專利名稱：電氣啟動(dòng)震擊工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及電氣啟動(dòng)震擊工具。
技術(shù)背景本部分的敘述僅提供涉及本公開內(nèi)容的背景技術(shù)信息，并且可能不構(gòu) 成現(xiàn)有技術(shù)。在井中使用下井儀器串(tool string)可以執(zhí)行各種操作，其中所述下 井儀器串在載體結(jié)構(gòu)(例如，鋼絲、滑線(slickline)、撓性管、有接縫的 油管、鉆桿等)上運(yùn)行到井中。在一些情況下，下井儀器串可能卡在井眼 中，其中井操作者無(wú)法通過(guò)載體結(jié)構(gòu)施加足夠的拉力以使卡住的下井儀器 串解卡。為了使卡在井眼中的下井儀器串解卡，典型地在下井儀器串中設(shè)置震 擊工具。震擊工具能夠施加增大施加到載體結(jié)構(gòu)上的拉力的沖擊力。增大的沖擊力被傳送到連接震擊工具的下井儀器串中的其它工具，使得下井儀 器串可以被解卡。典型地，使用液壓機(jī)構(gòu)或機(jī)械機(jī)構(gòu)致動(dòng)震擊工具。液壓機(jī)構(gòu)可以包括 在震擊工具通過(guò)將拉力施加到載體結(jié)構(gòu)上被致動(dòng)時(shí)可提供時(shí)間延遲的液壓計(jì)量裝置。傳統(tǒng)的機(jī)械機(jī)構(gòu)典型地包括通過(guò)將拉力施加到載體結(jié)構(gòu)上而 被啟動(dòng)的彈簧/套爪組件。傳統(tǒng)的震擊工具只依賴于載體結(jié)構(gòu)上的拉力的施加，以開始及控制震 擊力的強(qiáng)度和時(shí)序。這在斜井或水平井中可能是困難的，其中載體結(jié)構(gòu)與 井眼側(cè)面之間的摩擦可能阻礙了對(duì)震擊工具的致動(dòng)的適當(dāng)控制。另外，傳 統(tǒng)的震擊工具由于井眼中的井下條件的變化而受到操作的易變性的影響 及控制。發(fā)明內(nèi)容大體上涉及一種包括電氣啟動(dòng)震擊工具以施加傳送到井眼中的至少 另一個(gè)工具的沖擊力的方法。在一些方面，本發(fā)明為一種在井眼中使用震擊工具的方法，其中所述 震擊工具被電氣啟動(dòng)以施加傳送到井眼中的至少另一個(gè)工具的沖擊力。所 述方法可以進(jìn)一步包括步驟響應(yīng)震擊工具的電氣啟動(dòng)使液壓機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)， 以便使震擊工具的第一構(gòu)件移動(dòng)以與震擊工具的第二構(gòu)件相碰撞，以便施 加沖擊力。另外，所述方法可以包括通過(guò)在至少一個(gè)導(dǎo)體之上使至少一個(gè) 指令到震擊工具進(jìn)行通信來(lái)電氣啟動(dòng)震擊工具。在其它方面，所述方法進(jìn)一步包括步驟響應(yīng)震擊工具的電氣啟動(dòng)使 液壓機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)，以便使震擊工具的第一構(gòu)件移動(dòng)以與震擊工具的第二構(gòu)件 相碰撞，以便施加沖擊力。在一個(gè)實(shí)施例中，這包括通過(guò)響應(yīng)震擊工具的 電氣啟動(dòng)打開液壓機(jī)構(gòu)中的電磁閥來(lái)使液壓機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)，其中通過(guò)打開電磁 閥使液壓流體在震擊工具的腔室之間流動(dòng)以使第一構(gòu)件運(yùn)動(dòng)。所述震擊工具可以具有可相對(duì)于彼此滑動(dòng)的第一組件和第二組件，其 中第一組件和第二組件初始位于收回位置處，并且其中電磁閥的打開使第 一組件遠(yuǎn)離第二組件收回。震擊工具還可以包括通過(guò)使液壓機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)響應(yīng) 電氣啟動(dòng)的一個(gè)或多個(gè)電子控制模塊。在一些實(shí)施例中，通過(guò)設(shè)置響應(yīng)震擊工具的電氣啟動(dòng)被致動(dòng)的機(jī)械機(jī) 構(gòu)，震擊工具的第一構(gòu)件與震擊工具的第二構(gòu)件相碰撞以施加足夠的沖擊 力。所述機(jī)械機(jī)構(gòu)可以具有致動(dòng)器，所述致動(dòng)器具有初始將致動(dòng)器鎖定在 第一位置處的鎖定件，其中震擊工具的電氣啟動(dòng)造成鎖定機(jī)構(gòu)被釋放以使 致動(dòng)器運(yùn)動(dòng)，其中第一構(gòu)件為致動(dòng)器的一部分。本發(fā)明的方法可以包括步驟在連接到包括震擊工具的下井儀器串的 載體結(jié)構(gòu)上施加拉力，其中在將拉力施加到載體結(jié)構(gòu)上后電氣啟動(dòng)震擊工 具。所述拉力可以確定由震擊工具施加的沖擊力的大小。另外，所述施加 拉力的步驟可以包括施加從多個(gè)可能的拉力選定的拉力，其中所述選定的 拉力基于將由震擊工具施加的目標(biāo)沖擊力。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中使用的震擊工具可以包括外部殼體和包括 操作活塞的內(nèi)孔，第一構(gòu)件包括操作活塞，并且電氣啟動(dòng)震擊工具使活塞 在震擊工具的內(nèi)孔內(nèi)移動(dòng)以撞擊外部殼體的沖擊面。能量?jī)?chǔ)存源可以位于震擊工具內(nèi)，并且能量?jī)?chǔ)存源用于提供操作活塞上的力的施加以移動(dòng)操作 活塞。在一些方面，能量?jī)?chǔ)存源包括彈簧和充氣蓄能器以及壓縮彈簧的可 選的電動(dòng)機(jī)及泵組件。對(duì)于一些震擊工具，內(nèi)孔具有第一部分和第二部分，第一部分具有第 一直徑，第二部分具有較大的第二直徑，其中操作活塞在震擊工具的啟動(dòng) 之前被定位在具有第一直徑的內(nèi)孔部分中。操作活塞在震擊工具的啟動(dòng)期 間可以移動(dòng)到具有第二直徑的內(nèi)孔部分中，使得能夠繞著操作活塞形成流 體旁路，以加速操作活塞的速度。在其它的震擊工具中，浮動(dòng)活塞位于外 部殼體的內(nèi)孔內(nèi)，并且提供對(duì)由于溫度和壓力的變化造成的流體膨脹或收 縮的補(bǔ)償。根據(jù)本發(fā)明的方法和設(shè)備可以包括響應(yīng)在光纖信號(hào)線之上進(jìn)行通信 的光學(xué)信號(hào)和/或在導(dǎo)電體之上進(jìn)行通信的電氣信號(hào)電氣啟動(dòng)震擊工具。根據(jù)本發(fā)明的一些震擊工具包括響應(yīng)電氣啟動(dòng)的模塊、可響應(yīng)從響應(yīng) 電氣啟動(dòng)的模塊發(fā)出的信號(hào)移動(dòng)的第一構(gòu)件以及沖擊件，其中第一構(gòu)件與 沖擊件相碰撞，以施加傳送到至少一個(gè)其它工具的沖擊力以用于震擊至少 一個(gè)其它工具。在一些方面，通過(guò)施加到載體結(jié)構(gòu)的拉力使第一構(gòu)件運(yùn)動(dòng)， 其中震擊工具連接到所述載體結(jié)構(gòu)。震擊工具可以進(jìn)一步包括殼體和液壓 機(jī)構(gòu)，第一構(gòu)件可移動(dòng)地定位在所述殼體內(nèi)，其中第一構(gòu)件將內(nèi)孔分為第 一腔室和第二腔室，所述液壓機(jī)構(gòu)使得在第一和第二腔室之間能夠形成流 體連通以使第一構(gòu)件在內(nèi)孔中運(yùn)動(dòng)。在井眼中還設(shè)置有用于使用的下井儀器串，所述下井儀器串包括第一 工具和連接到第一工具的震擊工具，震擊工具通過(guò)施加傳遞到第一工具上 以使第一工具從井中的卡住位置解卡的沖擊力響應(yīng)電氣啟動(dòng)。這種下井儀 器串可以包括連接到第一工具和震擊工具的載體結(jié)構(gòu)，其中拉力在震擊工 具的啟動(dòng)之前施加到載體結(jié)構(gòu)，其中施加到載體結(jié)構(gòu)的拉力限定由震擊工 具施加的沖擊力。其它或可供選擇的特征將從以下的說(shuō)明、圖式和權(quán)利要求變得清楚。


圖l說(shuō)明了包括根據(jù)一種實(shí)施例的震擊工具的設(shè)置在井眼中的鋼絲輸送式下井儀器串；圖2顯示了根據(jù)一種實(shí)施例的震擊工具；圖3-6說(shuō)明了圖2的震擊工具的操作；圖7-8說(shuō)明了根據(jù)另一種實(shí)施例的震擊工具的一部分；以及 圖9-13說(shuō)明了根據(jù)其它實(shí)施例的震擊工具。
具體實(shí)施方式
在下面的說(shuō)明中，所闡述的許多細(xì)節(jié)是為了提供對(duì)本發(fā)明的理解。應(yīng) 該注意的是，為了獲得從一個(gè)執(zhí)行過(guò)程到另一個(gè)執(zhí)行過(guò)程變化的開發(fā)者的 特定目的(例如，順應(yīng)所涉及的系統(tǒng)以及所涉及的任務(wù)的限制)必須開發(fā) 出這種實(shí)際的實(shí)施例、大量執(zhí)行過(guò)程-具體的決策。此外，將會(huì)理解這種 開發(fā)的努力可能復(fù)雜且耗費(fèi)時(shí)間，但將為具有本公開內(nèi)容的利益的本領(lǐng)域 普通技術(shù)人員所承擔(dān)的常規(guī)程序，并且從所說(shuō)明的實(shí)施例進(jìn)行的許多變更 或修改都是可能的。此外，所述說(shuō)明和實(shí)例僅是為了說(shuō)明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí) 施例而呈現(xiàn)且不應(yīng)該認(rèn)為限制本發(fā)明的范圍和適用性。在此使用的術(shù)語(yǔ)"上方"和"下方"；"向上"和"向下";"上部"和"下部"; "向上地"和"向下的"；以及表示在給定的點(diǎn)或元件的上方或下方的相關(guān)位 置的其它類似的術(shù)語(yǔ)在該說(shuō)明中使用是為了清楚地說(shuō)明本發(fā)明的一些實(shí) 施例。然而，當(dāng)應(yīng)用于偏斜或水平的井中所使用的設(shè)備和方法時(shí)，這種術(shù) 語(yǔ)可以適當(dāng)?shù)乇硎緩淖蟮接?、從右到左或斜?duì)角的關(guān)系。根據(jù)一些實(shí)施例，設(shè)置電氣啟動(dòng)的震擊工具，以便能夠施加傳送到至 少連接到井中的震擊工具的其它工具的沖擊力。電氣啟動(dòng)可以包括一個(gè)或 多個(gè)電氣指令到震擊工具的通信，其中所述一個(gè)或多個(gè)電氣指令的通信可 以由表面上的操作者精確地控制。震擊工具響應(yīng)電氣指令啟動(dòng)致動(dòng)機(jī)構(gòu)， 所述致動(dòng)機(jī)構(gòu)使震擊工具的第一構(gòu)件與震擊工具的第二構(gòu)件相碰撞以施 加沖擊力。第一構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)至少部分地由施加到連接到包括震擊工具的下 井儀器串的載體結(jié)構(gòu)的拉力造成。所施加的沖擊力被傳送到一個(gè)或多個(gè)其 它工具，所述其它工具連接到震擊工具，以便在這種一個(gè)或多個(gè)工具被卡 在井中的情況下可使這種一個(gè)或多個(gè)其它工具解卡。由震擊工具施加的沖 擊力包括由電氣指令啟動(dòng)或觸發(fā)的震擊工具的軸向上的動(dòng)能的突然釋放。下面將說(shuō)明各種示例實(shí)施例。要注意的是以下實(shí)例是為了在還可以提 供具有不同結(jié)構(gòu)的其它實(shí)施例時(shí)進(jìn)行說(shuō)明而提供。圖1說(shuō)明了配置在井眼104中的下井儀器串102，其中下井儀器串具有震擊工具106和其它工具，例如，射孔槍108和密封封隔器110。在其它實(shí) 例中，其它或可供選擇的類型的工具可以為下井儀器串102的一部分。下并儀器串102連接到載體結(jié)構(gòu)112，所述載體結(jié)構(gòu)在一個(gè)實(shí)例中可以 為如圖l中所示的鋼絲。在其它實(shí)例中，可以使用其它類型的載體結(jié)構(gòu)， 包括滑線、地震電纜、撓性管、有接縫的油管、鉆桿、組合撓性管等，而 在一些實(shí)施例中，所述載體結(jié)構(gòu)提供有導(dǎo)電體或電氣信號(hào)和/或光纖信號(hào) 線(例如，接有電線的鉆桿等)。如果使用從地面延伸到下井儀器串102 的光纖信號(hào)線，則可以根據(jù)經(jīng)由光纖信號(hào)線通信的光學(xué)信號(hào)執(zhí)行光纖控 制。在圖l的實(shí)例中，下井儀器串102配置在井眼104的偏斜區(qū)段中。要注 意的是，根據(jù)一些實(shí)施例的震擊工具106也可以用于將震擊力施加到位于 井眼的垂直區(qū)段中的下井儀器串。在圖2中顯示了震擊工具106的一個(gè)實(shí)施例的細(xì)節(jié)。通常，圖2的震擊 工具106通過(guò)響應(yīng)電氣指令(例如，越過(guò)載體結(jié)構(gòu)112通信的電氣指令)使 閥操作而進(jìn)行操作，從而使活塞/桿組件快速運(yùn)動(dòng)直到震擊工具中的機(jī)械 表面具有沖擊為止。在將電氣指令施加到震擊工具106之前，例如通過(guò)在 地面上繼續(xù)拉載體結(jié)構(gòu)112以將勢(shì)能儲(chǔ)存在載體結(jié)構(gòu)112中而將拉力施加 到載體結(jié)構(gòu)U2上。要注意的是，在地面上對(duì)載體結(jié)構(gòu)112的拉動(dòng)不會(huì)造成 卡在井眼104中的下井儀器串102運(yùn)動(dòng)。例如，下井儀器串102可能由于下 井儀器串102的封隔器或其它工具被卡住而被卡住。震擊工具106響應(yīng)電氣 指令施加的沖擊力的大小取決于施加到載體結(jié)構(gòu)112的拉力的量。如圖2中所示，震擊工具106具有可相對(duì)于彼此移動(dòng)的震擊心軸組件 200和震擊氣缸組件202。震擊氣缸組件202具有限定內(nèi)部空間(在一個(gè)實(shí) 施例中可以為大致呈圓柱形的孔)的外部殼體204?？稍趫A柱形孔內(nèi)移動(dòng) 的操作活塞206和補(bǔ)償活塞208設(shè)置在震擊氣缸組件202的外部殼體的圓柱 形孔的內(nèi)部?；钊?06連接到桿組件210?；钊?08在外部殼體204的孔內(nèi)在 桿組件210上自由滑動(dòng)，以便由井眼104中所存在的流體所施加的靜水壓提供壓力及溫度補(bǔ)償且由井眼104中的高井下溫度提供震擊操作流體(例如，
油)的膨脹。在圖2中所示的示例實(shí)施例中，桿組件210具有內(nèi)部縱向孔212， 其中可以穿過(guò)所述內(nèi)部縱向孔設(shè)置一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)電體214。依此方式，可 以穿過(guò)震擊工具106設(shè)置穿過(guò)線導(dǎo)體214，使得穿過(guò)線導(dǎo)體可以電連接、連 接到震擊工具106的兩端的工具。如圖2中所示，導(dǎo)體214在震擊工具106 的下端電連接到電連接器216，所述電連接器依次連接到另一個(gè)工具。
活塞206和208限定三個(gè)腔室，包括含有震擊操作流體(例如，油)的 第一腔室218、起初含有震擊操作流體(例如，油)的第二腔室220、以及 含有通過(guò)震擊氣缸組件202的外部殼體204中的端口224連通的井眼流體 (例如，完井液、產(chǎn)液、氣體、鉆井泥漿等)的第三腔室222?；钊?06、 208的外表面設(shè)置有使活塞206、 208的外表面密封接合外部殼體204的內(nèi)側(cè) 壁的密封件(例如，O型環(huán)密封件)。
操作活塞206可在震擊氣缸組件殼體204的圓柱形孔中與桿組件210— 起移動(dòng)且連接到所述桿組件，以使操作活塞206與震擊氣缸組件的其它構(gòu) 件相碰撞，在此實(shí)例中，與設(shè)置在殼體204的上部?jī)?nèi)端處的沖擊肩部270 相碰撞。補(bǔ)償活塞208為可通過(guò)井眼流體實(shí)現(xiàn)壓力及溫度補(bǔ)償?shù)母?dòng)活塞。 當(dāng)流體由于井眼中的溫度/壓力變化而膨脹或收縮時(shí)，補(bǔ)償活塞208移動(dòng)。 補(bǔ)償活塞208可沿桿組件210滑動(dòng)，但操作活塞206固定連接到桿組件210。
桿組件210固定連接到震擊心軸組件200，使得桿組件210與震擊心軸 組件200—起移動(dòng)。然而，桿組件210與震擊氣缸組件202可移動(dòng)地接合。 如圖2中所示，桿組件210延伸通過(guò)震擊氣缸組件殼體204的頂部中的開口 219而進(jìn)入圓柱形孔中。繞著開口219中的桿組件210設(shè)置密封件217，以在 桿組件210與殼體204之間提供密封接合。
圖2中所示的布置使得震擊心軸組件200可遠(yuǎn)離震擊氣缸組件202延伸 (如圖2中所示)或者被朝著震擊氣缸組件202壓縮(如圖3中所示)。
震擊心軸組件200包括限定內(nèi)部空間的外部殼體230，其中所述內(nèi)部空 間中設(shè)置有各種部件。外部殼體230具有使震擊工具106連接到震擊工具 106上方的其它工具的連接輪廓(connection profile) 234。震擊心軸組件 200內(nèi)的各種部件包括電連接到穿過(guò)線(through-wire)導(dǎo)體214的電子控 制模塊232。電子控制模塊232能夠接收電氣信號(hào)(例如，指令)，所述電氣信號(hào)在穿過(guò)線導(dǎo)體214之上進(jìn)行通信以啟動(dòng)震擊心軸組件200中的液壓 機(jī)構(gòu)239，從而控制橫過(guò)震擊氣缸組件202的操作活塞206的流體的流動(dòng)。
通過(guò)電子控制模塊232啟動(dòng)的液壓機(jī)構(gòu)239包括可以響應(yīng)來(lái)自電子控 制模塊232的信號(hào)打開及關(guān)閉的電磁閥236。如下面進(jìn)一步說(shuō)明，電磁閥236 的打開使得流體從第一腔室218流動(dòng)到第二腔室220，使得震擊工具106可
以被致動(dòng)以施加沖擊力。
液壓機(jī)構(gòu)239還包括允許流體在液壓機(jī)構(gòu)239中在一個(gè)方向上流動(dòng)而 不會(huì)在相反的方向上流動(dòng)的止回閥237。液壓機(jī)構(gòu)239具有分別與延伸通過(guò) 桿組件210至腔室218和220的管路流體連通的液壓管路241和243。流體如 下面進(jìn)一步所說(shuō)明沿各管路流過(guò)腔室218、 220之間的管路。
結(jié)合圖3-6說(shuō)明震擊工具106的操作。為了設(shè)定震擊工具106，下井儀 器串的重量如箭頭所示在震擊心軸組件200上施加向下的力，從而引起操 作活塞206和桿組件210在震擊氣缸組件202的圓柱形孔中向下移動(dòng)，如圖3 中所示。在該設(shè)定操作中，震擊工具106中的油經(jīng)由桿組件中的管路以及 通過(guò)液壓機(jī)構(gòu)239從第二腔室220流動(dòng)到第一腔室218。要注意的是此時(shí)電 磁閥236關(guān)閉。油通過(guò)桿組件210沿路徑250從第二腔室220流動(dòng)并且流到液 壓機(jī)構(gòu)239的液壓管路243。流體繼續(xù)通過(guò)止回閥237，并且作為液壓機(jī)構(gòu) 239的液壓管路241中的流體流252從止回閥237退出。流體流252繼續(xù)通過(guò) 桿組件210的管路并進(jìn)入第一腔室218。
油從第二腔室220至第一腔室218的這種流動(dòng)使得操作活塞206和桿組 件210向下運(yùn)動(dòng)。向下運(yùn)動(dòng)持續(xù)進(jìn)行，直到震擊心軸組件殼體230的下端240 與震擊氣缸組件殼體204的上端242接觸為止，如圖3中所示。此時(shí)，震擊 工具處于其收回位置且被液壓鎖定，使得震擊工具將不會(huì)伸出直到啟動(dòng)為 止。
在稍后的某個(gè)時(shí)刻，下井儀器串102可能變得卡在井眼中。這在圖4 的實(shí)例中說(shuō)明，其中所顯示的封隔器110抵靠井眼的壁部卡住(要注意的 是井眼的壁部實(shí)際上可以為沿井眼排列的襯管或套管的壁部)。這僅為卡 住狀態(tài)的一個(gè)實(shí)例。還有許多不同的卡住狀態(tài)、機(jī)構(gòu)和環(huán)境，例如，由環(huán) 形空間與地層之間的過(guò)度的壓差所造成的裸眼卡鉆(sticking)、由碎片、 切屑、井壁坍塌造成的機(jī)械卡鉆等。當(dāng)?shù)孛娴木僮髡邫z測(cè)到下井儀器串102被卡住時(shí)，并操作者可以在 地面上例如通過(guò)旋轉(zhuǎn)巻線筒(spool)或絞盤或者鉆機(jī)的絞車的操作等將拉 力施加在載體結(jié)構(gòu)U2上，其中載體結(jié)構(gòu)112安裝或連接在地面上。該拉力
持續(xù)拉載體結(jié)構(gòu)112，而不會(huì)移動(dòng)卡住的下井儀器串102。通過(guò)在載體結(jié)構(gòu) 112上施加拉力，勢(shì)能被儲(chǔ)存在載體結(jié)構(gòu)112中。該勢(shì)能將用于在震擊工具 被啟動(dòng)時(shí)控制震擊工具106的某些實(shí)施例所施加的沖擊力的大小。根據(jù)一 些實(shí)施例，由于震擊工具106被電氣啟動(dòng)，因此井操作者可以選擇施加在 載體結(jié)構(gòu)112上的拉力的量，以調(diào)節(jié)要由震擊工具106施加的所需沖擊力。 這由于所述沖擊力可以根據(jù)井操作者所需要的設(shè)定進(jìn)行調(diào)節(jié)而提供了靈 活性。換句話說(shuō)，操作者不受限于載體結(jié)構(gòu)112上的一個(gè)或少量的有限的 預(yù)設(shè)拉力，而是井操作者可以根據(jù)需要的沖擊力在載體結(jié)構(gòu)112上施加較 寬范圍的不同的拉力。
為了開始震擊工具106的啟動(dòng)，通過(guò)載體結(jié)構(gòu)(例如，通過(guò)載體結(jié)構(gòu) 112中的一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)體)將一個(gè)或多個(gè)指令從地面發(fā)送到震擊工具106 中的電子控制模塊232。電子控制模塊232響應(yīng)所述電氣指令打開震擊心軸 組件200中的電磁閥236。在施加到載體結(jié)構(gòu)112上的拉力下，較高壓力的 油從第一腔室218快速流動(dòng)到第二腔室220，造成震擊心軸組件200從震擊 氣缸組件202的快速運(yùn)動(dòng)和伸出。
震擊心軸組件200遠(yuǎn)離震擊氣缸組件202的運(yùn)動(dòng)在圖5中示出，其中圖5 顯示了啟動(dòng)后的震擊工具106的中間行程位置。由于電磁閥236打開，并且 由于第一腔室218含有較高壓力的油，因此流體在桿組件210的管路中沿路 徑260從第一腔室218流動(dòng)到液壓機(jī)構(gòu)239的液壓管路241。液流260繼續(xù)通 過(guò)打開的電磁閥236并作為液流262從電磁閥236退出。液流262繼續(xù)通過(guò)液 壓管路243以及桿組件210中的另一管路，從而通過(guò)操作活塞206至含有較 低壓力的油的第二腔室220。
由于活塞和桿組件的面積是恒定的，因此補(bǔ)償活塞208相對(duì)于震擊氣 缸組件202的外殼體204有相對(duì)很小的運(yùn)動(dòng)，從而通過(guò)在補(bǔ)充活塞208內(nèi)移 動(dòng)的桿組件210主要在第一與第二腔室218和220之間造成油的交換。
當(dāng)震擊心軸組件200充分且快速地遠(yuǎn)離震擊氣缸組件202伸出時(shí)，操作 活塞206在震擊氣缸組件殼體204內(nèi)的沖擊肩部270上產(chǎn)生突然的沖擊。所述沖擊(272)顯示在圖6中。根據(jù)施加在載體結(jié)構(gòu)112上的拉力以及震擊 工具106的構(gòu)造(例如，行程長(zhǎng)度、液壓流動(dòng)面積、速度、質(zhì)量等)，在 震擊氣缸組件殼體204的操作活塞206與沖擊肩部270之間的接觸面處可以 產(chǎn)生增大的沖擊力。所述增大的力通過(guò)震擊氣缸組件殼體204被傳送到連 接到震擊工具106的其它工具，包括圖4中所示的卡住的密封封隔器110的 實(shí)例。
如圖2、圖3、圖5和圖6中所示，穿過(guò)線導(dǎo)體214的區(qū)段215被巻繞成圈 狀，使得導(dǎo)體214可以由于震擊心軸組件200和桿組件210遠(yuǎn)離震擊氣缸組 件202伸出而伸出。導(dǎo)體214的巻繞區(qū)段215設(shè)置在震擊氣缸組件202的第三 腔室222中。要注意的是，巻繞區(qū)段215僅為能夠在震擊運(yùn)動(dòng)、伸出和壓縮 下實(shí)現(xiàn)穿過(guò)線的連續(xù)性的一種方法，而未顯示的其它柔性導(dǎo)體結(jié)構(gòu)都是可 能的。
在圖2、圖3、圖5和圖6中所示的實(shí)施例中，震擊氣缸組件殼體204的 內(nèi)徑沿長(zhǎng)度相對(duì)恒定，其中操作活塞206在震擊工具106的啟動(dòng)期間移動(dòng)越 過(guò)所述長(zhǎng)度。因此，在這種實(shí)施例中，第一與第二腔室218和220之間的流 體連通依賴于桿組件210和液壓機(jī)構(gòu)239中的管路。在不同的實(shí)施例中，如 果甚至在震擊工具106的啟動(dòng)期間在第一與第二腔室218和220之間也需要 較快的流體連通，則震擊氣缸組件殼體204的上部可以具有內(nèi)徑D2，所述 內(nèi)徑大于震擊氣缸組件204的另一部分中的內(nèi)徑D1。具有較大直徑D2的部 分被稱為震擊氣缸組件殼體204的"擴(kuò)大部分"，并且可使活塞206上的密封 件與震擊氣缸組件殼體204脫離。
如圖7中所示，操作活塞206起初在具有較小內(nèi)徑D1的部分中與震擊 氣缸組件殼體204的內(nèi)壁可密封地接合。在啟動(dòng)期間，當(dāng)操作活塞206在圖 7中的箭頭304所指的方向上向上移動(dòng)時(shí)，操作活塞206進(jìn)入具有較大內(nèi)徑 D2的圓柱形孔的擴(kuò)大部分，如圖8中所示。這提供了環(huán)繞操作活塞206的外 徑的旁通路徑，使得流體可以繞過(guò)活塞206直接在腔室218與220之間流動(dòng)。 因此，當(dāng)操作活塞206進(jìn)入圓柱形孔的擴(kuò)大部分(具有內(nèi)徑D2)時(shí)，液壓 阻力突然減小且操作活塞206和桿組件210的速度被加速，以在震擊氣缸組 件殼體204的操作活塞206與沖擊肩部270之間造成較高的沖擊力。
圖9顯示了彈簧400設(shè)置在第二腔室220中的另一個(gè)示例實(shí)插例。彈簧400設(shè)置在彈簧止動(dòng)部402 (連接到震擊氣缸組件殼體204的內(nèi)部)與操作 活塞206的一個(gè)表面之間。圖9中所示的震擊工具106的其余部件與圖2的震 擊工具106相同。
彈簧400的存在增加了操作活塞206上的軸向力的應(yīng)用。這在諸如深井 中受限的電纜強(qiáng)度的情況的可以施加在載體結(jié)構(gòu)112上的拉力相對(duì)受到限 制的情況下(其中震擊工具106被定位在高度偏斜或水平的井眼區(qū)段中)
或在其它情況下尤其有用。
在圖9的實(shí)施例中，當(dāng)震擊心軸組件200和桿組件210通過(guò)震擊工具106 上方的下井儀器串的重量而向下移動(dòng)進(jìn)入震擊氣缸組件202時(shí)，震擊工具 106上方的下井儀器串的重量用于壓縮彈簧400。該壓縮造成油從第二腔室 220移動(dòng)到第一腔室218。當(dāng)震擊工具106被啟動(dòng)時(shí)，被壓縮的彈簧400除了 在載體結(jié)構(gòu)112上生成的拉力外還可以施加軸向力，以造成操作活塞206 運(yùn)動(dòng)到震擊氣缸組件204的沖擊肩部270。
圖9中示出的震擊工具106的進(jìn)一步的變化例顯示在圖10中，所述震擊 工具進(jìn)一步包括位于震擊心軸組件200中的液壓泵及電動(dòng)機(jī)組件500。液壓 泵及電動(dòng)機(jī)500可以進(jìn)一步增加彈簧400上的壓縮力的應(yīng)用(除震擊工具 106上方的下井儀器串的重量所施加的壓縮力之外)。液壓泵及電動(dòng)機(jī)500 通過(guò)止回閥502施加液壓壓力，以便向下推動(dòng)操作活塞206以壓縮彈簧400。
上述的實(shí)施例具有在向上的徑向上施加沖擊力的所示的震擊工具。在 不同的變化例中，沖擊力可以在向下的方向上施加，或者可供選擇地，可 以在向上及向下的方向上施加。為此，可以隨同額外的液壓管路和控制元 件增加另一個(gè)彈簧，以便能夠使另一個(gè)活塞在向下的方向上逆著震擊氣缸 組件殼體204運(yùn)動(dòng)。
一種不同的實(shí)施例不使用圖9和圖10的實(shí)施例中的彈簧400，而是使用 充氣蓄能器來(lái)提供額外的軸向力(代替彈簧400)，以增大施加在操作活 塞上的軸向力。在進(jìn)一步的變化例中，其它的機(jī)械能量?jī)?chǔ)存裝置可以用于 在操作活塞206上提供額外的軸向力。
以上所說(shuō)明的各種實(shí)施例使用液壓機(jī)構(gòu)，所述液壓機(jī)構(gòu)被觸發(fā)以造成 操作活塞206的運(yùn)動(dòng)，從而造成沖擊力的施加。在不同的實(shí)施例中，可以 使用機(jī)械結(jié)構(gòu)來(lái)代替使用液壓機(jī)構(gòu)，例如，如圖11中所示的線性致動(dòng)器600的形式。線性致動(dòng)器600包括外部殼體602，線性致動(dòng)器被定位在震擊氣缸 組件殼體204內(nèi)的第一腔室604中。第一腔室604被限定在補(bǔ)償活塞208與震 擊氣缸組件殼體204的上部之間。線性致動(dòng)器600的外部殼體602具有上端 606，所述上端設(shè)計(jì)成與震擊氣缸組件殼體204的沖擊肩部270相碰撞以施 加沖擊力。
線性致動(dòng)器600具有套爪組件608，所述套爪組件具有向外突出以接合 連接到震擊氣缸組件殼體204的內(nèi)壁的閉鎖環(huán)612的套爪指部610。如圖ll 中所示，當(dāng)套爪指部610徑向向外伸出時(shí)，套爪指部610與閉鎖環(huán)612接合， 以防止線性致動(dòng)器600在震擊氣缸組件殼體204的圓柱形孔內(nèi)軸向運(yùn)動(dòng)。
線性致動(dòng)器600在電纜614之上電連接到電子控制模塊232。電子控制 模塊232響應(yīng)越過(guò)穿過(guò)線導(dǎo)體214接收到的指令越過(guò)電纜614將啟動(dòng)信號(hào)發(fā) 出到線性致動(dòng)器600，從而引起套爪指部610徑向向內(nèi)收回，使得套爪指部 610不再與閉鎖環(huán)612接合。線性致動(dòng)器600接著自由移動(dòng)(由于施加到載 體結(jié)構(gòu)112的拉力，或者由于與線性致動(dòng)器600接合的第一腔室604中的能 量?jī)?chǔ)存裝置的存在)，以使該線性致動(dòng)器的上端606撞擊震擊氣缸組件殼 體204的沖擊肩部270以施加沖擊力。
線性致動(dòng)器600可以從能夠操作線性致動(dòng)器600的由彈簧加載的套爪 組件608的各種電動(dòng)機(jī)械系統(tǒng)選擇，所述電動(dòng)機(jī)械系統(tǒng)包括具有電動(dòng)機(jī)和 傳動(dòng)螺桿的電動(dòng)機(jī)械系統(tǒng)、電磁閥等。
圖ll顯示了處于收回狀態(tài)的震擊工具，其中震擊心軸組件200與震擊 氣缸組件202接觸。圖12顯示了處于伸出位置處的震擊工具，其中在線性 致動(dòng)器600的啟動(dòng)后，使線性致動(dòng)器600在殼體204中移動(dòng)以造成與殼體204 的內(nèi)部的沖擊(272)。
在一些情況下，從地面到震擊工具106的電氣通信例如由于上述的各 種實(shí)施例中所示的導(dǎo)體214的損壞可能會(huì)失效。為了解決該問題，如圖13 中所示，在震擊心軸組件200中可以設(shè)置井下電源700，以向震擊心軸組件 200的各部件(例如，電子控制模塊232和電磁閥236)提供電力。井下電 源700的一些非限制性實(shí)例包括電池、渦輪機(jī)等。在一個(gè)實(shí)例,，如果通 過(guò)金屬線(wireline)輸送可以使用電池電源。另一方面，如果用于下井 儀器串的載體結(jié)構(gòu)為鉆桿，則電源700可以為渦輪機(jī)。除了井下電源700外，還可以在震擊心軸組件200中設(shè)置傳感器702，其中傳感器702可以為 檢測(cè)下井儀器串上的拉力的施加的應(yīng)變傳感器，或者為檢測(cè)第一腔室218 中的壓力的壓力傳感器。要注意的是，第一腔室218中的壓力為施加在下 井儀器串上的向上拉力的函數(shù)。
電子控制模塊232可以被編制程序以檢測(cè)施加在下井儀器串上的臨界
拉力(或者可供選擇地，檢測(cè)預(yù)定的壓力臨界值)。如果拉力或壓力越過(guò) 第一臨界值，則震擊工具106可以準(zhǔn)備使用。如果拉力或壓力越過(guò)第二臨 界值，則震擊工具106可以被啟動(dòng)。
如果需要，可以在電子控制模塊232內(nèi)編制時(shí)序延遲的程序，使得震 擊工具106可以與其它的震擊工具合作。
盡管已經(jīng)關(guān)于有限數(shù)量的實(shí)施例公開了本發(fā)明，然而享有本公開內(nèi)容 的利益的本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將會(huì)理解由這些實(shí)施例進(jìn)行的許多修改和 變更。意味著隨附的權(quán)利要求覆蓋落入本發(fā)明的本質(zhì)和范圍內(nèi)的這種修改 和變更。
權(quán)利要求
1.一種在井中使用的方法，包括如下步驟電氣啟動(dòng)震擊工具，以施加傳送到井中的至少另一個(gè)工具的沖擊力。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中所述電氣啟動(dòng)所述震擊工具的步驟包括在至少一個(gè)導(dǎo)電體之上將至少一個(gè)指令通信至所述震擊工具。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，進(jìn)一步包括如下步驟 響應(yīng)于所述震擊工具的電氣啟動(dòng)使液壓機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)，以便使所述震擊工具的第一構(gòu)件移動(dòng)以與所述震擊工具的第二構(gòu)件相碰撞，以便施加所述沖 擊力。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述使所述液壓機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)的步驟包括響應(yīng)于所述震擊工具的電氣啟動(dòng)打開所述液壓機(jī)構(gòu)中的電磁閥，其中 所述打開所述電磁閥的步驟允許液壓流體在所述震擊工具的腔室之間流 動(dòng)以允許所述第一構(gòu)件運(yùn)動(dòng)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述震擊工具具有可相對(duì)于彼此 滑動(dòng)的第一組件和第二組件，其中所述第一組件和所述第二組件初始位于 收回位置處，并且其中所述電磁閥的打開允許所述第一組件遠(yuǎn)離所述第二 組件收回。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，進(jìn)一步包括通過(guò)運(yùn)轉(zhuǎn)所述液壓機(jī)構(gòu)而 響應(yīng)所述電氣啟動(dòng)的電子控制模塊。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，進(jìn)一步包括如下步驟 提供機(jī)械機(jī)構(gòu)，所述機(jī)械機(jī)構(gòu)響應(yīng)所述震擊工具的電氣啟動(dòng)被致動(dòng)，以便使所述震擊工具的第一構(gòu)件移動(dòng)以與所述震擊工具的第二構(gòu)件相碰 撞，以便施加所述沖擊力。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述提供所述機(jī)械機(jī)構(gòu)的步驟包 括設(shè)置致動(dòng)器，所述致動(dòng)器具有初始將所述致動(dòng)器鎖定在第一位置處的鎖 定件，其中所述震擊工具的電氣啟動(dòng)造成鎖定機(jī)構(gòu)被釋放以允許所述致動(dòng) 器運(yùn)動(dòng)，其中所述第一構(gòu)件為所述致動(dòng)器的一部分。
9. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，進(jìn)一步包括如下步驟 在連接到包括所述震擊工具的下井儀器串的載體結(jié)構(gòu)上施加拉力，其中電氣啟動(dòng)所述震擊工具是在將所述拉力施加到所述載體結(jié)構(gòu)上 之后，其中所述拉力確定由所述震擊工具施加的所述沖擊力的大小。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中施加所述拉力的步驟包括施加 從多個(gè)可能的拉力選定的拉力，其中所述選定的拉力基于將由所述震擊工 具施加的目標(biāo)沖擊力。
11. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中所述震擊工具包括外部殼體和 包括操作活塞的內(nèi)孔，所述第一構(gòu)件包括所述操作活塞，其中電氣啟動(dòng)所 述震擊工具使所述活塞在所述震擊工具的所述內(nèi)孔內(nèi)移動(dòng)以沖擊所述外 部殼體的沖擊面。
12. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的方法，進(jìn)一步包括如下步驟 在所述震擊工具中設(shè)置能量?jī)?chǔ)存源，其中所述能量?jī)?chǔ)存源設(shè)置成將力施加到所述操作活塞上以移動(dòng)所述操作活塞。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述設(shè)置所述能量?jī)?chǔ)存源的步 驟包括設(shè)置彈簧和充氣蓄能器中的一種。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，進(jìn)一步包括如下步驟 設(shè)置壓縮所述彈簧的電動(dòng)機(jī)及泵組件。
15. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的方法，其中所述內(nèi)孔具有第一部分和第二部分，所述第一部分具有第一直徑，所述第二部分具有較大的第二直徑， 其中所述操作活塞在所述震擊工具的啟動(dòng)之前被定位在具有所述第一直徑的內(nèi)孔部分中，所述方法進(jìn)一步包括如下步驟使所述操作活塞在所述震擊工具的啟動(dòng)期間移動(dòng)到具有所述第二直 徑的內(nèi)孔部分中，使得能夠環(huán)繞所述操作活塞形成流體旁路，以加速所述 操作活塞的運(yùn)動(dòng)的速度。
16. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的方法，進(jìn)一步包括如下步驟 在所述外部殼體的所述內(nèi)孔內(nèi)設(shè)置浮動(dòng)活塞，其中所述浮動(dòng)活塞提供對(duì)由于溫度和壓力的變化造成的流體膨脹或收縮的補(bǔ)償。
17. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中電氣啟動(dòng)所述振動(dòng)工具響應(yīng)于 在光纖信號(hào)線之上通信的光學(xué)信號(hào)。
18. —種在井中使用的震擊工具，包括 響應(yīng)于電氣啟動(dòng)的模塊；第一構(gòu)件，所述第一構(gòu)件可響應(yīng)于從響應(yīng)于所述電氣啟動(dòng)的所述模塊 發(fā)出的信號(hào)移動(dòng)；以及沖擊件，其中所述第一構(gòu)件與所述沖擊件相碰撞，以施加傳送到至少 一個(gè)其它工具的沖擊力以用于震擊所述至少一個(gè)其它工具。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的震擊工具，其中通過(guò)施加到所述載體結(jié)構(gòu)的拉力使所述第一構(gòu)件運(yùn)動(dòng)，其中所述震擊工具連接到所述載體結(jié)構(gòu)。
20. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的震擊工具，進(jìn)一步包括殼體，所述第一構(gòu)件可移動(dòng)地定位在所述殼體內(nèi)，其中所述第一構(gòu)件將所述內(nèi)孔分為第一腔室和第二腔室；以及液壓機(jī)構(gòu)，所述液壓機(jī)構(gòu)使得在所述第一和第二腔室之間能夠形成流 體連通，以使所述第一構(gòu)件在所述內(nèi)孔中運(yùn)動(dòng)。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的震擊工具，進(jìn)一步包括設(shè)置在所述殼體中 的能量?jī)?chǔ)存源，所述能量?jī)?chǔ)存源在啟動(dòng)所述液壓機(jī)構(gòu)時(shí)將力施加到所述第 一構(gòu)件上用于移動(dòng)所述第一構(gòu)件，以允許所述第一構(gòu)件運(yùn)動(dòng)。
22. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的震擊工具，其中所述液壓機(jī)構(gòu)通過(guò)從所述模塊發(fā)出的信號(hào)被啟動(dòng)。
23. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的震擊工具，進(jìn)一步包括可響應(yīng)于從所述模 塊發(fā)出的信號(hào)移動(dòng)的線性致動(dòng)器，其中所述第一構(gòu)件為所述線性致動(dòng)器的 一部分。
24. —種在井中使用的下井儀器串，包括 第一工具；以及連接到所述第一工具的震擊工具，所述震擊工具通過(guò)施加傳遞到所述 第一工具上以使所述第一工具從井中的卡住位置解卡的沖擊力而響應(yīng)于 電氣啟動(dòng)。
25. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的下井儀器串，進(jìn)一步包括連接到所述第一 工具和震擊工具的載體結(jié)構(gòu)，其中拉力在所述震擊工具的啟動(dòng)之前施加到所述載體結(jié)構(gòu)，其中施加到所述載體結(jié)構(gòu)的所述拉力限定由所述震擊工具 施加的所述沖擊力。
全文摘要
一種在井眼中使用震擊工具的方法，其中震擊工具被電氣啟動(dòng)以施加傳送到井中的至少另一個(gè)工具的沖擊力。所述方法可以進(jìn)一步包括步驟響應(yīng)震擊工具的啟動(dòng)使液壓機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)，以便使震擊工具的第一構(gòu)件移動(dòng)以與震擊工具的第二構(gòu)件相碰撞，以便施加沖擊力。另外，所述方法可以包括通過(guò)越過(guò)至少一個(gè)導(dǎo)電體使至少一個(gè)指令至震擊工具進(jìn)行通信來(lái)電氣啟動(dòng)震擊工具。
文檔編號(hào)E21B47/00GK101408095SQ200810094859
公開日2009年4月15日 申請(qǐng)日期2008年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月11日
發(fā)明者肯尼斯·A·墨利阿蒂, 萊哈特·賽格恩艾克 申請(qǐng)人:普拉德研究及開發(fā)股份有限公司