液壓組件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種井下工具，所述井下工具包括：液壓組件；臂組件，所述臂組件包括輪；液壓馬達，用于使所述輪旋轉(zhuǎn)，由此沿前進方向驅(qū)動所述井下工具；以及液壓泵單元，用于同時產(chǎn)生第一和第二加壓流體，所述井下工具的特征在于，所述臂組件可相對于工具殼體在縮回位置與突出位置之間移動，并且所述井下工具還包括：臂啟動組件，用于使所述臂組件在所述縮回位置與所述突出位置之間移動，并且所述液壓馬達在所述臂組件處于所述突出位置時沿前進方向驅(qū)動所述井下工具，所述臂啟動組件與所述第一加壓流體流體連接并且所述液壓馬達與所述第二加壓流體流體連接；液壓控制塊，用于控制具有第一壓力的所述第一加壓流體的壓力以及控制所述第二加壓流體的第二壓力，并且所述液壓控制塊包括用于控制所述臂組件的縮回、所述臂組件的突出和所述輪的旋轉(zhuǎn)的順序的第一順序閥，其中，所述順序閥與所述流體中的一者流體連接并且基于另一種流體的壓力而在打開位置與關(guān)閉位置之間切換。此外，本發(fā)明涉及一種控制井下工具的驅(qū)動單元的臂組件的突出的方法和一種井下系統(tǒng)。
【專利說明】液壓組件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種井下工具，該井下工具包括:液壓組件；包括輪的臂組件；液壓馬達，用于使輪旋轉(zhuǎn)，由此沿前進方向驅(qū)動井下工具；和液壓泵單元，用于同時產(chǎn)生第一和第二加壓流體。此外，本發(fā)明涉及一種控制井下工具的驅(qū)動單元的臂組件的突出的方法和一種井下系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]井下工具用于油氣井的井眼內(nèi)部的操作。井下工具在很苛刻的環(huán)境中操作并且必須尤其能夠耐受腐蝕性流體、高溫和高壓。
[0003]為了避免油氣生產(chǎn)中不必要和昂貴的干擾，配置在井下的工具必須可靠并且在崩潰的情況下易于從井移走。工具常常配置于井下數(shù)千米的很大深度處，并且移走卡滯的工具因此是一項昂貴和耗時的操作。
[0004]已知借助控制閥和/或順序閥來控制液壓系統(tǒng)中的液壓引擎，所述閥被聯(lián)接在引擎與相應(yīng)的泵之間。在井下設(shè)備中，用戶進行的控制由于井眼下數(shù)千米的特殊情況而受限。此外，這種設(shè)備的控制在設(shè)備與表面之間的通信發(fā)生故障的情況下必須獨立于表面控制，以使得通過液壓裝置接合井眼壁或生產(chǎn)套筒的工具在故障的情況下仍可從井收回。因此，存在對可有利地用于故障安全井下控制系統(tǒng)的設(shè)計中的非?？煽康目刂葡到y(tǒng)的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的一個目的是完全或部分地克服現(xiàn)有技術(shù)的以上缺點和弊端。更具體而言，一個目的是提供一種改進的井下工具，該井下工具在啟動其在突出臂上的輪以便使其自身在井中向前推進時不會被卡住。
[0006]將從以下說明變得顯而易見的上述目的以及許多其他目的、優(yōu)點和特征由一種井下工具通過根據(jù)本發(fā)明的方案來實現(xiàn)，所述井下工具包括:
[0007]-液壓組件，
[0008]-臂組件，該臂組件包括輪，
[0009]-液壓馬達，用于使輪旋轉(zhuǎn)，由此沿前進方向驅(qū)動井下工具，以及
[0010]-用于同時產(chǎn)生第一和第二加壓流體的液壓泵單元，
[0011]所述井下工具的特征在于，臂組件可相對于工具殼體在縮回位置與突出位置之間移動，并且所述井下工具還包括:
[0012]-臂啟動組件，用于使所述臂組件在所述縮回位置與所述突出位置之間移動，并且所述液壓馬達在所述臂組件處于所述突出位置時沿前進方向驅(qū)動所述井下工具，所述臂啟動組件與所述第一加壓流體流體連接并且所述液壓馬達與所述第二加壓流體流體連接，
[0013]-液壓控制塊，用于控制具有第一壓力的所述第一加壓流體的壓力以及控制所述第二加壓流體的第二壓力，并且
[0014]-所述液壓控制塊包括用于控制所述臂組件的縮回、所述臂組件的突出和所述輪的旋轉(zhuǎn)的順序的順序閥，
[0015]其中，所述順序閥與所述流體中的一者流體連接并且基于另一流體的壓力而在打開位置與關(guān)閉位置之間切換。
[0016]在一個實施例中，所述第一和第二加壓流體可分別在所述臂啟動組件和所述液壓馬達的下游重新結(jié)合成進入在閉合回路中與所述液壓泵連接的流體液壓室的下游流體。
[0017]在另一實施例中，該液壓組件可包括液壓組件殼體，所述液壓組件殼體是所述液壓塊和所述液壓泵被容納在其中的液壓室。
[0018]此外，所述液壓塊和所述液壓泵可被容納在還包括用于監(jiān)視所述第一和第二壓力以向控制系統(tǒng)產(chǎn)生反饋信號的傳感器的液壓組件殼體中。
[0019]此外，所述順序閥可與所述第二流體流體連接并且基于所述第一流體的壓力而在打開和關(guān)閉位置之間切換。
[0020]而且，所述順序閥可與所述第一流體流體連接并且基于在節(jié)流器(throttle)上游測得的所述第二流體的壓力而在打開和關(guān)閉位置之間切換。
[0021]所述第一加壓流體可通過先導(dǎo)連接部與換向閥流體連通，所述液壓馬達具有第一和第二輸入端口，所述換向閥控制進入所述液壓馬達的所述第一或第二輸入端口中的所述第二流體，以使得所述液壓馬達的旋轉(zhuǎn)方向可被第一流體控制處于前進或后退模式下。
[0022]在另一實施例中，所述液壓塊還可包括另外的順序閥，所述另外的順序閥與所述第二流體流體連接，以使得所述第二流體在被供給至所述臂啟動組件之前經(jīng)過所述另外的閥。
[0023]此外，所述液壓泵單元或馬達可通過線纜被提供動力或經(jīng)管子接收流體。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的井下工具可包括多個輪。
[0025]而且，根據(jù)本發(fā)明的井下工具可包括多個臂組件。
[0026]此外，所述輪可由被容納在所述驅(qū)動單元殼體內(nèi)的液壓馬達驅(qū)動。
[0027]此外，根據(jù)本發(fā)明的井下工具可包括具有內(nèi)部流體通道的臂組件。
[0028]在一個實施例中，所述液壓塊可包括用于控制第一和第二壓力的第一和第二壓力控制裝置。
[0029]根據(jù)本發(fā)明的井下工具可與線纜例如盤管或鉆管連接。
[0030]此外，根據(jù)本發(fā)明的井下工具可包括用于監(jiān)視第一和第二壓力以向控制系統(tǒng)產(chǎn)生反饋信號的傳感器。
[0031]本發(fā)明還涉及一種控制井下工具的驅(qū)動單元的臂組件的突出的方法，所述方法包括:
[0032]-啟動液壓泵，
[0033]-同時產(chǎn)生具有第一壓力的第一加壓流體和具有第二壓力的第二加壓流體，
[0034]-通過所述第一加壓流體啟動液壓馬達的旋轉(zhuǎn)，以驅(qū)動所述臂組件的輪，
[0035]-提高所述第一壓力，直至所述第一壓力達到預(yù)定突出壓力，
[0036]-通過第一順序閥啟動臂啟動組件，以及
[0037]-通過所述第二加壓流體的第二壓力啟動所述臂組件的突出。
[0038]而且，本發(fā)明涉及一種如上所述的方法，所述方法還包括以下步驟:
[0039]-迫使所述第二流體通過孔口并進入第一順序閥，由此逐漸關(guān)閉所述第一順序閥并且替換通過所述第一順序閥啟動臂啟動組件的步驟，
[0040]-提高所述孔口上游的所述第二壓力，
[0041]-通過提高所述第二流體的第二壓力而逐漸關(guān)閉第二順序閥，
[0042]-提高所述第一流體的第一壓力(替換提高所述第一壓力直至所述第一壓力達到預(yù)定突出壓力的步驟)，
[0043]-當所述臂組件的所述輪抵接所述井眼或生產(chǎn)套管的內(nèi)壁時，進一步提高所述第二壓力，
[0044]-通過所述第二壓力關(guān)閉所述第二順序閥，
[0045]-進一步提高所述第一流體的第一壓力，直至獲得所述第一流體的第一壓力的最大壓力，并且
[0046]-沿前進方向驅(qū)動工具管柱。
[0047]在一個實施例中，所述臂組件的突出的啟動可發(fā)生在所述第二加壓流體的壓力克服由彈簧部件施加至所述臂啟動組件的彈簧力時。
[0048]另外，上述方法可包括:
[0049]-液壓泵的停用，
[0050]-通過降低第二加壓流體的第二壓力而停止所述臂組件的突出，
[0051]-降低所述第二壓力，直至所述臂組件縮回，以及
[0052]-通過降低驅(qū)動液壓馬達配置在其中的所述臂組件的輪的第一加壓流體的第一壓力來減慢所述液壓馬達的旋轉(zhuǎn)。
[0053]在一個實施例中，所述臂組件的縮回的啟動可發(fā)生在所述第二加壓流體的壓力變得不及由彈簧部件施加至所述臂啟動組件的彈簧力時。
[0054]此外，本發(fā)明涉及一種如上所述的方法，所述方法包括:
[0055]-啟動液壓泵，
[0056]-同時產(chǎn)生具有第一壓力的第一加壓流體和具有第二壓力的第二加壓流體，
[0057]-通過所述第一加壓流體啟動液壓馬達的旋轉(zhuǎn)，以驅(qū)動所述臂組件的輪，
[0058]-提高所述第一壓力，直至所述第一壓力達到預(yù)定突出壓力，
[0059]-通過第一順序閥啟動臂啟動組件，以及
[0060]-通過所述第二加壓流體的第二壓力啟動所述臂組件的突出，
[0061]-沿前進方向驅(qū)動所述井下工具，
[0062]-停用所述液壓泵，
[0063]-通過降低第二加壓流體的第二壓力而停止所述臂組件的突出，
[0064]-降低所述第二壓力，直至所述臂組件縮回，以及
[0065]-通過降低所述第一加壓流體的第一壓力來減慢所述液壓馬達的旋轉(zhuǎn)。
[0066]另外，本發(fā)明涉及一種控制井下工具的驅(qū)動單元的臂組件的突出的方法，所述方法包括:
[0067]_啟動液壓栗，
[0068]-同時產(chǎn)生具有第一壓力的第一加壓流體和具有第二壓力的第二加壓流體，
[0069]-迫使所述第二流體通過孔口并進入第一順序閥，由此逐漸關(guān)閉所述第一順序閥，
[0070]-提高所述孔口上游的所述第二壓力，[0071]-通過提高所述第二流體的第二壓力而逐漸關(guān)閉第二順序閥，
[0072]-提高所述第一流體的第一壓力，
[0073]-通過所述第一加壓流體啟動液壓馬達的旋轉(zhuǎn)，以驅(qū)動所述臂組件的輪，
[0074]-通過所述第二加壓流體的第二壓力啟動所述臂組件的突出，
[0075]-當所述臂組件的所述輪抵接井眼或生產(chǎn)套管的內(nèi)壁時，進一步提高所述第二壓力，
[0076]-通過所述第二壓力關(guān)閉所述第二順序閥，
[0077]-進一步提高所述第一流體的第一壓力，直至獲得所述第一流體的第一壓力的最大壓力，并且
[0078]-沿前進方向驅(qū)動工具管柱。
[0079]本發(fā)明還涉及一種控制井下工具的驅(qū)動單元的臂組件的突出的方法，所述方法包括:
[0080]-啟動液壓泵，
[0081]-同時產(chǎn)生具有第一壓力的第一加壓流體和具有第二壓力的第二加壓流體，
[0082]-通過所述第二加壓流體(代替第一順序閥)啟動臂啟動組件，
[0083]-通過所述第二加壓流體的第二壓力啟動所述臂組件的突出，
[0084]-當所述臂組件的輪抵接所述井眼或生產(chǎn)套管的內(nèi)壁時提高所述第二壓力(用以替換提高所述第一壓力直至所述第一壓力達到預(yù)定突出壓力的步驟)，以及
[0085]-提高所述第二壓力，直至所述第二壓力達到預(yù)定旋轉(zhuǎn)壓力，
[0086]其中，由第一順序閥執(zhí)行通過所述第一加壓流體啟動液壓馬達的旋轉(zhuǎn)以驅(qū)動所述臂組件的輪的步驟，
[0087]-沿前進方向驅(qū)動所述井下工具，
[0088]-停用所述液壓泵，
[0089]-通過降低所述第一加壓流體的第一壓力來減慢所述液壓馬達的旋轉(zhuǎn)，
[0090]-通過降低所述第二加壓流體的第二壓力而停止所述臂組件的突出，以及
[0091]-降低所述第二壓力，直至所述臂組件縮回。
[0092]此外，本發(fā)明涉及一種井下系統(tǒng)，該井下系統(tǒng)包括根據(jù)本發(fā)明的井下工具和與所述井下工具連接以在井或井眼中被向前移動的操作工具。
[0093]所述操作工具可以是沖擊工具、鑰匙工具(key tool )、銑削工具、鉆削工具、測井
工具等。
[0094]最后，根據(jù)本發(fā)明的井下工具的臂組件的縮回可通過彈簧部件協(xié)助。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0095]下文將參考所附示意圖更詳細地描述本發(fā)明及其諸多優(yōu)勢，附圖為了說明的目的而示出了一些非限制性的實施例，并且其中
[0096]圖1示出液壓組件的示意圖，
[0097]圖2示出另一液壓組件的示意圖，
[0098]圖3示出井下工具的一部分的截面圖，
[0099]圖4示出包括液壓組件的井下工具管柱，以及[0100]圖5a-d示出液壓組件的不同實施例的液壓回路圖。
[0101]所有附圖均為高度示意性的且不一定按比例繪制，并且它們僅示出闡明本發(fā)明所需的那些部分，其它部分被省略或僅進行提示。
【具體實施方式】
[0102]圖1示出井下工具12的液壓組件200，該液壓組件用于控制井下工具的液壓驅(qū)動功能的順序。液壓組件200附接到驅(qū)動單元11上以在井下操作期間傳送工具管柱10。液壓組件200提供用于推進驅(qū)動單元11的多種加壓流體。該驅(qū)動單元包括至少一個臂組件和用于使臂組件在突出位置與縮回位置之間移動的至少一個臂啟動組件。該臂組件包括輪62，該輪配置成使得當臂組件處于其突出位置時，輪被迫使靠在井眼4或生產(chǎn)套筒6的內(nèi)壁5上。由液壓組件200提供的加壓流體用于使臂組件60突出并使輪62旋轉(zhuǎn)。一個驅(qū)動單元通常包括若干個輪,每個輪借助臂啟動組件40啟動。圖1所示的驅(qū)動單元包括4個臂組件和4個臂啟動組件。
[0103]液壓組件200包括液壓組件殼體201和與液壓組件殼體的周圍密封的液壓室202。因此，液壓組件殼體201用作液壓室202。這樣，殼體201被充填有液壓流體并因此在暴露于井下的高壓時基本不可壓縮。液壓泵18配置在液壓組件殼體201內(nèi)部的液壓室中并與其流體連通。圖1所示的液壓泵包括5個液壓活塞206、并聯(lián)流體連接地配置以對第一加壓流體207進行加壓的4個第一液壓活塞206a和用于對第二加壓流體208進行加壓的一個第二液壓活塞206b。液壓泵18因此是由電動馬達17以常規(guī)方式驅(qū)動并經(jīng)如圖4所示的線纜9接收動力的若干個泵區(qū)段。液壓組件200與臂啟動組件40流體連接，以通過第二加壓流體208使臂組件相對于驅(qū)動單元殼體54在縮回位置與突出位置之間移動。臂組件的輪在突出位置可接合井眼或生產(chǎn)套管的內(nèi)側(cè)。此外，液壓組件200與液壓馬達23流體連接，以驅(qū)動臂組件60的輪62，由此在臂組件處于突出位置時沿前進方向驅(qū)動井下工具。液壓組件200還包括液壓塊19，該液壓塊配置在液壓室202中并與其流體連通，以控制第一和第二加壓流體離開液壓組件200的順序。此外，液壓塊19控制加壓流體在加壓流體離開液壓塊19并進入臂啟動組件60或液壓馬達23時的壓力的大小。此外，通過設(shè)置在殼體201中的液壓塊19和液壓泵18被充填液壓流體，液壓塊19和液壓泵18兩者都被保護免受井下的周圍高壓影響，并且確保液壓組件中的穩(wěn)定流體連接。
[0104]在圖1和5a中，液壓塊19包括多個流體連接部203、第一順序閥204a和兩個過壓閥。流體連接部203a將液壓泵18與液壓馬達23連接。流體連接部203a經(jīng)第一過壓閥205a與液壓室202流體連接，以確保第一加壓流體207的壓力永遠不會超過由第一過壓閥確定的壓力。此外，流體連接部203a經(jīng)第一壓力通道203d與第一順序閥204a流體連接，從而使第一順序閥204a在第一加壓流體的第一壓力低于突出壓力時打開。突出壓力由第一順序閥204a控制并且在第一壓力超過突出壓力時關(guān)閉。此外，該液壓塊包括將液壓泵18與臂啟動組件60連接的流體連接部203b。流體連接部203b經(jīng)第二過壓閥205b與液壓室202流體連接，以確保第二加壓流體208的壓力永遠不會超過由第二過壓閥確定的壓力。此夕卜，流體連接部203b經(jīng)第一順序閥204a與液壓室202流體連接。當?shù)谝豁樞蜷y204a由于第一加壓流體的第一壓力低于由第一順序閥204a控制的突出壓力而打開時，第二加壓流體208可通往液壓室202。第二加壓流體因此與液壓室202流體短路并且不會進入臂啟動組件40，并且因此將無法在臂啟動組件40中建立壓力以使臂組件60突出。當?shù)谝豁樞蜷y204a由于第一加壓流體的第一壓力高于突出壓力而關(guān)閉時，第二加壓流體208無法通往液壓室202，并且第二加壓流體因此未與液壓室202流體短路并且因此將必須進入臂啟動組件40，由此使臂組件60突出。
[0105]根據(jù)本發(fā)明的一種方法，液壓泵首先被啟動以便產(chǎn)生第一和第二加壓流體。在壓力的建立期間，液壓馬達23的旋轉(zhuǎn)將通過第一加壓流體207啟動。在壓力建立的早期，臂啟動組件仍未被啟動，這是因為第一順序閥仍打開并由此使第二加壓流體短路，使得第二加壓流體回到液壓室而不是在臂啟動組件40中建立壓力。因此，輪62將在臂組件突出之前開始旋轉(zhuǎn)。這種順序開始的優(yōu)點是輪已經(jīng)在旋轉(zhuǎn)并因此在臂組件突出并且輪開始接合井眼或生產(chǎn)套管的內(nèi)壁時具有一定動量。當?shù)谝患訅毫黧w207的第一壓力繼續(xù)建立時，第一壓力將在某一點關(guān)閉第一順序閥204a。順序閥204a在第一壓力達到定義為突出壓力的壓力時關(guān)閉，這是因為臂組件的突出將在第一順序閥關(guān)閉時啟動。當?shù)谝豁樞蜷y關(guān)閉時，第二加壓流體208不再經(jīng)第一順序閥204a直接通向液壓室20。第二加壓流體208的第二壓力然后將開始建立，引起第二加壓流體208向臂啟動組件40施加啟動臂組件60的突出的突出力。
[0106]此外，在本發(fā)明的一些實施例中，臂組件的突出的啟動將發(fā)生在第二加壓流體208的突出力克服由彈簧部件42施加至臂啟動組件的縮回彈簧力時。為了確保臂組件的故障安全縮回，彈簧部件42可對抗第二加壓流體的第二壓力，以使得彈簧部件42將協(xié)助臂組件60處于縮回階段。這樣，來自液壓組件200的壓力損失將立即引起臂組件60的縮回，由此防止井下工具的卡滯。
[0107]根據(jù)本發(fā)明的另一方法，停用液壓泵18以開始臂組件60的縮回。這將引起施加在臂啟動組件40上的第二壓力的降低，由此引起臂組件60的縮回。停用液壓泵18還引起第一壓力的降低。當?shù)谝粔毫档蜁r，液壓馬達23的旋轉(zhuǎn)也將減慢，并且井下工具最終將停止移動。
[0108]第一和第二加壓流體可在返回液壓室202之前在驅(qū)動單元11中在臂啟動組件40的下游和液壓馬達23的下游合并。
[0109]流體經(jīng)流體連接部203a進入液壓馬達，以便迫使液壓馬達的可旋轉(zhuǎn)區(qū)段沿一個方向旋轉(zhuǎn)并因此使輪旋轉(zhuǎn)以使井下工具旋轉(zhuǎn)，從而使其自身在井中向前推進。為了能夠既向前又向后推進，可改變井下工具的輪的旋轉(zhuǎn)方向。為了改變輪62的旋轉(zhuǎn)方向，第一流體可在進入液壓馬達23之前經(jīng)先導(dǎo)連接部305與換向閥流體連通。在此實施例中，液壓馬達具有第一和第二兩個輸入端口，并且流體進入哪一個端口由換向閥的位置確定，并且換向閥的位置由先導(dǎo)連接部控制。因此，如果流體在換向閥中被引導(dǎo)成進入第一端口，則液壓馬達的可旋轉(zhuǎn)區(qū)段被迫沿一個方向旋轉(zhuǎn)，并且如果流體被引導(dǎo)成進入第二端口，則液壓馬達被迫沿反方向旋轉(zhuǎn)。通過具有該先導(dǎo)連接部，可利用第一流體使液壓馬達23的旋轉(zhuǎn)方向反向，以使得可通過第一流體控制液壓馬達的旋轉(zhuǎn)方向處于前進或后退模式下。
[0110]圖2和5d示出還包括第二順序閥204b和孔口 211的液壓組件200。在該液壓組件中，流體連接部203b經(jīng)通向第二液壓活塞206b的孔口 211與第一順序閥204a流體連接。此外，第二流體208經(jīng)第二壓力通道203e與第二順序閥204b流體連接，從而使第二順序閥204b能夠在第二加壓流體208的第二壓力低于由第二順序閥204b控制的旋轉(zhuǎn)開始壓力時打開并在第二壓力超過旋轉(zhuǎn)開始壓力時關(guān)閉。通過引入第二順序閥204b和第二壓力通道203e，可逐漸啟動臂組件的突出和輪62的旋轉(zhuǎn)，以便逐漸加重驅(qū)動液壓泵18的電動馬達17的負擔。此外，來自第一流體207的全部驅(qū)動力在輪62完全接合井眼或生產(chǎn)套管之前不會被利用，使得整個工具管柱的移動也逐漸啟動并且不會產(chǎn)生突然的沖擊。
[0111]根據(jù)本發(fā)明的一種方法，液壓泵18首先被啟動以便產(chǎn)生圖2和5d所示的第一和第二加壓流體。首先，第一流體207被引導(dǎo)直接通過打開的第二順序閥204b并進入液壓室202。第二流體208被迫使經(jīng)孔口 211進入第一順序閥204a，該第一順序閥由于孔口 211的阻力而被逐漸啟動。在孔口 211的上游，第二壓力將逐漸建立，從而向逐漸開始關(guān)閉的第二順序閥204b施加越來越大的壓力，迫使第一流體207流向液壓馬達23，從而啟動輪62的旋轉(zhuǎn)。當?shù)谝涣黧w207已充分充填第一順序閥204a時，第一順序閥204a關(guān)閉并且第一壓力207開始建立，由此啟動臂啟動組件40。當臂組件40最終接合井眼或生產(chǎn)套管的內(nèi)壁時，第二壓力將快速建立，由此快速完全關(guān)閉第二順序閥204b。當?shù)诙樞蜷y204b完全關(guān)閉時，所有第一流體207將被迫進入液壓馬達。第一壓力此后因此將朝以最大可能的動力驅(qū)動液壓馬達的最大第一壓力快速升高。
[0112]當使用液壓馬達時使輪在接合井眼壁或生產(chǎn)套管前旋轉(zhuǎn)的一個優(yōu)點是它們潛在的零旋轉(zhuǎn)力矩，這呈現(xiàn)了井眼中可能的卡滯狀況。當輪在未旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)下接合井眼壁時，它們可能無法開始旋轉(zhuǎn)，這是因為輪必須克服源于當臂組件處于其突出位置時朝井眼壁或生產(chǎn)套管施加的法向力的另外的摩擦力。此外，在井下數(shù)千米作業(yè)時，用于驅(qū)動電動馬達和因此驅(qū)動液壓馬達的液壓泵的動力由于長線纜中的大電壓降而非常有限。因此，工具管柱的初始移動由于需要建立工具管柱的慣性而很關(guān)鍵。
[0113]圖3示出在一個臂組件處于突出位置而另一個臂組件60處于縮回位置的狀態(tài)下連接到驅(qū)動單元11的液壓組件200的圖示。臂組件60包括臂部件61并且還包括用于在井下操作期間驅(qū)動工具管柱的輪62。在井下操作期間，井下工具的臂組件通常將全部處于突出或縮回位置。此外，若干個驅(qū)動單元11可連接到同一個液壓組件200。將多于一個驅(qū)動單元連接到同一個液壓組件200通常可流體并聯(lián)地完成，以便獲得驅(qū)動單元的同步表現(xiàn)。這樣，所有驅(qū)動單元的每個臂組件都被供給大致相同的壓力，并且所有驅(qū)動單元的每個輪都通過大致相同的壓力旋轉(zhuǎn)。在圖3中，看到臂組件60的臂部件61 (左邊的一個)處于突出位置，并且在此情況下接合生產(chǎn)套管6的內(nèi)壁，并且看到臂部件61 (右邊的一個)處于其縮回位置。此外，示出了臂部件61的長軸相對于工具管柱的縱向軸線具有小于90度的突出角度。這樣，臂組件的縮回在拉動線纜9或盤管9時將不會具有倒鉤功能。拉動線纜或盤管因此將有助于在突出角度小于90度的情況下使臂組件縮回。
[0114]用于驅(qū)動驅(qū)動單元11的輪62的液壓馬達23可配置在臂組件60的輪62的內(nèi)部，或配置在驅(qū)動單元的殼體內(nèi)部并且然后通過配置在臂組件60中的連接裝置(未示出)例如帶傳動裝置與輪連接。
[0115]圖4所示的井下工具管柱10包括用于使液壓泵18移動的電動馬達17。電動馬達17可由線纜9從表面提供動力，或替代地，電動馬達可由配置在工具管柱中的電池(未示出)提供動力。在本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的盤管操作期間，液壓泵可由在表面產(chǎn)生經(jīng)盤管9被泵送到井下工具管柱的加壓流體的液壓泵替換。盤管操作通常由于盤管的重量而被局限于較小的井眼深度。在很大的深度處，線纜操作因此比盤管操作更適宜。在圖4中，工具管柱10還包括頂部連接器13、底部連接器14、模式轉(zhuǎn)換電子設(shè)備15和控制電子設(shè)備16。
[0116]圖5a_d示出根據(jù)本發(fā)明的液壓組件的不同實施例的五個不同液壓回路圖。特殊的井下操作可能存在特殊要求，因此設(shè)置特定的順序閥系統(tǒng)以滿足這些特殊需要。
[0117]圖5b示出液壓組件的液壓回路圖，其中液壓塊19包括2個順序閥204、3個過濾器210、止回閥213、節(jié)流器212和2個過壓閥205。啟動液壓泵18對第一流體207和第二流體208進行加壓。第一流體被直接引回液壓室202，這是因為第二順序閥在其初始位置是打開的。第二流體被部分地引導(dǎo)通過節(jié)流器212并且部分地被引導(dǎo)通過止回閥213。當?shù)诙毫ι邥r，第一順序閥204a封閉用于第二流體直接通往液壓室202的通路。當?shù)谝豁樞蜷y204a開始關(guān)閉時，第二流體被引向臂啟動組件40，藉此臂啟動組件隨著第二壓力升高而使臂組件突出。此外，當?shù)诙毫ι邥r，第二順序閥被第二流體啟動并且然后將關(guān)閉。當?shù)诙樞蜷y關(guān)閉時，第一壓力開始升高并且液壓馬達23的旋轉(zhuǎn)將被啟動，由此使輪旋轉(zhuǎn)。利用這種設(shè)置，臂組件的突出的啟動將逐步發(fā)生，以使驅(qū)動液壓泵的電動馬達上的負荷逐漸增大。
[0118]在圖5c中，原理與圖5b所示的原理非常相似。在圖5c中，第二流體未被引導(dǎo)通過節(jié)流器212，而且第一順序閥由螺線管214控制，所述螺線管可被控制成通過電動馬達17的啟動而被啟動或者由工具管柱10中的控制電子設(shè)備16控制。螺線管的啟動可來自電動馬達17的啟動之后的固定延時，或利用輸入至控制電子設(shè)備例如壓力傳感器(未示出)的其它輸入信號控制。
[0119]圖5d所示的液壓回路圖與圖5b所示的液壓回路圖也非常相似。差別在于節(jié)流器212的配置，其在圖5d中配置在第一順序閥204a的上游。將節(jié)流器配置在該位置確保了所有通過液壓泵18的第二活塞206b產(chǎn)生的動力都被引導(dǎo)通過臂啟動組件40，從而獲得最大可能的突出力。在圖5b所示的液壓回路圖中，一小部分第二流體將被直接引導(dǎo)回到液壓室202并且因此將不參與臂組件60的突出。在圖5d中，還示出了可如何在并聯(lián)配置時同步啟動若干個輪和臂啟動組件40。在圖5d中，4個臂啟動組件40和4個液壓馬達23并聯(lián)連接以同步工作。
[0120]如圖5d所示，液壓馬達23可以是雙向的并由換向閥306控制。換向閥306可由通過先導(dǎo)連接部305的第一流體控制，從而可通過第一流體控制液壓馬達的旋轉(zhuǎn)方向處于前進或后退模式下。為了控制液壓馬達在臂組件60突出之后的旋轉(zhuǎn)方向，可使用另外的閥204b、205b、304a來控制臂組件突出之后的換向順序。換向閥306可配置在輪臂61或輪62中，如圖5d中示意性地示出，從而僅一個第二流體通道必須通過臂啟動組件40。這由于第二流體提供了驅(qū)動力并因此是比較大的通道而有利。包括第一流體的先導(dǎo)連接部305可能非常小，僅足夠提供足夠的第一流體以啟動換向閥306那么大。如果換向閥替代地配置在液壓控制塊19中，則運送第二流體的兩個分離的通道必須經(jīng)臂啟動組件通往輪，一個用于前進運動并且一個用于后退運動，這將需要臂啟動組件40和輪臂60中更多的空間。
[0121]此外，第二流體可被引導(dǎo)通過減小通往液壓馬達的流體流量的防自旋閥并防止輪自旋。因此，臂組件60還可包括防自旋閥。防自旋閥控制通過流體通道的流量，以確保輪與井或套管的側(cè)壁之間的牽引力。當牽引力基本喪失時，輪旋轉(zhuǎn)而不會提供井下工具或工具管柱的必要前進運動。此時，通過液壓馬達的流量增加并且壓力因此下降。為了防止自旋，防自旋閥限制通過通道的流量，藉此降低輪的轉(zhuǎn)速并重新獲得牽引力。[0122]當液壓馬達中的壓力由于輪的自旋而下降時，液壓馬達中的壓力和防自旋閥中的彈簧力不再足以將防自旋閥保持在打開位置，并且通過防自旋閥的流量至少部分地被限制。
[0123]順序閥204a、204b可以是能夠控制流體流動的順序的任意類型的閥。閥的打開和關(guān)閉可通過壓力、溫度、電氣開關(guān)、機械相互作用等來控制。順序閥204a、204b可以是電磁閥。過壓閥205b、209的組合可用比例閥替代。第一順序閥204a和螺線管214的組合可用比例閥替代。
[0124]液壓塊還可包括用于控制過壓閥209的可調(diào)裝置、用于過濾進入驅(qū)動單元的液壓流體的過濾器210、孔口 211、節(jié)流器212、止回閥213、螺線管214和/或用于監(jiān)視第一和第二壓力以向控制系統(tǒng)產(chǎn)生反饋信號的電傳感器(未示出)。
[0125]盡管上文已結(jié)合本發(fā)明的優(yōu)選實施例描述了本發(fā)明，但對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說將顯而易見的是在不脫離如通過以下權(quán)利要求限定的本發(fā)明的前提下可以設(shè)想若干個改型。
【權(quán)利要求】
1.一種井下工具(12)，包括: -液壓組件(200)， -臂組件(60)，所述臂組件包括輪(62)， -液壓馬達(23)，用于使所述輪旋轉(zhuǎn)，由此沿前進方向驅(qū)動所述井下工具，以及 -用于同時產(chǎn)生第一和第二加壓流體的液壓泵單元(18)， 所述井下工具的特征在于，所述臂組件可相對于工具殼體在縮回位置與突出位置之間移動，并且所述井下工具還包括:-臂啟動組件(40)，用于使所述臂組件在所述縮回位置與所述突出位置之間移動，并且所述液壓馬達在所述臂組件處于所述突出位置時沿前進方向驅(qū)動所述井下工具，所述臂啟動組件與所述第一加壓流體流體連接并且所述液壓馬達與所述第二加壓流體流體連接，-液壓控制塊(19)，用于控制具有第一壓力的所述第一加壓流體的壓力以及控制所述第二加壓流體的第二壓力，并且 -所述液壓控制塊包括用于控制所述臂組件的縮回、所述臂組件的突出和所述輪的旋轉(zhuǎn)的順序的順序閥(204b)， 其中，所述順序閥與所述流體中的一種流體連接并且基于另一種流體的壓力而在打開位置與關(guān)閉位置之間切換。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的井下工具，其中，所述第一和第二加壓流體分別在所述臂啟動組件和所述液壓馬達的下游重新合并為進入在閉合回路中與所述液壓泵連接的液壓室(202)的下游流體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的井下工具，其中，所述液壓組件包括液壓組件殼體(19)，所述液壓組件殼體為所述液壓室。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項所述的井下工具，其中，所述液壓塊和所述液壓泵被容納在所述液壓組件殼體中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項所述的井下工具，其中，所述順序閥與所述第二流體流體連接并且基于所述第一流體的壓力而在打開位置與關(guān)閉位置之間切換。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項所述的井下工具，其中，所述順序閥與所述第一流體流體連接并且基于在節(jié)流器(212)上游測得的所述第二流體的壓力而在打開位置與關(guān)閉位置之間切換。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項所述的井下工具，其中，所述第一加壓流體經(jīng)先導(dǎo)連接部(305 )與換向閥(306 )流體連通，所述液壓馬達具有第一和第二輸入端口，所述換向閥控制進入所述液壓馬達的第一或第二輸入端口的第二流體，從而可通過所述第一流體控制所述液壓馬達的旋轉(zhuǎn)方向處于前進或后退模式下。
8.一種用于控制井下工具的驅(qū)動單元的臂組件的突出的方法，包括: -啟動液壓泵(18)， -同時產(chǎn)生具有第一壓力的第一加壓流體和具有第二壓力的第二加壓流體， -通過所述第一加壓流體啟動液壓馬達(23)的旋轉(zhuǎn)，以驅(qū)動所述臂組件的輪(62)， -提高所述第一壓力，直至所述第一壓力達到預(yù)定突出壓力， -通過第一順序閥(204a)啟動臂啟動組件，以及 -通過所述第二加壓流體的第二壓力啟動所述臂組件的突出。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，還包括以下步驟: -迫使所述第二流體通過孔口并進入第一順序閥(204a)，由此逐漸關(guān)閉所述第一順序閥并且替換所述通過第一順序閥啟動臂啟動組件的步驟， -提高所述孔口上游的所述第二壓力， -通過提高所述第二流體的第二壓力而逐漸關(guān)閉第二順序閥(204b)， -提高所述第一流體的第一壓力，替換所述提高所述第一壓力直至所述第一壓力達到預(yù)定突出壓力的步驟， -當所述臂組件的所述輪抵接所述井眼或生產(chǎn)套管的內(nèi)壁時，進一步提高所述第二壓力， -通過所述第二壓力關(guān)閉所述第二順序閥， -進一步提高所述第一流體的第一壓力，直至獲得所述第一流體的第一壓力的最大壓力，以及 -沿前進方向驅(qū)動工具管柱(10)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述臂組件的突出的啟動發(fā)生在所述第二加壓流體的壓力克服由彈簧部件(42)施加至所述臂啟動組件的彈簧力時。
11.根據(jù)權(quán)利要求8-10中任一項所述的方法，包括 -停用液壓泵(18)，` -通過降低第二加壓流體的第二壓力而停止所述臂組件的突出， -降低所述第二壓力，直至所述臂組件縮回，以及 -通過降低驅(qū)動所述臂組件的輪(62)的第一加壓流體的第一壓力來減慢液壓馬達(23)的旋轉(zhuǎn)，所述液壓馬達配置在所述臂組件中。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述臂組件的縮回的啟動發(fā)生在所述第二加壓流體的壓力變得不及由彈簧部件(42)施加至所述臂啟動組件的彈簧力時。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，還包括以下步驟: -沿前進方向驅(qū)動所述井下工具， -停用所述液壓泵， -通過降低第二加壓流體的第二壓力而停止所述臂組件的突出， -降低所述第二壓力，直至所述臂組件縮回，以及 -通過降低所述第一加壓流體的第一壓力來減慢所述液壓馬達的旋轉(zhuǎn)。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，包括 -代替通過第一順序閥，通過所述第二加壓流體啟動臂啟動組件， -當所述臂組件的輪(62)抵接所述井眼或生產(chǎn)套管的內(nèi)壁時提高所述第二壓力，用以替換所述提高所述第一壓力直至所述第一壓力達到預(yù)定突出壓力的步驟，以及-提高所述第二壓力，直至所述第二壓力達到預(yù)定旋轉(zhuǎn)壓力， 其中，由第一順序閥(204a)執(zhí)行通過所述第一加壓流體啟動液壓馬達(18)的旋轉(zhuǎn)以驅(qū)動所述臂組件的輪的步驟， -沿前進方向驅(qū)動所述井下工具， -停用所述液壓泵， -通過降低所述第一加壓流體的第一壓力來減慢所述液壓馬達的旋轉(zhuǎn)，-通過降低所述第二加壓流體的第二壓力而停止所述臂組件的突出，以及 -降低所述第二壓力，直至所述臂組件縮回。
15.一種井下系統(tǒng)，包括根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項所述的井下工具和與所述井下工具連接以在井或井眼 中被向前移動的操作工具(12)。
【文檔編號】E21B23/14GK103459762SQ201280016270
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2012年3月29日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月30日
【發(fā)明者】J·哈倫德巴克 申請人:韋爾泰克有限公司