用于井下工具的對(duì)管壓不敏感的壓力補(bǔ)償式致動(dòng)器和方法
【專利摘要】一種對(duì)管壓不敏感的壓力補(bǔ)償式致動(dòng)器系統(tǒng)包括其中設(shè)置有孔的殼體。力傳遞件能夠在孔內(nèi)密封運(yùn)動(dòng)。力傳遞件與孔限制了兩個(gè)流體腔室。兩個(gè)流體腔室彼此流體連通并且分別位于力傳遞件的每個(gè)縱向端部處。激勵(lì)器位于兩個(gè)流體腔室中的一個(gè)或兩個(gè)中并且操作連接到力傳遞件。至少兩個(gè)密封件密封定位在殼體和力傳遞件之間。密封件中的一個(gè)布置成位于力傳遞件的一個(gè)端部附近而密封件中的另一個(gè)布置成位于力傳遞件的另一個(gè)端部附近。獨(dú)立補(bǔ)償活塞布置在殼體中，以便使得補(bǔ)償活塞的一個(gè)端部暴露于管壓而補(bǔ)償活塞的另一個(gè)端部暴露于包括流體腔室的流體容積。還包括用于減小致動(dòng)器的力需求的方法。
【專利說明】用于井下工具的對(duì)管壓不敏感的壓力補(bǔ)償式致動(dòng)器和方法
[0001]相關(guān)領(lǐng)域的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求2011年8月16日提交的美國申請(qǐng)N0.13/210999的權(quán)益，該申請(qǐng)全部內(nèi)容以引用的方式并入于此。
【背景技術(shù)】
[0003]在鉆井和完井工業(yè)中，井下工具的致動(dòng)普遍存在。井下環(huán)境中的多種操作均需要使用被送到井孔中的第一位置中以便稍后被致動(dòng)至第二位置的工具。存在使用液壓、機(jī)械致動(dòng)、電動(dòng)致動(dòng)等方式來致動(dòng)這種工具的多種方法?，F(xiàn)有的用以致動(dòng)的許多工具都必須構(gòu)造成克服管壓。這是因?yàn)楣軌鹤饔迷谥T如活塞的結(jié)構(gòu)上，致動(dòng)器對(duì)所述活塞做功以便致動(dòng)工具。在這種情況中，這種致動(dòng)器系統(tǒng)中的激勵(lì)器必須不僅產(chǎn)生使得工具運(yùn)動(dòng)的能量并且還必須同時(shí)克服作用在激勵(lì)器上的管壓。已經(jīng)嘗試隔離開管壓，但卻要承受阻礙操作的密封裝置處的動(dòng)摩擦以及會(huì)使系統(tǒng)成本增加以便凈獲得可接受的壽命。因此，本領(lǐng)域也會(huì)接納替代性的裝置，所述替代性的裝置減小了所需的啟動(dòng)能量，使得能夠提高可靠性以及改進(jìn)成本因素。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]一種對(duì)管壓不敏感的壓力補(bǔ)償式致動(dòng)器系統(tǒng)，所述致動(dòng)器系統(tǒng)包括:殼體，所述殼體中設(shè)置有孔；力傳遞件，所述力傳遞件能夠在所述孔內(nèi)密封地運(yùn)動(dòng)，所述力傳遞件與所述孔一起限定了兩個(gè)流體腔室，所述兩個(gè)流體腔室彼此流體連通并且分別位于所述力傳遞件的每個(gè)縱向端部上；激勵(lì)器，所述激勵(lì)器位于所述兩個(gè)流體腔室中的一個(gè)或者兩個(gè)中并且可操作地連接到所述力傳遞件；至少兩個(gè)密封件，所述密封件密封定位在所述殼體和所述力傳遞件之間，所述密封件中的一個(gè)布置成位于所述力傳遞件的一個(gè)端部附近，而所述密封件中的另一個(gè)布置成位于所述力傳遞件的另一個(gè)端部附近；和獨(dú)立補(bǔ)償活塞，所述獨(dú)立補(bǔ)償活塞布置在所述殼體中，以便使得所述補(bǔ)償活塞的一個(gè)端部暴露于管壓，并且使得所述補(bǔ)償活塞的另一個(gè)端部暴露于包括所述流體腔室的流體容積。
[0005]一種用于地表電動(dòng)控制的地下安全閥的對(duì)管壓不敏感的壓力補(bǔ)償式致動(dòng)器系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:地下安全閥殼體，所述地下安全閥殼體支撐流管、擋板和動(dòng)力彈簧，所述地下安全閥殼體中具有力傳遞件孔；力傳遞件，所述力傳遞件能夠在所述孔中密封地運(yùn)動(dòng)，所述力傳遞件與所述孔一起限定了兩個(gè)流體腔室，所述兩個(gè)流體腔室彼此流體連通并且分別位于所述力傳遞件的每個(gè)縱向端部上；激勵(lì)器，所述激勵(lì)器位于所述兩個(gè)流體腔室中的一個(gè)或者兩個(gè)中并且操作連接到所述力傳遞件；至少兩個(gè)密封件，所述密封件密封地定位在所述殼體和所述力傳遞件之間，所述密封件中的一個(gè)布置在所述力傳遞件的一個(gè)端部附近，而所述密封件中的另一個(gè)布置在所述力傳遞件的另一個(gè)端部附近；和
[0006]獨(dú)立補(bǔ)償活塞，所述獨(dú)立補(bǔ)償活塞布置在所述殼體中，以便使得所述補(bǔ)償活塞中的一個(gè)端部暴露于管壓，并且使得所述補(bǔ)償活塞的另一個(gè)端部暴露于包括流體腔室的流體容積。[0007]—種用于減小井下環(huán)境中致動(dòng)器的力需求的方法，所述方法包括:將力傳遞件密封在殼體內(nèi)，以便在使用期間將所述力傳遞件的端部與管壓隔離開，相應(yīng)的端部與彼此流體連接的流體腔室連通；將所述管壓施加給所述流體腔室中的流體；和啟動(dòng)激勵(lì)器，以便沿著與致動(dòng)井下工具相對(duì)應(yīng)的方向促動(dòng)所述力傳遞件，所述激勵(lì)器產(chǎn)生足夠的力來致動(dòng)所述井下工具而不用克服管壓。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]現(xiàn)在參照附圖，其中，在若干附圖中相同的元件用相同的附圖標(biāo)記表示:
[0009]圖1-圖4是對(duì)管壓不敏感的壓力補(bǔ)償式致動(dòng)系統(tǒng)的一部分的細(xì)長的截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010]同時(shí)參照?qǐng)D1-圖4，圖示了對(duì)管壓不敏感的壓力補(bǔ)償式致動(dòng)系統(tǒng)10的實(shí)施例。所述系統(tǒng)包括殼體12，所述殼體12在這個(gè)實(shí)施例中配置有伸長的缸體接頭14和活塞殼體
16。殼體12中包括孔18,所述孔能接收力傳遞件20,所述力傳遞件20圖示為桿活塞。力傳遞件定位在孔18內(nèi)時(shí)有效產(chǎn)生兩個(gè)流體腔室19和21，所述兩個(gè)流體腔室19和21分別位于力傳遞件的任一個(gè)端部處。由于力傳遞件在孔18中平移運(yùn)動(dòng)，因此腔室體積自然能夠變化。力傳遞件包括通道23，所述通道延伸貫穿所述力傳遞件，以便將腔室19流體聯(lián)接到腔室21。這防止了僅由平移運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的平移力傳遞件任意端部上的流體壓力發(fā)生變化。力傳遞件20在其一個(gè)端部處支撐密封件22而在其相反的端部處支撐密封件24。力傳遞件20可以承載密封件，所述密封件則能夠在孔中滑動(dòng)，或者孔可以承載密封件，所述密封件則會(huì)在力傳遞件20上滑動(dòng)?？?8比力傳遞件20長，以允許力傳遞件20在孔18內(nèi)平移。還提供軸承26和28以在使用過程中支承力傳遞件的平移運(yùn)動(dòng)。雖然軸承26和28不必必須處于圖2中示出的位置，但是它們方便地有助于確定開口 30，互接件32從力傳遞件20延伸通過所述開口 30與流管34相接觸。當(dāng)管壓相等且相反地施加到密封件22和24時(shí)，這個(gè)開口 30還提供了對(duì)管壓不敏感的能力?；ソ蛹?2確保了流管至少沿著第一方向隨著力傳遞件20—起運(yùn)動(dòng)。如附圖中構(gòu)造的那樣，流管將導(dǎo)致力傳遞件沿著相反的方向隨著所述流管一起運(yùn)動(dòng)。在一個(gè)實(shí)施例中，第一方向是將打開安全閥的擋板36 (見圖4)的方向。所述相反的方向?qū)⑹窃趧?dòng)力彈簧38 (見圖3)的促動(dòng)下流管34的運(yùn)動(dòng)方向。注意的是，在圖1-圖4中示出的與安全閥具體相關(guān)的部件為本領(lǐng)域中的技術(shù)人員所熟知而不需要進(jìn)行描述，所述安全閥是能從使用對(duì)管壓不敏感的壓力補(bǔ)償式致動(dòng)系統(tǒng)的工具中獲益的一個(gè)實(shí)施例。
[0011]返回到致動(dòng)系統(tǒng)10，并且參照?qǐng)D3，應(yīng)當(dāng)指出的是，孔18在其一個(gè)端部處通過流體連通子系統(tǒng)42流體連接到另一個(gè)孔40。在一個(gè)實(shí)施例中子系統(tǒng)42包括密封到孔18的連接器44和密封到孔40的連接器44。連接器44利用在這個(gè)實(shí)施例中圖示為控制管線的流體連通裝置46連接到彼此。在這個(gè)實(shí)施例中，控制管線能夠輕易地形成為包繞在流管34周圍，以便在孔18和孔40之間提供所需的流體連通。本發(fā)明不應(yīng)當(dāng)視為局限于這種控制管線，因?yàn)橹灰渌黧w運(yùn)送裝置能夠使得承壓流體在孔18和孔40之間運(yùn)動(dòng)，則這些其它流體運(yùn)送裝置便能夠作為替代方案。
[0012]參照?qǐng)D2，應(yīng)當(dāng)理解的是，孔40內(nèi)定位有滑動(dòng)地密封到孔40的補(bǔ)償活塞48。孔40沿著該孔40在某處與管壓連通，這允許補(bǔ)償活塞48在開口 50和連接器44 (孔40在該連接器處連接到子系統(tǒng)42)之間的定位。這允許補(bǔ)償活塞48在孔40內(nèi)平移，以便對(duì)補(bǔ)償活塞的與補(bǔ)償活塞暴露于管壓的側(cè)部相反的側(cè)部上的流體進(jìn)行壓力補(bǔ)償。
[0013]利用所述構(gòu)造并且在示出的實(shí)施例中，布置在腔室19和21中的一個(gè)或兩個(gè)中(圖中示出為19)的電動(dòng)或者機(jī)械激勵(lì)器52通過連接件54連接到力傳遞件20。此連接件可以是導(dǎo)螺桿或者其它機(jī)械連接件(例如，馬達(dá)或者螺線管)。一個(gè)或多個(gè)激勵(lì)器僅僅需要產(chǎn)生足以致動(dòng)被致動(dòng)的工具的力而不必克服管壓來進(jìn)行致動(dòng)。更加具體地，在所示的地下安全閥的情況中，所產(chǎn)生的力僅需足以壓縮動(dòng)力彈簧38并且使得擋板36旋轉(zhuǎn)(可能克服未標(biāo)號(hào)的扭轉(zhuǎn)彈簧的偏壓力)。這與還必須克服管壓的情況所需的力相比是明顯更小的力。另外，因?yàn)閷⑼ㄟ^補(bǔ)償活塞48的作用對(duì)孔18和孔40中的介電流體(例如油或者在某些情況下如果在特定應(yīng)用中壓縮性是可接受話甚至是空氣)進(jìn)行壓力補(bǔ)償，所以跨密封件22和24僅有零到極小的動(dòng)態(tài)壓力，從而減小了否則必須要克服的摩擦力。另一個(gè)有利之處在于，密封件將更耐磨損，這是因?yàn)榭缢雒芊饧]有明顯的壓差。
[0014]盡管已經(jīng)示出并且描述了一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，但是在不背離本發(fā)明的精神和范圍的前提下可以針對(duì)本發(fā)明做出多種修改方案和替代方案。因此，應(yīng)當(dāng)理解的是，通過闡釋而非局限的方式描述了本發(fā)明。
【權(quán)利要求】
1.一種對(duì)管壓不敏感的壓力補(bǔ)償式致動(dòng)器系統(tǒng)，所述致動(dòng)器系統(tǒng)包括: 殼體，所述殼體中設(shè)置有孔； 力傳遞件，所述力傳遞件能夠在所述孔內(nèi)密封地運(yùn)動(dòng)，所述力傳遞件與所述孔一起限定了兩個(gè)流體腔室，所述兩個(gè)流體腔室彼此流體連通并且分別位于所述力傳遞件的每個(gè)縱向端部上； 激勵(lì)器，所述激勵(lì)器位于所述兩個(gè)流體腔室中的一個(gè)或者兩個(gè)中并且可操作地連接到所述力傳遞件； 至少兩個(gè)密封件，所述密封件密封定位在所述殼體和所述力傳遞件之間，所述密封件中的一個(gè)布置成位于所述力傳遞件的一個(gè)端部附近，而所述密封件中的另一個(gè)布置成位于所述力傳遞件的另一個(gè)端部附近；和 獨(dú)立補(bǔ)償活塞，所述獨(dú)立補(bǔ)償活塞布置在所述殼體中，以便使得所述補(bǔ)償活塞的一個(gè)端部暴露于管壓，并且使得所述補(bǔ)償活塞的另一個(gè)端部暴露于包括所述流體腔室的流體容積。
2.根據(jù)權(quán)利 要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述殼體是地下安全閥的殼體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述激勵(lì)器是機(jī)械式激勵(lì)器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述激勵(lì)器是至少部分電動(dòng)的激勵(lì)器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述補(bǔ)償活塞平行于所述殼體的軸線平移。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中，所述補(bǔ)償活塞經(jīng)由流體連通子系統(tǒng)流體連接到流體腔室。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述力傳遞件包括用于流管的互接件。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述力傳遞件包括通道，所述通道從力傳遞件一個(gè)端部通過所述力傳遞件軸向延伸至力傳遞件相反的端部，由此允許位于所述力傳遞件的一個(gè)端部處的流體腔室通過所述力傳遞件與位于所述力傳遞件的另一個(gè)端部處的流體腔室流體連通。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述殼體還包含與井眼流體隔離開的流體。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，所述流體是介電流體。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中，所述介電流體是空氣。
12.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中，所述激勵(lì)器與所述力傳遞件機(jī)械連通。
13.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中，所述激勵(lì)器是馬達(dá)和導(dǎo)螺桿。
14.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中，所述激勵(lì)器是螺線管。
15.一種用于地表電動(dòng)控制的地下安全閥的對(duì)管壓不敏感的壓力補(bǔ)償式致動(dòng)器系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括: 地下安全閥殼體，所述地下安全閥殼體支撐流管、擋板和動(dòng)力彈簧，所述地下安全閥殼體中具有力傳遞件孔； 力傳遞件，所述力傳遞件能夠在所述孔中密封地運(yùn)動(dòng)，所述力傳遞件與所述孔一起限定了兩個(gè)流體腔室，所述兩個(gè)流體腔室彼此流體連通并且分別位于所述力傳遞件的每個(gè)縱向端部上； 激勵(lì)器，所述激勵(lì)器位于所述兩個(gè)流體腔室中的一個(gè)或者兩個(gè)中并且操作連接到所述力傳遞件；至少兩個(gè)密封件，所述密封件密封地定位在所述殼體和所述力傳遞件之間，所述密封件中的一個(gè)布置在所述力傳遞件的一個(gè)端部附近，而所述密封件中的另一個(gè)布置在所述力傳遞件的另一個(gè)端部附近；和 獨(dú)立補(bǔ)償活塞，所述獨(dú)立補(bǔ)償活塞布置在所述殼體中，以便使得所述補(bǔ)償活塞中的一個(gè)端部暴露于管壓，并且使得所述補(bǔ)償活塞的另一個(gè)端部暴露于包括流體腔室的流體容積。
16.一種用于減小井下環(huán)境中致動(dòng)器的力需求的方法，所述方法包括: 將力傳遞件密封在殼體內(nèi)，以便在使用期間將所述力傳遞件的端部與管壓隔離開，相應(yīng)的端部與彼此流體連接的流體腔室連通； 將所述管壓施加給所述流體腔室中的流體；和 啟動(dòng)激勵(lì)器，以便沿著與致動(dòng)井下工具相對(duì)應(yīng)的方向促動(dòng)所述力傳遞件，所述激勵(lì)器產(chǎn)生足夠的力來致動(dòng)所述井下工具而不用克服管壓。
【文檔編號(hào)】E21B34/10GK103732852SQ201280039681
【公開日】2014年4月16日 申請(qǐng)日期:2012年8月3日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月16日
【發(fā)明者】J·T·斯隆, R·J·加爾, R·麥克丹尼爾, D·A·霍普曼, D·E·施奈德 申請(qǐng)人:貝克休斯公司