具有無效行程的多功能孔下釋放工具機構的製作方法
2023-10-21 03:11:37 2
專利名稱：具有無效行程的多功能孔下釋放工具機構的製作方法
技術領域：
本發明大體涉及孔下(downhole)遠程操作的油井測井電纜(wireline)工具，並且更具體而言，涉及孔下測井電纜工具釋放機構。
背景技術：
近來，化石燃料的越來越多的使用導致鑽井技術有不可想像的發展。例如，關於鑽井平臺，能夠從豎直方向至水平方向把井鑽到期望深度且然後操縱該井現在是一般慣例。 可基於諸如地質地層或用於優化來自井的輸出的回收設計計劃的因素來改變井的方向。上面所描述的多方向鑽井能力引入了與確定井的運行參數有關的一系列的新問題。例如，在井的起用和運行中的普遍任務是將一個或多個測井電纜工具向下部署到井中， 以收集數據。測井電纜工具可測量井參數，採用攝像機來進行光學觀測，或者甚至執行放射性輻射，以評價局部地質地層。關鍵差別在於具有直的豎直方向的井中和具有從豎直方向轉變到水平方向以及可能向上朝向表面的定向的井中。如容易想像到的那樣，從具有變化的眼方向的井中收回一系列的測井電纜工具比從直的豎直井中收回同一系列的測井電纜工具更難。例如，重力與井中的彎道的彎曲部結合可導致測井電纜工具串被卡住。可出現這個問題，或者是因為工具中的一個在物理上卡在井中的彎曲部中，或者是因為將該一系列的測井電纜工具拉過該彎曲部所需的力大於附連到測井電纜工具上的線材的抗拉強度。在另一個實例中，當射孔彈爆炸時，在爆炸期間，射孔筒可變形，並且被留在井眼中。如上面描述的那樣，收回變形的射孔筒所需的力可超過附連到測井電纜工具上的線材的抗拉強度。在上面描述的情況下，期望有這樣的系統和相關聯的方法其允許在障礙物的上方釋放測井電纜工具，而在工具串被從井中移除時不破壞其餘的測井電纜工具繼續執行它們的預期任務的能力。另外，重新連接測井電纜工具而無需更換從井中收回的所有構件的能力是合乎需要的，因為在插入井中之前測試測井電纜工具串的能力的額外益處變得可行。
發明內容
根據本發明的系統和方法，通過提供具有無效行程(lost motion)設計和用於使測井電纜工具串的上部區段與留在井中的工具串的下部區段斷開的溢流閥的多功能井下釋放工具機構來解決這些需要。在斷開之後，測井電纜工具串的仍然附連到線材上的其餘部分在縮短的串從井中移除時繼續起作用。該設計還提供無破壞性的拆卸，從而允許測井電纜工具串與從井中移除的工具串的其餘部分重新連接，或者重新連接到工具串的新元件上，而無需更換在斷開點上方的工具串的元件。根據一個示例性實施例，線性運動馬達驅動的往復軸促動釋放過程的所有方面。 這些方面包括(但不限於)釋放閉鎖夾、斷開傳到串中後面的工具的電連接，以及促動溢流閥以平衡釋放室的壓力。根據另一個示例性實施例，馬達驅動的旋轉運動軸使凸輪機構旋轉，凸輪機構類似地促動釋放過程的所有方面。如上面關於線性運動過程所描述的那樣，這些方面包括 (但不限於)釋放閉鎖夾、斷開傳到串中後面的工具的電連接，以及促動溢流閥以平衡釋放室的壓力。在各種實施例中，包括在促動行程中的無效行程保護傳動系免受工具被釋放時井流體所施加的較大的壓力的影響。因此，該設計是穩定可靠和耐用的，允許重新連接或者新工具或者從井中收回的斷開的工具。
附圖示出了示例性實施例，其中圖1描繪了顯示為處於連接位置上的釋放機構，其包括電動馬達和齒輪箱；圖2描繪了顯示為處於連接位置上的釋放機構傳動系室和釋放室的放大視圖；圖3描繪了在導杆螺母前進以取得無效行程的情況下顯示的釋放機構傳動系室和釋放室的放大視圖。圖4描繪了在溢流閥開始打開且閉鎖閂(latching dog)部分地被釋放的情況下顯示的釋放機構傳動系室和釋放室的放大視圖。圖5描繪了在溢流閥打開、閉鎖閂被釋放且釋放室中的井流體壓力迫使往復軸完全打開的情況下的釋放機構傳動系室和釋放室的放大視圖。圖6描繪了在釋放機構被完全釋放且打撈頸被脫開的情況下的釋放機構傳動系室和釋放室的放大視圖。圖7描繪了使打撈頸子組件與釋放機構斷開的方法。圖8描繪了將打撈頸子組件重新連接到釋放機構上的方法。
具體實施例方式示例性實施例的以下詳細描述參照了附圖。不同的圖中的相同參考標號標識相同或類似的元件。並且，以下詳細描述不限制本發明。相反，本發明的範圍由所附權利要求限定。首先看圖1，示出了根據一個示例性實施例的釋放機構100的詳圖。如之前所論述的那樣，釋放機構100執行從測井電纜工具串中釋放一個或多個工具的各方面。這些方面包括(例如而不限於)釋放閉鎖夾124、斷開傳到串中後面的工具116/118的電連接，以及促動溢流閥120以平衡釋放室106的壓力。大體上，釋放機構由馬達/齒輪箱組件102、傳動系室104及其相關聯的構件、釋放室106及其相關聯的構件、使釋放室106與外部井流體分開的溢流閥120、使傳動系室104 和釋放室106分開的密封隔板(bullhead) 126以及往復軸108組成。往復軸108通過導杆 110組件和導杆螺母112組件來在功能上連接到馬達/齒輪箱組件102上，並且根據此示例性實施例，同時促動電氣彈簧觸頭116、閉鎖閂124和溢流閥120。傳動系室104在往復軸108的開放的無效行程區域114中容納導杆110和導杆螺母112。當溢流閥120打開且往復軸108經受井流體的全部壓力時，無效行程區域114允許往復軸108撞擊傳動系室104的最接近馬達/齒輪箱102的端部。這保護導杆110和馬達 /齒輪箱102免受損害。在另一方面，傳動系室104的鄰近溢流閥120的端部在傳動系室104的周邊的周圍提供了傳導環118。傳導環118對往復軸108提供功率連通和數據通訊傳導性，以進一步沿著測井電纜工具串而連接到額外的測井電纜工具和釋放機構100上。當釋放機構處於連接位置上時，電氣彈簧觸頭116與傳導環118接合，從而為功率連通和數據通訊連接性提供電路。在往復軸108開始朝向馬達/齒輪箱102運動時，電氣彈簧觸頭116連接到往復軸 108上，並且與傳導環118斷開。另一方面提供了密封隔板126，在釋放機構100打開溢流閥120且允許井流體通入釋放室106時，該密封隔板126防止井流體進入傳動系室104。類似地，在往復軸108的釋放端處位於密封的電連接器128的周圍的密封件防止井流體進入往復軸108。釋放室106容納打撈頸122和用於在連接操作期間將打撈頸122固持在釋放室 106中的閉鎖閂IM機構。圖1的截面圖中顯示了僅一個閉鎖閂124，但是在工具的軸線的周圍存在均等地間隔開的多個閉鎖閂。圓錐形閉鎖閂促動器130附連到往復軸108上，並且在往復軸108在連接位置上時，接合閉鎖閂124。當往復軸108開始運動到斷開位置時， 圓錐形閉鎖閂促動器130朝向溢流閥120運動，並且釋放閉鎖閂124。一旦釋放了閉鎖閂 124，往復軸108則繼續朝向斷開位置運動，並且溢流閥促動圓柱體132擠壓在溢流閥120 上，這促使溢流閥120朝向密封隔板1 運動。一旦在溢流閥120的最接近閉鎖閂124的端部處的0形環密封件與其密封的膛孔脫開，井流體則流入釋放室106中，這使釋放室106 中的壓力與環境井壓力平衡。一旦井流體進入了釋放室106，壓力就將溢流閥120和往復軸 108兩者推向馬達/齒輪箱102。無效行程已經結合到這些機構兩者中，使得當它們經受井壓力時，它們受到適當的堅固的結構構件的支承。這保護導杆110、馬達/齒輪箱102和其它精密的促動構件免受損害。由於打撈頸122的內部和外部的壓力被平衡，可從打撈頸122 的周圍容易地拉動釋放室106，從而完成斷開。溢流閥120上的最接近傳動系室104的端部處的密封件仍然被接合，以確保溢流閥120被井壓力驅動到完全打開位置上，因此加快溢流過程，以及還保護更加精密的促動構件免受損害。在釋放機構100的另一方面，電動馬達102通過高速率齒輪箱102來使導杆110 旋轉。導杆110沿著往復軸108的軸線或者向上或者向下驅動導杆螺母112。當導杆螺母 112被驅動遠離馬達/齒輪箱102而到達行程的終點時，附連到打撈頸122上的測井電纜工具被連接。當導杆螺母112被驅動向馬達/齒輪箱102而到達行程終點時，附連到打撈頸 122上的測井電纜工具被釋放。當然，本領域技術人員將認可，根據其它備選的示例性實施例，倒轉導杆螺母112被驅動所沿方向與打撈頸122的連接/釋放模式之間的關係可為可行的。導杆螺母112被捕捉在往復軸108包含的區域內，但根據此示例性實施例，未被剛性地保持。釋放機構設計100在導杆螺母112的兩側中的任一側包括自由空間，從而在促動行程中產生無效行程114或間隙(backlash)。往復軸108穿過密封隔板126，該密封隔板1 在釋放機構100內限定兩個不同的室。在密封隔板126的馬達/齒輪箱102側的傳動系室104從未被井流體進入。當執行測井電纜工具斷開時，在密封隔板126的遠離傳動系室104的另一側的釋放室106變得充滿井流體。在傳動系室104中，往復軸108保持在絕緣外殼內，該絕緣外殼在密封隔板1 附近的端部處裝配有傳導環118。當往復軸108在連接位置上時，往復軸108被對準，使得電氣彈簧觸頭116與傳導環118處於導電接觸。這允許電功率和數據通過往復軸108的中心傳輸到附連到打撈頸122上的測井電纜工具。當往復軸108開始運動到釋放位置時，電氣彈簧觸頭116被拉離傳導環118，從而中斷與往復軸108的暴露端以及連接到打撈頸122上的測井電纜工具的電連接和數據通訊連接。這允許位於釋放工具上方的工具在執行工具斷開之後繼續運行。在釋放室106中，往復軸108穿過溢流閥120的中心，然後穿進打撈頸122子組件的頂部。在打撈頸122子組件的另一端處的是三個閉鎖閂124。使用閉鎖閂IM來將打撈頸122子組件保持在釋放室106中。閉鎖閂IM被附連到往復軸108上的圓錐形閂促動器 130驅動到閉鎖位置上。當往復軸108在連接位置上時，圓錐形閂促動器130的圓錐部在推向閉鎖閂124的內側面上向外推，從而將它們鎖緊到釋放室106外殼中。在往復軸108運動到釋放位置時，圓錐形閂促動器130被從閉鎖閂IM的內側面的下方拉出，從而允許它們掉出釋放室106中的鎖緊套管，以及從釋放室106中釋放打撈頸122子組件。在另一方面，寬鬆地在溢流閥120和圓錐形閂促動器130之間定位在往復軸108 的周圍的是溢流閥促動圓柱體132。在往復軸108運動到釋放位置時，溢流閥促動圓柱體 132變得陷在圓錐形閂促動器130和溢流閥120之間，並且將溢流閥推向密封隔板126。一旦溢流閥120上的密封件離開釋放室106壁中的密封膛孔，則允許井流體進入釋放室106。 溢流閥120在任一側也具有無效行程，從而允許其在井流體開始進入釋放室106時迅速地運動到溢流位置。在另一個實施例中，通過手動地將打撈頸122子組件推入釋放室106中來將打撈頸122子組件與其相關聯的測井電纜工具重新連接到釋放機構100上。馬達/齒輪箱102 然後沿與斷開操作相反的方向運行。導杆螺母112首先沿反方向取得無效行程。在無效行程恢復之後，往復軸108然後沿朝向釋放室106的方向被推動。溢流閥120的無效行程現在得到恢復，並且溢流閥120被推到關閉位置。在往復軸108到達行程的終點時，溢流閥120 已經完全關閉，圓錐形閂促動器130迫使閉鎖閂IM回到釋放室106中的鎖緊套管中，並且電氣彈簧觸頭116與傳導環118接合，從而進一步沿著測井電纜工具串來恢復與測井電纜工具的功率連通和數據通訊。雖然往復軸108和溢流閥120兩者均在運動的同時經歷無效行程，但是兩者在連接位置上時被驅動到硬止擋。這個硬止擋鎖定防止兩者中的任一個在衝擊或振動的作用下意外地運動。現在看圖2，顯示了在連接位置上的釋放機構100的放大局部視圖。導杆螺母202 抵靠在硬止擋在，從而將往復軸204鎖緊就位，以防止由于震動或振動引起的任何意外斷開。電氣彈簧觸頭208與傳導環210接觸，因此對附連到打撈頸122子組件上的任何測井電纜工具提供電功率連通和數據通訊連接性。溢流閥206在完全關閉位置上，並且也依靠在硬止擋上，以防止意外打開。最後，圓錐形閂促動器212與閉鎖閂214接合，從而迫使它們進入釋放室106的鎖緊套管216中的鎖緊位置上。圖3示出了在斷開循環的開始時的釋放機構100的放大局部視圖，其中，導杆302 已經旋轉到導杆螺母304已經在往復軸306中取得所有的無效行程所處的點。在這時，導杆302的進一步旋轉將導致往復軸沿斷開方向運動。現在看圖4，釋放機構100的放大局部視圖示出了沿斷開方向行進的往復軸406， 電氣彈簧觸頭402和傳導環404之間的接觸被中斷。這時，不再對連接到打撈頸122組件上的任何測井電纜工具或進一步沿著測井電纜工具串向下的任何其它測井電纜工具提供功率和數據連接性。圓錐形閂促動器412正在脫開閉鎖閂414，從而允許從釋放室106中釋放打撈頸122組件。溢流閥促動圓柱體410正好開始與溢流閥408接觸。應當注意到，在溢流閥408開始運動以及允許井流體進入釋放室106中之前，橫穿釋放室106的所有功率連接均被斷開。圖5描繪了顯示了完全斷開的釋放機構100的放大局部視圖。往復軸502已經達到其最大斷開行程位置。溢流閥504處於其完全打開位置上，並且閉鎖閂506被完全釋放。 應當注意到，在釋放打撈頸122子組件之後，在釋放機構100上方的其餘測井電纜工具繼續以它們的正常方式起作用，並且可在它們被從井孔中移除時繼續收集數據。現在看圖6，釋放機構100放大的局部視圖600示出了斷開的釋放機構100被從打撈頸602子組件拉出。在收回打撈頸602子組件及其附連的測井電纜工具之後，打撈頸 602子組件及其附連的測井電纜工具可重新連接到斷開的釋放機構100上，並且重新插入井中。圖7示出了使釋放機構100與打撈頸602子組件斷開的方法700。在步驟702處開始，通過將導杆螺母112驅動到傳動系室104的孔上(uphole)端來促動導杆110，以恢復無效行程。導杆110可由任何動力傳送裝置促動，例如電動馬達和齒輪箱組件102。在導杆螺母112到達其行程的終點時，方法前進到步驟704。在步驟704處，所有無效行程均得到恢復，並且往復軸108開始向釋放機構100的孔上端縮回。通過使電氣彈簧觸頭116與傳導環118分開，最初的往復軸108縮回同時斷開通過的釋放室106功率和數據連接性，並且通過使圓錐形閂促動器130運動向釋放機構 100的孔上端來脫開閉鎖閂124。在功率斷開以及閉鎖閂IM釋放之後，該方法前進到步驟 706。在步驟706處繼續，往復軸108繼續縮回，並且打開溢流閥120，從而允許井流體通入釋放室106中。在高壓井流體進入釋放室106時，方法前進到步驟708，並且往復軸108 和溢流閥120被迫使到達傳動系室104的孔上端處的保護性硬止擋。溢流閥120現在是完全打開的，並且進入的井流體使釋放室106的內部和外部上的壓力平衡。最後，在步驟710 處，可從打撈頸602子組件中拉出釋放機構100，從而允許移除其餘的起作用的測井電纜工具，以及對打撈頸602子組件提供通路，以附連適於從井孔中拉出斷開的測井電纜工具的繩纜。現在看圖8，示出了將打撈頸602子組件連接到釋放機構100上的方法。在步驟 802處開始，將打撈頸602子組件插入釋放室106中，直到其完全承坐好為止。接下來，在步驟804處，通過促動導杆110來取得無效行程，直到導杆螺母112在往復軸的孔上端處承坐在往復軸108上為止。繼續到步驟806，往復軸開始延伸向釋放機構100的孔下端，並且將溢流閥驅動到完全關閉位置。接下來在步驟808處，進一步延伸向釋放機構的井下端的往復軸使閉鎖閂 124接合到打撈頸602子組件中，並且迫使電氣彈簧觸頭116抵靠在傳導環118上。這個步驟導致打撈頸602子組件和釋放機構的機械鎖定，並且對連接到打撈頸602子組件上的測井電纜工具提供電力和數據連接性。測井電纜工具串現在準備好插入井孔中。
上面描述的示例性實施例在各方面均意圖說明而非限制本發明。因此，本發明在詳細實現中能夠有本領域技術人員可根據包含在本文中的描述中得出的許多變型。所有這樣的變型和修改被認為是處於由權利要求所限定的本發明的範圍和精神內。在本申請的描述中使用的元件、動作或指示均不應當理解為對於本發明是關鍵或必要的，除非明確地這樣描述。並且，如本文所用，冠詞「一個」意圖包括一個或多個項目。
權利要求
1.一種用於在使多個測井電纜井工具從測井電纜井工具串上斷開的同時保持仍然附連到所述井工具串上的多個測井電纜井工具的運行的釋放機構系統，所述系統包括(a)斷開裝置；(b)至少包括傳動系室和釋放室的多室殼體；(c)可折卸的打撈頸組件，其用於插入所述釋放室中且連接到所述釋放室上，並且連接到測井電纜工具上；(d)在所述傳動系室和所述釋放室之間的電傳導性中斷之後允許井流體進入所述釋放室中的溢流閥；以及(e)所述斷開裝置中的無效行程，其用於在加壓井流體進入所述釋放室時防止損害所述斷開機構的元件。
2.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述斷開裝置是往復軸，所述往復軸附連到齒輪箱輸出上，並且穿過所述傳動系室、所述溢流閥、所述釋放室，並且鎖緊到所述可拆卸的打撈頸組件中。
3.根據權利要求2所述的系統，其特徵在於，所述往復軸同時附連到電氣彈簧觸頭上以使其與連接到所述傳動系室上的傳導環斷開，附連到圓錐形閂促動器上以脫開所述釋放室中的多個閉鎖閂，以及套有溢流閥促動圓柱體以打開所述溢流閥。
4.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述傳動系室具有密封隔板，並且不允許井流體進入。
5.根據權利要求2所述的系統，其特徵在於，所述斷開裝置中的所述無效行程由所述往復軸中的和所述溢流閥中的不同的量的無效行程組成。
6.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述斷開裝置是旋轉軸，所述旋轉軸附連到齒輪箱輸出上，並且穿過所述傳動系室、所述溢流閥、所述釋放室，並且鎖緊到所述可拆卸的打撈頸組件中。
7.根據權利要求6所述的系統，其特徵在於，所述旋轉軸附連到旋轉的電氣彈簧觸頭上以使其與附連到所述傳動系室上的觸頭斷開，附連到旋轉促動器上以脫開多個閉鎖閂， 以及附連到旋轉促動器上以打開所述溢流閥。
8.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，能夠串聯連接多個釋放機構系統，並且指示特定的釋放機構系統斷開的消息能夠發送給所述多個釋放機構系統。
9.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，電動馬達和齒輪箱被附連，以促動所述斷開裝置。
10.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述打撈頸組件利用多個閉鎖閂來附連到所述釋放室上。
11.根據權利要求10所述的系統，其特徵在於，通過圓錐形閉鎖閂促動器來啟用所述多個閉鎖閂。
12.根據權利要求2所述的系統，其特徵在於，所述溢流閥由溢流閥促動圓柱體促動。
13.根據權利要求12所述的系統，其特徵在於，所述溢流閥促動圓柱體同心地包圍所述往復軸。
14.根據權利要求13所述的系統，其特徵在於，所述溢流閥促動圓柱體寬鬆地裝配在所述往復軸的周圍。
15.根據權利要求14所述的系統，其特徵在於，所述溢流閥促動圓柱體包括第二無效行程。
16.一種用於使打撈頸組件與測井電纜工具釋放機構的釋放室斷開的方法，所述方法包括(a)促動導杆，以消除導杆螺母和往復軸之間的無效行程；(b)使所述往復軸縮回到傳動系室中，並且同時斷開對所述打撈頸組件的電傳導，以及脫開多個閉鎖閂；(c)使所述往復軸進一步縮回，以打開溢流閥，從而允許井流體進入所述釋放室中；(d)通過將所述往復軸驅動到硬止擋中來保護所述傳動系免受井流體壓力的影響；以及(e)將所述測井電纜工具釋放機構拉離斷開的所述打撈頸。
17.根據權利要求16所述的方法，其特徵在於，所述方法進一步包括僅在接收到的斷開命令地址匹配所述測井電纜工具釋放機構的地址時斷開。
18.根據權利要求16所述的方法，其特徵在於，所述方法進一步包括通過將所述打撈頸組件重新連接到所述釋放室上來測試所述斷開方法和裝置，所述方法包括(a)手動地將所述打撈頸組件插入所述釋放室中，直到所述打撈頸組件承坐在往復軸的周圍為止；(b)促動導杆，以恢復導杆螺母和所述往復軸之間的無效行程；(c)使所述往復軸延伸，直到其抵靠著溢流閥而鎖緊以及迫使所述溢流閥進入關閉位置為止；以及(d)使所述往復軸進一步延伸，直到其同時在電氣彈簧觸頭和傳導環之間實現電連接以及接合多個閉鎖閂且接合硬止擋為止。
19.一種用於在不損失任何其餘的連接的測井電纜井工具的功能性的情況下斷開測井電纜井工具的系統，所述系統包括(a)用於促動斷開裝置的機構；(b)用於分開至少包括傳動系室和釋放室的多室殼體的機構；(c)用於將可拆卸的打撈頸組件插入和連接到所述釋放室中的機構；(d)用於在所述傳動系室和所述釋放室之間的電傳導性中斷之後允許井流體進入所述釋放室中的機構；以及(e)用於在加壓井流體進入所述釋放室時允許所述斷開裝置中有無效行程以防止損害所述斷開機構的元件的機構。
20.根據權利要求19所述的系統，其特徵在於，所述系統進一步包括用於對一系列的測井電纜井工具中的一個進行尋址且指示其斷開的機構。
全文摘要
本發明涉及具有無效行程的多功能孔下釋放工具機構。提出了一種用於在使多個測井電纜工具從測井電纜工具串上斷開的同時保持仍然與測井電纜工具串一起的測井電纜工具的運行的系統和方法。該斷開是非破壞性的，並且允許在從井中收回之後重新連接斷開的工具。該系統還使得能夠在將測井電纜工具串部署到井中之前測試斷開機構。
文檔編號E21B47/00GK102561966SQ20111040371
公開日2012年7月11日 申請日期2011年11月30日 優先權日2010年11月30日
發明者G·查德維克, J·D·拉克利夫, L·斯特羅貝爾, P·維瑟斯, T·吉爾 申請人:桑德克斯有線有限公司