CN102287153A - 井下松脱式连接器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及井下松脱式连接器。具体而言，描述了一种井下松脱式连接器，其将缆线可松脱地连接到井下工具上。该连接器包括布置成用以连接到缆线上的第一部分和布置成用以连接到井下工具上的第二部分。锁定装置将布置成用以在处于第一位置时使第一部分和第二部分锁定在一起，而在处于第二位置时使第一部分和第二部分彼此松脱。可逆式驱动机构提供成用以使锁定装置在第一部分与第二部分之间移动。由于驱动机构是可逆的，其能够使锁定装置锁定和解锁，且因此使连接器的第一部分和第二部分松脱和再连接，以便其可在使用之前进行测试从而增强对工具的信心，并且容许检查松脱机构内的关键零件。
Description
技术领域
本发明涉及井下松脱式连接器，并且更具体地涉及一种工具串(tool string)，其布置成用以容许当工具串的下部区段卡塞留在井孔中时取回诸如缆线、线缆头和工具串上部区段的构件。
背景技术
地下工具，如各种测量、记录和钻掘装置悬置在缆线、线缆等上，通常串在一起而形成从地面控制的井下单元。然而，地下工具可能会卡塞在井下，并且不能通过施加适度安全的线缆拉力来移出。如果过高的拉力置于导体上，则这可能会损坏井下工具，或拉断线缆，使得井下工具难以取回。用于松脱线缆悬置式井内工具的设备已研发出用来解决缆线工具卡塞在井下的问题，以避免不受控制地拉断线缆的问题。
US-A-3327784公开了一种松脱式连接器，其包括具有弱化部分的杆件，该弱化部分在线缆负载达到预定水平时破裂，于是该弱化部分上方的所有元件则都可拉出。
US-A-3517740公开了一种适于将井内工具联接到悬置线缆上的承载支承部件。该支承部件具有足够的强度以承受工具的重量和经受正常负载，并且包括电响应式爆炸装置，该装置布置成当期望在其处于井孔中时从井内工具松脱线缆的情况下有选择地分开支承部件。
US-A-4275786公开了一种用于将悬置线缆可松脱地联接到井内工具上的井孔设备。该设备包括适于联接到悬置线缆和井内工具上的上支承部件和下支承部件。上支承部件和下支承部件通过诸如放热焊剂的可电性分解的元件而保持在一起，该可电性分解的元件分解从而容许上部件和下部件分离。
US-A-6032733公开了一种缆线松脱件，其包括轴，该轴的一端通过连接器可松脱地连接到缆线的端部，且可由可熔材料环而保持在闭锁位置。当从地面通过缆线中的导体启动线缆头中的加热器时，可熔材料环熔化，从而容许轴在缆线的张力下移位至非闭锁位置，由此连接器从轴和线缆头松脱缆线。
US-A-6431269公开了一种电控制式松脱装置，在其中，电阻加热器熔化金属弹簧中的焊接接头，从而容许筒管部件分开，以便闭锁件可从线缆头松脱且拉至地面，而剩余的组件则留在井孔中。
US-A-7407007公开了一种类似的装置，但采用了在加热时伸长的形状记忆合金。
WO 2004/046497公开了一种通过螺线管操作的松脱式缆线线缆头，该螺线管直接地作用在主松脱机构上。
WO 2008/125108公开了一种井下系统，其包括用于驱动操作工具的驱动单元。接合臂可松脱以使钻头与系统其余部分分离。
US-A-7588084公开了一种使用布置在线缆主要部分与井内工具之间的线缆切割器从附接的井内工具松脱线缆的方法。该线缆切割器由电子计时器控制。
然而，这些松脱式连接器存在许多问题。例如，工具仅可促动一次，例如，通过促动切割器、爆炸物、可电性分解的元件、可熔材料环或螺线管，且因此不能进行预先测试而确保它们在提供于井中之前正确地工作。清楚的是，如果发现在工具卡塞在井下之后松脱式连接器不工作，则整个工具都可能损失，且井孔会堵塞。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种井下松脱式连接器来用于将缆线可松脱地连接到井下工具上，该连接器包括：第一部分，其布置成用以连接到缆线上且接收来自于地面的电源，且布置成用以连接到第二部分上，该第二部分连接至和/或包括井下工具；锁定装置(arrangement)，其布置成用以在处于第一位置时将第一部分锁定至第二部分，而在处于第二位置时从第二部分松脱第一部分；以及可逆式驱动机构，其用以使锁定装置在第一位置与第二位置之间移动，其中，第一部分布置成用以在处于第一锁定位置时，经由其通过一对电触点(contact)使电从电源传导至第二部分，以及其中，锁定装置移动至松脱的第二位置使两个电触点彼此分离，以便连接到电源上的触点与外部环境隔离，从而容许电触点上方的设备在使用中继续在导电井内流体中操作。
由于驱动机构是可逆的，它能够使锁定装置锁定和解锁，且因此物理地和电性地松脱和再连接连接器的第一部分和第二部分，以便其可在使用之前进行测试从而增强对工具的信心，并且容许检查松脱机构内的关键零件。由于第一部分和第二部分可非破坏性地分离，故对于工具在使用中于松脱件上方而言可保持电学完整性。可逆的驱动机构可为可逆式线性促动器，举例而言，例如电动马达。
井下松脱式连接器可包括可机械促动的电性开关，用以在第一部分和第二部分彼此松脱的情况下断开时中断对第二部分的供给。阀可提供为用以当在第一部分和第二部分彼此松脱的情况下促动时平衡连接器的内部压力和外部压力。
井下松脱式连接器可为井下工具，或形成井下工具的一部分。工具串可提供成包括一个或多个井下松脱式连接器。如果在工具串中提供两个或多个井下松脱式连接器，则仍能使工具串的上部区段收回的最下部连接器经松脱以便尽可能多地收回工具串。
根据本发明的第二方面，提供了一种操作井下松脱式连接器来将缆线可松脱地连接到井下工具上的方法，该方法包括：沿第一方向操作驱动机构来移动锁定装置，以便将工具串的第一部分和第二部分锁定在一起，且通过接合两个电触点来闭合两者之间的电连接，其中的一个电触点布置成用以从地面接收电源；以及沿相反方向操作驱动机构来使锁定装置移动，以便使第一部分和第二部分彼此松脱，且通过分离两个电触点来断开两者之间的电连接，使得布置成用以从地面接收电源的电触点与外部环境隔离。
附图说明
现在将仅以举例的方式参照附图来描述本发明的实施例，在附图中：
图1图解示出了悬置在缆线上的井下单元；
图2图解示出了阐释本发明的井下松脱式连接器的第一实例；
图3至图5示出了井下松脱式连接器的更为详细的实例，示出了本发明在锁定装置的各个松脱阶段中的实例；以及
图6为示出松脱式连接器的操作的流程图。
具体实施方式
图1示出了定位在井的钻孔26中的井下单元10。井下单元10通过提供在地面处的滑轮50悬置在从滚筒40供送的缆线30上。如图1中示意性示出的那样，井下单元10可能会卡塞在钻孔中。
图2示出了阐释本发明的井下松脱式连接器10，其包括第一部分11和第二部分12，其中，第一部分11在该实例中为形成工具串一部分的上部，布置成用以通过各种工具(未示出)连接到缆线30上，以及第二部分12在该实例中为下部，布置成用以连接到一个或多个井下工具如井内牵引机、促动器和/或用于测量钻孔中的井下条件的各种传感器上。第一部分11和第二部分12由锁定装置13保持在一起，该锁定装置13在该实例中包括多个闭锁元件或栓钉(dog)14，其在该实例中在枢转接头15处固定到第二部分12上，且其接触第一部分11上的接合表面16，以便在处于第一位置时将第一部分11和第二部分12锁定在一起。在图2的实例中，栓钉14通过锁定元件17保持与接合表面16接触。第一部分11布置成用以接收来自于地面的电源，在该实例中是通过电接线19。来自于地面的电源经由一对电触点20，21传导经过第一部分11。在该实例中，来自于地面的电接线19连接到第一触点20上，而第二触点21可通过轴22的传导部分和收容在第二部分12的对应插口中的连接器引脚23(以虚线示出)可连接到第二部分12上。
当期望使第一部分11和第二部分12彼此松脱时，锁定装置13移动至第二位置，在该实例中，这包括通过可逆式驱动机构18的作用从栓钉14之间缩回锁定部件17。一旦锁定部件17从栓钉14之间退回，这容许它们向内落下，从而使第一部分11和第二部分12彼此松脱。锁定装置13移动至松脱的第二位置使两个电触点20，21彼此分离，以便连接到电源19上的触点20与外部环境隔离，从而容许当第二部分12已松脱时在电触点上方的设备仍旧在第一部分11下方及围绕其的导电井内流体中操作。在该实例中，通过将锁定装置13定位在第一部分11内，触点20，21在该第一部分11内与外部环境密封隔离。在该实例中为O形环的密封件24还可提供成围绕锁定装置13的活动轴，以便加强密封效果。
第一上部11和第二下部12可简单地通过使驱动机构18逆转方向而再次锁定在一起，以便使锁定部件17在栓钉14之间往回延伸，迫使它们与表面16接合且使电触点20，21彼此再连接。
由于驱动机构18是可逆的，故锁定装置13可在其第一锁定位置与其第二松脱部分之间自由地移动，使得井下松脱式连接器可在使用之前进行测试，从而提供对工具增强的信心，且容许在使用之前检查松脱机构内的关键零件。
工具串可提供成包括一个或多个井下松脱式连接器10。如果在工具串中提供两个或多个井下松脱式连接器10，则仍能使工具串的上部区段收回的最下部连接器经松脱以便尽可能多地收回工具串。实际上，这是通过首先从最下部开始顺序地松脱连接器10来完成的。
图3至图5示出了本发明的处于锁定装置的各个松脱阶段的更为详细的实例。
在图3所示的实例中，可逆式驱动机构18为电动马达，其可包括相关的齿轮箱。马达的控制可由电子元件(未示出)提供，该电子元件继而又由通过缆线来自于地面的信号促动。马达18连接到导引螺杆100上，该导引螺杆100可通过马达沿其轴线在任一方向上旋转。导引螺杆100的至少一部分设有外螺纹(未示出)，其与螺母101上的对应内螺纹接合。螺母101与轴102接合，以便轴102布置成用以通过可逆式驱动机构18驱动导引螺杆100旋转来沿第一部分11的轴线方向线性地移动。轴102包括具有凸轮表面103的锁定部分17，该凸轮表面103布置成用以接合栓钉14，迫使其与第一部分的内表面上的表面16接合。图3中所示的井下单元10的截面视图仅示出了一个栓钉14，但包括围绕第二部分12的内圆周间隔开120度的两个另外的栓钉，但在图3中的截面视图中则不可见。然而，实际上认为适于特定应用的任何数目的栓钉14都可使用。栓钉14在枢转接头15处固定到第二部分12上。
图3至图5中所示的实例包括许多另外的有利特征。井下单元10具有用于连接器下方的传感器等的电接线以与地面通信。然而，在现有装置中，当线缆切断时，电接线也被切断，这会留下未固定的带电导线，而这可能很危险，尤其是在可能含有爆炸性气体的井下井眼中。在本发明的该实例中，这个问题通过使用可机械断开的电性隔离开关200，201来克服。
在图3中所示的实例中，来自于地面以便与诸如井下单元10上的传感器的装置通信的电接线202连接到开关的一部分200上。在该实例中，电接线202连接到导电环200上，该导电环200相对于井下单元10的第一部分11的本体固定就位。开关的第二部分包括安装在活动轴102上的第二导电环201。第二电联接环201利用连接器引脚203电性地连接到轴102内的金属芯子(core)上，该连接器引脚203可松脱地收容在安装于井下单元10的第二部分12中的连接器插口204中。
为了在第一部分11与第二部分12彼此松脱时平衡它们之间的压力，提供了梭阀300。梭阀300安装在轴102上，且包括两个O形环密封件，它们均围绕梭阀300的圆周安装，且该两个O形环密封件301沿梭阀300的外表面轴向地间隔开。第一部分11的壁包括穿过该第一部分11的壁的通风通道302。尽管第一部分11和第二部分12如图3中所示那样锁定在一起，但梭阀300定位成使得一个O形环密封件301定位在通风口302的每一侧上，从而防止任何外部高压流体穿过密封件301进入井下单元10中。
位置传感器可提供成用以监测锁定装置的状态，例如，用以确定是否锁定、松脱或位于其间。可提供任何适合的传感器，如霍尔效应传感器、电位计、微动开关或其它位置感测装置，用以监测锁定装置的任何适合部分的位置。在该实例中，传感器400示为用以监测促动轴102的位置。因此，操作人员在部署期间检查锁定机构的当前位置。
图4示出了锁定装置刚松脱时的第一部分11和第二部分12。当确定分离第一部分11和第二部分12时，地面的操作人员安排马达18旋转预定量。马达的这种旋转使导引螺杆100旋转，而导引螺杆100又通过螺母101上的螺纹和轴102的马达端部处的内部腔体104上的对应螺纹的接合，促使轴102沿轴向移动远离第二部分12。当轴102移动远离第二部分12时，凸轮表面103退出与栓钉14的对应表面的接合，从而容许其向内落下，使其不再与接合表面16接触。当凸轮表面103移动时，当然会松脱其与所有栓钉14的接合，从而使第一部分11和第二部分12彼此松脱。
轴102的运动还使可机械促动的开关的导电环201移动脱离与相对于第一部分11的外表面固定的导电环200的接触，且因此使第一部分11和第二部分12彼此电性地隔离开。轴102的轴向运动还将连接器引脚203的至少一部分从第二部分12上的连接器插口204中取出。在松脱过程期间露出的导电环200与下部的第二部分12以及与第一部分11周围的外部环境隔离开，从而容许断开部上方的工具在松脱之后继续操作，其中，该外部环境可包括导电井内流体。
轴102的轴向运动还使梭阀300沿轴向移动，使得下部的O形环301不再抵靠第一部分本体11的内表面密封。在该实例中，密封通过下部O形环301进入与通风口302相关的扩大腔体中而被破坏，使得该下部O形环301不再与第一部分11的内壁密封接触。因此，梭阀300下方的井下单元10的腔体中的压力利用井下单元10外的压力而平衡。通常，井下工具10操作所处的压力很高，且加压的气体和液体将进入通风口302中，从而容许外部压力和内部压力平衡。一旦外部压力和内部压力平衡，则这便除去了井下单元10上的液压夹持力，且现在可分离第一部分11和第二部分12，从而容许收回上部的第一区段11及其上方的工具。图5示出了与下部区段12分离的上部第一区段11。
如果井下单元10在使用之前进行测试和检查，则第二部分12可如图4中所示那样简单地再插入第一部分11中，且可逆式驱动机构18沿与之前相反的方向操作，以便朝第二部分12移动轴102，使得凸轮表面103接合栓钉14，迫使它们与图3中所示的接合表面16相接触来锁定第一部分11和第二部分12。因此，井下单元10可在部署之前在地面进行操作和再连接，而不会不利地影响已组装工具的完整性。操作人员能够确保工具在使用前已完全和正确地组装，且松脱顺序将正确地发生。如使用位置传感器400那样或者替代使用位置传感器400，用作可逆式驱动机构的马达18可实现提供对连接器当前状态的反馈。
图6为示出松脱式连接器的操作的流程图400。该操作可由控制器控制，如位于地面的计算机或微处理器控制的单元。
假定在步骤401松脱式连接器处于锁定构造，则当促动时驱动机构18沿第一方向操作。在步骤402，由于驱动机构沿第一方向运动，故锁定装置13使第一部分11和第二部分12彼此松脱。如上文所述，驱动机构18沿第一方向的运动还可导致断开可机械促动的电性开关200，201和开启压力平衡阀300中的至少之一。
在步骤403，驱动机构18沿相反方向操作，这在步骤404导致锁定装置13再次将第一部分11和第二部分12锁定到一起。驱动机构18沿相反方向的运动还可导致闭合可机械促动的开关200，201和闭合压力平衡阀300中的至少之一。
如上文所述，松脱式连接器可通过驱动机构18的可逆操作而松脱和再连接任何次数，从而容许对装置进行测试。
上文所述的实例可进行多种修改和变型，但仍落入本发明的范围内。例如，任何适合的锁定装置都可用于将第一部分11和第二部分12锁定到一起。此外，还可使用任何适合的闭锁部件，且如果在上文的实例中使用栓钉，则可使用任何数目的栓钉。
Claims (14)
1.一种用于将缆线(30)可松脱地连接到井下工具上的井下松脱式连接器(10)，所述连接器包括
第一部分(11)，其布置成用以连接到缆线(30)上，且用以接收来自于地面的电源，以及布置成用以连接到第二部分(12)上，所述第二部分(12)连接至井下工具和/或包括井下工具；
锁定装置(13)，其布置成用以在处于第一位置时将所述第一部分(11)锁定至所述第二部分(12)，而在处于第二位置时使所述第一部分(11)与所述第二部分(12)松脱，以及
可逆式驱动机构(18)，其用以使所述锁定装置(13)在所述第一位置与所述第二位置之间移动；
其中，所述第一部分(11)布置成用以在处于锁定的所述第一位置时通过一对电触点(20，21)从所述电源经由其导电至所述第二部分(12)，以及其中，所述锁定装置(13)至松脱的所述第二位置的运动使两个所述电触点(20，21)彼此分开，使得连接到所述电源上的触点与外部环境隔离，从而容许所述电触点上方的设备在使用中继续在导电井内流体中操作。
2.根据权利要求1所述的井下松脱式连接器，其特征在于，所述第一部分(11)和所述第二部分(12)具有公共轴线，以及所述可逆式驱动机构(18)布置成用以使锁定部件(17)沿所述公共轴线的方向可逆地来回移动。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的井下松脱式连接器，其特征在于，所述锁定部件(17)布置成用以在处于锁定的第一位置时，将附接到所述第一部分(11)和所述第二部分(12)中的一个上的一个或多个闭锁部件(14)向外推动而与所述第一部分和所述第二部分中的另一个上的一个或多个对应接合表面(16)接触，以及在处于松脱的第二位置时容许所述一个或多个闭锁部件(14)与所述一个或多个对应接合表面(16)分开。
4.根据前述权利要求中任一项所述的井下松脱式连接器，其特征在于，所述一对电触点(20，21)包括可机械促动的电性开关，所述开关用于当闭合时在所述第一部分(11)与所述第二部分(12)之间导电，以及用于当在所述第一部分(11)和所述第二部分(12)彼此松脱的情况下断开时中断对所述第二部分(12)的供给。
5.根据前述权利要求中任一项所述的井下松脱式连接器，其特征在于，所述触点(20，21)中的一个连接到所述锁定装置(13)的活动轴(22)上。
6.根据权利要求5所述的井下松脱式连接器，其特征在于，两个所述电触点(20，21)为同心环，当所述第一部分(11)和所述第二部分(12)锁定在一起时，一个环的内部环形表面布置成用以接触另一个环的外部环形表面。
7.根据前述权利要求中任一项所述的井下松脱式连接器，其特征在于，所述连接器还包括阀(300)，所述阀(300)布置成用以在所述第一部分(11)和所述第二部分(12)彼此松脱时平衡所述连接器的内部压力和外部压力。
8.根据权利要求7所述的井下松脱式连接器，其特征在于，所述阀(300)由所述锁定装置(13)促动，从而使所述第一部分(11)和所述第二部分(12)彼此松脱。
9.根据前述权利要求中任一项所述的井下松脱式连接器，其特征在于，所述连接器包括用以确定所述锁定装置(13)的状态的位置传感器(400)。
10.根据权利要求9所述的井下松脱式连接器，其特征在于，所述位置传感器(400)确定所述锁定装置(13)是否处于锁定的第一位置、松脱的第二位置或位于其间。
11.一种工具串，其包括根据前述权利要求中任一项所述的一个或多个松脱式连接器。
12.一种操作井下松脱式连接器(10)以使缆线(30)可松脱地连接到井下工具上的方法，所述方法包括：
沿第一方向操作驱动机构(18)来使锁定装置(13)移动，以将工具串的第一部分(11)和第二部分(12)锁定在一起，且通过接合两个电触点(20，21)来闭合所述两个电触点之间的电连接，其中的一个电触点布置成用以从地面接收电源，以及
沿相反方向操作所述驱动机构(18)来使所述锁定装置(13)移动，以使所述第一部分(11)和所述第二部分(12)彼此松脱，且通过分离所述两个电触点(20，21)来断开所述两个电触点之间的电连接，使得布置成用以从地面接收电源的电触点与外部环境隔离。
13.根据权利要求12所述的操作井下松脱式连接器的方法，其特征在于，沿相反方向操作所述驱动机构(18)使可机械促动的电性开关断开，从而防止在所述第一部分(11)与所述第二部分(12)之间导电。
14.根据权利要求12或权利要求13所述的操作井下松脱式连接器的方法，其特征在于，沿相反方向操作所述驱动机构(18)促动阀(300)，从而平衡所述连接器的内部压力和外部压力。
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