CN104136703B - 用于井下工具的进给装置以及使井下工具沿轴向进给的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了一种用于可转动的井下工具(5)的进给装置(3)，该进给装置(3)设有多个进给轮(32)，这些进给轮位于相对于与井下工具(5)的中心轴线垂直的平面倾斜的平面内。本发明还描述了一种当对周围管体(12)的一部分进行作业时，通过使用该进给装置使井下工具(5)沿轴向进给的方法。

Description

用于井下工具的进给装置以及使井下工具沿轴向进给的方法
技术领域
本发明描述了一种用于能转动的井下工具的进给装置(feeding device)。本发明还描述了一种当对周围管体的一部分进行作业时，通过使用该进给装置使井下工具沿轴向进给的方法。
背景技术
当使用对于轴向进给的精确度要求极高的井下工具时，例如当对套管进行作业时使用切削工具，常常存在着大的问题而不能足够精确地完成这种作业。轴向进给在很大程度上是在工具进行作业的同时将管柱向前移动或缩回而进行的，这样可能容易导致工具过载，以至于将不得不拔起整个管柱以便维护或更换工具。由于这种类型的管柱可能具有相当大的长度，这涉及到大的成本，特别是在海底油气产出中并且使用具有水平部段的井时更是如此。
发明内容
本发明的目的是纠正或减少至少一个现有技术的缺点，或至少提供一种针对现有技术可用的替代品。
该目的通过下文的说明和随附的权利要求中详述的特征来实现。
本发明提供一种用于井下工具的进给装置，设于管柱上的进给装置和井下工具被设置为插入到地下的井孔中。该进给装置设有多个进给轮，每个进给轮均可在缩回的非工作位置与伸展的工作位置之间沿径向移位，在该工作位置处这些进给轮支靠在围绕进给装置的管体的内壁表面(例如套管)上。进给轮的中心轴线相对于所述周围管体的中心轴线倾斜。当进给装置围绕其本身的中心轴线转动时，进给轮的倾斜会使进给轮沿循一螺旋线，从而无需施加推力于管柱，进给装置就能沿轴向移动。连接的井下装置跟随进给装置轴向移动。通过为进给装置选择合适的倾斜度，井下工具可以由此达到期望的进给速率。
进给轮的倾斜度可以调节。这种调节可以是远程控制的。由此，可以弥补例如周围管体的内壁表面的摩擦特性的变化。
进给轮的轴向移位优选沿着一倾斜平面进行，该平面在进给装置的轴向长度上具有其最大程度(extent)。这是有利的，对于井下工具而言，在径向方向上要比在轴向方向上具有更大的约束(阻力)。
在第一方面，本发明更具体地涉及用于可转动的井下工具的进给装置，其特征在于，该进给装置设有多个进给轮，这些进给轮位于相对于与井下工具的中心轴线垂直的平面倾斜的平面中，且这些进给轮可在缩回的非工作位置与工作位置之间移位，在该工作位置处这些进给轮支靠在围绕进给装置的管体的内壁表面上。
进给轮悬挂装置被连接至径向引导部和第一致动器，该致动器被设为当启动时使进给轮与径向方向构件一起移位。径向引导部可以是倾斜平面。或者，径向引导部可以是进给装置壳体中的径向切割部。
进给装置和井下工具可以通过传动单元互连，该传动单元被设置为向井下工具提供与进给装置的转速不同的转速。
进给装置和井下工具可被设置于可转动的管柱、不可转动的管柱或缆线(wireline)上。
在第二方面，本发明更具体地涉及一种当对周围管体的一部分进行作业时使井下工具沿轴向进给的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
a)将井下工具和相关联的进给装置放置于管体中的期望位置；
b)使多个进给轮移位而支靠在管体的内壁表面上，这些进给轮设置于进给装置中，并位于相对于与井下工具中心轴线垂直的平面倾斜的平面内；
c)借助相关联的驱动马达使井下工具和相关联的进给装置进行旋转运动；
d)通过进给轮沿着内壁表面上的假想螺旋线移动，井下工具沿其轴向方向移动。
驱动马达可被设置在可转动管柱的远端部中。或者，驱动马达可被设置为与缆线或不可转动的管柱的井下端部相连。
附图说明
以下对附图中所绘示的一优选实施例的示例进行说明，在附图中：
图1示出了设置于有套管井孔内的可转动管柱上的根据本发明的井下切削工具和进给装置的原理图的侧剖视图；
图2示出了与图1对应的原理图，但其中在井下工具与进给装置之间插设有传动单元，用以为井下工具提供与进给装置的转速不同的转速；
图3a和图3b以较大的比例示出了处于非工作位置I(图3a)和工作位置II(图3b)的进给装置的轴向部段的剖视图；
图4a以较小的比例示出了根据本发明的装置的原理图，该装置与图1对应，但设置于不可转动的管柱上；以及
图4b与图4a类似地示出了根据本发明的装置，该装置悬置于缆线上。
具体实施方式
在图中，附图标记1指代地下地层，其中设有井孔11，该井孔以本身公知的方式被设置套管12。在管柱2上以旋转刚性(rotationally rigid)的方式设置有根据本发明的进给装置3，并且还设有井下工具5，该井下工具在被转动时对套管12的一部分进行作业，就此而言该套管是管柱的一个实例，该管柱在操作工况下至少围绕进给装置3并与内壁表面121一起形成用于设置在进给装置3中的进给轮32的支靠表面。在此示出的井下工具5为切削工具，但其可以是在其工作状态下需要轴向位移的任何类型的工具。
图中示出了在套管12和地下地层1之间的空间被水泥13填充，但这对于进给装置3的应用而言并不重要。
此外，图1和图2示出了驱动马达6，其连接至管柱2，并被设置为用以转动管柱2。
图2中示出了这样一个实施例，其中在进给装置3和井下工具5之间插设一传动单元4，例如行星齿轮单元，其目的是为井下工具5提供与进给装置3的转速不同的转速。
现在参照图3a和图3b。进给装置3设有包括进给轮引导部34的进给装置壳体31，该进给轮引导部在图中被示出为一圆锥体，其形成用于多个轮悬挂装置33的倾斜平面，每个轮悬挂装置均形成用于多个进给轮32的支撑部和附接部。致动器35被连接至进给装置壳体31和进给轮悬挂装置33，使得进给轮32可以在非工作位置I和工作位置II之间移动，在非工作位置I进给轮32从周围管体12(在该例中为套管)的内壁表面121被沿径向拉出，而在工作位置II进给轮32被沿径向向外推入与内壁表面121支靠的位置。
进给轮32的径向中间面相对于与进给装置3的转动轴线垂直的平面倾斜，这一点由图1中的角度标志a示出。此倾斜度导致进给轮32沿着内壁表面121上的螺旋线移动，而且选择此倾斜度是用来提供期望的、特定的轴向位移，亦即通过转动进给装置3产生的特定的轴向向前的进给。进给轮32的此倾斜度可通过更换进给轮悬挂装置33来改变，也可以通过将进给轮32围绕大体沿径向的轴线(未示出)可转动地附接在进给轮悬挂装置33中来改变。
在图1和图2以及前文的说明中，与管柱2相关联地示出并描述了进给装置3和井下工具5。本发明不限于这样的结合，例如，可以设想将进给装置3、井下工具5和驱动马达6设置为一个单元，该单元能够借助本身已知的缆线2”而被插入套管12中以及从套管12中取出，这种单元包括工具7，用于以远程操作方式将该单元附接在套管12中，以便吸收由于借助驱动马达6使进给装置3和井下工具5进行旋转运动而产生的反作用力。
还可设想将一个相应设计的单元连接至不可转动的管2'，例如连续油管(见图4a)。当与锚定到表面设施(未示出)的不可转动的管2'一起使用时，进给装置3和井下工具5(可能与相连接的元件，例如传动单元4一起)被可转动地设置在管2的端部上，由于反作用力(其在驱动进给装置3和井下工具5进行旋转运动时产生)被不可转动的管2'吸收，因此可以不使用通过远程操作方式将该单元附接在套管12中的工具7。
有利的是，进给装置3和井下工具5(可能与相连接的元件，例如传动单元4一起)并不相对于管柱2、2'(可以是通过缆线2”操作的单元)沿轴向固定，这使得轴向向前的进给不会被管柱2、2'、缆线2”或附接工具7阻挡。
显而易见的是，进给装置3可以被置于井下工具5之前或井下工具5之后(如图1和图2中所示)，这不会影响本发明的构思。

Claims (3)

1.一种进给装置(3)，用于在对周围管体(12)的一部分进行作业的同时使能转动的井下工具(5)轴向移位，其中所述进给装置(3)设有多个进给轮(32)，所述进给轮位于相对于与所述井下工具(5)的中心轴线垂直的平面倾斜的平面内，且所述进给轮(32)能在缩回的非工作位置(I)与伸展的工作位置(II)之间移位，在所述工作位置所述进给轮(32)被配置成支靠在围绕所述进给装置(3)的管体(12)的内壁表面(121)上，其特征在于，进给轮悬挂装置(33)被连接至径向引导部(34)和第一致动器(35)，所述第一致动器被设置为当启动时使所述进给轮(32)沿所述径向引导部(34)限定的倾斜平面以具有径向方向分量及轴向方向分量的方式移位，所述进给轮悬挂装置(33)与所述径向引导部(34)配置为能够沿着其相应的配合的倾斜表面相对于彼此运动，并且其中所述进给装置(3)和所述井下工具(5)被设置在管柱(2，2')和缆线(2”)中的至少一个上，其中所述第一致动器(35)使所述进给轮(32)从所述缩回的非工作位置(I)移位到所述伸展的工作位置(II)，并且其中作用于所述管柱(2，2')和缆线(2”)中的至少一个上的轴向力保持不受所述第一致动器(35)的致动的影响。
2.根据权利要求1所述的进给装置(3)，其中，所述径向引导部(34)是进给装置壳体(31)中的径向切割部。
3.根据权利要求1所述的进给装置(3)，其中，所述进给装置(3)和所述井下工具(5)通过传动单元(4)互连，所述传动单元被设置为向所述井下工具(5)提供与所述进给装置(3)的转速不同的转速。
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Granted publication date: 20171215

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