146与射器160的内联接表面190联接。驱动器154可以用于施加扭矩以将多个节段螺纹连接在一起，直到喷嘴140的第二端144与射器160的肩台194邻接。密封件196(例如，o形环密封件)可以沿着第二端144设置，以防止围绕喷嘴140的外周的流体泄漏，和/或替代的密封件196(未示出)可以根据需要而沿着喷嘴140的其他区段(例如，在喷嘴140的第一端142附近)设置。
43.参考图9，激活区段100被示出为处于停用状态或停用位置，在该停用状态或停用位置，射器160未定位在转子210内。第一短节20被示出为联接到壳体30和筛网110，该壳体30和筛网110均沿着轴线115对准。更具体地，第一短节20包括从第二端22延伸的外联接表面24，其与壳体30的内联接表面34联接。第一短节20上的肩台26与壳体30的第一端31邻接
以限制二者之间的轴向位置，同时密封件29在其间提供孔密封。第一短节20还包括从第二端22在第一短节20内延伸的内联接表面28。当联接表面116接合内联接表面28时，筛网110与第一短节20联接，并且，随着筛网110的环形肩台132邻接第一短节20的第二端22，确立了筛网110与第一短节20之间的轴向位置。如前所述，定子230在壳体30的孔33内被联接在固定位置处，同时转子210容纳在定子230内。转子210的第一端212被置于筛网110的第二端114附近并且在某些情况下与第二端114邻接接触。
44.参考图10和图12，示出了振荡阀311，其包括振荡阀适配器310和振荡阀端口区段340。一般来说，振荡阀端口区段340配合在振荡阀适配器310内以形成振荡阀311。更具体地，振荡阀适配器310包括第一端312、沿着轴线215与第一端312相反的第二端314、从第一端312延伸的联接表面316、从第二端314延伸的本体318、以及在联接表面316和本体318之间径向延伸的外肩台320。在一些实施例中，联接表面316可以包括螺纹。此外，通孔322从第一端312沿轴线215延伸以与从第二端314沿轴线215延伸的第二孔324会合。第二孔324是盲孔，其终止于本体318内以形成内肩台326。
45.振荡阀端口区段340包括第一端342、沿轴线215与第一端342相反的第二端344、以及在端部342、344之间延伸的本体346。更具体地，本体346从第一端342沿第一区域以恒定直径延伸，然后在第二端344附近扩大成增加的直径。振荡阀端口区段340还包括从第一端342沿轴线215延伸的孔348，该孔348与从第二端344沿轴线215延伸的中心端口350会合。过渡部352设置在孔348与中心端口350之间，并且在本实施例中被形成为截头圆锥形状，其直径在第二端344附近减小。孔口354被形成为本体346中的通孔，其以相对于轴线215成一定角度延伸到孔348中。在一些实施例中，孔口354将朝向第二端344成角度(例如，径向内侧部分更靠近第二端344定位)，其中，孔口354的部分沿着过渡部352延伸。振荡阀端口358从第二端344延伸并包括入口356，该入口356延伸到本体346的径向外表面。在一些实施例中，振荡阀端口358相对于轴线215轴向延伸，同时，入口356朝向第二端344以一定角度延伸(例如，径向内侧部分更靠近第二端344定位)。如图10最佳地示出的，多个振荡阀端口358和多个入口356可以沿着第二端344设置，并且可以相对于轴线215沿周向分布。例如，在本实施例中，四个振荡阀端口358和四个入口356以九十度的间隔分布。
46.为了形成振荡阀311，振荡阀端口区段340联接到振荡阀适配器310。更具体地，振荡阀端口区段340的本体346被配合在振荡阀适配器310的第二孔324内，其中，振荡阀端口区段340的第一端342邻接振荡阀适配器310的内肩台326。在一些实施例中，第二孔324与本体346之间的配合可以是压配合，这需要在组装装配期间的表面之间的相对加热。
47.参考图11和图12，示出了固定阀361，其包括固定阀端口区段360和固定阀适配器380。一般来说，固定阀端口区段360配合在固定阀适配器380内以形成固定阀361。更具体地，固定阀端口区段360包括第一端362、沿轴线315与第一端322相反的第二端364、以及在端部362、364之间延伸的本体366。在所示的实施例中，本体366在第二端364附近具有恒定直径部分，然后沿着第一端362具有增加的直径。此外，中心端口368在本体366内从第一端362延伸并与从第二端364延伸的锥形部370会合。更具体地，锥形部370具有截头圆锥形轮廓，其直径在轴向远离第二端364的位置处增加。固定阀端口372沿着第一端362设置在从轴线315偏移的位置处，这些固定阀端口372相对于轴线315沿周向分布(如图11最佳地示出的)，并延伸到本体366中以与由锥形部370形成的内腔会合。在本实施例中，设置有四个固
定阀端口372并且它们以九十度的间隔分布。固定阀端口372可以在平行于轴线315的方向上延伸到本体366中或者可以以一定角度延伸。例如，固定阀端口372可以在第二端364附近的位置处朝向轴线315会聚。
48.固定阀适配器380包括第一端382、沿轴线315与第一端382相反的第二端384、从第一端382延伸的本体386、从第二端384延伸的密封件接收部分394、以及在本体386和密封件接收部分394之间延伸的联接表面398。更具体地，本体386、联接表面398和密封件接收部分394总体上都是关于轴线315对称的圆柱形特征件，它们与径向定向的肩台连接。肩台400形成在本体386与联接表面398之间，同时，肩台396形成在联接表面398与密封件接收部分394之间。环形凹槽401(接纳密封件402)在第二端384附近形成在密封件接收部分394中并且沿着轴线315轴向间隔开。在一些实施例中，联接表面398可以包括螺纹。此外，第一孔388从第一端382沿轴线315延伸并终止于本体386内以形成内肩台390，同时第二孔392从第二端384沿轴线315延伸以与第一孔388相交。
49.为了形成固定阀361，固定阀端口区段360联接到固定阀适配器380。更具体地，固定阀端口区段360的本体366被配合在固定阀适配器380的第一孔388内，其中，固定阀端口区段360的第二端364邻接固定阀适配器380的内肩台390。在一些实施例中，第一孔388与本体366之间的配合可以是压配合，这需要在组装配合期间的表面之间的相对加热。
50.参考图4和图12，阀区段300在壳体30的孔33内容纳振荡阀311和固定阀361。如前所述，阀区段300包括与可移动转子210重合的轴线215、以及与壳体30和第二短节40同心的固定轴线315。更具体地，振荡阀311在其联接到转子210时与轴线215对准，同时，固定阀361在其联接到第二短节40时与轴线315对准。以这种方式，轴线215从轴线315的偏移以及任何其他偏移轴线可以被称为“偏心”，这样的术语也适用于诸如振荡阀311和固定阀361等的、相对于彼此轴向偏移的部件。当转子210的第二端214与振荡阀311的外肩台320邻接时，振荡阀311的联接表面316与转子210的振荡阀联接表面228联接。
51.固定阀361在第二短节40的第一端41附近部分地配合在第二短节40内。更具体地，当固定阀361和第二短节40沿着表面47、398接合并沿着第一端41和肩台400邻接时，固定阀361的密封件402沿着第二短节40的孔48进行密封。
52.在转子210沿轴线215施加推力的操作期间，沿着振荡阀311的第二端344的平坦面和沿着固定阀361的第一端362的平坦面邻接并总体上密封。此外，随着转子210在定子230内旋转，转子也经历章动运动(nutating motion)，其中，轴线215基于转子210以及相互作用的凸叶件224与叶形空腔240的偏心率而相对于轴线315以椭圆或轨道图案移动。考虑到由转子210施加的推力和章动运动的这种组合，由于振荡阀311也相对于固定阀361章动，所以在阀311、361的平坦邻接面处发生滑动。作为本文中的简写，部件在流动脉冲系统10内的章动运动可以替代地被称为“旋转”。此外，本领域普通技术人员将会理解，在不脱离本文中公开的操作原理的情况下，所述章动运动可以被修改(例如，通过改变转子210和定子230的尺寸)。在一些实施例中，随着转子210在定子230内旋转，轴线215的路径将形成内摆线。
53.参考图13，激活区段100被示出为处于停用状态或停用位置，其中，射器160未安装在转子210内。一般来说，在停用状态下，转子210仅在定子230内缓慢旋转，结果，流动脉冲系统10可能仅产生少量脉动流。
54.在钻井操作期间，钻井泥浆可以被引入钻柱(未示出)的孔或环空内，并赋予从第
一短节20延伸到激活区段100中的上游流500。上游流500总体上沿轴线115流动并因此趋于继续该流动方向通过筛网110并主要作为孔流502行进到转子210内的孔218中。由于孔流502下游的受限流动限制，所以出现阻碍孔流502的相对较小的背压，并且通常，这种停用状态可能导致穿过整个流动脉冲系统10的仅20至80psi的压力损失。在一些流动状态下，转子210的孔218内可能出现背压，这将使一些环空流504偏流通过筛网110的筛网元件134。然后，环空流504在转子210与定子230之间向下游移动，从而导致转子210的一些旋转，即使在停用状态下也是如此。为了清楚起见，筛网110与转子210之间的间隙被夸大示出，并且在应用中可以接近邻接接触，从而任何环空流504将穿过筛网元件134。这种构造可以有助于防止转子210与定子230之间的颗粒堵塞。例如，上游流500内的堵漏材料将趋于被引导到孔218中，并远离转子210与定子230之间的相对较小的通道。此外，筛网壳体120的锥形形状可以趋于防止筛网元件134的堵塞，并且在效果上可以是“自清洁”的。而且，筛网110的紧密定位可以为转子区段200提供额外的操作益处，因为当筛网110的第二端114邻接转子210的第一端212时，转子210可能受到轴向运动的约束。在一些流动状态期间，即使在筛网110被构造成维持端部114、212之间的间隙时，转子210也可能趋于“反冲(kick back)”并因此对筛网110施加推力。
55.参考图14，激活区段100被示出为处于激活状态或激活位置，其中，射器160安装在转子210内。在激活状态下，附加的上游流500被引导到环空流504以增加转子的旋转210，这导致流动脉冲系统10产生增加的脉冲流。脉冲频率和幅度与环空流504的流速有关，环空流的流速可通过选择用于射器160的特定喷嘴140而部分地控制。更具体地，当射器160沿着转子210的座部222配合时，环187可以沿着转子210的第二孔220密封，且基本所有通过转子210的孔流502都将穿过喷嘴140，并且背压(例如，通过喷嘴140的压头损失或压降)然后将驱动更大的环空流504，这使转子210以更高的频率旋转。通过提供多种喷嘴140构造，一旦钻柱已经在部分钻好的井筒内就位，流动脉冲系统10的用户就能够选择适合于特定井下状态的流动脉冲频率和幅度。因为通过流动脉冲系统10的总压力损失趋于随着环空流504的增加而增加，所以流动脉冲系统10的用户可以选择具有内喷嘴轮廓150(如图8所示)的喷嘴140，其优化了流动脉冲频率和幅度，同时平衡了流动脉冲系统10上的总压降。此外，也可以改变孔口354(图12)的直径和钻井泥浆性质(例如，重量和粘度)以影响脉冲频率和幅度。这种针对相关压降平衡该流动脉冲系统10性能的能力在操作期间可能是有利的，因为在钻井操作之前可能不知道或无法预测所需的精确流动脉冲频率和幅度。此外，即使用户确实预先知道将需要什么频率和幅度，这种开/关可选择性也可以允许用户仅在需要时接合该流动脉冲系统10，并因此保留钻机上的地面设备的泵送压力要求。
56.此外，如图13所示，激活区段100可以返回到停用状态，因为射器160可以选择性地从转子210的座部222脱离。更具体地，单独的工具(例如，缆线工具或拉拔器，未示出)可以用于沿着肩台170和/或颈部168抓持该射器160并施加拉力以收回该射器160。在一些实施例中，转子210的第一端212与筛网110的第二端114之间的紧密接近可以是有利的，因为二者之间的邻接接触可以压缩地抵抗被施加到射器160的拉力。在收回该射器160之后，钻井操作可以在不操作流动脉冲系统10的情况下继续进行，因此降低了流动脉冲系统10上的总压降，或者射器160的喷嘴140可以被重新配置以选择与最初使用的流动脉冲频率或幅度不同的流动脉冲频率或幅度。在钻井操作期间，可以根据需要重复对射器160的这种顺序收回
和重新配置。
57.参考图15，阀区段300被示出为处于停用状态，其中，射器160未安装在转子210内。如前所述，在停用状态下，孔流502大于环空流504，因此，总上游流500的大部分被引导在中心端口350、368之间，其可以被配置成仅产生小的脉冲流。更具体地，中心端口流508分别被限定在振荡阀端口区段340和静止阀端口区段360的中心端口350、368之间。阀端口流510被限定在振荡阀端口358与固定阀端口372之间。下游流512被限定为离开固定阀适配器380并进入第二短节40中的流并且包括流508、510的总和。流506还被示出穿过孔口354，在一些流动配置中，该孔口354可以提供孔流502与环空流504之间的流动路径。例如，如下文将更充分讨论的，当喷嘴140将流引导至环空流504而端口358、372之间存在限制或完全阻塞阀端口流510的阻塞时。
58.参考图16至图18，示出了与轴线315对准的轴向视图，以示出振荡阀端口区段340和固定阀端口区段360的相对位置。更具体地，每个图示出了沿着区段340、360的邻接面的端口位置，以示出当振荡阀端口区段340相对于固定阀端口区段360的固定位置而随着转子210章动时的阀重叠部。而且，点p示出了区段340、360在每个振荡阀端口区段340位置上接触或最接近接触的位置。中心端口重叠部520被限定为中心端口350、368之间的开放通道，而第一端口重叠部522、第二端口重叠部524、第三端口重叠部526和第四端口重叠部528被限定在所述多个振荡阀端口358和固定阀端口372之间。如图16所示，在端口358、372的某些布置中，端口重叠部522、524、526、528之间的面积可能不相等，并且端口重叠部522、524、526、528的面积的相对大小可以根据振荡阀端口区段340位置而变化，例如图17所示。总体而言，端口重叠部522、524、526、528的面积之和影响阀端口流510(如图15所示)，而中心端口重叠部520的面积影响中心端口流508(如图15所示)。端口重叠部522、524、526、528和中心端口重叠部520相对于转子1210位置(例如，相对于时间)的变化一起在下游流512中产生周期性流动压力脉冲。图16示出了端口重叠部522、524、526、528的具有最大总面积的位置，该位置可以替代地被称为阀区段300的“完全打开位置”。图17示出了阀区段300的“部分打开位置”，其中，端口重叠部522、524、526、528的总面积小于所述完全打开位置的最大总面积。图18示出了阀区段300的“完全关闭位置”，其中，不存在端口重叠部522、524、526、528。
59.参考图15至图18，在停用状态下，其中，射器160未安装在转子210内，孔流502大于环空流504，因此，通过中心端口重叠部520的中心端口流508大于通过端口重叠部522、524、526、528的阀端口流510。尽管在一些实施例中，中心端口流508和阀端口流510通过阀区段300的流动面积相当，但在停用状态下，中心端口流508仍将大于阀端口流510，因为环空流504沿着转子区段200的压降比孔流502高。小的环空流504导致转子210仅轻微旋转，中心端口重叠部520仅轻微变化，并因此在下游流512中仅有轻微压力脉冲。此外，在一些实施例中，即使转子210旋转，中心端口重叠部也可以配置成相对于转子位置具有很小或没有面积变化。流506也可以流出孔348并有助于阀端口流510，然而，该流仍将不会产生流脉冲，因为该“旁通”流将不会使转子210旋转，因此将不会改变端口重叠部522、524、526、528。
60.仍然参考图15至图18，在激活区段100处于激活状态之后，在射器160安装在转子210内的情况下，环空流504相对于停用状态增加了。随着端口重叠部522、524、526、528的面积减小，环空流504导致阀端口流510并且间歇地转向到流506。可以调节孔口354的直径以提供适当的“旁通”流，并且在一些实施例中，可以完全省略孔口354。如前所述，孔流502的
大小取决于喷嘴140的选择，并且在一些配置中可能与环空流504相比仍然较大，因此中心端口流508也将相对较大。在这种配置中，中心端口重叠部520可能会或可能不会对压力脉冲有贡献，这取决于中心端口350、368的相对大小和位置。
61.以所描述的方式，本文中公开的实施例包括用于使用流动脉冲系统的系统和方法，该流动脉冲系统可以在井筒钻探已经开始之后被选择性地接合，同时钻柱保持布置在井筒内。此外，本文中公开的系统和方法允许选择性地调节流动脉冲系统的频率和幅度，以及用于选择性地脱离和/或重新配置该频率和幅度的系统和方法，同时该流动脉冲系统保持布置在井筒内。以这种方式，可以选择性地控制通过流动脉冲系统10的总压力损失。此外，本文中公开的系统和方法提供了可以在完全打开位置、部分打开位置和完全关闭位置之间操作的阀端口，这可以提供改进的压力脉冲响应。随着阀端口区段340、360循环通过所述打开位置、部分打开位置和关闭位置，振荡阀端口区段340相对于固定阀端口区段360章动。更进一步，本文中公开的系统和方法在材料(例如堵漏材料或分流器)被引入井筒中时防止该流动脉冲系统的堵塞。
62.尽管已经示出和描述了示例性实施例，但本领域技术人员可以在不脱离本文的范围或教导的情况下对其进行修改。例如，可以设想到，筛网110可以沿筛网壳体120具有不同的非锥形形状。此外，筛网元件134可以被修改为包括多个通孔，例如径向定向的圆形通孔。还可以设想到，射器160可以用孔密封环的不同组合(例如环187)与转子210密封，或者可以在邻接的环形肩台之间使用面密封环。也可以包括这样的邻接肩台以防止或控制尖端184与座部222之间的锥形锁定程度。此外，可以设想到，流动脉冲系统10可以设置在恒定激活状态下，其中，射器160和喷嘴140不能被从转子210的孔218中移除。例如，可以通过将射器160焊接到转子210或者替代地通过省略射器160并将喷嘴140直接与转子210联接来产生这样的实施例。因此，喷嘴140也可以与转子210以不可移除方式联接(例如，焊接)或者可以作为转子210的一部分来生产。可以设想到振荡阀311和固定阀361内的端口的替代形状和布置，因为孔口354的直径和所述重叠部(例如中心端口重叠部520和重叠部522、524、526、528)将控制在幅度与时间关系图(amplitude verses time plot)上产生的压力脉冲的“形状”。例如，相对于时间具有大变化率的端口重叠部可以产生接近方波的压力脉冲形状，也具有相对于时间的大变化率，而变化较慢的端口重叠部可以产生变化较缓的压力脉冲形状。因此，可以调整这些压力脉冲形状以最大化冲击工具的性能，同时还优化了被施加到泵送设备和钻柱内的机械部件的应力。此外，例如，如果使用凸叶状外轮廓，则可以省略振荡阀311和/或固定阀361内的端口，这是因为凸叶件之间的空间可以用作端口。因此，本文中描述的实施例仅是示例性的而不是限制性的。本文中描述的系统、设备和过程的许多修改和变型是可能的，并且在本公开的范围内。因此，保护范围不限于本文中描述的实施例，而是仅受所附权利要求书限制，其范围应包括各权利要求的主题的所有等效形式。除非另有明确说明，否则方法权利要求中的步骤可以以任何顺序执行。在方法权利要求中的步骤之前引用的标识符(例如(a)、(b)、(c)或(1)、(2)、(3)等)并非旨在指定而且也不指定这些步骤的特定顺序，而是用于简化随后对这种步骤的引用。