專利名稱：傳輸磁性材料顆粒的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種按選定的方向傳輸磁性材料顆粒的裝置。在許多技術(shù)領(lǐng)域都要求能傳輸磁性材料顆粒，比如，從液流中或連續(xù)的網(wǎng)格清掃操作中不斷地分離順磁的顆粒。在后面的描述中，磁性材料顆粒可理解為受磁鐵吸引的顆粒，該磁鐵的磁場延伸到這些顆粒所在的區(qū)域。
因此本發(fā)明的一個目的是提供一種按選定的方向傳輸磁性材料顆粒的裝置。
根據(jù)本發(fā)明的裝置包括一個用于支撐這些顆粒的具有支撐表面的支撐元件，該支撐表面按選定的方向延伸；一個磁鐵用于產(chǎn)生磁場以保持磁性顆粒在該支撐表面上，相對于支撐表面的其它區(qū)域的磁場場強(qiáng)，該磁場在支撐表面上至少有一個場強(qiáng)減小的區(qū)域；一些驅(qū)動裝置用于以一個方向相對于支撐表面移動場強(qiáng)減小的每一個區(qū)域，該裝置在選定方向上有一個組件。
當(dāng)磁性材料顆粒送到該支撐表面時，在場強(qiáng)減小的區(qū)域作用在這些顆粒上的磁力小于所述的區(qū)域以外的地方，這是可以達(dá)到的。于是，與所述的區(qū)域相比這些顆粒更趨向于附著在所述的區(qū)域以外的支撐表面上，并且，當(dāng)相對于該支撐表面移動場強(qiáng)減小的區(qū)域時，這些顆粒趨向于追隨這種運(yùn)動。比如，磁性材料可以是具有鐵磁性、鐵氧體磁性、或者順磁性的材料。
在本發(fā)明的一個有吸引力的實(shí)施例中，所述的顆粒是磨料顆粒，并且該裝置成為挖掘工具的一部分，該工具包括具有混合腔的噴射系統(tǒng)，該混合腔具有一個液體的第一進(jìn)口、一個磨料顆粒的第二進(jìn)口和一個出口噴嘴，在使用該工具挖掘期間，該噴嘴將液流和磨料顆粒噴射到挖掘物上，并且該裝置布置成支撐表面暴露在所述的液流的下游并受到?jīng)_刷挖掘物的液流的沖擊，并且該裝置將顆粒朝所述的第二進(jìn)口傳輸。
該工具適合成為一種鉆孔工具用于在地層中打孔，并且所述的挖掘物形成了孔壁或孔底。
另外，該工具也可以成為一種研磨工具用于研磨開掘管形井筒，并且所述的挖掘物形成了管形井筒的井壁。參考附圖，借助實(shí)例，下面將更詳細(xì)地描述本發(fā)明，附圖中

圖1為本發(fā)明的裝置的實(shí)施例的透視圖。圖2為圖1的實(shí)施例使用的磁鐵的示意圖。圖3為圖1的實(shí)施例使用的另一種磁鐵的示意圖。圖4為結(jié)合了本發(fā)明裝置的鉆孔工具的側(cè)視圖，局部為剖面圖。圖5為圖1的實(shí)施例使用的磁鐵的裝配示意圖。
圖中，類似的標(biāo)號表示類似的元件。
在圖1中，示出了一個圓柱形磁鐵，同軸地裝在圓柱形套筒2內(nèi)。在磁鐵1的外表面有一些螺旋形的凹槽3。磁鐵1有一根縱向中心軸線4，磁鐵1可以繞該軸線相對于套筒2轉(zhuǎn)動。磁鐵1和套筒2之間的間隙小于每個凹槽3的寬度。
在圖2中，示出了從套筒2中移出的磁鐵1。
在圖3中，示出了在套筒2內(nèi)使用的另一種磁鐵5，磁鐵5與磁鐵1大致相似，只是磁鐵5的螺旋形凹槽6在套筒軸線的中間改變了螺旋的方向。與磁鐵1相似，磁鐵5可以繞縱軸線4相對于套筒2轉(zhuǎn)動。
參見圖4，圖中示出一套鉆孔工具7，與鉆具組(未示出)的下端相連，延伸到地層9的鉆孔8中。該鉆孔工具包括一個長的外套10，該外套有一縱向的鉆孔液通道11，其一端與鉆具組內(nèi)的鉆孔液通道的液體相連通，而它的另一端通過鉆孔液進(jìn)口14與混合腔12的液體相連通。當(dāng)鉆孔工具7在孔8內(nèi)鉆孔期間，該混合腔與磨料顆粒進(jìn)口16的液體連通，并且與出口噴嘴18液體連通，以噴出鉆孔液流和磨料顆粒沖擊地層9。出口噴嘴布置成與鉆孔工具的縱向相傾斜，相對于垂直線的傾斜角為15-30°，優(yōu)選地為21°。外套10的下端設(shè)有支撐腿19，用于將鉆孔工具7支撐在鉆孔8的底部。
用于傳輸磨料顆粒的圓柱形裝置20與外套10相連，并且大致上平行于鉆孔液通道11延伸。裝置20包括一個相對于外套10固定安裝的圓柱形套筒21，并且設(shè)有以螺旋狀繞在套筒21周圍的非磁性材料的兩條板片24a、24b構(gòu)成的導(dǎo)向元件。板片24a的下端布置在磨料顆粒進(jìn)口16附近。
參見圖5，一個圓柱形磁鐵28由三個疊在一起的較小的磁鐵28a、28b、28c組成，該磁鐵28同軸地安裝在套筒21內(nèi)。磁鐵28具有縱向中心軸線30，并且該磁鐵可以相對于套簡21繞縱向中心軸線30轉(zhuǎn)動。每個磁鐵28a、28b、28c有徑向相對的N極和S極，并且這些磁鐵疊堆的方式為相鄰的磁鐵的N-S極向相反。在磁鐵28的外表面有一些螺旋形凹槽32(在圖1中用虛線示出部分磁鐵28和凹槽32)。凹槽32的螺旋方向與板片24a、24b的螺旋方向相反。在磁鐵28a的下端有一個短圓錐部分34，使得磨料顆粒進(jìn)口16在圓錐部分34的外表面和混合腔12之間提供了液體連通。用于轉(zhuǎn)動磁鐵28的電動機(jī)36安裝在磁鐵28的上方，并且通過驅(qū)動軸38使它們相連，該電動機(jī)36由地面的控制系統(tǒng)(未示出)通過在鉆具組內(nèi)延伸的電纜(未示出)控制。替代方案為該電動機(jī)由裝有電池組的無線控制系統(tǒng)控制。
在圖1所示的裝置的正常使用期間，磁鐵1的磁場延伸到套筒2的外表面。由于磁鐵材料比凹槽3內(nèi)的低磁材料(氣體、液體或固體)有更高的導(dǎo)磁性，磁力線傾向于跟隨磁鐵材料而不是凹槽3內(nèi)的材料。結(jié)果為，位于凹槽3對面的套筒2部分的磁場強(qiáng)度低于在凹槽3之間的相對的磁鐵材料部分的磁場強(qiáng)度。
電動機(jī)(未示出)使磁鐵1相對于套筒2繞其縱軸線4轉(zhuǎn)動，并且同時將磁性材料顆粒送到套筒2的外表面。磁鐵1的磁吸引力將這些顆粒吸到所述的外表面上，從而在與凹槽相對的地方，該吸引力低于磁場較強(qiáng)的凹槽之間與磁鐵材料相對處的吸引力。由于磁鐵的轉(zhuǎn)動，上上下下磁力的各個部分都沿著套筒2的軸向移動，因此迫使這些顆粒追隨這種軸向運(yùn)動。這種方式使這些顆粒朝著磁鐵的一端運(yùn)動。
圖3的另一種磁鐵5的正常使用與圖1的磁鐵的正常使用相似，只是由于在套筒的中間凹槽改變了螺旋的方向，由磁力傳輸?shù)倪@些顆粒朝向套筒的軸向的中間，或者根據(jù)磁鐵的轉(zhuǎn)動方向遠(yuǎn)離中部。很明顯，螺旋凹槽改變方向的軸向位置可以根據(jù)需要移到顆粒要去的位置或者來的位置。
在圖4、5的鉆孔工具的正常使用期間，地面上適用的泵(未示出)通過鉆具組的液體管道和液體通道11，將鉆孔液流泵入混合室12。在泵送初期，液流中帶有許多鐵磁材料的磨料顆粒，比如鋼?；蜾摲?。該液流從混合室12流入出口噴嘴18并且被噴射到孔的底部(如標(biāo)號40所指)。同時，轉(zhuǎn)動鉆具組使孔的底部被沖平，由于出口噴嘴18的傾斜方向，孔底40有一個錐形的中心部分42。液流和磨料顆粒從孔底40向上流入鉆孔8并且流過套筒21。
泵入鉆孔液流的同時，電動機(jī)36工作，以便通過軸38沿左手方向(從鉆具組的上部看)轉(zhuǎn)動磁鐵28。與圖1-3的實(shí)施例相似，磁鐵28的磁場延伸到套筒21的外表面。由于磁鐵材料的導(dǎo)磁性比凹槽32中的材料(或真空)的導(dǎo)磁性更高，磁力線趨向于追隨其磁鐵材料而不是凹槽32中的空氣。結(jié)果為，位于凹槽32對面的套筒21部分的磁場強(qiáng)度低于與在凹槽32之間的的磁鐵材料部分相對的部分的磁場強(qiáng)度。
隨著液流流過套筒21，磁鐵28的磁力使液流中的磨料顆粒從液流中分離出來，并且該磁鐵將這些顆粒吸到套筒21的外表面。基本沒有磨料顆粒的鉆孔液流進(jìn)一步通過鉆孔8流到地面的水泵，并且在除去鉆孔的殘渣之后通過鉆具組循環(huán)。
在與凹槽32相對的地方，作用在磨料顆粒上的磁力低于磁場較強(qiáng)的、與凹槽32之間與磁鐵材料相對部分的磁力。由于磁鐵28的轉(zhuǎn)動，較低和較高磁力的各個部分都向下移動，因此迫使這些顆粒追隨這種向下移動。板片24a、24b引導(dǎo)這些顆粒沿著套筒21的外表面向下螺旋運(yùn)動。當(dāng)顆粒到達(dá)入口16時，流入混合腔12的鉆孔液流再次吸入這些顆粒。在下一次循環(huán)中，磨料顆粒再次被噴射到鉆孔底，并且隨后向上流入孔內(nèi)。然后，不斷地重復(fù)這種循環(huán)。以這種方式，因?yàn)檫@種循環(huán)只是通過鉆具組的下部，鉆具組/泵設(shè)備基本上免除了由磨料顆粒引起的損壞，而鉆孔液流通過整個鉆具組和泵設(shè)備循環(huán)。在顆粒的部分穿過孔流到地面的情形下，通過流入鉆具組的液流再次將這小部分帶回。
取代含有氣體、液體或固體的凹槽，凹槽中也可以是真空的。
權(quán)利要求
1.一種按選擇的方向傳輸磁性材料顆粒的裝置，該裝置包括一個具有用于支撐這些顆粒的支撐表面的支撐元件，該支撐表面按選定的方向延伸；一個磁鐵，用于產(chǎn)生磁場以保持磁性顆粒在該支撐表面上，相對于支撐表面的其它區(qū)域的磁場強(qiáng)度，該磁場在支撐表面上至少有一個磁場強(qiáng)度減小的區(qū)域；驅(qū)動裝置，用于沿一個方向相對于支撐表面移動場度強(qiáng)度減小的每一個區(qū)域，該方向在選定方向上有一個分量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其特征在于該磁鐵是一永久磁鐵，并且磁場強(qiáng)度減小的每個區(qū)域相當(dāng)于至少磁鐵和磁鐵與支撐表面之間的間隙之一的導(dǎo)磁性減小的區(qū)域。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的裝置，其特征在于磁場強(qiáng)度減小的每個區(qū)域?qū)?yīng)于磁鐵外表面的一個凹槽。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的裝置，其特征在于磁鐵基本上是圓柱形的，并且每個凹槽由磁鐵上的螺旋凹槽形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的裝置，其特征在于包括在磁鐵上選定的軸向位置和圓柱形磁鐵一端之間延伸的所述的第一螺旋凹槽，和在選定的軸向位置和圓柱形磁鐵另一端之間延伸的所述的第二螺旋凹槽，這兩個所述的螺旋凹槽有相反的方向。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5的裝置，其特征在于支撐元件形成一個基本上為圓柱形的套筒，同軸地布置在該磁鐵周圍。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的裝置，其特征在于驅(qū)動裝置包括一電動機(jī)，用于使該磁鐵相對于套筒繞其縱向中心軸線轉(zhuǎn)動。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7的裝置，其特征在于該套筒有一導(dǎo)向面，該導(dǎo)向面以螺旋形繞在套筒外面，并且其方向與和該導(dǎo)向面相對的螺旋凹槽的方向相反。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項的裝置，其特征在于所述的顆粒是磨料顆粒，并且該裝置成為挖掘工具的一部分，該工具包括具有混合腔的噴射系統(tǒng)，該混合腔具有一個進(jìn)液體的第一進(jìn)口、一個進(jìn)磨料顆粒的第二進(jìn)口和一個出口噴嘴，在使用該工具挖掘期間，該噴嘴將液流和磨料顆粒噴射到挖掘物上，并且該裝置布置成支撐表面暴露在所述的液流中，在對著挖掘物的流的沖擊的下游，并且該裝置將顆粒朝所述的第二進(jìn)口傳輸。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的裝置，其特征在于該工具成為一種鉆孔工具用于在地層中打孔，并且所述的挖掘物形成了鉆孔的孔壁或孔底。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的裝置，其特征在于該工具是一種研磨工具，用于研磨開掘管形井筒，并且所述的挖掘物形成了管形井筒的井壁。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11和從屬于權(quán)利要求6的裝置，其特征在于當(dāng)該工具在孔內(nèi)操作時，該工具布置成套筒的縱向中心軸線基本上在孔的縱向延伸。
13.參考附圖描述的裝置。
全文摘要
一種按選定的方向傳輸磁性材料顆粒的裝置，該裝置包括一個具有用于支撐一些顆粒的支撐表面(21)的支撐元件，該支撐表面按選定的方向延伸，還包括一個磁鐵(28)用于產(chǎn)生磁場以保持磁性顆粒在該支撐表面上，相對于支撐表面的其它區(qū)域的磁場強(qiáng)度，該磁場在支撐表面上至少有一個場強(qiáng)減小的區(qū)域(32)，還包括驅(qū)動裝置(36)用于沿一個方向相對于支撐表面移動場強(qiáng)減小的每一個區(qū)域，該方向在選定方向上有一個分量。
文檔編號E21B21/00GK1471489SQ01817981
公開日2004年1月28日 申請日期2001年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月26日
發(fā)明者揚(yáng)·J·布蘭格, 揚(yáng) J 布蘭格 申請人:國際殼牌研究有限公司