專(zhuān)利名稱(chēng)：被動(dòng)扶正器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
在此描述的實(shí)施例涉及扶正器。主要探討被動(dòng)扶正器。特別地，詳細(xì) 描述了使用自動(dòng)保持、展開(kāi)和鎖定機(jī)構(gòu)的被動(dòng)扶正器的實(shí)施例。
背景技術(shù)：
扶正器經(jīng)常使用在油田及相關(guān)產(chǎn)業(yè)中，這里在井內(nèi)受控地定位裝置 是重要的。例如，在烴類(lèi)井的情況下，將井下工具向下運(yùn)送數(shù)千英尺到井 中以在那里操作的需求會(huì)增加。在執(zhí)行操作時(shí)，優(yōu)選的是工具以(相對(duì)于 井的直徑)周向居中的方式到達(dá)操作位置。因此，為了確保井下工具周向 居中地運(yùn)送到操作位置，扶正器可與井下工具相關(guān)聯(lián)。井的水平或其它構(gòu) 造是特別有益的，這些構(gòu)造對(duì)獨(dú)立的居中提出了挑戰(zhàn)。
扶正器可包括徑向設(shè)置的支臂，該支臂從芯軸或其它支撐體向外偏置 以接觸井壁的側(cè)面，因此，居中定位支撐體。如上所述的井下工具可與支 撐體連接，從而在操作位置周向居中。這種居中方式對(duì)不同類(lèi)型的主機(jī)操 作是有益的。實(shí)際上，在許多操作中，多次單獨(dú)運(yùn)送的井下工具的垂直對(duì) 齊是有益的。用這種方式，在操作位置的這些工具的居中提供了工具相對(duì) 于彼此的已知方向或定位。在操作過(guò)程中這種已知方向可以在工具相互作 用處被利用，例如，使用一個(gè)井下工具抓住并取出另一個(gè)。另外，其它操 作的主機(jī)可受益于單個(gè)井下工具的周向居中定位。這樣的操作可涉及鉆井 性能、油井結(jié)構(gòu)、和測(cè)井信息的收集(僅舉幾個(gè)例子)。
不幸的是，使用扶正器運(yùn)送井下工具易于由于扶正器的徑向設(shè)置的支 臂而造成對(duì)井壁的損壞。這是因?yàn)榉稣髟O(shè)置有支臂，該支臂具有能夠在
更寬的井截面內(nèi)穩(wěn)定支撐自身的外徑。例如，扶正器可以達(dá)到大約13英 寸的自然外徑，用于在直徑12英寸的井截面內(nèi)穩(wěn)定定位。然而，扶正器 通常是具有在支撐體和井壁之間偏置的單一尺寸的支臂的被動(dòng)裝置。因 此，當(dāng)井的直徑變小時(shí)，通常弓形彈簧構(gòu)造的所述支臂被迫變形并也收縮
為更小的直徑。例如，同樣12英寸直徑的井在井內(nèi)更深的一些地方直徑 變成大約3英寸。這導(dǎo)致相當(dāng)大的壓力分布在支臂和窄井壁之間。也就是 說(shuō)，由于弓形支臂因窄井壁而被迫降到更低的輪廓，從而對(duì)井壁施加更大 的作用力。
上述施加的作用力變得極其依賴(lài)支臂的形狀和尺以及井的狹窄程度。 因此，當(dāng)扶正器強(qiáng)行穿過(guò)更窄的井節(jié)面時(shí)，上述弓形彈簧支臂可能會(huì)過(guò)早 磨損或引起井壁的顯著損壞。認(rèn)為許多這樣更窄的井截面也許不會(huì)涉及實(shí) 際操作位置是不適當(dāng)?shù)摹Ｒ虼?，指出的損壞會(huì)發(fā)生在不需要扶正器居中的 井截面。此外，由于在扶正器和井壁之間的作用力，所以例如通過(guò)連續(xù)油 管推進(jìn)會(huì)需要極大的附加力。這可能使連續(xù)油管、扶正器、甚至井本身由 于施加上述更大的作用力而易受損壞。
作為如上所述的被動(dòng)扶正器的備選方案，主動(dòng)扶正器，如牽引機(jī)構(gòu)或 其它能夠交互式或動(dòng)態(tài)支臂直徑變化的裝置，可以被使用。然而，這些類(lèi) 型的裝置相當(dāng)復(fù)雜，并且通常需要操作者練習(xí)在井中推進(jìn)或撤回裝置的過(guò) 程中控制扶正器輪廓。因此，上述機(jī)構(gòu)容易導(dǎo)致誤操作，該誤操作可能導(dǎo) 致井損壞，超過(guò)上述被動(dòng)扶正器引起的可能的損害。此外，不論什么時(shí)候 上述裝置都需要維持支臂的動(dòng)力，以便實(shí)現(xiàn)用支臂支靠井壁的偏置，而不 是依靠弓形或類(lèi)似的支臂徑向擴(kuò)展的自然力。因此，不同于被動(dòng)扶正器， 當(dāng)面臨動(dòng)力損失時(shí)，主動(dòng)扶正器可能不能居中。

發(fā)明內(nèi)容
被動(dòng)扶正器具有與支撐體連接的支臂。通過(guò)保持機(jī)構(gòu)保持支臂緊貼支 撐體。此外，展開(kāi)機(jī)構(gòu)可與保持機(jī)構(gòu)可脫離地相連接。以這樣的方式，使 支臂向遠(yuǎn)離支撐體的方向徑向擴(kuò)展。
在另一個(gè)實(shí)施例中，被動(dòng)扶正器可包括具有徑向偏置的支臂的支撐 體，所述支臂用于相對(duì)于支撐體收縮和擴(kuò)展。 一旦預(yù)定的收縮程度出現(xiàn)， 鎖定機(jī)構(gòu)就會(huì)與支臂和支撐體連接來(lái)消除擴(kuò)展。


圖1是設(shè)置在井內(nèi)的被動(dòng)扶正器的一個(gè)實(shí)施例的側(cè)面透視圖。
圖2是在儲(chǔ)能負(fù)載位置的圖1中的被動(dòng)扶正器的側(cè)面透視圖。
圖3是圖1和圖2中的被動(dòng)扶正器的保持機(jī)構(gòu)和展開(kāi)機(jī)構(gòu)的側(cè)面剖面圖。
圖4是接著從負(fù)載位置展開(kāi)的圖2和圖3中的保持機(jī)構(gòu)和展開(kāi)機(jī)構(gòu)的側(cè) 面剖面圖。
圖5是在井的鉆孔套管的更多井下位置的圖1的被動(dòng)扶正器的局部剖 面圖。
圖6是圖5中的被動(dòng)扶正器鎖定機(jī)構(gòu)的側(cè)面透視圖。 圖7是處于鎖定收縮位置的被動(dòng)扶正器的圖6中的鎖定機(jī)構(gòu)的側(cè)面剖 面圖。
圖8是設(shè)置在圖1的井內(nèi)的被動(dòng)扶正器的另一實(shí)施例的側(cè)面透視圖。 優(yōu)選實(shí)施方式
參考在地下井中使用的某些被動(dòng)扶正器描述實(shí)施例。集中于弓形彈簧 構(gòu)造的被動(dòng)扶正器。然而，也可以使用多種其它的扶正器類(lèi)型。無(wú)論如何， 此處描述的實(shí)施例包括真正被動(dòng)的扶正器，被動(dòng)扶正器可展開(kāi)以使用并隨 后完全基于扶正器遇到的井下條件和井特性而在收縮位置鎖定。
現(xiàn)在參考圖l，顯示設(shè)置在井190內(nèi)的被動(dòng)扶正器100的一個(gè)實(shí)施例。 描述了被動(dòng)扶正器100在操作位置展開(kāi)或擴(kuò)展的位置。同此處詳述的一樣， 構(gòu)造被動(dòng)扶正器IOO使扶正器IOO直到達(dá)到井190中要求居中的深度才展 開(kāi)，這個(gè)深度可被稱(chēng)為操作位置。
在井內(nèi)操作位置的居中操作可包括打撈、鉆、磨、擴(kuò)孔、切削、打井 和測(cè)井(僅舉幾個(gè)例子)。由于避免了操作位置扶正器100在推進(jìn)定位到 操作位置時(shí)展開(kāi)，所以在推進(jìn)到操作位置期間對(duì)井壁195的過(guò)度刮擦、剪 切或其它機(jī)械損傷以及對(duì)被動(dòng)扶正器100本身的損壞被減到最小，推進(jìn)到 操作位置例如可以通過(guò)應(yīng)用普通的連續(xù)油管完成。
圖1的被動(dòng)扶正器100包括支撐體125，由于徑向展開(kāi)的支臂180的操 作，所以支撐體125在井190內(nèi)居中，支臂180向外偏置以便對(duì)井壁195施加 作用力并使支撐體125居中。在所示實(shí)施例中，支臂180由弓形彈簧構(gòu)成， 弓形彈簧從收縮位置(見(jiàn)圖2弓形彈簧從自然地弓形位置變平并因此儲(chǔ)存
能量的位置)展開(kāi)到擴(kuò)展位置(見(jiàn)圖1弓形彈簧擴(kuò)展到與井壁195接觸的位 置)。依據(jù)向井壁195方向的展開(kāi)，支臂180能夠呈現(xiàn)它們的最初構(gòu)造固有 的、更自然的弓形。
雖然示出了弓形支臂180，但是各種其它可展開(kāi)的支臂也可以用于所 示的被動(dòng)扶正器100的偏置和居中。例如，可突出的支臂880可具有用于 使支臂880朝井壁195(見(jiàn)圖8)方向彈性展開(kāi)的彈性偏置軸環(huán)855、 877。 無(wú)論如何，在此進(jìn)一步描述，支臂180被構(gòu)造為，由于向支臂180供應(yīng)用 于擴(kuò)展的能量，所以與移動(dòng)方向相對(duì)儲(chǔ)存在支臂180上的能量釋放，支臂 180就從收縮位置移動(dòng)到展開(kāi)的擴(kuò)展位置。以這樣的方式，被動(dòng)扶正器100 以真正被動(dòng)的方式提供居中，而不是通過(guò)使用電動(dòng)機(jī)或其它通過(guò)地面控制 的動(dòng)力機(jī)構(gòu)。
應(yīng)當(dāng)注意的是，如圖1所示，扶正器100包括多個(gè)支臂180。在另一個(gè) 實(shí)施例中，扶正器可以具有任何合適數(shù)目的支臂180，例如兩個(gè)、三個(gè)、 四個(gè)、或五個(gè)，或更多。此外，支臂180優(yōu)選關(guān)于支撐體125的圓周等距間 隔，雖然也可以使用其它的構(gòu)造。
如圖1和圖3所示，被動(dòng)扶正器IOO包括展開(kāi)部位150，保持機(jī)構(gòu)和 展開(kāi)機(jī)構(gòu)位于展開(kāi)部位150。保持機(jī)構(gòu)可包括與支臂180和支撐體125連 接的展開(kāi)軸環(huán)155。展開(kāi)軸環(huán)155使相連接的保持機(jī)構(gòu)和展開(kāi)機(jī)構(gòu)固定， 但是當(dāng)保持機(jī)構(gòu)和展開(kāi)機(jī)構(gòu)分離時(shí)，展開(kāi)軸環(huán)155相對(duì)于支撐體125橫向 移動(dòng)來(lái)展開(kāi)支臂180，如在此更進(jìn)一步描述的那樣。如下所述，在一個(gè)實(shí) 施例中，保持機(jī)構(gòu)和展開(kāi)機(jī)構(gòu)的接合通過(guò)接合展開(kāi)軸環(huán)155的保持工具 152實(shí)現(xiàn)。展開(kāi)軸環(huán)155可通過(guò)展開(kāi)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)而從保持工具152上脫離。 例如，在所述實(shí)施例中，展開(kāi)機(jī)構(gòu)是位于保持工具152下面的可收縮的平 臺(tái)套管375，該可收縮的套管375向遠(yuǎn)離保持工具152的方向運(yùn)動(dòng)，引起 保持工具152向內(nèi)朝支撐體125移動(dòng)，與展開(kāi)軸環(huán)155脫離接觸(見(jiàn)圖3 和圖4)。
返回參考圖l，被動(dòng)扶正器100還包括提供鎖定機(jī)構(gòu)的鎖定部位175。 鎖定機(jī)構(gòu)可包括在支撐體125周?chē)⒖稍谀抢餀M向移動(dòng)的收縮軸環(huán)177。收 縮軸環(huán)177可與支臂180連接，引導(dǎo)支臂180的收縮和擴(kuò)展或展開(kāi)運(yùn)動(dòng)。如 圖5所示，閘鎖575還被提供作為鎖定機(jī)構(gòu)的一部分來(lái)一旦出現(xiàn)預(yù)定的支臂
收縮度就固定收縮軸環(huán)177并消除支臂180的擴(kuò)展運(yùn)動(dòng)。
繼續(xù)參考圖1 ，被動(dòng)扶正器的其它特征可包括在內(nèi)部接近支臂180的支 撐體125的內(nèi)部130和其它在外部的部分(126、 127、 128、 129)。在這方面， 支撐體125擴(kuò)展內(nèi)部130的上向？L，并通過(guò)在下面更進(jìn)一步詳述的上向孔延 伸部126和展開(kāi)支架127越過(guò)展開(kāi)部位150。此外，在此更進(jìn)一步詳述的是 擴(kuò)展內(nèi)部130的下向孔并越過(guò)鎖定部位175的支撐體125的特征。這些特征 是鎖定支架129和下向孔延伸部128。此外，可在被動(dòng)扶正器100上提供井 下傳感器140來(lái)收集與表示的展開(kāi)相連接使用的信息。
現(xiàn)在繼續(xù)參考圖2和圖3，以支臂180展開(kāi)之前儲(chǔ)存能量的負(fù)載位置 來(lái)描述被動(dòng)扶正器IOO(展開(kāi)位置在圖1中表示)。如圖2和圖3所示，在 負(fù)載位置，支臂180縮回到接近支架體125的內(nèi)部130的位置。在這個(gè)縮 回位置，支臂180從它們的自然弓形變平，因此保留儲(chǔ)存的能量。
如上面所指出的，支撐體125從內(nèi)部130擴(kuò)展上向孔，越過(guò)展開(kāi)部位 150。為了到達(dá)負(fù)載位置，展開(kāi)軸環(huán)155在橫向上向孔方向移動(dòng)直到與保 持工具152接合。用連接銷(xiāo)310將每個(gè)支臂180的一端固定到展開(kāi)軸環(huán) 155上，經(jīng)過(guò)部分展開(kāi)支架127的展開(kāi)軸環(huán)155的這種橫向的上向孔移動(dòng) 使支臂180變形并擴(kuò)展支臂180，直到它們向內(nèi)部130拉伸，實(shí)現(xiàn)縮小或 變平的輪廓。在所示的實(shí)施例中，縮小的輪廓包括基本上相對(duì)內(nèi)部130變 平的支臂180。如以上所討論的，這導(dǎo)致支臂帶有儲(chǔ)存的能量。
應(yīng)當(dāng)注意的是，在接合具有保持工具152的展開(kāi)軸環(huán)155以便在縮小輪 廓或儲(chǔ)存能量的位置夾持支臂180的過(guò)程中，展開(kāi)軸環(huán)155可通過(guò)手動(dòng)或其 它的傳統(tǒng)裝置向上向孔延伸部126的方向施加作用力直到展開(kāi)軸環(huán)155越 過(guò)保持工具152。 一旦保持工具152已經(jīng)接合展開(kāi)軸環(huán)155，如圖3所示，展 開(kāi)軸環(huán)155就被固定，并且支臂180被鎖定在儲(chǔ)存能量的"負(fù)載"位置，為在 如圖l所示的操作位置展開(kāi)和居中作準(zhǔn)備。下面進(jìn)一步描述，保持工具152 從展開(kāi)軸環(huán)155的脫離引起儲(chǔ)存能量的釋放，使支臂180自動(dòng)地接合井壁以 便居中支撐體125。
應(yīng)當(dāng)注意的是，支臂180的一端與展開(kāi)軸環(huán)155相連，支臂180的另 一端與鎖定軸環(huán)177相連。在一個(gè)實(shí)施例中，鎖定軸環(huán)177是僅僅在下向 孔方向移動(dòng)的單向軸環(huán)。因此，當(dāng)支臂180在負(fù)載位置時(shí)，支臂180傾向
于在上向孔方向上拉伸鎖定軸環(huán)177。然而，由于鎖定軸環(huán)只能在下向孔
方向移動(dòng)，所以支臂180在負(fù)載位置被夾持直到展開(kāi)軸環(huán)155脫離保持工 具152。
參考圖3，進(jìn)一步詳述在標(biāo)明的負(fù)載位置固定被動(dòng)扶正器的一個(gè)實(shí)施 例。特別地，圖3顯示具有展開(kāi)軸環(huán)155的保持機(jī)構(gòu)的剖面圖，該展開(kāi)軸 環(huán)155在上向孔方向被拉伸，使其遠(yuǎn)離支臂180并越過(guò)保持工具152。特 別地，在所示實(shí)施例中，展開(kāi)軸環(huán)155具有突出部350，突出部350經(jīng)過(guò) 保持工具152牢固地卡住，用于固定所示的展開(kāi)軸環(huán)155。如下所述，在 假設(shè)的完全負(fù)載位置將一定量的能量貯存在每個(gè)弓形彈簧支臂180中，這 是相當(dāng)重要的。
在此所述實(shí)施例的每個(gè)收縮支臂180每英寸的收縮位移具有大約 1,000磅 4,000磅的力。當(dāng)支臂180的輪廓更進(jìn)一步收縮并更進(jìn)一步通過(guò)如 上所述的展開(kāi)軸環(huán)的橫向移動(dòng)向內(nèi)部130收縮時(shí)，這個(gè)作用力的總量可以 成指數(shù)增長(zhǎng)。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，支臂180可顯示，展開(kāi)輪廓從內(nèi)部 130擴(kuò)展，在最高點(diǎn)時(shí)最多擴(kuò)展大約7英寸。本支臂180的在其最高點(diǎn)的降 至大約0.5英寸的收縮位置的收縮可以提供具有大約2,000磅 16，000磅的 作用力。這是相當(dāng)大的作用力，可以?xún)?chǔ)存在每個(gè)壓縮支臂180內(nèi)，當(dāng)被觸 發(fā)進(jìn)入圖l的居中位置時(shí)，等待向井壁195的釋放。
在圖3所述的實(shí)施例中，保持工具152推進(jìn)從展開(kāi)支架127周?chē)膱A周 上的展開(kāi)突出物300中延伸的齒。展開(kāi)突出物300是通過(guò)可收縮的平臺(tái)式套 管375支撐的指狀物，套管375具有足夠大強(qiáng)度和穩(wěn)定性，以便當(dāng)保持工具 152固定到展開(kāi)軸環(huán)155上時(shí)，確保保持工具152的穩(wěn)固性。用這樣的方式， 盡管通過(guò)使如上所述的弓形彈簧支臂180變平施加了作用力，但保持工具 152能夠在適當(dāng)位置穩(wěn)定地固定展開(kāi)軸環(huán)155。如圖3所示，只要展開(kāi)軸環(huán) 155的突出部350在上向孔方向(即在遠(yuǎn)離支臂180的方向)推進(jìn)經(jīng)過(guò)保持工 具152，展開(kāi)軸環(huán)155的這種保持就會(huì)實(shí)現(xiàn)。只要展開(kāi)軸環(huán)突出部350用這 樣的方式經(jīng)過(guò)保持工具152被卡住，被動(dòng)扶正器IOO，更準(zhǔn)確地說(shuō)扶正器的 支臂180就被"加載"有儲(chǔ)存的能量。
附加參考圖l，負(fù)載的扶正器100(參考上面圖2和圖3所述)具有適合穿 過(guò)大范圍井孔直徑尺寸的水平的井190的、高度偏斜、扭曲的、及其它復(fù)
雜的井結(jié)構(gòu)的最小輪廓。也就是說(shuō)，所述被動(dòng)扶正器ioo的所述"負(fù)載"在 被動(dòng)扶正器100插入井190之前己經(jīng)進(jìn)行。因此，在井190的直徑明顯大于 扶正器100在其負(fù)載位置的輪廓的情況下，通過(guò)與扶正器100的支臂180接 觸，井壁195基本上保持原狀。
在這樣的情況下，在將扶正器100推進(jìn)到操作位置期間要避免支臂180 和井壁195之間有力的接觸。在需要居中的操作位置展開(kāi)之前，上述強(qiáng)有 力的接觸被免除。這種在扶正器100達(dá)到操作位置之前避免井壁195不必要 的接觸和居中意味著可以使支臂180施加在壁195上的不必要的切削、刮擦 和其它損壞以及支臂180本身的磨損最小化。因此，在所示實(shí)施例中，支 臂180具有特別粗糙的構(gòu)造，以便承受井下條件，在扶正器100推進(jìn)到操作 位置過(guò)程中不會(huì)過(guò)度擔(dān)心支臂180損壞井壁195 。
現(xiàn)在參考圖3和圖4，被動(dòng)扶正器可如上所述地推進(jìn)到操作位置。此外， 如所指示的，當(dāng)位于圖3的負(fù)載位置時(shí)，被動(dòng)扶正器100的支臂180負(fù)載大 量?jī)?chǔ)存的能量。實(shí)際上，如上面提到的，在負(fù)載位置儲(chǔ)存于支臂180內(nèi)的 能量比由單獨(dú)作用的展開(kāi)突出物300和保持工具152保持的能量要多。因 此，在保持工具152下部提供可收縮的平臺(tái)式套管375，以對(duì)其提供支撐確 保展開(kāi)軸環(huán)155保持足夠穩(wěn)定性。
現(xiàn)在參考圖4，附加參考圖l，描述被動(dòng)扶正器100的展開(kāi)。只要扶正 器100位于井190的操作位置，展開(kāi)就會(huì)進(jìn)行，隨即支臂180可以向井壁195 的方向徑向展開(kāi)用于居中，如圖l所示和描述。另外，展開(kāi)發(fā)生的方式可 以是自動(dòng)的和被動(dòng)的。因此，為了使支臂180展開(kāi)，不需要操作者具體介 入。
因此，誤操作的可能性減到最小。此外，如下面所示，展開(kāi)可以在扶 正器100和井表面之間沒(méi)有任何聯(lián)系的情況下進(jìn)行。這反映了，基本上消 除了如所示的展開(kāi)誤操作的可能性。然而，在沒(méi)有任何遙測(cè)技術(shù)或其它專(zhuān) 業(yè)的、昂貴的或精密的設(shè)備投入到那里的情況下也實(shí)現(xiàn)展開(kāi)的利益。另外， 如下所述，展開(kāi)可以通過(guò)扶正器100對(duì)某些井下條件的檢測(cè)自動(dòng)進(jìn)行。
繼續(xù)參考圖1和圖4，在所示的井190中自動(dòng)的被動(dòng)展開(kāi)可以是井下條 件的特征函數(shù)。如圖l所述，在扶正器100上提供井下傳感器140以檢測(cè)井 190內(nèi)的狀況。例如，使用井下傳感器140來(lái)檢測(cè)壓力、溫度、特殊腐蝕性
物質(zhì)的存在及其它井特征。因此，當(dāng)通過(guò)井下傳感器140檢測(cè)時(shí)，可以設(shè) 置扶正器IOO，用于依據(jù)檢測(cè)的與操作位置一致的井狀況展開(kāi)。也就是說(shuō)，
可以根據(jù)從井190的一個(gè)位置到另一個(gè)位置的井特征的已知輪廓來(lái)設(shè)置扶 正器IOO。
一旦與操作位置一致的特征通過(guò)井下傳感器140被檢測(cè)，這些信息就 被用來(lái)通過(guò)傳統(tǒng)裝置使支臂180展開(kāi)。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，已知操作 位置具有大約4,000磅/平方英寸(PSI卜6，000磅/平方英寸(PSI)的壓力。因 此，通過(guò)井下傳感器140檢測(cè)的5,000磅/平方英寸的壓力可導(dǎo)致支臂180展 開(kāi)，如下所述。當(dāng)然，井下傳感器140本身可以采取傳統(tǒng)的流體靜壓力釋 放的形式來(lái)觸發(fā)平臺(tái)式套管375移動(dòng)。同樣地，依據(jù)通過(guò)在操作位置存在 的己知腐蝕劑在那里的腐蝕，傳感元件140可以采取化學(xué)藥品釋放的形式 觸發(fā)套管375的彈性移動(dòng)。
如上所述，可以通過(guò)任何合適的裝置移動(dòng)的可收縮的平臺(tái)式套管375 的運(yùn)動(dòng)，允許保持工具152從展開(kāi)軸環(huán)155脫離，這也允許支臂180展開(kāi)與 井壁接觸以便使支撐體125居中。也就是說(shuō)，如圖4所示，當(dāng)可收縮的平臺(tái) 式套管375在相對(duì)于保持工具152的上向孔方向橫向移動(dòng)時(shí)，在那下面產(chǎn)生 空隙400。在保持工具152下面的這些空隙400引起保持工具152向內(nèi)朝支撐 體125偏斜。也就是說(shuō)，在沒(méi)有套管375的支撐的情況下，在與保持工具152 和展開(kāi)軸環(huán)突出部350之間傾斜的接觸面連接的支臂180中儲(chǔ)存的能量的 作用力使得突出物300發(fā)生偏斜。這個(gè)偏斜導(dǎo)致保持工具152從展開(kāi)軸環(huán) 155脫離。如圖4所示，當(dāng)展開(kāi)軸環(huán)155脫離保持工具152時(shí)，展開(kāi)軸環(huán)155 和連接到那里的支臂180彈性展開(kāi)，以使支撐體125居中，如圖1所示。
如上所述可收縮的平臺(tái)式套管375的移動(dòng)允許支臂180為了居中而真 正被動(dòng)展開(kāi)。實(shí)際上，僅僅施加大約200磅 275磅的作用力就足夠通過(guò)任 何合適的裝置觸發(fā)可收縮的平臺(tái)式套管375的移動(dòng)。這與在扶正器100的每 個(gè)支臂180展開(kāi)時(shí)通過(guò)每個(gè)支臂180釋放和保持的數(shù)千磅作用力形成鮮明 的對(duì)照。此外，提供的最小觸發(fā)作用力可源于井下傳感器140本身釋放的 儲(chǔ)存能量。因此，只要扶正器100下降到井190中，不增加任何能量就實(shí)現(xiàn) 扶正器100的展開(kāi)是完全可能的。
根據(jù)如上所述的實(shí)施例，隨著扶正器支臂180完全被動(dòng)的展開(kāi)，完全
居中也可以以真正自動(dòng)化方式實(shí)現(xiàn)。此外，當(dāng)支臂180試圖改變它們?cè)?br> 的弓形時(shí)，用于靠著井壁195偏置支臂180的能量完全由支臂180本身提供。 因此，居中操作可以進(jìn)行，而不需要操作者輸入來(lái)保持展開(kāi)或居中。
現(xiàn)在參考圖5-圖7，居中操作之后，扶正器100可以向井190內(nèi)已知的 限制部分500的方向推進(jìn)，以便迫使展開(kāi)的扶正器回到收縮位置。此外， 因?yàn)槿缟纤龅睦碛桑瑸榱嗽诰?90內(nèi)扶正器100非居中地運(yùn)送期間保護(hù)井 壁195和扶正器100本身，被動(dòng)扶正器100的穩(wěn)定收縮是有益的。然而，不 同于如上所述的負(fù)載位置，圖5-圖7中所示的被動(dòng)扶正器100被迫進(jìn)入鎖定 收縮位置。也就是說(shuō)，在操作位置使用之后，支臂180縮進(jìn)牢固鎖定的收 縮位置，而不是"負(fù)載"具有在操作位置展開(kāi)的支臂180的被動(dòng)扶正器100。 如下所述，這可以通過(guò)在被動(dòng)扶正器100的鎖定部位175設(shè)置的鎖定機(jī)構(gòu)實(shí) 現(xiàn)。
上述引用的鎖定機(jī)構(gòu)包括收縮軸環(huán)177，收縮軸環(huán)177圍繞支撐體125 并在那里橫向移動(dòng)。收縮軸環(huán)177在支臂180的一端與支臂180連接，并經(jīng) 過(guò)鎖定機(jī)構(gòu)的閘鎖575滑動(dòng)。如這里更進(jìn)一步的描述，收縮軸環(huán)177經(jīng)過(guò)閘 鎖575滑動(dòng)，用這樣的方式，可以固定收縮軸環(huán)177，消除支臂180的任何 更進(jìn)一步的擴(kuò)展運(yùn)動(dòng)。換言之，只要支臂的預(yù)定收縮度出現(xiàn)，扶正器IOO 就可以被固定在防止任何隨后的展開(kāi)的鎖定收縮位置。
特別參考圖5，所述井190的部分襯有在指出的限制部分500處終止的 鉆孔套管550。井190的這部分可以是圖1所示的操作位置的下向孔，并且 具有較小的直徑。在所示實(shí)施例中，限制部分500可具有傳統(tǒng)的接頭特征， 直徑通常為大約3-4英寸，在井190的終端附近，并且起到其它井作用。盡 管如此，可以使用接頭限制部分500來(lái)實(shí)現(xiàn)這里所述的被動(dòng)扶正器100的鎖 定收縮位置。其它的限制類(lèi)型可以同樣被使用，通常在井諸如適當(dāng)尺寸的 生產(chǎn)油管、交叉連接、閥門(mén)、和芯軸內(nèi)被發(fā)現(xiàn)。另外，各種其它的限制類(lèi) 型可以被使用，其定位在井190內(nèi)主要是為了實(shí)現(xiàn)鎖定收縮位置。
繼續(xù)參考圖5，顯示了具有從保持工具152脫離的展開(kāi)軸環(huán)155的展開(kāi) 部位150。然而，鉆孔套管550的直徑小于在圖1所示的操作位置的直徑。 例如，操作位置的直徑在大約6英寸 12英寸之間，而鉆孔套管550顯示的 部分可具有大約3英寸 5英寸的直徑。因此，附加力被施加于支臂180和井
壁195上。隨著被動(dòng)扶正器100在井190內(nèi)推進(jìn)或縮回，這可能導(dǎo)致井壁195 和支臂180上切削及其他磨損。因此，可以使用限制部分500來(lái)迫使扶正器 IOO進(jìn)入鎖定收縮位置，扶正器100具有沿支撐體125的內(nèi)部130基本上變平 的支臂180。在所示實(shí)施例中，為了達(dá)到需要的收縮度來(lái)迫使扶正器IOO 進(jìn)入鎖定收縮位置，限制部分500可具有小于大約3英寸的直徑。
現(xiàn)在繼續(xù)參考圖5和圖6，在展開(kāi)如上所述的支臂180的過(guò)程中，展開(kāi) 軸環(huán)155脫離保持工具152。然而，在所示實(shí)施例中，當(dāng)扶正器100穿過(guò)窄 井190并最終穿過(guò)限制部分500時(shí)，在鎖定部位175的移動(dòng)現(xiàn)在是值得注意 的。也就是說(shuō)，對(duì)于窄井190，其直徑和任何在那里的工具變得更緊密匹 配。因此，居中變得微不足道，當(dāng)收縮軸環(huán)177向閘鎖575移動(dòng)時(shí)，鎖定機(jī) 構(gòu)開(kāi)始起作用。實(shí)際上，使扶正器100通過(guò)甚至更小的限制部分500的作用 力足夠迫使收縮軸環(huán)177進(jìn)入與閘鎖575的鎖定嚙合，使支臂180固定在鎖 定收縮位置。在一個(gè)實(shí)施例中應(yīng)該注意的是，在到達(dá)負(fù)載位置之后，要防 止展開(kāi)軸環(huán)155在上向孔方向移動(dòng)。因此，當(dāng)鎖定軸環(huán)177與閘鎖575嚙合 時(shí)，支臂180趨向于在上向孔方向推動(dòng)展開(kāi)軸環(huán)155。然而，由于展開(kāi)軸環(huán) 155被防止在上向孔方向移動(dòng)，所以支臂180被保持在收縮位置。
如在圖6和圖7中詳述，閘鎖575通過(guò)在支撐體125的鎖定支架129部分 上的一系列鎖定突出物600嚙合支撐。 一旦收縮軸環(huán)177的保持突出物700 被跨過(guò)閘鎖575的齒施加作用力，支臂180就可被固定在鎖定收縮位置。也 就是說(shuō)，如圖7所述，由于保持突出物700采用至少大約90。的角來(lái)連接閘 鎖575的齒，所以收縮軸環(huán)177不再可能在上向孔方向移動(dòng)。
如上所述， 一旦收縮軸環(huán)177在橫向下向孔方向被施加足夠的作用力 (即通過(guò)預(yù)定的支臂收縮度)，支臂180向遠(yuǎn)離支撐體125的內(nèi)部130的方向的 展開(kāi)或擴(kuò)展就會(huì)消除。這種鎖定支臂180向下進(jìn)入收縮位置的方式通過(guò)扶 正器以自動(dòng)化方式推進(jìn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。也就是說(shuō)，收縮軸環(huán)177、閘鎖575、和限 制部分500本身的尺寸和位置是由支臂180為了達(dá)到鎖定收縮位置需要的 收縮度決定的。操作混亂，和因此導(dǎo)致的誤操作，作為在達(dá)到扶正器IOO 的穩(wěn)定收縮過(guò)程中的一種因素被消除。此外， 一旦以這種方式被鎖定，井 190內(nèi)扶正器100的重新展開(kāi)的可能性被消除。
更多參考圖3，由于收縮軸環(huán)177的鎖定機(jī)構(gòu)與鎖定部位175的閘鎖575
相互作用，所以進(jìn)入鎖定收縮位置的支臂180的上述收縮可以實(shí)現(xiàn)。這樣
做可以代替展開(kāi)軸環(huán)155與保持工具152的重新嚙合(即，重新達(dá)到如上所 述的負(fù)載位置)。也就是說(shuō)，由于可收縮的平臺(tái)式套管375為了展開(kāi)而發(fā)生 移動(dòng)，所以展開(kāi)軸環(huán)155與保持工具152的重新嚙合不再是使支臂180到達(dá) 穩(wěn)定收縮位置的選擇。在如上所述的實(shí)施例中，可以使用這種構(gòu)造以便確 保扶正器100每次貫穿井190就展開(kāi)一次。然而，在另一個(gè)實(shí)施例中，為了 展開(kāi)，平臺(tái)式套管375暫時(shí)被具有像活塞的操作機(jī)構(gòu)代替。在這樣的實(shí)施 例中，平臺(tái)式套管375直接返回它展開(kāi)的最初位置，這樣允許展開(kāi)軸環(huán)155 與保持工具152發(fā)生所指出的重新嚙合。因此，在另一個(gè)實(shí)施例中，在穿 過(guò)井190期間，為了多次展開(kāi)，扶正器100可被重新負(fù)載，而不是使用鎖定 機(jī)構(gòu)。
由于扶正器貫穿井內(nèi)可到達(dá)收縮位置，所以上述實(shí)施例使用被動(dòng)扶正 器來(lái)限制扶正器在井內(nèi)推進(jìn)期間對(duì)井壁和扶正器本身的損壞。也就是說(shuō)， 扶正器可以主要在操作部位在居中期間展開(kāi)而不是在它在井內(nèi)的全部時(shí) 間內(nèi)展開(kāi)。此外，在井下條件和限制的基礎(chǔ)上，扶正器輪廓的自動(dòng)和被動(dòng) 的反應(yīng)使應(yīng)用居中引起的誤操作的可能性減到最小。扶正器的被動(dòng)特性也 消除了在居中應(yīng)用期間對(duì)扶正器的動(dòng)力支臂的需要。因此，值得注意的是， 也消除了將有效功率運(yùn)送到支臂的錯(cuò)誤。
已經(jīng)參考目前本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，進(jìn)行了前面的描述。本發(fā)明所屬
技術(shù)領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)人員將理解，在不脫離本發(fā)明的原理和范圍的情況下，在
描述的結(jié)構(gòu)和操作方法方面可以進(jìn)行修改和變化。例如，用于上述實(shí)施例
的觸發(fā)展開(kāi)是以特殊井下條件檢測(cè)基礎(chǔ)上的自動(dòng)化方式實(shí)現(xiàn)的。然而，在
另一實(shí)施例中，觸發(fā)展開(kāi)在地表、井外面致動(dòng)的基礎(chǔ)上產(chǎn)生。同樣地，上
面的描述將不會(huì)被理解為只包含在附圖中描述和顯示的精確結(jié)構(gòu)，而應(yīng)理 解為與權(quán)利要求及其等同物所限制的結(jié)構(gòu)一致。
權(quán)利要求
1.一種用于在井壁內(nèi)使工具居中的被動(dòng)扶正器，所述扶正器包括支撐體；與所述支撐體連接的支臂；與所述支臂和所述支撐體連接的保持機(jī)構(gòu)，其用于將所述支臂保持在鄰近所述支撐體的儲(chǔ)存能量的負(fù)載位置；和展開(kāi)機(jī)構(gòu)，所述展開(kāi)機(jī)構(gòu)與所述保持機(jī)構(gòu)連接并可移動(dòng)以使保持機(jī)構(gòu)的至少一部分與支臂脫離，從而允許支臂遠(yuǎn)離所述支撐體徑向擴(kuò)展并與井壁接觸。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的被動(dòng)扶正器，其中，負(fù)載位置包括所述支臂 被向所述支撐體拉動(dòng)至縮小的輪廓來(lái)增強(qiáng)被動(dòng)扶正器在井內(nèi)的推進(jìn)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的被動(dòng)扶正器，其中，在由于儲(chǔ)存的能量的釋 放導(dǎo)致保持機(jī)構(gòu)的至少一部分與支臂的所述脫離時(shí)，支臂從鄰近支撐體的 所述位置自動(dòng)地移動(dòng)成所述徑向擴(kuò)展。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的被動(dòng)扶正器，其中，儲(chǔ)存能量多達(dá)大約4,000磅英寸。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的被動(dòng)扶正器，其中，所述支臂包括在自然卸 載位置達(dá)到大約7英寸的輪廓，其中，所述支臂包括在負(fù)載位置下降到大 約0.5英寸的輪廓，并且其中，通過(guò)儲(chǔ)存的能量保持的作用力在大約2,000 磅和大約16，000磅之間。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的被動(dòng)扶正器，其中，所述支臂包括弓形彈簧、 彈性負(fù)載的可突出的連桿機(jī)構(gòu)以及弓形彈簧和彈性負(fù)載的可突出的連桿 機(jī)構(gòu)的組合之中的一個(gè)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的被動(dòng)扶正器，其中，所述保持機(jī)構(gòu)包括 展開(kāi)軸環(huán)，其在所述支撐體周?chē)鷻M向移動(dòng)并與所述支臂連接；和 與所述支撐體連接的保持工具，其用于固定所述展開(kāi)軸環(huán)，以達(dá)到負(fù)載位置。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的被動(dòng)扶正器，其中，所述保持工具包括可偏 轉(zhuǎn)的展開(kāi)突出物，所述展開(kāi)突出物具有凸起的齒以便與用于固定的所述展 開(kāi)軸環(huán)對(duì)接，其中，展開(kāi)突出物的偏轉(zhuǎn)允許保持機(jī)構(gòu)的至少一部分與支臂 脫離，以允許支臂的所述徑向擴(kuò)展。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的被動(dòng)扶正器，其中，所述展開(kāi)機(jī)構(gòu)包括用于 支撐所述可偏轉(zhuǎn)的展開(kāi)突出物的可收縮的平臺(tái)式套管，其中，可收縮的平 臺(tái)式套管的移動(dòng)允許突出物的所述偏轉(zhuǎn)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的被動(dòng)扶正器，進(jìn)一步包括連接到所述展開(kāi)機(jī) 構(gòu)的井下傳感器，所述井下傳感器用于檢測(cè)井內(nèi)的狀況并實(shí)現(xiàn)允許突出物 偏轉(zhuǎn)的可收縮的平臺(tái)式套管的所述移動(dòng)。
11. 一種用于在井內(nèi)操作位置居中的被動(dòng)扶正器，所述被動(dòng)扶正器包括支撐體；與所述支撐體連接的支臂；與所述支臂和所述支撐體連接的保持機(jī)構(gòu)，其用于將所述支臂保持在 鄰近所述支撐體的儲(chǔ)存能量的負(fù)載位置；和與所述保持機(jī)構(gòu)連接的井下傳感器，所述井下傳感器用于基于對(duì)操作 部位狀況的感測(cè)來(lái)使保持工具脫離，所述脫離使得所述支臂遠(yuǎn)離所述支撐 體徑向擴(kuò)展并與井壁接觸。
12. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的被動(dòng)扶正器，其中，所述狀況是壓力、溫 度、腐蝕性物質(zhì)的存在、及其任何連接中的一種。
13. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的被動(dòng)扶正器，其中，所述井下傳感器穿過(guò) 展開(kāi)機(jī)構(gòu)與所述保持機(jī)構(gòu)連接，所述展開(kāi)機(jī)構(gòu)支撐所述保持機(jī)構(gòu)，以保持 所述支撐和移動(dòng)所述支撐從而脫離。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的被動(dòng)扶正器，其中，所述井下傳感器是作 用在所述展開(kāi)機(jī)構(gòu)上進(jìn)行所述移動(dòng)的流體靜壓釋放和化學(xué)釋放中的一種。
15. —種被動(dòng)扶正器，包括 支撐體；與所述支撐體連接的徑向偏置的支臂，其用于相對(duì)于所述支撐體收縮 和擴(kuò)展；和與所述支臂和所述支撐體連接的鎖定機(jī)構(gòu)，其用于在預(yù)定的收縮度時(shí) 消除擴(kuò)展。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的被動(dòng)扶正器，其中，所述消除使所述支臂 向所述支撐體的收縮到縮小的輪廓，以增強(qiáng)被動(dòng)扶正器在井內(nèi)的移動(dòng)。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的被動(dòng)扶正器，其中，所述鎖定機(jī)構(gòu)響應(yīng)井 內(nèi)的井下?tīng)顩r來(lái)進(jìn)行所述消除。
18. 權(quán)利要求17所述的被動(dòng)扶正器，其中，井下?tīng)顩r是接頭、交叉連 接、閥門(mén)、芯軸和生產(chǎn)油管之一的限制。
19. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的被動(dòng)扶正器，其中，在井內(nèi)井下限制的位置 具有小于大約3英寸的直徑。
20. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的被動(dòng)扶正器，其中，所述鎖定機(jī)構(gòu)包括 收縮軸環(huán)，其在所述支撐體周?chē)鷻M向移動(dòng)并與所述支臂連接；和 保持鎖，其與所述支撐體連接以固定用于所述消除的所述收縮軸 環(huán)。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的被動(dòng)扶正器，其中，所述收縮軸環(huán)包括保 持突出物，所述保持突出物用于以大約90。角與所述保持鎖的齒對(duì)接。
22. —種在井內(nèi)在操作位置使用被動(dòng)扶正器的方法，該方法包括步驟 使具有可展開(kāi)的居中支臂的被動(dòng)扶正器負(fù)載于儲(chǔ)存能量的負(fù)載位置； 將扶正器推進(jìn)到操作位置；為了使被動(dòng)扶正器居中而基于在操作位置檢測(cè)到的井下?tīng)顩r釋放可 展開(kāi)的居中支臂；和在操作位置執(zhí)行操作。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，還包括步驟使可展開(kāi)的居中支臂 收縮進(jìn)入鎖定收縮位置；以及從井中去除被動(dòng)扶正器。
24. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中，所述操作是打撈、鉆、磨、 擴(kuò)孔、切削、建井和測(cè)井中的一個(gè)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于在井內(nèi)穩(wěn)定地居中的被動(dòng)扶正器。該扶正器具有用于在井內(nèi)推進(jìn)的縮回的輪廓，并且在到達(dá)操作位置時(shí)是可展開(kāi)的，用于居中。展開(kāi)可以以自動(dòng)化方式實(shí)現(xiàn)，而不需要操作者交互作用。此外，因?yàn)樵诒粍?dòng)扶正器插入井內(nèi)之前用于展開(kāi)的能量完全儲(chǔ)存在被動(dòng)扶正器內(nèi)，所以扶正器是真正被動(dòng)的。被動(dòng)扶正器也可以在居中之后由于任何數(shù)目的井下限制而收縮。用這樣的方式，被動(dòng)扶正器也可以容易地從井中退出。
文檔編號(hào)E21B17/10GK101363309SQ20081008386
公開(kāi)日2009年2月11日 申請(qǐng)日期2008年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月14日
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