專(zhuān)利名稱(chēng)：用于水泥頭的多重激活裝置發(fā)射器的制作方法
用于水泥頭的多重激活裝置發(fā)射器
背景技術(shù)：
本部分的闡述只提供與本公開(kāi)有關(guān)的背景信息并且可能不構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)。本發(fā)明大致涉及用于維修地下井的設(shè)備。本發(fā)明涉及用于放下鏢(dart)、球體、炸彈(bomb)和炸藥筒(canister)的組合以致動(dòng)井下設(shè)備、發(fā)射水泥塞、輸送化工產(chǎn)品或類(lèi)似物的深海水泥頭?，F(xiàn)有的工具執(zhí)行模塊式設(shè)計(jì)，在模塊內(nèi)鏢被預(yù)先裝到籃子中。模塊之間使用夾具相連接。通過(guò)拆除機(jī)械梗阻和使被泵送的流體液流重新流向鏢籃而將鏢保持在位和釋放。 然后，鏢被流體抽吸通過(guò)工具。被發(fā)射的第一鏢被放置在最下面的模塊內(nèi)，后面的鏢經(jīng)過(guò)由前面的鏢騰空的籃。在現(xiàn)有設(shè)計(jì)中，通過(guò)阻擋過(guò)程流體的旁路液流并且迫使流體經(jīng)過(guò)鏢腔室而發(fā)射鏢。鏢在被放進(jìn)籃中時(shí)形成初始密封。當(dāng)流體進(jìn)入鏢腔室時(shí)，建立起壓力并且破壞密封，將鏢推出籃，使其通過(guò)工具并進(jìn)入主過(guò)程流體流。某些現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)計(jì)由與U. S.專(zhuān)利No. 4，624，312和4，890，357中描述的那些模塊類(lèi)似的模塊組成。鏢從最高處的模塊，如果需要通過(guò)旋轉(zhuǎn)，裝入，利用長(zhǎng)桿向下推至它們各自的籃。模塊具有用于在鏢和旁路液流之間選擇的閥。閥自身用作防止鏢過(guò)早發(fā)射的機(jī)械梗阻。當(dāng)閥轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，其同時(shí)打開(kāi)鏢的通路，同時(shí)關(guān)閉旁路液流的通路。仍需要對(duì)井場(chǎng)表面設(shè)備提供效率、適應(yīng)性和可靠性上的改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明允許這種改進(jìn)。在一個(gè)方面中，本發(fā)明涉及一種用于水泥頭的多重激活裝置發(fā)射系統(tǒng)，包括發(fā)射器主體，發(fā)射器主體包括至少一個(gè)發(fā)射腔室和裝置腔室，發(fā)射腔室的尺寸被設(shè)置成在其里面接收一個(gè)或多個(gè)激活裝置，發(fā)射腔室與動(dòng)力源流體連通，用于將激活裝置從裝置腔室發(fā)射出來(lái)。發(fā)射系統(tǒng)可以還包括用于監(jiān)視激活裝置發(fā)射過(guò)程的與一個(gè)或多個(gè)發(fā)射腔室液壓連通的壓力感應(yīng)裝置、壓力釋放裝置、體積測(cè)量裝置或它們的組合。在另一方面中，本發(fā)明的目的在于使用用于水泥頭的有角度發(fā)射系統(tǒng)將一個(gè)或多個(gè)激活裝置配置到過(guò)程流體系統(tǒng)中的方法。發(fā)射系統(tǒng)包括發(fā)射器主體，發(fā)射器主體包括主閥和至少一個(gè)發(fā)射腔室和裝置腔室，發(fā)射腔室被裝備有第二閥并且其尺寸被設(shè)置成在其里面接收一個(gè)或多個(gè)激活裝置，發(fā)射腔室與動(dòng)力源流體連通，用于將一個(gè)或多個(gè)激活裝置發(fā)射到裝置腔室內(nèi)。該方法可以還還包括在一個(gè)或多個(gè)激活裝置的發(fā)射過(guò)程中進(jìn)行下述操作中的一個(gè)和兩個(gè)(i)監(jiān)視發(fā)射腔室內(nèi)的流體壓力和(ii)測(cè)量被轉(zhuǎn)移到發(fā)射腔室內(nèi)的過(guò)程流體體積。在這些操作過(guò)程中獲得的數(shù)據(jù)允許操作者確定激活裝置的成功配置。在另一方面中，本發(fā)明涉及一種使用用于水泥頭的有角度發(fā)射系統(tǒng)將一個(gè)或多個(gè)激活裝置配置到過(guò)程流體系統(tǒng)中的方法。發(fā)射系統(tǒng)包括發(fā)射器主體，發(fā)射器主體包括至少一個(gè)發(fā)射腔室和裝置腔室，發(fā)射腔室的尺寸被設(shè)置成在其里面接收一個(gè)或多個(gè)激活裝置， 發(fā)射腔室與外部動(dòng)力源流體連通，用于將一個(gè)或多個(gè)激活裝置發(fā)射到裝置腔室內(nèi)。該方法可以還包括在一個(gè)或多個(gè)激活裝置的發(fā)射過(guò)程中進(jìn)行下述操作中的一個(gè)和兩個(gè)(i)監(jiān)視發(fā)射腔室內(nèi)的流體壓力和(ii)測(cè)量被從外部動(dòng)力源轉(zhuǎn)移到發(fā)射腔室內(nèi)的流體體積。在這些操作過(guò)程中獲得的數(shù)據(jù)允許操作者確定激活裝置的成功配置。本發(fā)明的實(shí)施例包括單一激活裝置發(fā)射器模塊，其包含被設(shè)置成相對(duì)于工具的主軸線成一角度的多個(gè)發(fā)射腔室。激活裝置可以是鏢、球體、炸彈或?yàn)V筒。本裝置被直接裝載到它們各自的腔室內(nèi)或?yàn)V筒內(nèi)，直接從外面而不是經(jīng)過(guò)工具的長(zhǎng)度?？梢允褂枚喾N方法發(fā)射激活裝置。激活裝置可以還包含化學(xué)物質(zhì)，當(dāng)激活裝置離開(kāi)發(fā)射腔室時(shí)，化學(xué)物質(zhì)被釋放到井內(nèi)。本實(shí)施例的普遍實(shí)施的優(yōu)勢(shì)是多個(gè)激活裝置可以安裝到更短長(zhǎng)度的工具中，簡(jiǎn)單化了裝載過(guò)程，并且使籃更容易接觸到用于維修目的。這允許工具在鉆探設(shè)備上容易地維修，而現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)只能在維護(hù)地點(diǎn)進(jìn)行維修。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，本系統(tǒng)可以包括任何數(shù)目的發(fā)射腔室(至少一個(gè)，但優(yōu)選兩個(gè)、三個(gè)、四個(gè)或更多個(gè))，每個(gè)發(fā)射腔室的軸線相對(duì)于工具的主軸線成一角度。腔室可以被定位在相同的水平或不同的水平(例如，以螺旋形或臺(tái)階狀)。當(dāng)激活裝置被推出腔室時(shí)，它們?cè)谡_的方向上進(jìn)入工具的主體并且被泵送的流體(下文中，稱(chēng)為過(guò)程流體)沖走，用于它們預(yù)期的目的。腔的確切數(shù)目不太重要；的確，設(shè)想了獨(dú)立于發(fā)射腔室的布置工作的多個(gè)單獨(dú)的發(fā)射方法。在另一實(shí)施例中，利用過(guò)程流體動(dòng)力作為動(dòng)力發(fā)射激活裝置。優(yōu)選地，使用小管道、軟管或集成總管將每個(gè)發(fā)射腔室聯(lián)接至過(guò)程流體的主液流。閥(主閥)根據(jù)命令阻擋主液流，使流體轉(zhuǎn)移到發(fā)射腔室中。每個(gè)發(fā)射腔室包括交替地允許或阻擋流體流進(jìn)相應(yīng)發(fā)射腔室內(nèi)的閥(第二閥)。所有閥可以手動(dòng)地或遙控致動(dòng)。在發(fā)射過(guò)程中，所有的第二閥初始關(guān)閉，主閥初始打開(kāi)。為發(fā)射激活裝置，操作者打開(kāi)對(duì)應(yīng)于激活裝置腔室的第二閥然后關(guān)閉主閥。一旦激活裝置被成功地從發(fā)射腔室發(fā)射出去，重新打開(kāi)主閥，并且重復(fù)發(fā)射過(guò)程以發(fā)射另外的激活裝置。在另一實(shí)施例中，外部流體動(dòng)力被用來(lái)從激活裝置的腔室發(fā)射激活裝置。用來(lái)將激活裝置推出其腔室的外部流體動(dòng)力可以包括在激活裝置后面直接發(fā)生關(guān)系的水或流體； 具有將鏢推出其腔室的桿的液壓缸，沒(méi)有在發(fā)射腔室內(nèi)(激活裝置在一側(cè)，外部流體在另一側(cè))密封的桿的液壓活塞，位于激活裝置后面的可膨脹囊體，其從外部流體源進(jìn)行充填將激活裝置推出腔室，或者如本領(lǐng)域那些技術(shù)人員所知曉的類(lèi)似類(lèi)型的流體動(dòng)力。在優(yōu)選實(shí)施例中，外部流體動(dòng)力被用于從激活裝置的腔室發(fā)射激活裝置。用來(lái)將激活裝置推出其腔室的外部流體動(dòng)力可以包括在激活裝置后面直接發(fā)生關(guān)系的水或流體； 具有將鏢推出其腔室的桿的液壓缸，沒(méi)有在發(fā)射腔室內(nèi)(激活裝置在一側(cè)，外部流體在另一側(cè))密封的桿的液壓活塞，位于激活裝置后面的可膨脹囊體，其從外部流體源進(jìn)行充填， 將激活裝置推出腔室，或者如本領(lǐng)域那些技術(shù)人員所知曉的類(lèi)似類(lèi)型的流體動(dòng)力。本優(yōu)選實(shí)施例還包括通過(guò)其可以監(jiān)視激活裝置發(fā)射過(guò)程進(jìn)展的操作。這些操作包括(i)用與發(fā)射腔室液壓連通的一個(gè)或多個(gè)壓力傳感器監(jiān)視發(fā)射腔室內(nèi)的流體壓力；(ii)測(cè)量被轉(zhuǎn)移到發(fā)射腔室內(nèi)的過(guò)程流體體積，或兩者。在這些操作過(guò)程中獲得的數(shù)據(jù)允許操作者確定激活裝置的成功配置。本領(lǐng)域內(nèi)的那些技術(shù)人員應(yīng)了解，在激活裝置配置過(guò)程中監(jiān)視流體壓力和流體體積對(duì)于使用流體驅(qū)動(dòng)活塞、囊體或其他阻擋裝置的其它類(lèi)似激活裝置發(fā)射系統(tǒng)來(lái)說(shuō)可能是有用的實(shí)踐。雖然本公開(kāi)的發(fā)射系統(tǒng)主要在固井(well cementing)的背景下進(jìn)行了描述，但應(yīng)了解，過(guò)程流體流可以包括其他井流體(well fluid)，包括但不限于鉆井流體、水泥漿、隔離液、化學(xué)洗液、酸液、礫石充填液和除垢液。


圖1是多重激活裝置發(fā)射器的概念圖，其使用閥將過(guò)程流體(process-fluid)液流轉(zhuǎn)移至發(fā)射腔室，迫使激活裝置離開(kāi)發(fā)射腔室；圖2是多重激活裝置發(fā)射器的概念圖，其特征是當(dāng)外部動(dòng)力源供給能量時(shí)迫使激活裝置離開(kāi)發(fā)射腔室；圖3是使用流體作為外部動(dòng)力源的多重激活裝置發(fā)射器的概念圖；圖4是使用活塞外部動(dòng)力源的多重激活裝置發(fā)射器的概念圖；圖5是使用可膨脹囊體作為外部動(dòng)力源的多重激活裝置發(fā)射器的概念圖；圖6是使用桿和活塞作為外部動(dòng)力源的多重激活裝置發(fā)射器的概念圖；圖7是具有多個(gè)發(fā)射腔室特征的本發(fā)明的外部視圖；圖8是示意激活裝置發(fā)射過(guò)程中的壓力/體積曲線的圖示，其中⑴激活裝置只被流體流動(dòng)驅(qū)出發(fā)射腔室；或者(ii)發(fā)射腔室沒(méi)有裝備壓力釋放裝置；圖9是示意激活裝置發(fā)射過(guò)程中的壓力/體積曲線的圖示，其中，發(fā)射腔室被裝備有壓力釋放裝置。
具體實(shí)施例方式根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，本發(fā)明涉及過(guò)程流體液流從主液流通過(guò)發(fā)射器主體到其中一個(gè)發(fā)射腔室的轉(zhuǎn)移。參考圖1，發(fā)射器模塊包括兩個(gè)主要元件-作為過(guò)程流體流經(jīng)的主管道的發(fā)射器主體1 ；以及一個(gè)或多個(gè)發(fā)射腔室2，其包含一個(gè)或多個(gè)激活裝置7并且被連接至主管道。激活裝置通過(guò)關(guān)閉主閥5而被啟動(dòng)，將過(guò)程流體液流從主流動(dòng)方向3轉(zhuǎn)向到連接主體和發(fā)射腔室的管道4中。每個(gè)發(fā)射腔室應(yīng)被裝備有允許或阻擋過(guò)程流體液流進(jìn)入腔室的第二閥6。當(dāng)?shù)诙y被打開(kāi)，并且過(guò)程流體流進(jìn)發(fā)射腔室中時(shí)，激活裝置被推出發(fā)射腔室并且進(jìn)入主過(guò)程流體流。優(yōu)選地，主閥只需承受足以將激活裝置從發(fā)射腔室推出的差動(dòng)壓力。主閥可以是旋塞閥、蝶閥、從中心膨脹從而密封主流體通路的氣球狀囊體、從邊緣膨脹從而密封主流體通路的環(huán)狀囊體、與在防噴裝置(BOP)或可膨脹止封裝置中使用的那些類(lèi)似的壓力操作橡膠部件，或如本領(lǐng)域內(nèi)的那些技術(shù)人員所知曉的類(lèi)似類(lèi)型的閥。第二閥可以是任何種類(lèi)的開(kāi)關(guān)閥，但優(yōu)選被設(shè)計(jì)成在反復(fù)暴露于諸如水泥漿的含顆粒流體中之后容易拆下和清洗。第二閥可以是旋塞閥、蝶閥、從中心膨脹從而密封主流體通路的氣球狀囊體、從邊緣膨脹從而密封主流體通路的環(huán)狀囊體、與在BOP或可膨脹止封裝置中使用的那些類(lèi)似的壓力操作橡膠部件，或如本領(lǐng)域內(nèi)的那些技術(shù)人員所知曉的類(lèi)似類(lèi)型的閥。在另一實(shí)施例中，如圖2中所示，外部裝置8將一個(gè)或多個(gè)激活裝置從發(fā)射腔室7推出。設(shè)想了若干種類(lèi)型的外部動(dòng)力源。如圖3中所示，在激活裝置后面直接發(fā)生關(guān)系的水或流體可以用于將該裝置逐出其腔室。該流體不直接連接到主過(guò)程流體。液壓管線9將該流體傳送至發(fā)射腔室2。操作者打開(kāi)單向閥10，允許流體流進(jìn)發(fā)射腔室并且將激活裝置7帶出發(fā)射腔室并且?guī)нM(jìn)主過(guò)程流體液流。如圖4中所示，液壓管線9將流體傳送至發(fā)射腔室2。在操作者致動(dòng)單向閥10之后，流體進(jìn)入發(fā)射腔室，迫使活塞11移動(dòng)，將激活裝置7推出發(fā)射腔室并且進(jìn)入主過(guò)程流體液流。如圖5中所示，液壓管線9將流體傳送至發(fā)射腔室2。在操作者致動(dòng)單向閥10之后，流體進(jìn)入發(fā)射腔室并且膨脹囊體12。當(dāng)囊體膨脹時(shí)，其將激活裝置7推出發(fā)射腔室并且進(jìn)入主過(guò)程流體液流。如圖6中所示，液壓桿13伸出發(fā)射腔室2的上部分，并且在發(fā)射腔室內(nèi)被連接到活塞14上。液壓密封件15隔離開(kāi)發(fā)射腔室的內(nèi)和外部分。操作者將桿進(jìn)一步推進(jìn)發(fā)射腔室，導(dǎo)致活塞將激活裝置7推出發(fā)射腔室并且進(jìn)入主過(guò)程流體液流。如上所述的實(shí)施例都可以包括監(jiān)視激活裝置發(fā)射過(guò)程進(jìn)展的設(shè)備。這種設(shè)備可以包括壓力傳感器、壓力釋放裝置和體積測(cè)量裝置，以及與一個(gè)或多個(gè)發(fā)射腔室液壓連通的它們的組合。適合的壓力傳感器包括(但不僅限于)壓阻式應(yīng)變計(jì)、電容式傳感器、電磁傳感器、壓電傳感器和電位傳感器。適合的壓力釋放裝置可以包括(但不僅限于)爆破片 (rupture disk)、壓力釋放閥、易熔塞裝置和組合爆破片/易熔合金裝置。適合的體積測(cè)量裝置可以包括(但不僅限于)流量計(jì)、水平傳感器、視覺(jué)傳感器和泵沖程計(jì)數(shù)器。在優(yōu)選實(shí)施例中，如圖2中所示，外部裝置8將一個(gè)或多個(gè)激活裝置從發(fā)射腔室推出。設(shè)想了若干種類(lèi)型的外部動(dòng)力。如圖3中所示，在激活裝置后面直接發(fā)生關(guān)系的水和流體可以用于將該裝置驅(qū)出其腔室。該流體不直接連接至主過(guò)程流體。液壓管線9將流體傳送至發(fā)射腔室2。操作者打開(kāi)單向閥10，允許流體流進(jìn)發(fā)射腔室并將激活裝置7帶出發(fā)射腔室并且進(jìn)入主過(guò)程流體液流。如圖4中所示，液壓管線9將流體傳送至發(fā)射腔室2。在操作者致動(dòng)單向閥10之后，流體進(jìn)入發(fā)射腔室并迫使活塞11移動(dòng)，將激活裝置7推出發(fā)射腔室并且進(jìn)入主過(guò)程流體液流。如圖5中所示，液壓管線9將流體傳送至發(fā)射腔室2。在操作者致動(dòng)單向閥10之后，流體進(jìn)入發(fā)射腔室并膨脹囊體12。當(dāng)囊體膨脹時(shí)，其將激活裝置7推出發(fā)射腔室并且進(jìn)入主過(guò)程流體液流。如圖6中所示，液壓桿13伸出發(fā)射腔室2的上部分，并且在發(fā)射腔室內(nèi)被連接到活塞14上。液壓密封件15隔離開(kāi)發(fā)射腔室的內(nèi)和外部分。操作者將桿進(jìn)一步推入發(fā)射腔室，導(dǎo)致活塞將激活裝置7驅(qū)出發(fā)射腔室并且進(jìn)入主過(guò)程流體液流。優(yōu)選實(shí)施例還包括用于監(jiān)視激活裝置發(fā)射過(guò)程進(jìn)展的設(shè)備。這種設(shè)備可以包括壓力傳感器、壓力釋放裝置和體積測(cè)量裝置，以及與一個(gè)或多個(gè)發(fā)射腔室液壓連通的它們的組合。適合的壓力傳感器包括(但不限制于)壓阻式應(yīng)變計(jì)、電容式傳感器、電磁傳感器、壓電傳感器和電位傳感器。適合的壓力釋放裝置可以包括(但不僅限于)爆破片、壓力釋放
9閥、易熔塞裝置和組合爆破片/易熔合金裝置。適合的體積測(cè)量裝置可以包括(但不僅限于)流量計(jì)、水平傳感器、視覺(jué)傳感器和泵沖程計(jì)數(shù)器。本領(lǐng)域內(nèi)的那些技術(shù)人員應(yīng)了解， 這種壓力測(cè)量和體積測(cè)量設(shè)備可以與使用流體驅(qū)動(dòng)活塞、囊體或其他阻擋裝置的其他類(lèi)似的激活裝置發(fā)射系統(tǒng)一起使用。圖7是具有多個(gè)發(fā)射腔室的本發(fā)明的外部視圖。圖中描述的激活裝置是鏢；但激活裝置可以還包括球體、炸彈和濾筒。激活裝置可以充滿(mǎn)化學(xué)物質(zhì)，當(dāng)激活裝置從發(fā)射腔室中釋放出去時(shí)，化學(xué)物質(zhì)被從激活裝置分配到過(guò)程流體中。化學(xué)物質(zhì)的釋放可以發(fā)生在激活裝置發(fā)射之后的任何時(shí)間-從發(fā)射的時(shí)刻開(kāi)始到發(fā)射之后的任何時(shí)間。延遲的化學(xué)物質(zhì)釋放可以由于許多原因而發(fā)生，包括但不限于，在添加了化學(xué)物質(zhì)的情況下在表面的初始流體混合過(guò)程中，避免化學(xué)物質(zhì)可能會(huì)發(fā)生的流體流變學(xué)問(wèn)題，以及在井中的戰(zhàn)略性位置上觸發(fā)流體中的化學(xué)反應(yīng)開(kāi)始(例如，水泥漿凝結(jié)和壓裂液交聯(lián))。過(guò)程流體可以包括在井務(wù)操作(well-service operations)中使用的一種或多種流體。這些流體包括，但不限制于，鉆井流體、水泥漿、隔離液、化學(xué)洗液、酸液、礫石充填液和除垢液。本發(fā)明還包括在圖1中描述的多重激活裝置發(fā)射器的操作方法，包括在至少一個(gè)發(fā)射腔室2中插入一個(gè)或多個(gè)激活裝置7，并且關(guān)閉每個(gè)發(fā)射腔室中的第二閥6。然后，泵送過(guò)程流體通過(guò)發(fā)射器主體1。當(dāng)是時(shí)候釋放激活裝置7時(shí)，關(guān)閉主閥5并且打開(kāi)所選擇的發(fā)射腔室中的第二閥6。這使得過(guò)程流體液流轉(zhuǎn)移通過(guò)發(fā)射腔室2，迫使激活裝置7離開(kāi)發(fā)射器主體1。激活裝置7發(fā)射后，關(guān)閉第二閥6，重新打開(kāi)主閥5，使過(guò)程流體液流重新流經(jīng)發(fā)射器主體1，而激活裝置7被攜帶至其目的地。然后重復(fù)此過(guò)程，直到足夠數(shù)量的激活裝置被配置而完成該作業(yè)(treatment)。一個(gè)或多個(gè)激活裝置可以包含化學(xué)物質(zhì)，在激活裝置被配置到過(guò)程流體中之后化學(xué)物質(zhì)被釋放到過(guò)程流體中。優(yōu)選地，主閥只需承受足以將激活裝置從發(fā)射腔室推出的差動(dòng)壓力。主閥可以是旋塞閥、蝶閥、從中心膨脹從而密封主流體通路的氣球狀囊體、從邊緣膨脹從而密封主流體通路的環(huán)狀囊體、與在BOP或可膨脹止封裝置中使用的那些類(lèi)似的壓力操作橡膠部件，或如本領(lǐng)域內(nèi)的那些技術(shù)人員所知曉的類(lèi)似類(lèi)型的閥。第二閥可以是任何種類(lèi)的開(kāi)關(guān)閥，但優(yōu)選被設(shè)計(jì)成在反復(fù)暴露于諸如水泥漿的含顆粒流體中之后容易拆下和清洗。第二閥可以是旋塞閥、蝶閥、從中心膨脹從而密封主流體通路的氣球狀囊體、從邊緣膨脹從而密封主流體通路的環(huán)狀囊體、與在BOP或可膨脹止封裝置中使用的那些類(lèi)似的壓力操作橡膠部件，或如本領(lǐng)域內(nèi)的那些技術(shù)人員所知曉的類(lèi)似類(lèi)型的閥。本方法可以包括通過(guò)其可以監(jiān)視激活裝置發(fā)射過(guò)程進(jìn)展的操作。該操作包括(i) 用與發(fā)射腔室液壓連通的一個(gè)或多個(gè)壓力傳感器監(jiān)視發(fā)射腔室內(nèi)的流體壓力；(ii)測(cè)量被轉(zhuǎn)移到發(fā)射腔室內(nèi)的過(guò)程流體體積；或兩者。壓力監(jiān)視可以通過(guò)壓力傳感器進(jìn)行；但是， 在本特殊方法中，由于缺乏將激活裝置驅(qū)出發(fā)射腔室的活塞、囊體或其他阻擋機(jī)構(gòu)，所以沒(méi)有使用壓力釋放裝置。激活裝置只通過(guò)流體流動(dòng)而發(fā)射出去。適合的壓力傳感器包括(但不限制于)(但不限制于)壓阻式應(yīng)變計(jì)、電容式傳感器、電磁傳感器、壓電傳感器和電位傳感器。流體體積測(cè)量可以通過(guò)包括但不僅限于下述的設(shè)備進(jìn)行流量計(jì)、水平傳感器、視覺(jué)傳感器和泵沖程計(jì)數(shù)器。這些監(jiān)視操作可以在一個(gè)或多個(gè)發(fā)射腔室中進(jìn)行。圖8是操作者在激活裝置的成功發(fā)射過(guò)程中觀察到的壓力/體積數(shù)據(jù)的曲線。圖線表示被泵送到發(fā)射腔室中的流體壓力與流體體積。當(dāng)過(guò)程流體進(jìn)入發(fā)射腔室時(shí)，流體壓力達(dá)到足以使激活裝置開(kāi)始移動(dòng)的水平16。當(dāng)激活裝置離開(kāi)發(fā)射腔室時(shí)，流體壓力開(kāi)始下降17，并且下降到發(fā)射過(guò)程開(kāi)始18時(shí)的觀察到的水平。在優(yōu)選實(shí)施例中，本發(fā)明涉及在圖2中描述的多重激活裝置發(fā)射器的操作方法， 包括在至少一個(gè)發(fā)射腔室2中插入一個(gè)或多個(gè)激活裝置7，并且連接該腔室和外部動(dòng)力源 8。動(dòng)力源包括，但不限制于，在激活裝置7后面直接發(fā)生關(guān)系的流體(圖幻、具有桿13的液壓缸14(圖6)、沒(méi)有桿的液壓活塞11 (圖4)，以及可膨脹囊體12(圖幻。過(guò)程流體被泵送通過(guò)發(fā)射器主體1。當(dāng)是時(shí)候釋放激活裝置7時(shí)，致動(dòng)外部動(dòng)力源8，迫使激活裝置7離開(kāi)進(jìn)入發(fā)射器主體1。重復(fù)此過(guò)程，直到足夠數(shù)量的激活裝置已經(jīng)配置而完成作業(yè)。一個(gè)或多個(gè)激活裝置可以包含化學(xué)物質(zhì)，在激活裝置被配置到過(guò)程流體中之后化學(xué)物質(zhì)被釋放到過(guò)程流體中。本優(yōu)選實(shí)施例包括通過(guò)其可以監(jiān)視激活裝置發(fā)射過(guò)程進(jìn)展的操作。該操作包括 (i)用與發(fā)射腔室液壓連通的一個(gè)或多個(gè)壓力傳感器監(jiān)視發(fā)射腔室內(nèi)的流體壓力；(ii)測(cè)量被轉(zhuǎn)移到發(fā)射腔室內(nèi)的過(guò)程流體體積；或兩者。壓力監(jiān)視可以通過(guò)壓力傳感器、壓力釋放裝置或兩者進(jìn)行。不同于前面的方法，如果激活裝置發(fā)射系統(tǒng)包括將激活裝置驅(qū)出發(fā)射腔室的活塞、囊體或其他阻擋機(jī)構(gòu)，可以使用壓力釋放裝置。適合的壓力傳感器包括(但不限制于)壓阻式應(yīng)變計(jì)、電容式傳感器、電磁傳感器、壓電傳感器和電位傳感器。壓力釋放裝置可以包括下面列表中的一個(gè)或多個(gè)構(gòu)件爆破片、壓力釋放閥、易熔塞裝置和組合爆破片 /易熔合金裝置。流體體積測(cè)量可以通過(guò)包括但不僅限于下述的設(shè)備進(jìn)行流量計(jì)、水平傳感器、視覺(jué)傳感器和泵沖程計(jì)數(shù)器。這些監(jiān)視操作可以在一個(gè)或多個(gè)發(fā)射腔室中進(jìn)行。圖9是在激活裝置從被裝備有壓力釋放裝置的腔室中成功發(fā)射的過(guò)程中操作者觀察到的壓力/體積數(shù)據(jù)的曲線。在這些實(shí)例中，發(fā)射腔室包括將激活裝置驅(qū)出發(fā)射腔室的活塞、囊體或其他阻擋機(jī)構(gòu)。圖線表示被泵送到發(fā)射腔室中的流體壓力與流體體積。當(dāng)流體從外部動(dòng)力源進(jìn)入發(fā)射腔室時(shí)，流體壓力達(dá)到足以使激活裝置開(kāi)始移動(dòng)的水平19。當(dāng)激活裝置離開(kāi)發(fā)射腔室時(shí)，活塞、囊體或其他阻擋機(jī)構(gòu)的移動(dòng)受到限制。例如，活塞到達(dá)腔室端部且不能再移動(dòng)，或者囊體完全膨脹且不能再接受額外的流體。因此，流體壓力開(kāi)始增加20。流體壓力繼續(xù)增加直到壓力釋放裝置失效21。失效后，流體壓力下降到發(fā)射過(guò)程開(kāi)始22時(shí)的觀察到的水平。本領(lǐng)域內(nèi)的那些技術(shù)人員應(yīng)了解，這種壓力測(cè)量和體積測(cè)量操作對(duì)于使用流體驅(qū)動(dòng)活塞、囊體或其他阻擋機(jī)構(gòu)的其他類(lèi)似的激活裝置可能是有用的。在圖1和2中描述的多重激活裝置發(fā)射器的操作方法可以還包括包含化學(xué)物質(zhì)的激活裝置，在激活裝置離開(kāi)發(fā)射腔室后化學(xué)物質(zhì)被釋放。激活裝置可以在發(fā)射時(shí)即刻或者在之后的任何時(shí)間分配化學(xué)物質(zhì)。在圖1和2中描述的多重激活裝置發(fā)射器的操作方法中，過(guò)程流體可以包括在井務(wù)操作中使用的一種或多種流體。這些流體包括，但不限制于，鉆井流體、水泥漿、隔離液、 化學(xué)洗液、酸液、礫石充填液、除垢液。另外，激活裝置可以包括鏢、球體、炸彈和濾筒。前面已經(jīng)關(guān)于本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了描述。與本發(fā)明有關(guān)的領(lǐng)域和技術(shù)內(nèi)的技術(shù)人員應(yīng)了解，在意義上不偏離本發(fā)明的原理和范圍的情況下可以對(duì)所描述的結(jié)構(gòu)和操作方法進(jìn)行改造和修改。因此，前述描述不應(yīng)被理解為只屬于附圖中描述和示出的特殊結(jié)構(gòu)，而應(yīng)理解為與下面的權(quán)利要求相一致并支持權(quán)利要求，權(quán)利要求具有最完整和最清楚的范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于水泥頭的多重激活裝置發(fā)射系統(tǒng)，包括發(fā)射器主體，所述發(fā)射器主體包括至少一個(gè)發(fā)射腔室和裝置腔室，所述發(fā)射腔室的尺寸被設(shè)置成在其里面接收一個(gè)或多個(gè)激活裝置，所述發(fā)射腔室與動(dòng)力源流體連通，用于將所述激活裝置發(fā)射到所述裝置腔室內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)射器主體包括多個(gè)發(fā)射腔室，每個(gè)所述發(fā)射腔室被設(shè)置成相對(duì)于所述發(fā)射器主體的軸線成一角度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述激活裝置包括鏢、球體、炸彈和炸藥筒。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述激活裝置包含可以在發(fā)射之后被釋放的化學(xué)物質(zhì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述動(dòng)力源是流經(jīng)所述發(fā)射器主體的過(guò)程流體。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述過(guò)程流體包括從下述列表中選擇的一種或多種流體鉆井流體、水泥漿、隔離液、化學(xué)洗液、酸液、礫石充填液和除垢液。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)射器主體還包括用于將所述過(guò)程流體轉(zhuǎn)移至所述發(fā)射腔室中的主閥和用于引導(dǎo)所述過(guò)程流體從而將一個(gè)或多個(gè)激活裝置從所述發(fā)射腔室中發(fā)射出去的第二閥。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述閥包括由下述構(gòu)成的列表中的一個(gè)或多個(gè)旋塞閥、蝶閥、氣球狀囊體、環(huán)狀囊體和壓力操作橡膠部件。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述動(dòng)力源是位于所述發(fā)射器主體外面并且與所述發(fā)射腔室流體連通的裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述外部動(dòng)力源包括下述列表中的一個(gè)或多個(gè)在所述激活裝置后面直接發(fā)生關(guān)系的流體、具有將一個(gè)或多個(gè)激活裝置推出所述發(fā)射腔室的桿的液壓缸、沒(méi)有在所述激活裝置腔室內(nèi)密封的桿的液壓活塞，以及位于所述激活裝置后面的從外部流體源充填的囊體。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括與一個(gè)或多個(gè)發(fā)射腔室液壓連通的一個(gè)或多個(gè)壓力傳感器，所述壓力傳感器包括下述列表中的一個(gè)或多個(gè)構(gòu)件壓阻式應(yīng)變計(jì)、電容式傳感器、電磁傳感器、壓電傳感器和電位傳感器。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括與一個(gè)或多個(gè)發(fā)射腔室液壓連通的一個(gè)或多個(gè)壓力釋放裝置，所述壓力釋放裝置包括下述列表中的一個(gè)或多個(gè)構(gòu)件爆破片、壓力釋放閥、易熔塞裝置和組合爆破片/易熔合金裝置。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括與一個(gè)或多個(gè)發(fā)射腔室液壓連通的一個(gè)或多個(gè)流體體積測(cè)量裝置，所述流體體積測(cè)量裝置包括下述列表中的一個(gè)或多個(gè)構(gòu)件流量計(jì)、 水平傳感器、視覺(jué)傳感器和泵沖程計(jì)數(shù)器。
14.一種使用用于水泥頭的有角度發(fā)射系統(tǒng)將一個(gè)或多個(gè)激活裝置配置到過(guò)程流體系統(tǒng)中的方法，所述發(fā)射系統(tǒng)包括發(fā)射器主體，所述發(fā)射器主體包括主閥和至少一個(gè)發(fā)射腔室和裝置腔室，所述發(fā)射腔室被裝備有第二閥并且其尺寸被設(shè)置成在其里面接收一個(gè)或多個(gè)激活裝置，所述發(fā)射腔室與動(dòng)力源流體連通，用于將一個(gè)或多個(gè)激活裝置發(fā)射到所述裝置腔室內(nèi)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，包括下述步驟i.在每個(gè)所述發(fā)射腔室中插入一個(gè)或多個(gè)激活裝置； .關(guān)閉發(fā)射腔室中的第二閥；iii.泵送過(guò)程流體通過(guò)所述發(fā)射器主體；iv.關(guān)閉所述發(fā)射器主體中的主閥；v.打開(kāi)包含一個(gè)或多個(gè)激活裝置的發(fā)射腔室中的所述第二閥，將過(guò)程流體液流從所述發(fā)射器主體轉(zhuǎn)移至所述發(fā)射腔室；vi.將一個(gè)或多個(gè)激活裝置推出所述發(fā)射腔室并使其進(jìn)入所述發(fā)射器主體；vii.關(guān)閉所述第二閥；viii.打開(kāi)所述發(fā)射器主體內(nèi)的所述主閥；ix.使過(guò)程流體液流重新流經(jīng)所述發(fā)射器主體；以及χ.重復(fù)步驟i.至ix.，直到足夠數(shù)量的發(fā)射裝置已經(jīng)被配置而完成作業(yè)。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，包括下述步驟i.在發(fā)射腔室中插入包含化學(xué)物質(zhì)的一個(gè)或多個(gè)激活裝置； .關(guān)閉每個(gè)所述發(fā)射腔室中的第二閥；iii.泵送過(guò)程流體通過(guò)所述發(fā)射器主體；iv.關(guān)閉所述發(fā)射器主體中的主閥；v.打開(kāi)所述包含一個(gè)或多個(gè)激活裝置的發(fā)射腔室中的所述第二閥，使過(guò)程流體液流從所述發(fā)射器主體轉(zhuǎn)移至所述發(fā)射腔室；vi.將一個(gè)或多個(gè)激活裝置推出所述發(fā)射腔室并使其進(jìn)入所述發(fā)射器主體；vii.關(guān)閉所述第二閥；viii.打開(kāi)所述發(fā)射器主體內(nèi)的主閥；ix.使過(guò)程流體液流重新流經(jīng)所述發(fā)射器主體；χ.如果所述激活裝置包含化學(xué)物質(zhì)，則將所述化學(xué)物質(zhì)釋放到過(guò)程流體中；以及 xi.重復(fù)步驟i.至χ.，直到足夠數(shù)量的發(fā)射裝置已經(jīng)被配置而完成作業(yè)。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述閥包括由下述構(gòu)成的列表中的一個(gè)或多個(gè)旋塞閥、蝶閥、氣球狀囊體、環(huán)狀囊體和壓力操作橡膠部件。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，還包括在一個(gè)或多個(gè)激活裝置從發(fā)射腔室發(fā)射的過(guò)程中進(jìn)行下述操作中的一個(gè)和兩個(gè)(i)用與所述發(fā)射腔室液壓連通的一個(gè)或多個(gè)壓力傳感器監(jiān)視所述發(fā)射腔室內(nèi)的流體壓力；以及( )測(cè)量被轉(zhuǎn)移到所述發(fā)射腔室內(nèi)的過(guò)程流體體積。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，所述流體壓力測(cè)量通過(guò)包括下述的列表中的一個(gè)或多個(gè)壓力傳感器進(jìn)行監(jiān)視壓阻式應(yīng)變計(jì)、電容式傳感器、電磁傳感器、壓電傳感器和電位傳感器。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，所述流體體積測(cè)量通過(guò)包括下述的列表中的一個(gè)或多個(gè)裝置進(jìn)行監(jiān)視流量計(jì)、水平傳感器、視覺(jué)傳感器和泵沖程計(jì)數(shù)器。
21.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述激活裝置包括鏢、球體、炸彈和炸藥筒。
22.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述過(guò)程流體包括從下述列表中選擇的一種或多種流體鉆井流體、水泥漿、隔離液、化學(xué)洗液、酸液、礫石充填液和除垢液。
23.一種使用用于水泥頭的有角度發(fā)射系統(tǒng)將一個(gè)或多個(gè)激活裝置配置到過(guò)程流體系統(tǒng)中的方法，所述發(fā)射系統(tǒng)包括發(fā)射器主體，所述發(fā)射器主體包括至少一個(gè)發(fā)射腔室和裝置腔室，所述發(fā)射腔室的尺寸被設(shè)置成在其里面接收一個(gè)或多個(gè)激活裝置，所述發(fā)射腔室與外部動(dòng)力源流體連通，用于將一個(gè)或多個(gè)激活裝置發(fā)射到所述裝置腔室內(nèi)。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，包括下述步驟 i.在發(fā)射腔室中插入一個(gè)或多個(gè)激活裝置； .連接每個(gè)發(fā)射腔室和動(dòng)力源；iii.泵送過(guò)程流體通過(guò)所述發(fā)射器主體；iv.致動(dòng)與包含一個(gè)或多個(gè)激活裝置的發(fā)射腔室連接的所述動(dòng)力源；v.將一個(gè)或多個(gè)激活裝置推出所述發(fā)射腔室并使其進(jìn)入所述發(fā)射器主體；以及 Vi.重復(fù)步驟i.至V.，直到足夠數(shù)量的發(fā)射裝置已經(jīng)被配置而完成作業(yè)。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，包括下述步驟i.在發(fā)射腔室中插入包含化學(xué)物質(zhì)的一個(gè)或多個(gè)激活裝置； .連接每個(gè)發(fā)射腔室和動(dòng)力源；iii.泵送過(guò)程流體通過(guò)所述發(fā)射器主體；iv.致動(dòng)與所述包含一個(gè)或多個(gè)激活裝置的發(fā)射腔室連接的所述動(dòng)力源； V.將一個(gè)或多個(gè)激活裝置推出所述發(fā)射腔室并使其進(jìn)入所述發(fā)射器主體；Vi.如果所述激活裝置包含化學(xué)物質(zhì)，則將所述化學(xué)物質(zhì)釋放到過(guò)程流體中；以及 Vii.重復(fù)步驟i.至Vi.，直到足夠數(shù)量的發(fā)射裝置已經(jīng)被配置而完成作業(yè)。
26.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，所述外部動(dòng)力源包括下述列表中的一個(gè)或多個(gè)在所述激活裝置后面直接發(fā)生關(guān)系的流體、具有將一個(gè)或多個(gè)激活裝置推出所述發(fā)射腔室的桿的液壓缸、沒(méi)有在所述激活裝置腔室內(nèi)密封的桿的液壓活塞，以及位于所述激活裝置后面的從外部流體源充填的囊體。
27.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，還包括在一個(gè)或多個(gè)激活裝置從發(fā)射腔室發(fā)射的過(guò)程中進(jìn)行下述操作中的一個(gè)和兩個(gè)(i)用與所述發(fā)射腔室液壓連通的一個(gè)或多個(gè)壓力傳感器監(jiān)視所述發(fā)射腔室內(nèi)的流體壓力；以及( )測(cè)量被轉(zhuǎn)移到所述發(fā)射腔室內(nèi)的所述流體體積。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于，所述流體壓力通過(guò)包括下述的列表中的一個(gè)或多個(gè)壓力傳感器進(jìn)行監(jiān)視壓阻式應(yīng)變計(jì)、電容式傳感器、電磁傳感器、壓電傳感器和電位傳感器。
29.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于，一個(gè)或多個(gè)壓力釋放裝置被用于提供額外的流體壓力信息，所述壓力釋放裝置包括下述列表中的一個(gè)或多個(gè)構(gòu)件爆破片、壓力釋放閥、易熔塞裝置和組合爆破片/易熔合金裝置。
30.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于，所述流體體積通過(guò)包括下述的列表中的一個(gè)或多個(gè)裝置進(jìn)行測(cè)量流量計(jì)、水平傳感器、視覺(jué)傳感器和泵沖程計(jì)數(shù)器。
31.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，所述激活裝置包括鏢、球體、炸彈和炸藥筒。
32.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，所述過(guò)程流體包括從下述列表中選擇的一種或多種流體鉆井流體、水泥漿、隔離液、化學(xué)洗液、酸液、礫石充填液和除垢液。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于水泥頭的多重激活裝置發(fā)射系統(tǒng)，包括發(fā)射器主體，發(fā)射器主體包括至少一個(gè)發(fā)射腔室和裝置腔室，發(fā)射腔室的尺寸被設(shè)置成在里面接收一個(gè)或多個(gè)激活裝置，發(fā)射腔室與動(dòng)力源流體連通，用于將激活裝置發(fā)射到裝置腔室內(nèi)。本發(fā)明涉及與這種系統(tǒng)有關(guān)的各種方法。
文檔編號(hào)E21B33/076GK102177308SQ200980139992
公開(kāi)日2011年9月7日 申請(qǐng)日期2009年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月7日
發(fā)明者C·菲茨杰拉德, G·錢(qián), J·龍多, P·岡比耶 申請(qǐng)人:普拉德研究及開(kāi)發(fā)股份有限公司