CN102561966B - 具有无效行程的多功能孔下释放工具机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有无效行程的多功能孔下释放工具机构。提出了一种用于在使多个测井电缆工具从测井电缆工具串上断开的同时保持仍然与测井电缆工具串一起的测井电缆工具的运行的系统和方法。该断开是非破坏性的，并且允许在从井中收回之后重新连接断开的工具。该系统还使得能够在将测井电缆工具串部署到井中之前测试断开机构。

Description

具有无效行程的多功能孔下释放工具机构

技术领域

本发明大体涉及孔下(downhole)远程操作的油井测井电缆(wireline)工具，并且更具体而言，涉及孔下测井电缆工具释放机构。

背景技术

近来，化石燃料的越来越多的使用导致钻井技术有不可想象的发展。例如，关于钻井平台，能够从竖直方向至水平方向把井钻到期望深度且然后操纵该井现在是一般惯例。可基于诸如地质地层或用于优化来自井的输出的回收设计计划的因素来改变井的方向。

上面所描述的多方向钻井能力引入了与确定井的运行参数有关的一系列的新问题。例如，在井的起用和运行中的普遍任务是将一个或多个测井电缆工具向下部署到井中，以收集数据。测井电缆工具可测量井参数，采用摄像机来进行光学观测，或者甚至执行放射性辐射，以评价局部地质地层。关键差别在于具有直的竖直方向的井中和具有从竖直方向转变到水平方向以及可能向上朝向表面的定向的井中。

如容易想象到的那样，从具有变化的眼方向的井中收回一系列的测井电缆工具比从直的竖直井中收回同一系列的测井电缆工具更难。例如，重力与井中的弯道的弯曲部结合可导致测井电缆工具串被卡住。可出现这个问题，或者是因为工具中的一个在物理上卡在井中的弯曲部中，或者是因为将该一系列的测井电缆工具拉过该弯曲部所需的力大于附连到测井电缆工具上的线材的抗拉强度。

在另一个实例中，当射孔弹爆炸时，在爆炸期间，射孔筒可变形，并且被留在井眼中。如上面描述的那样，收回变形的射孔筒所需的力可超过附连到测井电缆工具上的线材的抗拉强度。

在上面描述的情况下，期望有这样的系统和相关联的方法：其允许在障碍物的上方释放测井电缆工具，而在工具串被从井中移除时不破坏其余的测井电缆工具继续执行它们的预期任务的能力。另外，重新连接测井电缆工具而无需更换从井中收回的所有构件的能力是合乎需要的，因为在插入井中之前测试测井电缆工具串的能力的额外益处变得可行。

发明内容

根据本发明的系统和方法，通过提供具有无效行程(lostmotion)设计和用于使测井电缆工具串的上部区段与留在井中的工具串的下部区段断开的溢流阀的多功能井下释放工具机构来解决这些需要。在断开之后，测井电缆工具串的仍然附连到线材上的其余部分在缩短的串从井中移除时继续起作用。该设计还提供无破坏性的拆卸，从而允许测井电缆工具串与从井中移除的工具串的其余部分重新连接，或者重新连接到工具串的新元件上，而无需更换在断开点上方的工具串的元件。

根据一个示例性实施例，线性运动马达驱动的往复轴促动释放过程的所有方面。这些方面包括(但不限于)释放闭锁夹、断开传到串中后面的工具的电连接，以及促动溢流阀以平衡释放室的压力。

根据另一个示例性实施例，马达驱动的旋转运动轴使凸轮机构旋转，凸轮机构类似地促动释放过程的所有方面。如上面关于线性运动过程所描述的那样，这些方面包括(但不限于)释放闭锁夹、断开传到串中后面的工具的电连接，以及促动溢流阀以平衡释放室的压力。

在各种实施例中，包括在促动行程中的无效行程保护传动系免受工具被释放时井流体所施加的较大的压力的影响。因此，该设计是稳定可靠和耐用的，允许重新连接或者新工具或者从井中收回的断开的工具。

附图说明

附图示出了示例性实施例，其中：

图1描绘了显示为处于连接位置上的释放机构，其包括电动马达和齿轮箱；

图2描绘了显示为处于连接位置上的释放机构传动系室和释放室的放大视图；

图3描绘了在导杆螺母前进以取得无效行程的情况下显示的释放机构传动系室和释放室的放大视图。

图4描绘了在溢流阀开始打开且闭锁闩(latchingdog)部分地被释放的情况下显示的释放机构传动系室和释放室的放大视图。

图5描绘了在溢流阀打开、闭锁闩被释放且释放室中的井流体压力迫使往复轴完全打开的情况下的释放机构传动系室和释放室的放大视图。

图6描绘了在释放机构被完全释放且打捞颈被脱开的情况下的释放机构传动系室和释放室的放大视图。

图7描绘了使打捞颈子组件与释放机构断开的方法。

图8描绘了将打捞颈子组件重新连接到释放机构上的方法。

具体实施方式

示例性实施例的以下详细描述参照了附图。不同的图中的相同参考标号标识相同或类似的元件。并且，以下详细描述不限制本发明。相反，本发明的范围由所附权利要求限定。

首先看图1，示出了根据一个示例性实施例的释放机构100的详图。如之前所论述的那样，释放机构100执行从测井电缆工具串中释放一个或多个工具的各方面。这些方面包括(例如而不限于)释放闭锁夹124、断开传到串中后面的工具116/118的电连接，以及促动溢流阀120以平衡释放室106的压力。

大体上，释放机构由马达/齿轮箱组件102、传动系室104及其相关联的构件、释放室106及其相关联的构件、使释放室106与外部井流体分开的溢流阀120、使传动系室104和释放室106分开的密封隔板(bulkhead)126以及往复轴108组成。往复轴108通过导杆110组件和导杆螺母112组件来在功能上连接到马达/齿轮箱组件102上，并且根据此示例性实施例，同时促动电气弹簧触头116、闭锁闩124和溢流阀120。

传动系室104在往复轴108的开放的无效行程区域114中容纳导杆110和导杆螺母112。当溢流阀120打开且往复轴108经受井流体的全部压力时，无效行程区域114允许往复轴108撞击传动系室104的最接近马达/齿轮箱102的端部。这保护导杆110和马达/齿轮箱102免受损害。

在另一方面，传动系室104的邻近溢流阀120的端部在传动系室104的周边的周围提供了传导环118。传导环118对往复轴108提供功率连通和数据通讯传导性，以进一步沿着测井电缆工具串而连接到额外的测井电缆工具和释放机构100上。当释放机构处于连接位置上时，电气弹簧触头116与传导环118接合，从而为功率连通和数据通讯连接性提供电路。在往复轴108开始朝向马达/齿轮箱102运动时，电气弹簧触头116连接到往复轴108上，并且与传导环118断开。

另一方面提供了密封隔板126，在释放机构100打开溢流阀120且允许井流体通入释放室106时，该密封隔板126防止井流体进入传动系室104。类似地，在往复轴108的释放端处位于密封的电连接器128的周围的密封件防止井流体进入往复轴108。

释放室106容纳打捞颈122和用于在连接操作期间将打捞颈122固持在释放室106中的闭锁闩124机构。图1的截面图中显示了仅一个闭锁闩124，但是在工具的轴线的周围存在均等地间隔开的多个闭锁闩。圆锥形闭锁闩促动器130附连到往复轴108上，并且在往复轴108在连接位置上时，接合闭锁闩124。当往复轴108开始运动到断开位置时，圆锥形闭锁闩促动器130朝向溢流阀120运动，并且释放闭锁闩124。一旦释放了闭锁闩124，往复轴108则继续朝向断开位置运动，并且溢流阀促动圆柱体132挤压在溢流阀120上，这促使溢流阀120朝向密封隔板126运动。一旦在溢流阀120的最接近闭锁闩124的端部处的O形环密封件与其密封的膛孔脱开，井流体则流入释放室106中，这使释放室106中的压力与环境井压力平衡。一旦井流体进入了释放室106，压力就将溢流阀120和往复轴108两者推向马达/齿轮箱102。无效行程已经结合到这些机构两者中，使得当它们经受井压力时，它们受到适当的坚固的结构构件的支承。这保护导杆110、马达/齿轮箱102和其它精密的促动构件免受损害。由于打捞颈122的内部和外部的压力被平衡，可从打捞颈122的周围容易地拉动释放室106，从而完成断开。

溢流阀120上的最接近传动系室104的端部处的密封件仍然被接合，以确保溢流阀120被井压力驱动到完全打开位置上，因此加快溢流过程，以及还保护更加精密的促动构件免受损害。

在释放机构100的另一方面，电动马达102通过高速率齿轮箱102来使导杆110旋转。导杆110沿着往复轴108的轴线或者向上或者向下驱动导杆螺母112。当导杆螺母112被驱动远离马达/齿轮箱102而到达行程的终点时，附连到打捞颈122上的测井电缆工具被连接。当导杆螺母112被驱动向马达/齿轮箱102而到达行程终点时，附连到打捞颈122上的测井电缆工具被释放。当然，本领域技术人员将认可，根据其它备选的示例性实施例，倒转导杆螺母112被驱动所沿方向与打捞颈122的连接/释放模式之间的关系可为可行的。

导杆螺母112被捕捉在往复轴108包含的区域内，但根据此示例性实施例，未被刚性地保持。释放机构设计100在导杆螺母112的两侧中的任一侧包括自由空间，从而在促动行程中产生无效行程114或间隙(backlash)。往复轴108穿过密封隔板126，该密封隔板126在释放机构100内限定两个不同的室。在密封隔板126的马达/齿轮箱102侧的传动系室104从未被井流体进入。当执行测井电缆工具断开时，在密封隔板126的远离传动系室104的另一侧的释放室106变得充满井流体。

在传动系室104中，往复轴108保持在绝缘外壳内，该绝缘外壳在密封隔板126附近的端部处装配有传导环118。当往复轴108在连接位置上时，往复轴108被对准，使得电气弹簧触头116与传导环118处于导电接触。这允许电功率和数据通过往复轴108的中心传输到附连到打捞颈122上的测井电缆工具。当往复轴108开始运动到释放位置时，电气弹簧触头116被拉离传导环118，从而中断与往复轴108的暴露端以及连接到打捞颈122上的测井电缆工具的电连接和数据通讯连接。这允许位于释放工具上方的工具在执行工具断开之后继续运行。

在释放室106中，往复轴108穿过溢流阀120的中心，然后穿进打捞颈122子组件的顶部。在打捞颈122子组件的另一端处的是三个闭锁闩124。使用闭锁闩124来将打捞颈122子组件保持在释放室106中。闭锁闩124被附连到往复轴108上的圆锥形闩促动器130驱动到闭锁位置上。当往复轴108在连接位置上时，圆锥形闩促动器130的圆锥部在推向闭锁闩124的内侧面上向外推，从而将它们锁紧到释放室106外壳中。在往复轴108运动到释放位置时，圆锥形闩促动器130被从闭锁闩124的内侧面的下方拉出，从而允许它们掉出释放室106中的锁紧套管，以及从释放室106中释放打捞颈122子组件。

在另一方面，宽松地在溢流阀120和圆锥形闩促动器130之间定位在往复轴108的周围的是溢流阀促动圆柱体132。在往复轴108运动到释放位置时，溢流阀促动圆柱体132变得陷在圆锥形闩促动器130和溢流阀120之间，并且将溢流阀推向密封隔板126。一旦溢流阀120上的密封件离开释放室106壁中的密封膛孔，则允许井流体进入释放室106。溢流阀120在任一侧也具有无效行程，从而允许其在井流体开始进入释放室106时迅速地运动到溢流位置。

在另一个实施例中，通过手动地将打捞颈122子组件推入释放室106中来将打捞颈122子组件与其相关联的测井电缆工具重新连接到释放机构100上。马达/齿轮箱102然后沿与断开操作相反的方向运行。导杆螺母112首先沿反方向取得无效行程。在无效行程恢复之后，往复轴108然后沿朝向释放室106的方向被推动。溢流阀120的无效行程现在得到恢复，并且溢流阀120被推到关闭位置。在往复轴108到达行程的终点时，溢流阀120已经完全关闭，圆锥形闩促动器130迫使闭锁闩124回到释放室106中的锁紧套管中，并且电气弹簧触头116与传导环118接合，从而进一步沿着测井电缆工具串来恢复与测井电缆工具的功率连通和数据通讯。虽然往复轴108和溢流阀120两者均在运动的同时经历无效行程，但是两者在连接位置上时被驱动到硬止挡。这个硬止挡锁定防止两者中的任一个在冲击或振动的作用下意外地运动。

现在看图2，显示了在连接位置上的释放机构100的放大局部视图。导杆螺母202抵靠在硬止挡在，从而将往复轴204锁紧就位，以防止由于震动或振动引起的任何意外断开。电气弹簧触头208与传导环210接触，因此对附连到打捞颈122子组件上的任何测井电缆工具提供电功率连通和数据通讯连接性。溢流阀206在完全关闭位置上，并且也依靠在硬止挡上，以防止意外打开。最后，圆锥形闩促动器212与闭锁闩214接合，从而迫使它们进入释放室106的锁紧套管216中的锁紧位置上。

图3示出了在断开循环的开始时的释放机构100的放大局部视图，其中，导杆302已经旋转到导杆螺母304已经在往复轴306中取得所有的无效行程所处的点。在这时，导杆302的进一步旋转将导致往复轴沿断开方向运动。

现在看图4，释放机构100的放大局部视图示出了沿断开方向行进的往复轴406，电气弹簧触头402和传导环404之间的接触被中断。这时，不再对连接到打捞颈122组件上的任何测井电缆工具或进一步沿着测井电缆工具串向下的任何其它测井电缆工具提供功率和数据连接性。圆锥形闩促动器412正在脱开闭锁闩414，从而允许从释放室106中释放打捞颈122组件。溢流阀促动圆柱体410正好开始与溢流阀408接触。应当注意到，在溢流阀408开始运动以及允许井流体进入释放室106中之前，横穿释放室106的所有功率连接均被断开。

图5描绘了显示了完全断开的释放机构100的放大局部视图。往复轴502已经达到其最大断开行程位置。溢流阀504处于其完全打开位置上，并且闭锁闩506被完全释放。应当注意到，在释放打捞颈122子组件之后，在释放机构100上方的其余测井电缆工具继续以它们的正常方式起作用，并且可在它们被从井孔中移除时继续收集数据。

现在看图6，释放机构100放大的局部视图600示出了断开的释放机构100被从打捞颈602子组件拉出。在收回打捞颈602子组件及其附连的测井电缆工具之后，打捞颈602子组件及其附连的测井电缆工具可重新连接到断开的释放机构100上，并且重新插入井中。

图7示出了使释放机构100与打捞颈602子组件断开的方法700。在步骤702处开始，通过将导杆螺母112驱动到传动系室104的孔上(uphole)端来促动导杆110，以恢复无效行程。导杆110可由任何动力传送装置促动，例如电动马达和齿轮箱组件102。在导杆螺母112到达其行程的终点时，方法前进到步骤704。

在步骤704处，所有无效行程均得到恢复，并且往复轴108开始向释放机构100的孔上端缩回。通过使电气弹簧触头116与传导环118分开，最初的往复轴108缩回同时断开通过的释放室106功率和数据连接性，并且通过使圆锥形闩促动器130运动向释放机构100的孔上端来脱开闭锁闩124。在功率断开以及闭锁闩124释放之后，该方法前进到步骤706。

在步骤706处继续，往复轴108继续缩回，并且打开溢流阀120，从而允许井流体通入释放室106中。在高压井流体进入释放室106时，方法前进到步骤708，并且往复轴108和溢流阀120被迫使到达传动系室104的孔上端处的保护性硬止挡。溢流阀120现在是完全打开的，并且进入的井流体使释放室106的内部和外部上的压力平衡。最后，在步骤710处，可从打捞颈602子组件中拉出释放机构100，从而允许移除其余的起作用的测井电缆工具，以及对打捞颈602子组件提供通路，以附连适于从井孔中拉出断开的测井电缆工具的绳缆。

现在看图8，示出了将打捞颈602子组件连接到释放机构100上的方法。在步骤802处开始，将打捞颈602子组件插入释放室106中，直到其完全承坐好为止。接下来，在步骤804处，通过促动导杆110来取得无效行程，直到导杆螺母112在往复轴的孔上端处承坐在往复轴108上为止。

继续到步骤806，往复轴开始延伸向释放机构100的孔下端，并且将溢流阀驱动到完全关闭位置。接下来在步骤808处，进一步延伸向释放机构的井下端的往复轴使闭锁闩124接合到打捞颈602子组件中，并且迫使电气弹簧触头116抵靠在传导环118上。这个步骤导致打捞颈602子组件和释放机构的机械锁定，并且对连接到打捞颈602子组件上的测井电缆工具提供电力和数据连接性。测井电缆工具串现在准备好插入井孔中。

上面描述的示例性实施例在各方面均意图说明而非限制本发明。因此，本发明在详细实现中能够有本领域技术人员可根据包含在本文中的描述中得出的许多变型。例如，可使用旋转轴替换往复轴108以作为断开装置。该旋转轴设置成连到齿轮箱输出上，并且穿过传动系室、溢流阀、释放室，并且锁紧到所述可拆卸的打捞颈组件中。该旋转轴附连到旋转的电气弹簧触头上以使其与附连到传动系室上的触头断开，且附连到旋转促动器上以脱开多个闭锁闩和打开所述溢流阀。所有这样的变型和修改被认为是处于由权利要求所限定的本发明的范围和精神内。在本申请的描述中使用的元件、动作或指示均不应当理解为对于本发明是关键或必要的，除非明确地这样描述。并且，如本文所用，冠词“一个”意图包括一个或多个项目。

Claims (20)

1.一种用于在使多个测井电缆井工具从测井电缆井工具串上断开的同时保持仍然附连到所述井工具串上的多个测井电缆井工具的运行的释放机构系统，所述系统包括：

(a)断开装置；

(b)至少包括传动系室和释放室的多室壳体；

(c)可折卸的打捞颈组件，其用于插入所述释放室中且连接到所述释放室上，并且连接到测井电缆工具上；

(d)在所述传动系室和所述释放室之间的电传导性中断之后允许井流体进入所述释放室中的溢流阀；以及

(e)所述断开装置中的无效行程，其用于在加压井流体进入所述释放室时防止损害断开机构的元件。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述断开装置是往复轴，所述往复轴附连到齿轮箱输出上，并且穿过所述传动系室、所述溢流阀、所述释放室，并且锁紧到所述可拆卸的打捞颈组件中。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述往复轴同时附连到电气弹簧触头上以使其与连接到所述传动系室上的传导环断开，附连到圆锥形闩促动器上以脱开所述释放室中的多个闭锁闩，以及套有溢流阀促动圆柱体以打开所述溢流阀。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述传动系室具有密封隔板，并且不允许井流体进入。

5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述断开装置中的所述无效行程由所述往复轴中的和所述溢流阀中的不同的量的无效行程组成。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述断开装置是旋转轴，所述旋转轴附连到齿轮箱输出上，并且穿过所述传动系室、所述溢流阀、所述释放室，并且锁紧到所述可拆卸的打捞颈组件中。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述旋转轴附连到旋转的电气弹簧触头上以使其与附连到所述传动系室上的触头断开，附连到旋转促动器上以脱开多个闭锁闩，以及附连到旋转促动器上以打开所述溢流阀。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，能够串联连接多个释放机构系统，并且指示特定的释放机构系统断开的消息能够发送给所述多个释放机构系统。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，电动马达和齿轮箱被附连，以促动所述断开装置。

10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述打捞颈组件利用多个闭锁闩来附连到所述释放室上。

11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，通过圆锥形闭锁闩促动器来启用所述多个闭锁闩。

12.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述溢流阀由溢流阀促动圆柱体促动。

13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述溢流阀促动圆柱体同心地包围所述往复轴。

14.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，所述溢流阀促动圆柱体宽松地装配在所述往复轴的周围。

15.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，所述溢流阀促动圆柱体包括第二无效行程。

16.一种用于使打捞颈组件与测井电缆工具释放机构的释放室断开的方法，所述方法包括：

(a)促动导杆，以消除导杆螺母和往复轴之间的无效行程；

(b)使所述往复轴缩回到传动系室中，并且同时断开对所述打捞颈组件的电传导，以及脱开多个闭锁闩；

(c)使所述往复轴进一步缩回，以打开溢流阀，从而允许井流体进入所述释放室中；

(d)通过将所述往复轴驱动到硬止挡中来保护传动系免受井流体压力的影响；以及

(e)将所述测井电缆工具释放机构拉离断开的所述打捞颈组件。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括仅在接收到的断开命令地址匹配所述测井电缆工具释放机构的地址时断开。

18.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括通过将所述打捞颈组件重新连接到所述释放室上来测试所述断开方法，所述方法包括：

(a)手动地将所述打捞颈组件插入所述释放室中，直到所述打捞颈组件承坐在往复轴的周围为止；

(b)促动导杆，以恢复导杆螺母和所述往复轴之间的无效行程；

(c)使所述往复轴延伸，直到其抵靠着溢流阀而锁紧以及迫使所述溢流阀进入关闭位置为止；以及

(d)使所述往复轴进一步延伸，直到其同时在电气弹簧触头和传导环之间实现电连接以及接合多个闭锁闩且接合硬止挡为止。

19.一种用于在不损失任何其余的连接的测井电缆井工具的功能性的情况下断开测井电缆井工具的系统，所述系统包括：

(a)用于促动断开装置的机构；

(b)用于分开至少包括传动系室和释放室的多室壳体的机构；

(c)用于将可拆卸的打捞颈组件插入和连接到所述释放室中的机构；

(d)用于在所述传动系室和所述释放室之间的电传导性中断之后允许井流体进入所述释放室中的机构；以及

(e)用于在加压井流体进入所述释放室时允许所述断开装置中有无效行程以防止损害断开机构的元件的机构。

20.根据权利要求19所述的系统，其特征在于，所述系统进一步包括用于对一系列的测井电缆井工具中的一个进行寻址且指示其断开的机构。