CN103443393A - 远程地下工具激活系统 - Google Patents

Abstract

一种使用锁的致动工具，该锁在被释放时允许可运动的磁铁运动就位以推斥另一磁铁。第二磁体上的斥力使其远离储存势能的系统上的锁定位置运动，从而释放势能产生动能以驱动致动组件以安放工具。在优选的应用中，工具可以是衬管悬挂器。释放装置可以是将至少一个磁体移动成与至少一个第二磁体对准的选择性地被激励的电磁体或电磁线圈，以便将第二磁体从有效地储存势能中解除，从而能够在锁失去作用时安放所述工具。

Description

远程地下工具激活系统

技术领域

本发明的领域是用于地下工具的致动装置，并且更特别地是能够选择性地远程致动并同时避免采用可能存在潜在泄露路径的壁开口及其相关联的密封件的装置。该装置将允许在管中无须具有必须对其施加压力的塞子的情况下对设备进行致动。

背景技术

为选择性致动地下工具而设计的压力致动组件典型地包括球座和球，所述球下落或被泵送到球座并着陆。球一旦着陆，内部压力就累积并穿过壁开口至围绕主井眼的活塞壳体，使得工具可以被致动。典型地，活塞接收穿过壁孔的内部压力并且具有相应于环空压力的相反端。提高管道压力使得活塞运动，所述活塞致动工具。在衬管悬挂器的一个示例中，活塞可以移动卡瓦和密封元件以从环绕的套管支持衬。

这样的设计会存在问题。工具可以处于长的水平行程中，使得球在不必须被泵送的情况下需要花费很长时间到达球座。在水平行程中，即使有将球推向基座的流动流，球也可能不位于球座上。如果密封件损坏或失效，壁开口到活塞壳体也可能存在潜在的泄露路径。

因此，需要一种能从远程位置选择性地被操作的致动系统以在期望的位置操作工具。在优选的实施例中描述了一种致动系统，所述致动系统利用锁而锁在势能中，所述锁失去作用时释放势能以安放工具。在一优选的应用中，衬管悬挂器卡瓦系统和密封件可以通过所述装置安放。锁因由所施加的场或由机电装置引起的物理运动而失去作用，以指定一些优选的选项。在一个实施例中，该场是磁场并且锁的释放以对磁体的排斥反应实现，所述磁体至少部分地起到锁定开关的作用并且其运动导致势能作用力的释放。虽然应认识到本发明的全部范围将在所附权利要求书中得到，但是本领域的技术人员将通过研究优选实施例的描述和相关附图来更好地理解本发明的优选实施例的各方面。

USP7703532阐释了使磁体运动就位以在处于打开位置的安全阀中使阀瓣保持打开并减少其在打开位置中的震颤的趋势。2009/0032238号美国专利申请公开文件中示出了一种磁体，所述磁体通过增加力到使其趋向于运动到打开位置的阀瓣重量的重力中而用来帮助安全阀中的阀瓣运动到打开位置。另一磁体可用来将阀瓣促动到闭合位置。USP7828066通过磁性联轴器传递能量。USP3264994示出了使用被泵送过工具的突部（dart）上的磁体以利用该场来触发工具致动。2010/0126716号美国专利申请公开文件阐明了用于利用磁场启动工具致动的硬连线系统。关于本发明的其他有关专利为：USP RE30988；7703532；7669663；7562712；7604061；7626393和7413028。

发明内容

一种使用锁的致动工具，所述锁在释放时允许可运动磁体运动就位以推斥另一磁体。作为替代，磁场可以在固定磁体中被触发以例如实现工具致动，例如是在线缆上输送的那种。第二磁体上的斥力使它远离储存势能的系统上的锁定位置运动，其中势能的释放产生动能以驱动致动组件以安放工具。在一优选的应用中，工具可以是衬管悬挂器。释放装置可以是选择性地被激励的电磁体或电磁线圈，所述电磁体或电磁线圈将至少一个磁体移动成与至少一个第二磁体对准，以便使第二磁体从有效储存的势能中解除以在锁失去作用时能够安放工具。

附图说明

图1是以处于下送位置并以透视的方式示出的用于锁的触发机构的透视图；

图2是图1的侧视图，显示了借助电磁线圈退回的用于卡环的保持器；

图3是图2中位置的替代性视图，其以透视的方式示出了卡环并示出了卡环的延伸进入圆形槽内以使卡环起行程止动作用的部分；

图4是图3中恰好在弹簧推动一前一后的环以使磁体在这些环中重新定位之前的位置的透视图；

图5是在下送位置中的衬管悬挂器的截面图，其显示了一前一后的环将锁定段保持在锁定位置以防止卡瓦安放；

图6是图5的视图，显示了一前一后的环被移动并且锁定段被推斥使得用于卡瓦的安放弹簧能使卡瓦运动；

图7是图6的视图，其中卡瓦被完全致动以便夹住环绕的管；

图8是图1实施例的替代性机构的下送位置的透视图，所述替代性机构通过施加的磁场致动；

图9是图8在安放位置的视图；

图10是使用图8中的机构下送衬管悬挂器的透视图；

图11是图10在安放位置的视图；

图12是替代实施例的截面图，其使用下送工具通过利用电-磁场推斥锁定磁体来解锁工具；

图13是锁定段的详细视图，所述锁定段被推斥以通过从图12中的下送工具发出的场来剪切销钉；

图14是图13的锁定段的替代实施例。

具体实施方式

结合图5-图7，能最好地理解图1-图4。图5-图7阐释了衬管悬挂器10形式的致动系统的应用的一个示例，在一个实施例中，所述衬管悬挂器具有相对于彼此轴向地平移以增加直径的环段12，如图10和图11中最佳所见。附图为示意性的并且旨在图示无论卡瓦12以何种方式被组装它们都一前一后地或相对于彼此地轴向地平移，其取决于作用在坐封套16上以沿箭头18的方向推动该坐封套的弹簧14的作用力的设计。一个或多个锁定段20最初被布置在匹配槽22中以防止由坐封套16引起的在箭头18的方向上的运动。下磁体环24和上磁体环26在磁体32吸引锁定段20的位置由卡环28保持抵靠在肩部30上，使得锁定段20部分地进入槽22中并且部分地进入壳体36中的凹部34中。作为使用磁体环24的替代，可以使用当环26运动就位时就被克服（overcome）的保持器作为替代性装置，以保持初始锁定位置。在优选的实施例中，卡环28是主锁，而由于主锁或卡环28的释放而被致动的环段20被认为是副锁。坐封套16包括T型槽，环段12互锁在该T型槽内。只要锁定段20骑跨槽22和凹部34，弹簧14就不能使坐封套16运动。作用在锁定段20上的来自磁体32的引力将段20保持在图5的位置中，在该位置，槽22和凹部34被骑跨以将弹簧保持在压缩位置。

致动包括释放卡环28，这进而允许弹簧40使环24和26轴向运动，从而使得磁体42现在与段32对准。替代性地，磁体32和42可以在单个环上，所述单个环能够旋转而非平移，以改变磁体面向段20的极性。磁体42面向段20具有相反的极，使得段20现在径向地向外被推斥以移出凹部34并且完全进入槽22中。现在坐封套16可以自由地沿箭头18方向运动，使得卡瓦12能径向地移出以例如通过滑上（ridding up）锥形物或如图10和图11所示通过如图5-图7中所示的具有搭接件44的锥形段的相对的轴向运动而径向地接合环绕的管。

图1-图4显示了如何释放卡环28的更多细节。卡环28具有被块体50中类似的成型槽保持的成型端46和48。，块体50通过电磁阀组件54从地表位置选择性地被致动以沿箭头52的方向运动，所述电磁阀组件具有能轴向运动的轴56，所述轴在用虚线58示意性地表示的能量被提供到组件54中的线圈时沿箭头52的方向运动。图2显示了沿箭头52的方向退回的块体50，并且成型端46和48不再被块体50保持。环28中储存的势能允许该环随着成型端46和48分别沿箭头62和64的方向的运动而从其相联的槽60（在图3中最佳可见）中快速脱离。此时弹簧40能够推动一前一后的环24和26，使得段20随后可以被径向地向外推斥以允许弹簧14中储存的力移动坐封套16并导致搭接件44咬入环绕的管（未示出）。图4显示了正处于弹簧40使环运动之前的瞬间的部件，而图7是该运动发生后的截面图，其显示了搭接件44位于紧靠着环绕的管的安放位置。

图8和图9显示了通过块体50’的运动来释放环28’的另一方法。在这个实施例中，如虚线66示意性地显示的在地表进行控制的能量源选择性地激励电磁体68，电磁体在被激励时推斥永磁体70以使块体50’移动到图11的位置。和前面一样，当卡环28将成型端46和48暴露时，环24和26在弹簧40的作用力下能够一前一后地运动，并且安放如前所述地进行。

图12-图14使用具有电磁体102的下送工具100，所述电磁体102的取向使得一旦由能量源激活将在磁体104朝外表面提供与朝内表面相反的磁极，以驱动段104沿径向向外进入凹部106，以允许弹簧108推压止动件110从而允许卡瓦112爬上斜面114以允许搭接件116咬合环绕的管。定位螺钉118通过螺纹将段104固定到壳体122以用于下送。随着电磁体102被激活，斥力足够剪切开剪切板124以让段104完全进入凹部106中。在图13中，板124有延伸穿过该板的螺钉118并且通过螺纹120固定到壳体122。在图14中，螺钉118’与图13中的板124一体化作为螺钉头部的一部分，并同样在螺纹120’处固定段104。

本领域的技术人员将理解，所公开的是可以释放所储存的势能作用力以安放工具的在地表进行控制的系统，其中物体掉落在基座上以及通过壁开口升压从而存在泄露路径不是问题。相反，触发用作示出一些示例的诸如电磁线圈或电磁体的主装置以继而允许磁性构件运动从而释放开关以接着释放所存储的势能作用力以产生动能来安放工具。

虽然衬管悬挂器被用在上面的阐述中，也能想到使用其他类型的井工具。虽然环24和26作为分离的环被示出，并且在每个环中的磁体插入件32和42在向外侧上具有不同的极性，但也可以是单个环或多个环段。环24和26的全部可以是磁性环或磁性环段。锁定段20本身可以是磁体或可以只是由磁性材料构成，并且可以具有与段20在凹部34或槽22中的运动相适应的各种各样的形状。锁定段可以是两个部件构成的子组件，其中一个部件将是机械强度高的材料，以确保锁定装置能保持弹簧14的所储存的载荷并形成帽的形状以围绕磁性材料。第二部件将是磁性部件，其将如前面所描述的那样起作用以迫使帽离开凹部34，并且在井眼中下送时允许工具在无需要求磁性部件的机械性能的情况下安放。虽然示出的是螺旋弹簧40，但环24和26的运动可以利用储存势能的等效装置来完成，例如大量压缩气体或一叠贝氏垫圈（belleville washer）。虽然实施例显示移除用于卡环28的支撑件，但也可以使用允许环24和26运动的其他替代方案，例如使用通过能完成与组件54同样的动作的驱动器扣合的剪切环。使用在剪切中失效的构件将比示出的实施例需要更多的作用力来平移块体并暴露卡环28的端46和48。下送工具中的吸引磁体32可被移除，并且这样锁定段20可通过诸如叠置弹簧片的其他装置被保持在凹部34中直到施加斥力。斥力将一直足够强以推斥锁定段20并克服为了保持锁定段20就位而存在的任何作用力。

以上描述是优选实施例的说明，本领域的技术人员不偏离该发明的情况下能做出的许多修改，本发明的范围从所附权利要求的文字及等效范围确定。

Claims (24)

1.一种用于地下工具的致动装置，所述地下工具能从远程位置选择性地操作，所述致动装置包括：

壳体，所述壳体进一步包括选择性地被锁定的势能源，该势能源的释放操作所述工具；

组件，所述组件与所述壳体相联并且从远程位置被选择性地致动，从而所述组件的致动产生运动，所述运动解锁所述势能源以便安放所述工具。

2.根据权利要求1所述的装置，其中：

所述组件包括主锁，所述主锁失去作用能使得所述组件相对于势能源运动。

3.根据权利要求2所述的装置，其中：

当所述组件解锁所述势能源时，所述组件轴向运动而不接触所述选择性地被锁定的势能源。

4.根据权利要求3所述的装置，其中：

所述势能源被副锁选择性地保持；

所述副锁响应于磁场以便解锁。

5.根据权利要求4所述的装置，其中：

所述组件包括至少一个磁场源。

6.根据权利要求5所述的装置，其中：

所述磁场源在所述组件的第一位置和第二位置这两个位置上作用在所述副锁上。

7.根据权利要求6所述的装置，其中：

用于所述磁场的所述源在所述第一位置中吸引所述副锁而在所述第二位置中推斥所述副锁；或者当达到所述副锁的所述第二位置时，所述副锁通过被克服的保持器被保持在所述第一位置中。

8.根据权利要求7所述的装置，其中：

所述副锁包括骑跨位于所述壳体上和一外壳上的相对的凹部的至少一段；

所述势能源布置在所述壳体和所述外壳之间，并且所述势能源在所述段骑跨所述凹部时不能使所述外壳相对于所述壳体运动。

9.根据权利要求8所述的装置，其中：

推斥所述段使得所述段移出壳体中的所述凹部，以允许所述势能源使得所述外壳相对于所述壳体运动以安放所述工具。

10.根据权利要求9所述的装置，其中：

所述外壳包括衬管悬挂器的一部分并且所述外壳的运动使得至少一个卡瓦延伸以夹住环绕的管；

所述势能源包括螺旋弹簧、压缩气体储罐和贝氏垫圈叠片组中的至少一种。

11.根据权利要求7所述的装置，其中：

所述磁场源包括外表面为北极的至少一个第一磁体和外表面为南极的至少一个第二磁体，所述第一磁体和第二磁体在至少一个环上彼此对齐，由此，所述环的运动将不同的磁体与所述副锁对齐。

12.根据权利要求11所述的装置，其中：

所述环在所述主锁失去作用时平移。

13.根据权利要求2所述的装置，其中：

所述主锁包括通过保持器而被保持到壳体槽的卡环，所述保持器选择性地保持所述卡环的相对的端部。

14.根据权利要求13所述的装置，其中：

所述保持器响应于来自远程位置的信号移动以释放所述卡环的所述端部从而允许所述卡环离开壳体槽。

15.根据权利要求14所述的装置，其中：

所述保持器通过电磁阀构件和从远程位置激励的磁场中的一个而移动。

16.根据权利要求15所述的装置，其中：

所述保持器包括磁体并且所述壳体包括相邻的电磁体，因此所述电磁体的致动产生影响所述磁体在所述保持器上的运动的磁场。

17.根据权利要求14所述的装置，其中：

所述组件包括外表面为北极的至少一个第一磁体和外表面为南极的至少一个第二磁体，所述第一磁体和第二磁体在至少一个环上彼此对齐，由此，所述环的运动将不同的磁体与所述副锁对齐。

18.根据权利要求17所述的装置，其中：

所述副锁包括骑跨位于所述壳体上和一外壳上的相对的凹部的至少一段；

所述势能源布置在所述壳体和所述外壳之间，并且所述势能源在所述段骑跨所述凹部时不能使所述外壳相对于所述壳体运动。

19.根据权利要求18所述的装置，其中：

推斥所述段使得所述段移出壳体中的所述凹部，以允许所述势能源使得所述外壳相对于所述壳体运动以安放所述工具。

20.根据权利要求19所述的装置，其中：

所述外壳包括衬管悬挂器的一部分并且所述外壳的运动使得至少一个卡瓦延伸以夹住环绕的管；

所述势能源包括螺旋弹簧、压缩气体储罐和贝氏垫圈叠片组中的至少一种。

21.根据权利要求1所述的装置，其中：

所述组件安装到穿过所述壳体被插入通道中的下送工具上。

22.权利要求21的所述装置，其中：

所述组件包括磁体，所述磁体将最初在壳体槽中的至少一个段推斥出所述壳体槽，以允许所述势能源使位于所述壳体周围的外壳相对运动并从而安放所述工具。

23.根据权利要求22所述的装置，其中：

所述段通过紧固件固定到所述壳体槽，所述下送工具上的所述磁体在被带到接近所述段时对所述段施加足够的斥力以剪切开所述紧固件并随后使所述段移出所述壳体槽，从而使得所述外壳能轴向运动以安放所述工具。

24.根据权利要求7所述的装置，其中：

所述磁场源包括在至少一个环上的、外表面具有第一磁极的第一磁体，由此，所述环的运动将所述第一磁体与在所述副锁上的具有相反磁极的第二磁体对齐以使所述副锁失去作用。

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