CN103732852A - 用于井下工具的对管压不敏感的压力补偿式致动器和方法 - Google Patents
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Abstract
一种对管压不敏感的压力补偿式致动器系统包括其中设置有孔的壳体。力传递件能够在孔内密封运动。力传递件与孔限制了两个流体腔室。两个流体腔室彼此流体连通并且分别位于力传递件的每个纵向端部处。激励器位于两个流体腔室中的一个或两个中并且操作连接到力传递件。至少两个密封件密封定位在壳体和力传递件之间。密封件中的一个布置成位于力传递件的一个端部附近而密封件中的另一个布置成位于力传递件的另一个端部附近。独立补偿活塞布置在壳体中，以便使得补偿活塞的一个端部暴露于管压而补偿活塞的另一个端部暴露于包括流体腔室的流体容积。还包括用于减小致动器的力需求的方法。
Description
相关领域的交叉引用
本申请要求2011年8月16日提交的美国申请No.13/210999的权益，该申请全部内容以引用的方式并入于此。
背景技术
在钻井和完井工业中，井下工具的致动普遍存在。井下环境中的多种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动至第二位置的工具。存在使用液压、机械致动、电动致动等方式来致动这种工具的多种方法。现有的用以致动的许多工具都必须构造成克服管压。这是因为管压作用在诸如活塞的结构上，致动器对所述活塞做功以便致动工具。在这种情况中，这种致动器系统中的激励器必须不仅产生使得工具运动的能量并且还必须同时克服作用在激励器上的管压。已经尝试隔离开管压，但却要承受阻碍操作的密封装置处的动摩擦以及会使系统成本增加以便净获得可接受的寿命。因此，本领域也会接纳替代性的装置，所述替代性的装置减小了所需的启动能量，使得能够提高可靠性以及改进成本因素。
发明内容
一种对管压不敏感的压力补偿式致动器系统，所述致动器系统包括：壳体，所述壳体中设置有孔；力传递件，所述力传递件能够在所述孔内密封地运动，所述力传递件与所述孔一起限定了两个流体腔室，所述两个流体腔室彼此流体连通并且分别位于所述力传递件的每个纵向端部上；激励器，所述激励器位于所述两个流体腔室中的一个或者两个中并且可操作地连接到所述力传递件；至少两个密封件，所述密封件密封定位在所述壳体和所述力传递件之间，所述密封件中的一个布置成位于所述力传递件的一个端部附近，而所述密封件中的另一个布置成位于所述力传递件的另一个端部附近；和独立补偿活塞，所述独立补偿活塞布置在所述壳体中，以便使得所述补偿活塞的一个端部暴露于管压，并且使得所述补偿活塞的另一个端部暴露于包括所述流体腔室的流体容积。
一种用于地表电动控制的地下安全阀的对管压不敏感的压力补偿式致动器系统，所述系统包括：地下安全阀壳体，所述地下安全阀壳体支撑流管、挡板和动力弹簧，所述地下安全阀壳体中具有力传递件孔；力传递件，所述力传递件能够在所述孔中密封地运动，所述力传递件与所述孔一起限定了两个流体腔室，所述两个流体腔室彼此流体连通并且分别位于所述力传递件的每个纵向端部上；激励器，所述激励器位于所述两个流体腔室中的一个或者两个中并且操作连接到所述力传递件；至少两个密封件，所述密封件密封地定位在所述壳体和所述力传递件之间，所述密封件中的一个布置在所述力传递件的一个端部附近，而所述密封件中的另一个布置在所述力传递件的另一个端部附近；和
独立补偿活塞，所述独立补偿活塞布置在所述壳体中，以便使得所述补偿活塞中的一个端部暴露于管压，并且使得所述补偿活塞的另一个端部暴露于包括流体腔室的流体容积。
一种用于减小井下环境中致动器的力需求的方法，所述方法包括：将力传递件密封在壳体内，以便在使用期间将所述力传递件的端部与管压隔离开，相应的端部与彼此流体连接的流体腔室连通；将所述管压施加给所述流体腔室中的流体；和启动激励器，以便沿着与致动井下工具相对应的方向促动所述力传递件，所述激励器产生足够的力来致动所述井下工具而不用克服管压。
附图说明
现在参照附图，其中，在若干附图中相同的元件用相同的附图标记表示：
图1-图4是对管压不敏感的压力补偿式致动系统的一部分的细长的截面图。
具体实施方式
同时参照图1-图4，图示了对管压不敏感的压力补偿式致动系统10的实施例。所述系统包括壳体12，所述壳体12在这个实施例中配置有伸长的缸体接头14和活塞壳体16。壳体12中包括孔18，所述孔能接收力传递件20，所述力传递件20图示为杆活塞。力传递件定位在孔18内时有效产生两个流体腔室19和21，所述两个流体腔室19和21分别位于力传递件的任一个端部处。由于力传递件在孔18中平移运动，因此腔室体积自然能够变化。力传递件包括通道23，所述通道延伸贯穿所述力传递件，以便将腔室19流体联接到腔室21。这防止了仅由平移运动导致的平移力传递件任意端部上的流体压力发生变化。力传递件20在其一个端部处支撑密封件22而在其相反的端部处支撑密封件24。力传递件20可以承载密封件，所述密封件则能够在孔中滑动，或者孔可以承载密封件，所述密封件则会在力传递件20上滑动。孔18比力传递件20长，以允许力传递件20在孔18内平移。还提供轴承26和28以在使用过程中支承力传递件的平移运动。虽然轴承26和28不必必须处于图2中示出的位置，但是它们方便地有助于确定开口30，互接件32从力传递件20延伸通过所述开口30与流管34相接触。当管压相等且相反地施加到密封件22和24时，这个开口30还提供了对管压不敏感的能力。互接件32确保了流管至少沿着第一方向随着力传递件20一起运动。如附图中构造的那样，流管将导致力传递件沿着相反的方向随着所述流管一起运动。在一个实施例中，第一方向是将打开安全阀的挡板36（见图4）的方向。所述相反的方向将是在动力弹簧38（见图3）的促动下流管34的运动方向。注意的是，在图1-图4中示出的与安全阀具体相关的部件为本领域中的技术人员所熟知而不需要进行描述，所述安全阀是能从使用对管压不敏感的压力补偿式致动系统的工具中获益的一个实施例。
返回到致动系统10，并且参照图3，应当指出的是，孔18在其一个端部处通过流体连通子系统42流体连接到另一个孔40。在一个实施例中子系统42包括密封到孔18的连接器44和密封到孔40的连接器44。连接器44利用在这个实施例中图示为控制管线的流体连通装置46连接到彼此。在这个实施例中，控制管线能够轻易地形成为包绕在流管34周围，以便在孔18和孔40之间提供所需的流体连通。本发明不应当视为局限于这种控制管线，因为只要其它流体运送装置能够使得承压流体在孔18和孔40之间运动，则这些其它流体运送装置便能够作为替代方案。
参照图2，应当理解的是，孔40内定位有滑动地密封到孔40的补偿活塞48。孔40沿着该孔40在某处与管压连通，这允许补偿活塞48在开口50和连接器44（孔40在该连接器处连接到子系统42）之间的定位。这允许补偿活塞48在孔40内平移，以便对补偿活塞的与补偿活塞暴露于管压的侧部相反的侧部上的流体进行压力补偿。
利用所述构造并且在示出的实施例中，布置在腔室19和21中的一个或两个中（图中示出为19）的电动或者机械激励器52通过连接件54连接到力传递件20。此连接件可以是导螺杆或者其它机械连接件（例如，马达或者螺线管）。一个或多个激励器仅仅需要产生足以致动被致动的工具的力而不必克服管压来进行致动。更加具体地，在所示的地下安全阀的情况中，所产生的力仅需足以压缩动力弹簧38并且使得挡板36旋转（可能克服未标号的扭转弹簧的偏压力）。这与还必须克服管压的情况所需的力相比是明显更小的力。另外，因为将通过补偿活塞48的作用对孔18和孔40中的介电流体（例如油或者在某些情况下如果在特定应用中压缩性是可接受话甚至是空气）进行压力补偿，所以跨密封件22和24仅有零到极小的动态压力，从而减小了否则必须要克服的摩擦力。另一个有利之处在于，密封件将更耐磨损，这是因为跨所述密封件没有明显的压差。
尽管已经示出并且描述了一个或多个实施例，但是在不背离本发明的精神和范围的前提下可以针对本发明做出多种修改方案和替代方案。因此，应当理解的是，通过阐释而非局限的方式描述了本发明。
Claims (16)
1.一种对管压不敏感的压力补偿式致动器系统，所述致动器系统包括：
壳体，所述壳体中设置有孔；
力传递件，所述力传递件能够在所述孔内密封地运动，所述力传递件与所述孔一起限定了两个流体腔室，所述两个流体腔室彼此流体连通并且分别位于所述力传递件的每个纵向端部上；
激励器，所述激励器位于所述两个流体腔室中的一个或者两个中并且可操作地连接到所述力传递件；
至少两个密封件，所述密封件密封定位在所述壳体和所述力传递件之间，所述密封件中的一个布置成位于所述力传递件的一个端部附近，而所述密封件中的另一个布置成位于所述力传递件的另一个端部附近；和
独立补偿活塞，所述独立补偿活塞布置在所述壳体中，以便使得所述补偿活塞的一个端部暴露于管压，并且使得所述补偿活塞的另一个端部暴露于包括所述流体腔室的流体容积。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述壳体是地下安全阀的壳体。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述激励器是机械式激励器。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述激励器是至少部分电动的激励器。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述补偿活塞平行于所述壳体的轴线平移。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述补偿活塞经由流体连通子系统流体连接到流体腔室。
7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述力传递件包括用于流管的互接件。
8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述力传递件包括通道，所述通道从力传递件一个端部通过所述力传递件轴向延伸至力传递件相反的端部，由此允许位于所述力传递件的一个端部处的流体腔室通过所述力传递件与位于所述力传递件的另一个端部处的流体腔室流体连通。
9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述壳体还包含与井眼流体隔离开的流体。
10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述流体是介电流体。
11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述介电流体是空气。
12.根据权利要求4所述的系统，其中，所述激励器与所述力传递件机械连通。
13.根据权利要求4所述的系统，其中，所述激励器是马达和导螺杆。
14.根据权利要求4所述的系统，其中，所述激励器是螺线管。
15.一种用于地表电动控制的地下安全阀的对管压不敏感的压力补偿式致动器系统，所述系统包括：
地下安全阀壳体，所述地下安全阀壳体支撑流管、挡板和动力弹簧，所述地下安全阀壳体中具有力传递件孔；
力传递件，所述力传递件能够在所述孔中密封地运动，所述力传递件与所述孔一起限定了两个流体腔室，所述两个流体腔室彼此流体连通并且分别位于所述力传递件的每个纵向端部上；
激励器，所述激励器位于所述两个流体腔室中的一个或者两个中并且操作连接到所述力传递件；
至少两个密封件，所述密封件密封地定位在所述壳体和所述力传递件之间，所述密封件中的一个布置在所述力传递件的一个端部附近，而所述密封件中的另一个布置在所述力传递件的另一个端部附近；和
独立补偿活塞，所述独立补偿活塞布置在所述壳体中，以便使得所述补偿活塞中的一个端部暴露于管压，并且使得所述补偿活塞的另一个端部暴露于包括流体腔室的流体容积。
16.一种用于减小井下环境中致动器的力需求的方法，所述方法包括：
将力传递件密封在壳体内，以便在使用期间将所述力传递件的端部与管压隔离开，相应的端部与彼此流体连接的流体腔室连通；
将所述管压施加给所述流体腔室中的流体；和
启动激励器，以便沿着与致动井下工具相对应的方向促动所述力传递件，所述激励器产生足够的力来致动所述井下工具而不用克服管压。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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| GR01 | Patent grant |